JP4244490B2 - Internal combustion engine having variable valve mechanism - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関に関し、特に吸気弁およびまたは排気弁の開閉タイミングおよびまたはリフト量を変更可能とする可変動弁機構を備えた内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車に搭載される内燃機関では、内燃機関から排出される排気を大気中に放出する前に、排気中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)等の有害ガス成分を浄化することが望まれている。
【0003】
このような要求に対し、流入排気の空燃比が理論空燃比近傍の所定の空燃比であるときに排気中の炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)を浄化する三元触媒を内燃機関の排気通路に配置すると共に、前記三元触媒に流入する排気の空燃比が所定空燃比となるように機関空燃比(内燃機関で燃焼される混合気の空燃比)を制御する空燃比フィードバック制御を実行することにより、排気中の有害ガス成分を浄化する技術が知られている。
【0004】
一方、自動車に搭載される内燃機関では、燃料消費量の低減を図るべく、理論空燃比より高い空燃比(リーン空燃比)の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式内燃機関の開発が進められている。
【0005】
希薄燃焼式内燃機関では、排気の空燃比がリーン空燃比となり、排気中に含まれる炭化水素(HC)等の還元成分が少なくなるため、三元触媒のみでは排気中の窒素酸化物(NOx)を十分に還元及び浄化することができない。
【0006】
このため、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型NOx触媒を配置する技術が提案されている。吸蔵還元型NOx触媒は、該吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中の窒素酸化物(NOx)を吸蔵し、該吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比もしくはリッチ空燃比であるときは吸蔵していた窒素酸化物(NOx)を放出するとともに、放出された窒素酸化物(NOx)を排気中に含まれる炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等の還元剤と反応させることにより窒素(N2)に還元するものである。
【0007】
このような吸蔵還元型NOx触媒が希薄燃焼式内燃機関の排気通路に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて該内燃機関からリーン空燃比の排気が排出されるときは、排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されることになる。
【0008】
また、前記内燃機関が理論空燃比もしくはリッチ空燃比で運転されて該内燃機関から理論空燃比もしくはリッチ空燃比の排気が排出されるときは、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されていた窒素酸化物(NOx)が前記吸蔵還元型NOx触媒から放出されるとともに窒素(N2)に還元されることになる。
【0009】
ところで、吸蔵還元型NOx触媒が吸蔵可能な窒素酸化物(NOx)量には限りがあるため、内燃機関の希薄燃焼運転が長期間継続されると、吸蔵還元型NOx触媒の吸蔵能力が飽和し、排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)が浄化されずに大気中へ放出される虞があった。
【0010】
そこで、従来では、内燃機関が希薄燃焼運転されているときに、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和すると、内燃機関の運転状態を希薄燃焼運転からリッチ空燃比運転に切り換えることにより、リッチ空燃比の排気を吸蔵還元型NOx触媒へ供給する、いわゆるリッチスパイク制御が行われている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リッチスパイク制御において単に燃料噴射量が増加されると、内燃機関のトルクが急激に増大してしまうため、内燃機関の吸入空気量を減少させつつ燃料噴射量を増加させる必要がある。
【0012】
このため、リッチスパイク制御の実行が開始される場合には、内燃機関の吸入空気量を減少させるべくスロットル弁が制御されるとともに、気筒内に供給される燃料量を増加させるべく燃料噴射弁が制御されることになる。
【0013】
しかしながら、スロットル弁と気筒との間に距離があるため、スロットル弁が変更された時点から気筒内の吸入空気量が所望の量に減少するまでに時間がかかる、いわゆる吸気の応答遅れが生じ、内燃機関の運転状態が希薄燃焼運転から所望のリッチ空燃比運転へ切り換わるまでの移行期間が長くなる。
【0014】
更に、リッチスパイク制御の実行が終了される場合にも、内燃機関の吸入空気量を増加させるべくスロットル弁が制御されるとともに、気筒内に供給される燃料量を減少させるべく燃料噴射弁が制御されることになるため、リッチスパイク制御の実行開始時と同様に吸気の応答遅れが発生し、内燃機関の運転状態がリッチ空燃比運転から希薄燃焼運転へ切り換わるまでの移行期間が長くなる。
【0015】
このように機関運転状態の移行期間が長くなると、リッチスパイク制御の実行期間が長くなり、ドライバビリィティの悪化や燃料消費量の不要な増加が誘発される虞がある。
【0016】
本発明は、上記したような種々の事情に鑑みてなされたものであり、酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関において、短期間で効率的に排気浄化を行うことができる技術を提供することにより、ドライバビリィティの向上と燃料消費量の低減とを図ることを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記したような課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関は、
酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ排気中に含まれる窒素酸化物を浄化するNOx触媒と、
前記内燃機関の吸気弁およびまたは排気弁の開閉タイミングおよびまたはリフト量を変更可能とする可変動弁機構と、
前記NOx触媒において所定のガス成分を浄化すべき時期に、前記所定ガス成分を浄化するのに適した状態の排気を前記NOx触媒へ供給すべく前記可変動弁機構を制御する浄化支援手段と、
を備えることを特徴としている。
【0018】
このように構成された可変動弁機構を有する内燃機関では、NOx触媒において所定のガス成分を浄化すべきときに、浄化支援手段は、前記所定ガス成分を浄化するのに適した状態の排気が内燃機関から排出されるように可変動弁機構を制御することになる。
【0019】
ここで、吸気弁および排気弁は、気筒内に臨むよう設けられているため、吸気弁およびまたは排気弁の開閉タイミングおよびまたはリフト量の変更は、気筒内のガスの状態及び気筒内から排出される排気の状態に直ちに反映されることになる。
【0020】
従って、所定のガス成分を浄化するのに適した状態の排気が内燃機関から排出されるように可変動弁機構が制御された場合には、内燃機関から排出される排気の状態は、直ちに所定のガス成分を浄化するのに適した状態となり、所定ガス成分の浄化に係る制御の実行期間が不要に長くなることがない。
【0021】
本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関において、所定のガス成分としては、例えば、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)等を例示することができる。
【0022】
NOx触媒において窒素酸化物(NOx)を浄化する場合は、窒素酸化物(NOx)を還元するための還元剤が必要となるため、浄化支援手段は、排気の状態が還元剤を多量に含む状態となるように可変動弁機構を制御すればよい。
【0023】
排気中に含まれる還元剤の量を増加させる方法としては、内燃機関の少なくとも1つの気筒をリッチ空燃比で運転させることにより、排気の空燃比をリッチ空燃比とする方法を例示することができる。
【0024】
内燃機関の少なくとも1つの気筒をリッチ空燃比で運転させる場合は、浄化支援手段は、例えば、前記気筒の吸気弁の開弁期間が短くなるように可変動弁機構を制御することにより、前記気筒の吸入空気量を減少させ、以て前記気筒で燃焼される混合気の空燃比をリッチ空燃比とすればよく、排気中に含まれる還元剤の量を一層多くする場合には、浄化支援手段は、所定の気筒の吸気弁の開弁期間が短くなるよう可変動弁機構を制御すると同時に前記気筒に供給される燃料量を増加すべく燃料噴射弁を制御すればよい。
【0025】
尚、窒素酸化物(NOx)の還元剤としては、炭化水素(HC)が一般的ではあるが、混合気の燃焼過程で発生する水素(H2)や炭化水素(HC)の酸化によって発生する一酸化炭素(CO)は炭化水素(HC)に比して還元能力が高いため、浄化支援手段は、排気の状態が水素(H2)や一酸化炭素(CO)を多量に含有した状態となるように可変動弁機構を制御するようにしてもよい。
【0026】
排気中に含まれる水素(H2)の量を増加させる方法としては、例えば、排気弁の開弁時期を排気行程下死点以前であって膨張行程の途中まで進角させ、燃焼途中のガスが排気として気筒内から排出されるようにする方法を例示することができる。
【0027】
排気中に含まれる一酸化炭素(CO)の量を増加させる方法としては、例えば、排気弁の開弁時期を排気行程下死点以後まで遅角させ、気筒内で十分に酸化されたガスを排気として排出する方法を例示することができる。
【0028】
次に、NOx触媒において硫黄酸化物(SOx)を浄化する場合、特にNOx触媒の硫黄被毒を解消する場合には、NOx触媒を高温且つリッチ雰囲気にする必要があるため、浄化支援手段は、排気の状態が高温且つリッチ空燃比となるように可変動弁機構を制御すればよい。
【0029】
排気の温度を高くする方法としては、例えば、各気筒で燃焼された直後の既燃ガスを各気筒から排出させるよう排気弁の開弁時期を進角させる方法を例示することができ、排気の空燃比をリッチ空燃比にする方法としては、吸気弁の開弁期間を短くすべく吸気弁の開弁時期を遅角およびまたは吸気弁の閉弁時期を進角させる方法、又は、気筒内に供給される燃料量を増加させるべく燃料噴射弁を制御する方法等を例示することができる。
【0030】
尚、本発明に係る内燃機関が点火栓を具備している場合は、排気弁の開弁時期を進角させるとともに、点火栓の点火時期を遅角させて混合気の燃焼時期を遅らせることにより、排気弁開弁時における既燃ガスの温度を一層高めるようにしてもよい。
【0031】
ここで、本発明に係るNOx触媒としては、例えば、該NOx触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)を吸蔵し、該NOx触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比もしくはリッチ空燃比であるときは吸蔵していた窒素酸化物(NOx)を放出しつつ還元する吸蔵還元型NOx触媒や、該NOx触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であり且つ還元剤が存在するときに排気中の窒素酸化物(NOx)を還元又は分解する選択還元型NOx触媒等を例示することができる。
【0032】
また、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関では、浄化支援手段は、所定ガス成分を浄化するのに適した状態の排気をNOx触媒へ供給する際に、内燃機関のトルクが変動しないように可変動弁機構を制御することが好ましい。
【0033】
この場合、内燃機関のトルク変動を抑制しつつ、応答性の高い排気浄化が実現されることになる。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【0035】
<実施の形態1>
本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の第1の実施の形態について図1〜図5に基づいて説明する。
【0036】
図1及び図2は、本実施の形態に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図1及び図2に示す内燃機関1は、4つの気筒21を備えた4サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。
【0037】
内燃機関1は、4つの気筒21及び冷却水路1cが形成されたシリンダブロック1bと、このシリンダブロック1bの上部に固定されたシリンダヘッド1aとを備えている。
【0038】
前記シリンダブロック1bには、機関出力軸たるクランクシャフト23が回転自在に支持され、このクランクシャフト23は、各気筒21内に摺動自在に装填されたピストン22と連結されている。
【0039】
各気筒21のピストン22上方には、ピストン22の頂面とシリンダヘッド1aの壁面とに囲まれた燃焼室24が形成されている。前記シリンダヘッド1aには、各気筒21の燃焼室24に臨むよう点火栓25が取り付けられ、この点火栓25には、該点火栓25に駆動電流を印加するためのイグナイタ25aが接続されている。
【0040】
前記シリンダヘッド1aにおいて各気筒21の燃焼室24に臨む部位には、吸気ポート26の開口端が2つ形成されるとともに、排気ポート27の開口端が2つ形成されている。そして、前記シリンダヘッド1aには、前記吸気ポート26の各開口端を開閉する吸気弁28と、前記排気ポート27の各開口端を開閉する排気弁29とが進退自在に設けられている。
【0041】
前記シリンダヘッド1aには、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して前記吸気弁28を進退駆動する電磁駆動機構30(以下、吸気側電磁駆動機構30と称する)が吸気弁28と同数設けられている。各吸気側電磁駆動機構30には、該吸気側電磁駆動30に励磁電流を印加するための駆動回路30a(以下、吸気側駆動回路30aと称する)が電気的に接続されている。
【0042】
前記シリンダヘッド1aには、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して前記排気弁29を進退駆動する電磁駆動機構31(以下、排気側電磁駆動機構31と称する)が排気弁29と同数設けられている。各排気側電磁駆動機構31には、該排気側電磁駆動機構31に励磁電流を印加するための駆動回路31a(以下、排気側駆動回路31aと称する)が電気的に接続されている。
【0043】
上記した吸気側電磁駆動機構30と排気側電磁駆動機構31とは、本発明に係る可変動弁機構を実現するものである。
ここで、吸気側電磁駆動機構30と排気側電磁駆動機構31の具体的な構成について述べる。尚、吸気側電磁駆動機構30と排気側電磁駆動機構31とは同様の構成であるため、吸気側電磁駆動機構30のみを例に挙げて説明する。
【0044】
図3は、吸気側電磁駆動機構30の構成を示す断面図である。図3において内燃機関1のシリンダヘッド1aは、シリンダブロック1bの上面に固定されるロアヘッド10と、このロアヘッド10の上部に設けられたアッパヘッド11とを備えている。
【0045】
前記ロアヘッド10には、各気筒21毎に2つの吸気ポート26が形成され、各吸気ポート26の燃焼室24側の開口端には、吸気弁28の弁体28aが着座するための弁座12が設けられている。
【0046】
前記ロアヘッド10には、各吸気ポート26の内壁面から該ロアヘッド10の上面にかけて断面円形の貫通孔が形成され、その貫通孔には筒状のバルブガイド13が挿入されている。前記バルブガイド13の内孔には、吸気弁28の弁軸28bが貫通し、前記弁軸28bが軸方向へ進退自在となっている。
【0047】
前記アッパヘッド11において前記バルブガイド13と軸心が同一となる部位には、第1コア301及び第2コア302が嵌入される断面円形のコア取付孔14が設けられている。前記コア取付孔14の下部14bは、その上部14aに比して径大に形成されている。以下では、前記コア取付孔14の下部14bを径大部14bと称し、前記コア取付孔14の上部14aを径小部14aと称する。
【0048】
前記径小部14aには、軟磁性体からなる環状の第1コア301と第2コア302とが所定の間隙303を介して軸方向に直列に嵌挿されている。これらの第1コア301の上端と第2コア302の下端には、それぞれフランジ301aとフランジ302aが形成されており、第1コア301は上方から、また第2コア302は下方からそれぞれコア取付孔14に嵌挿され、フランジ301aとフランジ302aがコア取付孔14の縁部に当接することにより第1コア301と第2コア302の位置決めがされて、前記間隙303が所定の距離に保持されるようになっている。
【0049】
第1コア301の上方には、筒状のアッパキャップ305が設けられている。このアッパキャップ305は、その下端に形成されたフランジ部305aにボルト304を貫通させてアッパヘッド11上面に固定されている。この場合、フランジ部305aを含むアッパキャップ305の下端が第1コア301の上面周縁部に当接した状態で固定されることになり、その結果、第1コア301がアッパヘッド11に固定されることになる。
【0050】
一方、第2コア302の下部には、コア取付孔14の径大部14bと略同径の外径を有する環状体からなるロアキャップ307が設けられている。このロアキャップ307にはボルト307が貫通し、そのボルト307により前記ロアキャップ307が前記径小部14aと径大部14bの段部における下向きの段差面に固定されている。この場合、ロアキャップ307が第2コア302の下面周縁部に当接した状態で固定されることになり、その結果、第2コア302がアッパヘッド11に固定されることになる。
【0051】
前記第1コア301の前記間隙303側の面に形成された溝部には、第1の電磁コイル308が把持されており、前記第2コア302の間隙303側の面に形成された溝部には第2の電磁コイル309が把持されている。その際、第1の電磁コイル308と第2の電磁コイル309とは、前記間隙303を介して向き合う位置に配置されるものとする。そして、第1及び第2の電磁コイル308、309は、前述した吸気側駆動回路30aと電気的に接続されている。
【0052】
前記間隙303には、該間隙303の内径より径小な外径を有する環状の軟磁性体からなるアーマチャ311が配置されている。このアーマチャ311の中空部には、該アーマチャ311の軸心に沿って上下方向に延出した円柱状のアーマチャシャフト310が固定されている。このアーマチャシャフト310は、その上端が前記第1コア301の中空部を通ってその上方のアッパキャップ305内まで至るとともに、その下端が第2コア302の中空部を通ってその下方の径大部14b内に至るよう形成され、前記第1コア301及び前記第2コア302によって軸方向へ進退自在に保持されている。
【0053】
前記アッパキャップ305内に延出したアーマチャシャフト310の上端部には、円板状のアッパリテーナ312が接合されるとともに、前記アッパキャップ305の上部開口部にはアジャストボルト313が螺着され、これらアッパリテーナ312とアジャストボルト313との間には、アッパスプリング314が介在している。また、前記アジャストボルト313と前記アッパスプリング314との当接面には、前記アッパキャップ305の内径と略同径の外径を有するスプリングシート315が介装されている。
【0054】
一方、前記径大部14b内に延出したアーマチャシャフト310の下端部には、吸気弁28の弁軸28bの上端部が当接している。前記弁軸28bの上端部の外周には、円盤状のロアリテーナ28cが接合されており、そのロアリテーナ28cの下面とロアヘッド10の上面との間には、ロアスプリング316が介在している。
【0055】
このように構成された吸気側電磁駆動機構30では、吸気側駆動回路30aから第1の電磁コイル308及び第2の電磁コイル309に対して励磁電流が印加されていないときは、アッパスプリング314からアーマチャシャフト310に対して下方向(すなわち、吸気弁28を開弁させる方向)への付勢力が作用するとともに、ロアスプリング316から吸気弁28に対して上方向(すなわち、吸気弁28を閉弁させる方向)への付勢力が作用し、その結果、アーマチャシャフト310及び吸気弁28が互いに当接して所定の位置に弾性支持された状態、いわゆる中立状態に保持されることになる。
【0056】
尚、アッパスプリング314とロアスプリング316の付勢力は、前記アーマチャ311の中立位置が前記間隙303において前記第1コア301と前記第2コア302との中間の位置に一致するよう設定されており、構成部品の初期公差や経年変化等によってアーマチャ311の中立位置が前記した中間位置からずれた場合には、アーマチャ311の中立位置が前記した中間位置と一致するようアジャストボルト313によって調整することが可能になっている。
【0057】
また、前記アーマチャシャフト310及び前記弁軸28bの軸方向の長さは、前記アーマチャ311が前記間隙303の中間位置に位置するときに、前記弁体28aが全開側変位端と全閉側変位端との中間の位置(以下、中開位置と称する)となるように設定されている。
【0058】
前記した吸気側電磁駆動機構30では、吸気側駆動回路30aから第1の電磁コイル308に対して励磁電流が印加されると、第1コア301と第1の電磁コイル308とアーマチャ311との間に、アーマチャ311を第1コア301側へ変位させる方向の電磁力が発生し、吸気側駆動回路30aから第2の電磁コイル309に対して励磁電流が印加されると、第2コア302と第2の電磁コイル309とアーマチャ311との間にアーマチャ311を前記第2コア302側へ変位させる方向の電磁力が発生する。
【0059】
従って、上記した吸気側電磁駆動機構30では、吸気側駆動回路30aからの励磁電流が第1の電磁コイル308と第2の電磁コイル309とに交互に印加されることにより、アーマチャ311が進退動作し、それに伴って弁軸28bが進退駆動されると同時に弁体28aが開閉駆動されることになる。
【0060】
その際、第1の電磁コイル308及び第2の電磁コイル309に対する励磁電流の印加タイミングと励磁電流の大きさを変更することにより、吸気弁28の開閉タイミングを制御することが可能となる。
【0061】
また、上記した吸気側電磁駆動機構30には、吸気弁28の変位を検出するバルブリフトセンサ317が取り付けられている。このバルブリフトセンサ317は、アッパリテーナ312の上面に取り付けられた円板状のターゲット317aと、アジャストボルト313における前記アッパリテーナ312と対向する部位に取り付けられたギャップセンサ317bとから構成されている。
【0062】
このように構成されたバルブリフトセンサ317では、前記ターゲット317aが前記吸気側電磁駆動機構30のアーマチャ311と一体的に変位し、前記ギャップセンサ317bが該ギャップセンサ317bと前記ターゲット317aとの距離に対応した電気信号を出力することになる。
【0063】
その際、アーマチャ311が中立状態にあるときのギャップセンサ317bの出力信号値を予め記憶しておき、その出力信号値と現時点におけるギャップセンサ317bの出力信号値との偏差を算出することにより、アーマチャ311及び吸気弁28の変位を特定することが可能となる。
【0064】
ここで、図1及び図2に戻り、内燃機関1のシリンダヘッド1aには、4つの枝管からなる吸気枝管33が接続され、各気筒21の吸気ポート26が前記吸気枝管33の各枝管と連通している。前記シリンダヘッド1aにおいて前記吸気枝管33との接続部位の近傍には、その噴孔が吸気ポート26内に臨むよう燃料噴射弁32が取り付けられている。
【0065】
前記吸気枝管33は、吸気の脈動を抑制するためのサージタンク34に接続されている。前記サージタンク34には、吸気管35が接続され、吸気管35は、吸気中の塵や埃等を取り除くためのエアクリーナボックス36と接続されている。
【0066】
前記吸気管35には、該吸気管35内を流れる空気の質量(吸入空気質量)に対応した電気信号を出力するエアフローメータ44が取り付けられている。前記吸気管35において前記エアフローメータ44より下流の部位には、該吸気管35内を流れる吸気の流量を調整するスロットル弁39が設けられている。
【0067】
前記スロットル弁39には、ステッパモータ等からなり印加電力の大きさに応じて前記スロットル弁39を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ40と、前記スロットル弁39の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ41と、アクセルペダル42に機械的に接続され該アクセルペダル42の操作量に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ43とが取り付けられている。
【0068】
一方、前記内燃機関1のシリンダヘッド1aには、4本の枝管が内燃機関1の直下流において1本の集合管に合流するよう形成された排気枝管45が接続され、その排気枝管45の各枝管が各気筒21の排気ポート27と連通している。
【0069】
前記排気枝管45は、排気浄化触媒46と接続されている。排気浄化触媒46は、排気管47と接続され、排気管47は、下流にて図示しないマフラーと接続されている。
【0070】
前記排気浄化触媒46は、該排気浄化触媒46に流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の所定の空燃比であるときに排気中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)を浄化する三元活性機能と、該排気浄化触媒46に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)を吸蔵し、流入排気の空燃比が理論空燃比もしくはリッチ空燃比であるときは吸蔵していた窒素酸化物(NOx)を放出しつつ還元・浄化するNOx吸蔵還元機能とを備えた吸蔵還元型NOx触媒である。
【0071】
前記吸蔵還元型NOx触媒46は、例えば、アルミナからなる担体上に、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs)のようなアルカリ金属と、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)のようなアルカリ土類と、ランタン(La)、イットリウム(Y)のような希土類との中から選ばれた少なくとも一つと、白金(Pt)のような貴金属とが担持されて構成されるが、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム(Ba)と白金(Pt)とを担持してなる吸蔵還元型NOx触媒を例に挙げて説明する。
【0072】
このように構成された吸蔵還元型NOx触媒46では、該吸蔵還元型NOx触媒46に流入する排気の空燃比がリーン空燃比になると、排気中の酸素濃度が高くなるため、酸素(O2)がO2 -又はO2-の形で白金(Pt)の表面に付着する。また、排気中に含まれる一酸化窒素(NO)は、白金Ptの表面上で酸素(O2 -又はO2-)と反応して二酸化窒素(NO2 )となる(2NO+O2 →2NO2 )。
【0073】
続いて、二酸化窒素(NO2)は、白金(Pt)上で酸化されつつ酸化バリウム(BaO)と結合して硝酸イオン(NO3-)を形成し、その硝酸イオン(NO3-)が吸蔵還元型NOx触媒46に吸収されることになる。
【0074】
このようなNOx吸収作用は、流入排気の空燃比がリーン空燃比であって、吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸収能力が飽和しない限り継続される。
一方、吸蔵還元型NOx触媒46に流入する排気の酸素濃度が低下すると、二酸化窒素(NO2)の生成量が低下するため、酸化バリウム(BaO)と結合していた硝酸イオン(NO3-)が逆に二酸化窒素(NO2)や一酸化窒素(NO)となって吸蔵還元型NOx触媒46から離脱する。
【0075】
その際、流入排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比であると、比較的多量の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)が排気中に含まれることになり、それら炭化水素(HC)及び一酸化炭素(CO)は、吸蔵還元型NOx触媒46の白金(Pt)上の酸素(O2 -又はO2-)と反応して酸化せしめられるとともに、吸蔵還元型NOx触媒46から離脱した二酸化窒素(NO2)や一酸化窒素(NO)が排気中の還元成分(吸蔵還元型NOx触媒46の白金(Pt)上の酸素(O2 -又はO2-)と反応して部分酸化した炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等の活性種)と反応して窒素(N2)に還元せしめられる。
【0076】
即ち、吸蔵還元型NOx触媒46に流入した排気に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)は、まず白金(Pt)上の酸素(O2 -又はO2-)と直ちに反応して酸化せしめられ、次いで白金(Pt)上の酸素(O2 -又はO2-)が消費された後に残存する炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)が、二酸化窒素(NO2)や一酸化窒素(NO)と反応して、それらの窒素酸化物(NOx)を窒素(N2)に還元せしめることになる。
【0077】
従って、吸蔵還元型NOx触媒46は、該吸蔵還元型NOx触媒46に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)を吸蔵し、該吸蔵還元型NOx触媒46に流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比であるときは、吸蔵していた窒素酸化物(NOx)を還元及び浄化することになる。
【0078】
次に、前記排気枝管45の集合管には、該排気枝管45内を流れる排気の空燃比、言い換えれば、前記吸蔵還元型NOx触媒46に流入する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ48が取り付けられている。
【0079】
前記排気管47において前記吸蔵還元型NOx触媒46の直下流に位置する部位には、前記吸蔵還元型NOx触媒46から流出した排気に含まれる窒素酸化物(NOx)の濃度に対応した電気信号を出力するNOxセンサ49が取り付けられている。
【0080】
また、内燃機関1は、クランクシャフト23の端部に取り付けられたタイミングロータ51aとタイミングロータ51a近傍のシリンダブロック1bに取り付けられた電磁ピックアップ51bとからなるクランクポジションセンサ51と、内燃機関1の内部に形成された冷却水路1cを流れる冷却水の温度を検出すべくシリンダブロック1bに取り付けられた水温センサ52とを備えている。
【0081】
このように構成された内燃機関1には、該内燃機関1の運転状態を制御するための電子制御ユニット(Electronic Control Unit:ECU)20が併設されている。
【0082】
前記ECU20には、スロットルポジションセンサ41、アクセルポジションセンサ43、エアフローメータ44、空燃比センサ48、NOxセンサ49、クランクポジションセンサ51、水温センサ52、バルブリフトセンサ317等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がECU20に入力されるようになっている。
【0083】
前記ECU20には、イグナイタ25a、吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、燃料噴射弁32、スロットル用アクチュエータ40等が電気配線を介して接続され、ECU20が各種センサの出力信号値をパラメータとしてイグナイタ25a、吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、燃料噴射弁32、スロットル用アクチュエータ40を制御することが可能になっている。
【0084】
ここで、ECU20は、図4に示すように、双方向性バス400によって相互に接続されたCPU401とROM402とRAM403とバックアップRAM404と入力ポート405と出力ポート406とを備えるとともに、前記入力ポート405に接続されたA/Dコンバータ(A/D)407を備えている。
【0085】
前記A/D407には、スロットルポジションセンサ41、アクセルポジションセンサ43、エアフローメータ44、空燃比センサ48、NOxセンサ49、水温センサ52、バルブリフトセンサ317等のようにアナログ信号形式の信号を出力するセンサと電気配線を介して接続されている。このA/D407は、上記した各センサの出力信号をアナログ信号形式からデジタル信号形式に変換した後に前記入力ポート405へ送信する。
【0086】
前記入力ポート405は、前述したスロットルポジションセンサ41、アクセルポジションセンサ43、エアフローメータ44、空燃比センサ48、NOxセンサ49、水温センサ52、バルブリフトセンサ317等のようにアナログ信号形式の信号を出力するセンサと前記A/D407を介して接続されるとともに、クランクポジションセンサ51のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサと直接接続されている。
【0087】
前記入力ポート405は、各種センサの出力信号を直接又はA/D407を介して入力し、それらの出力信号を双方向性バス400を介してCPU401やRAM403へ送信する。
【0088】
前記出力ポート406は、イグナイタ25a、吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、燃料噴射弁32、スロットル用アクチュエータ40等と電気配線を介して接続されている。前記出力ポート406は、CPU401から出力された制御信号を双方向性バス400を介して入力し、その制御信号をイグナイタ25a、吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、燃料噴射弁32、又はスロットル用アクチュエータ40へ送信する。
【0089】
前記ROM402は、燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、吸気弁28の開閉タイミングを決定するための吸気弁開閉タイミング制御ルーチン、排気弁29の開閉タイミングを決定するための排気弁開閉タイミング制御ルーチン、吸気側電磁駆動機構30に印加すべき励磁電流量を決定するための吸気側励磁電流制御ルーチン、排気側電磁駆動機構31に印加すべき励磁電流量を決定するための排気側励磁電流量制御ルーチン、各気筒21の点火栓25の点火時期を決定するための点火時期制御ルーチン、スロットル弁39の開度を決定するためのスロットル開度制御ルーチン等のアプリケーションプログラムに加え、吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を還元・浄化するための浄化支援制御ルーチンを記憶している。
【0090】
前記ROM402は、前記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記した制御マップは、例えば、内燃機関1の運転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関1の運転状態と燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関1の運転状態と吸気弁28の開閉タイミングとの関係を示す吸気弁開閉タイミング制御マップ、内燃機関1の運転状態と排気弁29の開閉タイミングとの関係を示す排気弁開閉タイミング制御マップ、内燃機関1の運転状態と吸気側電磁駆動機構30及び排気側電磁駆動機構31に印加すべき励磁電流量との関係を示す励磁電流量制御マップ、内燃機関1の運転状態と各点火栓25の点火時期との関係を示す点火時期制御マップ、内燃機関1の運転状態とスロットル弁39の開度との関係を示すスロットル開度制御マップ等である。
【0091】
前記RAM403は、各センサの出力信号やCPU401の演算結果等を記憶する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ51の出力信号に基づいて算出される機関回転数等である。前記RAM403に記憶される各種のデータは、クランクポジションセンサ51が信号を出力する度に最新のデータに書き換えられる。
【0092】
前記バックアップRAM45は、内燃機関1の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリであり、各種制御に係る学習値等を記憶する。
前記CPU401は、前記ROM402に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し、燃料噴射制御、点火制御、吸気弁開閉制御、排気弁開閉制御、スロットル制御、NOx浄化制御等を実行する。
【0093】
その際、CPU401は、クランクポジションセンサ51、アクセルポジションセンサ43、あるいはエアフローメータ44等の出力信号値をパラメータとして内燃機関1の運転状態を判別し、判別された運転状態に応じて各種の制御を実行する。
【0094】
例えば、CPU401は、内燃機関1の運転状態が低中負荷運転領域にあると判定した場合は、酸素過剰状態の混合気(リーン空燃比の混合気)による希薄燃焼運転を実現すべく、スロットル開度、燃料噴射量、吸気弁28の開閉タイミング、排気弁29の開閉タイミング、点火時期を制御する。
【0095】
内燃機関1の運転状態が高負荷運転領域にあると判定した場合は、CPU401は、理論空燃比の混合気(ストイキ混合気)によるストイキ運転を実現すべく、スロットル開度、燃料噴射量、吸気弁28の開閉タイミング、排気弁29の開閉タイミング、点火時期を制御する。
【0096】
また、内燃機関1が希薄燃焼運転されているときは、排気の空燃比がリーン空燃比となるため、排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵されることになるが、内燃機関1の希薄燃焼運転が長期間継続されると、吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒46にて除去もしくは浄化されずに大気中に放出される虞がある。
【0097】
これに対し、CPU401は、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合に、吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸蔵能力が飽和すると、排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比とすべく浄化支援制御を実行することにより、吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を還元及び浄化して、吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸蔵能力を再生するようにした。
【0098】
以下、本実施の形態に係る浄化支援制御について具体的に述べる。
浄化支援制御では、CPU401は、図5に示すような浄化支援制御ルーチンを実行する。この浄化支援制御ルーチンは、予めROM402に記憶されているルーチンであり、CPU401によって所定時間毎(例えば、クランクポジションセンサ51がパルス信号を出力する都度)に繰り返し実行されるルーチンである。
【0099】
浄化支援制御ルーチンでは、CPU401は、先ず、S501において吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸蔵能力が飽和しているか否かを判別する。
吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸蔵能力が飽和しているか否かを判別する方法としては、例えば、内燃機関1の運転履歴(希薄燃焼運転の実行時間とストイキ運転の実行時間との偏差)に基づいて吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵されているNOx量を推定し、その推定値と吸蔵還元型NOx触媒46が吸蔵することができる最大の窒素酸化物(NOx)量とを比較することにより判定する方法、吸蔵還元型NOx触媒46の触媒床温や空燃比センサ48の出力信号値から吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵されている窒素酸化物(NOx)量を推定し、その推定値と吸蔵還元型NOx触媒46が吸蔵することができる最大の窒素酸化物(NOx)量とを比較することにより推定する方法、又は、吸蔵還元型NOx触媒46に流入する排気の空燃比が所定の空燃比であるときのNOxセンサ49の出力信号値に基づいて判定する方法等を例示することができる。
【0100】
尚、以下では、吸蔵還元型NOx触媒46が吸蔵することができる最大の窒素酸化物(NOx)量を最大NOx吸蔵量と称するものとする。
CPU401は、前記S501において吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸蔵能力が飽和していないと判定した場合は、本ルーチンの実行を一旦終了し、前記S501において吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸蔵能力が飽和していると判定した場合は、S502へ進む。
【0101】
S502では、CPU401は、前記吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵されている全ての窒素酸化物(NOx)、言い換えれば最大NOx吸蔵量の窒素酸化物(NOx)を還元及び浄化するために必要となる還元剤の量(以下、目標還元剤量と称する)を算出する。
【0102】
尚、吸蔵還元型NOx触媒46の最大NOx吸蔵量は、予め実験的に求めておくことが可能であるため、最大NOx吸蔵量の窒素酸化物(NOx)を浄化するために必要となる目標還元剤量も予め実験的に求めておき、ROM402等に記憶されるようにしてもよい。
【0103】
S503では、CPU401は、アクセルポジションセンサ43の出力信号値(アクセル開度)と機関回転数とをRAM403から読み出し、それらアクセル開度と機関回転数とをパラメータとして内燃機関1に要求されるトルク(以下、要求機関トルクと称する)を算出する。
【0104】
S504では、CPU401は、前記S503で算出された要求機関トルクを達成する上で、1気筒当たりに吸入可能な空気量の最大値(以下、目標気筒吸気量と称する)を算出する。
【0105】
尚、内燃機関1が所定のリッチ空燃比(例えば、内燃機関1で燃焼可能な混合気の空燃比のうち最も低い空燃比)で運転されたときに発生するトルクと、その際の1気筒当たりの吸入空気量との関係を実験的に求め、それらの関係を予めマップ化しておくことにより、CPU401が前記マップと前記要求機関トルクとを用いて目標気筒吸気量を算出するようにしてもよい。
【0106】
S505では、CPU401は、前記S502で算出された目標気筒吸気量と前記S504で算出された目標還元剤量とをパラメータとして、前記目標還元剤量を単一の気筒21からの排気で賄う上で、前記単一の気筒21で燃焼すべき混合気の空燃比(以下、目標リッチ空燃比と称する)を算出する。
【0107】
S506では、CPU401は、内燃機関1の気筒21内に可燃混合気を形成することが可能な空燃比の範囲において最も低い空燃比(以下、リッチ限界空燃比と称する)と、前記S505で算出された目標リッチ空燃比とを比較する。
【0108】
前記S506において前記目標リッチ空燃比が前記リッチ限界空燃比以上であると判定した場合は、CPU401は、単一の気筒21を一回のみ目標リッチ空燃比で運転させることによって目標還元剤量の還元剤を吸蔵還元型NOx触媒46へ供給することが可能であるとみなし、S507へ進む。
【0109】
S507では、CPU401は、内燃機関1の複数の気筒21の中から任意に1つの気筒21を選択し、選択された気筒21(以下、選択気筒21と称する)の吸入空気量が前記目標気筒吸気量となるように吸気弁28の目標開閉タイミング(以下、目標吸気弁開閉タイミングと称する)を決定する。
【0110】
S508では、CPU401は、前記目標気筒吸気量を前記目標リッチ空燃比で除算して前記選択気筒21の目標燃料噴射量を算出する。
S509では、CPU401は、前記選択気筒21が前記目標気筒吸気量と前記目標リッチ空燃比で運転された際に発生するトルクが前記S503で算出された要求機関トルクとなるように、該選択気筒21の目標点火時期及び排気弁29の目標開閉タイミング(以下、目標排気弁開閉タイミングと称する)を決定する。
【0111】
S510では、CPU401は、前記S507〜前記S509で決定された、目標吸気弁開閉タイミング、目標燃料噴射量、目標排気弁開閉タイミング、及び目標点火時期に従って、前記選択気筒21の吸気側駆動回路30a、燃料噴射弁32、排気側駆動回路31a、及びイグナイタ25aを制御する。
【0112】
ここで、各気筒21の吸気弁28は燃焼室24に臨む位置に設けられているため、吸気弁28の開閉タイミングが変更されると、各気筒21の実際の吸入空気量が応答遅れを生じることなく直ちに変更されることになる。
【0113】
このため、前記した選択気筒21の吸気弁28の開閉タイミングを目標吸気弁開閉タイミングと一致させるべく吸気側駆動回路30aが制御されると、該選択気筒21の実際の吸入空気量は、直ちに目標気筒吸気量となる。
【0114】
従って、選択気筒21の吸気弁28及び燃料噴射弁32が目標吸気弁開閉タイミング及び目標燃料噴射量に従って駆動されると、前記選択気筒21が直ちに目標リッチ空燃比で運転されることになり、該選択気筒21の排気行程では目標還元剤量に相当する量の還元剤を含有した排気が排出されることになる。
【0115】
前記選択気筒21から排出された排気は、排気枝管45を介して吸蔵還元型NOx触媒46に流入するため、吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵されていた全ての窒素酸化物(NOx)が還元及び浄化されることになる。
【0116】
つまり、内燃機関1の単一の気筒21を一回のみ目標リッチ空燃比で運転させることにより、吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵された窒素酸化物(NOx)の全てが還元及び浄化されることになる。
【0117】
一方、前記S506において目標リッチ空燃比がリッチ限界空燃比より低いと判定した場合は、CPU401は、単一の気筒21を一回のみリッチ空燃比で運転させても目標還元剤量の還元剤を吸蔵還元型NOx触媒46へ供給することができないとみなし、S511へ進む。
【0118】
S511では、CPU401は、リッチ限界空燃比を新たな目標リッチ空燃比(以下、新目標リッチ空燃比と称する)として設定する。
S512では、CPU401は、内燃機関1の複数の気筒21の中から任意に1つの気筒21を選択し、選択された気筒21(以下、選択気筒21と称する)の吸入空気量が前記S504で算出された目標気筒吸気量となるように目標吸気弁開閉タイミングを決定する。
【0119】
S513では、CPU401は、前記S504で算出された目標気筒吸気量を前記S511で新たに設定された新目標リッチ空燃比で除算して、前記選択気筒21の目標燃料噴射量を算出する。
【0120】
S514では、CPU401は、前記選択気筒21が前記目標気筒吸気量と前記新目標リッチ空燃比で運転された際に発生するトルクが前記S503で算出された要求機関トルクとなるように該選択気筒21の目標点火時期及び目標排気弁開閉タイミングを決定する。
【0121】
S515では、CPU401は、前記S512〜前記S514で決定された、目標吸気弁開閉タイミング、目標燃料噴射量、目標排気弁開閉タイミング、及び目標点火時期に従って、前記選択気筒21の吸気側駆動回路30a、燃料噴射弁32、排気側駆動回路31a、及びイグナイタ25aを制御する。
【0122】
S516では、CPU401は、前記目標気筒吸気量と前記新目標リッチ空燃比とに従って運転された選択気筒21から吸蔵還元型NOx触媒46へ供給される還元剤の量(以下、供給還元剤量と称する)を算出する。
【0123】
S517では、CPU401は、前記S502で算出された目標還元剤量から前記S516で算出された供給還元剤量を減算して、新たな目標還元剤量(以下、新目標還元剤量と称する)を算出する。そして、CPU401は、目標還元剤量を新目標還元剤量に置き換えて前述したS505以降の処理を実行する。
【0124】
この場合は、2つ以上の気筒21がリッチ空燃比で運転されることになり、それらの気筒21から排出される排気に含まれる還元剤の総量が目標還元剤量となる。
【0125】
この結果、吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵されていた全ての窒素酸化物(NOx)は、目標還元剤量の還元剤によって還元及び浄化されることになる。
このようにCPU401が浄化支援制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る浄化支援手段が実現されることになる。
【0126】
すなわち、上記した浄化支援制御では、電磁駆動式動弁機構を利用することによって各気筒21の吸入空気量を独立に制御することができるため、吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を還元及び浄化する場合には、必要最小限の数の気筒21の吸入空気量を変更してリッチ空燃比運転させることにより、所望量の還元剤を吸蔵還元型NOx触媒46へ供給することが可能となる。
【0127】
その際、リッチ空燃比で運転させるべき気筒21の吸入空気量は、吸気弁28の開閉タイミングによって調節されるため、吸気の応答遅れなどが生じることがなく、前記気筒21の吸入空気量及び空燃比を即座に所望の吸入空気量及びリッチ空燃比へ切り換えることが可能である。
【0128】
従って、本実施の形態に係る浄化支援制御によれば、吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を還元及び浄化する場合には、所望量の還元剤を短時間で吸蔵還元型NOx触媒46に供給することが可能となり、窒素酸化物(NOx)の浄化に係るリッチ空燃比運転の期間が不要に長くなることがなく、ドライバビリィティの悪化や燃料消費量の悪化が防止される。
【0129】
更に、本実施の形態に係る浄化支援制御では、選択気筒21の目標気筒吸気量と目標燃料噴射量とは、該選択気筒21の発生トルクが他の気筒21(通常のリーン空燃比で運転される気筒21)の発生トルクと一致するように設定されるため、内燃機関1がリーン空燃比で運転されているときに選択気筒21のみがリッチ空燃比(目標リッチ空燃比)で運転されてもトルク変動が発生することがない。
【0130】
尚、本実施の形態では、目標気筒吸気量は、選択気筒21で発生するトルクが他の気筒21で発生するトルクと一致するように決定されるが、単一の気筒21が一回の吸気行程で吸入することができる最大の空気量(以下、最大気筒吸気量と称する)を目標気筒吸気量として設定するようにしてもよい。
【0131】
最大気筒吸気量が目標気筒吸気量として設定された場合は、単一の気筒21が一回の排気行程で排出することができる排気の量が最も多くなり、それに伴って単一の気筒21が一回の排気行程で排出することができる還元剤の量も最も多くなるため、吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵された窒素酸化物(NOx)の浄化を目的としたリッチ空燃比運転の期間をより一層短くすることができる。
【0132】
但し、最大気筒吸気量が目標気筒吸気量として設定された場合には、選択気筒21の発生トルクが他の気筒21の発生トルクに比して大幅に大きくなることが予想されるため、選択気筒21の排気弁29の開閉タイミングおよびまたは点火時期、もしくは選択気筒21が膨張行程となるときに排気行程となる気筒21の排気弁29の開閉タイミングなどを制御して、選択気筒21の発生トルクを抑制することが好ましい。
【0133】
<実施の形態2>
以下、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の第2の実施の形態について図6〜図8に基づいて説明する。ここでは、前述の第1の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成についてはその説明を省略するものとする。
【0134】
前述した第1の実施の形態では、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合に、吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸蔵能力が飽和すると、少なくとも1つの気筒21から排出される排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比として吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵されている窒素酸化物(NOx)を還元及び浄化する例について述べたが、本実施の形態では、内燃機関1の運転状態が希薄燃焼運転領域にある場合に、特定の気筒21のみを常にリッチ空燃比で運転させる例について述べる。
【0135】
尚、特定の気筒21は、単一の気筒21であってもよく、あるいは複数の気筒21であってもよいが、ここでは、単一の気筒21のみをリッチ空燃比で運転する例について述べる。
【0136】
本実施の形態に係る内燃機関1は4つの気筒21を備えているため、内燃機関1の運転状態が希薄燃焼運転領域にあるときに、単一の気筒21がリッチ空燃比で運転されると、残りの3つの気筒21は、リーン空燃比で運転されることになる。
【0137】
すなわち、内燃機関1の4つの気筒21のうち特定の1つの気筒21が常にリッチ空燃比で運転されると、3つの気筒21が連続してリーン空燃比で運転された後に残り1つの気筒21が必ずリッチ空燃比で運転され、それに応じて3つの気筒21から連続してリーン空燃比の排気が排出された後に残り1つの気筒21から必ずリッチ空燃比の排気が排出されることになる。
【0138】
この場合、吸蔵還元型NOx触媒46は、リーン空燃比で運転された3つの気筒21(以下、リーン運転気筒21と称する)の排気に含まれる窒素酸化物(NOx)を吸蔵した後、リッチ空燃比で運転された気筒21(以下、リッチ運転気筒21と称する)の排気に含まれる還元剤によって吸蔵していた窒素酸化物(NOx)を放出及び還元する動作を繰り返すことになる。
【0139】
その際、リッチ運転気筒21が一回の排気行程で排出する排気の空燃比及び量を最適化することにより、吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵された全ての窒素酸化物(NOx)(つまり、3つのリーン運転気筒21から排出された全ての窒素酸化物(NOx))を還元及び浄化することが可能となる。
【0140】
ところで、リッチ運転気筒21で混合気が燃焼された際に発生する燃焼圧力は、リーン運転気筒21で混合気が燃焼された際に発生する燃焼圧力に比して高くなるため、リッチ運転気筒21の燃焼圧力がそのままクランクシャフト23の回転トルクに反映されると、気筒間でトルク変動が発生してしまう。
【0141】
そこで、本実施の形態では、CPU401は、リッチ運転気筒21が膨張行程となるときに排気行程となる気筒21の排気弁29の開閉タイミング、又は、リッチ運転気筒21の排気弁29の開閉タイミングを制御することにより、リッチ運転気筒21の発生トルクをリーン運転気筒21の発生トルクまで低下させるようにした。
【0142】
例えば、内燃機関1の4番(#4)気筒21をリッチ運転気筒21とし、1番(#1)気筒21、2番(#2)気筒21、及び3番(#3)気筒21をリーン運転気筒21とした場合には、図6に示すように、4番(#4)気筒21が膨張行程となるときに排気行程となる3番(#3)気筒21の排気弁29の開弁時期を排気行程の途中まで遅角させる。
【0143】
この場合、4番(#4)気筒21が膨張行程となるときに、3番(#3)気筒21のピストン22が排気行程下死点から排気弁29が開弁するまでの期間において筒内に残留した既燃ガスを圧縮することになるため、該4番(#4)気筒21で発生したトルクの一部が3番(#3)気筒21の圧縮仕事によって相殺され、その結果、4番(#4)気筒21の発生トルクが抑制される。
【0144】
また、内燃機関1の4番(#4)気筒21をリッチ運転気筒21とし、1番(#1)気筒21、2番(#2)気筒21、及び3番(#3)気筒21をリーン運転気筒21とした場合には、図7に示すように、4番(#4)気筒21の排気弁29の開弁時期を膨張行程の途中まで進角させるようにしてもよい。
【0145】
この場合、4番(#4)気筒21内の既燃ガスが膨張行程の途中で筒内から排出されて筒内の圧力が低下するため、ピストン22に作用する圧力が低下し、その結果、4番(#4)気筒21で発生した燃焼圧力の一部のみがクランクシャフト23の回転トルクに反映されることになる。
【0146】
以下、本実施の形態に係る浄化支援制御について具体的に説明する。
CPU401は、浄化支援制御を実行する場合に、図8に示すような浄化支援制御ルーチンを実行する。この浄化支援制御ルーチンは、予めROM402に記憶されているルーチンであり、所定時間毎(例えば、クランクシャフト23が720°回転する度)にCPU401によって繰り返し実行されるルーチンである。
【0147】
浄化支援制御ルーチンでは、CPU401は、先ず、S801において、機関回転数やアクセルポジションセンサ43の出力信号値(アクセル開度)等の各種データをRAM403から読み出す。
【0148】
S802では、CPU401は、前記S801で読み出された機関回転数及びアクセル開度から内燃機関1の運転状態を判別する。
S803では、CPU401は、前記S802で判別された機関運転状態が希薄燃焼運転領域にあるか否かを判別する。
【0149】
CPU401は、前記S803において機関運転状態が希薄燃焼運転領域にないと判定した場合は本ルーチンの実行を一旦終了し、前記S803において機関運転状態が希薄燃焼運転領域にあると判定した場合はS804へ進む。
【0150】
S804では、CPU401は、前記S801で読み出された機関回転数とアクセル開度とをパラメータとして要求機関トルクを算出する。その際、機関回転数とアクセル開度と要求機関トルクとの関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化してROM402に記憶しておくようにしてもよい。
【0151】
S805では、CPU401は、前記S804で算出された要求機関トルクに基づいて1気筒21当たりに要求されるトルク(以下、要求気筒トルクと称する)を算出する。尚、前述したS803の処理は、このS805の次に実行されるようにしてもよい。
【0152】
S806では、CPU401は、リーン運転気筒21の発生トルクが前記要求気筒21トルクと同一となり、且つ、リーン運転気筒21の燃料噴射量が最も少なくなるように、リーン運転気筒21で燃焼すべき混合気の空燃比(以下、目標リーン空燃比と称する)とリーン運転気筒21が吸入すべき空気量(以下、目標リーン気筒吸気量と称する)とを決定する。
【0153】
S807では、CPU401は、前記S806で決定された目標リーン空燃比と目標リーン気筒吸気量とに従ってリーン運転気筒21の目標吸気弁開閉タイミング及び目標排気弁開閉タイミングを決定するとともに、目標リーン気筒吸気量を目標リーン空燃比で除算してリーン運転気筒21の目標燃料噴射量を算出する。
【0154】
S808では、CPU401は、先ず、単一のリーン運転気筒21が前記S806で決定された目標リーン空燃比及び目標リーン気筒吸気量に従って運転された場合に、該リーン運転気筒21から排出される窒素酸化物(NOx)の量を推定する。次いで、CPU401は、前記推定値を3倍して3つのリーン運転気筒21から排出される窒素酸化物(NOx)の総量を算出する。
【0155】
S809では、CPU401は、前記S808で推定された総NOx量の窒素酸化物(NOx)を還元するために必要となる還元剤の量(目標還元量)を算出する。
【0156】
S810では、CPU401は、先ず、リッチ運転気筒21内に可燃混合気を形成することができる空燃比の範囲において最も低い空燃比(以下、目標リッチ空燃比と称する)を算出する。続いて、CPU401は、目標リッチ空燃比の排気の単位量当たりに含まれる還元剤の量を算出し、算出された還元剤量で前記目標還元剤量を除算することにより、リッチ運転気筒21から排出すべき排気の量、言い換えればリッチ運転気筒21に吸入すべき空気の量(以下、目標リッチ気筒吸気量と称する)を算出する。
【0157】
S811では、CPU401は、前記S810で算出された目標リッチ気筒吸気量に基づいてリッチ運転気筒21の目標吸気弁開閉タイミングを決定するとともに、前記目標リッチ気筒吸気量を前記目標リッチ空燃比で除算してリッチ運転気筒21の目標燃料噴射量を算出する。
【0158】
S812では、CPU401は、前記S810で算出された目標リッチ空燃比と目標リッチ気筒吸気量とに従ってリッチ運転気筒21が運転された際に、該リッチ運転気筒21が発生し得るトルクを推定する。
【0159】
S813では、CPU401は、前記S812で推定されたトルクが前記S805で算出された要求気筒トルクまで低下するように、リッチ運転気筒21の目標排気弁開閉タイミングを決定する。
【0160】
S814では、CPU401は、前記S807で決定された目標吸気弁開閉タイミング、目標排気弁開閉タイミング、及び、目標燃料噴射量に従って、リーン運転気筒21の吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、及び燃料噴射弁32を制御するとともに、前記S811及び前記813で決定された目標吸気弁開閉タイミング、目標排気弁開閉タイミング、及び、目標燃料噴射量に従って、リッチ運転気筒21の吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、及び燃料噴射弁32を制御する。
【0161】
この場合、内燃機関1では、3つのリーン運転気筒21が連続して目標リーン空燃比で運転された後に、1つのリッチ運転気筒21が目標リッチ空燃比で運転されることになり、それに応じて、3つのリーン運転気筒21が連続して目標リーン空燃比の排気を排出した後に、1つのリッチ運転気筒21が目標リッチ空燃比の排気を排出することになる。
【0162】
その際、リッチ運転気筒21から排出される排気には、3つのリーン運転気筒21から排出された排気に含まれる窒素酸化物(NOx)の総量に対応した量の還元剤が含まれているため、吸蔵還元型NOx触媒46は、3つのリーン運転気筒21からの排気が流入した時には、その排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)を吸蔵し、続いてリッチ運転気筒21からの排気が流入すると、吸蔵していた全ての窒素酸化物(NOx)を放出及び浄化することが可能となる。
【0163】
従って、上記したような浄化支援制御によれば、1サイクル毎に吸蔵還元型NOx触媒46における窒素酸化物(NOx)の吸蔵と還元とが行われるため、窒素酸化物(NOx)の吸蔵量と還元剤の供給量とを適合させ易く、CPU401の演算負荷を低減することが可能となる。
【0164】
また、上記したような浄化支援制御では、リッチ運転気筒21の排気弁29の開閉タイミングを制御することによって、リッチ運転気筒21の発生トルクとリーン運転気筒21の発生トルクとが均一にされるため、内燃機関1のトルク変動が発生することがない。
【0165】
尚、本実施の形態では、内燃機関1のリッチ運転気筒21を特定の気筒21に固定する例について述べたが、所定の周期でリッチ運転気筒21とする気筒21を変更し、デポジットの発生や点火栓25のくすぶりなどを抑制するようにしてもよい。
【0166】
<実施の形態3>
次に、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の第3の実施の形態について図9に基づいて説明する。ここでは、前述の第1及び第2の実施の形態とは異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略するものとする。
【0167】
前述した第1及び第2の実施の形態では、吸蔵還元型NOx触媒46へ還元剤を供給する場合に、特定の気筒21をリッチ空燃比で運転させることにより、その気筒21から排出される排気中に比較的多量に含有される炭化水素(HC)を還元剤として吸蔵還元型NOx触媒46へ供給する例について述べたが、本実施の形態では、炭化水素(HC)に比して窒素酸化物(NOx)の還元力が強い水素(H2)や一酸化炭素(CO)を還元剤として吸蔵還元型NOx触媒46へ供給する例について述べる。
【0168】
この場合、CPU401は、吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸蔵能力を再生させることを目的として所定の気筒21をリッチ空燃比で運転させる必要が生じると、図9に示すようなリッチ運転制御ルーチンを実行する。このリッチ運転制御ルーチンは、予めROM402に記憶されているルーチンである。
【0169】
リッチ運転制御ルーチンでは、CPU401は、先ずS901において吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸蔵能力を再生させるべく還元剤を供給する必要が生じたか否かを判別する。
【0170】
前記S901において吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸蔵能力を再生させるべく還元剤を供給する必要がないと判定した場合は、CPU401は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0171】
一方、前記S901において吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸蔵能力を再生させるべく還元剤を供給する必要があると判定した場合は、CPU401は、S902へ進む。
【0172】
S902では、CPU401は、内燃機関1の機関回転数が所定回転数以上であるか否か、もしくは、機関負荷が所定負荷以上であるか否かを判別する。
前記S902において機関回転数が所定回転数以上である、およびまたは、機関負荷が所定負荷以上であると判定した場合は、CPU401は、S903へ進み、リッチ運転気筒21の排気弁29の開弁時期を進角させる。
【0173】
これは、水素(H2)は、混合気に含まれる炭化水素(HC)が燃焼した際に熱分解して生成され、その後の燃焼が進むと酸素や炭素と結合して水(H2O)や炭化水素(HC)を生成することになるため、混合気の燃焼途中で排気弁29を開弁させることにより、水素(H2)を比較的多量に含む排気を生成することが可能となるが、機関回転数が比較的高い時もしくは機関負荷が比較的大きいとき程水素(H2)が生成され易いからである。
【0174】
この場合、リッチ運転気筒21から排出される排気には、炭化水素(HC)より還元力の強い水素(H2)が比較的多量に含有されるため、そのような排気が吸蔵還元型NOx触媒46に流入すると、吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵されている窒素酸化物(NOx)が短時間で効率的に還元されることになる。
【0175】
一方、前記S902において機関回転数が所定回転数より低く、且つ、機関負荷が所定負荷より小さい場合は、CPU401は、S904へ進み、リッチ運転気筒21の排気弁29の開弁時期を遅角させる。
【0176】
これは、一酸化炭素(CO)は、混合気の燃焼後に残留した炭化水素(HC)が高温且つ酸化雰囲気下で酸化して生成されるため、混合気の燃焼が終了した後の所定の時期まで排気弁29の開弁時期を遅角させることにより、一酸化炭素(CO)を比較的多量に含む排気を生成することが可能となるからである。
【0177】
この場合、リッチ運転気筒21から排出される排気には、炭化水素(HC)より還元力の強い一酸化炭素(CO)が比較的多量に含有されるため、そのような排気が吸蔵還元型NOx触媒46に流入すると、吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵されている窒素酸化物(NOx)が短時間で効率的に還元されることになる。
【0178】
このようにCPU401がリッチ運転制御ルーチンを実行することにより、炭化水素(HC)を還元剤として利用する場合に比して、より短時間で吸蔵還元型NOx触媒46の吸蔵能力を再生させることが可能となるため、吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸蔵能力を再生させることを目的として所定の気筒21をリッチ空燃比で運転させる期間を一層短縮することが可能となり、以て燃料消費量を一層低減することが可能となる。
【0179】
<実施の形態4>
次に、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の第4の実施の形態について図10に基づいて説明する。ここでは、前述した第1〜第3の実施の形態とは異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略するものとする。
【0180】
前述した第1〜第3の実施の形態では、吸蔵還元型NOx触媒46に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を還元及び浄化することにより、吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸蔵能力を再生する例について述べたが、本実施の形態では、吸蔵還元型NOx触媒46のSOx被毒を再生する例について述べる。
【0181】
吸蔵還元型NOx触媒46は、該吸蔵還元型NOx触媒46に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)を吸蔵することになるが、排気中に含まれる硫黄成分も窒素酸化物(NOx)と同様のメカニズムによって吸収してしまい、その結果、吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸蔵能力が低下する、いわゆるSOx被毒が発生する。
【0182】
具体的には、内燃機関1の燃料に含まれている硫黄(S)成分が燃焼することによりSO2やSO3などの硫黄酸化物(SOx)が生成され、それらの硫黄酸化物(SOx)が排気とともに吸蔵還元型NOx触媒46に流入する。
【0183】
その際、排気の空燃比がリーン空燃比であると、吸蔵還元型NOx触媒46の担体上に担持された白金(Pt)の表面に酸素O2 -又はO2-が付着しているため、排気中に含まれる硫黄酸化物(SOx)が上記した酸素O2 -又はO2-と反応してSO3-やSO4-を形成する。
【0184】
吸蔵還元型NOx触媒46の白金(Pt)上で形成されたSO3-やSO4-は、白金(Pt)上で更に酸化され、硫酸イオン(SO4 2-)として吸蔵還元型NOx触媒46に吸収される。吸蔵還元型NOx触媒46内に吸収された硫酸イオン(SO4 2-)は、酸化バリウム(BaO)と結合して硫酸バリウム(BaSO4)を形成する。
【0185】
硫酸バリウム(BaSO4)は、窒素酸化物(NOx)に比して分解され難く、粗大化し易いという特性を有しているため、吸蔵還元型NOx触媒46に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となっても分解されずに吸蔵還元型NOx触媒46内に残留することになる。
【0186】
従って、吸蔵還元型NOx触媒46内の硫酸バリウム(BaSO4)は、時間の経過とともに増加することになるため、窒素酸化物(NOx)の吸蔵に作用することができる酸化バリウム(BaO)の量が減少し、その結果、吸蔵還元型NOx触媒46のNOx吸蔵能力が低下してしまう。
【0187】
吸蔵還元型NOx触媒46のSOx被毒を解消するには、吸蔵還元型NOx触媒46の雰囲気温度を高温(例えば、500℃〜700℃)にするとともに、吸蔵還元型NOx触媒46に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とする必要がある。
【0188】
すなわち、吸蔵還元型NOx触媒46の雰囲気温度が高温になると、吸蔵還元型NOx触媒46内に生成された硫酸バリウム(BaSO4)がSO3-やSO4-に熱分解される。その際、吸蔵還元型NOx触媒46に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であると、SO3-やSO4-は、排気中に含まれる炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)と反応して気体状のSO2-へ還元されて吸蔵還元型NOx触媒46から放出されることになる。
【0189】
吸蔵還元型NOx触媒46を高温且つリッチ雰囲気にする方法としては、例えば、
未燃燃料成分と酸素とを比較的多量に含むリッチ空燃比の排気を吸蔵還元型NOx触媒46へ供給し、吸蔵還元型NOx触媒46において未燃燃料成分と酸素とを反応(燃焼)させることにより、吸蔵還元型NOx触媒46を高温且つリッチ雰囲気とする方法を例示することができる。
【0190】
ここで、未燃燃料成分と酸素を比較的多量に含有した排気を生成する方法としては、(1)排気の空燃比をリッチ空燃比とすべく内燃機関1をリッチ空燃比の混合気で運転させるとともに、吸蔵還元型NOx触媒46より上流の排気通路において排気中に二次空気を供給することにより、未燃燃料成分と酸素とを含有した排気を生成する方法、(2)内燃機関1の一部の気筒21をリッチ空燃比の混合気で運転させると同時に、残りの気筒21をリーン空燃比の混合気で運転させることにより、十分な量の未燃燃料成分を含む排気と十分な量の酸素を含む排気との混合させる方法等を例示することができるが、本実施の形態では、吸気弁28及び排気弁29の開閉タイミングを任意に設定することができるという電磁駆動式動弁機構の特性を利用して以下のような方法を採用した。
【0191】
すなわち、本実施の形態では、CPU401は、吸蔵還元型NOx触媒46のSOx被毒を解消する必要が生じた場合に、内燃機関1の各気筒21をリッチ空燃比の混合気で運転させるべく燃料噴射弁32を制御した上で、排気弁29の開弁時期を膨張行程の途中まで進角させることにより、燃焼途中の混合気を排気として排出するようにした。
【0192】
この場合、内燃機関1の排気は、燃焼完了後の既燃ガスが排気として排出された場合に比して、温度が高くなるとともに、未燃の燃料成分と酸素とを多量に含む排気となる。
【0193】
尚、排気中に残存する未燃燃料成分と酸素の量を更に増加させる場合には、CPU401は、各気筒21の点火栓25の点火時期を遅角させ、混合気の燃焼時期を遅らせるようにしてもよい。
【0194】
ところで、各気筒21から燃焼途中の混合気が排出されると、各気筒21内で発生する燃焼圧力が低下するとともに、燃焼圧力がクランクシャフト23へ伝達される効率が低下し、内燃機関1のトルクが低下してしまう。
【0195】
これに対し、CPU401は、各気筒21の吸入空気量を増加させるべく吸気弁28の開閉タイミングを変更するとともに、燃料噴射量を増量補正するようにした。各気筒21の吸入空気量を増量させる場合には、CPU401は、吸気弁28の開閉タイミングに加えて、スロットル弁39の開度も変更するようにしてもよい。
【0196】
以下、本実施の形態に係る浄化支援制御について具体的に説明する。
CPU401は、浄化支援制御を実行するにあたり、図10に示すような浄化支援制御ルーチンを実行する。この浄化支援制御ルーチンは、予めROM402に記憶されているルーチンであり、CPU401によって所定時間毎(例えば、クランクポジションセンサ51がパルス信号を出力する度)に繰り返し実行されるルーチンである。
【0197】
浄化支援制御ルーチンでは、CPU401は、先ずS1001において、吸蔵還元型NOx触媒46のSOx被毒度合いを判定する。吸蔵還元型NOx触媒46のSOx被毒度合いを判定する方法としては、例えば、吸蔵還元型NOx触媒46に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときに、吸蔵還元型NOx触媒46よりも下流に配置されたNOxセンサ49の出力信号値に基づいて判定する方法、又は、内燃機関1がリーン空燃比で運転された時間の積算値、吸入空気量の積算値、およびまたは燃料噴射量の積算値等に基づいて吸蔵還元型NOx触媒46のSOx被毒度合いを推定する方法等を例示することができる。
【0198】
S1002では、CPU401は、前記S1001において判定されたSOx被毒度合いが所定の基準値を上回っているか否かを判別する。前記した基準値は、予め実験的に求められた値であり、ROM402等に予め記憶されている値である。
【0199】
S1002において吸蔵還元型NOx触媒46のSOx被毒度合いが前記基準値以下であると判定した場合は、CPU401は、吸蔵還元型NOx触媒46に対するSOx被毒解消処理を実行する必要がないとみなし、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0200】
一方、S1002において吸蔵還元型NOx触媒46のSOx被毒度合いが前記基準値を上回っていると判定した場合は、CPU401は、吸蔵還元型NOx触媒46に対するSOx被毒解消処理を実行する必要があるとみなし、S1003へ進む。
【0201】
S1003では、CPU401は、機関回転数やアクセルポジションセンサ43の出力信号値(アクセル開度)をRAM403から読み出し、それらの値をパラメータとして内燃機関1の要求機関トルクを算出する。
【0202】
S1004では、CPU401は、前記S1003で算出された要求機関トルクを満たしつつ、吸蔵還元型NOx触媒46へ未燃燃料成分と酸素とを含有した排気を供給すべく、吸気弁28の開閉タイミング、排気弁29の開閉タイミング、燃料噴射量、点火時期を決定する。
【0203】
具体的には、CPU401は、先ず、各気筒21で燃焼すべき混合気の空燃比を決定する。続いて、CPU401は、各気筒21で燃焼途中の混合気を排気として排出させるべく排気弁29の開弁時期を進角補正するとともに点火栓25の点火時期を遅角補正する。
【0204】
そして、CPU401は、前記空燃比と前記排気弁開弁時期と前記点火時期とに従って内燃機関1が運転されたときの実際の機関トルクが前記S1003で算出された要求機関トルクと一致するように吸入空気量及び燃料噴射量を決定し、決定された吸入空気量に従って吸気弁28の開閉タイミングを決定する。
【0205】
S1005では、CPU401は、前記S1004で決定された吸気弁開閉タイミング、排気弁開閉タイミング、燃料噴射量、点火時期に従って、吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、燃料噴射弁32、点火栓25を制御して、SOx被毒解消処理の実行を開始する。
【0206】
この場合、内燃機関1は、要求機関トルクを満たしつつ、高温且つ未燃燃料成分及び酸素を多量に含有した排気を排出することになる。内燃機関1から排出された高温且つ未燃燃料成分及び酸素を多量に含有した排気は、排気枝管45を介して吸蔵還元型NOx触媒46へ流入する。吸蔵還元型NOx触媒46は、排気の熱を受けて昇温するとともに、該吸蔵還元型NOx触媒46の白金(Pt)上で排気中の未燃燃料成分と酸素とが反応することによって発生する反応熱によって一層昇温する。
【0207】
このように吸蔵還元型NOx触媒46の雰囲気温度が上昇すると、該吸蔵還元型NOx触媒46内の硫酸バリウム(BaSO4)がSO3-やSO4-へ熱分解され、それらSO3-やSO4-は、排気中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)と反応して気体状のSO2-へ還元され、吸蔵還元型NOx触媒46から放出されることになる。
【0208】
S1006では、CPU401は、吸蔵還元型NOx触媒46のSOx被毒が解消されたか否かを判別する。吸蔵還元型NOx触媒46のSOx被毒が解消されたか否かを判別する方法としては、吸蔵還元型NOx触媒46のSOx被毒度合いとSOx被毒の解消に要する時間(SOx被毒解消時間)との関係を予め実験的に求めておき、SOx被毒解消処理の実行時間がSOx被毒解消時間以上となったか否かを判別する方法、あるいは吸蔵還元型NOx触媒46より下流の排気通路に排気中のSOx濃度に対応した電気信号を出力するSOxセンサを配置し、それらSOxセンサの出力信号値が所定値未満となったか否かを判別する方法などを例示することができる。
【0209】
前記S1006において吸蔵還元型NOx触媒46のSOx被毒が未だ解消されていないと判定した場合は、CPU401は、前記S1005の処理を継続して実行する。
【0210】
前記S1006において吸蔵還元型NOx触媒46のSOx被毒が解消されたと判定した場合は、CPU401は、S1007へ進み、吸気弁28の開閉タイミング、排気弁29の開閉タイミング、及び点火時期を通常のタイミングに戻すべく吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、及び点火栓25を制御するとともに、燃料噴射量を通常の燃料噴射量に戻すべく燃料噴射弁32を制御する。
【0211】
このような浄化支援制御によれば、吸気弁28及び排気弁29の開閉タイミングを変更することによって、排気の状態を即座に高温且つ未燃燃料成分及び酸素を含有した状態とすることができるため、SOx被毒解消処理に係る時間を短縮することが可能となり、以てSOx被毒解消処理に係るリッチ空燃比運転の期間が不要に長くなることがなく、ドライバビリィティの悪化や燃料消費量の悪化が防止される。
【0212】
尚、本実施の形態では、吸蔵還元型NOx触媒46のSOx被毒を解消する場合に、内燃機関1をリッチ空燃比の混合気で運転させるとともに排気弁29の開弁時期を進角させる例について述べたが、内燃機関1の各気筒21の吸気弁28と排気弁29の双方が開弁している時、つまりバルブオーバーラップ期間中に燃料噴射弁32を作動させ、未燃の燃料を吸蔵還元型NOx触媒46へ供給することにより、前記未燃燃料を吸蔵還元型NOx触媒46で燃焼せしめ、以て吸蔵還元型NOx触媒46をより短時間のうちに高温且つリッチ雰囲気とするようにしてもよい。
【0213】
【発明の効果】
本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関では、NOx触媒において所定のガス成分を浄化すべきときに、前記した所定ガス成分を浄化するのに適した状態の排気が内燃機関から排出されるように可変動弁機構が制御されることになる。
【0214】
内燃機関の吸気弁および排気弁は、気筒内に臨むよう設けられているため、可変動弁機構による吸気弁およびまたは排気弁の開閉タイミングおよびまたはリフト量の変更は、気筒内のガスの状態及び気筒内から排出される排気の状態に直ちに反映されることになる。
【0215】
従って、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関によれば、所定のガス成分を浄化すべきときに、内燃機関から実際に排出される排気の状態が直ちに所定のガス成分を浄化するのに適した状態とすることができるため、所定ガス成分の浄化に係る制御の実行期間を短縮することが可能となる。
【0216】
特に、所定ガス成分を浄化すべく内燃機関をリッチ空燃比もしくは理論空燃比の混合気で運転させる必要がある場合には、所定ガス成分の浄化を目的として内燃機関をリッチ空燃比又は理論空燃比で運転させる期間を短くすることができるため、燃料噴射量を最小限に抑えることができるとともに、ドライバビリィティの悪化を抑制することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の概略構成を示す平面図
【図2】 本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の概略構成を示す断面図
【図3】 吸気側電磁駆動機構の内部構成を示す図
【図4】 ECUの内部構成を示すブロック図
【図5】 実施の形態1に係る浄化支援制御ルーチンを示すフローチャート図
【図6】 実施の形態2に係る浄化支援制御における吸排気弁の開閉タイミングを示すタイミングチャート図(1)
【図7】 実施の形態2に係る浄化支援制御における吸排気弁の開閉タイミングを示すタイミングチャート図(2)
【図8】 実施の形態2に係る浄化支援制御ルーチンを示すフローチャート図
【図9】 実施の形態3に係るリッチ運転制御ルーチンを示すフローチャート図
【図10】 実施の形態4に係る浄化支援制御ルーチンを示すフローチャー ト図
【符号の説明】
1・・・・内燃機関
20・・・ECU
25・・・点火栓
26・・・吸気ポート
27・・・排気ポート
28・・・吸気弁
29・・・排気弁
30・・・吸気側電磁駆動機構
30a・・吸気側駆動回路
31・・・排気側電磁駆動機構
31a・・排気側駆動回路
32・・・燃料噴射弁
46・・・吸蔵還元型NOx触媒
49・・・NOxセンサ
51・・・クランクポジションセンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, and more particularly to an internal combustion engine provided with a variable valve mechanism that can change the opening / closing timing and / or lift amount of an intake valve and / or an exhaust valve.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, internal combustion engines mounted on automobiles have hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust before the exhaust discharged from the internal combustion engine is released into the atmosphere. It is desired to purify harmful gas components such as
[0003]
In response to such demands, hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are purified when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is a predetermined air-fuel ratio in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio. The three-way catalyst is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst becomes a predetermined air-fuel ratio (the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the internal combustion engine). A technique for purifying harmful gas components in exhaust gas by executing air-fuel ratio feedback control for controlling the exhaust gas is known.
[0004]
On the other hand, in an internal combustion engine mounted on an automobile, a lean combustion internal combustion engine that can burn an air-fuel mixture with a higher air-fuel ratio (lean air-fuel ratio) than the stoichiometric air-fuel ratio has been developed in order to reduce fuel consumption. ing.
[0005]
In a lean burn internal combustion engine, the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes a lean air-fuel ratio, and reducing components such as hydrocarbons (HC) contained in the exhaust gas are reduced. Therefore, only with a three-way catalyst, nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are emitted. Cannot be fully reduced and purified.
[0006]
For this reason, a technique for arranging an NOx storage reduction catalyst in the exhaust passage of an internal combustion engine has been proposed. The NOx storage reduction catalyst stores nitrogen oxide (NOx) in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is a lean air-fuel ratio, and flows into the NOx storage reduction catalyst. When the air-fuel ratio of the exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio, the stored nitrogen oxides (NOx) are released, and the released nitrogen oxides (NOx) are released into hydrocarbons (HC) ) And carbon monoxide (CO) to react with a reducing agent such as nitrogen (N2).
[0007]
When such a NOx storage reduction catalyst is disposed in the exhaust passage of a lean combustion internal combustion engine, when the internal combustion engine is operated in lean combustion and exhaust gas with a lean air-fuel ratio is exhausted from the internal combustion engine, The contained nitrogen oxides (NOx) are stored in the NOx storage reduction catalyst.
[0008]
Further, when the internal combustion engine is operated at a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio and exhaust gas of the stoichiometric or rich air-fuel ratio is discharged from the internal combustion engine, nitrogen oxides stored in the NOx storage reduction catalyst are stored. (NOx) is released from the NOx storage reduction catalyst and nitrogen (N2).
[0009]
By the way, since the amount of nitrogen oxide (NOx) that can be stored by the NOx storage reduction catalyst is limited, if the lean combustion operation of the internal combustion engine is continued for a long time, the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is saturated. The nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas may be released into the atmosphere without being purified.
[0010]
Therefore, conventionally, when the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is saturated when the internal combustion engine is operating with lean combustion, the operation state of the internal combustion engine is switched from the lean combustion operation to the rich air-fuel ratio operation. So-called rich spike control is performed in which air-fuel ratio exhaust gas is supplied to the NOx storage reduction catalyst.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, if the fuel injection amount is simply increased in the rich spike control, the torque of the internal combustion engine increases abruptly. Therefore, it is necessary to increase the fuel injection amount while reducing the intake air amount of the internal combustion engine.
[0012]
For this reason, when the execution of the rich spike control is started, the throttle valve is controlled to decrease the intake air amount of the internal combustion engine, and the fuel injection valve is increased to increase the amount of fuel supplied into the cylinder. Will be controlled.
[0013]
However, since there is a distance between the throttle valve and the cylinder, there is a so-called intake response delay that takes time from when the throttle valve is changed until the intake air amount in the cylinder decreases to the desired amount, The transition period until the operating state of the internal combustion engine switches from the lean combustion operation to the desired rich air-fuel ratio operation becomes longer.
[0014]
Further, even when the execution of rich spike control is terminated, the throttle valve is controlled to increase the intake air amount of the internal combustion engine and the fuel injection valve is controlled to decrease the amount of fuel supplied to the cylinder. As a result, an intake response delay occurs as in the start of execution of the rich spike control, and the transition period until the operating state of the internal combustion engine switches from the rich air-fuel ratio operation to the lean combustion operation becomes longer.
[0015]
Thus, when the transition period of the engine operating state becomes long, the execution period of the rich spike control becomes long, and there is a possibility that a deterioration in drivability and an unnecessary increase in fuel consumption are induced.
[0016]
The present invention has been made in view of various circumstances as described above, and performs exhaust gas purification efficiently in a short period of time in a lean combustion internal combustion engine capable of combusting an oxygen-rich mixture. It is an object of the present invention to improve drivability and reduce fuel consumption by providing a technology capable of achieving the above.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems. That is, an internal combustion engine having a variable valve mechanism according to the present invention is:
A lean combustion internal combustion engine capable of combusting an oxygen-rich mixture.
A NOx catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine for purifying nitrogen oxides contained in the exhaust;
A variable valve mechanism capable of changing the opening / closing timing and / or lift amount of the intake valve and / or exhaust valve of the internal combustion engine;
Purification support means for controlling the variable valve mechanism to supply exhaust gas in a state suitable for purifying the predetermined gas component to the NOx catalyst at a time when the predetermined gas component is to be purified in the NOx catalyst;
It is characterized by having.
[0018]
In the internal combustion engine having the variable valve mechanism configured as described above, when the predetermined gas component is to be purified in the NOx catalyst, the purification assisting means performs exhaust in a state suitable for purifying the predetermined gas component. The variable valve mechanism is controlled so as to be discharged from the internal combustion engine.
[0019]
Here, since the intake valve and the exhaust valve are provided so as to face the cylinder, changes in the opening / closing timing and / or the lift amount of the intake valve and / or the exhaust valve are exhausted from the state of the gas in the cylinder and the inside of the cylinder. It will be immediately reflected in the exhaust status.
[0020]
Therefore, when the variable valve mechanism is controlled so that exhaust in a state suitable for purifying a predetermined gas component is discharged from the internal combustion engine, the state of the exhaust discharged from the internal combustion engine is immediately Therefore, the control period for purifying the predetermined gas component is not unnecessarily prolonged.
[0021]
In the internal combustion engine having the variable valve mechanism according to the present invention, examples of the predetermined gas component include nitrogen oxide (NOx) and sulfur oxide (SOx).
[0022]
When purifying nitrogen oxides (NOx) in a NOx catalyst, a reducing agent for reducing the nitrogen oxides (NOx) is required. Therefore, the purification support means is in a state where the exhaust state contains a large amount of reducing agent. What is necessary is just to control a variable valve mechanism so that it may become.
[0023]
Examples of a method for increasing the amount of reducing agent contained in the exhaust gas include a method in which the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich by operating at least one cylinder of the internal combustion engine at the rich air-fuel ratio. .
[0024]
When operating at least one cylinder of the internal combustion engine at a rich air-fuel ratio, the purification support means controls the variable valve mechanism so that the valve opening period of the intake valve of the cylinder is shortened, for example, In the case where the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in the cylinder is reduced to a rich air-fuel ratio, and the amount of reducing agent contained in the exhaust gas is further increased, the purification assisting means In other words, the variable valve mechanism is controlled so that the opening period of the intake valve of a predetermined cylinder is shortened, and at the same time, the fuel injection valve is controlled to increase the amount of fuel supplied to the cylinder.
[0025]
As a reducing agent for nitrogen oxides (NOx), hydrocarbons (HC) are generally used, but hydrogen (H2) And hydrocarbon (HC) oxidation, carbon monoxide (CO) has a higher reducing ability than hydrocarbon (HC).2) Or carbon monoxide (CO) in a large amount, the variable valve mechanism may be controlled.
[0026]
Hydrogen contained in exhaust (H2) Is increased, for example, the opening timing of the exhaust valve is advanced to the middle of the expansion stroke before the exhaust stroke bottom dead center, and the gas in the middle of combustion is discharged from the cylinder as exhaust gas The method of doing can be illustrated.
[0027]
As a method for increasing the amount of carbon monoxide (CO) contained in the exhaust, for example, the opening timing of the exhaust valve is retarded until the bottom dead center of the exhaust stroke, and the gas sufficiently oxidized in the cylinder is A method of discharging as exhaust gas can be exemplified.
[0028]
Next, when purifying sulfur oxide (SOx) in the NOx catalyst, particularly when eliminating sulfur poisoning of the NOx catalyst, the NOx catalyst needs to be in a high temperature and rich atmosphere. The variable valve mechanism may be controlled so that the exhaust state is at a high temperature and a rich air-fuel ratio.
[0029]
As a method for increasing the temperature of the exhaust, for example, a method of advancing the valve opening timing of the exhaust valve so that burned gas immediately after being burned in each cylinder is discharged from each cylinder can be exemplified. As a method of making the air-fuel ratio rich, the intake valve opening timing is retarded and / or the intake valve closing timing is advanced in order to shorten the intake valve opening period, or in the cylinder A method for controlling the fuel injection valve to increase the amount of fuel supplied can be exemplified.
[0030]
When the internal combustion engine according to the present invention includes an ignition plug, the opening timing of the exhaust valve is advanced, and the ignition timing of the ignition plug is retarded to delay the combustion timing of the air-fuel mixture. The temperature of burned gas when the exhaust valve is opened may be further increased.
[0031]
Here, as the NOx catalyst according to the present invention, for example, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is a lean air-fuel ratio, nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas is occluded, and the NOx catalyst When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio, the NOx storage reduction catalyst that releases and reduces the stored nitrogen oxides (NOx) or the exhaust gas flowing into the NOx catalyst Examples include a selective reduction type NOx catalyst that reduces or decomposes nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas when the air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio and a reducing agent is present.
[0032]
Further, in the internal combustion engine having the variable valve mechanism according to the present invention, the purification assisting means does not change the torque of the internal combustion engine when supplying exhaust gas in a state suitable for purifying the predetermined gas component to the NOx catalyst. Thus, it is preferable to control the variable valve mechanism.
[0033]
In this case, exhaust gas purification with high responsiveness is realized while suppressing torque fluctuation of the internal combustion engine.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a specific embodiment of an internal combustion engine having a variable valve mechanism according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0035]
<
A first embodiment of an internal combustion engine having a variable valve mechanism according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0036]
1 and 2 are diagrams showing a schematic configuration of an internal combustion engine and an intake / exhaust system thereof according to the present embodiment. The
[0037]
The
[0038]
A
[0039]
A
[0040]
Two open ends of the
[0041]
The
[0042]
In the
[0043]
The intake side
Here, specific configurations of the intake-side
[0044]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the intake-side
[0045]
The lower head 10 is formed with two
[0046]
The lower head 10 is formed with a through hole having a circular cross section from the inner wall surface of each
[0047]
A
[0048]
An annular
[0049]
A cylindrical
[0050]
On the other hand, a
[0051]
A first
[0052]
An
[0053]
A disk-shaped
[0054]
On the other hand, the upper end portion of the
[0055]
In the intake-side
[0056]
The urging force of the
[0057]
The axial lengths of the
[0058]
In the intake-side
[0059]
Therefore, in the intake side
[0060]
At that time, it is possible to control the opening / closing timing of the
[0061]
Further, a
[0062]
In the
[0063]
At this time, the output signal value of the
[0064]
Here, returning to FIGS. 1 and 2, an
[0065]
The
[0066]
An
[0067]
The
[0068]
On the other hand, an
[0069]
The
[0070]
The
[0071]
The NOx
[0072]
In the NOx
[0073]
Subsequently, nitrogen dioxide (NO2) Is oxidized on platinum (Pt) and combined with barium oxide (BaO) to form nitrate ions (NO).3-) And its nitrate ion (NO3-) Is absorbed by the NOx
[0074]
Such NOx absorption action is continued unless the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is a lean air-fuel ratio and the NOx absorption capacity of the NOx
On the other hand, when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx
[0075]
At that time, if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio, a relatively large amount of hydrocarbon (HC) or carbon monoxide (CO) is contained in the exhaust gas, and these hydrocarbons ( HC) and carbon monoxide (CO) are oxygen (O) on platinum (Pt) of the NOx
[0076]
That is, the hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) contained in the exhaust gas flowing into the NOx
[0077]
Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx
[0078]
Next, an electric signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust flowing through the
[0079]
An electric signal corresponding to the concentration of nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas flowing out from the NOx
[0080]
The
[0081]
The
[0082]
Various sensors such as a
[0083]
The
[0084]
Here, as shown in FIG. 4, the
[0085]
The A /
[0086]
The
[0087]
The
[0088]
The
[0089]
The
[0090]
The
[0091]
The
[0092]
The
The
[0093]
At that time, the
[0094]
For example, if the
[0095]
When it is determined that the operation state of the
[0096]
Further, when the
[0097]
On the other hand, when the
[0098]
Hereinafter, the purification support control according to the present embodiment will be specifically described.
In the purification support control, the
[0099]
In the purification support control routine, the
As a method for determining whether or not the NOx storage capacity of the NOx
[0100]
Hereinafter, the maximum nitrogen oxide (NOx) amount that can be stored by the NOx
If the
[0101]
In S502, the
[0102]
Note that the maximum NOx occlusion amount of the NOx
[0103]
In step S503, the
[0104]
In S504, the
[0105]
The torque generated when the
[0106]
In S505, the
[0107]
In S506, the
[0108]
If it is determined in S506 that the target rich air-fuel ratio is greater than or equal to the rich limit air-fuel ratio, the
[0109]
In S507, the
[0110]
In step S508, the
In S509, the
[0111]
In S510, the
[0112]
Here, since the
[0113]
Therefore, when the intake
[0114]
Therefore, when the
[0115]
The exhaust discharged from the selected
[0116]
That is, by operating the
[0117]
On the other hand, if it is determined in S506 that the target rich air-fuel ratio is lower than the rich limit air-fuel ratio, the
[0118]
In S511, the
In S512, the
[0119]
In S513, the
[0120]
In S514, the
[0121]
In S515, the
[0122]
In S516, the
[0123]
In S517, the
[0124]
In this case, two or
[0125]
As a result, all the nitrogen oxides (NOx) stored in the NOx
In this way, the purification support means according to the present invention is realized by the
[0126]
That is, in the above-described purification support control, the intake air amount of each
[0127]
At this time, since the intake air amount of the
[0128]
Therefore, according to the purification support control according to the present embodiment, when reducing and purifying nitrogen oxide (NOx) stored in the NOx
[0129]
Further, in the purification support control according to the present embodiment, the target cylinder intake air amount and the target fuel injection amount of the selected
[0130]
In the present embodiment, the target cylinder intake air amount is determined so that the torque generated in the selected
[0131]
When the maximum cylinder intake air amount is set as the target cylinder intake air amount, the amount of exhaust that can be discharged by the
[0132]
However, when the maximum cylinder intake air amount is set as the target cylinder intake air amount, the generated torque of the selected
[0133]
<
A second embodiment of an internal combustion engine having a variable valve mechanism according to the present invention will be described below with reference to FIGS. Here, a configuration different from that of the first embodiment will be described, and the description of the same configuration will be omitted.
[0134]
In the first embodiment described above, when the
[0135]
The
[0136]
Since the
[0137]
That is, when one
[0138]
In this case, the NOx
[0139]
At that time, by optimizing the air-fuel ratio and the amount of exhaust exhausted by the
[0140]
By the way, the combustion pressure generated when the air-fuel mixture is combusted in the
[0141]
Therefore, in the present embodiment, the
[0142]
For example, the fourth (# 4)
[0143]
In this case, when the fourth (# 4)
[0144]
Further, the fourth (# 4)
[0145]
In this case, the burned gas in the fourth (# 4)
[0146]
Hereinafter, the purification support control according to the present embodiment will be specifically described.
When the purification support control is executed, the
[0147]
In the purification support control routine, first, in step S <b> 801, the
[0148]
In S802, the
In S803, the
[0149]
If the
[0150]
In S804, the
[0151]
In S805, the
[0152]
In step S806, the
[0153]
In S807, the
[0154]
In step S808, the
[0155]
In step S809, the
[0156]
In S810, the
[0157]
In step S811, the
[0158]
In S812, the
[0159]
In S813, the
[0160]
In S814, the
[0161]
In this case, in the
[0162]
At that time, the exhaust gas discharged from the
[0163]
Therefore, according to the purification support control as described above, the storage and reduction of nitrogen oxides (NOx) in the NOx
[0164]
Further, in the purification support control as described above, by controlling the opening / closing timing of the
[0165]
In the present embodiment, the example in which the
[0166]
<
Next, a third embodiment of an internal combustion engine having a variable valve mechanism according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, a configuration different from the first and second embodiments described above will be described, and the description of the same configuration will be omitted.
[0167]
In the first and second embodiments described above, when the reducing agent is supplied to the NOx
[0168]
In this case, when the
[0169]
In the rich operation control routine, the
[0170]
If it is determined in S901 that it is not necessary to supply a reducing agent to regenerate the NOx storage capacity of the NOx
[0171]
On the other hand, if it is determined in S901 that it is necessary to supply a reducing agent to regenerate the NOx storage capacity of the NOx
[0172]
In S902, the
If it is determined in S902 that the engine speed is equal to or higher than the predetermined speed and / or the engine load is equal to or higher than the predetermined load, the
[0173]
This is hydrogen (H2) Is generated by thermal decomposition when hydrocarbon (HC) contained in the air-fuel mixture burns, and then combines with oxygen and carbon as water (H2O) and hydrocarbons (HC) are generated, and therefore, by opening the
[0174]
In this case, the exhaust gas discharged from the
[0175]
On the other hand, if the engine speed is lower than the predetermined speed and the engine load is smaller than the predetermined load in S902, the
[0176]
This is because carbon monoxide (CO) is produced by oxidizing the hydrocarbon (HC) remaining after combustion of the air-fuel mixture at a high temperature and in an oxidizing atmosphere. This is because it is possible to generate exhaust gas containing a relatively large amount of carbon monoxide (CO) by delaying the valve opening timing of the
[0177]
In this case, since the exhaust discharged from the
[0178]
As described above, the
[0179]
<
Next, a fourth embodiment of an internal combustion engine having a variable valve mechanism according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, a configuration different from the first to third embodiments described above will be described, and the description of the same configuration will be omitted.
[0180]
In the first to third embodiments described above, the NOx storage capability of the NOx
[0181]
The NOx
[0182]
Specifically, the sulfur (S) component contained in the fuel of the
[0183]
At that time, if the air-fuel ratio of the exhaust gas is a lean air-fuel ratio,
[0184]
SO formed on platinum (Pt) of NOx
[0185]
Barium sulfate (BaSOFour) Is less decomposed than nitrogen oxide (NOx) and has a characteristic of being easily coarsened. Therefore, even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx
[0186]
Therefore, barium sulfate (BaSO 4) in the NOx
[0187]
In order to eliminate SOx poisoning of the NOx
[0188]
That is, when the atmospheric temperature of the NOx
[0189]
As a method for making the NOx
A rich air-fuel ratio exhaust gas containing a relatively large amount of unburned fuel components and oxygen is supplied to the NOx
[0190]
Here, as a method of generating exhaust gas containing a relatively large amount of unburned fuel components and oxygen, (1) the
[0191]
That is, in the present embodiment, the
[0192]
In this case, the exhaust gas of the
[0193]
When the amount of unburned fuel component and oxygen remaining in the exhaust gas is further increased, the
[0194]
By the way, when the air-fuel mixture in the middle of combustion is discharged from each
[0195]
On the other hand, the
[0196]
Hereinafter, the purification support control according to the present embodiment will be specifically described.
When executing the purification support control, the
[0197]
In the purification support control routine, the
[0198]
In S1002, the
[0199]
If it is determined in S1002 that the SOx poisoning degree of the NOx
[0200]
On the other hand, if it is determined in S1002 that the SOx poisoning degree of the NOx
[0201]
In S1003, the
[0202]
In step S1004, the
[0203]
Specifically, the
[0204]
Then, the
[0205]
In S1005, the
[0206]
In this case, the
[0207]
When the ambient temperature of the NOx
[0208]
In S1006, the
[0209]
If it is determined in S1006 that the SOx poisoning of the NOx
[0210]
If it is determined in S1006 that the SOx poisoning of the NOx
[0211]
According to such purification support control, by changing the opening / closing timing of the
[0212]
In this embodiment, when SOx poisoning of the NOx
[0213]
【The invention's effect】
In the internal combustion engine having the variable valve mechanism according to the present invention, when the predetermined gas component is to be purified in the NOx catalyst, the exhaust gas in a state suitable for purifying the predetermined gas component is discharged from the internal combustion engine. Thus, the variable valve mechanism is controlled.
[0214]
Since the intake valve and the exhaust valve of the internal combustion engine are provided so as to face the cylinder, the opening / closing timing and / or the lift amount of the intake valve and / or the exhaust valve by the variable valve mechanism change the state of the gas in the cylinder and This is immediately reflected in the state of exhaust discharged from the cylinder.
[0215]
Therefore, according to the internal combustion engine having the variable valve mechanism according to the present invention, when the predetermined gas component is to be purified, the state of the exhaust actually discharged from the internal combustion engine immediately purifies the predetermined gas component. Therefore, it is possible to shorten the execution period of the control related to the purification of the predetermined gas component.
[0216]
In particular, when it is necessary to operate the internal combustion engine with a rich air-fuel ratio or stoichiometric air-fuel mixture to purify the predetermined gas component, the internal combustion engine is made rich or stoichiometric for the purpose of purifying the predetermined gas component. Since the operating period can be shortened, the fuel injection amount can be minimized and the deterioration of drivability can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of an internal combustion engine having a variable valve mechanism according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of an internal combustion engine having a variable valve mechanism according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an internal configuration of an intake side electromagnetic drive mechanism
FIG. 4 is a block diagram showing the internal configuration of the ECU
FIG. 5 is a flowchart showing a purification support control routine according to the first embodiment.
FIG. 6 is a timing chart (1) showing opening / closing timings of intake and exhaust valves in the purification support control according to the second embodiment.
FIG. 7 is a timing chart (2) showing opening / closing timings of intake and exhaust valves in the purification support control according to the second embodiment.
FIG. 8 is a flowchart showing a purification support control routine according to the second embodiment.
FIG. 9 is a flowchart showing a rich operation control routine according to the third embodiment.
FIG. 10 is a flowchart showing a purification support control routine according to the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... Internal combustion engine
20 ... ECU
25 ... Spark plug
26 ... Intake port
27 ... Exhaust port
28 ... Intake valve
29 ... Exhaust valve
30 ... Intake side electromagnetic drive mechanism
30a ... Intake side drive circuit
31 ... Exhaust side electromagnetic drive mechanism
31a..Exhaust side drive circuit
32 ... Fuel injection valve
46 ... NOx storage reduction catalyst
49 ... NOx sensor
51 ... Crank position sensor
Claims (4)
前記内燃機関の各気筒内もしくは各気筒より上流の吸気通路へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中に含まれる窒素酸化物を吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比もしくはリッチ空燃比であるときは吸蔵していた窒素酸化物を放出しつつ還元する吸蔵還元型NO x 触媒と、
前記内燃機関の吸気弁およびまたは排気弁の開閉タイミングおよびまたはリフト量を変更可能とする可変動弁機構と、
前記吸蔵還元型NO x 触媒に吸蔵されている窒素酸化物を還元すべき時期に、前記内燃機関の所定の気筒をリッチ空燃比で運転させるとともに該所定気筒の排気弁の開弁時期を遅角させるべく前記燃料噴射弁及び前記可変動弁機構を制御する浄化支援手段と、
を備えることを特徴とする可変動弁機構を有する内燃機関。A lean combustion internal combustion engine capable of combusting an oxygen-rich mixture.
A fuel injection valve for injecting fuel into each cylinder of the internal combustion engine or an intake passage upstream from each cylinder;
The al is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing is lean occludes nitrogen oxides contained in the exhaust air-fuel ratio of the exhaust flowing the stoichiometric air-fuel ratio or a rich air a storage reduction the NO x catalyst for reducing while releasing nitrogen oxides was occluded when a ratio,
A variable valve mechanism capable of changing the opening / closing timing and / or lift amount of the intake valve and / or exhaust valve of the internal combustion engine;
To when to reduce nitrogen oxides occluded in the said storage reduction the NO x catalyst, retards the opening timing of the exhaust valve of the predetermined cylinder causes operated a predetermined cylinder of the internal combustion engine at a rich air-fuel ratio and purification of support means for controlling said fuel injection valve and the variable valve mechanism in order to,
An internal combustion engine having a variable valve mechanism.
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