JP2004257331A - 圧縮自着火運転可能なエンジン - Google Patents
圧縮自着火運転可能なエンジン Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004257331A JP2004257331A JP2003050211A JP2003050211A JP2004257331A JP 2004257331 A JP2004257331 A JP 2004257331A JP 2003050211 A JP2003050211 A JP 2003050211A JP 2003050211 A JP2003050211 A JP 2003050211A JP 2004257331 A JP2004257331 A JP 2004257331A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- engine
- air
- combustion chamber
- fuel ratio
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
- F02B1/12—Engines characterised by fuel-air mixture compression with compression ignition
Landscapes
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
【課題】圧縮自着火運転が可能なエンジンにおいて、触媒の活性化を促進する。
【解決手段】触媒状態判定部４４は、触媒２６が予め定められた不活性状態にあるか否かを判定する。触媒活性化制御部４２は、触媒２６が不活性状態にあると判定されたときに、触媒２６の活性化のために、可変動弁機構の動作を変更して残留ガス量（内部ＥＧＲ量）を増加させる触媒活性化動作を実行する。これによって、燃焼室の空燃比がよりリッチ側に設定され、また、燃焼室から排気通路に排出される排気ガス中の一酸化炭素ガスが増加する。
【選択図】 図１
【解決手段】触媒状態判定部４４は、触媒２６が予め定められた不活性状態にあるか否かを判定する。触媒活性化制御部４２は、触媒２６が不活性状態にあると判定されたときに、触媒２６の活性化のために、可変動弁機構の動作を変更して残留ガス量（内部ＥＧＲ量）を増加させる触媒活性化動作を実行する。これによって、燃焼室の空燃比がよりリッチ側に設定され、また、燃焼室から排気通路に排出される排気ガス中の一酸化炭素ガスが増加する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リーン空燃比で圧縮自着火運転が可能なエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンは、点火プラグを用いて火花点火運転を行うのが普通であるが、近年では、ガソリンエンジンに混合気を自着火させる燃焼方式（「予混合自着火燃焼方式」とも呼ばれている）を採用することが検討されている（例えば下記特許文献１）。この自着火燃焼方式は、例えば、ガソリンを吸気と予混合しておき、圧縮によって自着火させるものである。このような自着火燃焼を利用すると、燃費が向上し、また、大気汚染物質（特にＮＯｘ ）の排出量も大幅に低減できるという利点がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８０１８３号公報
【特許文献２】特開２００２−０７４９６９号公報
【特許文献３】特開平１１−２９４１５７号公報
【特許文献４】特開平１１−３３６５７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
圧縮自着火運転は、通常は極めてリーンな空燃比（例えば２５〜４０程度のＡ／Ｆ値）で行われる。このため、低負荷で圧縮自着火運転を行うと、排気温度が低下して排気浄化用の触媒床温が低下する傾向にある。従って、低負荷で圧縮自着火運転を継続すると、触媒の酸化活性が低下して十分に排気を浄化できなくなるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、圧縮自着火運転が可能なエンジンにおいて、触媒の活性化を促進できる技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明のエンジンは、リーン空燃比で圧縮自着火運転が可能なエンジンであって、
シリンダとピストンとで構成される燃焼室と、
前記燃焼室に導入される燃料を供給するための燃料供給部と、
前記燃焼室に設けられた給気弁および排気弁と、
前記給気弁と排気弁とのうちの少なくとも一方の動作タイミングを変更可能な可変動弁機構と、
前記燃焼室から排出された排気ガスのための排気通路と、
前記排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、
前記触媒が予め定められた不活性状態にあるか否かを判定する触媒状態判定部と、
前記触媒が前記不活性状態にあると判定されたときに、前記触媒の活性化のために前記可変動弁機構の動作を変更して前記燃焼室の排気期間後に前記燃焼室内に残留する残留ガス量を増加させる触媒活性化動作を実行し、これによって、前記燃焼室の空燃比をよりリッチ側に設定して前記燃焼室から前記排気通路に排出される排気ガス中の一酸化炭素ガスを増加させる触媒活性化制御部と、
を備える。
【０００７】
このエンジンによれば、触媒活性化動作によって残留ガス量を増加させ、燃焼室の空燃比をよりリッチ側に設定して排気ガス中の一酸化炭素ガスを増加させるので、これに応じて触媒の温度を上昇させることができる。この結果、触媒が不活性となる運転条件でも、触媒の活性化を促進することができる。
【０００８】
前記触媒活性化制御部は、前記触媒活性化動作によって前記燃焼室の空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもややリーン側の値に設定するようにしてもよい。
【０００９】
この構成によれば、一酸化炭素ガスをより増加させることができ、また、排気温度も高まるので、触媒の活性化をより促進することができる。
【００１０】
前記触媒活性化制御部は、前記触媒活性化動作として、さらに、燃料量の増加と給気量の減少とのうちの少なくとも一方を行うようにしてもよい。
【００１１】
この構成によれば、空燃比をより低下させることができ、触媒の活性化をより促進することができる。
【００１２】
前記触媒活性化制御部は、前記触媒が前記不活性状態にあると判定されたときに前記触媒活性化動作を間欠的に複数回実行し、この際、前記触媒活性化動作として、前記燃料量の増加と前記給気量の減少との両方を行うことによって、前記触媒活性化動作に伴う前記エンジンの出力トルクの変化を抑制するようにしてもよい。
【００１３】
この構成によれば、触媒活性化動作を間欠的に行うことによって、燃費を過度に悪化させること無く触媒の活性化を促進することができ、また、この際、出力トルクが変動することを抑制できる。
【００１４】
前記エンジンは複数の燃焼室を有しており、
前記触媒活性化制御部は、前記触媒が前記不活性状態にあると判定されたときに、前記複数の燃焼室のうちの一部の燃焼室に関しては前記触媒活性化動作を行うとともに、他の燃焼室に関しては前記触媒活性化動作を行わずに空燃比を前記触媒活性化動作よりもリーンに設定するようにしてもよい。
【００１５】
この構成によれば、触媒活性化動作に伴う燃費の悪化を抑制することができる。
【００１６】
前記触媒状態判定部は、前記触媒の温度を推定するとともに、前記推定温度が所定の温度以下であるときに前記触媒が前記不活性状態にあると判定するようにしてもよい。
【００１７】
また、前記触媒状態判定部は、前記エンジンが所定範囲の低負荷で運転を継続しているときに前記触媒が前記不活性状態にあると判定するようにしてもよい。
【００１８】
あるいは、前記触媒状態判定部は、前記エンジンが始動後の所定の低負荷運転状態にあるときに前記触媒が前記不活性状態にあると判定するようにしてもよい。
【００１９】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、エンジンや、エンジンの制御方法または装置、エンジンの排気浄化方法および装置、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の態様で実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例としてのガソリンエンジン１００の構成を概念的に示した説明図である。図１には、ガソリンエンジン１００の燃焼室の中心で断面を取ったときの燃焼室の構造が示されている。
【００２１】
このガソリンエンジン１００の燃焼室は、シリンダブロック１４０内に設けられた中空円筒形のシリンダ１４２と、シリンダ１４２内を上下に摺動するピストン１４４と、シリンダブロック１４０の上部に設けられたシリンダヘッド１３０によって形成されている。なお、シリンダブロック１４０とシリンダヘッド１３０の両方で構成される筒状体を、広義の「シリンダ」と呼ぶ。各燃焼室には、燃焼室の内圧（「筒内圧」とも呼ばれる）を測定するための筒内圧センサ３６（「燃焼圧センサ」とも呼ぶ）が設けられている。
【００２２】
シリンダヘッド１３０には、吸入空気が流入する給気ポートの開口部を開閉する給気弁１３２と、排気ガスが流出する排気ポートの開口部を開閉する排気弁１３４と、点火プラグ１３６と、燃焼室内に燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁１４とが設けられている。給気弁１３２および排気弁１３４は、それぞれ電動アクチュエータ１６２，１６４で駆動されている。電動アクチュエータ１６２，１６４は、所望のタイミングでそれぞれの給気弁１３２および排気弁１３４を開閉することが可能である。なお、電動アクチュエータの代わりに、油圧アクチュエータやカム機構などの他の種類の可変動弁機構によって給気弁１３２および排気弁１３４を駆動しても良い。可変動弁機構としては、給気弁１３２と排気弁１３４の少なくとも一方の動作タイミングを変更できるものを利用可能である。
【００２３】
給気ポートには吸入空気を導く給気通路１２が接続され、排気ポートには排気ガスが通過する排気通路１６が接続されている。排気通路１６の下流には、排気ガスに含まれる大気汚染物質を浄化するための触媒２６と、過給器５０のタービン５２とが設けられている。触媒２６としては、三元触媒や酸化触媒などを利用することができる。触媒２６の上流側には、排気温度を測定するための温度センサ２８が設けられている。
【００２４】
排気通路１６内を通過する排気ガスは、タービン５２を回転させた後、大気に放出される。また、給気通路１２には、過給器５０のコンプレッサ５４が設けられている。コンプレッサ５４は、シャフト５６を介してタービン５２に接続されており、排気ガスによってタービン５２が回転するとコンプレッサ５４も回転する。その結果、コンプレッサ５４はエアクリーナ２０から吸い込んだ空気を加圧した後、給気ポートに向かって圧送する。コンプレッサ５４で加圧すると空気温度が上昇するので、吸入空気を冷却するために、コンプレッサ５４の下流側にインタークーラ６２が設けられている。また、給気通路１２内にはサージタンク６０や、スロットル弁２２も設けられている。サージタンク６０は、燃焼室が空気を吸い込んだときに生じる圧力波を緩和させる作用を有しており、またスロットル弁２２は電動アクチュエータ２４によって適切な開度に設定されて、吸入空気量を調整する機能を有している。
【００２５】
ピストン１４４は、コネクティングロッド１４６を介してクランクシャフト１４８に接続されており、クランクシャフト１４８には、クランク角度を検出するクランク角センサ３２が取り付けられている。
【００２６】
このガソリンエンジン１００の動作は、エンジン制御用ユニット（以下、ＥＣＵ）３０によって制御されている。ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度Ｎｅ やアクセル開度θａｃを検出し、これらに基づいてスロットル弁２２の開度の制御や、点火プラグ１３６の点火タイミング制御、燃料噴射弁１４の制御を実行する。エンジン回転速度Ｎｅ はクランク角センサ３２によって検出され、アクセル開度θａｃはアクセルペダルに内蔵されたアクセル開度センサ３４によって検出される。
【００２７】
ＥＣＵ３０は、触媒活性化制御部４２と触媒状態判定部４４の機能を有している。触媒状態判定部４４は、運転条件（エンジン回転速度Ｎｅ やアクセル開度θａｃ）と、温度センサ２８で測定された排気温度とを含む複数の運転状態パラメータのうちの一部の値に基づいて、触媒２６が不活性状態にあるか否かを判定する。触媒活性化制御部４２は、触媒２６が不活性状態にあると判定されたときに、触媒２６を活性化させる動作を実行する。これらの各部４２，４４の機能についてはさらに後述する。なお、これらの各部４２，４４は、コンピュータとしてのＥＣＵ３０を動作させるコンピュータプログラムで実現されており、ＥＣＵ３０内の図示しない不揮発性メモリに格納されている。
【００２８】
なお、このエンジン１００は、バルブタイミングなどを変更することによって、２サイクル運転と４サイクル運転のいずれも実行することが可能である。
【００２９】
図２（Ａ），（Ｂ）は、第１実施例におけるエンジン１００のバルブタイミングの一例を示しており、図２（Ｃ）は、運転条件のマップを示している。第１実施例では、エンジン１００は４サイクル運転を行うものと仮定している。但し、このエンジン１００は、バルブタイミングなどを変更することによって、２サイクル運転と４サイクル運転のいずれも実行することが可能である。
【００３０】
図２（Ｃ）のマップに示されているように、このエンジン１００は、比較的低負荷では自着火燃焼を行い、比較的高負荷では火花点火燃焼を行う。火花点火燃焼では、空燃比がほぼ理論空燃比（通常のガソリンで約１４．５〜約１５．０）に近い状態（いわゆる「ストイキ」）でエンジンが運転される。一方、自着火燃焼では、空燃比が高い（Ａ／Ｆ値で約２５〜４０の）極めてリーンな状態でエンジンが運転される。なお、自着火燃焼では、実圧縮比も点火花火燃焼に比べて高い値に設定される。負荷（トルク）が大きい場合に圧縮自着火燃焼を行わずに火花点火燃焼を行う理由は、負荷が大きく燃料噴射量が多い場合に自着火燃焼を行うと燃焼騒音が大きくなるからである。
【００３１】
図２（Ｃ）には、いわゆるロードロードＲＬ（車両の運行に伴って辿る軌跡）の一例が示されている。ロードロードＲＬ上のＡ点は、自着火燃焼領域内では比較的低回転・低負荷の運転条件である。また、ロードロードＲＬ上のＢ点は、自着火燃焼領域内では比較的高回転・高負荷の運転条件である。車両の速度を上昇させてゆくと、Ａ点とＢ点をこの順に辿り、その後、火花点火燃焼領域で運転が行われる。Ａ点は低負荷なので、排気温度が低く、触媒２６の温度が活性化温度（約２５０℃）以下に低下し易い傾向にある。一方、Ｂ点は十分高負荷なので、触媒２６の温度が活性化温度以下に低下する心配は無い。
【００３２】
図２（Ａ），（Ｂ）は、Ａ点とＢ点におけるバルブタイミングをそれぞれ示している。このうち、Ｂ点のバルブタイミングは、典型的なリーン自着火運転におけるバルブタイミングに相当する。図２（Ｂ）においては、給気弁１３２の開弁時期ＩＮＯが排気上死点よりも遅角側に設定されており、閉弁時期ＩＮＣは下死点よりも遅角側に設定されている。また、排気弁１３４の開弁時期ＥＸＯは下死点よりも進角側に設定されており、閉弁時期ＥＸＣは排気上死点よりも進角側に設定されている。この結果、Ｂ点の運転条件では、排気上死点近傍にいわゆる負のオーバーラップ（給気弁１３２と排気弁１３４の両者とも閉弁している期間）が生じている。図２（Ｂ）の例では、負のオーバーラップ量は約６０°ＣＡ（クランク角）である。負のオーバーラップは、排気期間の後に燃焼室内により多くの排気ガスを残留させるためのものである。なお、残留排気ガスは、内部ＥＧＲとも呼ばれている。内部ＥＧＲ量を増加させると、燃焼室内のガス温度が上昇するので、自着火燃焼を継続し易くなるという利点がある。
【００３３】
図２（Ａ）に示すＡ点のバルブタイミングでは、Ｂ点に比べて負のオーバーラップ量が増加しており、約１６０°ＣＡに設定されている。このように、Ａ点では、Ｂ点に比べて負のオーバーラップ量が多いので、内部ＥＧＲ量も多い。この結果、以下に説明するように、燃焼室から排出される一酸化炭素量が増加し、また、排気温度が上昇する。
【００３４】
図３は、空燃比（Ａ／Ｆ）に依存する排気特性の変化を示すグラフである。ここでは、燃料噴射量は一定であると仮定している。内部ＥＧＲ量を増加させると空燃比が減少する。これは、内部ＥＧＲを増加させると新気の量が減少するからである。本実施例において、空燃比はバルブタイミングで決定されており、空燃比と内部ＥＧＲ量はほぼ直接的な相関関係がある。
【００３５】
ＣＯ濃度は、理論空燃比（ストイキ）よりもリーン側で最小になり、理論空燃比近傍で空燃比の減少に伴って急激に増大する。ＨＣ濃度（未燃燃料成分濃度）は、理論空燃比近傍で最小になり、過度にリッチになると空燃比の減少に伴って急激に増大する。排気温度は、空燃比の減少に伴って上昇する。
【００３６】
Ａ点の負のオーバーラップ量はＢ点よりも大幅に増加しており、これによって内部ＥＧＲ量も大幅に増加している。この結果、図３に示すように、Ａ点での空燃比は理論空燃比又は理論空燃比よりもややリーン側の値となり、ＣＯ濃度がＢ点に比べて大幅に増加している。また、内部ＥＧＲ量の増加に伴って、排気温度が上昇するとともに、触媒２６を流れる排気量も減少する。ＣＯ濃度の増加と、排気温度の上昇と、排気量の減少とは、いずれも触媒２６におけるＣＯやＨＣの酸化促進効果を有する。従って、Ａ点のように触媒２６が不活性化し易い運転条件においても、内部ＥＧＲ量を増加させることによって、触媒２６の温度を上昇させて活性化することができる。この結果、排気ガスを触媒２６によって十分浄化することが可能になる。
【００３７】
本明細書では、このＡ点での運転のように、比較的リッチな空燃比で行われる圧縮自着火運転を「リッチ自着火運転」と呼び、Ｂ点での運転のように、リーンな空燃比で行われる圧縮自着火運転を「リーン自着火運転」と呼ぶ。また、リッチ自着火運転を行うための動作を「触媒活性化動作」と呼ぶ。
【００３８】
なお、リッチ自着火運転時の空燃比は、ＣＯ濃度がリーン自着火運転時の値よりも増加し、ＨＣ濃度がリーン自着火運転時の値以下となる値に設定することが好ましい。通常は、リッチ自着火運転時の空燃比を、理論空燃比又は理論空燃比よりもややリーン側の値に設定することがさらに好ましい。なお、「理論空燃比よりもややリーン側の値」としては、例えば、理論空燃比よりも大きく理論空燃比の約１．１倍よりも小さな値を採用することができる。
【００３９】
図４は、第１実施例における触媒活性化の制御手順を示すフローチャートである。この手順は、一定時間毎に繰り返し実行される。ステップＳ１では、触媒状態判定部４４（図１）が、運転条件（アクセル開度θａｃ，エンジン回転速度Ｎｅなど）を取得し、その運転条件に基づいて、触媒２６が不活性状態にあるか否かを判定する。なお、本明細書では、触媒２６が不活性状態にあるか否かは、触媒２６が実際に不活性であるか否かとは無関係に判定することができる。換言すれば、触媒２６が不活性となり得る場合に、触媒２６が不活性状態にあると判定することができる。この代わりに、触媒２６の活性状態を検出または推定し、実際に触媒２６が不活性状態にあるときにのみ、触媒２６が不活性状態にあると判定してもよい。
【００４０】
本実施例においては、図２（Ｃ）のＡ点で運転を行っているときには触媒２６が不活性状態にあると判定し、Ｂ点で運転を行っているときには触媒２６が不活性状態にはないと判定する（ステップＳ２）。触媒活性化制御部４２は、この判定に応じてリッチ自着火運転（ステップＳ４）またはリーン自着火運転（ステップＳ３）を実行する。具体的には、リッチ自着火運転では、バルブタイミングが図２（Ａ）に示すタイミングに設定され、内部ＥＧＲ量を増加させて、触媒２６を活性化させる。一方、リーン自着火運転では、バルブタイミングが図２（Ｂ）に示すタイミングに設定される。なお、リーン自着火運転では、燃費が向上し、また、大気汚染物質（特にＮＯｘ ）の排出量も大幅に低減できる。
【００４１】
このように、第１実施例では、低負荷で触媒２６が不活性化し易い運転条件でエンジン１００が運転されているときに、バルブタイミングを変更することによって内部ＥＧＲ量を増加させる触媒活性化動作を実行する。従って、低負荷で自着火運転を行っても、触媒２６の活性化を促進することができ、高い酸化特性を得ることが可能である。
【００４２】
Ｂ．第２実施例：
上述した第１実施例では、エンジン１００が４サイクル運転を行うものとしていたが、バルブタイミングを変更することによって、２サイクル運転を行うことも可能である。
【００４３】
図５は、２サイクル圧縮自着火運転を行う際のバルブタイミングの例を示している。図５（Ａ）は、図２（Ｃ）のＡ点におけるバルブタイミングであり、図５（Ｂ）は、Ｂ点におけるバルブタイミングである。なお、エンジン１００の構成は第１実施例と同じである。
【００４４】
よく知られているように、２サイクル運転では、給気弁１３２の開期間と排気弁１３４の開期間とが重なる期間において、いわゆる掃気が行われる。掃気では、給気によって燃焼室から排気が排気通路１６に押し出される。Ａ点（リッチ自着火運転）では、給気弁１３２の開弁時期ＩＮＯをＢ点（リーン自着火運転）よりも遅角させ、また、排気弁１３４の閉弁時期ＥＸＣをＢ点（リーン自着火運転）よりも進角させている。これによって掃気期間が短くなり、内部ＥＧＲ量が増加する。従って、図３で説明したように、Ａ点においても触媒２６を活性化させることができる。
【００４５】
このように、２サイクル運転では、低負荷で触媒２６が不活性化し易い運転条件のときには、通常のリーン自着火運転の場合よりも掃気期間を短縮することによって、内部ＥＧＲ量を増大させ、触媒２６を活性化することが可能である。
【００４６】
Ｃ．第３実施例：
上述した第１および第２実施例では、触媒２６が不活性化し易い運転条件のときにはリッチ自着火運転（触媒活性化動作）を行うものとしていたが、この際、触媒活性化動作を継続的に行う代わりに、間欠的に行うようにしても良い。
【００４７】
図６は、第３実施例におけるリッチ自着火運転の様子を示すタイミングチャートである。エンジン１００の構成（図１）と触媒活性化動作を行うか否かの判定手順（図４）は、第１実施例または第２実施例と同じである。第３実施例では、触媒２６が不活性化状態にあると判定されると（図４のステップＳ２）、触媒活性化動作を間欠的に複数回実行する。図６の例では、触媒活性化動作が所定期間（１０〜２０サイクル程度）実行された後、通常のリーン自着火運転が所定期間（３０〜４０サイクル程度）実行される、という動作が繰り返されている。触媒活性化動作期間中は、上述したバルブタイミングの変更（図２または図５）によって内部ＥＧＲ量（図６では省略）が増大し、また、排気温度も上昇する。図６では、さらに、触媒活性化動作期間において、スロットル開度を低下させるとともに、燃料噴射量を増加させている。スロットル開度の低下と燃料噴射量の増加を行うことによって、空燃比を理論空燃比以下の値に設定している。なお、スロットル開度を低下させる代わりに、給気弁１３２のリフト量（作用角）を変更することによって、給気量を減少させてもよい。
【００４８】
給気量の減少や燃料噴射量の増加を行わなくても空燃比を理論空燃比に設定することは可能である。しかし、給気量の減少と燃料噴射量の増加とを行うようにすれば、触媒活性化動作期間と、それ以外の期間（リーン自着火運転期間）におけるトルクの変化を抑制でき、トルクに大きな段差が発生することを防止できる。
【００４９】
なお、給気量の減少と燃料噴射量の増加との両方を実行する代わりに、そのうちの一方のみを行うようにしてもよい。このいずれかを行えば、バルブタイミングのみで空燃比を変更する場合よりも空燃比をより大幅に変更することができ、触媒２６の活性化を促進することができる。
【００５０】
Ｄ．第４実施例：
図７は、第４実施例における触媒活性化の制御手順を示すフローチャートである。エンジン１００の構成（図１）は、第１実施例と同じである。ステップＳ１１では、触媒状態判定部４４が運転条件（アクセル開度θａｃ，エンジン回転速度Ｎｅなど）と排気温度とを取得し、ステップＳ１２において触媒床温を推定する。なお、運転条件を考慮せずに、温度センサ２８で検出された排気温度のみを用いて触媒床温の推定を行っても良い。触媒状態判定部４４は、ステップＳ１３において、触媒床温の推定値が所定の許容温度（例えば２５０℃）以下か否かを判断することにより、触媒２６が不活性状態か否かを判定する。
【００５１】
触媒活性化制御部４２は、ステップＳ１３の判定に応じてリッチ自着火運転（ステップＳ１５）またはリーン自着火運転（ステップＳ１４）を実行する。リッチ自着火運転とリーン自着火運転の内容は、上述した第１実施例ないし第３実施例のいずれかと同じものを利用することが可能である。
【００５２】
このように、第４実施例では、触媒床温を推定し、その推定温度が所定のしきい値よりも低いときに触媒２６が不活性状態にあると判定する。従って、車両の運行途中で低負荷状態が連続し、触媒床温が徐々に低下してゆくような場合にも、触媒２６の活性化を促進して高い酸化特性を確保することが可能である。
【００５３】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５４】
Ｅ１．変形例１：
上記実施例では、触媒２６が不活性状態にあると判定されたときに、すべての燃焼室について同時に触媒活性化動作を行うものとしていたが、複数の燃焼室ののうちの一部の燃焼室に関して触媒活性化動作を行うとともに、他の燃焼室に関しては触媒活性化動作よりもリーンな空燃比で運転を行うようにしてもよい。このようにすれば、触媒活性化に伴う燃費の悪化を抑制することが可能である。
【００５５】
Ｅ２．変形例２：
触媒２６が予め定められた不活性状態にあるか否かの判定方法としては、上述した方法以外の種々の方法を採用することができる。例えば、エンジン１００が所定範囲の低負荷で運転を継続しているときに、触媒２６が不活性状態にあると判定することも可能である。これは、例えば、図２（Ｃ）のＡ点近傍の運転条件で所定時間（例えば１０分間）以上運転が継続されているときに、触媒２６が不活性状態であると判定することに相当する。このような運転条件では、触媒床温が徐々に低下してゆくので、触媒不活性動作を行うことによって触媒床温の低下を抑制することが好ましい。
【００５６】
また、エンジン１００がその始動後の所定の低負荷運転状態にあるときに触媒が不活性状態にあると判定することも可能である。これは、例えば、エンジン１００の始動後、ロードロードＲＬ（図２（Ｃ））に従ってＡ点を経由してＢ点に至るまでの期間では、触媒２６が不活性状態であると判定することに相当する。この場合には、触媒床温が活性化温度に達していないことが多いので、触媒不活性動作を行うことによって触媒の活性化を促進することが好ましい。
【００５７】
Ｅ３．変形例３：
上記実施例では、２サイクル運転と４サイクル運転とを切り換えることが可能なエンジンについて説明したが、本発明は、２サイクル運転または４サイクル運転のみを行うエンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としてのガソリンエンジン１００の構成を概念的に示した説明図。
【図２】第１実施例におけるエンジン１００のバルブタイミングと、運転条件のマップとを示す説明図。
【図３】空燃比Ａ／Ｆに依存する排気特性の変化を示すグラフ。
【図４】第１実施例における触媒活性化の制御手順を示すフローチャート。
【図５】第２実施例において２サイクル圧縮自着火運転を行う際のバルブタイミングの例を示す説明図。
【図６】第３実施例におけるリッチ自着火運転の様子を示すタイミングチャート。
【図７】第４実施例における触媒活性化の制御手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１２…給気通路
１４…燃料噴射弁
１６…排気通路
２０…エアクリーナ
２２…スロットル弁
２４…電動アクチュエータ
２６…触媒
２８…温度センサ
３０…ＥＣＵ
３２…クランク角センサ
３４…アクセル開度センサ
３６…筒内圧センサ
４２…触媒活性化制御部
４４…触媒状態判定部
５０…過給器
５２…タービン
５４…コンプレッサ
５６…シャフト
６０…サージタンク
６２…インタークーラ
１００…ガソリンエンジン
１３０…シリンダヘッド
１３２…給気弁
１３４…排気弁
１３６…点火プラグ
１４０…シリンダブロック
１４２…シリンダ
１４４…ピストン
１４６…コネクティングロッド
１４８…クランクシャフト
１６２，１６４…電動アクチュエータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、リーン空燃比で圧縮自着火運転が可能なエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンは、点火プラグを用いて火花点火運転を行うのが普通であるが、近年では、ガソリンエンジンに混合気を自着火させる燃焼方式（「予混合自着火燃焼方式」とも呼ばれている）を採用することが検討されている（例えば下記特許文献１）。この自着火燃焼方式は、例えば、ガソリンを吸気と予混合しておき、圧縮によって自着火させるものである。このような自着火燃焼を利用すると、燃費が向上し、また、大気汚染物質（特にＮＯｘ ）の排出量も大幅に低減できるという利点がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８０１８３号公報
【特許文献２】特開２００２−０７４９６９号公報
【特許文献３】特開平１１−２９４１５７号公報
【特許文献４】特開平１１−３３６５７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
圧縮自着火運転は、通常は極めてリーンな空燃比（例えば２５〜４０程度のＡ／Ｆ値）で行われる。このため、低負荷で圧縮自着火運転を行うと、排気温度が低下して排気浄化用の触媒床温が低下する傾向にある。従って、低負荷で圧縮自着火運転を継続すると、触媒の酸化活性が低下して十分に排気を浄化できなくなるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、圧縮自着火運転が可能なエンジンにおいて、触媒の活性化を促進できる技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明のエンジンは、リーン空燃比で圧縮自着火運転が可能なエンジンであって、
シリンダとピストンとで構成される燃焼室と、
前記燃焼室に導入される燃料を供給するための燃料供給部と、
前記燃焼室に設けられた給気弁および排気弁と、
前記給気弁と排気弁とのうちの少なくとも一方の動作タイミングを変更可能な可変動弁機構と、
前記燃焼室から排出された排気ガスのための排気通路と、
前記排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、
前記触媒が予め定められた不活性状態にあるか否かを判定する触媒状態判定部と、
前記触媒が前記不活性状態にあると判定されたときに、前記触媒の活性化のために前記可変動弁機構の動作を変更して前記燃焼室の排気期間後に前記燃焼室内に残留する残留ガス量を増加させる触媒活性化動作を実行し、これによって、前記燃焼室の空燃比をよりリッチ側に設定して前記燃焼室から前記排気通路に排出される排気ガス中の一酸化炭素ガスを増加させる触媒活性化制御部と、
を備える。
【０００７】
このエンジンによれば、触媒活性化動作によって残留ガス量を増加させ、燃焼室の空燃比をよりリッチ側に設定して排気ガス中の一酸化炭素ガスを増加させるので、これに応じて触媒の温度を上昇させることができる。この結果、触媒が不活性となる運転条件でも、触媒の活性化を促進することができる。
【０００８】
前記触媒活性化制御部は、前記触媒活性化動作によって前記燃焼室の空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもややリーン側の値に設定するようにしてもよい。
【０００９】
この構成によれば、一酸化炭素ガスをより増加させることができ、また、排気温度も高まるので、触媒の活性化をより促進することができる。
【００１０】
前記触媒活性化制御部は、前記触媒活性化動作として、さらに、燃料量の増加と給気量の減少とのうちの少なくとも一方を行うようにしてもよい。
【００１１】
この構成によれば、空燃比をより低下させることができ、触媒の活性化をより促進することができる。
【００１２】
前記触媒活性化制御部は、前記触媒が前記不活性状態にあると判定されたときに前記触媒活性化動作を間欠的に複数回実行し、この際、前記触媒活性化動作として、前記燃料量の増加と前記給気量の減少との両方を行うことによって、前記触媒活性化動作に伴う前記エンジンの出力トルクの変化を抑制するようにしてもよい。
【００１３】
この構成によれば、触媒活性化動作を間欠的に行うことによって、燃費を過度に悪化させること無く触媒の活性化を促進することができ、また、この際、出力トルクが変動することを抑制できる。
【００１４】
前記エンジンは複数の燃焼室を有しており、
前記触媒活性化制御部は、前記触媒が前記不活性状態にあると判定されたときに、前記複数の燃焼室のうちの一部の燃焼室に関しては前記触媒活性化動作を行うとともに、他の燃焼室に関しては前記触媒活性化動作を行わずに空燃比を前記触媒活性化動作よりもリーンに設定するようにしてもよい。
【００１５】
この構成によれば、触媒活性化動作に伴う燃費の悪化を抑制することができる。
【００１６】
前記触媒状態判定部は、前記触媒の温度を推定するとともに、前記推定温度が所定の温度以下であるときに前記触媒が前記不活性状態にあると判定するようにしてもよい。
【００１７】
また、前記触媒状態判定部は、前記エンジンが所定範囲の低負荷で運転を継続しているときに前記触媒が前記不活性状態にあると判定するようにしてもよい。
【００１８】
あるいは、前記触媒状態判定部は、前記エンジンが始動後の所定の低負荷運転状態にあるときに前記触媒が前記不活性状態にあると判定するようにしてもよい。
【００１９】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、エンジンや、エンジンの制御方法または装置、エンジンの排気浄化方法および装置、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の態様で実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例としてのガソリンエンジン１００の構成を概念的に示した説明図である。図１には、ガソリンエンジン１００の燃焼室の中心で断面を取ったときの燃焼室の構造が示されている。
【００２１】
このガソリンエンジン１００の燃焼室は、シリンダブロック１４０内に設けられた中空円筒形のシリンダ１４２と、シリンダ１４２内を上下に摺動するピストン１４４と、シリンダブロック１４０の上部に設けられたシリンダヘッド１３０によって形成されている。なお、シリンダブロック１４０とシリンダヘッド１３０の両方で構成される筒状体を、広義の「シリンダ」と呼ぶ。各燃焼室には、燃焼室の内圧（「筒内圧」とも呼ばれる）を測定するための筒内圧センサ３６（「燃焼圧センサ」とも呼ぶ）が設けられている。
【００２２】
シリンダヘッド１３０には、吸入空気が流入する給気ポートの開口部を開閉する給気弁１３２と、排気ガスが流出する排気ポートの開口部を開閉する排気弁１３４と、点火プラグ１３６と、燃焼室内に燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁１４とが設けられている。給気弁１３２および排気弁１３４は、それぞれ電動アクチュエータ１６２，１６４で駆動されている。電動アクチュエータ１６２，１６４は、所望のタイミングでそれぞれの給気弁１３２および排気弁１３４を開閉することが可能である。なお、電動アクチュエータの代わりに、油圧アクチュエータやカム機構などの他の種類の可変動弁機構によって給気弁１３２および排気弁１３４を駆動しても良い。可変動弁機構としては、給気弁１３２と排気弁１３４の少なくとも一方の動作タイミングを変更できるものを利用可能である。
【００２３】
給気ポートには吸入空気を導く給気通路１２が接続され、排気ポートには排気ガスが通過する排気通路１６が接続されている。排気通路１６の下流には、排気ガスに含まれる大気汚染物質を浄化するための触媒２６と、過給器５０のタービン５２とが設けられている。触媒２６としては、三元触媒や酸化触媒などを利用することができる。触媒２６の上流側には、排気温度を測定するための温度センサ２８が設けられている。
【００２４】
排気通路１６内を通過する排気ガスは、タービン５２を回転させた後、大気に放出される。また、給気通路１２には、過給器５０のコンプレッサ５４が設けられている。コンプレッサ５４は、シャフト５６を介してタービン５２に接続されており、排気ガスによってタービン５２が回転するとコンプレッサ５４も回転する。その結果、コンプレッサ５４はエアクリーナ２０から吸い込んだ空気を加圧した後、給気ポートに向かって圧送する。コンプレッサ５４で加圧すると空気温度が上昇するので、吸入空気を冷却するために、コンプレッサ５４の下流側にインタークーラ６２が設けられている。また、給気通路１２内にはサージタンク６０や、スロットル弁２２も設けられている。サージタンク６０は、燃焼室が空気を吸い込んだときに生じる圧力波を緩和させる作用を有しており、またスロットル弁２２は電動アクチュエータ２４によって適切な開度に設定されて、吸入空気量を調整する機能を有している。
【００２５】
ピストン１４４は、コネクティングロッド１４６を介してクランクシャフト１４８に接続されており、クランクシャフト１４８には、クランク角度を検出するクランク角センサ３２が取り付けられている。
【００２６】
このガソリンエンジン１００の動作は、エンジン制御用ユニット（以下、ＥＣＵ）３０によって制御されている。ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度Ｎｅ やアクセル開度θａｃを検出し、これらに基づいてスロットル弁２２の開度の制御や、点火プラグ１３６の点火タイミング制御、燃料噴射弁１４の制御を実行する。エンジン回転速度Ｎｅ はクランク角センサ３２によって検出され、アクセル開度θａｃはアクセルペダルに内蔵されたアクセル開度センサ３４によって検出される。
【００２７】
ＥＣＵ３０は、触媒活性化制御部４２と触媒状態判定部４４の機能を有している。触媒状態判定部４４は、運転条件（エンジン回転速度Ｎｅ やアクセル開度θａｃ）と、温度センサ２８で測定された排気温度とを含む複数の運転状態パラメータのうちの一部の値に基づいて、触媒２６が不活性状態にあるか否かを判定する。触媒活性化制御部４２は、触媒２６が不活性状態にあると判定されたときに、触媒２６を活性化させる動作を実行する。これらの各部４２，４４の機能についてはさらに後述する。なお、これらの各部４２，４４は、コンピュータとしてのＥＣＵ３０を動作させるコンピュータプログラムで実現されており、ＥＣＵ３０内の図示しない不揮発性メモリに格納されている。
【００２８】
なお、このエンジン１００は、バルブタイミングなどを変更することによって、２サイクル運転と４サイクル運転のいずれも実行することが可能である。
【００２９】
図２（Ａ），（Ｂ）は、第１実施例におけるエンジン１００のバルブタイミングの一例を示しており、図２（Ｃ）は、運転条件のマップを示している。第１実施例では、エンジン１００は４サイクル運転を行うものと仮定している。但し、このエンジン１００は、バルブタイミングなどを変更することによって、２サイクル運転と４サイクル運転のいずれも実行することが可能である。
【００３０】
図２（Ｃ）のマップに示されているように、このエンジン１００は、比較的低負荷では自着火燃焼を行い、比較的高負荷では火花点火燃焼を行う。火花点火燃焼では、空燃比がほぼ理論空燃比（通常のガソリンで約１４．５〜約１５．０）に近い状態（いわゆる「ストイキ」）でエンジンが運転される。一方、自着火燃焼では、空燃比が高い（Ａ／Ｆ値で約２５〜４０の）極めてリーンな状態でエンジンが運転される。なお、自着火燃焼では、実圧縮比も点火花火燃焼に比べて高い値に設定される。負荷（トルク）が大きい場合に圧縮自着火燃焼を行わずに火花点火燃焼を行う理由は、負荷が大きく燃料噴射量が多い場合に自着火燃焼を行うと燃焼騒音が大きくなるからである。
【００３１】
図２（Ｃ）には、いわゆるロードロードＲＬ（車両の運行に伴って辿る軌跡）の一例が示されている。ロードロードＲＬ上のＡ点は、自着火燃焼領域内では比較的低回転・低負荷の運転条件である。また、ロードロードＲＬ上のＢ点は、自着火燃焼領域内では比較的高回転・高負荷の運転条件である。車両の速度を上昇させてゆくと、Ａ点とＢ点をこの順に辿り、その後、火花点火燃焼領域で運転が行われる。Ａ点は低負荷なので、排気温度が低く、触媒２６の温度が活性化温度（約２５０℃）以下に低下し易い傾向にある。一方、Ｂ点は十分高負荷なので、触媒２６の温度が活性化温度以下に低下する心配は無い。
【００３２】
図２（Ａ），（Ｂ）は、Ａ点とＢ点におけるバルブタイミングをそれぞれ示している。このうち、Ｂ点のバルブタイミングは、典型的なリーン自着火運転におけるバルブタイミングに相当する。図２（Ｂ）においては、給気弁１３２の開弁時期ＩＮＯが排気上死点よりも遅角側に設定されており、閉弁時期ＩＮＣは下死点よりも遅角側に設定されている。また、排気弁１３４の開弁時期ＥＸＯは下死点よりも進角側に設定されており、閉弁時期ＥＸＣは排気上死点よりも進角側に設定されている。この結果、Ｂ点の運転条件では、排気上死点近傍にいわゆる負のオーバーラップ（給気弁１３２と排気弁１３４の両者とも閉弁している期間）が生じている。図２（Ｂ）の例では、負のオーバーラップ量は約６０°ＣＡ（クランク角）である。負のオーバーラップは、排気期間の後に燃焼室内により多くの排気ガスを残留させるためのものである。なお、残留排気ガスは、内部ＥＧＲとも呼ばれている。内部ＥＧＲ量を増加させると、燃焼室内のガス温度が上昇するので、自着火燃焼を継続し易くなるという利点がある。
【００３３】
図２（Ａ）に示すＡ点のバルブタイミングでは、Ｂ点に比べて負のオーバーラップ量が増加しており、約１６０°ＣＡに設定されている。このように、Ａ点では、Ｂ点に比べて負のオーバーラップ量が多いので、内部ＥＧＲ量も多い。この結果、以下に説明するように、燃焼室から排出される一酸化炭素量が増加し、また、排気温度が上昇する。
【００３４】
図３は、空燃比（Ａ／Ｆ）に依存する排気特性の変化を示すグラフである。ここでは、燃料噴射量は一定であると仮定している。内部ＥＧＲ量を増加させると空燃比が減少する。これは、内部ＥＧＲを増加させると新気の量が減少するからである。本実施例において、空燃比はバルブタイミングで決定されており、空燃比と内部ＥＧＲ量はほぼ直接的な相関関係がある。
【００３５】
ＣＯ濃度は、理論空燃比（ストイキ）よりもリーン側で最小になり、理論空燃比近傍で空燃比の減少に伴って急激に増大する。ＨＣ濃度（未燃燃料成分濃度）は、理論空燃比近傍で最小になり、過度にリッチになると空燃比の減少に伴って急激に増大する。排気温度は、空燃比の減少に伴って上昇する。
【００３６】
Ａ点の負のオーバーラップ量はＢ点よりも大幅に増加しており、これによって内部ＥＧＲ量も大幅に増加している。この結果、図３に示すように、Ａ点での空燃比は理論空燃比又は理論空燃比よりもややリーン側の値となり、ＣＯ濃度がＢ点に比べて大幅に増加している。また、内部ＥＧＲ量の増加に伴って、排気温度が上昇するとともに、触媒２６を流れる排気量も減少する。ＣＯ濃度の増加と、排気温度の上昇と、排気量の減少とは、いずれも触媒２６におけるＣＯやＨＣの酸化促進効果を有する。従って、Ａ点のように触媒２６が不活性化し易い運転条件においても、内部ＥＧＲ量を増加させることによって、触媒２６の温度を上昇させて活性化することができる。この結果、排気ガスを触媒２６によって十分浄化することが可能になる。
【００３７】
本明細書では、このＡ点での運転のように、比較的リッチな空燃比で行われる圧縮自着火運転を「リッチ自着火運転」と呼び、Ｂ点での運転のように、リーンな空燃比で行われる圧縮自着火運転を「リーン自着火運転」と呼ぶ。また、リッチ自着火運転を行うための動作を「触媒活性化動作」と呼ぶ。
【００３８】
なお、リッチ自着火運転時の空燃比は、ＣＯ濃度がリーン自着火運転時の値よりも増加し、ＨＣ濃度がリーン自着火運転時の値以下となる値に設定することが好ましい。通常は、リッチ自着火運転時の空燃比を、理論空燃比又は理論空燃比よりもややリーン側の値に設定することがさらに好ましい。なお、「理論空燃比よりもややリーン側の値」としては、例えば、理論空燃比よりも大きく理論空燃比の約１．１倍よりも小さな値を採用することができる。
【００３９】
図４は、第１実施例における触媒活性化の制御手順を示すフローチャートである。この手順は、一定時間毎に繰り返し実行される。ステップＳ１では、触媒状態判定部４４（図１）が、運転条件（アクセル開度θａｃ，エンジン回転速度Ｎｅなど）を取得し、その運転条件に基づいて、触媒２６が不活性状態にあるか否かを判定する。なお、本明細書では、触媒２６が不活性状態にあるか否かは、触媒２６が実際に不活性であるか否かとは無関係に判定することができる。換言すれば、触媒２６が不活性となり得る場合に、触媒２６が不活性状態にあると判定することができる。この代わりに、触媒２６の活性状態を検出または推定し、実際に触媒２６が不活性状態にあるときにのみ、触媒２６が不活性状態にあると判定してもよい。
【００４０】
本実施例においては、図２（Ｃ）のＡ点で運転を行っているときには触媒２６が不活性状態にあると判定し、Ｂ点で運転を行っているときには触媒２６が不活性状態にはないと判定する（ステップＳ２）。触媒活性化制御部４２は、この判定に応じてリッチ自着火運転（ステップＳ４）またはリーン自着火運転（ステップＳ３）を実行する。具体的には、リッチ自着火運転では、バルブタイミングが図２（Ａ）に示すタイミングに設定され、内部ＥＧＲ量を増加させて、触媒２６を活性化させる。一方、リーン自着火運転では、バルブタイミングが図２（Ｂ）に示すタイミングに設定される。なお、リーン自着火運転では、燃費が向上し、また、大気汚染物質（特にＮＯｘ ）の排出量も大幅に低減できる。
【００４１】
このように、第１実施例では、低負荷で触媒２６が不活性化し易い運転条件でエンジン１００が運転されているときに、バルブタイミングを変更することによって内部ＥＧＲ量を増加させる触媒活性化動作を実行する。従って、低負荷で自着火運転を行っても、触媒２６の活性化を促進することができ、高い酸化特性を得ることが可能である。
【００４２】
Ｂ．第２実施例：
上述した第１実施例では、エンジン１００が４サイクル運転を行うものとしていたが、バルブタイミングを変更することによって、２サイクル運転を行うことも可能である。
【００４３】
図５は、２サイクル圧縮自着火運転を行う際のバルブタイミングの例を示している。図５（Ａ）は、図２（Ｃ）のＡ点におけるバルブタイミングであり、図５（Ｂ）は、Ｂ点におけるバルブタイミングである。なお、エンジン１００の構成は第１実施例と同じである。
【００４４】
よく知られているように、２サイクル運転では、給気弁１３２の開期間と排気弁１３４の開期間とが重なる期間において、いわゆる掃気が行われる。掃気では、給気によって燃焼室から排気が排気通路１６に押し出される。Ａ点（リッチ自着火運転）では、給気弁１３２の開弁時期ＩＮＯをＢ点（リーン自着火運転）よりも遅角させ、また、排気弁１３４の閉弁時期ＥＸＣをＢ点（リーン自着火運転）よりも進角させている。これによって掃気期間が短くなり、内部ＥＧＲ量が増加する。従って、図３で説明したように、Ａ点においても触媒２６を活性化させることができる。
【００４５】
このように、２サイクル運転では、低負荷で触媒２６が不活性化し易い運転条件のときには、通常のリーン自着火運転の場合よりも掃気期間を短縮することによって、内部ＥＧＲ量を増大させ、触媒２６を活性化することが可能である。
【００４６】
Ｃ．第３実施例：
上述した第１および第２実施例では、触媒２６が不活性化し易い運転条件のときにはリッチ自着火運転（触媒活性化動作）を行うものとしていたが、この際、触媒活性化動作を継続的に行う代わりに、間欠的に行うようにしても良い。
【００４７】
図６は、第３実施例におけるリッチ自着火運転の様子を示すタイミングチャートである。エンジン１００の構成（図１）と触媒活性化動作を行うか否かの判定手順（図４）は、第１実施例または第２実施例と同じである。第３実施例では、触媒２６が不活性化状態にあると判定されると（図４のステップＳ２）、触媒活性化動作を間欠的に複数回実行する。図６の例では、触媒活性化動作が所定期間（１０〜２０サイクル程度）実行された後、通常のリーン自着火運転が所定期間（３０〜４０サイクル程度）実行される、という動作が繰り返されている。触媒活性化動作期間中は、上述したバルブタイミングの変更（図２または図５）によって内部ＥＧＲ量（図６では省略）が増大し、また、排気温度も上昇する。図６では、さらに、触媒活性化動作期間において、スロットル開度を低下させるとともに、燃料噴射量を増加させている。スロットル開度の低下と燃料噴射量の増加を行うことによって、空燃比を理論空燃比以下の値に設定している。なお、スロットル開度を低下させる代わりに、給気弁１３２のリフト量（作用角）を変更することによって、給気量を減少させてもよい。
【００４８】
給気量の減少や燃料噴射量の増加を行わなくても空燃比を理論空燃比に設定することは可能である。しかし、給気量の減少と燃料噴射量の増加とを行うようにすれば、触媒活性化動作期間と、それ以外の期間（リーン自着火運転期間）におけるトルクの変化を抑制でき、トルクに大きな段差が発生することを防止できる。
【００４９】
なお、給気量の減少と燃料噴射量の増加との両方を実行する代わりに、そのうちの一方のみを行うようにしてもよい。このいずれかを行えば、バルブタイミングのみで空燃比を変更する場合よりも空燃比をより大幅に変更することができ、触媒２６の活性化を促進することができる。
【００５０】
Ｄ．第４実施例：
図７は、第４実施例における触媒活性化の制御手順を示すフローチャートである。エンジン１００の構成（図１）は、第１実施例と同じである。ステップＳ１１では、触媒状態判定部４４が運転条件（アクセル開度θａｃ，エンジン回転速度Ｎｅなど）と排気温度とを取得し、ステップＳ１２において触媒床温を推定する。なお、運転条件を考慮せずに、温度センサ２８で検出された排気温度のみを用いて触媒床温の推定を行っても良い。触媒状態判定部４４は、ステップＳ１３において、触媒床温の推定値が所定の許容温度（例えば２５０℃）以下か否かを判断することにより、触媒２６が不活性状態か否かを判定する。
【００５１】
触媒活性化制御部４２は、ステップＳ１３の判定に応じてリッチ自着火運転（ステップＳ１５）またはリーン自着火運転（ステップＳ１４）を実行する。リッチ自着火運転とリーン自着火運転の内容は、上述した第１実施例ないし第３実施例のいずれかと同じものを利用することが可能である。
【００５２】
このように、第４実施例では、触媒床温を推定し、その推定温度が所定のしきい値よりも低いときに触媒２６が不活性状態にあると判定する。従って、車両の運行途中で低負荷状態が連続し、触媒床温が徐々に低下してゆくような場合にも、触媒２６の活性化を促進して高い酸化特性を確保することが可能である。
【００５３】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５４】
Ｅ１．変形例１：
上記実施例では、触媒２６が不活性状態にあると判定されたときに、すべての燃焼室について同時に触媒活性化動作を行うものとしていたが、複数の燃焼室ののうちの一部の燃焼室に関して触媒活性化動作を行うとともに、他の燃焼室に関しては触媒活性化動作よりもリーンな空燃比で運転を行うようにしてもよい。このようにすれば、触媒活性化に伴う燃費の悪化を抑制することが可能である。
【００５５】
Ｅ２．変形例２：
触媒２６が予め定められた不活性状態にあるか否かの判定方法としては、上述した方法以外の種々の方法を採用することができる。例えば、エンジン１００が所定範囲の低負荷で運転を継続しているときに、触媒２６が不活性状態にあると判定することも可能である。これは、例えば、図２（Ｃ）のＡ点近傍の運転条件で所定時間（例えば１０分間）以上運転が継続されているときに、触媒２６が不活性状態であると判定することに相当する。このような運転条件では、触媒床温が徐々に低下してゆくので、触媒不活性動作を行うことによって触媒床温の低下を抑制することが好ましい。
【００５６】
また、エンジン１００がその始動後の所定の低負荷運転状態にあるときに触媒が不活性状態にあると判定することも可能である。これは、例えば、エンジン１００の始動後、ロードロードＲＬ（図２（Ｃ））に従ってＡ点を経由してＢ点に至るまでの期間では、触媒２６が不活性状態であると判定することに相当する。この場合には、触媒床温が活性化温度に達していないことが多いので、触媒不活性動作を行うことによって触媒の活性化を促進することが好ましい。
【００５７】
Ｅ３．変形例３：
上記実施例では、２サイクル運転と４サイクル運転とを切り換えることが可能なエンジンについて説明したが、本発明は、２サイクル運転または４サイクル運転のみを行うエンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としてのガソリンエンジン１００の構成を概念的に示した説明図。
【図２】第１実施例におけるエンジン１００のバルブタイミングと、運転条件のマップとを示す説明図。
【図３】空燃比Ａ／Ｆに依存する排気特性の変化を示すグラフ。
【図４】第１実施例における触媒活性化の制御手順を示すフローチャート。
【図５】第２実施例において２サイクル圧縮自着火運転を行う際のバルブタイミングの例を示す説明図。
【図６】第３実施例におけるリッチ自着火運転の様子を示すタイミングチャート。
【図７】第４実施例における触媒活性化の制御手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１２…給気通路
１４…燃料噴射弁
１６…排気通路
２０…エアクリーナ
２２…スロットル弁
２４…電動アクチュエータ
２６…触媒
２８…温度センサ
３０…ＥＣＵ
３２…クランク角センサ
３４…アクセル開度センサ
３６…筒内圧センサ
４２…触媒活性化制御部
４４…触媒状態判定部
５０…過給器
５２…タービン
５４…コンプレッサ
５６…シャフト
６０…サージタンク
６２…インタークーラ
１００…ガソリンエンジン
１３０…シリンダヘッド
１３２…給気弁
１３４…排気弁
１３６…点火プラグ
１４０…シリンダブロック
１４２…シリンダ
１４４…ピストン
１４６…コネクティングロッド
１４８…クランクシャフト
１６２，１６４…電動アクチュエータ
Claims (8)
- リーン空燃比で圧縮自着火運転が可能なエンジンであって、
シリンダとピストンとで構成される燃焼室と、
前記燃焼室に導入される燃料を供給するための燃料供給部と、
前記燃焼室に設けられた給気弁および排気弁と、
前記給気弁と排気弁とのうちの少なくとも一方の動作タイミングを変更可能な可変動弁機構と、
前記燃焼室から排出された排気ガスのための排気通路と、
前記排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、
前記触媒が予め定められた不活性状態にあるか否かを判定する触媒状態判定部と、
前記触媒が前記不活性状態にあると判定されたときに、前記触媒の活性化のために前記可変動弁機構の動作を変更して前記燃焼室の排気期間後に前記燃焼室内に残留する残留ガス量を増加させる触媒活性化動作を実行し、これによって、前記燃焼室の空燃比をよりリッチ側に設定して前記燃焼室から前記排気通路に排出される排気ガス中の一酸化炭素ガスを増加させる触媒活性化制御部と、
を備えるエンジン。 - 請求項１記載のエンジンであって、
前記触媒活性化制御部は、前記触媒活性化動作によって前記燃焼室の空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもややリーン側の値に設定する、エンジン。 - 請求項１または２記載のエンジンであって、
前記触媒活性化制御部は、前記触媒活性化動作として、さらに、燃料量の増加と給気量の減少とのうちの少なくとも一方を行う、エンジン。 - 請求項３記載のエンジンであって、
前記触媒活性化制御部は、前記触媒が前記不活性状態にあると判定されたときに前記触媒活性化動作を間欠的に複数回実行し、この際、前記触媒活性化動作として、前記燃料量の増加と前記給気量の減少との両方を行うことによって、前記触媒活性化動作に伴う前記エンジンの出力トルクの変化を抑制する、エンジン。 - 請求項１ないし４のいずれかに記載のエンジンであって、
前記エンジンは複数の燃焼室を有しており、
前記触媒活性化制御部は、前記触媒が前記不活性状態にあると判定されたときに、前記複数の燃焼室のうちの一部の燃焼室に関しては前記触媒活性化動作を行うとともに、他の燃焼室に関しては前記触媒活性化動作を行わずに空燃比を前記触媒活性化動作よりもリーンに設定する、エンジン。 - 請求項１ないし５のいずれかに記載のエンジンであって、
前記触媒状態判定部は、前記触媒の温度を推定するとともに、前記推定温度が所定の温度以下であるときに前記触媒が前記不活性状態にあると判定する、エンジン。 - 請求項１ないし５のいずれかに記載のエンジンであって、
前記触媒状態判定部は、前記エンジンが所定範囲の低負荷で運転を継続しているときに前記触媒が前記不活性状態にあると判定する、エンジン。 - 請求項１ないし５のいずれかに記載のエンジンであって、
前記触媒状態判定部は、前記エンジンが始動後の所定の低負荷運転状態にあるときに前記触媒が前記不活性状態にあると判定する、エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003050211A JP4093080B2 (ja) | 2003-02-27 | 2003-02-27 | 圧縮自着火運転可能なエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003050211A JP4093080B2 (ja) | 2003-02-27 | 2003-02-27 | 圧縮自着火運転可能なエンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004257331A true JP2004257331A (ja) | 2004-09-16 |
| JP4093080B2 JP4093080B2 (ja) | 2008-05-28 |
Family
ID=33115684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003050211A Expired - Lifetime JP4093080B2 (ja) | 2003-02-27 | 2003-02-27 | 圧縮自着火運転可能なエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4093080B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007162687A (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-28 | Robert Bosch Gmbh | 内燃機関を運転するための方法 |
| JP2009041488A (ja) * | 2007-08-09 | 2009-02-26 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の制御装置 |
| JP2010019211A (ja) * | 2008-07-14 | 2010-01-28 | Nissan Motor Co Ltd | 排気浄化触媒の温度制御装置及び温度制御方法 |
| WO2012057310A1 (ja) * | 2010-10-28 | 2012-05-03 | 株式会社Ihi | ２ストロークエンジン |
| JP2013019321A (ja) * | 2011-07-11 | 2013-01-31 | Isuzu Motors Ltd | 内燃機関及び内燃機関のｅｇｒ方法 |
| WO2020059784A1 (ja) * | 2018-09-20 | 2020-03-26 | マツダ株式会社 | 過給機付２ストロークエンジン |
| US10753306B2 (en) | 2018-09-04 | 2020-08-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas purification system for internal combustion engine |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101836287B1 (ko) * | 2016-10-07 | 2018-03-08 | 현대자동차 주식회사 | 촉매 히팅 제어 장치 및 방법 |
-
2003
- 2003-02-27 JP JP2003050211A patent/JP4093080B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007162687A (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-28 | Robert Bosch Gmbh | 内燃機関を運転するための方法 |
| US8315777B2 (en) | 2007-08-09 | 2012-11-20 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control apparatus and control method for internal combustion engine |
| JP2009041488A (ja) * | 2007-08-09 | 2009-02-26 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の制御装置 |
| JP2010019211A (ja) * | 2008-07-14 | 2010-01-28 | Nissan Motor Co Ltd | 排気浄化触媒の温度制御装置及び温度制御方法 |
| CN103180578A (zh) * | 2010-10-28 | 2013-06-26 | 株式会社Ihi | 二冲程发动机 |
| WO2012057310A1 (ja) * | 2010-10-28 | 2012-05-03 | 株式会社Ihi | ２ストロークエンジン |
| JP5452730B2 (ja) * | 2010-10-28 | 2014-03-26 | 株式会社Ｉｈｉ | ２ストロークエンジン |
| JP2014058984A (ja) * | 2010-10-28 | 2014-04-03 | Ihi Corp | ２ストロークエンジン |
| KR101491632B1 (ko) * | 2010-10-28 | 2015-02-09 | 가부시키가이샤 아이에이치아이 | 2스트로크 엔진 |
| JP2013019321A (ja) * | 2011-07-11 | 2013-01-31 | Isuzu Motors Ltd | 内燃機関及び内燃機関のｅｇｒ方法 |
| US10753306B2 (en) | 2018-09-04 | 2020-08-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas purification system for internal combustion engine |
| WO2020059784A1 (ja) * | 2018-09-20 | 2020-03-26 | マツダ株式会社 | 過給機付２ストロークエンジン |
| JP2020045839A (ja) * | 2018-09-20 | 2020-03-26 | マツダ株式会社 | 過給機付２ストロークエンジン |
| US11236684B1 (en) | 2018-09-20 | 2022-02-01 | Mazda Motor Corporation | Two-stroke engine with supercharger |
| JP7334402B2 (ja) | 2018-09-20 | 2023-08-29 | マツダ株式会社 | 過給機付２ストロークエンジン |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4093080B2 (ja) | 2008-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3052856B2 (ja) | 排気昇温装置 | |
| US7900440B2 (en) | Exhaust emission control device and method for internal combustion engine and engine control unit | |
| JP4645585B2 (ja) | エンジントルク制御装置 | |
| JP2012255366A (ja) | 内燃機関の制御装置及び制御方法 | |
| US7062902B2 (en) | Engine control equipment | |
| US7363906B2 (en) | Control system for internal combustion engine | |
| JP4385531B2 (ja) | 触媒を備えた４サイクルエンジン | |
| JP4093080B2 (ja) | 圧縮自着火運転可能なエンジン | |
| JP2000145511A (ja) | 排気昇温装置 | |
| JP5741345B2 (ja) | エンジンの制御装置 | |
| JP4253984B2 (ja) | ディーゼルエンジンの制御装置 | |
| JP3771101B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
| JP2009047094A (ja) | ガソリンエンジンの制御装置 | |
| JP4407505B2 (ja) | 内燃機関のバルブ特性制御装置 | |
| JP4151268B2 (ja) | 電磁駆動弁を備えた内燃機関の停止制御装置 | |
| JP4166135B2 (ja) | 内燃機関の運転領域制御装置 | |
| JP2004346854A (ja) | 内燃機関の圧縮着火運転の制御装置 | |
| JP2004190539A (ja) | ２サイクル運転可能な頭上弁式多気筒エンジン | |
| JP4407442B2 (ja) | 筒内噴射式エンジンの燃圧制御装置 | |
| JP2004263633A (ja) | 内燃機関のノッキング抑制装置 | |
| JP4461905B2 (ja) | 予混合圧縮自着火内燃機関の制御システム | |
| JP2015004343A (ja) | 筒内噴射エンジンの制御装置 | |
| JP4560979B2 (ja) | ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 | |
| JP4285091B2 (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
| JP2002054483A (ja) | 火花点火式エンジンの燃料制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20051227 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051228 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20051227 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071113 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071227 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080212 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080225 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110314 Year of fee payment: 3 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4093080 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110314 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110314 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120314 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120314 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130314 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130314 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140314 Year of fee payment: 6 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |