JP5245733B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン（内燃機関）の排気浄化装置、特に排気通路に設けられる触媒の暖機技術に関する。

吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、エンジンの冷間始動後のアイドル状態で一部の気筒（噴射停止気筒）の燃料噴射を停止すると共に、残りの気筒（運転気筒）について空燃比が理論空燃比付近または少しリーン側となるように燃料噴射を行うと共に点火時期を圧縮上死点後（例えばＡＴＤＣ１０°ＣＡ）まで遅角することで、運転気筒からの排気を昇温しつつこの高温の排気中の未燃ＨＣ、ＣＯを噴射停止気筒からの新気中の酸素と混合させて排気通路内で後燃えを生じさせ、このようにして一段と昇温した排気を触媒に導入することによって、エンジン始動後の触媒の早期暖機を図るものがある（特許文献１参照）。
特開２００１−１８２６０１公報

ところで、エンジンの冷間始動後のアイドル状態で触媒を暖機しているときにはエンジンも冷間状態にあり、エンジンフリクションが大きく、従って触媒の暖機中はエンジントルクが必要な運転領域である。このため、触媒暖機のためとはいえ特許文献１の技術のように点火時期の遅角と気筒停止とを行えば、エンジン全体のエンジントルクが低下するばかりか噴射停止気筒と運転気筒との間のエンジントルクのバラツキによりエンジン振動が非常に大きくなるという問題がある。

また、燃焼室内で燃焼しなかったＨＣが排気ポートに出てから燃えることを後燃えというが、そもそもこの後燃えは、そのほとんどが排気バルブから排気ポート出口までで主に生じている。従って、排気マニホールド集合部の下流に触媒が配置されている構成の場合、触媒入口に到達するまでの排気通路上のヒートマスを温めるために排気熱が消費されてしまうため、触媒入口で排気中の未燃ＨＣを後燃えさせて触媒を昇温させることは不可能である。

そこで本発明は、排気ポートでの後燃えを効率良く促進させ、エンジン出口の未燃ＨＣ濃度を低減させ得る装置を提供することを目的とする。

本発明は、燃焼室内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁と、排気通路に設けられる触媒と、燃焼室に供給される吸入空気を過給する過給装置と、吸気バルブの開閉タイミングと排気バルブの開閉タイミングとの少なくとも一方を調整可能な可変動弁装置と、点火時期を圧縮上死点後の第１所定値に設定して火花点火を行う一方、前記燃料噴射弁を用いて燃料噴射時期を圧縮行程または膨張行程に設定した燃料噴射を行い、これら火花点火と燃料噴射とで成層燃焼を実現すると共に、スロットル開度をアイドル相当値より所定値大きくすることにより前記第１所定値への設定に伴うエンジントルクの低下分を相殺して目標アイドル回転速度が得られるようにした超リタード成層燃焼実現手段と、アイドル状態で前記触媒が不活性状態にある場合に、前記超リタード成層燃焼実現手段を働かせて触媒早期暖機を行わせると共に、吸気通路内の圧力が大気圧より高く過給された状態で前記可変動弁装置を用いてバルブオーバーラップを生じさせる制御手段と、アイドル状態で前記触媒が不活性状態にある場合に、前記吸気通路内の圧力が大気圧より高く過給された状態であるとき、点火時期を前記第１所定値よりもさらに所定値大きな第２所定値まで遅角する点火時期遅角手段とを備えている。

本発明によれば、燃焼室内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁と、排気通路に設けられる触媒と、燃焼室に供給される吸入空気を過給する過給装置と、吸気バルブの開閉タイミングと排気バルブの開閉タイミングとの少なくとも一方を調整可能な可変動弁装置と、点火時期を圧縮上死点後の第１所定値に設定して火花点火を行う一方、前記燃料噴射弁を用いて燃料噴射時期を圧縮行程または膨張行程に設定した燃料噴射を行い、これら火花点火と燃料噴射とで成層燃焼を実現すると共に、スロットル開度をアイドル相当値より所定値大きくすることにより前記第１所定値への設定に伴うエンジントルクの低下分を相殺して目標アイドル回転速度が得られるようにした超リタード成層燃焼実現手段と、アイドル状態で前記触媒が不活性状態にある場合に、前記超リタード成層燃焼実現手段を働かせて触媒早期暖機を行わせると共に、吸気通路内の圧力が大気圧より高く過給された状態で前記可変動弁装置を用いてバルブオーバーラップを生じさせる制御手段と、アイドル状態で前記触媒が不活性状態にある場合に、前記吸気通路内の圧力が大気圧より高く過給された状態であるとき、点火時期を前記第１所定値よりもさらに所定値大きな第２所定値まで遅角する点火時期遅角手段とを備えるので、バルブオーバーラップにより燃焼室からの熱をもらって昇温した吸入空気が排気ポートに送り込まれ、燃焼室内で燃えなかったＨＣが排気ポートで効率よく後燃え（後酸化）することとなり、排気ポートでの後燃えを促進させることができる。すなわち、排気ポート出口（エンジン出口）で現状より未燃ＨＣの濃度が減少し、その分だけ触媒容量を小さくすることが可能となり、触媒コストを下げることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。図１はエンジンの排気浄化装置の概略構成を示している。

図１においてエンジン１の吸気コレクタ８の上流には、吸入空気量を調整するスロットル弁７が設置されている。スロットル弁７は、エンジンコントローラ２１からの信号により作動するステップモータ１５によりその開度が制御される。

吸気ポート２の燃焼室４への開口部に吸気バルブ５が、排気ポート３の燃焼室４への開口部に排気バルブ６を備える。エンジン１の燃焼室４には、点火プラグ１４と共に燃料噴射弁１３が設置されている。燃料噴射弁１３は、エンジンコントローラ２１から出力される燃料噴射パルス信号を受けて開弁し、燃料ポンプ１２により吐出され所定圧力に調圧された燃料タンク１１からの燃料を、エンジン回転に同期した所定のタイミングで燃焼室４に直接的に噴射するようになっている。

エンジン１の排気通路８（正確には排気マニホールド集合部の下流）には、排気浄化用の触媒１６が設けられている。

エンジン１にはまた、吸気バルブ５のバルブリフト量や作動角を変化させることなく、吸気バルブ５の作動角の中心角（この中心角を、以下「吸気中心角」という。）を連続的に進角もしくは遅角させることにより、吸気バルブ５の開閉時期を連続的に変更可能な可変バルブタイミング機構（この可変バルブタイミング機構を、以下「吸気ＶＴＣ機構」という。）３１を備えている。同様に、排気バルブ６のバルブリフト量や作動角を変化させることなく、排気バルブ６の作動角の中心角（この中心角を、以下「排気中心角」という。）を連続的に進角もしくは遅角させることにより、排気バルブ６の開閉時期を連続的に変更可能な可変バルブタイミング機構（この可変バルブタイミング機構を、以下「排気ＶＴＣ機構」という。）３２を備えている。これら各ＶＴＣ機構３１、３２には油圧式や電動式のアクチュエータ３１ａ、３２ａを備えており、これら各アクチュエータ３１ａ、３２ａはエンジンコントローラ２１からの信号により駆動されるようになっている。各ＶＴＣ機構３１、３２は公知であるため、その詳細な説明は省略する。

エンジン１にはさらに、タービンとコンプレッサとが同軸に配置される図示しないターボチャージャ（過給装置）を備えている。タービンは排気マニホールド集合部のすぐ下流位置（触媒１６よりは上流位置）に、コンプレッサはエアフローメータ２２の下流でスロットル弁７の上流の位置に設けられている。排気エネルギーにより回転されるタービンがコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する。また、タービン上流の排気通路からタービンをバイパスしてタービン下流の排気通路に合流するバイパス通路に、エンジンコントローラ２１からの信号により開閉駆動されるウエイストゲートバルブ３５が設けられている。

エンジンコントローラ２１には、アクセルペダルセンサ（図示しない）により検出されるアクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）、クランク角センサ２４により検出されるエンジン回転速度、エアフローメータ２２により検出される吸入空気流量、スロットルセンサ２３により検出されるスロットル開度、水温センサ２５により検出されるエンジン冷却水温、温度センサ２６により検出される触媒１６の温度が入力されている。

エンジンコントローラ２１は、これらの入力信号より検出されるエンジン運転条件に基づいて、均質燃焼（燃焼室４の全体に混合気を行き渡らせた状態での燃焼）を行うのか、それとも成層燃焼（点火プラグ周りに混合気を集中させた状態での燃焼）を行うのかの燃焼方式を設定し、設定した燃焼方式に合わせて、スロットル弁７の開度、燃料噴射弁１３の燃料噴射時期及び燃料噴射弁１３からの燃料噴射量、点火プラグ１４の点火時期を、さらには吸気ＶＴＣ機構３１、排気ＶＴＣ機構３２を介して吸排気バルブ５、６のバルブタイミングを制御する。

さて、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、エンジンの冷間始動後のアイドル状態で一部の気筒（噴射停止気筒）の燃料噴射を停止すると共に、残りの気筒（運転気筒）について空燃比が理論空燃比付近または少しリーン側となるように燃料噴射を行うと共に点火時期を圧縮上死点後（例えばＡＴＤＣ１０°ＣＡ）まで遅角することで、運転気筒からの排気を昇温しつつこの高温の排気中の未燃ＨＣ、ＣＯを噴射停止気筒からの新気中の酸素と混合させて排気通路内で後燃えを生じさせ、このようにして一段と昇温した排気を触媒に導入することによって、エンジン始動後の触媒の早期活性化（早期暖機）を図る従来装置がある。

ここで、エンジンの冷間始動後のアイドル状態で触媒１６を暖機しているときにはエンジンも冷間状態にあり、エンジンフリクションが大きく、従って触媒１６の暖機中はエンジントルクが必要な運転領域である。このため、触媒１６暖機のためとはいえ上記従来装置のように点火時期の遅角と気筒停止とを行えば、エンジン全体のエンジントルクが低下するばかりか噴射停止気筒と運転気筒との間のエンジントルクのバラツキによりエンジン振動が非常に大きくなるという問題がある。

また、燃焼室内で燃焼しなかったＨＣが排気ポートに出てから燃えること、いわゆる後燃え（後酸化）は、そのほとんどが排気バルブ６から排気ポート３出口（エンジン出口）までで主に生じていることを実験やシミュレーションによって確認している。従って、排気マニホールド集合部の下流に触媒１６が配置されている構成の場合、触媒１６入口に到達するまでのガス経路上（排気通路上）のヒートマスを温めるために排気熱が消費されてしまうため、触媒１６入口で排気中の未燃ＨＣを後燃えさせて触媒１６を昇温させることは不可能である。

そこで本発明は、冷間始動直後のアイドル状態である場合（アイドル状態で触媒が不活性状態にある場合）に、触媒早期暖機を行わせると共に、ターボチャージャ（過給装置）を駆動して過給状態とし、かつこの過給状態で吸気ＶＴＣ機構３１や排気ＶＴＣ機構３２（可変動弁装置）を用いて吸気バルブ５の開期間と排気バルブ６の開期間とが重なるバルブオーバーラップ（以下、単に「バルブオーバーラップ」という。）を生じさせ、吸気系の吸入空気を吸気ポート２から燃焼室４を介し排気ポート３に吹抜けさせることで、最も温度が高い排気ポート３での後燃えを効率良く促進させ、吸気ポート出口（エンジン出口）の未燃ＨＣの濃度を低減させる。過給により過給しない場合よりも多くの高温のガスが発生するため、排気ポート３出口から触媒１６までの排気通路８のヒートマスを急速に加熱することが可能となり、これによって触媒１６を早期に活性化することができ、テールパイプ出口のＨＣ濃度も同時に低減させることができる。

この本発明の制御を図２Ａ、図２Ｂを参照してさらに説明する。図２Ａ、図２Ｂはエンジン冷間始動からアクセルペダルを踏み込むことなくアイドル状態を保った場合に、エンジン回転速度、燃焼切換フラグ、スロットル開度、吸気コレクタ８の圧力（以下「コレクタ圧」という。）、バルブオーバーラップ量、バルブオーバーラップによる吸気ポート２から排気ポート３への吹き抜け空気量、点火時期、排気ポート３の排気温度、排気中の酸素濃度、触媒１６の温度、触媒１６入口のＨＣ濃度がどのように変化するのかをモデルで示している。ただし、エンジン回転速度から点火時期までは図２Ａと図２Ｂとで共通である。

図２Ａ、図２Ｂの最上段に示すように、クランキングの開始と共にエンジン回転速度Ｎｅは急上昇して所定値Ｎ１を横切り少しオーバーシュートした後、ファーストアイドル回転速度（例えば１０００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍ程度）へと落ち着く。この場合に、エンジン回転速度Ｎｅと所定値Ｎ１（例えば１４００ｒｐｍ程度）とを比較し、エンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎ１以上となるｔ２のタイミングでエンジンの始動が完了したと判断して触媒早期暖機を行わせる。

ここでの触媒早期暖機手段として、現状の超リタード成層燃焼実現手段を用いる。

超リタード成層燃焼そのものは公知（特開２００８−２５５３５号公報参照）である。この超リタード成層燃焼について概説すると、触媒１６が活性化していない場合に、点火時期を圧縮上死点後の例えば１５〜３０ｄｅｇに設定して点火を行う。また、燃料噴射時期（燃料噴射開始時期のこと。以下同じ。）を、圧縮上死点後でかつ点火時期の前、つまり膨張行程に設定して燃料噴射を行う。燃料噴射はさらに２回に分割し、２回目の燃料噴射を膨張行程での燃料噴射とし、これに先立つ１回目の燃料噴射として圧縮行程で燃料噴射を行う。また、燃料噴射による燃焼室内の空燃比（燃料噴射を２回に分割しているので２回の燃料噴射トータルによる燃焼室内の空燃比）は、理論空燃比から若干リーン側の空燃比（例えば１６〜１７）とする。このように２回目の燃料噴射に先立ち、１回目の燃料噴射として圧縮行程での燃料噴射を行うと、１回目の燃料噴射が吸気行程での燃料噴射である場合に比べて、圧縮行程での燃料噴射のほうがその燃料噴霧によるガス乱れの減衰が遅くなる分、１回目の燃料噴射によるガス乱れが燃焼室内に残るため、その状態で２回目の燃料噴射（膨張行程での燃料噴射）を行うことで、１回目の燃料噴射で生成したガス乱れを助長するようにガス乱れを強化でき、膨張行程においても燃焼室内ガス流動を十分に強化できることとなる。点火時期を圧縮上死点後に遅らせてのこうした燃焼も成層燃焼であるが、点火時期が圧縮上死点前にくる通常の成層燃焼と区別するため、点火時期を圧縮上死点後に遅らせているこのような燃焼形態を「超リタード成層燃焼」と名付けている。

特開２００８−２５５３５号公報に記載の超リタード成層燃焼はスプレーガイド方式といわれるものであるが、本実施形態で採用する超リタード成層燃焼はこれに限らずウォールガイド方式の超リタード成層燃焼でもかまわない。このウォールガイド式も公知である（例えば特開２００６−３０７６９１号公報参照）。上記のスプレーガイド方式の超リタード成層燃焼では、ピストン冠面は平面であるため、燃料噴射弁からの噴霧（特に２回目の燃料噴射による噴霧）を噴霧の貫徹力を利用して直接点火プラグ周りに到達させるようにしているが、ウォールガイド方式の超リタード成層燃焼では、ピストン冠面にキャビティを形成し、燃料噴射弁１３からの噴霧（特に２回目の燃料噴射による噴霧）をこのキャビティに向かわせた後に、キャビティ内で反転させて点火プラグ１４周りに到達させるようにしている。このため、ウォールガイド方式の超リタード成層燃焼では噴射時期がスプレーガイド方式の超リタード成層燃焼と若干相違し、１回目の燃料噴射は圧縮行程前半での燃料噴射、２回目の燃料噴射は圧縮行程後半での燃料噴射となっている。なお、図１は燃料噴射弁１３とピストン冠面に設けられるキャビティとの配置を正確に表すものでない。

なお、本実施形態は、これらの成層燃焼を２回の分割噴射により行うものに限定されるものでもない。すなわち、成層燃焼を１回のみの燃料噴射により行う場合（たとえば、成層燃焼を２回の分割噴射により行うものにおいて１回目の燃料噴射を省略し、２回目の燃料噴射だけを行う場合）でもかまわない。

図２Ａ、図２Ｂに戻り、点火時期を所定値ＡＤＶ０（ＭＢＴの得られる点火時期より若干リタード側の点火時期）にし、均質燃焼を行わせてエンジンを始動する。エンジンの始動が完了したと判定されるｔ２のタイミングで超リタード成層燃焼へと切換える。すなわち、点火時期を所定値ＡＤＶ０から所定値ＡＤＶ１（ターボチャージャを備えない場合における成層燃焼での点火時期の遅角側燃焼安定限界）へとステップ的に遅角すると共に、燃焼形態を均質燃焼から成層燃焼に切換える。

さらに、ｔ２でスロットル開度をアイドル相当値ＴＶＯｉｄｌから所定値ΔＴＶＯだけステップ的に大きくした所定値ＴＶＯ１（＝ＴＶＯｉｄｌ＋ΔＴＶＯ）とする。スロットル開度をアイドル相当値ＴＶＯｉｄｌから所定値ΔＴＶＯだけステップ的に大きくするのは、超リタード成層燃焼における点火時期の所定値ＡＤＶ１への遅角によってエンジン発生トルクが減少するので、そのエンジン発生トルクの減少分を、スロットル開度を所定値ΔＴＶＯだけステップ的に大きくすることによって燃料噴射弁１３からの燃料噴射量を増やしエンジン発生トルクを増加させることで相殺し、ファーストアイドル時の目標アイドル回転速度が得られるようにするためである。なお、ファーストアイドルとは、周知のようにエンジンの暖機完了後のアイドル回転速度よりもアップさせたアイドル回転速度としてエンジンの暖機を促進するためのものである。このため、ファーストアイドル時にはエンジン暖機完了後の目標アイドル回転速度より一定値だけ高い値（図２Ａ、図２Ｂでは１０００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍ程度）にされている。

以上が現状の超リタード成層燃焼の内容であるが、本発明ではさらに、ターボチャージャを駆動して過給状態とし、かつこの過給状態で吸気ＶＴＣ機構３１や排気ＶＴＣ機構３２を用いてバルブオーバーラップを生じさせる。この部分について次に説明する。

エンジン１は通常、図３実線で示したように、吸気バルブ５の開期間と排気バルブ６の開期間とが重ならない状態で、つまりバルブオーバーラップバルブがない状態で始動されるのであるが、本発明ではエンジンが始動を完了するタイミング（図２Ａ、図２Ｂのｔ２）において、排気ＶＴＣ機構３２を非作動とした状態で図３一点鎖線で示したように吸気中心角を所定クランク角だけ進角補正することにより、バルブオーバーラップが生じるようにする。図４にはバルブオーバーラップを生じさせるときの吸排気バルブ５、６の各バルブタイミング（吸気バルブ開時期ＩＶＯ、吸気バルブ閉時期ＩＶＣ、排気バルブ開時期ＥＶＯ、排気バルブ閉時期ＥＶＣ）の一例を示している。

図２Ａ、図２Ｂにおいて、エンジンが始動を完了するｔ２のタイミングはエンジンの仕様により予め知り得るので、そのｔ２のタイミングよりも前のｔ１でウエイストゲートバルブ３５を閉じておくと、排気エネルギーによってターボチャージャが働き始め、ｔ２のタイミングではコレクタ圧が図２Ａ、図２Ｂ第４段目に実線で示したように大気圧Ｐ０より所定値だけ高くなっている。そして、ｔ２のタイミングでスロットル開度をアイドル相当値ＴＶＯｉｄｌより所定値ＴＶＯ１へと大きくしたことによって、コレクタ圧はｔ２よりさらに上昇し、所定値Ｐ１へと収束する。所定値Ｐ１（つまり過給圧）はそのときのスロットル開度（＝所定値ＴＶＯ１）とそのときのエンジン回転速度（＝ファーストアイドル回転速度）とで定まる。比較のため、図２Ａ、図２Ｂ第４段目にターボチャージャを備えない場合のコレクタ圧の変化を一点鎖線で重ねて示すと、ターボチャージャを備えない場合にはｔ１のタイミングからコレクタ圧が低下して大気圧Ｐ０より低い所定値Ｐ２へと収束することとなる。

ｔ２のタイミングでバルブオーバーラップを生じさせたとき、ターボチャージャが働いてコレクタ圧が大気圧Ｐ０より高い所定値Ｐ１となっているため、吸気コレクタ８内にある吸入空気が吸気ポート２から燃焼室４を介して排気ポート３へと吹き抜ける。つまり、排気バルブ６の開弁によって燃焼室４から排気ポート３へと排出されるが、その排出中の燃焼ガスに対して、吸気ポート２より排気ポート３へと吹き抜けた吸入空気が混じるため、排気ポート３での後燃えが効率よく促進されることとなる。なお、図１にはＥＧＲ通路とＥＧＲバルブとが記載されているが、本発明の触媒早期暖機を実行するときにはＥＧＲバルブを全閉保持するものとする。従って、吸気ポート２から排気ポート３へと吹き抜ける吸入空気は全て新気であり、新気中の酸素が排気ポートでの未燃ＨＣの後燃えに用いられる。

ここで、排気ポート３での未燃ＨＣの後燃え効果が最大となる排気中の酸素濃度は３％であることが公知であるので、排気中の酸素濃度が３％となるように吸気ポート２から排気ポート３への吹き抜け空気量を、つまりバルブオーバーラップ量を定めることが必要となる。これについてさらに説明すると、図５は実施形態のエンジン１についてバルブオーバーラップ量と排気中の酸素濃度との関係をシミュレーションした結果である。図５より、排気中の酸素濃度が３％となるようにするにはバルブオーバラップ量は所定値Ｏ／Ｌ１とすればよいことがわかる。この所定値Ｏ／Ｌ１は、ターボチャージャ、吸気ＶＴＣ機構３１、排気ＶＴＣ機構３２を含めたエンジン１の仕様に依存する。従って、ターボチャージャ、吸気ＶＴＣ機構３１、排気ＶＴＣ機構３２を含めたエンジン１の仕様が定まれば、シミュレーションを行うことで、排気中の酸素濃度が３％となるバルブオーバーラップ量、つまり所定値Ｏ／Ｌ１が定まる。

ここで、吸気ＶＴＣ機構３１と排気ＶＴＣ機構３２とが初期位置（非作動状態）にあるときの排気バルブ閉時期ＥＶＣと吸気バルブ開時期ＩＶＯとの間のクランク角区間は所定値Δ［ｄｅｇ］であるとし（図３参照）、排気ＶＴＣ機構３２は初期位置のまま動かさず吸気ＶＴＣ機構３１だけを駆動して吸気中心角を進角補正することにより、排気中の酸素濃度が３％となるバルブオーバーラップ量（＝Ｏ／Ｌ１）［ｄｅｇ］を得ようとすると、吸気中心角の進角補正量［ｄｅｇ］は、
進角補正量＝Ｏ／Ｌ１＋Δ …（１）
の式により求めることができる。ここで、所定値Δもエンジンと吸気ＶＴＣ機構３１、排気ＶＴＣ機構３２の仕様により予め定まるため、（１）式の進角補正量が一義的に定まる。

なお、エンジンや吸気ＶＴＣ機構３１、排気ＶＴＣ機構３２には個体差があるため、排気中の酸素濃度が実際には３％とならないことが考え得る。この場合には次のようにすればよい。すなわち、排気中の酸素濃度が３％となるバルブオーバーラップ量がシミュレーションにより定まったとして、そのバルブオーバーラップ量（＝Ｏ／Ｌ１）を目標バルブオーバーラップ量とし、実際のバルブオーバーラップ量を検出または算出し、その検出または算出した実際のバルブオーバーラップ量が目標バルブオーバーラップ量と一致するように吸気ＶＴＣ機構３１のアクチュエータ３１ａを介して吸気中心角をフィードバック補正する。

上記では排気ＶＴＣ機構３２を非作動とした状態で吸気ＶＴＣ機構３１により吸気中心角を進角補正することによりバルブオーバーラップを生じさせる場合で説明したが（図３参照）、本発明はこの場合に限定されるものでない。例えば、吸気ＶＴＣ機構３１を非作動とした状態で排気ＶＴＣ機構３２により排気中心角を遅角補正することによって、あるいは吸気ＶＴＣ機構３１により吸気中心角を進角補正すると共に排気ＶＴＣ機構３２により排気中心角を遅角補正することによってバルブオーバーラップが生じるようにしてもかまわない。さらに、スロットルレスエンジンのように吸排気バルブを電磁アクチュエータで駆動するようなものでもバルブオーバーラップを生じさせることができる。ただし、吸気中心角と排気中心角がクランク角度上でいずれの位置にあるかは燃焼状態に大きく影響するので、燃焼状態が悪化することのないように望みのバルブオーバーラップを生じさせる場合の吸気中心角、排気中心角を定める必要がある。

一方、ターボチャージャによる過給により、図２Ａ、図２Ｂにおいてｔ２以降ではコレクタ圧がターボチャージャを備えない場合との差圧ΔＰの分だけ高くなっている。このようにターボチャージャを備えない場合よりコレクタ圧が高くなると、差圧ΔＰの分だけ燃焼室４に流入する吸入空気量が増え、燃焼ガス量が増しエンジンの発生するトルクが増加する。ということは、同じファーストアイドル回転速度を保つためには、この差圧ΔＰに応じたトルク増加分だけ点火時期をさらに遅角できることを意味する。

そこで、本発明では、ｔ２より点火時期を、現状の超リタード成層燃焼で採用している所定値ＡＤＶ１よりも所定値ΔＡＤＶだけ大きな所定値ＡＤＶ２にまで遅角させている。ここで、所定値ＡＤＶ２は、スロットル開度を所定値ＴＶＯ１としかつターボチャージャにより過給を行っている状態における、成層燃焼での点火時期の遅角側燃焼安定限界である。この所定値ＡＤＶ２は、エンジン１の仕様とターボチャージャの仕様とにより定まる。このように本発明では、点火時期を現状の超リタード成層燃焼の場合の点火時期（ＡＤＶ１）よりもさらに所定値ΔＡＤＶだけ遅角させた所定値ＡＤＶ２とすることが可能となっている。これによって排気ポート３で生じる後燃えガス量が増え、触媒１６の活性化をさらに早めることができる。

実施形態では、過給を行わせるためにターボチャージャを用いているが、これに限られるものでなく、スーパーチャージャや電動式ターボチャージャを用いることができる。スーパーチャージャを用いるときには、エンジンの始動が完了するｔ２のタイミングでスーパーチャージャを非作動状態から作動状態へと切換える。電動式ターボチャージャは、タービン軸をモータによっても駆動可能に構成したものである。このものでは、ｔ２のタイミングでモータを非作動状態から作動状態へと切換えることによってターボチャージャを働かせればよい。

このように、本実施形態では、始動完了後のアイドル状態で超リタード成層燃焼を行わせつつ、ターボチャージャにより過給した吸入空気をバルブオーバーラップを利用して吸気ポート２から排気ポート３へと吹き抜けさせることで、図２Ａ下から２段目に実線で示したように、排気ポート３の排気温度が現状の超リタード成層燃焼の場合の排気ポート３の排気温度（図２Ａ下から２段目の一点鎖線参照）よりも上昇する。このため、触媒１６の温度は、図２Ｂ下から２段目に実線で示したように、現状の超リタード成層燃焼の場合の触媒１６の温度（図２Ｂ下から２段目の一点鎖線参照）よりも上昇することとなり、ｔ３のタイミングで触媒１６が活性化する温度である所定値Ｔ２に到達している。

ｔ３で触媒１６の活性化を終了するので、本実施形態では後処理を行わせる。すなわち、ｔ３になるとバルブオーバーラップがなくなるように吸気中心角の進角補正を中止して吸気中心角を進角補正する前の値に戻し、かつ点火時期を所定値ＡＤＶ２からＭＢＴの得られる基本点火時期ＡＤＶ３へと移行させる。

エンジンコントローラ１５で実行されるこの制御を図６〜図１０のフローチャートに基づいて詳述する。なお、図６〜図９ではアイドル状態以外の制御については省略している。

まず、図６は始動完了フラグを設定するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

ステップ１ではイグニッションスイッチをみる。イグニッションスイッチがＯＮであるときにはステップ２に進み、スタータスイッチをみる。スタータスイッチがＯＦＦのときにはステップ３に進み、スタータスイッチがＯＮよりＯＦＦへと切換わったタイミングより所定時間が経過したか否かをみる。所定時間は、ウエイストゲートバルブ３５を閉状態とするか否かを判定するための値である。所定時間が経過していなければステップ４に進んでウエイストゲートバルブ３５を開状態とし、所定時間が経過していればステップ５に進んでウエイストゲートバルブ３５を閉状態とする。所定時間はエンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎ１以上になる前にウエイストゲートバルブ３５が閉じられるように予め定めておく。

ステップ６ではクランク角センサ２４により検出されるエンジン回転速度Ｎｅと所定値Ｎ１を比較する。所定値Ｎ１はエンジンが始動を完了したか否かを判定するための値で、予め適合により定めておく。たとえば１４００ｒｐｍ程度である。エンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎ１未満であるときにはまだエンジンが始動を完了していないと判断しステップ７で始動完了フラグ＝０とする。これに対して、ステップ６でエンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎ１以上になるとエンジンの始動が完了したと判断しステップ８で始動完了フラグ＝１とする。

一方、ステップ２でスタータスイッチがＯＮのときにはまだクランキングが続いていると判断しステップ９、１０に進んでウエイストゲートバルブを開状態とすると共に、始動完了フラグ＝０とする。

図７は燃焼切換フラグを設定するためのもので、図６に続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

ステップ１１ではエンジン始動時の冷却水温Ｔｓｔと所定値Ｔ１を比較する。所定値Ｔ１はエンジン冷間始動であるか否かを判定するための値である。エンジン始動時の冷却水温を得るには、イグニッションスイッチのＯＦＦからＯＮへの切換時にそのときの冷却水温Ｔｗをエンジン始動時の冷却水温Ｔｓｔとしてメモリに保存すればよい。エンジン始動時の冷却水温Ｔｓｔが所定値Ｔ１を超えていればホットスタート時であると判断してそのまま今回の処理を終了する。

エンジン始動時の冷却水温Ｔｓｔが所定値Ｔ１以下であればエンジン冷間始動であると判断し、ステップ１２、１３に進む。ステップ２では始動完了フラグ（図６により設定済み）＝１であるか否か、前回に始動完了フラグ＝１であったか否かをみる。始動完了フラグ＝０であるときにはまだエンジンが始動を完了していないと判断しステップ１２よりステップ１４に進み燃焼切換フラグ＝０とする。燃焼切換フラグは燃焼形態を指示するためのフラグで、燃焼切換フラグ＝０は均質燃焼を指示するものとなる。

ステップ１２、１３で始動完了フラグ＝１でありかつ前回に始動完了フラグ＝０であった、つまり今回に初めて始動完了フラグ＝１となったときにはエンジン始動完了タイミングであると判断しステップ１５に進み、燃焼切換フラグをゼロから１に切換える。この燃焼切換フラグのゼロから１への切換によって、後述するように燃焼形態が均質燃焼から超リタード成層燃焼へと切換えられると共に、ターボチャージャにより過給した吸入空気をオーバーラップを利用して吸気ポート２から排気ポート３へと吹き抜けさせる処理が行われる。

ステップ１２、１３で始動完了フラグ＝１でありかつ前回にも始動完了フラグ＝１であった、つまり継続して始動完了フラグ＝１であるときにはエンジン始動完了後であると判断しステップ１６に進み、温度センサ２６により検出される触媒温度Ｔｃａｔと所定値Ｔ２を比較する。所定値Ｔ２は触媒１６が活性化したか否かを判定するための値である。触媒温度Ｔｃａｔが所定値Ｔ２未満であるときにはまだ触媒１６が活性化していないと判断し、ステップ１５に進んで燃焼切換フラグ＝１とする。

触媒１６が未活性状態であるあいだステップ１６、１５の操作を実行する。これにより、後述するように超リタード成層燃焼を行いつつターボチャージャにより過給した吸入空気をオーバーラップを利用して排気ポートへと吹き抜けさせる処理が継続して行われる。この処理の継続によってやがて触媒温度Ｔｃａｔが所定値Ｔ２以上になると触媒１６が活性化したと判断し、超リタード成層燃焼をやめて均質燃焼に切換え、かつバルブオーバーラップがなくなるように吸気中心角の進角補正を中止して吸気中心角を進角補正する前の値に戻すため、ステップ１７に進んで燃焼切換フラグ＝０とする。

図８は目標スロットル開度を算出するためのもので、図７のフローに続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

ステップ２１ではアイドル状態であるか否かをみる。アイドル状態であるか否かはアクセルペダルセンサ（図示しない）からの信号に基づきアクセル開度がゼロ（つまりアクセルペダルが踏み込まれていない）であればアイドル状態であると、またアクセル開度がゼロでなければアイドル状態でないと判定すればよい。アイドル状態でないときには今回の処理をそのまま終了する。

アイドル状態であるときにはステップ２２に進み燃焼切換フラグ（図７により設定済み）をみる。燃焼切換フラグ＝０であるとき、つまり均質燃焼を行わせるときにはステップ２３に進みスロットル開度基本値ＴＶＯｂにアイドル相当値ＴＶＯｉｄｌ（アイドル状態でのスロットル開度）を入れる。これに対してステップ２２で燃焼切換フラグ＝１であるとき、つまり超リタード成層燃焼（成層燃焼）を行わせるときにはステップ２４に進み、アイドル相当値ＴＶＯｉｄｌに所定値ΔＴＶＯを加算した値（図２Ａ、図２Ｂでいう所定値ＴＶＯ１）をスロットル開度基本値ＴＶＯｂに入れる。

ステップ２５〜３１は実エンジン回転速度が目標アイドル回転速度と一致するようにスロットル開度のフィードバック制御を行う部分である。ステップ２５では、目標アイドル回転速度ＮＳＥＴと実エンジン回転速度Ｎｅの偏差を、つまり
ΔＮ＝ＮＳＥＴ−Ｎｅ …（２）
ただし、ＮＳＥＴ；目標アイドル回転速度、
Ｎｅ；実エンジン回転速度、
の式により回転速度偏差ΔＮを算出し、ステップ２６でこの回転速度偏差ΔＮの絶対値｜ΔＮ｜と許容値を比較する。許容値はアイドル状態で実エンジン回転速度Ｎｅが目標アイドル回転速度ＮＳＥＴの付近に収まっているか否かを判定するための値で、例えば２５ｒｐｍである。回転速度偏差絶対値｜ΔＮ｜が許容値を超えているときには実エンジン回転速度Ｎｅが目標アイドル回転速度ＮＳＥＴの付近に収まっていないと判断しステップ２７に進んで回転速度偏差ΔＮとゼロとを比較する。回転速度偏差ΔＮが正、つまり実エンジン回転速度Ｎｅが目標アイドル回転速度ＮＳＥＴ−許容値を下回っているときには実回転速度Ｎｅを高くして目標アイドル回転速度ＮＳＥＴの付近に戻すためステップ２８で前回のフィードバック量に所定値ＺＯＵを加算した値を今回のフィードバック量として、つまり、
ＦＢ＝ＦＢ（前回）＋ＺＯＵ …（３）
ただし、ＦＢ（前回）：前回のＦＢ、
ＺＯＵ：所定値、
の式によりスロットル開度のフィードバック量ＦＢを更新する。これに対して、ステップ２７で回転速度偏差ΔＮが負、つまり実エンジン回転速度Ｎｅが目標アイドル回転速度ＮＳＥＴ＋許容値を上回っているときには実回転速度Ｎｅを低くして目標アイドル回転速度ＮＳＥＴの付近に戻すためステップ２９に進み前回のフィードバック量から所定値ＧＥＮを減算した値を今回のフィードバック量として、つまり、
ＦＢ＝ＦＢ（前回）−ＧＥＮ …（４）
ただし、ＦＢ（前回）：前回のＦＢ、
ＧＥＮ：所定値、
の式によりスロットル開度のフィードバック量ＦＢを更新する。一方、ステップ２６で回転速度偏差ΔＮの絶対値｜ΔＮ｜が許容値以下であるときには実エンジン回転速度Ｎｅが目標アイドル回転速度ＮＳＥＴの付近に収まっていると判断しステップ３０に進み、スロットル開度のフィードバック量を維持、つまり前回のフィードバック量を今回のフィードバック量に移す。

ステップ３１では、このようにして得たスロットル開度のフィードバック量ＦＢをスロットル開度基本値ＴＶＯｂに加算して、つまり
ＴＶＯｍ＝ＴＶＯｂ＋ＦＢ …（５）
の式によりＤレンジアイドル状態での目標スロットル開度ＴＶＯｍを算出する。

このようにして算出した目標スロットル開度ＴＶＯｍは、図示しないフローにおいてステップモータ１５へのステップ数に変換され、このステップ数がステップモータ１５に出力される。これによりアイドル状態で実エンジン回転速度Ｎｅが目標アイドル回転速度ＮＳＥＴと一致するようにスロットル開度のフィードバック制御が行われる。冷間始動後のファーストアイドル状態では、目標アイドル回転速度ＮＳＥＴとしてエンジン暖機完了後の目標アイドル回転速度よりも所定値高い回転速度（例えば１０００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍ程度）が入れられている。

図９は点火時期を算出すると共に、燃焼形態に応じた燃料噴射時期及びバルブオーバーラップ指示フラグを設定するためのもので、図８のフローに続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

ここで、均質燃焼での点火時期は圧縮上死点前にあり、超リタード成層燃焼での点火時期は圧縮上死点後にある。このため、圧縮上死点を起点として進角側に計測するクランク角［ｄｅｇＢＴＤＣ］を採用すると、超リタード成層燃焼での点火時期は負の値となって扱いにくい。そこで、本実施形態では、例えば吸気下死点（ＢＤＣ）を起点として遅角側に計測するクランク角［ｄｅｇＡＢＤＣ］を採用している。このように点火時期の起点を取り直すことで、均質燃焼時、超リタード成層燃焼時のいずれも点火時期を正の値で扱うことができる。

ステップ４１ではアイドル状態であるか否かをみる。アイドル状態であるときにはステップ４２に進み、始動完了フラグ（図６により設定済み）をみる。始動完了フラグ＝０であるときにはまだエンジンの始動が完了していないと判断してステップ４３に進み、バルブオーバーラップ指示フラグ＝０とする。バルブオーバーラップ指示フラグはアイドル状態であっても吸気中心角を進角補正してバルブオーバーラップが生じるよう吸気ＶＴＣ機構３１のアクチュエータ３１ａに指示するためのフラグで、バルブオーバーラップ指示フラグ＝０のときには、バルブオーバーラップが生じることは指示されない。

ステップ４４では点火時期ＡＤＶ［ｄｅｇＡＢＤＣ］に所定値ＡＤＶ０［ｄｅｇＡＢＤＣ］を入れる。所定値ＡＤＶ０は均質燃焼で始動を行わせるときの最適な点火時期、つまりＭＢＴより若干遅角側の点火時期である。ステップ４５では均質燃焼での燃料噴射時期を設定する。均質燃焼での燃料噴射時期は吸気行程前半にある。

ステップ４２で始動完了フラグ＝１であるときにはエンジンの始動が完了していると判断しステップ４６、４７に進んで燃焼切換フラグ（図７により設定済み）＝１であるか否か、前回に燃焼切換フラグ＝０であったか否かをみる。燃焼切換フラグ＝１かつ前回に燃焼切換フラグ＝０であった、つまり今回に燃焼切換フラグがゼロより１に切換わったときにはステップ４８に進み、バルブオーバーラップ指示フラグ＝１とし、ステップ４９で点火時期ＡＤＶに所定値ＡＤＶ２［ｄｅｇＡＢＤＣ］を入れる。所定値ＡＤＶ２は、スロットル開度を所定値ＴＶＯ１としかつターボチャージャにより過給を行っている状態における、成層燃焼での点火時期の遅角側燃焼安定限界である。

ステップ５０では成層燃焼での燃料噴射時期を設定する。成層燃焼での燃料噴射時期はウォールガイド方式の場合、１回目は圧縮行程前半、２回目は圧縮行程後半にある。

一方、ステップ４６、４７で燃焼切換フラグ＝１かつ前回にも燃焼切換フラグ＝１であった、つまり燃焼切換フラグ＝１が継続しているときにはステップ５１に進み、温度センサ２６により検出される触媒温度Ｔｃａｔと所定値Ｔ２を比較する。所定値Ｔ２は触媒１６が活性化したか否かを判定するための値である。触媒温度Ｔｃａｔが所定値Ｔ２未満であるときにはまだ触媒１６が活性化していないと判断し、ステップ４８、４９、５０に進んでステップ４８、４９、５０の操作を実行する。

触媒１６が未活性であるあいだステップ５１、４８、４９、５０の操作を実行する。これにより、超リタード成層燃焼を行いつつターボチャージャにより過給した吸入空気をオーバーラップを利用して吸気ポート２から排気ポート３へと吹き抜けさせる処理が継続して行われる。

やがてステップ５１で触媒温度Ｔｃａｔが所定値Ｔ２以上になると触媒１６が活性化したと判断し、超リタード成層燃焼をやめて均質燃焼に切換えると共にバルブオーバーラップを中止して吸気中心角を進角補正する前の値に戻すため、ステップ５２に進んでバルブオーバーラップ指示フラグ＝０とする。ステップ５３では点火時期ＡＤＶにＭＢＴの得られる基本点火時期ＡＤＶ３［ｄｅｇＡＢＤＣ］を入れる。ステップ５４では均質燃焼での燃料噴射時期を設定する。均質燃焼での燃料噴射時期は吸気行程前半にある。

触媒温度Ｔｃａｔが所定値Ｔ２以上になると燃焼切換フラグ＝０となるので（図７ステップ１６、１７参照）、このあとにはステップ４６よりステップ５２、５３、５４と進むことになり、ステップ５２、５３、５４の操作を繰り返す。

なお、図９では、触媒温度Ｔｃａｔが所定値Ｔ２以上となったタイミングで点火時期を所定値ＡＤＶ２から基本点火時期ＡＤＶ３へとステップ的に切換える場合を示しているが、これに限らず、触媒温度Ｔｃａｔが所定値Ｔ２以上となったタイミングより点火時期を所定の傾きで基本点火時期ＡＤＶ３へと切換えるようにしてもかまわない。

図１０は目標吸気中心角、目標排気中心角を算出するためのもので、図９のフローに続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。なお、ここでのフローは、吸気ＶＴＣ機構３１のみを用いてバルブオーバーラップを生じさせる場合のものである。

ステップ６１ではエンジンの負荷と回転速度Ｎｅから所定のマップを検索することにより基本吸気中心角（吸気中心角の基本値）ｔＶＴＣｉ０を算出する。ここで、基本吸気中心角ｔＶＴＣｉ０の単位としては、例えば図３に示したように吸気下死点（吸気ＢＤＣ）から進角側に計測したクランク角［ｄｅｇＢＢＤＣ］とする。なお、基本吸気中心角の算出方法は公知である。例えば、特開２００６−５７５７３号公報にその詳細が記載されている。

ステップ６２ではエンジンの負荷と回転速度Ｎｅから所定のマップを検索することにより基本排気中心角（排気中心角の基本値）ｔＶＴＣｅ０を算出する。ここで、基本排気中心角ｔＶＴＣｅ０の単位も、図３に示したように吸気下死点から進角側に計測したクランク角［ｄｅｇＢＢＤＣ］とする。

ステップ６３、６４では、アイドル状態であるか否か、バルブオーバーラップ指示フラグ（図９により設定済み）＝１であるか否かをみる。アイドル状態でかつバルブオーバーラップ指示フラグ＝１であるときだけステップ６５に進む。アイドル状態で算出される上記基本吸気中心角ｔＶＴＣｉ０及び基本排気中心角ｔＶＴＣｅ０によれば、図３実線に示したように吸気バルブ５の開期間と排気バルブ６の開期間とが重ならない状態で吸気バルブ５と排気バルブ６とが開閉される。

ステップ６５では、排気ポート３の排気温度Ｔｅｐと所定値Ｔｅｐ１を比較する。所定値Ｔｅｐ１は、アイドル状態で吸気系の吸入空気を吸気ポート２から燃焼室４を介して排気ポート３に吹き抜けさせても排気ポート３で後燃え（後酸化）が生じない温度の上限値である。所定値Ｔｅｐ１は、エンジン仕様には依存せず、使用燃料の燃料組成に依存する値で、例えば約６００℃である。

排気ポート排気温度Ｔｅｐは算出させればよい。例えば、エンジン冷却水温Ｔｗをパラメータとする排気ポート排気温度のテーブルを適合により予め作成しておき、エンジン冷却水温Ｔｗからこのテーブルを検索することにより排気ポート排気温度Ｔｅｐを算出する。このようにして算出される排気ポート排気温度Ｔｅｐが所定値Ｔｅｐ１を超えていれば、ステップ６６に進み、基本排気中心角ｔＶＴＣｅ０を目標排気中心角ｔＶＴＣｅ［ｄｅｇＢＢＤＣ］に移す。

ステップ６７では、ステップ６１で得ている基本吸気中心角ｔＶＴＣｉ０に上記（１）式の進角補正量［ｄｅｇ］（＝Ｏ／Ｌ１＋Δ）を加算した値を目標吸気中心角ｔＶＴＣｉ［ｄｅｇＢＢＤＣ］として、つまり
ｔＶＴＣｉ＝ｔＶＴＣｉ０＋進角補正量 …（６）
の式により目標吸気中心角ｔＶＴＣｉ［ｄｅｇＢＢＤＣ］を算出する。ここで、基本吸気中心角ｔＶＴＣｉ０に進角補正量を加算することは目標吸気中心角ｔＶＴＣｉを進角補正量の分だけ進角させることを意味する。この進角補正によって、図３に示したようにバルブオーバーラップ量が所定値Ｏ／Ｌ１となるオーバーラップが生じ、このオーバーラップを利用して過給された吸入空気が吸気ポート２から排気ポート３へと吹き抜ける。

一方、ステップ６５で排気ポート排気温度Ｔｅｐが所定値Ｔｅｐ１以下であるときには、バルブオーバーラップを生じさせることにより、吸気系の吸入空気を吸気ポート２から燃焼室４を介して排気ポート３に吹き抜けさせても排気ポート３で後燃え（後酸化）が生じないと判断し、このときにはステップ６８に進み、基本排気中心角ｔＶＴＣｅ０から所定の遅角補正量［ｄｅｇ］を減算した値を目標排気中心角ｔＶＴＣｅ［ｄｅｇＢＢＤＣ］とする。ここで、遅角補正量を減算することは目標排気中心角ｔＶＴＣｅを遅角補正量の分だけ遅角させることを意味し、目標排気中心角ｔＶＴＣｅを遅角補正量の分だけ遅角させると、排気バルブ開時期ＥＶＯが遅角補正量の分だけ遅くなる。排気バルブ開時期ＥＶＯが遅くなると、そのぶん燃焼室４内でのＨＣの燃焼が促進される。この燃焼室４内における燃焼の促進により排気ポート３の排気温度が上昇し、触媒１６の活性化が早くなり、テールパイプ出口のＨＣ濃度も低減できる。上記の遅角補正量は適合により定める。

ステップ６９では、ステップ６１で得ている基本吸気中心角ｔＶＴＣｉ０に上記（１）式の進角補正量［ｄｅｇ］（＝Ｏ／Ｌ１＋Δ）を加算した値からステップ６８で用いた遅角補正量を減算した値を目標吸気中心角ｔＶＴＣｉ［ｄｅｇＢＢＤＣ］として、つまり
ｔＶＴＣｉ＝ｔＶＴＣｉ０＋進角補正量−遅角補正量 …（７）
の式により目標吸気中心角ｔＶＴＣｉ［ｄｅｇＢＢＤＣ］を算出する。ここで、遅角補正量だけ目標吸気中心角を減算（遅角）する理由は次の通りである。すなわち、ステップ６８では基本排気中心角ｔＶＴＣｅ０を遅角補正量の分だけ遅角させることによって、排気バルブ閉時期ＥＶＣを遅角補正量の分だけ遅角させている。ということは、吸気バルブ５のバルブタイミング（吸気中心角）が変わらなければ、バルブオーバーラップ量は、排気中心角の遅角補正量の分だけ大きくなってしまう。そこで、排気バルブ閉時期ＥＶＣを遅角補正量の分だけ遅角させても、つまり排気バルブ閉時期ＥＶＣを遅角補正量の分だけ遅角させても、バルブオーバーラップ量が所定値Ｏ／Ｌ１に保たれるようにするため、遅角補正量の分だけ目標吸気中心角を遅角側に移動させるようにしたものである。

ステップ６３、６４でアイドル状態でない場合やバルブオーバーラップ指示フラグ＝０である場合にはステップ７０、７１に進み、基本吸気中心角ｔＶＴＣｉ０を目標吸気中心角ｔＶＴＣｉ［ｄｅｇＢＢＤＣ］に、基本排気中心角ｔＶＴＣｅ０を目標排気中心角ｔＶＴＣｅ［ｄｅｇＢＢＤＣ］に移す。

このようにして算出した目標吸気中心角ｔＶＴＣｉ、目標排気中心角ｔＶＴＣｅは、吸気ＶＴＣ機構３１のアクチュエータ３１ａ、排気ＶＴＣ機構３２のアクチュエータ３２ａに与える指令値に変換され、これら各指令値が吸気ＶＴＣ機構３１のアクチュエータ３１ａ、排気ＶＴＣ機構３２のアクチュエータ３２ａに出力される。

ここで、本実施形態の作用効果を説明する。

本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、排気通路８に設けられる触媒１６と、ターボチャージャ（燃焼室４に供給される吸入空気を過給する過給装置）と、吸気ＶＴＣ機構３１、排気ＶＴＣ機構３２（吸気バルブの開閉タイミングと排気バルブの開閉タイミングとの少なくとも一方を調整可能な可変動弁装置）と、点火時期の遅角を含む触媒早期暖機を行う触媒早期暖機手段（超リタード成層燃焼を行う超リタード成層燃焼実現手段）（図８のステップ２４、図９のステップ４９、５０参照）とを備え、アイドル状態で触媒１６が不活性状態にある場合に、触媒早期暖機を行わせる（図８のステップ２１、２２、２４、図９のステップ４１、４２、４６、４７、４９、５０、ステップ４６、４７、５１、４９、５０参照）と共に、ターボチャージャ（過給装置）を駆動して過給状態とし、かつこの過給状態で吸気ＶＴＣ機構３１、排気ＶＴＣ機構３２を用いてバルブオーバーラップを生じさせるので（図１０のステップ６１、６２、６３、６４、６６、６７参照）、バルブオーバーラップにより燃焼室４からの熱をもらって昇温した吸入空気が排気ポート３に送り込まれ、燃焼室４内で燃えなかったＨＣが排気ポート３で効率よく後燃えすることとなり、排気ポート３での後燃え（後酸化）を促進させることができる。すなわち、排気ポート出口（エンジン出口）で現状より未燃ＨＣの濃度が減少し、その分だけ触媒容量を小さくすることが可能となり、触媒コストを下げることができる。

また、アイドル状態であっても過給を行っているため過給状態でない場合よりも多くの燃焼ガスを排気通路８に送り込めることから、触媒１６入口に到達するまでのヒートマスに排気熱が消費されるにしても触媒１６まで高温で到達する排気の量が増えることとなり、触媒１６の活性化を早めることができる。

さらに、ターボチャージャであれば、２次空気供給装置を導入せずに排気ポート３での後燃えを促進させることができ、２次空気供給装置を導入する場合に比べて排気温度の低下を少ないものとすることができる。

過給により、コレクタ圧がターボチャージャを備えない場合との差圧ΔＰの分だけ高くなると、差圧ΔＰの分だけ燃焼室４に流入する吸入空気量が増え、エンジンの発生するトルクが増加するので、同じ目標アイドル回転速度（ファーストアイドル回転速度）を保つのであれば、この差圧ΔＰに応じたトルク増加分だけ点火時期をさらに遅角できる。本実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、燃焼室内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁１３を備え、触媒早期暖機手段は、点火時期を圧縮上死点後に設定して火花点火を行う一方、燃料噴射弁１３を用いて燃料噴射時期を圧縮行程または膨張行程に設定した燃料噴射を行い、これら火花点火と燃料噴射とで成層燃焼を実現すると共に、スロットル開度をアイドル相当値ＴＶＯｉｄｌより所定値大きくすることにより点火時期の圧縮上死点後への設定に伴うエンジントルクの低下分を相殺して目標アイドル回転速度が得られるようにした超リタード成層燃焼実現手段である場合に、点火時期を前記点火時期の圧縮上死点後への設定値（ＡＤＶ１）よりもさらに所定値ΔＡＤＶ遅角するので（図９のステップ４９参照）、排気ポート３で生じる後燃えガス量が増え、触媒１６の活性化をさらに早めることができる。

吸気系の吸入空気を吸気ポート２から燃焼室４を介して排気ポート３に送り込んでも排気ポート３で後燃えが生じないのであれば、バルブオーバーラップを生じさせることが無駄に終わってしまうのであるが、本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、バルブオーバーラップを生じさせることにより、吸気系の吸入空気を吸気ポート２から燃焼室４を介して排気ポート３に吹き抜けさせても、排気ポート３の温度が後燃えが生じない温度（６００℃以下）である場合に、排気バルブ開時期ＥＶＯを遅角させるので（図１０のステップ６２、６３、６４、６５、６８参照）、燃焼室４内でのＨＣの燃焼が促進され、この燃焼室４内における燃焼促進により、排気ポート３が後燃えが生じる温度にまで上昇し、これによって吸気系の吸入空気を吸気ポート２から燃焼室４を介して排気ポート３に送り込んだだけでは排気ポート３で後燃えが生じない場合においても、触媒１６の活性化を早めることができ、テールパイプＨＣ出口のＨＣ濃度も低減できる。

本実施形態（請求項６に記載の発明）によれば、アイドル状態で触媒１６が不活性状態にある場合が、冷間始動直後のアイドル状態である場合であるので、特にＨＣ濃度が高くなる冷間始動直後のアイドル状態でのＨＣ濃度を効果的に低減できる。

実施形態では、アイドル状態が冷間始動直後のアイドル状態である場合で説明したが、エンジン暖機完了後のアイドル状態である場合にも触媒１６が不活性状態となることがあるので、この場合にも本発明を適用することができる。

実施形態では、過給装置を備える場合で説明したが、過給装置を備えない自然吸気エンジンに対しても本発明を適用することができる。すなわち、過給装置を備えない自然吸気エンジンにおいてアイドル状態で吸気ポートに比べて排気ポートが低圧となれば、可変動弁装置を用いてオーバーラップを生じさせることによって、吸気系の吸入空気を吸気ポートから燃焼室を介して排気ポートに吹き抜けさせることが可能となる。

実施形態では、触媒早期暖機手段が超リタード成層燃焼実現手段である場合であったが、これに限定されるものでなく、超リタード成層燃焼実現手段に代えて、特許文献１に記載の触媒早期暖機手段や、単に点火時期を遅角するだけの触媒早期暖機手段を用いることができる。

請求項１において触媒早期暖機手段の機能は図８のステップ２４、図９のステップ４９、５０により、制御手段の機能は図９のステップ４１、４２、４６、４７、４８、４９、５０、ステップ４６、４７、５１、４８、４９、５０、図１０のステップ６１、６２、６３、６４、６６、６７によりそれぞれ果たされている。

本発明の第１実施形態のエンジンの排気浄化装置の概略構成図。 エンジンの冷間始動からアイドル状態を保った場合のエンジン回転速度、燃焼切換フラグ、スロットル開度、コレクタ圧、バルブオーバーラップ量、吹き抜け空気量、点火時期、排気ポートの排気温度、排気中の酸素濃度の変化を示すタイミングチャート。 エンジンの冷間始動からアイドル状態を保った場合のエンジン回転速度、燃焼切換フラグ、スロットル開度、コレクタ圧、バルブオーバーラップ量、吹き抜け空気量、点火時期、触媒温度、触媒入口のＨＣ濃度の変化を示すタイミングチャート。 吸排気バルブのリフト特性図。 バルブオーバーラップを生じさせるときの吸排気バルブのバルブタイミング図。 バルブオーバーラップ量と排気中の酸素濃度との関係をシミュレーションした特性図。 始動完了フラグの設定を説明するためのフローチャート。 燃焼切換フラグの設定を説明するためのフローチャート。 目標スロットル開度の算出を説明するためのフローチャート。 点火時期の算出と、燃料噴射時期、バルブオーバーラップ指示フラグの設定とを説明するためのフローチャート。 目標吸気中心角、目標排気中心角の算出を説明するためのフローチャート。

符号の説明

２ 吸気ポート
３ 排気ポート
４ 燃焼室
５ 吸気バルブ
６ 排気バルブ
８ 排気通路
１３ 燃料噴射弁
１４ 点火プラグ
１６ 触媒
２１ エンジンコントローラ
３１ 吸気ＶＴＣ機構（可変動弁装置）
３２ 排気ＶＴＣ機構（可変動弁装置）

Claims (5)

1. 燃焼室内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁と、
   排気通路に設けられる触媒と、
   燃焼室に供給する吸入空気を過給する過給装置と、
   吸気バルブの開閉タイミングと排気バルブの開閉タイミングとの少なくとも一方を調整可能な可変動弁装置と、
   点火時期を圧縮上死点後の第１所定値に設定して火花点火を行う一方、前記燃料噴射弁を用いて燃料噴射時期を圧縮行程または膨張行程に設定した燃料噴射を行い、これら火花点火と燃料噴射とで成層燃焼を実現すると共に、スロットル開度をアイドル相当値より所定値大きくすることにより前記第１所定値への設定に伴うエンジントルクの低下分を相殺して目標アイドル回転速度が得られるようにした超リタード成層燃焼実現手段と、
   アイドル状態で前記触媒が不活性状態にある場合に、前記超リタード成層燃焼実現手段を働かせて触媒早期暖機を行わせると共に、吸気通路内の圧力が大気圧より高く過給された状態で前記可変動弁装置を用いてバルブオーバーラップを生じさせる制御手段と、
   アイドル状態で前記触媒が不活性状態にある場合に、前記吸気通路内の圧力が大気圧より高く過給された状態であるとき、点火時期を前記第１所定値よりもさらに所定値大きな第２所定値まで遅角する点火時期遅角手段と
   を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 前記第１所定値より前記第２所定値へと大きくするための前記所定値は、前記過給状態にしたことによる非過給状態からの吸入吸気量の増加分に対応した値であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
3. 前記バルブオーバーラップを生じさせることにより、吸気系の吸入空気を吸気ポートから燃焼室を介して排気ポートに吹き抜けさせても、排気ポートの温度が後燃えが生じない温度である場合に、前記排気バルブの開時期を遅角させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
4. 前記排気ポートの温度が後燃えが生じない温度は６００℃以下であることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
5. 前記アイドル状態は、冷間始動直後のアイドル状態またはエンジン暖機完了後のアイドル状態であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。

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