JP2010007574A - 可変圧縮比内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 触媒の温度を低下させないように且つ加速要求が発生した場合に機関が応答性良く加速するように機械圧縮比を制御し、エミッションの悪化を防止するとともに機関の加速応答性を良好に維持し得る内燃機関の制御装置を提供すること。
【解決手段】 制御装置は、機械圧縮比を変更する圧縮比変更機構を備えるとともに排気通路に触媒を備えた機関に適用される。制御装置は、触媒の温度が低い場合及び／又は触媒の温度が過度に低下する虞がある場合に機関の機械圧縮比を低下させる低圧縮比運転を行い（ステップ１０２０〜１０６０）、機関に所定の加速要求が発生したと判定された場合及び／又は触媒の温度が低下したと判定された場合、低圧縮比運転を停止する（ステップ１０２０、１０７０及び１０６０）。
【選択図】図１０

Description

本発明は、排気通路に触媒を備えるとともに機械圧縮比を変更することができる可変圧縮比内燃機関の制御装置に関する。

従来から、運転状態に応じて機械圧縮比を変更することができる可変圧縮比内燃機関が提案されている。このような可変圧縮比内燃機関は、例えば、以下の何れかの手法等に基づいて機械圧縮比を変更する。
（１）リンク機構を用いてピストンの移動量（ピストンが下死点位置から上死点位置にまで移動する際の移動距離）を変更させる（例えば、特許文献１を参照。）。
（２）クランクケースに対するシリンダブロックの傾斜角を変更させる。
（３）シリンダブロックをクランクケースに対してシリンダの軸線方向に移動させる（例えば、特許文献２及び特許文献３を参照。）。
（４）ピストンとクランク軸との距離を変更させる（例えば、特許文献４を参照）。

このような可変圧縮比内燃機関の排気通路にも、通常の内燃機関と同様、排気浄化用の触媒装置（三元触媒、以下、単に「触媒」とも称呼する。）が配設される。一般に、触媒はジルコニア等のセラミックからなる担持体に「白金及びロジウム等の貴金属からなる触媒物質」及び「セリア（CeO2）等の酸素吸蔵物質」を担持している。触媒は、その貴金属の温度が活性温度以上である場合（即ち、触媒が活性化している場合）、機関から排出され且つ触媒に流入する未燃物（HC，CO等）と窒素酸化物（NOx）との酸化還元反応を促進する。従って、触媒が活性化していて且つ機関の排ガスの空燃比（即ち、触媒に流入するガスの空燃比）が理論空燃比であるとき、触媒は排ガス中の未燃物及び窒素酸化物を同時に高い浄化率にて浄化することができる。上記貴金属の活性温度は触媒の活性温度とも称呼され、例えば６００℃程度である。また、一般に、図１に示すように、触媒の温度が活性温度近傍の温度である場合、触媒の排ガス浄化率は触媒の温度が低いほど低下する。

一方、触媒の温度がその活性温度よりもかなり低い場合、触媒は十分な排ガス浄化性能を発揮することができない。例えば、内燃機関の冷機始動直後においては、触媒の温度はその活性温度よりもかなり低く、機関の排ガスによって加熱されることにより上昇する。従って、触媒の温度が活性温度に到達するまでの期間、触媒は未燃物及び窒素酸化物を効率よく浄化することができない。

そこで、従来の可変圧縮比内燃機関の制御装置の一つは、機関の暖機が完了したと判定されるまで、機械圧縮比を低下させるようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。機械圧縮比が低下させられた場合の燃焼効率は、機械圧縮比が高い場合の燃焼効率よりも低下する。従って、機械圧縮比が低い場合、エネルギーの大きい排ガス（即ち、高温の排ガス）が燃焼室から排気通路へと排出される。この結果、触媒は機械圧縮比が低下されなかった場合よりも高い温度を有する排ガスによって加熱されるので、その温度はより速やかに上昇して活性温度に到達する。換言すると、上記従来の制御装置は、機関の冷機始動後から触媒の暖機が完了するまでの時間（触媒暖機時間）を短縮することができる。そして、上記従来の制御装置は、機関の暖機が完了したと判定されると、機械圧縮比を低下させる制御を停止するようになっている。
特開２００３−３２８７９４号公報 特開２００３−２０６７７１号公報 特開２００７−３０３４２３号公報 特開平２−１６３４２９号公報

ところで、発明者は、機関の暖機が完了した後であっても触媒の温度が低下する場合があることを見出した。例えば、機関の負荷が低い場合、排ガス温度は低くなる。従って、機関の負荷が低い状態が長時間に亘って継続すると、触媒の温度が活性温度以下にまで低下する。このような状態において、多量の「未燃物及び窒素酸化物」が触媒に流入すると、これらの未燃物及び窒素酸化物が効率良く浄化されないという問題が発生する。

そこで、発明者は、機関の暖機が完了したと判定された後であっても触媒の温度を監視し、触媒温度が許容温度以下であると判定された場合には機械圧縮比を低下させる運転（以下、「低圧縮比運転」とも称呼する。）を行う方が、エミッションを良好にするとの知見を得た。しかしながら、このような「触媒の排気浄化性能を確保するための低圧縮比運転」の実行中において機関に加速が要求された場合、機関の出力トルクは速やかに増大しない。この結果、この機関が車両に搭載されている場合、車両の加速度が期待される加速度よりも小さくなり、ドライバビリティが良好ではないという問題が新たに発生する。

本発明は上記課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的は、触媒の温度が低い場合及び／又は触媒の温度が過度に低下する虞がある場合に機械圧縮比を低下し、もって、触媒の排気浄化性能を早期に発揮させるか或いは排気浄化性能の低下を回避するとともに、機械圧縮比が低下されている場合に加速要求が発生したときにも機関の出力トルクを応答性良く増大させることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

より具体的に述べると、本発明の可変圧縮比内燃機関の制御装置は、
排気通路に配設された触媒と、「ピストンが上死点位置にあるときの燃焼室容積」に対する「ピストンが下死点位置にあるときの燃焼室容積」の比である「機械圧縮比」を指示に応じて変更し得る機械圧縮比変更機構と、を備えた可変圧縮比内燃機関に適用される。

この制御装置は、
「前記触媒の温度が所定の許容温度以下であるか否か」を判定する触媒温度状態判定手段と、
前記触媒温度状態判定手段により「前記触媒の温度が前記許容温度以下である」と判定されたとき、「前記機械圧縮比を、前記触媒の温度が前記許容温度以下であると判定されないときの機械圧縮比よりも低下させる低圧縮比運転」を実行するように前記機械圧縮比変更機構に指示を与える機械圧縮比制御手段と、
を備える。

更に、前記機械圧縮比制御手段は、
「前記機関の発生トルクの単位時間あたりの増大量を所定量以上とすることを要求する加速要求が発生したか否か」を前記機関の運転状態パラメータに基づいて判定するとともに、前記低圧縮比運転の実行中において「前記加速要求が発生した」と判定した場合、前記機械圧縮比を前記加速要求が発生したと判定する直前の機械圧縮比よりも上昇させるように前記機械圧縮比変更機構に指示を与える。

上記構成によれば、「触媒の温度が所定の許容温度以下である」と判定されたとき、機械圧縮比は、触媒の温度が許容温度以下であると判定されないときの機械圧縮比よりも低下させられる。前述したように、機械圧縮比が低い場合の燃焼効率は、機械圧縮比が高い場合の燃焼効率よりも低下する。従って、機械圧縮比が低い場合、よりエネルギーの大きい排ガス（即ち、より高温の排ガス）が燃焼室から排気通路へと排出される。この結果、「触媒の温度が所定の許容温度以下である」と判定されたとき、温度が高められた排ガスによって触媒が加熱されるから、触媒の温度はより速やかに上昇して活性温度に到達するか、又は、触媒の温度は活性温度に対して過度に低下しない。従って、エミッションが良好になる。

更に、この低圧縮比運転の実行中において、「機関の発生トルクの単位時間あたりの増大量を所定量以上とすることを要求する加速要求が発生した」ことが「前記機関の運転状態パラメータ」に基づいて判定されたときには、機械圧縮比が、「この加速要求が発生したと判定される直前の機械圧縮比」よりも上昇させられる。

即ち、「触媒の排気浄化性能を確保するための上記低圧縮比運転」が実行されている場合であっても、機関に対する加速要求が発生したときには機械圧縮比が高められる。従って、加速要求が発生したときに機関の出力トルクを応答性良く増大させることができる。更に、一般に、機関の加速要求は比較的短い時間内に終了する。加えて、加速要求が発生したときの機関の負荷は比較的大きいから、機械圧縮比を増大させたとしても排ガス温度が過度に低下しない。従って、加速要求があったときに機械圧縮比を高めたとしても、触媒の温度が大幅に低下してしまう可能性は小さい。以上のことから、本発明の制御装置は、機関から大気中に排出される「未燃物及び窒素酸化物の量」を低減することができるとともに、機関の応答性能を高めることができる。

なお、低圧縮比運転中において加速要求が発生した場合の機械圧縮比の「上昇量」は特に制限されない。例えば、機械圧縮比を、「低圧縮比運転中の機械圧縮比」と前記「触媒の温度が許容温度以下であると判定されないときの機械圧縮比」との間のいずれかの値にまで上昇してもよい。或いは、機械圧縮比を、前記「触媒の温度が許容温度以下であると判定されないときの機械圧縮比」と同じ値にまで上昇してもよい。更に、機械圧縮比を、前記「触媒の温度が許容温度以下であると判定されないときの機械圧縮比」よりも大きい値にまで上昇してもよい。即ち、この「上昇量」は触媒の温度と機関の応答性能とを勘案した適値に設定される。

ここで、「許容温度」とは、例えば、触媒が担持している貴金属が酸化還元反応を促進する機能を十分に発現するために必要な「貴金属の活性温度」に基づく値である。即ち、「許容温度」は、貴金属の活性温度そのものであってもよく、貴金属の活性温度から所定温度を減じた温度（その温度よりも低下した場合、触媒の排気浄化率が許容できない程度まで低下する温度）等である。
「機関の負荷」は、例えば、機関の吸入空気量、一つの気筒あたりの吸入空気量である筒内吸入空気量、アクセルペダル操作量、スロットル弁開度及び充填率等の何れかに基づいて求めることができる。
「加速要求」は、例えば機関の負荷の時間微分値（単位時間あたりの機関の負荷の増加量）に基づいて決定することができる。即ち、「加速要求」は、筒内吸入空気量の時間微分値、アクセルペダル操作量の時間微分値等の「負荷の変化量」が所定量以上となったときに発生したと判定され得る。

この制御装置の一態様において、
前記触媒温度状態判定手段は、
「前記低圧縮比運転の実行中」において前記機関が「第１負荷」以上の運転を「第１所定時間」以上継続した場合、前記触媒の温度が前記許容温度よりも高くなったと判定するように構成される。

前述したように、機関の負荷が高い場合の排気温度は、負荷が低い場合の排気温度よりも高い。従って、「触媒の温度が所定の許容温度以下である」と判定されて「低圧縮比運転」が実行されている状態において、「機関が高負荷（第１負荷以上）の運転を長時間（第１所定時間以上）継続した」場合、触媒温度が許容温度よりも高くなったと推定することができる。
そこで、上記構成によれば、「触媒の排気浄化性能を確保するための上記低圧縮比運転」が実行されている場合、「第１負荷以上の運転が第１所定時間以上継続した」とき、「低圧縮比運転」は停止される。この結果、低圧縮比運転が不必要な場合に実行されないので、機関の応答性及び燃費を良好にすることができる。

このような制御装置において、
前記触媒温度状態判定手段は、
前記機関の暖機が完了したか否かを判定する暖機状態判定手段と、
前記機関が第２負荷以下の運転を第２所定時間以上継続したか否かを判定する低温運転条件判定手段と、
を含むとともに、
前記暖機状態判定手段により前記機関の暖機が完了したと判定された後に前記低温運転条件判定手段により前記機関が第２負荷以下の運転を第２所定時間以上継続したと判定された場合、前記触媒の温度が前記許容温度以下になったと判定するように構成されることが好適である。

前述したように、機関の負荷が低い場合の排ガスの温度は、負荷が高い場合の排ガスの温度よりも低い。従って、例えば機関の冷却水温度に基づいて機関の暖機が完了したと判定された後であっても、機関が低負荷（第２負荷以下）の運転を長時間（第２所定時間以上）継続した場合、触媒温度が上記「許容温度」以下となる虞がある。

そこで、前記触媒温度状態判定手段は、機関の暖機が完了したと判定された後であっても、所定の負荷（第２負荷）以下での運転が所定時間（第２所定時間）以上継続した場合には「触媒の温度が所定の許容温度以下となった」と判定するように構成される。これにより、機関の冷機始動後に機関の暖機が完了したと判定された後においても、触媒の温度が過度に低下することを回避することができる。
なお、「第２負荷」は上記の「第１負荷」と同じでもよく、相違してもよい。また、「第２所定時間」は上記の「第１所定時間」と同じでもよく、相違してもよい。

以下、本発明による可変圧縮比内燃機関の制御装置の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態に係る制御装置（以下、「第１制御装置」とも称呼する。）が適用される可変圧縮比内燃機関１０の概略断面図である。

この機関１０は、多気筒（直列４気筒）・ピストン往復動型・火花点火式・ガソリン内燃機関である。また、この機関１０は機械圧縮比を変更するための機械圧縮比変更機構１５を備えている。なお、図２は特定の気筒の断面を示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。

機関１０は、クランクケース１１、オイルパン１２、シリンダブロック１３及びシリンダヘッド部１４を含んでいる。
クランクケース１１は、クランクシャフト１１ａを回転可能に支持している。オイルパン１２は、クランクケース１１の下方（下部）においてクランクケース１１に固定されている。オイルパン１２は、クランクケース１１とともに、クランクシャフト１１ａ及び潤滑油等を収容する空間を形成している。

シリンダブロック１３は、クランクケース１１の上方に配置されている。シリンダブロック１３は、中空円筒状のシリンダ（シリンダボア）１３ａを複数個（４気筒分）備えている。ピストン１３ｂは略円筒形であり、シリンダ１３ａに収容されている。ピストン１３ｂは、コネクティングロッド１３ｃによってクランクシャフト１１ａに連結されている。シリンダブロック１３は、後述するように、クランクケース１１に対してシリンダ１３ａの軸線ＣＣ方向（以下、「上下方向」とも称呼する。）に移動することにより、機関１０の機械圧縮比を変更するようになっている。なお、機械圧縮比は、「ピストン１３ｂが上死点（圧縮上死点）位置にあるときの燃焼室容積に対するピストン１３ｂが下死点（吸気下死点）位置にあるときの燃焼室容積の比」として定義される。

シリンダヘッド部１４は、シリンダブロック１３の上方に配置され、シリンダブロック１３に固定されている。シリンダヘッド部１４には、燃焼室の上面を形成するシリンダヘッド下面１４ａ、燃焼室に連通する吸気ポート１４ｂ、及び、燃焼室に連通する排気ポート１４ｃが形成されている。

更に、シリンダヘッド部１４は、吸気ポート１４ｂを開閉する吸気弁１４ｄ、吸気弁１４ｄを駆動するインンテークカムを備えるインテークカムシャフト１４ｅ、可変吸気タイミング装置１４ｆ、排気ポート１４ｃを開閉する排気弁１４ｇ、排気弁１４ｇを駆動するエキゾーストカムを備えるエキゾーストカムシャフト１４ｈ、点火プラグ１４ｉ及びイグニッションコイルを含むイグナイタ１４ｊ等を収容している。イグナイタ１４ｊは、後述する電気制御装置からの点火指示信号に応答して燃焼室内に露呈した点火プラグ１４ｉの火花発生部に点火用の火花を発生させるようになっている。シリンダヘッド部１４の上部には、ヘッドカバー１４ｋが固定されている。

可変吸気タイミング装置１４ｆは、例えば、特開２００７−３０３４２３号公報（上記特許文献３）等に記載されているように周知の装置である。可変吸気タイミング装置１４ｆは、図示しない作動油供給制御弁及び図示しない油圧ポンプを備え、これらによって作動油が給排されることにより、インテークカムシャフト１４ｅに対するインテークカムの位相を所望の量だけ進角及び遅角させることができる。

機関１０は機械圧縮比を変更するための機械圧縮比変更機構１５を備えている。この機械圧縮比変更機構１５は、例えば、特開２００３−２０６７７１号公報（上記特許文献２）、特開２００７−３０３４２３号公報（上記特許文献３）、特開２００７−３２１５８９号公報及び特開２００４−２１８５２２号公報等に開示された機構と同様の周知の機構である。以下、図２乃至図５を参照しながら簡単に説明する。

機械圧縮比変更機構１５は、ケース側軸受形成部１５ａと、ブロック側軸受形成部１５ｂと、軸状駆動部１５ｃと、を含んでいる。ケース側軸受形成部１５ａは、図３に示したように、複数の第１軸受形成部１５ａ１と複数の第２軸受形成部１５ａ２とにより構成される。第１軸受形成部１５ａ１のそれぞれは、クランクケース１１の左右の縦壁部に形成されている。第１軸受形成部１５ａ１のそれぞれは、半円形の凹部を形成している。互いに隣接する第１軸受形成部１５ａ１の間には、縦壁部を貫通する縦長孔１５ａ３が形成されている。

第２軸受形成部１５ａ２のそれぞれは、第１軸受形成部１５ａ１が形成する半円形の凹部と同径の半円形の凹部を備えている。第２軸受形成部１５ａ２のそれぞれは、第１軸受形成部１５ａ１の半円形の凹部と第２軸受形成部１５ａ２の半円形の凹部とが互いに対向するように、第１軸受形成部１５ａ１のそれぞれにボルトにより固定されるキャップである。

複数の第１軸受形成部１５ａ１及び複数第２軸受形成部１５ａ２は、図２に示した円柱状の軸受孔（カム収納孔）Ｈ１を複数形成する。複数の軸受孔Ｈ１の中心軸は一つの直線上に配列される。その軸受孔Ｈ１の軸線は、クランクケース１１の上部にシリンダブロック１３が配置された状態において、複数のシリンダ１３ａの配列方向に平行な方向に延びる。

ブロック側軸受形成部１５ｂのそれぞれは、図２乃至図４に示したように、略直方体であり、円柱状の軸受孔Ｈ２を備える部材である。ブロック側軸受形成部１５ｂは、クランクケース１１の上部にシリンダブロック１３が配置された状態において、クランクケース１１の縦壁部に形成された縦長孔１５ａ３内に収容される。ブロック側軸受形成部１５ｂは、シリンダブロック１３の左右の側壁部にボルト固定される。このような構成により、軸受孔Ｈ１及び軸受孔Ｈ２は、シリンダ１３ａの配列方向に沿って交互に配列される。

縦長孔１５ａ３のシリンダ軸線ＣＣ方向の長さは、ブロック側軸受形成部１５ｂのシリンダ軸線ＣＣ方向の長さより長く設定されている。これにより、ブロック側軸受形成部１５ｂは、シリンダブロック１３と一体的となってクランクケース１１に対してシリンダ軸線ＣＣ方向に移動可能となっている。

総てのブロック側軸受形成部１５ｂがシリンダブロック１３に固定されたとき、ブロック側軸受形成部１５ｂのそれぞれが備える軸受孔Ｈ２の中心軸は一つの直線上に配列される。その軸受孔Ｈ２の軸線は、複数のシリンダ１３ａの配列方向に平行な方向に延びている。シリンダブロック１３の左の側壁部に形成される軸受孔Ｈ２の軸線とシリンダブロック１３の右の側壁部に形成される軸受孔Ｈ２の軸線との距離は、クランクケース１１の左側に形成される軸受孔Ｈ１の軸線とクランクケース１１の右側に形成される軸受孔Ｈ１の軸線との距離と同一である。

一方、軸状駆動部１５ｃは、軸受孔Ｈ１及び軸受孔Ｈ２に挿通される。軸状駆動部１５ｃは、図３及び軸状駆動部１５ｃの断面図である図５に示したように、小径の軸部１５ｃ１と、固定円筒部１５ｃ２と、回転円筒部１５ｃ３と、を備えている。

固定円筒部１５ｃ２は、軸部１５ｃ１の中心軸に対して偏心した状態にて軸部１５ｃ１に固定されている。固定円筒部１５ｃ２は、軸部１５ｃ１よりも大径であって且つ軸受孔Ｈ１と同一径の正円形のカムプロフィールを備えた円筒状部材である。固定円筒部１５ｃ２は、クランクケース１１のケース側軸受形成部１５ａに設けられた軸受孔Ｈ１に収容される。固定円筒部１５ｃ２は、その中心軸回りに軸受孔Ｈ１の壁面に当接しながら回転する。

回転円筒部１５ｃ３は、軸部１５ｃ１の中心軸に対して偏心した状態で軸部１５ｃ１に回転可能に取り付けられている。回転円筒部１５ｃ３は、軸部１５ｃ１及び固定円筒部１５ｃ２よりも大径であって軸受孔Ｈ２と同一径の正円形のカムプロフィールを備えた円筒状部材である。回転円筒部１５ｃ３は、シリンダブロック１３に固定されたブロック側軸受形成部１５ｂに設けられた軸受孔Ｈ２に収容される。回転円筒部１５ｃ３は、軸受孔Ｈ２の壁面に当接しながら回転する。なお、左右一対の軸状駆動部１５ｃ、左右の軸受孔Ｈ１及び左右の軸受孔Ｈ２は、複数のシリンダ軸線ＣＣを通る平面に関して互いに鏡像の関係を有している。

更に、軸状駆動部１５ｃのそれぞれは、図３に示したように、その軸線方向中央位置近傍にギア１５ｃ４を備えている。ギア１５ｃ４は、軸部１５ｃ１の中心軸に対して偏心し、且つ、固定円筒部１５ｃ２（従って、軸受孔Ｈ１）と同軸となるように軸部１５ｃ１に固定されている。即ち、ギア１５ｃ４の回転中心軸は固定円筒部１５ｃ２の中心軸と一致している。一対のギア１５ｃ４のそれぞれには、図示しない一対のウォームギアのそれぞれが噛合している。そのウォームギアはクランクケース１１に固定された図示しない単一のモータ（図６に示したモータ１５Ｍを参照。）の出力軸に取り付けられている。一対のウォームギアは、互いに逆方向に回転する螺旋溝を有している。従って、一対の軸状駆動部１５ｃは、モータを回転させたとき、各固定円筒部１５ｃ２の中心軸周りに互いに逆方向に回転するようになっている。

図５は、クランクケース１１及びシリンダブロック１３の前面Ｐｆ側からみて右側に位置する軸状駆動部１５ｃの動きを概念的に示した図である。例えば、図５の（Ａ）に示したように、固定円筒部１５ｃ２の中心ｃ２、軸部１５ｃ１の中心ｃ１及び回転円筒部１５ｃ３の中心ｃ３が、この順に同一直線上に位置している場合、クランクケース１１（軸受孔Ｈ１の中心）とシリンダブロック１３（軸受孔Ｈ２の中心）との距離Ｄは距離Ｄ１となって、最大の距離となる。従って、ピストン１３ｂが上死点位置にあるときの燃焼室の容積は大きくなる。この結果、内燃機関１０の機械圧縮比は低く（小さく）なる。

図５の（Ａ）に示した状態からモータが駆動されることにより固定円筒部１５ｃ２及び軸部１５ｃ１が固定円筒部１５ｃ２の中心軸周りに回転すると、図５の（Ｂ）に示した状態となる。このとき、前記距離Ｄは距離Ｄ２となる。更に、図５の（Ｂ）に示した状態からモータが同一回転方向に駆動されることにより固定円筒部１５ｃ２及び軸部１５ｃ１が固定円筒部１５ｃ２の中心軸周りに回転すると、図５の（Ｃ）に示した状態となる。このとき、前記距離Ｄは距離Ｄ３となる。距離Ｄ３は距離Ｄ２より小さく、距離Ｄ２は距離Ｄ１より小さい。従って、図５の（Ｂ）に示した状態にあるときの機械圧縮比は図５の（Ａ）に示した状態にあるときの機械圧縮比よりも高く（大きく）なる。図５の（Ｃ）に示した状態にあるときの機械圧縮比は図５の（Ｂ）に示した状態にあるときの機械圧縮比よりも高く（大きく）なる。

このような構造を備える機械圧縮比変更機構１５は、後述する電気制御装置からの電動モータ１５Ｍ（機械圧縮比変更機構のアクチュエータ）への駆動信号に応じて、シリンダブロック１３とクランクケース１１との距離を変更し、機関１０の機械圧縮比を変更するようになっている。

機関１０は、図２に示したように、燃料噴射弁（インジェクタ）１６を備えている。燃料噴射弁１６は、インテークマニホールド２１の枝部に固定されている。燃料噴射弁１６は燃料噴射指示信号に応答して、その噴射指示信号に含まれる指示噴射量の燃料を吸気ポート１４ｂ内に噴射するようになっている。図６に示したように、燃料噴射弁１６は各気筒毎に設けられている。

機関１０は、図６に示したように、燃焼室にガソリン混合気を供給するための吸気系統２０と、燃焼室からの排気ガスを外部に放出するための排気系統３０と、を含んでいる。

吸気系統２０は、前述したインテークマニホールド２１、吸気管（吸気ダクト）２２、エアフィルタ２３、スロットル弁２４及びスロットル弁アクチュエータ２４ａを備えている。
インテークマニホールド２１は、複数の枝部２１ａとサージタンク２１ｂとからなっている。各枝部２１ａの一端は各吸気ポート１４ｂに接続され、各枝部２１ａの他端はサージタンク２１ｂに接続されている。吸気管２２はサージタンク２１ｂに接続されている。インテークマニホールド２１及び吸気管２２は、各吸気ポート１４ｂとともに吸気通路を構成している。エアフィルタ２３は吸気管２２の端部に設けられている。スロットル弁２４は吸気管２２に回動可能に設けられ、回動することにより吸気管２２が形成する吸気通路の開口断面積を変更するようになっている。スロットル弁アクチュエータ（スロットル弁駆動手段）２４ａは、ＤＣモータからなり、電気制御装置５０からの指示信号に応答してスロットル弁２４を回転駆動するようになっている。

排気系統３０は、エキゾーストマニホールド３１、エキゾーストパイプ（排気管）３２及び触媒３３を備えている。
エキゾーストマニホールド３１は、各排気ポート１４ｃに接続された複数の枝部３１ａと、それらの枝部３１ａが集合した集合部３１ｂと、を備えている。エキゾーストパイプ３２は、エキゾーストマニホールド３１の集合部３１ｂに接続されている。エキゾーストマニホールド３１及びエキゾーストパイプ３２は、各排気ポート１４ｃとともに排気経路を構成している。なお、本明細書において、エキゾーストマニホールド３１の集合部３１ｂとエキゾーストパイプ３２とが形成する排ガスを通過させるための経路を、便宜上「排気通路」とも称呼する。

触媒３３は、ジルコニア等のセラミックからなる担持体に「触媒物質である貴金属（白金及びロジウム等）」及び「セリア（CeO2）等の酸素吸蔵物質」を担持する三元触媒である。触媒３３は、その貴金属の温度が活性温度以上である場合（即ち、触媒が活性化している場合）、機関１０から排出され且つ触媒３３に流入する未燃物（HC，CO等）と窒素酸化物（NOx）との酸化還元反応を促進する。従って、触媒３３が活性化していて且つ機関の排ガスの空燃比（即ち、触媒３３に流入するガスの空燃比）が理論空燃比であるとき、触媒３３は排ガス中の未燃物及び窒素酸化物を同時に高い浄化率にて浄化することができる。上記貴金属の活性温度は触媒３３の活性温度（許容温度）とも称呼され、例えば６００℃程度である。

更に、第１制御装置は、図６に示したように、熱線式エアフローメータ４１、スロットルポジションセンサ４２、機関回転速度センサ４３、ストロークセンサ４４、上流側空燃比センサ４５、下流側空燃比センサ４６、アクセル開度センサ４７、水温センサ４８及び触媒温度センサ４９を備えている。

エアフローメータ４１は、吸気管２２内を流れる吸入空気の質量流量を検出し、その質量流量（機関１０の単位時間あたりの吸入空気量）Gaを表す信号を出力するようになっている。
スロットルポジションセンサ４２は、スロットル弁２４の開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。

機関回転速度センサ４３は、インテークカムシャフトが５°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともにインテークカムシャフトが３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。機関回転速度センサ４３から出力される信号は電気制御装置５０により機関回転速度ＮＥを表す信号に変換されるようになっている。更に、電気制御装置５０は、機関回転速度センサ４３及び図示しないカムポジションセンサからの信号に基いて、機関１０のクランク角度（絶対クランク角）を取得するようになっている。

ストロークセンサ４４は、クランクケース１１（例えば、クランクケース１１の上端）とシリンダブロック１３（例えば、シリンダブロック１３の下端）との距離を計測し、その距離ＳＴを表す信号を出力するようになっている。電気制御装置５０は、距離ＳＴに基づいて機関１０の実際の機械圧縮比εｍactを取得することができる。

上流側空燃比センサ４５は、エキゾーストマニホールド３１の集合部３１ｂと触媒３３との間の位置においてエキゾーストマニホールド３１及びエキゾーストパイプ３２の何れか（即ち、排気通路）に配設されている。上流側空燃比センサ４５は、上流側空燃比センサ４５が配設された排気通路内の部位を流れる排ガス（被検出ガス）の空燃比に応じた出力値を出力するようになっている。より具体的に述べると、上流側空燃比センサ４５は限界電流式の酸素濃度センサである。上流側空燃比センサ４５は、被検出ガスの空燃比Ａ／Ｆが大きくなる（リーンとなる）ほど増大する出力値Vabyfsを出力するようになっている。電気制御装置５０は、この出力値Vabyfsに基づいて検出空燃比abyfsを取得するようになっている。

下流側空燃比センサ４６は、触媒３３の下流においてエキゾーストパイプ３２（主通路部）に配設されている。より詳細には、下流側空燃比センサ４６は、触媒３３の下流におけるエキゾーストパイプ３２に配設されている。下流側空燃比センサ４６は、下流側空燃比センサ４６が配設された排気通路内の部位を流れる排ガス（即ち、触媒３３から流出した排ガスである被検出ガス）の空燃比に応じた出力値Voxsを出力するようになっている。

より具体的に述べると、下流側空燃比センサ４６は起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサである。従って、下流側空燃比センサ４６は、酸素濃度センサとも称呼される。下流側空燃比センサ４６は、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくリーン側の空燃比であるときに略０．１（Ｖ）、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくリッチ側の空燃比であるときに略０．９（Ｖ）、空燃比が理論空燃比のときは０．５（Ｖ）（＝Vstoich）の電圧を出力するようになっている。更に、下流側空燃比センサ４６は、被検出ガスの空燃比が理論空燃比近傍の空燃比であるとき、被検出ガスの空燃比がリッチからリーンに変化するに従って急激に減少する（略０．９（Ｖ）から略０．１（Ｖ）に向けて変化する）電圧を出力するようになっている。

アクセル開度センサ４７は、運転者によって操作されるアクセルペダルＡｐの操作量を検出し、アクセルペダルＡｐの操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
水温センサ４８は、機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
触媒温度センサ４９は、触媒３３の温度を検出し、触媒温度TCSを表す信号を出力するようになっている。

電気制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、電源が投入された状態でデータを格納するとともに格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ、並びに、ＡＤコンバータを含むインターフェース等からなる周知のマイクロコンピュータである。

電気制御装置５０のインターフェースは、前記センサ４１〜４９と接続され、ＣＰＵにセンサ４１〜４９からの信号を供給するようになっている。更に、電気制御装置５０のインターフェースは、ＣＰＵの指示に応じて、可変吸気タイミング装置１４ｆ、各気筒のイグナイタ１４ｊ、各気筒の燃料噴射弁１６、スロットル弁アクチュエータ２４ａ及び機械圧縮比変更機構１５の電動モータ１５Ｍ等に指示信号及び／又は駆動信号等を送出するようになっている。

次に、上記のように構成された第１制御装置の作動について説明する。

（制御の概要）
第１制御装置は、機関の運転状態を表すパラメータ（例えば、後述する筒内吸入空気量Mc）に基づいて基本目標機械圧縮比を決定する。通常運転時、この基本目標機械圧縮比が最終的な目標機械圧縮比に設定される。第１制御装置は、実際の機械圧縮比が「設定された目標機械圧縮比」に一致するように機械圧縮比変更機構１５の電動モータ１５Ｍに指示信号を送出する。

一方、第１制御装置は、「触媒３３の温度（触媒温度）TempCが所定の許容温度TempCth（触媒３３の貴金属の活性温度）以下である」と判定されたとき、機械圧縮比を、「触媒温度が許容温度以下であると判定されない」ときの機械圧縮比よりも低下させる低圧縮比運転を実行するように機械圧縮比変更機構１５（電動モータ１５Ｍ）に指示を与える。

更に、第１制御装置は、上記の「低圧縮比運転の実行中」において「機関に所定の加速要求が発生した」と判定されたとき、機械圧縮比を「加速要求が発生したと判定される直前」の機械圧縮比よりも上昇させるように機械圧縮比変更機構１５に指示を与える。

機械圧縮比が低い場合の排ガス温度は、機械圧縮比が高い場合の排ガス温度よりも高い。従って、低圧縮比運転が実行されている期間、触媒３３は温度が高められた排ガスにより加熱される。その結果、許容温度TempCth以下であると判定された触媒３３の温度TempCが、低圧縮比運転の実行中において速やかに上昇する。これにより、触媒３３の貴金属の温度が、速やかに活性温度に到達するか、又は、その活性温度に対して過度に低下しない。従って、機関のエミッションが良好となる。
更に、低圧縮比運転の実行中であっても、機関に対する加速要求が発生したときには、機械圧縮比を高めることで機関の出力トルクを応答性良く増大することができる。

（実際の作動）
以下、第１制御装置の実際の作動について説明する。
第１制御装置の電気制御装置５０のＣＰＵは、図７乃至図１０にフローチャートにより示した各ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。

より具体的に述べると、ＣＰＵは所定のタイミングにて図７のステップ７００から処理を開始し、ステップ７１０に進んで暖機完了フラグ（機関暖機完了フラグ）ＸＷＵＰＣの値が「０」であるか否かを判定する。暖機完了フラグＸＷＵＰＣは、その値が「０」であるとき、機関１０の暖機が完了していないことを示す。暖機完了フラグＸＷＵＰＣは、その値が「１」であるとき、機関１０の暖機が完了していることを示す。更に、暖機完了フラグＸＷＵＰＣの値は、図示しないイグニッション・キー・スイッチがオフからオンに変更されたときに実行されるイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。

いま、機関１０の温度が低い状態にて機関１０が始動（冷機始動）された直後であると仮定する。この仮定に従えば、暖機完了フラグＸＷＵＰＣの値は「０」である。従って、ＣＰＵはステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７２０に進んで「冷却水温THWが閾値温度THWth以下であるか否か」を判定することにより、機関１０の暖機が完了したか否かを判定する。この閾値温度THWthは、機関１０が冷機始動された後において冷却水温THWが閾値温度THWthに到達した時点にて触媒３３がその活性温度に到達すると判断できる温度に設定されている。

冷機始動の直後において、冷却水温THWは閾値温度THWth以下である。従って、ＣＰＵはステップ７２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７３０に進んで暖機完了フラグＸＷＵＰＣの値を「０」に設定する。なお、暖機完了フラグＸＷＵＰＣの値は、前述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。従って、この場合、このステップ７３０の処理は確認のために実行される。

次に、ＣＰＵはステップ７４０に進んで圧縮比低下フラグＸＤの値を「１」に設定し、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。圧縮比低下フラグＸＤは、その値が「１」であるとき、機関１０の運転状態が上述した「低圧縮比運転」を実行すべき状態であることを示す。圧縮比低下フラグＸＤは、その値が「０」であるとき、機関１０の運転状態が上述した「低圧縮比運転」を実行すべきでない状態であることを示す。なお、圧縮比低下フラグＸＤの初期値は、前述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。

更に、ＣＰＵは、所定のタイミングにて図８のステップ８００から処理を開始してステップ８１０に進み、暖機完了フラグＸＷＵＰＣの値が「１」であるか否かを判定する。現時点（即ち、冷機始動直後）において、暖機完了フラグＸＷＵＰＣの値は「０」に設定されている。従って、ＣＰＵはステップ８１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８２０に進み、触媒温度低下時間タイマT1（以下、「タイマT1」とも称呼する。）を「０」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、タイマT1の初期値は、前述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。

更に、ＣＰＵは、所定のタイミングにて図９のステップ９００から処理を開始してステップ９０５に進み、暖機後圧縮比低下フラグＸＡの値が「１」であるか否かを判定する。暖機後圧縮比低下フラグＸＡは、その値が「０」であるとき、機関１０の暖機が完了しており且つ低圧縮比運転が実行されていないことを示す。暖機後圧縮比低下フラグＸＤは、その値が「１」であるとき、機関１０の暖機が完了しており且つ低圧縮比運転が実行されていることを示す。なお、暖機後圧縮比低下フラグＸＡの初期値は、前述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。

現時点は冷機始動直後であり、暖機後圧縮比低下フラグＸＡの値は前述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されたままである。従って、ＣＰＵはステップ９０５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ９９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

更に、ＣＰＵは、所定のタイミングにて図１０のステップ１０００から処理を開始してステップ１０１０に進み、筒内吸入空気量Mcと基本目標機械圧縮比εmtgtbとの関係を予め定めた基本目標機械圧縮比テーブルMapεmtgtb（Mc）に、現時点の筒内吸入空気量Mcを適用することにより、現時点における基本目標機械圧縮比εmtgtbを決定する。

この基本目標機械圧縮比テーブルMapεmtgtb（Mc）によれば、筒内吸入空気量Mcが所定の筒内吸入空気量Mc1よりも小さいとき（即ち、機関１０の負荷が低負荷であるとき）、基本目標機械圧縮比εmtgtbは最大目標機械圧縮比εmMaxに設定される。更に、この基本目標機械圧縮比テーブルMapεmtgtb（Mc）によれば、筒内吸入空気量Mcが所定の筒内吸入空気量Mc1以上であるとき（即ち、機関１０の負荷が高負荷であるとき）、基本目標機械圧縮比εmtgtbは筒内吸入空気量Mcが増大するにつれて「最大目標機械圧縮比εmMaxから最小目標機械圧縮比εmMinに次第に減少する」ように設定される。

次いで、ＣＰＵはステップ１０２０に進んで、圧縮比低下フラグＸＤの値が「１」であるか否かを判定する。現時点において、圧縮比低下フラグＸＤの値は図７のステップ７４０にて「１」に設定されている。従って、ＣＰＵはステップ１０２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０３０以降に進み、低圧縮比運転を実行する。具体的には、ＣＰＵはステップ１０３０において、「上述したステップ１０１０にて決定されている基本目標機械圧縮比εmtgtbから変化量Δεm1（Δεm1＞０）を減じた値」を、最終的な目標機械圧縮比εmtgtとして設定する。

次いで、ＣＰＵはステップ１０４０に進み、前記ステップ１０３０にて設定された目標機械圧縮比εmtgtが最小目標機械圧縮比εmMin以下であるか否かを判定する。目標機械圧縮比εmtgtが最小目標機械圧縮比εmMinよりも大きい場合、ＣＰＵはステップ１０４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０６０に直接進み、実際の機械圧縮比εmactが目標機械圧縮比εmtgtに一致するように機械圧縮比変更機構１５の電動モータ１５Ｍに指示信号を送出する。その後、ＣＰＵはステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、前記ステップ１０３０にて設定された目標機械圧縮比εmtgtが最小目標機械圧縮比εmMin以下であると、ＣＰＵはステップ１０４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０５０に進み、目標機械圧縮比εmtgtに最小目標機械圧縮比εmMinを設定する。次いで、ＣＰＵはステップ１０６０に進んで、実際の機械圧縮比εmactが目標機械圧縮比εmtgtに一致するように機械圧縮比変更機構１５の電動モータ１５Ｍに指示信号を送出する。その後、ＣＰＵはステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、ＣＰＵはステップ１０４０及びステップ１０５０の処理により、目標機械圧縮比εmtgtを最小目標機械圧縮比εmMin以下とならないように制御する。

以上に説明したように、冷機始動直後において圧縮比低下フラグＸＤの値は「１」に設定される。更に、圧縮比低下フラグＸＤの値が「１」に設定されるから、実際の機械圧縮比εmactが、「基本目標機械圧縮比テーブルMapεmtgtb（Mc）に基づいて求められる通常運転時の機械圧縮比から変化量Δεm1だけ低下した機械圧縮比」に一致させられる。即ち、圧縮比低下フラグＸＤの値が「１」である場合、上述した「低圧縮比運転」が実行される。

このように、冷却水温THWが閾値温度THWth以下であるとき、触媒３３の温度は活性温度よりも低いと考えられるから、低圧縮比運転が実行される。この結果、低圧縮比運転を実行しない場合よりも排気温度が上昇するので、触媒３３の温度は活性温度に向けて速やかに上昇する。

その後、機関１０の運転が継続されると、冷却水温THWは閾値温度THWthに到達する。この場合、ＣＰＵは図７のステップ７００からステップ７１０を経由してステップ７２０に進んだとき、そのステップ７２０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７５０に進んで暖機完了フラグＸＷＵＰＣの値を「１」に設定する。次いで、ＣＰＵはステップ７６０に進んで圧縮比低下フラグＸＤの値を「０」に設定し、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、この時点において暖機完了フラグＸＷＵＰＣの値が「１」に設定されるから、以降、ＣＰＵはステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７９５に直接進んで図７のルーチンを直ちに終了するようになる。

この状態（暖機完了フラグＸＷＵＰＣの値が「１」に設定された状態）において、ＣＰＵが図８のステップ８００から処理を開始してステップ８１０に進むと、ＣＰＵはそのステップ８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８３０に進む。そして、ＣＰＵはステップ８３０にて「筒内吸入空気量Mcが所定の低側負荷閾値McthL以下であるか否か」を判定する。低側負荷閾値McthLは、筒内吸入空気量Mcがこの低側負荷閾値McthL以下である場合に排気温度が低下することにより、触媒３３の温度が活性温度よりも低下する可能性が高まる値に設定されている。

いま、筒内吸入空気量Mcは低側負荷閾値McthLよりも大きいと仮定する。この場合、ＣＰＵはステップ８３０にて「Ｎｏ」と判定し、前述したステップ８２０を経由してステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

この場合においても、暖機後圧縮比低下フラグＸＡの値は依然として「０」に維持されている。従って、ＣＰＵは図９のステップ９００に続くステップ９０５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ９９５に直接進んで図９のルーチンを一旦終了する。

一方、現時点において、圧縮比低下フラグＸＤの値は図７のステップ７６０にて「０」に設定されている。従って、ＣＰＵは図１０のステップ１０００及びステップ１０１０に続くステップ１０２０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１０７０に進んで最終的な目標機械圧縮比εmtgtに基本目標機械圧縮比εmtgtbを格納する。次いで、ＣＰＵはステップ１０６０に進み、実際の機械圧縮比εmactが目標機械圧縮比εmtgtに一致するように機械圧縮比変更機構１５の電動モータ１５Ｍに指示信号を送出する。この結果、機械圧縮比は通常時の機械圧縮比（基本目標機械圧縮比εmtgtb）に設定される。換言すると、低圧縮比運転は実行されない。従って、排気温度が過度に高くならないので触媒３３の温度が過度に上昇せず、且つ、機関１０は機関１０の運転にとって理想に近い機械圧縮比にて運転される。

次に、機関の暖機が完了した後（暖機完了フラグＸＷＵＰＣの値が「１」に設定された後）、筒内吸入空気量Mcが低側負荷閾値McthL以下の状態が継続すると仮定する。このような状態は、例えば、機関１０が車両等に搭載された場合において、比較的穏やかな傾斜の長い降坂路を車両が通過するとき、及び、渋滞又は信号待ちのために機関１０が長時間アイドリング運転されるとき等において発生する。

この場合、ＣＰＵは図８のステップ８１０からステップ８３０に進んだとき、そのステップ８３０にて「Ｙｅｓ」と判定する。そして、ＣＰＵはステップ８４０に進み、触媒温度低下時間タイマ増分ΔT1（以下、「タイマ増分ΔT1」とも称呼する。）を取得（決定）する。より具体的に述べると、ＣＰＵは、筒内吸入空気量Mcとタイマ増分ΔT1との関係を予め定めた触媒温度低下時間タイマ増分テーブルMapΔT1（Mc）に、現時点における筒内吸入空気量Mcを適用することにより、現時点におけるタイマ増分ΔT1を取得する。

この触媒温度低下時間タイマ増分テーブルMapΔT1（Mc）によれば、筒内吸入空気量Mcが低側負荷閾値McthLよりも小さいとき（即ち、機関１０の負荷が低負荷であるとき）、タイマ増分ΔT1は筒内吸入空気量Mcが減少するにつれて増加するように設定される。更に、この触媒温度低下時間タイマ増分テーブルMapΔT1（Mc）によれば、筒内吸入空気量Mcが低側負荷閾値McthL以上であるとき（即ち、機関１０の負荷が高負荷であるとき）、タイマ増分ΔT1はゼロに設定される。

次いで、ＣＰＵはステップ８５０に進み、下記の（１）式に従ってタイマT1を更新・決定する。（１）式において、T1（k+1）はステップ８５０の今回の処理により更新されるタイマT1を表し、T1（k）はステップ８５０の今回の処理により更新される直前のタイマT1を表す。即ち、ＣＰＵは、今回の処理によりタイマT1をタイマ増分ΔT1だけ増大する。
T1（k＋1）＝T1（k）＋ΔT1 ・・・（１）

次いで、ＣＰＵはステップ８６０に進み、タイマT1が所定の触媒温度低下閾値時間T1th以上（以下、「閾値時間T1th」とも称呼する。）であるか否かを判定する。現時点においてタイマT1は「０」からタイマ増分ΔT1だけ増大された直後である。従って、タイマT1は閾値時間T1thよりも小さいから、ＣＰＵはステップ８６０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ８９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

前述の仮定によれば、筒内吸入空気量Mcが低側負荷閾値McthL以下である状態が継続する。このため、図８のステップ８５０の処理が繰り返し実行されるので、タイマT1は次第に増大し、閾値時間T1thに到達する。このとき、筒内吸入空気量Mcが低側負荷閾値McthL以下であるが故に排気温度が低い状態が長時間に亘り、その結果、触媒３３の温度が活性温度に対して過度に低下する虞がある。

そこで、ＣＰＵはステップ８６０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８７０に進み、圧縮比低下フラグＸＤの値を「１」に設定する。この結果、ＣＰＵが図１０のルーチンを実行することにより、低圧縮比運転が実行される。従って、排気温度が上昇させられるので、触媒３３の温度が過度に低下することが回避され得る。
その後、ＣＰＵはステップ８８０に進んで暖機後圧縮比低下フラグＸＡの値を「１」に設定し、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

上述したように、暖機が完了した後において触媒３３の温度が活性温度に対して過度に低下する虞がある場合、低圧縮比運転が実行されるとともに暖機後圧縮比低下フラグＸＡの値が「１」に設定される。暖機後圧縮比低下フラグＸＡの値が「１」に設定された場合、ＣＰＵは図９のステップ９００に続くステップ９０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ９１０以降に進む。そして、ＣＰＵは以下の条件１及び条件２の何れかが成立したか否かを判定し、それらの条件の何れかが成立したときに、圧縮比低下フラグＸＤの値を「０」に復帰させることにより低圧縮比運転を停止する。

（条件１）機関１０に所定の加速要求（機関１０の発生トルクの単位時間あたりの増大量を所定量以上とすることを要求する加速要求）が発生した場合。具体的には、アクセル開度センサ４７により検出されるアクセルペダル操作量の時間微分値ΔAccpが所定のアクセルペダル操作量の時間微分閾値量ΔAccpthより大きくなった場合。

（条件２）機関１０が所定負荷（第１負荷）以上の運転を所定時間（第１所定時間）以上継続した場合。具体的には、筒内吸入空気量Mcが高側負荷閾値McthH以上である場合に増大される高負荷運転時間タイマT2が所定の高負荷運転閾値時間T2th以上となった場合。なお、高負荷運転時間タイマT2は「タイマT2」とも称呼され、高負荷運転閾値時間T2thは「閾値時間T2th」とも称呼される。以下、ステップ９１０以降の処理について、場合を分けて説明する。

−条件１が成立する場合−
ＣＰＵは図９のステップ９１０に進んだとき、そのステップ９１０にて「アクセルペダル操作量の時間微分値ΔAccpが所定のアクセルペダル操作量の時間微分閾値量ΔAccpthよりも大きいか否か」を判定する。条件１が成立する場合、このステップ９１０の判定条件は成立している。従って、ＣＰＵはステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ９１５に進んで圧縮比低下フラグＸＤの値を「０」に設定する。次いで、ＣＰＵはステップ９２０に進んでタイマT2を「０」に設定し、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。この結果、ＣＰＵが図１０のルーチンを実行することにより、低圧縮比運転が直ちに（加速要求の発生と同時に）停止される。従って、機関１０のトルクは加速要求に応じて迅速に増大する。

−条件２が成立する場合−
この場合においても、条件１が成立していると、ＣＰＵはステップ９１０乃至ステップ９２０に進む。従って、圧縮比低下フラグＸＤの値が直ちに「０」に設定されるので、低圧縮比運転が直ちに停止される。

一方、条件１が成立していない場合、ＣＰＵは図９のステップ９１０に進んだとき、そのステップ９１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９２５に進む。そして、ＣＰＵはステップ９２５にて「筒内吸入空気量Mcが所定の高側負荷閾値McthH以上であるか否か」を判定する。高側負荷閾値McthHは、筒内吸入空気量Mcがこの高側負荷閾値McthH以上である場合、排気温度が相当に高く、触媒３３の温度が活性温度に向けて上昇する値に設定されている。高側負荷閾値McthHは低側負荷閾値McthLよりも大きい。

条件２が成立するという上記仮定に従うと、筒内吸入空気量Mcは高側負荷閾値McthH以上である。従って、ＣＰＵはステップ９２５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ９３０に進んで高負荷運転時間タイマ増分ΔT2（以下、「タイマ増分ΔT2」とも称呼する。）を取得（決定）する。より具体的に述べると、ＣＰＵは、筒内吸入空気量Mcとタイマ増分ΔT2との関係を予め定めた高負荷運転時間タイマ増分テーブルMapΔT2（Mc）に、現時点における筒内吸入空気量Mcを適用することにより、現時点におけるタイマ増分ΔT2を取得する。

この高負荷運転時間タイマ増分テーブルMapΔT2（Mc）によれば、筒内吸入空気量Mcが高側負荷閾値McthH以下であるとき（即ち、機関１０の負荷が低負荷であるとき）、タイマ増分ΔT2はゼロに設定される。更に、この高負荷運転時間タイマ増分テーブルMapΔT2（Mc）によれば、筒内吸入空気量Mcが高側負荷閾値McthHより大きいとき（即ち、機関１０の負荷が高負荷であるとき）、タイマ増分ΔT2は筒内吸入空気量Mcが増大するにつれて増加するように設定される。

次いで、ＣＰＵはステップ９３５に進み、下記の（２）式に従ってタイマT2を更新・決定する。（２）式において、T2（k+1）はステップ９３５の今回の処理により更新されるタイマT2を表し、T2（k）はステップ９３５の今回の処理により更新される直前のタイマT2を表す。即ち、ＣＰＵは、今回の処理によりタイマT2をタイマ増分ΔT2だけ増大する。
T2（k＋1）＝T2（k）＋ΔT2 ・・・（２）

次いで、ＣＰＵはステップ９４０に進み、タイマT2が所定の高負荷運転閾値時間T2th以上（以下、「閾値時間T2th」とも称呼する。）であるか否かを判定する。現時点においてタイマT2は「０」からタイマ増分ΔT2だけ増大された直後である。従って、タイマT2は閾値時間T2thよりも小さいから、ＣＰＵはステップ９４０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ９９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

その後、筒内吸入空気量Mcが高側負荷閾値McthH以上である状態が継続すると、図９のステップ９３５の処理が繰り返し実行されるので、タイマT2は次第に増大し、閾値時間T2thに到達する。このとき、筒内吸入空気量Mcが高側負荷閾値McthH以上であるが故に排気温度が高い状態が長時間に亘り、その結果、触媒３３の温度が活性温度近傍にまで復帰したと判断することができる。そこで、ＣＰＵはステップ９４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９４５に進み、暖機後圧縮比低下フラグＸＡの値を「０」に設定する。次いで、ＣＰＵはステップ９１５にて圧縮比低下フラグＸＤの値を「０」に設定する。この結果、ＣＰＵが図１０のルーチンを実行することにより、低圧縮比運転が停止される。その後、ＣＰＵはステップ９２０に進んでタイマT2を「０」に設定し、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

なお、ＣＰＵはステップ９２５に進んだとき、筒内吸入空気量Mcが高側負荷閾値McthHよりも小さければ、そのステップ９２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ９５０に進む。ＣＰＵはステップ９５０にてタイマT2を「０」に設定した後、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したように、第１制御装置は、
触媒３３の温度が所定の許容温度以下であるか否かを判定する触媒温度状態判定手段（図８のステップ８３０乃至ステップ８６０を参照。）と、
前記触媒温度状態判定手段により前記触媒の温度が前記許容温度以下であると判定されたとき（図８のステップ８６０にて「Ｙｅｓ」と判定されることにより圧縮比低下フラグＸＤの値が「１」に設定された場合）、前記機械圧縮比を前記触媒の温度が前記許容温度以下であると判定されないときの機械圧縮比よりも低下させる低圧縮比運転を実行するように前記機械圧縮比変更機構に指示を与える機械圧縮比制御手段（図１０のルーチンを参照。）と、
を備え、
前記機械圧縮比制御手段は、
前記機関の発生トルクの単位時間あたりの増大量を所定量以上とすることを要求する加速要求が発生したか否かを前記機関の運転状態パラメータに基づいて判定するとともに（図９のステップ９１０を参照。）、前記低圧縮比運転の実行中において同加速要求が発生したと判定した場合（図９のステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定された場合）、前記機械圧縮比を同加速要求が発生したと判定する直前の機械圧縮比よりも上昇させるように前記機械圧縮比変更機構に指示を与える（図９のステップ９１５及び図１０のルーチンを参照。）。

従って、第１制御装置は、触媒の温度が低い場合及び／又は触媒の温度が過度に低下する虞がある場合、機械圧縮比を低下させる。これにより、触媒の排気浄化性能を早期に発揮させるか或いは排気浄化性能の低下を回避することができる。更に、第１制御装置は、低圧縮比運転の実行中において機関に加速要求が発生したと判定されたとき、機械圧縮比を上昇させる。これにより、機関の出力トルクを応答性良く増大させることができる。

更に、第１制御装置において、
前記触媒温度状態判定手段は、
前記低圧縮比運転の実行中において前記機関が第１負荷以上の運転を第１所定時間以上継続した場合（図９のステップ９２５乃至ステップ９４０の処理によりステップ９４０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合）、前記触媒の温度が前記許容温度よりも高くなったと判定するように構成される。

従って、第１制御装置は、低圧縮比運転の実行中において触媒の温度が許容温度よりも高くなったと判定できるとき、低圧縮比運転を停止する。これにより、低圧縮比運転が不必要な場合に実行されないので、機関の応答性及び燃費を良好にすることができる。

更に、前記触媒温度判定手段は、
前記機関の暖機が完了したか否かを判定する暖機状態判定手段（図７のステップ７２０を参照。）と、
前記機関が第２負荷以下の運転を第２所定時間以上継続したか否かを判定する低温運転条件判定手段（図８のステップ８３０乃至ステップ８６０を参照。）と、
を含む。

更に、第１制御装置は、
前記暖機状態判定手段により前記機関の暖機が完了したと判定され（図７のステップ７２０にて「Ｎｏ」と判定されることにより暖機完了フラグＸＷＵＰＣの値が「１」に設定された場合）、その後に前記低温運転条件判定手段により前記機関が第２負荷以下の運転を第２所定時間以上継続したと判定された場合（図８のステップ８６０にて「Ｙｅｓ」と判定された場合）、前記触媒の温度が前記許容温度以下になったと判定するように構成される。

従って、第１制御装置は、機関の暖機が完了したと判定された後であっても、触媒の温度が許容温度以下となったと判定できる場合、低圧縮比運転を実行する。これにより、機関の暖機が完了したと判定された後においても、触媒の温度が過度に低下することによるエミッションの悪化を回避することができる。

なお、第１制御装置は、暖機完了判定前（暖機完了フラグＸＷＵＰＣ＝０の時点）においても加速要求の発生の有無を判定し（アクセルペダル操作量の時間微分値ΔAccpが所定のアクセルペダル操作量の時間微分閾値量ΔAccpthより大きくなったか否かを判定し）、暖機完了判定前であっても加速要求が発生したと判定される場合には直ちに圧縮比低下フラグＸＤの値を「０」に設定し、もって、低圧縮比運転を直ちに停止するように構成されてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る制御装置（以下、「第２制御装置」とも称呼する。）について説明する。第２制御装置は、そのＣＰＵが図１０の分岐点Ａと分岐点Ｂとの間の処理に代わる図１１にフローチャートにより示した処理を実行する点においてのみ、第１制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明を加える。

第２制御装置のＣＰＵは、図１０の分岐点Ａと分岐点Ｂとの間の処理を、図１１にフローチャートにより示した処理に置換して得られる機械圧縮比制御ルーチンを所定の時間毎に繰り返し実行するようになっている。第２制御装置の具体的な作動について、以下に記載する。

第２制御装置のＣＰＵは、第１制御装置と同様、図７乃至図９ルーチンを所定の時間毎に繰り返し実行している。
ここで、圧縮比低下フラグＸＤの値が「１」から「０」に変化した直後に図１０の機械圧縮比制御ルーチンが実行されたと仮定する。このとき、ＣＰＵは図１０のステップ１０００から処理を開始し、ステップ１０１０に進んで現時点における基本目標機械圧縮比εmtgtbを決定する。

次いで、ＣＰＵはステップ１０２０に進んで「Ｎｏ」と判定し、分岐点Ａを経由して図１１のステップ１１１０に進んで現時点が圧縮比低下フラグＸＤの値が「１」から「０」に変化した時点から所定時間以内であるか否かを判定する。現時点は圧縮比低下フラグＸＤの値が「１」から「０」に変化した直後である。従って、ＣＰＵはそのステップ１１１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１１２０に進む。

ＣＰＵはステップ１１２０にて、「図１０のステップ１０１０にて決定された基本目標機械圧縮比εmtgtbを変化量Δεm2だけ減じた値」を、最終的な目標機械圧縮比εmtgtとして設定する。この変化量Δεm2は、上述の機械圧縮比変化量Δεm1よりも小さい値となるように適宜決定されている（Δεm2＜Δεm1）。変化量Δεm2は正の数に限られず、ゼロであっても負の数であってもよい。即ち、以下の（３）式が成立するように変化量Δεm2は設定されている。
εmtgtb−Δεm2＞εmtgtb−Δεm1 ・・・（３）

次いで、ＣＰＵはステップ１１３０に進み、前記ステップ１１２０にて設定された目標機械圧縮比εmtgtが最小目標機械圧縮比εmMin以下であるか否かを判定する。目標機械圧縮比εmtgtが最小目標機械圧縮比εmMin以下であるとき、ＣＰＵはステップ１１３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１４０に進み、最小目標機械圧縮比εmMinを正の変化量Δεm3だけ増大させた値を目標機械圧縮比εmtgtに設定する。この変化量Δεm3は正の数である。ただし、変化量Δεm3は、最小目標機械圧縮比εmMinに変化量Δεm3を加えた値が最大目標機械圧縮比εmMax以上とならないように設定されている（Δεm3＞０、且つ、εmMin＋Δεm3＜εmMax）。その後、ＣＰＵは分岐点Ｂを経由して図１０のステップ１０６０に進む。

これに対し、ステップ１１３０の処理の実行時点において、前記ステップ１１２０にて設定された目標機械圧縮比εmtgtが最小目標機械圧縮比εmMinよりも大きいと、ＣＰＵはそのステップ１１３０にて「Ｎｏ」と判定して、ステップ１１５０に進む。

ＣＰＵは、ステップ１１５０にて前記ステップ１１２０にて設定された目標機械圧縮比εmtgtが最大目標機械圧縮比εmMax以上であるか否かを判定する。このとき、目標機械圧縮比εmtgtが最大目標機械圧縮比εmMaxよりも小さいと、ＣＰＵはステップ１１５０にて「Ｎｏ」と判定し、分岐点Ｂを経由して図１０のステップ１０６０に進む。

一方、ステップ１１５０の処理の実行時点において、前記ステップ１１２０にて設定された目標機械圧縮比εmtgtが最大目標機械圧縮比εmMax以上であると、ＣＰＵはそのステップ１１５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１６０に進み、最大目標機械圧縮比εmMaxを目標機械圧縮比εmtgtに設定する。次いで、ＣＰＵは分岐点Ｂを経由して図１０のステップ１０６０に進む。

このようなステップ１１２０乃至ステップ１１６０のうちの適当なステップの処理は、ＣＰＵがステップ１１１０にて「Ｎｏ」と判定される時点まで継続する。従って、圧縮比低下フラグＸＤの値が「１」から「０」に変化した時点から所定時間が経過するまで、目標機械圧縮比εmtgtは「圧縮比低下フラグＸＤの値が「１」から「０」に変化した時点の直前の目標機械圧縮比εmtgt」よりも大きい値に設定される。この結果、ＣＰＵが図１０のステップ１０６０の処理を実行することにより、実際の機械圧縮比εmactは、圧縮比低下フラグＸＤの値が「１」から「０」に変化した時点から所定時間が経過するまで、圧縮比低下フラグＸＤの値が「１」から「０」に変化した時点の直前の機械圧縮比よりも増大させられる。

その後、圧縮比低下フラグの値が「０」である状態が続くと、ＣＰＵは図１１のステップ１１１０にてＮｏと判定し、ステップ１１７０に進んで最終的な目標機械圧縮比εmtgtに基本目標機械圧縮比εmtgtbを格納する。次いで、ＣＰＵは分岐点Ｂを経由して図１０のステップ１０６０に進む。この結果、低圧縮比運転は停止される。

以上、説明したように、第２制御装置は、
低圧縮比運転の実行中において所定の加速要求が発生したと判定した場合（図９のステップ９１０を参照。）、機械圧縮比を同加速要求が発生したと判定する直前の機械圧縮比よりも上昇させるように前記機械圧縮比変更機構に指示を与える（図９のステップ９１５、並びに、図１０及び図１１のルーチンを参照。）。

従って、第２制御装置は、第１制御装置と同様、低圧縮比運転の実行中において機関に加速要求が発生したと判定されたとき、機械圧縮比を上昇させる。更に、第２制御装置は、この機械圧縮比を上昇させるときの「上昇量（Δεm1−Δεm2）」を適当な値に設定する。これにより、第２制御装置は、加速要求の大きさ等に基づいて機械圧縮比の上昇量を調節することができ、もって、機関の応答性能を高めるとともに触媒温度を必要以上に低下させないよう制御することができる。

以上、説明したように、本発明の各実施形態によれば、触媒３３の排ガス浄化率を高い値に極力維持するとともに機関１０の加速応答性を確保することができる。

本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。
例えば、上記各実施形態においては、機関の負荷を表す値として筒内吸入空気量Mcを採用した。これに代え、機関の負荷を表す値として、アクセルペダル操作量、スロットル弁開度及び充填率等の何れかに基づいて機関の負荷の大きさを採用してもよい。
更に、本発明の各実施形態に係るＣＰＵは、触媒温度センサ４９により検出された触媒温度TempCが許容温度以下から許容温度以上となったとき、冷却水温THWが閾値温度THWth以下から閾値温度THWth以上となったときと同様、機関１０の暖機が完了したと判定して暖機完了フラグＸＷＵＰＣの値を「１」に設定するように構成されてもよい。
また、上記各実施形態において、触媒温度低下時間タイマ増分ΔT1及び高負荷運転時間タイマ増分ΔT2は、負荷に応じて変化する値であったが、一定値であってもよい。

混合気の空燃比、排ガス浄化率及び触媒温度の関係を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る制御装置が適用される可変圧縮比内燃機関の概略断面図である。 図２に示した内燃機関の機械圧縮比変更機構を示す同機関の分解斜視図である。 図２に示した内燃機関のシリンダブロックの斜視図である。 図２に示した機械圧縮比変更機構の作動を説明するための図である。 図２に示した内燃機関の概略平面図である。 図６に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図６に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図６に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図６に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。

符号の説明

１０…可変圧縮比内燃機関、１１…クランクケース、１１ａ…クランクシャフト、１３…シリンダブロック、１３ａ…シリンダ、１３ｂ…ピストン、１４…シリンダヘッド部、１４ｃ…排気ポート、１４ｇ…排気弁、１５…機械圧縮比変更機構、１５Ｍ…アクチュエータ（電動モータ）、１６…燃料噴射弁（インジェクタ）、２０…吸気系統、３０…排気系統、３１…エキゾーストマニホールド、３２…エキゾーストパイプ、３３…触媒、５０…電気制御装置。

Claims (3)

1. 排気通路に配設された触媒と、ピストンが上死点位置にあるときの燃焼室容積に対する同ピストンが下死点位置にあるときの燃焼室容積の比である機械圧縮比を指示に応じて変更し得る機械圧縮比変更機構と、を備えた可変圧縮比内燃機関の制御装置であって、
   前記触媒の温度が所定の許容温度以下であるか否かを判定する触媒温度状態判定手段と、
   前記触媒温度状態判定手段により前記触媒の温度が前記許容温度以下であると判定されたとき、前記機械圧縮比を前記触媒の温度が前記許容温度以下であると判定されないときの機械圧縮比よりも低下させる低圧縮比運転を実行するように前記機械圧縮比変更機構に指示を与える機械圧縮比制御手段と、
   を備え、
   前記機械圧縮比制御手段は、
   前記機関の発生トルクの単位時間あたりの増大量を所定量以上とすることを要求する加速要求が発生したか否かを前記機関の運転状態パラメータに基づいて判定するとともに、前記低圧縮比運転の実行中において同加速要求が発生したと判定した場合、前記機械圧縮比を同加速要求が発生したと判定する直前の機械圧縮比よりも上昇させるように前記機械圧縮比変更機構に指示を与える制御装置。
2. 請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関の制御装置において、
   前記触媒温度状態判定手段は、
   前記低圧縮比運転の実行中において前記機関が第１負荷以上の運転を第１所定時間以上継続した場合、前記触媒の温度が前記許容温度よりも高くなったと判定するように構成された制御装置。
3. 請求項１に記載の可変圧縮内燃機関の制御装置であって、
   前記触媒温度状態判定手段は、
   前記機関の暖機が完了したか否かを判定する暖機状態判定手段と、
   前記機関が第２負荷以下の運転を第２所定時間以上継続したか否かを判定する低温運転条件判定手段と、
   を含むとともに、
   前記暖機状態判定手段により前記機関の暖機が完了したと判定された後に前記低温運転条件判定手段により前記機関が第２負荷以下の運転を第２所定時間以上継続したと判定された場合、前記触媒の温度が前記許容温度以下になったと判定するように構成された制御装置。
   

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