JP4093080B2

JP4093080B2 - Engine capable of compression ignition operation

Info

Publication number: JP4093080B2
Application number: JP2003050211A
Authority: JP
Inventors: 史人千葉; 道王中野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: JP2004257331A

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、
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する。
【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。また、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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine capable of performing compression auto-ignition operation with a lean air-fuel ratio.
[0002]
[Prior art]
Gasoline engines usually use spark plugs to perform spark ignition operation, but in recent years, a combustion system that causes the gasoline engine to self-ignite an air-fuel mixture (also called a “premixed self-ignition combustion system”) Is being studied (for example, Patent Document 1 below). In this self-ignition combustion method, for example, gasoline is premixed with intake air, and self-ignition is performed by compression. The use of such self-ignition combustion has the advantage that the fuel efficiency is improved and the amount of air pollutants (especially NOx) can be greatly reduced.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-280183 A [Patent Document 2]
JP 2002-074969 A [Patent Document 3]
JP 11-294157 A [Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-336574 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
The compression self-ignition operation is usually performed at a very lean air-fuel ratio (for example, an A / F value of about 25 to 40). For this reason, when the compression auto-ignition operation is performed at a low load, the exhaust gas temperature tends to decrease and the exhaust gas purification catalyst bed temperature tends to decrease. Therefore, if the compression self-ignition operation is continued at a low load, there is a problem that the oxidation activity of the catalyst is lowered and the exhaust gas cannot be sufficiently purified.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of promoting the activation of a catalyst in an engine capable of compression auto-ignition operation.
[0006]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
In order to achieve at least a part of the above object, an engine of the present invention is an engine capable of compression auto-ignition operation at a lean air-fuel ratio,
A combustion chamber composed of a cylinder and a piston;
A fuel supply unit for supplying fuel introduced into the combustion chamber;
An intake valve and an exhaust valve provided in the combustion chamber;
A variable valve mechanism capable of changing the operation timing of at least one of the air supply valve and the exhaust valve;
An exhaust passage for exhaust gas discharged from the combustion chamber;
An exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage;
A catalyst state determination unit for determining whether or not the catalyst is in a predetermined inactive state;
Residual gas remaining in the combustion chamber after the exhaust period of the combustion chamber by changing the operation of the variable valve mechanism for activating the catalyst when it is determined that the catalyst is in the inactive state A catalyst activation operation for increasing the amount is performed, thereby setting the air-fuel ratio of the combustion chamber to a richer side and increasing the carbon monoxide gas in the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust passage A catalyst activation control unit,
Equipped with a,
The catalyst activation control unit intermittently executes the catalyst activation operation a plurality of times when it is determined that the catalyst is in the inactive state .
[0007]
According to this engine, the residual gas amount is increased by the catalyst activation operation, the air-fuel ratio of the combustion chamber is set to a richer side, and the carbon monoxide gas in the exhaust gas is increased. The temperature can be raised. As a result, activation of the catalyst can be promoted even under operating conditions where the catalyst becomes inactive. Further, by performing the catalyst activation operation intermittently, the activation of the catalyst can be promoted without excessively deteriorating the fuel consumption.
[0008]
The catalyst activation control unit may set the air-fuel ratio of the combustion chamber to a stoichiometric air-fuel ratio or a value slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio by the catalyst activation operation.
[0009]
According to this configuration, the carbon monoxide gas can be further increased, and the exhaust gas temperature can be increased, so that the activation of the catalyst can be further promoted.
[0010]
The catalyst activation control unit may further perform at least one of an increase in fuel amount and a decrease in air supply amount as the catalyst activation operation.
[0011]
According to this configuration, the air-fuel ratio can be further reduced, and the activation of the catalyst can be further promoted.
[0012]
The catalyst activation control unit intermittently executes the catalyst activation operation a plurality of times when it is determined that the catalyst is in the inactive state. At this time, as the catalyst activation operation, the fuel amount It is also possible to suppress a change in the output torque of the engine accompanying the catalyst activation operation by performing both the increase in the air flow rate and the decrease in the air supply amount.
[0013]
According to this configuration, by performing the catalyst activation operation intermittently, the activation of the catalyst can be promoted without excessively deteriorating the fuel consumption, and at this time, the fluctuation of the output torque is suppressed. it can.
[0014]
The engine has a plurality of combustion chambers;
When the catalyst activation control unit determines that the catalyst is in the inactive state, the catalyst activation control unit performs the catalyst activation operation for some of the plurality of combustion chambers, For the combustion chamber, the air-fuel ratio may be set to be leaner than the catalyst activation operation without performing the catalyst activation operation.
[0015]
According to this configuration, it is possible to suppress deterioration in fuel consumption associated with the catalyst activation operation.
[0016]
The catalyst state determination unit may estimate the temperature of the catalyst and determine that the catalyst is in the inactive state when the estimated temperature is equal to or lower than a predetermined temperature.
[0017]
The catalyst state determination unit may determine that the catalyst is in the inactive state when the engine continues to operate at a low load within a predetermined range.
[0018]
Alternatively, the catalyst state determination unit may determine that the catalyst is in the inactive state when the engine is in a predetermined low load operation state after starting.
[0019]
The present invention can be realized in various modes, for example, an engine, an engine control method or device, an engine exhaust purification method and device, and a function of the method or device. The present invention can be realized in the form of a computer program, a recording medium on which the computer program is recorded, or the like.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A. First embodiment:
Next, embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is an explanatory view conceptually showing the structure of a gasoline engine 100 as a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows the structure of the combustion chamber when a cross section is taken at the center of the combustion chamber of the gasoline engine 100.
[0021]
The combustion chamber of the gasoline engine 100 includes a hollow cylindrical cylinder 142 provided in the cylinder block 140, a piston 144 that slides up and down in the cylinder 142, and a cylinder head 130 provided on the cylinder block 140. Is formed by. A cylindrical body constituted by both the cylinder block 140 and the cylinder head 130 is called a “cylinder” in a broad sense. Each combustion chamber is provided with an in-cylinder pressure sensor 36 (also referred to as “combustion pressure sensor”) for measuring the internal pressure (also referred to as “in-cylinder pressure”) of the combustion chamber.
[0022]
The cylinder head 130 includes an air supply valve 132 that opens and closes an opening of an air supply port through which intake air flows, an exhaust valve 134 that opens and closes an opening of an exhaust port through which exhaust gas flows out, a spark plug 136, a combustion A fuel injection valve 14 for injecting fuel spray into the room is provided. The supply valve 132 and the exhaust valve 134 are driven by electric actuators 162 and 164, respectively. The electric actuators 162 and 164 can open and close the supply valve 132 and the exhaust valve 134 at a desired timing. Instead of the electric actuator, the air supply valve 132 and the exhaust valve 134 may be driven by other types of variable valve mechanisms such as a hydraulic actuator and a cam mechanism. A variable valve mechanism that can change the operation timing of at least one of the supply valve 132 and the exhaust valve 134 can be used.
[0023]
An air supply passage 12 that guides intake air is connected to the air supply port, and an exhaust passage 16 through which exhaust gas passes is connected to the exhaust port. A catalyst 26 for purifying air pollutants contained in the exhaust gas and a turbine 52 of the supercharger 50 are provided downstream of the exhaust passage 16. As the catalyst 26, a three-way catalyst, an oxidation catalyst, or the like can be used. A temperature sensor 28 for measuring the exhaust gas temperature is provided on the upstream side of the catalyst 26.
[0024]
Exhaust gas passing through the exhaust passage 16 is released to the atmosphere after rotating the turbine 52. The air supply passage 12 is provided with a compressor 54 for the supercharger 50. The compressor 54 is connected to the turbine 52 via a shaft 56, and the compressor 54 also rotates when the turbine 52 rotates by the exhaust gas. As a result, the compressor 54 pressurizes the air sucked from the air cleaner 20 and then pumps it toward the air supply port. Since the air temperature rises when pressurized by the compressor 54, an intercooler 62 is provided on the downstream side of the compressor 54 in order to cool the intake air. A surge tank 60 and a throttle valve 22 are also provided in the air supply passage 12. The surge tank 60 has a function of relaxing pressure waves generated when the combustion chamber sucks air, and the throttle valve 22 is set to an appropriate opening degree by the electric actuator 24 to adjust the intake air amount. It has a function to do.
[0025]
The piston 144 is connected to a crankshaft 148 via a connecting rod 146, and a crank angle sensor 32 that detects a crank angle is attached to the crankshaft 148.
[0026]
The operation of the gasoline engine 100 is controlled by an engine control unit (hereinafter referred to as ECU) 30. The ECU 30 detects the engine rotational speed Ne and the accelerator opening degree θac, and executes control of the opening degree of the throttle valve 22, ignition timing control of the spark plug 136, and control of the fuel injection valve 14 based on these. The engine speed Ne is detected by the crank angle sensor 32, and the accelerator opening degree θac is detected by an accelerator opening sensor 34 built in the accelerator pedal.
[0027]
The ECU 30 has functions of a catalyst activation control unit 42 and a catalyst state determination unit 44. The catalyst state determination unit 44 is based on a part of values of a plurality of operation state parameters including the operation condition (the engine rotational speed Ne and the accelerator opening θac) and the exhaust temperature measured by the temperature sensor 28. It is determined whether or not the catalyst 26 is in an inactive state. The catalyst activation control unit 42 performs an operation of activating the catalyst 26 when it is determined that the catalyst 26 is in an inactive state. The functions of these units 42 and 44 will be further described later. Each of these units 42 and 44 is realized by a computer program that operates the ECU 30 as a computer, and is stored in a non-illustrated nonvolatile memory in the ECU 30.
[0028]
The engine 100 can perform both 2-cycle operation and 4-cycle operation by changing valve timing and the like.
[0029]
2A and 2B show an example of the valve timing of the engine 100 in the first embodiment, and FIG. 2C shows a map of operating conditions. In the first embodiment, it is assumed that the engine 100 performs four-cycle operation. However, the engine 100 can perform both 2-cycle operation and 4-cycle operation by changing valve timing and the like.
[0030]
As shown in the map of FIG. 2C, the engine 100 performs self-ignition combustion at a relatively low load and performs spark ignition combustion at a relatively high load. In spark ignition combustion, the engine is operated in a state (so-called “stoichiometric”) in which the air-fuel ratio is substantially close to the stoichiometric air-fuel ratio (about 14.5 to about 15.0 for ordinary gasoline). On the other hand, in the self-ignition combustion, the engine is operated in a very lean state with a high air-fuel ratio (A / F value of about 25 to 40). In the self-ignition combustion, the actual compression ratio is also set to a higher value than the ignition fireworks combustion. The reason why spark ignition combustion is performed without performing compression self-ignition combustion when the load (torque) is large is that combustion noise increases when self-ignition combustion is performed when the load is large and the fuel injection amount is large.
[0031]
FIG. 2C shows an example of a so-called road load RL (trajectory traced as the vehicle travels). The point A on the load load RL is an operation condition of relatively low rotation and low load in the self-ignition combustion region. Further, point B on the load load RL is an operation condition of relatively high rotation and high load in the self-ignition combustion region. When the speed of the vehicle is increased, the points A and B are traced in this order, and then the operation is performed in the spark ignition combustion region. Since the point A is a low load, the exhaust temperature is low, and the temperature of the catalyst 26 tends to easily fall below the activation temperature (about 250 ° C.). On the other hand, since the point B is sufficiently high, there is no concern that the temperature of the catalyst 26 will fall below the activation temperature.
[0032]
2A and 2B show valve timings at points A and B, respectively. Among these, the valve timing at point B corresponds to the valve timing in a typical lean self-ignition operation. In FIG. 2B, the valve opening timing INO of the air supply valve 132 is set to the retard side with respect to the exhaust top dead center, and the valve closing timing INC is set to the retard side with respect to the bottom dead center. Yes. Further, the valve opening timing EXO of the exhaust valve 134 is set to the advance side with respect to the bottom dead center, and the valve closing timing EXC is set to the advance side with respect to the exhaust top dead center. As a result, under the operating condition at point B, a so-called negative overlap (a period in which both the air supply valve 132 and the exhaust valve 134 are closed) occurs in the vicinity of the exhaust top dead center. In the example of FIG. 2B, the negative overlap amount is about 60 ° CA (crank angle). The negative overlap is for leaving more exhaust gas in the combustion chamber after the exhaust period. The residual exhaust gas is also called internal EGR. If the amount of internal EGR is increased, the gas temperature in the combustion chamber rises, so that there is an advantage that it is easy to continue self-ignition combustion.
[0033]
In the valve timing at the point A shown in FIG. 2A, the negative overlap amount is increased compared to the point B, and is set to about 160 ° CA. Thus, the point A has a larger amount of negative overlap than the point B, and therefore the amount of internal EGR is also large. As a result, as will be described below, the amount of carbon monoxide discharged from the combustion chamber increases and the exhaust temperature rises.
[0034]
FIG. 3 is a graph showing changes in exhaust characteristics depending on the air-fuel ratio (A / F). Here, it is assumed that the fuel injection amount is constant. Increasing the internal EGR amount decreases the air-fuel ratio. This is because increasing the internal EGR reduces the amount of fresh air. In this embodiment, the air-fuel ratio is determined by the valve timing, and the air-fuel ratio and the internal EGR amount have a substantially direct correlation.
[0035]
The CO concentration becomes minimum on the lean side of the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric), and rapidly increases as the air-fuel ratio decreases near the stoichiometric air-fuel ratio. The HC concentration (unburned fuel component concentration) becomes minimum near the theoretical air-fuel ratio, and when it becomes excessively rich, it rapidly increases as the air-fuel ratio decreases. The exhaust temperature rises as the air-fuel ratio decreases.
[0036]
The amount of negative overlap at point A is significantly greater than that at point B, thereby increasing the amount of internal EGR as well. As a result, as shown in FIG. 3, the air-fuel ratio at the point A becomes a stoichiometric air-fuel ratio or a value slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and the CO concentration is significantly increased compared to the point B. As the internal EGR amount increases, the exhaust temperature rises and the exhaust amount flowing through the catalyst 26 also decreases. The increase in the CO concentration, the increase in the exhaust temperature, and the decrease in the exhaust amount all have the effect of promoting the oxidation of CO and HC in the catalyst 26. Therefore, even under the operating conditions where the catalyst 26 is likely to be deactivated, such as point A, the temperature of the catalyst 26 can be increased and activated by increasing the internal EGR amount. As a result, the exhaust gas can be sufficiently purified by the catalyst 26.
[0037]
In this specification, the compression auto-ignition operation performed at a relatively rich air-fuel ratio like the operation at the point A is called “rich self-ignition operation”, and the lean auto-ignition operation like the operation at the point B is performed. The compression self-ignition operation performed at the fuel ratio is called “lean self-ignition operation”. The operation for performing the rich self-ignition operation is referred to as “catalyst activation operation”.
[0038]
Note that the air-fuel ratio during the rich self-ignition operation is preferably set to a value at which the CO concentration is higher than the value during the lean self-ignition operation and the HC concentration is equal to or less than the value during the lean self-ignition operation. Usually, it is more preferable to set the air-fuel ratio at the time of rich self-ignition operation to the stoichiometric air-fuel ratio or a value slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. As the “value slightly leaner than the theoretical air / fuel ratio”, for example, a value that is larger than the theoretical air / fuel ratio and smaller than about 1.1 times the theoretical air / fuel ratio can be adopted.
[0039]
FIG. 4 is a flowchart showing a control procedure of catalyst activation in the first embodiment. This procedure is repeated at regular intervals. In step S1, the catalyst state determination unit 44 (FIG. 1) acquires operating conditions (accelerator opening θac, engine rotational speed Ne, etc.), and whether or not the catalyst 26 is in an inactive state based on the operating conditions. Determine whether. In the present specification, whether or not the catalyst 26 is in an inactive state can be determined regardless of whether or not the catalyst 26 is actually inactive. In other words, when the catalyst 26 can become inactive, it can be determined that the catalyst 26 is in an inactive state. Alternatively, the active state of the catalyst 26 may be detected or estimated, and it may be determined that the catalyst 26 is in an inactive state only when the catalyst 26 is actually in an inactive state.
[0040]
In this embodiment, it is determined that the catalyst 26 is in an inactive state when operating at point A in FIG. 2C, and the catalyst 26 is in an inactive state when operating at point B. It determines with not (step S2). The catalyst activation control unit 42 performs the rich self-ignition operation (step S4) or the lean self-ignition operation (step S3) according to this determination. Specifically, in the rich self-ignition operation, the valve timing is set to the timing shown in FIG. 2A, the internal EGR amount is increased, and the catalyst 26 is activated. On the other hand, in the lean self-ignition operation, the valve timing is set to the timing shown in FIG. In the lean self-ignition operation, the fuel efficiency is improved and the amount of air pollutants (especially NOx) can be greatly reduced.
[0041]
As described above, in the first embodiment, when the engine 100 is operated under an operation condition in which the catalyst 26 is easily deactivated at a low load, the catalyst activation operation for increasing the internal EGR amount by changing the valve timing. Execute. Therefore, even if the self-ignition operation is performed at a low load, activation of the catalyst 26 can be promoted, and high oxidation characteristics can be obtained.
[0042]
B. Second embodiment:
In the first embodiment described above, the engine 100 performs four-cycle operation. However, it is also possible to perform two-cycle operation by changing the valve timing.
[0043]
FIG. 5 shows an example of the valve timing when performing the two-cycle compression self-ignition operation. 5A shows the valve timing at the point A in FIG. 2C, and FIG. 5B shows the valve timing at the point B. The configuration of the engine 100 is the same as that of the first embodiment.
[0044]
As is well known, in the two-cycle operation, so-called scavenging is performed in a period in which the opening period of the supply valve 132 and the opening period of the exhaust valve 134 overlap. In scavenging, exhaust gas is pushed out of the combustion chamber into the exhaust passage 16 by supply air. At point A (rich self-ignition operation), the valve opening timing INO of the air supply valve 132 is retarded from the point B (lean self-ignition operation), and the valve closing timing EXC of the exhaust valve 134 is set to point B (lean self-ignition operation). More advanced than ignition operation). This shortens the scavenging period and increases the internal EGR amount. Therefore, as described with reference to FIG. 3, the catalyst 26 can be activated even at the point A.
[0045]
As described above, in the two-cycle operation, when the operating conditions are such that the catalyst 26 is likely to be deactivated at a low load, the scavenging period is shortened compared with the normal lean self-ignition operation, thereby increasing the internal EGR amount. 26 can be activated.
[0046]
C. Third embodiment:
In the first and second embodiments described above, the rich self-ignition operation (catalyst activation operation) is performed when the catalyst 26 is in an operating condition that tends to be deactivated. At this time, the catalyst activation operation is continuously performed. Instead of performing, it may be performed intermittently.
[0047]
FIG. 6 is a timing chart showing a state of rich self-ignition operation in the third embodiment. The configuration of the engine 100 (FIG. 1) and the procedure for determining whether or not to perform the catalyst activation operation (FIG. 4) are the same as in the first embodiment or the second embodiment. In the third embodiment, when it is determined that the catalyst 26 is in an inactivated state (step S2 in FIG. 4), the catalyst activation operation is intermittently executed a plurality of times. In the example of FIG. 6, after the catalyst activation operation is performed for a predetermined period (about 10 to 20 cycles), the normal lean self-ignition operation is performed for a predetermined period (about 30 to 40 cycles). ing. During the catalyst activation operation period, the internal EGR amount (not shown in FIG. 6) increases due to the above-described change in valve timing (FIG. 2 or FIG. 5), and the exhaust temperature also rises. In FIG. 6, the throttle opening is decreased and the fuel injection amount is increased during the catalyst activation operation period. By reducing the throttle opening and increasing the fuel injection amount, the air-fuel ratio is set to a value less than the stoichiometric air-fuel ratio. Instead of decreasing the throttle opening, the air supply amount may be decreased by changing the lift amount (working angle) of the air supply valve 132.
[0048]
It is possible to set the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio without reducing the air supply amount or increasing the fuel injection amount. However, if the air supply amount is decreased and the fuel injection amount is increased, the change in torque during the catalyst activation operation period and the other period (lean self-ignition operation period) can be suppressed, and the torque is greatly increased. Generation of a step can be prevented.
[0049]
Instead of executing both the decrease in the air supply amount and the increase in the fuel injection amount, only one of them may be performed. If either of these is performed, the air-fuel ratio can be changed more significantly than when the air-fuel ratio is changed only by the valve timing, and the activation of the catalyst 26 can be promoted.
[0050]
D. Fourth embodiment:
FIG. 7 is a flowchart showing a control procedure of catalyst activation in the fourth embodiment. The configuration of the engine 100 (FIG. 1) is the same as that of the first embodiment. In step S11, the catalyst state determination unit 44 acquires operating conditions (accelerator opening θac, engine speed Ne, etc.) and exhaust temperature, and in step S12, estimates the catalyst bed temperature. Note that the catalyst bed temperature may be estimated using only the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor 28 without considering the operating conditions. In step S13, the catalyst state determination unit 44 determines whether or not the catalyst 26 is in an inactive state by determining whether or not the estimated value of the catalyst bed temperature is equal to or lower than a predetermined allowable temperature (for example, 250 ° C.).
[0051]
The catalyst activation control unit 42 performs the rich self-ignition operation (step S15) or the lean self-ignition operation (step S14) according to the determination in step S13. The contents of the rich self-ignition operation and the lean self-ignition operation can be the same as those in any of the first to third embodiments described above.
[0052]
Thus, in the fourth embodiment, the catalyst bed temperature is estimated, and it is determined that the catalyst 26 is in an inactive state when the estimated temperature is lower than a predetermined threshold value. Therefore, even when the low load state continues during the operation of the vehicle and the catalyst bed temperature gradually decreases, the activation of the catalyst 26 can be promoted to ensure high oxidation characteristics. .
[0053]
E. Variation:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
[0054]
E1. Modification 1:
In the above embodiment, when it is determined that the catalyst 26 is in an inactive state, the catalyst activation operation is performed simultaneously for all the combustion chambers. However, some combustion chambers of the plurality of combustion chambers are used. The catalyst activation operation may be performed for the other combustion chambers, and the other combustion chambers may be operated at a leaner air-fuel ratio than the catalyst activation operation. If it does in this way, it is possible to suppress the deterioration of the fuel consumption accompanying catalyst activation.
[0055]
E2. Modification 2:
As a method for determining whether or not the catalyst 26 is in a predetermined inactive state, various methods other than the methods described above can be adopted. For example, it is possible to determine that the catalyst 26 is in an inactive state when the engine 100 continues to operate at a low load within a predetermined range. This corresponds to, for example, determining that the catalyst 26 is in an inactive state when the operation is continued for a predetermined time (for example, 10 minutes) under the operation condition in the vicinity of the point A in FIG. . Under such operating conditions, the catalyst bed temperature gradually decreases. Therefore, it is preferable to suppress the decrease in the catalyst bed temperature by performing a catalyst inactive operation.
[0056]
It is also possible to determine that the catalyst is in an inactive state when engine 100 is in a predetermined low-load operation state after starting. This is because, for example, it is determined that the catalyst 26 is in an inactive state in a period from the start of the engine 100 to the point B via the point A according to the load load RL (FIG. 2C). Equivalent to. In this case, since the catalyst bed temperature often does not reach the activation temperature, it is preferable to promote the activation of the catalyst by performing a catalyst deactivation operation.
[0057]
E3. Modification 3:
In the above embodiment, the engine capable of switching between the 2-cycle operation and the 4-cycle operation has been described. However, the present invention can also be applied to an engine that performs only the 2-cycle operation or the 4-cycle operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing the structure of a gasoline engine 100 as a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a valve timing of the engine 100 and a map of operating conditions in the first embodiment.
FIG. 3 is a graph showing changes in exhaust characteristics depending on an air-fuel ratio A / F.
FIG. 4 is a flowchart showing a control procedure of catalyst activation in the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of valve timing when performing a two-cycle compression self-ignition operation in the second embodiment.
FIG. 6 is a timing chart showing a state of rich self-ignition operation in the third embodiment.
FIG. 7 is a flowchart showing a control procedure of catalyst activation in the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
12 ... Air supply passage 14 ... Fuel injection valve 16 ... Exhaust passage 20 ... Air cleaner 22 ... Throttle valve 24 ... Electric actuator 26 ... Catalyst 28 ... Temperature sensor 30 ... ECU
32 ... Crank angle sensor 34 ... Accelerator opening sensor 36 ... In-cylinder pressure sensor 42 ... Catalyst activation control unit 44 ... Catalyst state determination unit 50 ... Supercharger 52 ... Turbine 54 ... Compressor 56 ... Shaft 60 ... Surge tank 62 ... Inter Cooler 100 ... gasoline engine 130 ... cylinder head 132 ... supply valve 134 ... exhaust valve 136 ... ignition plug 140 ... cylinder block 142 ... cylinder 144 ... piston 146 ... connecting rod 148 ... crankshafts 162, 164 ... electric actuator

Claims

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、
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する、エンジン。An engine capable of compression ignition operation at a lean air-fuel ratio,
A combustion chamber composed of a cylinder and a piston;
A fuel supply unit for supplying fuel introduced into the combustion chamber;
An intake valve and an exhaust valve provided in the combustion chamber;
A variable valve mechanism capable of changing the operation timing of at least one of the air supply valve and the exhaust valve;
An exhaust passage for exhaust gas discharged from the combustion chamber;
An exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage;
A catalyst state determination unit for determining whether or not the catalyst is in a predetermined inactive state;
Residual gas remaining in the combustion chamber after the exhaust period of the combustion chamber by changing the operation of the variable valve mechanism for activating the catalyst when it is determined that the catalyst is in the inactive state A catalyst activation operation for increasing the amount is performed, thereby setting the air-fuel ratio of the combustion chamber to a richer side and increasing the carbon monoxide gas in the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust passage A catalyst activation control unit,
Equipped with a,
The engine , wherein the catalyst activation control unit intermittently executes the catalyst activation operation a plurality of times when it is determined that the catalyst is in the inactive state .

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。The engine according to claim 1,
The engine in which the catalyst activation control unit sets the air-fuel ratio of the combustion chamber to a stoichiometric air-fuel ratio or a value slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio by the catalyst activation operation.

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。The engine according to claim 1 or 2,
The catalyst activation control unit further performs at least one of an increase in a fuel amount and a decrease in an air supply amount as the catalyst activation operation.

請求項１ないし３のいずれかに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、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。The engine according to any one of claims 1 to 3 ,
The catalyst activation control unit, as a pre-Symbol catalyst activation operation, by performing a both a decrease and increase the air supply amount of the fuel quantity, the change in the output torque of the engine due to the catalyst activation operation Suppress the engine.

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。The engine according to any one of claims 1 to 4,
The engine has a plurality of combustion chambers;
When the catalyst activation control unit determines that the catalyst is in the inactive state, the catalyst activation control unit performs the catalyst activation operation for some of the plurality of combustion chambers, An engine that sets the air-fuel ratio leaner than the catalyst activation operation without performing the catalyst activation operation for the combustion chamber.

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。The engine according to any one of claims 1 to 5,
The catalyst state determining unit estimates the temperature of the catalyst and determines that the catalyst is in the inactive state when the estimated temperature is equal to or lower than a predetermined temperature.

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。The engine according to any one of claims 1 to 5,
The engine in which the catalyst state determination unit determines that the catalyst is in the inactive state when the engine continues to operate at a low load within a predetermined range.

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。The engine according to any one of claims 1 to 5,
The catalyst state determination unit determines that the catalyst is in the inactive state when the engine is in a predetermined low-load operation state after starting.