JP5299586B2 - 火花点火式エンジンの制御方法及び火花点火式エンジン - Google Patents

Description

本発明は、シリンダに形成された燃焼室内の混合気に点火可能な点火プラグと、排ガスを浄化可能な触媒とを備えた火花点火式エンジンの制御方法及び火花点火式エンジンに関する。

従来、エンジンを備えた車両等、エンジンでの燃焼時に生成される有害物質の大気中への放出を抑制するために、排気通路にエンジンからの排ガスを浄化可能な触媒を有する前記有害物質の放出量をより確実に小さく抑えるために、前記触媒を早期に活性化させるための技術の開発が行われている。

例えば、特許文献１には、ディーゼルエンジンと触媒とを備えたシステムであって、ディーゼルエンジンの始動後、触媒に流れる排ガスの熱エネルギを通常の運転時よりも大きくしたシステムが開示されている。このシステムでは、触媒の温度がより早期に活性化温度にまで上昇する。

車両等に設けられるエンジンでは、前記触媒の早期活性化のために、また、燃焼安定性の向上ひいては燃費性能の向上およびエンジンから排出される排ガス性能の向上のために、エンジンが早期に暖機されることが望まれている。これに対して、前記従来のシステムでは、エンジンの始動後エンジンで生成された燃焼エネルギの多くが排気エネルギとして排気側に排出される。そのため、エンジン自体を温めるためのエネルギが小さくなり、これにより、エンジンが早期に暖機されないという問題がある。

特許第４１８２７７０号公報

上記の問題を解決するために、本発明の火花点火式エンジンの制御方法は、シリンダに形成された燃焼室内の混合気に点火可能な点火プラグと、排気通路上に設けられて当該排気通路内の空燃比が理論空燃比近傍にある状態で排ガス中の炭素水素、一酸化炭素および窒素酸化物を浄化可能な触媒と、前記触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出手段とを備え、燃焼室内の混合気に点火可能であるとともに、前記エンジンの少なくとも排気バルブの開閉時期を変更可能な火花点火式エンジンの制御方法であって、エンジンの始動が完了してエンジンが自律回転を開始した時点から、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点までの間にわたって、エンジンの出力トルクが最大になる点火時期であるＭＢＴよりも遅角側に設定された点火時期で、前記混合気に点火する第１工程と、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記燃焼室内の混合気中の既燃ガスの割合が前記第１工程実施中における当該既燃ガスの割合よりも増大するように、排気バルブの開弁時期及び／又は閉弁時期を変更する第２工程と、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記燃焼室内の混合気に点火する第３工程とを有する。

この方法によれば、触媒を早期に活性化することができるとともにエンジンを早期に暖機することができる。

本発明の実施形態に係る火花点火式エンジンの全体構成を示した図である。 排ガスの温度と三元触媒本体の浄化率との関係を示したグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る火花点火式エンジンの制御方法を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る火花点火式エンジンの制御方法を用いてエンジンを制御した結果を示すタイムチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る火花点火式エンジンにおける排気バルブの開弁動作を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る火花点火式エンジンの制御方法を示すフローチャートである。

本発明に係る火花点火式エンジンの第１の実施形態について、図１から図４を参照しながら説明する。

図１は火花点火式エンジン１００の概略構成図である。この火花点火式エンジン１００は、シリンダヘッド９およびシリンダブロック１１を有するエンジン本体１と、エンジン制御用のＥＣＵ（制御装置）２と、各種補機類とを備えている。前記エンジン本体１は、ガソリンエンジンであって、ガソリンを主成分とする燃料の燃焼により駆動される。なお、前記燃料は、全てガソリンであってもよいし、ガソリンにエタノール（エチルアルコール）等を含有させたものでもよい。

前記シリンダブロック１１とシリンダヘッド９との内部には、複数のシリンダ１２が形成されている。各シリンダ１２には、ピストン１３がそれぞれ嵌挿されている。本実施形態では、エンジン本体１には、４つのシリンダ１２が形成されている。各ピストン１３の上面とシリンダヘッド９との間には、それぞれ燃焼室１４が形成されている。前記ピストン１３は、クランクシャフト３に連結されている。本実施形態では、エンジン本体１の幾何学的圧縮比は１５以上に設定されている。この１５以上という値は、一般的なガソリンエンジンの幾何学的圧縮比である９〜１１に対して高い。

前記エンジン本体１には、クランクシャフト３の回転角を検出するクランク角センサ８２が設けられている。ＥＣＵ２は、このクランク角センサ８２から出力される検出信号に基づいて、エンジン回転数ＮＥを算出する。エンジン本体１には、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ（エンジン水温検出手段）８３が設けられている。エンジン冷却水は、前記シリンダヘッド９とシリンダブロック１１に形成されたウォータージャケットを流れる。

各シリンダ１２の燃焼室１４の頂部には、点火プラグ１５が設置されている。各点火プラグ１５の先端は、各燃焼室１４内に臨んでいる。各点火プラグ１５は、点火回路装置２７と電気的に接続されている。点火回路装置２７は、火花放電用の電力を生成する。各点火プラグ１５は、この点火回路装置２７からの給電に応じて、所定のタイミングで燃焼室１４内の混合気に火花を放電する。

前記各燃焼室１４の側方には、それぞれインジェクタ１６が設けられている。各インジェクタ１６は、各燃焼室１４内に、ガソリンを主成分とする燃料を直接噴射する。

前記各シリンダ１２の上部には、それぞれ２つの吸気ポート１７および２つの排気ポート１８が設けられている。各ポート１７，１８は、燃焼室１４と連通している。吸気は、吸気ポート１７を通って燃焼室１４内に流入する。燃焼室１４内のガスは、排気ポート１８を通って燃焼室１４の外部に排出される。各吸気ポート１７と燃焼室１４との連結部分には、吸気バルブ１９が設けられている。吸気バルブ１９は、吸気ポート１７を開閉して、吸気ポート１７と燃焼室１４とを連通あるいは遮断する。各排気ポート１８と燃焼室１４との連結部分には排気バルブ２０が設けられている。排気バルブ２０は、排気ポート１８を開閉して、排気ポート１８と燃焼室１４とをから連通あるいは遮断する。前記吸気バルブ１９は、吸気バルブ駆動機構３０により駆動されることで、所定のタイミングで吸気ポート１７を開閉する。また、前記排気バルブ２０は、排気バルブ駆動機構４０により駆動されて、所定のタイミングで排気ポート１８を開閉する。

前記吸気バルブ駆動機構３０は、吸気バルブ１９に連結された吸気カムシャフト３１と吸気ＶＶＴ３２とを有している。吸気カムシャフト３１は、周知のチェーン／スプロケット機構等の動力伝達機構を介して、クランクシャフト３に連結されている。吸気カムシャフト３１は、クランクシャフト３の回転に伴い回転して、吸気バルブ１９を開閉する。

前記吸気ＶＶＴ３２は、吸気バルブ１９のバルブタイミングを変更する。この吸気ＶＶＴ３２は、前記カムシャフト３１と同軸に配置されている。吸気ＶＶＴ３２は、クランクシャフト３により直接駆動される所定の被駆動軸と、吸気カムシャフト３１と、の間の位相差を変更する。このように、吸気ＶＶＴ３２は、クランクシャフト３と前記吸気カムシャフト３１との間の位相差を変更することで、吸気バルブ１９のバルブタイミングを変更する。吸気ＶＶＴ３２は、例えば、液圧式機構や電磁式機構等がある。液圧式の吸気ＶＶＴは、前記被駆動軸と前記吸気カムシャフト３１との間に周方向に並ぶ複数の液室を有する。液圧式の吸気ＶＶＴは、これら液室間に圧力差を発生させることで、前記位相差を変更する。電磁式の吸気ＶＶＴは、前記被駆動軸と前記吸気カムシャフト３１との間に設けられた電磁石を有する。電磁式の吸気ＶＶＴは、前記電磁石に電力を付与することで、前記位相差を変更する。この吸気ＶＶＴ３２は、ＥＣＵ２で算出された吸気バルブ１９の目標バルブタイミングに基づいて、前記位相差を変更する。

前記排気弁駆動機構４０は、前記吸気バルブ駆動機構３０と同様の構造を有している。すなわち、排気弁駆動機構４０は、排気バルブ２０およびクランクシャフト３に連結された排気カムシャフト４１と、排気ＶＶＴ（可変バルブタイミング機構）４２とを有している。排気ＶＶＴ４２は、排気カムシャフト４１とクランクシャフト３との位相差を変更して、排気バルブ２０のバルブタイミングを変更する。排気ＶＶＴ４２は、ＥＣＵ２で算出された排気バルブ２０の目標バルブタイミングに基づいて、前記位相差を変更する。そして、排気カムシャフト４１は、排気バルブ２０を前記目標バルブタイミングで開閉駆動する。

なお、本実施形態では、前記吸気ＶＶＴ３２および排気ＶＶＴ４２は、吸気バルブ１９および排気バルブ２０の開弁期間及びリフト量をそれぞれ一定に保ったまま、吸気バルブ１９および排気バルブ２０の開タイミング（開弁時期）と閉タイミング（閉弁時期）とをそれぞれ変更する。つまり吸気バルブ１９および排気バルブ２０のバルブ・プロファイルは、一定に保たれる。

前記吸気ポート１７は、吸気管２２に接続されている。この吸気管２２には、スロットル弁５０が設けられている。このスロットル弁５０は、吸気管２２の開口面積を変更して、外部からこの吸気管２２を通って各シリンダ１２に流入する吸入空気量を変更する。このスロットル弁５０は、スロットルアクチュエータ５６により駆動される。このスロットルアクチュエータ５６は、前記スロットル弁５０の開度がＥＣＵ２で算出された目標スロットル開度となるように、このスロットル弁５０を駆動する。前記吸気管２２には、吸入空気量を検出する吸気量センサ８６が設けられている。

前記排気ポート１８は、排気管（排気通路）２４に接続されている。この排気管２４には、触媒装置６０が設けられている。この触媒装置６０は、ケーシング６１と、このケーシング６１内に収容された三元触媒本体（触媒）６２とを有している。この三元触媒本体６２は、排ガス中のＨＣ（炭素水素）、ＣＯ（一酸化炭素）およびＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化可能であり、いわゆる三元触媒機能を有する。この三元触媒本体６２は、排ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘをそれぞれＨ２Ｏ、ＣＯ２、Ｎ２にして無害化する。三元触媒本体６２に流入する排ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくなるほど、この三元触媒本体６２のＨＣとＣＯの浄化率は高くなる。三元触媒本体６２に流入する排ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さくなるほど、三元触媒本体６２のＮＯｘの浄化率は高くなる。三元触媒本体６２に流入する排ガスの空燃比が理論空燃比近傍において、三元触媒本体６２は、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを高い浄化率で同時に浄化する。また、この三元触媒本体６２は、活性化温度以上になることではじめて活性化し、ＨＣ等を浄化する。

前記排気管２４のうち前記触媒装置６０よりも上流の部分には、排ガス温度センサ８７、および、空燃比センサ８８が設けられている。排ガス温度センサ８７は、排気管２４を通過する排ガスの温度を検出する。空燃比センサ８８は、排気管２４を通過する排ガスの空燃比を検出する。

前記ＥＣＵ２は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラである。ＥＣＵ２は、ＣＰＵと、メモリと、Ｉ／Ｏバスとを備えている。ＣＰＵは、プログラムを実行する。メモリは、ＲＡＭやＲＯＭからなりプログラム及びデータを格納する。Ｉ／Ｏバスは、各種信号の入出力を行なう。

このＥＣＵ２は、前記Ｉ／Ｏバスを介して、前記クランク角センサ８２、水温センサ８３、吸気量センサ８６、およびアクセルセンサ８５等の各センサからの検出信号を受ける。ＥＣＵ２は、これらの検出信号に基づき、種々の演算を行なう。アクセルセンサ８５は、運転者のアクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検出する。

ＥＣＵ２は、点火回路装置２７、インジェクタ１６、スロットル弁５０、吸気ＶＶＴ３２、排気ＶＶＴ４２等にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。

前記ＥＣＵ２は、その主な機能要素として、バルブタイミング制御部１０２、点火制御部１０４、吸気量制御部１０６、インジェクタ制御部１０８を有している。

前記バルブタイミング制御部１０２は、前記排気ＶＶＴ４２および吸気ＶＶＴ３２の動作を制御する。バルブタイミング制御部１０２は、排気バルブ２０の開弁時期と閉弁時期、吸気バルブ１９の開弁時期と閉弁時期とを、エンジンの運転状態に応じて適宜変更する。この排気バルブ２０の閉弁時期と吸気バルブ１９の開弁時期の変更は、排気上死点付近において、排気バルブ２０と吸気バルブ１９とがともに開弁するオーバーラップ期間、すなわち、吸気バルブ１９の開弁時期から排気バルブ２０の閉弁時期までの期間を変更する。あるいは、排気バルブ２０の閉弁時期と吸気バルブ１９の開弁時期の変更は、排気上死点付近において、排気バルブ２０と吸気バルブ１９とがともに閉弁している期間、すなわち、排気バルブ２０の閉弁時期から吸気バルブ１９の開弁時期までの期間（ネガティブオーバーラップ期間）を変更する。このバルブタイミング制御部１０２は、排気バルブ２０の閉弁時期を変更することにより、燃焼室１４内に残留する既燃ガスすなわち内部ＥＧＲガスの量を変更する。

前記点火制御部１０４は、前記点火回路装置２７から点火プラグ１５への給電を制御する。点火制御部１０４は、前記点火プラグ１５が火花放電して混合気に点火するタイミング（点火時期）等を変更する。

前記吸気量制御部１０６は、前記スロットルアクチュエータ５４を駆動してスロットル弁５０の開度を変更する。この変更は、燃焼室１４内に流入する吸入空気（新気）の量を変更する。

前記インジェクタ制御部１０８は、前記インジェクタ１６から燃焼室１４に噴射される燃料の噴射時期や噴射量（噴射時間）等を変更する。

インジェクタ制御部１０８による噴射量の変更と、前記吸気量制御部１０６あるいはバルブタイミング制御部１０２による吸入空気量の変更は、燃焼室１４内の混合気の空燃比を変更する。

具体的には、インジェクタ制御部１０８は、前記吸気量センサ８６により検出された吸入空気量に基づいて、混合気の空燃比が所定の空燃比となるように噴射量を制御する。なお、本実施形態では、インジェクタ制御部１０８は、前記空燃比センサ８８により検出された空燃比に基づいて、前記噴射量を補正する。この補正は、空燃比をより精度よく目標の空燃比にする。

前記ＥＣＵ２がエンジンが運転条件に応じて具体的にどのように制御するかを、図３のフローチャートを用いて説明する。

前記ＥＣＵ２は、ステップＳ１にて、前記水温センサ８３が検出したエンジン冷却水の温度、前記排ガス温度センサ８７が検出した排気管２４のうち触媒装置６０よりも上流の排ガスの温度、前記吸気量センサ８６が検出した吸入空気量、前記クランク角センサ８２が検出した検出信号等を読み込む。また、ＥＣＵ２は、前記クランク角センサ８２からの検出信号に基づいて、エンジン回転数ＮＥを算出する。

次に、ステップＳ２にて、ＥＣＵ２は、エンジン本体１の始動が完了してエンジン本体１が自律回転を開始したかどうかを判定する。本実施形態では、ＥＣＵ２は、エンジン回転数ＮＥが予め設定された始動判定回転数Ｎ１以上となると、エンジン本体１の始動が完了したと判定する。前記始動判定回転数Ｎ１は、例えば、５００ｒｐｍに設定されている。

ＥＣＵ２は、前記ステップＳ２でＮＯと判定する（エンジン本体１の始動が完了していない）とステップＳ１に戻る。一方、ＥＣＵ２は、ステップＳ２でＹＥＳとする（エンジン本体１の始動が完了している）と、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、ＥＣＵ２は、前記三元触媒本体６２が未活性状態かどうかを判定する。本実施形態では、ＥＣＵ２は、エンジン始動後から現時点までの間に触媒装置６０に流入した排ガスの流量、この排ガスの温度、および、この排ガスの空燃比に基づいて、三元触媒本体６２の温度Ｔｃを推定する。ＥＣＵ２は、三元触媒本体６２の推定温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１未満であると、三元触媒本体６２が未活性状態と判定する。排ガスの流量は、前記吸気量センサ８６等の検出値から算出される。排ガスの温度は、前記排ガス温度センサ８７が検出する。空燃比は、前記空燃比センサ８８が検出する。この活性化温度Ｔｃ１は、例えば、３００℃に設定されている。本実施形態では、前記吸気量センサ８６、排ガス温度センサ８７、空燃比センサ８８およびＥＣＵ２が、触媒装置６０の温度を推定する触媒温度検出手段として機能する。

触媒装置６０の温度を直接検出する検出装置が設けられてもよい。この場合には、この検出装置が三元触媒本体６２の温度Ｔｃを直接検出する。ＥＣＵ２は、この検出温度が活性化温度Ｔｃ１未満かどうかを判定する。

ＥＣＵ２は、前記ステップＳ３でＹＥＳと判定する（三元触媒本体６２の推定温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１未満であって三元触媒本体６２が未活性状態であると判定する）と、ステップＳ１０に進む。ＥＣＵ２は、このステップＳ１０では、三元触媒本体６２を活性化させるための第１の制御を実施する。

前記第１の制御では、前記インジェクタ制御部１０８は、前記インジェクタ１６から噴射される噴射量を調整して、前記燃焼室１４内の混合気の空燃比を第１基準空燃比に制御する（第４工程）。前記第１基準空燃比は、理論空燃比近傍の１４．５以上１５．０以下の間の値に設定されている。前記バルブタイミング制御部１０２は、前記排気ＶＶＴ４２を駆動して、前記排気バルブ２０の閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣを第１閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ１に制御する。第１閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ１は、排気上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側に設定されている。この第１閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ１は、例えば、ＡＴＤＣ（上死点後）５°ＣＡに設定されている。前記点火制御部１０４は、第１工程を実施する。具体的には、点火制御部１０４は、前記点火回路装置２７を駆動して、点火時期ＣＡ＿ｉｇを第１点火時期ＣＡ＿ｉｇ１に制御する。この第１点火時期ＣＡ＿ｉｇ１は、ＭＢＴ（エンジンの出力が最大になる点火時期）よりも遅角側に設定されている。この第１点火時期ＣＡ＿ｉｇ１は、例えば、ＡＴＤＣ（上死点後）２５°ＣＡに設定されている。

このようにして、前記ステップＳ３での判定がＮＯになるまで、すなわち、エンジンの始動後、三元触媒本体６２が活性化するまでの第１期間は、温度の高い排ガスがより多く三元触媒本体６２側に排出される。

具体的には、燃焼室１４内の混合気の空燃比が理論空燃比近傍とされている。そのため、余分な空気により混合気の熱容量が大きくなるのが抑制される。このことは燃焼後のガスの温度が低くなるのを抑制する。また、余分な燃料が吸熱反応することによって混合気の温度が低くなるのが抑制される。このことは、燃焼後のガス温を高くする。また、点火時期がより遅角側にされている。そのため、排気バルブ２０の開弁時において、排気管２４側に流出する排ガスの温度が高くなる。さらに、排気バルブ２０の閉弁時期が排気上死点よりも遅角側とされている。そのため、前記温度の高い排ガスが、より多く排気管２４側に流出する。

このように、本火花点火式エンジン１００では、前記第１期間において第１工程および第４工程を含む前記第１の制御が実施されるため、混合気の燃焼により生成した燃焼エネルギのうちより多くのエネルギが排気管２４側に排出される。このことは、三元触媒本体６２を早期に温める。

なお、排気バルブ２０の閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣは、バルブリフトカーブのうち、緩衝曲線部分の直前のクランク角である。緩衝曲線部分は、排気バルブ２０が閉弁するときに排気バルブ２０とバルブシート間に起きる衝突音を緩和するために設けられている。具体的には、排気バルブ２０の閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣは、バルブリフト量が０．５ｍｍ時点でのクランク角である。同様に、吸気バルブの閉弁時期は、バルブリフトカーブのうち緩衝曲線部分の直前のクランク角である。排気バルブ２０の開弁時期および吸気バルブの開弁時期は、バルブリフトカーブのうち緩衝曲線部分の直後のクランク角である。緩衝曲線部分では、バルブリフト量の変化は相対的に少なく、バルブリフト量の絶対量も少ない。そして、吸気バルブ１９の開弁期間および排気バルブ２０の開弁期間は、バルブリフトカーブのうち開弁側の緩衝曲線部分と閉弁側の緩衝曲線部分とを除外したクランク角期間であり、実質的にエンジン本体１に吸気が流入可能な期間、また、実質的にエンジンから排気が排出可能な期間である。

ここで、前記のように燃焼エネルギの多くが排気エネルギとして排気管２４側に排出されると、冷却損失が低減する。すなわち、前記シリンダヘッド９およびシリンダブロック１１に供給されるエネルギが低減する。そのため、シリンダヘッド９およびシリンダブロック１１の温度の上昇が抑制される。すなわち、燃焼室１４の壁温の上昇が抑制される。このことは、エンジン本体１が暖機するまでの時間を長くする。

これに対して、本発明者等は、前記三元触媒本体６２の浄化率が、流入する排ガス温度に対してヒステリシス特性を有することに着目した。図２に、排ガス温度と三元触媒本体６２の浄化率との関係を表したグラフを示す。図２の横軸は、三元触媒本体６２に流入する排ガスの温度である。図２の縦軸は、三元触媒本体６２の浄化率である。このグラフに示されるように、三元触媒本体６２の浄化率は、排ガスの温度の上昇とともに増加する。しかし、三元触媒本体６２の浄化率は、一旦浄化率が最大値となり三元触媒本体６２が活性化した後は、排ガスの温度がある程度低くても高い値を維持する。これは、一旦活性化した三元触媒本体６２は、流入する排ガスの温度が低下しても自身の反応熱により高温に維持されるためと考えられる。また、温められた前記ケーシング６１からの輻射熱により三元触媒本体６２が高温に維持されるためと考えられる。

このように三元触媒本体６２の活性化後は排ガスの温度が低下しても三元触媒本体６２の活性が維持されるという知見に基づき、本発明者等は、三元触媒本体６２の活性化後は、排ガスの温度を低下させた。そして、本発明者等は、燃焼エネルギのうち排気エネルギとして利用していたエネルギを燃焼室１４の壁温の上昇に利用して、三元触媒本体６２の活性を維持しつつエンジン本体１の暖機の早期化を実現した。

具体的には、ＥＣＵ２は、前記ステップＳ３でＮＯと判定して、三元触媒本体６２が活性状態であると判定した場合に、ステップＳ４に進む。ステップＳ４において、ＥＣＵ２は、エンジン本体１が暖機されていないかどうかを判定する。本実施形態では、ＥＣＵ２は、前記エンジン冷却水の温度Ｔｗが予め設定された暖機判定温度Ｔｗ１未満の場合に、エンジンが暖機されていないと判定する。前記暖機判定温度Ｔｗ１は、例えば、８０℃に設定されている。ＥＣＵ２は、ステップＳ４においてエンジン本体１が暖機されていないと判定した場合には、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１において、ＥＣＵ２は、エンジン本体１を早期に暖機させるために、第２の制御を実施する。第２の制御は、前記ステップＳ１０で実施される第１の制御時に比べて排ガスの温度を低下させて排気エネルギを小さくして冷却損失を増大させる制御である。すなわち、ＥＣＵ２は、燃焼室１４内の混合気中の既燃ガスの割合を第１の制御時よりも増加させる第２工程と、既燃ガスの割合が増加した混合気に点火する第３工程とを実施する。

前記第２の制御において、前記インジェクタ制御部１０８は、前記インジェクタ１６から噴射される噴射量を調整して、前記燃焼室１４内の混合気の空燃比を第２基準空燃比に制御する。第２基準空燃比は、理論空燃比近傍であって１４．５以上１５．０以下に設定されている。このように、本実施形態では、第２の制御においても、燃焼室１４内の混合気の空燃比を理論空燃比近傍に制御する第４工程が継続して実施される。前記バルブタイミング制御部１０２は、第２工程を実施する。具体的には、バルブタイミング制御部１０２は、前記排気ＶＶＴ４２を駆動して、前記排気バルブ２０の閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣを第２閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ２に制御する。第２閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ２は、排気上死点（ＴＤＣ）よりも進角側に設定されている。第２閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ２は、例えば、ＢＴＤＣ（排気上死点前）９０°ＣＡに設定されている。また、前記バルブタイミング制御部１０２は、前記吸気ＶＶＴ３２を駆動して、前記吸気バルブ１９の開弁時期を前記排気バルブ２０の閉弁時期よりも遅角側に制御する。そして、ＥＣＵ２は、吸気バルブ１９と排気バルブ２０とを、排気上死点付近においてともに閉弁させてネガティブオーバーラップさせる。

さらに、前記点火制御部１０４は、第３工程を実施する。具体的には、点火制御部１０４は、前記点火回路装置２７を駆動して、点火時期ＣＡ＿ｉｇを第２点火時期ＣＡ＿ｉｇ２に制御する。第２点火時期ＣＡ＿ｉｇ２は、前記第１点火時期ＣＡ＿ｉｇ１よりも進角側に設定されている。本実施形態では、この第２点火時期ＣＡ＿ｉｇ２は、エンジン冷却水の温度Ｔｗに略比例して進角するように設定されている。例えば、第２点火時期ＣＡ＿ｉｇ２は、エンジン冷却水の温度Ｔｗが２０℃から８０℃の範囲において、ＡＴＤＣ（上死点後）２０°ＣＡからＭＢＴであるＢＴＤＣ２０°ＣＡの範囲に設定されている。

このようにして、前記ステップＳ４の判定がＮＯになるまで、すなわち、三元触媒本体６２の活性化後、エンジン本体１が暖機してエンジン冷却水の温度Ｔｗが暖機判定温度Ｔｗ１以上となるまでの第２期間は、冷却損失が増大されてシリンダブロック１１およびシリンダヘッド９に放出されるエネルギが増大される。

具体的には、第２期間では、前記排気バルブ２０の閉弁時期がより進角側に制御されている。そのため、排気管２４側に排出されずに燃焼室１４内に残留する高温の既燃ガスすなわち内部ＥＧＲガスの量が増大される。この高温の内部ＥＧＲガスが圧縮されることで、燃焼室１４内のガス温は高くなる。燃焼室１４内のガス温の上昇は、シリンダブロック１１およびシリンダブロック９側に放出されるエネルギを増大する。特に、排気バルブ２０と吸気バルブ１９とはネガティブオーバーラップしている。そのため、燃焼室１４の掃気が抑制されることで、内部ＥＧＲガス量が多くなる。また、点火時期が第１の制御時よりも進角されている。そのため、燃焼後の高温のガスはより長時間にわたって燃焼室１４内に留まる。このことは、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド９側に多くの熱エネルギを供給する。さらに、燃焼室１４内の混合気の空燃比が理論空燃比近傍とされている。そのため、混合気の熱容量は小さくなる。熱容量の減少は、燃焼後のガスの温度が低くなるのを抑制する。また、空燃比が理論空燃比近傍であることは、余分な燃料による吸熱反応を回避する。このことは混合気の温度が低くなるのを抑制して、燃焼後のガス温ひいては前記内部ＥＧＲガスの温度を高くする。

このように、本火花点火式エンジン１００では、前記第２期間において、混合気の燃焼により生成した燃焼エネルギのうちより多くのエネルギがシリンダブロック１１およびシリンダヘッド９に供給される、このことは、エンジン本体１の早期暖機を実現する。また、燃焼室１４内の混合気の空燃比が理論空燃比近傍とされる。そのため、エンジン本体１から排出されたＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘは前記三元触媒で浄化される。このことは、排ガス性能を高くする。

前記ステップＳ１１における前記第２の制御によりエンジン本体１が暖機された後は、ＥＣＵ２は、ステップＳ５およびステップＳ１２，１３の通常の制御を実施する。本実施形態では、エンジン回転数が低くエンジン負荷が低い低速低負荷領域に設定されたＨＣＣＩ領域では、圧縮自己着火燃焼が実施される。圧縮自己着火燃焼は、吸気行程時等に燃料が噴射されて、混合気が燃焼室１４内の各所で同時多発的に自着火する燃焼形態である。その他の領域では、火花点火燃焼が実施される。火花点火燃焼は、点火プラグ１５による点火により混合気を強制的に着火して火炎伝播により混合気全体を燃焼させる燃焼形態である。

具体的には、ＥＣＵ２は、前記ステップＳ４においてＮＯと判定して、エンジン冷却水の温度Ｔｗが前記暖機判定温度Ｔｗ１以上となりエンジン本体１が暖機されたと判定すると、ステップＳ５に進む。ＥＣＵ２は、ステップＳ５において、現在の運転条件が前記ＨＣＣＩ領域であるかどうかを判定する。この判定がＹＥＳであって、現在の運転条件がＨＣＣＩ領域の場合は、ＥＣＵ２は、ステップＳ１２に進み、ＨＣＣＩ制御を実施する。

前記ＨＣＣＩ制御では、前記インジェクタ制御部１０８は、前記インジェクタ１６から噴射される噴射量を調整し、前記燃焼室１４内の混合気の空気過剰率ＥＡＲを２以上の値（例えば２．５）に制御する（第７工程）、またはガスの全重量Ｇと燃焼室１４に噴射された燃料の重量Ｆとの関係Ｇ／Ｆが３０以上となるように制御する（第８工程）。また、前記インジェクタ制御部１０８は、吸気行程中に燃料を噴射する。ガスの全重量Ｇは、燃焼室１４内の既燃ガスの重量すなわち内部ＥＧＲガスの重量と、新気の重量との合計である。

また、前記バルブタイミング制御部１０２は前記排気バルブ２０の閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣをＨＣＣＩ用閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ＿ＨＣＣＩに制御する（第５工程）。バルブタイミング制御部１０２は、前記吸気バルブ１９の開弁時期を前記排気バルブ２０の閉弁時期よりも遅角側に制御する。そして、バルブタイミング制御部１０２は、吸気バルブ１９と排気バルブ２０とをネガティブオーバーラップさせる。ＨＣＣＩ用閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ＿ＨＣＣＩは、前記第１閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ１よりも進角側の時期に設定されている。

前記ＨＣＣＩ用閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ＿ＨＣＣＩは、排気上死点よりも進角側の時期に設定されている。前記ＨＣＣＩ用閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ＿ＨＣＣＩは、エンジン回転数とエンジン負荷に応じてそれぞれ適切な値に設定されている。例えば、ＨＣＣＩ用閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ＿ＨＣＣＩは、ＢＴＤＣ６０°ＣＡに設定されている。

前記点火制御部１０４は、圧縮自己着火燃焼をアシストするように、点火プラグ１５によって混合気に点火させる。点火制御部１０４は、前記点火回路装置２７を駆動して、点火時期をＨＣＣＩ用点火時期ＣＡ＿ｉｇ＿ＨＣＣＩに制御する。このＨＣＣＩ用点火時期ＣＡ＿ｉｇ＿ＨＣＣＩは、圧縮上死点（ＴＤＣ）付近に設定されている。このＨＣＣＩ用点火時期ＣＡ＿ｉｇ＿ＨＣＣＩは、エンジン回転数とエンジン負荷に応じてそれぞれ適切な値に設定されている。

このようにして、前記ＨＣＣＩ領域では、燃焼室１４内の混合気がその空燃比が理論空燃比よりもリーンとされて、超リーンの雰囲気下においても失火し難い圧縮自己着火燃焼が行なわれる。このリーン化は、燃焼時に生成するＮＯｘを大幅に減少する。

具体的には、前記排気バルブ２０の閉弁時期がより進角側に制御されている。そのため、内部ＥＧＲガス量が多くなる。この内部ＥＧＲガス量の増加は、混合気の温度を自着火可能な温度にまで昇温して、ＮＯｘを低減しつつ圧縮自己着火燃焼を実現する。なお、本実施形態では、前記のように点火制御部１０４が混合気に点火して、燃焼をアシストしている。このアシストは、失火をより確実に回避する。

一方、前記ステップＳ５の判定がＮＯであって、現在の運転条件がＨＣＣＩ領域ではない場合は、ＥＣＵ２は、ステップＳ１３に進み、ＳＩ制御を実施する。

前記ＳＩ制御では、前記インジェクタ制御部１０８は、前記インジェクタ１６から噴射される噴射量を調整して、前記燃焼室１４内の混合気の空気過剰率ＥＡＲを１．０以下に制御する。また、前記点火制御部１０４は、点火プラグ１５によって混合気に点火させる。点火制御部１０４は、点火時期ＣＡ＿ｉｇをＳＩ燃焼用の点火時期ＣＡ＿ｉｇ＿ＳＩに制御する。このＳＩ燃焼用の点火時期ＣＡ＿ｉｇ＿ＳＩは、ＭＢＴに設定されている。また、前記バルブタイミング制御部１０２は、前記排気バルブ２０の閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣをＳＩ用閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ＿ＳＩに制御する。前記ＳＩ用閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ＿ＳＩは、前記ＨＣＣＩ用閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ＿ＨＣＣＩと同様に、前記第１閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ１よりも進角側である。ＳＩ用閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ＿ＳＩは、エンジン回転数とエンジン負荷に応じてそれぞれ適切な値に設定されている。

このようにして、前記ＨＣＣＩ領域以外の領域であって、混合気の受熱期間が短く混合気の自着火が困難な高回転領域、および、燃料の増大に伴い過早着火等の異常燃焼が起こりやすい高負荷領域では、火花点火燃焼が行なわれて適正な燃焼が実現される。

なお、火花点火式エンジンが過給機を有する場合には、過給により吸入空気量を増大させつつエンジンの有効圧縮比を低下させて燃焼室１４内の温度を低下させることで、高負荷領域においても過早着火等を回避しつつ圧縮自己着火を行なうようにしてもよい。この場合には、前記インジェクタ制御部１０８は、前記燃焼室１４内の混合気の空気過剰率ＥＡＲを２．０以上に制御する。前記点火制御部１０４は、点火時期をＭＢＴよりも遅角側の時期に制御する。

図４に、以上の制御が実施された際の制御結果を示す。

エンジンの始動後、前記第１の制御に含まれる第４工程が実施されることで、燃焼室１４内の混合気の空燃比は理論空燃比（空気過剰率ＥＡＲは１．０）に制御される。また、第１の制御に含まれる第１工程が実施されることで、点火時期ＣＡ＿ｉｇはＭＢＴよりも遅角側の第１点火時期ＣＡ＿ｉｇ１に制御される。排気バルブ２０の閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣはＴＤＣよりも遅角側の第１閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ１に制御される。これらの制御により、排ガスの温度Ｔｅｘは、早期に高い温度Ｔｅｘ１（例えば８００℃）以上にまで高められる。このようにして高いエネルギが排気管２４側に排出される。このことは、エンジン冷却水の温度Ｔｗの上昇を小さく抑える。また、このことは、三元触媒本体６２を急速に昇温させて、時刻ｔ１（例えば始動後２０秒後）で活性化温度Ｔｃ１に上昇させる。

前記三元触媒本体６２の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１以上になると、前記第２の制御が実施される。前述のように、この第２の制御では、第４工程が継続されて、燃焼室１４内の混合気の空燃比は、理論空燃比（空気過剰率ＥＡＲは１．０）に維持される。また、第２の制御に含まれる第３工程が実施されて、点火時期ＣＡ＿ｉｇは、第２点火時期ＣＡ＿ｉｇ２に制御され、第２の制御に含まれる第２工程が実施されて、排気バルブ２０の閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣは、第２閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ２に制御される。前述のように、第２点火時期ＣＡ＿ｉｇ２は、第１点火時期ＣＡ＿ｉｇ１よりも進角側に設定されている。第２閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ２は、ＴＤＣよりも進角側である。この第２の制御は、排ガスの温度ＴｅｘをＴｅｘ２（例えば３００℃）付近まで低下させる。このことは、排気管２４側に排出されるエネルギを小さく抑えて冷却損失を増大させる。この冷却損失の増大は、エンジン冷却水の温度Ｔｗを増加させる。この結果、エンジン冷却水温度Ｔｗは、時刻ｔ２（例えば始動後８０秒後）で暖機判定温度Ｔｗ１以上になる。ここで、排ガスの温度Ｔｅｘは低下するが、図４に示すように、時刻ｔ２において、三元触媒本体６２の温度Ｔｃは活性化温度Ｔｃ１以上に保たれており、三元触媒本体６２は活性状態を維持している。なお、この図４における、排ガスの温度Ｔｅｘは、排気ポート１８内のガス温度である。

エンジン冷却水の温度Ｔｗが暖機判定温度Ｔｗ１以上になると、前記通常の制御が実施される。図４では、前記ＨＣＣＩ制御が実施される（第７または第８工程）。具体的には、前述のように、燃焼室１４の混合気の空気過剰率ＥＡＲは２．５に制御される。またはＧ／Ｆは３０以上に制御される。点火時期ＣＡ＿ｉｇは、ＨＣＣＩ用点火時期ＣＡ＿ｉｇ＿ＨＣＣＩに制御される。排気バルブ２０の閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣは、ＨＣＣＩ用閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ＿ＨＣＣＩに制御される（第５工程）。これらの制御は、燃焼室１４内の圧縮自己着火燃焼を実現する。ＨＣＣＩ用閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ＿ＨＣＣＩは、第１閉弁時期ＣＡ＿ＥＶＣ１よりも進角側、かつＴＤＣよりも進角側の時期である。

以上のように、本火花点火式エンジン１００によれば、エンジンの始動後、三元触媒本体６２が活性化するまでの第１期間は、混合気の空燃比が理論空燃比近傍にすされるとともに点火時期がＭＢＴよりも遅角側にされる。このことは、ことで三元触媒本体６２に流入する排気エネルギを高めて三元触媒本体６２を早期に活性化させる。そして、本火花点火式エンジン１００によれば、三元触媒本体６２の活性化後、エンジン本体１が暖機するまでの第２期間は、混合気の空燃比が理論空燃比近傍にされるとともに内部ＥＧＲガス量が多くされる。このことは、排気エネルギを小さくして冷却損失すなわちシリンダブロック１１等に供給されるエネルギを大きくする。そして、このことは、三元触媒本体６２の活性化を維持しつつエンジン本体１を早期に暖機させる。

特に、前記第２期間において、排気バルブ２０の閉弁時期は、排気上死点および前記第１期間よりも進角側に制御されている。このことは、内部ＥＧＲガス量をより確実に多くする。

また、エンジン本体１の暖機後における排気バルブ２０の閉弁時期が、前記第１期間における排気バルブ２０の閉弁時期よりも進角側に設定されて、前記第２期間における排気バルブ２０の閉弁時期に近い値に制御されている。そのため、第２期間の終了前後すなわちエンジン本体１の暖機完了前後において、排気バルブ２０の閉弁時期の変化量が小さく抑えられる。このことは、排気バルブ２０の制御性を高める。すなわち、このことは、エンジン本体１の暖機後において、より早期に排気バルブ２０の閉弁時期を適切な時期にする。

次に、本発明に係る火花点火式エンジンの制御装置の第２の実施形態について図５および図６を参照しながら説明する。

この第２の実施形態に係る火花点火式エンジンは、排気弁駆動機構４０の構成が第１の実施形態と異なっている。また、この第２の実施形態にかかるバルブタイミング制御部１０２の制御手段が、第１の実施形態と異なっている。第２の実施形態のうちこれら以外の構成は、第１の実施形態と同様である。ここでは、前記排気弁駆動機構４０の構成とバルブタイミング制御部１０２の制御手順についてのみ説明する。

第２の実施形態に係る排気弁駆動機構４０は、前記排気ＶＶＴ４２に代えて、排気バルブ１９のリフト量を変更可能なＶＶＬを有している。このＶＶＬは、吸気行程中に排気バルブ２０を押し下げる機能を有効または無効にするＯＮ／ＯＦＦタイプの可変バルブリフト機構である。このＶＶＬは、排気バルブ２０を排気行程中だけでなく吸気行程中でも開弁可能である。また、このＶＶＬは、この吸気行程中の排気バルブ２０の開弁動作を実行するか停止するかを切り替え可能である。前記排気バルブ２０が吸気行程中に開弁すると、排気行程において一旦排気ポート１８側に排出された高温の既燃ガスは、再び燃焼室１４内に逆流する。

ここで、当明細書において、排気バルブ２０が排気行程中に開弁するとは、排気バルブ２０その開弁期間が主に排気行程と重複することを意味しており、排気バルブ２０の開弁期間の全てが、排気行程中にあることを必ずしも意味しない。また、排気バルブ２０が吸気行程中に開弁するとは、その開弁期間が主に吸気行程と重複することを意味しており、排気バルブ２０の開弁期間の全てが、吸気行程中にあることを必ずしも意味しない。例えば、当明細書において、排気バルブ２０が排気行程に開弁するというときは、排気バルブ２０が排気行程の手前（膨張行程の終盤）で開き始める場合を含む。

前記ＶＶＬは、例えば、サブカムと、ロストモーション機構とを有している。サブカムは、排気バルブ２０の駆動用の通常カム（排気行程中に排気バルブ２０を押し下げるカム）とは別に、吸気行程中に排気バルブ２０を押し下げる。ロストモーション機構は、このサブカムの駆動力が排気バルブ２０に伝達されるのをキャンセルする。このような構造のＶＶＬは既に公知であり、例えば特開２００７−８５２４１号公報に開示されている（なお、同文献では弁動作切替機構と称されている）。

第２の実施形態に係るバルブタイミング制御部１０２は、第１の実施形態と同様に、前記吸気ＶＶＴ３２の動作を制御して、吸気バルブ１９の開弁時期と閉弁時期とをエンジンの運転状態に応じて適宜変更する。一方、バルブタイミング制御部１０２は、第１の実施形態と異なり、前記ＶＶＬを駆動して、排気バルブ２０の吸気行程中の開弁を実行または停止する。このバルブタイミング制御部１０２により排気バルブ２０の吸気行程中の開弁が実行されると、燃焼室１４内に逆流する既燃ガスの有無が切り替わる。このことは、混合気中の内部ＥＧＲガス量の割合を変更する。

第２の実施形態における制御手順を、図６のフローチャートを用いて説明する。ここで、前記第１の制御、第２の制御および通常制御の制御手順のみ第１の実施形態と異なっている。従って、これらの制御以外の説明は省略する。具体的には、ステップＳ１からステップＳ５までは第１の実施形態と同様である。ステップＳ２０からステップＳ２３において、バルブタイミング制御部１０２の制御手順以外の手順は第１の実施形態と同様である。

ＥＣＵ２は、前記ステップＳ３をＹＥＳと判定する（三元触媒本体６２が未活性状態であると判定する）と、ステップＳ２０に進む。ＥＣＵ２は、ステップＳ２０において、第１工程および第４工程を含む三元触媒本体６２を活性化させるための第１の制御を実施する。本第２の実施形態では、この第１の制御において、前記バルブタイミング制御部１０２は、前記排気バルブ２０の吸気行程中の開弁を停止し、排気バルブ２０を排気行程中にのみ開弁する。つまり、第１の制御における排気バルブ２０の吸気行程におけるバルブリフトの時間面積は、ゼロに設定される。

このように排気バルブ２０が排気行程中にのみ開弁することは、内部ＥＧＲガス量を少なく抑え、三元触媒本体６２に流入する高温の排ガスを多くする。この高温の排ガスは、三元触媒本体６２を温めて早期に活性化させる。

前記第１の制御により三元触媒本体６２が活性化した後（三元触媒本体６２の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１以上で）で、かつ、エンジン本体１がまだ暖機されていない場合には、ＥＣＵ２は、ステップＳ４に進む。ＥＣＵ２は、ステップＳ４において、エンジン本体１が暖機されていないと判定すると、ステップＳ２１に進む。ＥＣＵ２は、ステップＳ２１にて、第２工程と第３工程と第４工程とを含むエンジンを早期に暖機させる第２の制御を実施する。

本第２の実施形態では、この第２工程において、前記バルブタイミング制御部１０２は、前記排気バルブ２０の吸気行程中の開弁を実行し、排気バルブ２０を排気行程に加えて吸気行程中にも開弁する。具体的には、図５に示すように、排気バルブ２０は、まず、膨張下死点（図５における左側のＢＤＣ）付近で開き始め、排気上死点（ＴＤＣ）付近で閉じる。その後、排気バルブ２０は、排気上死点（ＴＤＣ）から遅れた所定のタイミングで、再び開き始め、吸気下死点（図５における右側のＢＤＣ）付近で閉じる。

このように、排気バルブ２０が吸気行程中に開弁すると、燃焼室１４内には既燃ガスが逆流する。この既燃ガスの逆流は、燃焼室１４内の混合気における内部ＥＧＲガス量の割合はを増加させる。この多量の高温の内部ＥＧＲガスが圧縮されると、燃焼室１４内のガス温は高める。この燃焼室１４内のガス温の上昇は、シリンダブロック１１およびシリンダヘッド９側に放出されるエネルギを増大して、エンジン本体１を早期に暖機させる。

前記第２の制御によりエンジン本体１が暖機した後は、ＥＣＵ２は、前記第１の実施形態と同様に通常の制御すなわちＨＣＣＩ制御とＳＩ制御とを実施する。本第２の実施形態では、前記バルブタイミング制御部１０２は、ＨＣＣＩ制御において、前記排気バルブ２０の吸気行程中の開弁を実行し、排気バルブ２０を排気行程に加えて吸気行程中にも開弁する（第６工程）。前記バルブタイミング制御部１０２は、ＳＩ制御において、前記排気バルブ２０の吸気行程中の開弁を停止し、排気バルブ２０を排気行程中にのみ開弁する。なお、本第２の実施形態では、前記バルブタイミング制御部１０２は、前記ＨＣＣＩ制御において、前記排気バルブの吸気行程中のバルブリフト面積が前記第２の制御における面積よりも小さくなるように制御する。このことは、燃焼室１４内の新気量をより多くする。

このようにして、低速低負荷に設定された前記ＨＣＣＩ領域では、排気バルブ２０が排気行程中に加えて吸気行程中にも開弁する。そのため、内部ＥＧＲガス量が多く確保される。このことは、混合気を自着火可能な温度にまで昇温して、圧縮自己着火燃焼を実現する。一方、高回転および高負荷領域では、排気バルブ２０は排気行程中にのみ開弁する。このことは、燃焼室１４内の新気量を多くして、適正な火花点火燃焼を実現する。

以上のように、本第２の実施形態に係る火花点火式エンジンによれば、エンジンの始動後、三元触媒本体６２が活性化するまでの第１期間は、排気バルブ２０を排気行程中にのみ開弁させる。そのため、三元触媒本体６２に流入する排気エネルギが高まる。このことは、三元触媒本体６２を早期に活性化させる。また、三元触媒本体６２の活性化後、エンジン本体１が暖機するまでの第２期間は、排気バルブ２０が排気行程中に加えて吸気行程中にも開弁する。そのため、内部ＥＧＲガス量が多くなる。このことは、シリンダブロック１１等に供給されるエネルギを大きくして、三元触媒本体６２の活性化を維持しつつエンジン本体１を早期に暖機させる。

ここで、エンジン本体１の暖機後において、低速低負荷に設定された前記ＨＣＣＩ領域以外の領域においても、前記排気バルブ２０は、排気行程中に加えて吸気行程中にも開弁してもよい。

また、前記第１の制御において、前記排気バルブ２０は、排気行程中に加えて吸気行程中にも開弁してもよい。ただし、この場合には、図５に示すように、第１の制御における排気バルブ２０の吸気行程におけるバルブリフト（図５の破線）の時間面積は、第２の制御における吸気行程中の排気バルブ２０のバルブリフトの時間面積よりも小さくされる。このことは、第１期間において内部ＥＧＲガス量の割合を小さく抑えて、第２期間において内部ＥＧＲガス量の割合が大きくされる。内部ＥＧＲガス量の割合が小さく抑えられることで、排気エネルギは高められる。このことは、三元触媒本体６２を早期に活性化させる。内部ＥＧＲガス量の割合が大きくされることで、シリンダブロック１１等に供給されるエネルギは大きくなる。このことは、エンジン本体１を早期に暖機させる。

また、前記通常の制御における排気バルブ２０の吸気行程中のバルブリフトの時間面積は、前記第１の制御における排気バルブ２０の吸気行程中のバルブリフトの時間面積よりも大きいのが好ましい。このようにすれば、第２期間終了時点（エンジン本体１が暖機した時点）前後すなわちエンジン本体１の暖機完了前後において、排気バルブ２０のバルブリフトの変化量が小さく抑えられる。このことは、排気バルブ２０の制御性を高める。

また、本発明において、エンジン本体１の暖機後の燃焼形態および制御方法は前記に限らない。ただし、本発明では、エンジン本体１を早期に暖機することができる。このことは、燃焼室１４の壁温として高くして、燃焼室１４内の混合気の温度を自着火可能な温度に昇温させる。従って、前記のように、エンジン本体１の暖機後に、圧縮自己着火燃焼を行う場合では、この圧縮自己着火燃焼をより早い時点で実施することができ、特に有用である。そして、空気過剰率ＥＡＲが２以上またはＧ／Ｆが３０以上の圧縮自己着火燃焼が早期に実施された場合には、ＮＯｘの生成が抑制される。また、圧縮自己着火燃焼は火花点火燃焼に比べて熱効率が高い。そのため、燃費性能が向上する。

また、本発明は、エンジン本体１の暖機後に、空気過剰率ＥＡＲが２以上またはＧ／Ｆ≧３０の混合気が点火されて、混合気が成層火花点火燃焼する場合においても有用である（第９工程、第１０工程）。成層火花点火燃焼では、混合気全体の空気過剰率ＥＡＲが２以上またはＧ／Ｆが３０以上とされつつ点火プラグ１５近傍の混合気の空燃比が高くされる。成層火花点火燃焼では、点火プラグ１５近傍に火炎核が生成されて、この火炎核が伝播することで混合気全体が燃焼する。従って、燃焼室内の混合気全体にわたって火炎を良好に伝播させるためには、燃焼室１４の壁温が十分に高い必要がある。従って、のようにエンジンが早期に暖機する本発明は、良好な成層火花点火燃焼を早期に実現する。この成層火花点火燃焼の実現は、燃費性能を高める。なお、成層火花点火燃焼を実施する場合は、前記バルブタイミング制御手段および前記インジェクタ制御部１０８は、燃焼室１４に流入するＥＧＲガス量および前記インジェクタ１６から噴射される噴射量を調整して、前記燃焼室１４内の混合気の理論空燃比に対する空気過剰率ＥＡＲを２以上またはＧ／Ｆ３０以上の値に制御するとともに、圧縮上死点近傍で燃焼室１４内に燃料を噴射する。また、前記点火制御部１０４は、前記点火回路装置２７を駆動して点火時期をＭＢＴに制御する。

また、前記三元触媒本体６２は、排ガスの空燃比が理論空燃比近傍にある状態でＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘを浄化可能なものであればよい。三元触媒本体６２は、例えば、この浄化機能に加えて、ＮＯｘを吸蔵する機能等を有していてもよい。

以上のように、本発明は、シリンダに形成された燃焼室内の混合気に点火可能な点火プラグと、排気通路上に設けられて当該排気通路内の空燃比が理論空燃比近傍にある状態で排ガス中の炭素水素、一酸化炭素および窒素酸化物を浄化可能な触媒と、前記触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出手段とを備え、燃焼室内の混合気に点火可能であるとともに、前記エンジンの少なくとも排気バルブの開閉時期を変更可能な火花点火式エンジンの制御方法であって、エンジンの始動が完了してエンジンが自律回転を開始した時点から、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点までの間にわたって、エンジンの出力トルクが最大になる点火時期であるＭＢＴよりも遅角側に設定された点火時期で、前記混合気に点火する第１工程と、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記燃焼室内の混合気中の既燃ガスの割合が前記第１工程実施中における当該既燃ガスの割合よりも増大するように、排気バルブの開弁時期及び／又は閉弁時期を変更する第２工程と、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記燃焼室内の混合気に点火する第３工程とを有する火花点火式エンジンの制御方法を提供する。

本発明では、エンジンの始動が完了してエンジンが自律回転を開始した時点から、触媒が所定温度に達するまで（触媒が活性化するまで）の第１期間において、第１工程が実行される。この第１工程では、ＭＢＴよりも遅角側であって、より排気行程に近いタイミングで混合気に点火される。そのため、排気行程において排気通路に排出される排ガスの温度が高められる。この排ガスの温度の上昇は、触媒を早期に活性化温度にまで高める。

しかも、本発明では、触媒の活性後、第２工程及び第３工程が実行される。この第２工程及び第３工程では、混合気中の既燃ガスの割合が増大されて、この既燃ガスの割合の多い混合気が点火されて燃焼する。多量の高温の既燃ガスが圧縮されると、燃焼室内の温度はより高温となる。この燃焼室内の温度上昇は、エンジンをより早期に暖機させる（エンジンの暖機を早期に完了させる）。

第２工程が実施されて前記混合気中の既燃ガスの割合が増大すると、前記触媒に流入する排気エネルギは低減する。しかしながら、炭素水素、一酸化炭素および窒素酸化物を浄化可能な触媒の浄化率は、流入する排ガスの温度に対してヒステリシス特性を有している。そのため、前記第１工程の実施によって活性化温度にまで高められた触媒は、第２工程が実行されても、活性状態を維持する。このことは、触媒を活性状態としつつエンジンの早期に暖機を実現する。

本発明において、前記第３工程中、前記第１工程における点火時期よりも進角側に設定された点火時期において、前記混合気が点火されるのが好ましい。

この方法では、触媒が活性化状態となった後に実施される第３工程において、混合気への点火時期が進角されている。この点火時期の進角は、排気通路に排出されるエネルギーを小さくして、燃焼室内の温度をより高温とする。このことは、エンジンのより早期に暖機を実現する。

また、本発明において、少なくとも、エンジンの始動が完了してエンジンが自律回転を開始した時点から、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒温度が所定温度より高くなった時点までの間にわたって、前記燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比近傍に設定する第４工程を含むのが好ましい。

理論空燃比近傍の混合気の燃焼は、燃焼室内の燃焼後のガス温度を高くする。そのため、この方法では、少なくとも触媒温度が活性化温度に至るまでの間、燃焼室内の燃焼後のガス温度が高くなる。このガス温度の上昇は、触媒の活性を促進する。

また、前記第４工程は、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒温度が所定温度より高くなった時点以降も、継続されるのが好ましい。

この方法によれば、触媒の活性化後、触媒が、排ガス中の炭素水素、一酸化炭素および窒素酸化物をより確実に浄化する。

また、本発明において、前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、前記第２工程は、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超える時点まで、実施されて、当該第２工程では、前記排気バルブは、排気上死点よりも進角側、かつ、前記第１工程実施中における当該排気バルブの閉弁時期よりも進角側に設定された閉弁時期で、閉弁するのが好ましい。

この方法では、前記第２工程において、燃焼室から排気通路に排出されずに燃焼室内に残留する既燃ガス（いわゆる内部ＥＧＲガス）量が増大されて、これにより燃焼室内の混合気中の既燃ガスの割合が増大されている。そのため、一旦排気通路に排出された既燃ガスが吸気通路側に還流して吸気通路から再び燃焼室内に導入される方法（いわゆる外部ＥＧＲ）により既燃ガスの割合が増大する場合に比べて、既燃ガスの温度が高温に維持される。このことは、燃焼室内の混合気の温度をより確実に高くする。

前記方法において、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度より高くなった時点から、前記排気バルブを、前記第１工程の閉弁時期よりも進角側に設定された閉弁時期で、閉弁させる第５工程を含むを含むのが好ましい。

このようにすれば、エンジンの水温が所定温度よりも低い場合と高い場合、すなわち、エンジンの暖機前と暖機後において、排気バルブの閉弁時期の変化量が小さくなる。このことは、エンジンの暖機後、排気バルブの閉弁時期の適切な時期への変更をより確実に実現する。

また、本発明において、前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、前記第２工程は、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超える時点まで、実施されて、当該第２工程では、前記排気バルブは、排気行程中に加えて吸気行程中においても開弁させるとともに、当該吸気行程中における前記排気バルブのバルブリフトの時間面積は、前記第１工程における当該時間面積よりも、大きくなるのが好ましい。

この方法では、前記第２工程において、排気行程中に排気通路に排出された高温の既燃ガスが、再び燃焼室１４内に逆流して、これにより燃焼室内の混合気中の既燃ガスの割合が増大される。そのため、排気通路に排出された既燃ガスが吸気通路側に還流して吸気通路から再び燃焼室内に導入される方法（いわゆる外部ＥＧＲ）によって既燃ガスの割合が増大する場合に比べて、既燃ガスの温度が高温に維持される。このことは、燃焼室内の混合気の温度をより確実に高くする。

前記方法において、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度より高くなった時点から、前記排気バルブを排気行程中に加えて吸気行程中においても開弁させるとともに、当該吸気行程中における前記排気バルブのバルブリフトの時間面積を、前記第１工程における当該時間面積よりも、大きくする第６工程を含むを含むのが好ましい。

このようにすれば、エンジンの水温が所定温度よりも低い場合と高い場合、すなわち、エンジンの暖機前と暖機後において、排気バルブのバルブリフトとエンジン暖機後における排気バルブのバルブリフトとの差が小さくなる。このことは、エンジンの暖機後、排気バルブの適切なバルブリフトへの変更をより確実に実現する。

本発明において、前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超えた時点から、前記燃焼室内の混合気の空気過剰率ＥＡＲを２以上にするとともに、当該燃焼室内の混合気に点火して、成層火花点火燃焼を実施する第７工程を含むのが好ましい。

また、本発明において、前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超えた時点から、前記燃焼室内に供給される燃料の重量Ｆに対する、前記燃焼室内の既燃ガスを含むガスの全重量Ｇ、の割合であるＧ／Ｆを３０以上にするとともに、当該燃焼室内の混合気に点火して、成層火花点火燃焼を実施する第８工程を含むのが好ましい。

前記燃焼室内の混合気の空気過剰率ＥＡＲを２以上、または、前記Ｇ／Ｆを３０以上にするとともに、当該燃焼室内の混合気に点火して、成層火花点火燃焼を実施する場合では、燃焼室内の混合気全体にわたって火炎を良好に伝播させる必要がある。そして、このためには、エンジンが十分に暖機して燃焼室の壁温度が十分に高い必要がある。これに対して、前記のように、本発明によれば、エンジンが早期に暖機する。従って、本発明は、エンジン暖機後において、前記燃焼室内の混合気の空気過剰率ＥＡＲを２以上、あるいは前記燃焼室内に供給される燃料の重量Ｆに対する前記燃焼室内の既燃ガスを含むガスの全重量Ｇの割合であるＧ／Ｆを３０以上にするとともに、当該燃焼室内の混合気に点火して、成層火花点火燃焼を実施する場合に、特に有用である。すなわち、前記方法によれば、良好な成層火花点火燃焼を早期に実現することができる。この成層火花点火燃焼の実現は、燃費性能を高める。

本発明において、前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超えた時点から、前記燃焼室内の混合気の空気過剰率ＥＡＲを２以上にして、圧縮自己着火燃焼を実施する第９工程を含むのが好ましい。

また、本発明において、前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超えた時点から、前記燃焼室内に供給される燃料の重量Ｆに対する、前記燃焼室内の既燃ガスを含むガスの全重量Ｇ、の割合であるＧ／Ｆを３０以上にして、圧縮自己着火燃焼を実施する第１０工程を含むのが好ましい。

前記燃焼室内の混合気の空気過剰率ＥＡＲを２以上、あるいは前記燃焼室内に供給される燃料の重量Ｆに対する前記燃焼室内の既燃ガスを含むガスの全重量Ｇの割合であるＧ／Ｆを３０以上にして、圧縮自己着火燃焼を実施する場合では、燃焼室内の混合気全体にわたって圧縮自己着火燃焼を実現するためには、燃焼室内の混合気の温度が圧縮自己着火可能な十分に高められる必要がある。これに対して、前記のように、本発明によれば、エンジンが早期に暖機して燃焼室の壁温が十分に高められる。従って、本発明は、前記燃焼室内の混合気の空気過剰率ＥＡＲを２以上、あるいは前記燃焼室内に供給される燃料の重量Ｆに対する前記燃焼室内の既燃ガスを含むガスの全重量Ｇの割合であるＧ／Ｆを３０以上にするとともして、圧縮自己着火燃焼を実施する場合に、特に有用である。すなわち、前記方法によれば、混合気の温度を高温に維持して良好な圧縮自己着火燃焼を早期に実現することができる。この圧縮自己着火燃焼の実現は、エンジンから排出される有害物質、特にＮＯｘを低減する。

また、本発明は、シリンダに形成された燃焼室内の混合気に点火可能な点火プラグと、排気バルブの開閉タイミングを可変とする可変バルブタイミング機構とを備えたエンジン本体と、当該エンジン本体を制御するための制御装置と、排気通路上に設けられて当該排気通路内の空燃比が理論空燃比近傍にある状態で排ガス中の炭素水素、一酸化炭素および窒素酸化物を浄化可能な触媒と、前記触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出手段と、とを備えた火花点火式エンジンであって、前記制御装置は、エンジンの始動が完了してエンジンが自律回転を開始した時点から、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点までの間にわたって、前記点火プラグによって、エンジンの出力トルクが最大になる点火時期であるＭＢＴよりも遅角側に設定された点火時期で、前記混合気に点火させる第１工程と、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記可変バルブタイミング機構によって、前記燃焼室内の混合気中の既燃ガスの割合が前記第１工程実施中における当該既燃ガスの割合よりも増大するように、排気バルブの開弁時期及び／又は閉弁時期を変更させる第２工程と、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記点火プラグによって、前記燃焼室内の混合気に点火させる第３工程とを、実施することを特徴とする火花点火式エンジンを提供する。

本発明では、エンジンの始動が完了してエンジンが自律回転を開始した時点から、触媒が所定温度に達するまで（触媒が活性化するまで）の第１期間において、第１工程が実行される。この第１工程では、ＭＢＴよりも遅角側であって、より排気行程に近いタイミングで混合気に点火される。そのため、排気行程において排気通路に排出される排ガスの温度が高められる。この排ガスの温度の上昇は、触媒を早期に活性化温度にまで高める。

しかも、本発明では、触媒の活性後、第２工程及び第３工程が実行される。この第２工程及び第３工程では、混合気中の既燃ガスの割合が増大されて、この既燃ガスの割合の多い混合気が点火されて燃焼する。多量の高温の既燃ガスが圧縮されると、燃焼室内の温度はより高温となる。この燃焼室内の温度上昇は、エンジンをより早期に暖機させる（エンジンの暖機を早期に完了させる）。

第２工程が実施されて前記混合気中の既燃ガスの割合が増大すると、前記触媒に流入する排気エネルギは低減する。しかしながら、炭素水素、一酸化炭素および窒素酸化物を浄化可能な触媒の浄化率は、流入する排ガスの温度に対してヒステリシス特性を有している。そのため、前記第１工程の実施によって活性化温度にまで高められた触媒は、第２工程が実行されても、活性状態を維持する。このことは、触媒を活性状態としつつエンジンの早期に暖機を実現する。

本発明において、前記制御装置は、前記第３工程中、前記点火プラグによって、前記第１工程における点火時期よりも進角側に設定された点火時期において、前記混合気に点火させるのが好ましい。

この装置では、触媒が活性化状態となった後に実施される第３工程において、混合気への点火時期が進角される。この点火時期の進角は、排気通路に排出されるエネルギを小さくして、燃焼室内の温度をより高温する。このことは、エンジンのより早期に暖機を実現する。

また、本発明において、前記エンジンは、前記燃焼室内に吸入される吸入空気量を調整するスロットル弁と、前記燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタとを有し、前記制御装置は、少なくとも、エンジンの始動が完了してエンジンが自律回転を開始した時点から、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒温度が所定温度より高くなった時点までの間にわたって、前記スロットルにより調整された前記吸入空気量に対して、前記燃焼室内の混合気の空燃比が理論空燃比近傍になるような燃料噴射量を、前記インジェクタによって噴射させる第４工程を実施するのが好ましい。

理論空燃比近傍の混合気の燃焼は、燃焼室内の燃焼後のガス温度を高くする。そのため、この方法では、少なくとも触媒温度が活性化温度に至るまでの間、燃焼室内の燃焼後のガス温度が高くなる。このガス温度の上昇は、触媒の活性を促進する。

また、前記制御装置は、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒温度が所定温度より高くなった時点以降も、前記第４工程を継続するのが好ましい。

この構成によれば、触媒の活性化後、触媒が、排ガス中の炭素水素、一酸化炭素および窒素酸化物をより確実に浄化する。

また、本発明において、前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、前記制御装置は、前記第２工程を、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超える時点まで実施するとともに、当該第２工程において、前記可変バルブタイミング機構によって、前記排気バルブを、排気上死点よりも進角側、かつ、前記第１工程実施中における当該排気バルブの閉弁時期よりも進角側に設定された閉弁時期で、閉弁させるのが好ましい。

この構成によれば、前記第２工程において、燃焼室から排気通路に排出されずに燃焼室内に残留する既燃ガス（いわゆる内部ＥＧＲガス）量が増大されて、これにより燃焼室内の混合気中の既燃ガスの割合が増大されている。そのため、一旦排気通路に排出された既燃ガスが吸気通路側に還流して吸気通路から再び燃焼室内に導入される方法（いわゆる外部ＥＧＲ）により既燃ガスの割合が増大する場合に比べて、既燃ガスの温度が高温に維持される。このことは、燃焼室内の混合気の温度をより確実に高くする。

前記構成において、前記制御装置は、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度より高くなった時点から、前記可変バルブタイミング機構によって、前記排気バルブを、前記第１工程の閉弁時期よりも進角側に設定された閉弁時期で、閉弁させる第５工程を実施するのが好ましい。

このようにすれば、エンジンの水温が所定温度よりも低い場合と高い場合、すなわち、エンジンの暖機前と暖機後において、排気バルブの閉弁時期の変化量が小さくなる。このことは、エンジンの暖機後、排気バルブの閉弁時期の適切な時期への変更をより確実に実現する。

また、本発明において、前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、前記制御装置は、前記第２工程を、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超える時点まで実施するとともに、当該第２工程において、前記可変バルブタイミング機構によって、前記排気バルブを排気行程中に加えて吸気行程中においても開弁させるとともに、当該吸気行程中における前記排気バルブのバルブリフトの時間面積を、前記第１工程における当該時間面積よりも、大きくさせるのが好ましい。

この構成では、前記第２工程において、排気行程中に排気通路に排出された高温の既燃ガスが、再び燃焼室１４内に逆流して、これにより燃焼室内の混合気中の既燃ガスの割合が増大される。そのため、排気通路に排出された既燃ガスが吸気通路側に還流して吸気通路から再び燃焼室内に導入される方法（いわゆる外部ＥＧＲ）によって既燃ガスの割合が増大する場合に比べて、既燃ガスの温度が高温に維持される。このことは、燃焼室内の混合気の温度をより確実に高くする。

前記構成において、前記制御装置は、前記第２工程の実施中、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度より高くなった時点から、前記可変バルブタイミング機構によって、前記排気バルブを排気行程中に加えて吸気行程中においても開弁させるとともに、当該吸気行程中における前記排気バルブのバルブリフトの時間面積を、前記第１工程における当該時間面積よりも大きくさせる第６工程を実施するのが好ましい。

このようにすれば、エンジンの水温が所定温度よりも低い場合と高い場合、すなわち、エンジンの暖機前と暖機後において、排気バルブのバルブリフトとエンジン暖機後における排気バルブのバルブリフトとの差が小さくなる。このことは、エンジンの暖機後、排気バルブの適切なバルブリフトへの変更をより確実に実現する。

本発明において、前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、前記制御装置は、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超えた時点から、前記スロットルにより調整された前記吸入空気量に対して、前記燃焼室内の混合気の空気過剰率ＥＡＲが２以上となるような燃料噴射量を、前記インジェクタによって噴射させるとともに、前記点火プラグによって前記混合気に点火させて成層火花点火燃焼を行う第７工程を実施するが好ましい。

また、本発明において、前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、前記制御装置は、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超えた時点から、前記スロットルにより調整された前記吸入空気量に対して、前記燃焼室内に供給される燃料の重量Ｆに対する前記燃焼室内の既燃ガスを含むガスの全重量Ｇの割合であるＧ／Ｆが３０以上となるような燃料噴射量を、前記インジェクタによって噴射させるとともに、前記点火プラグによって前記混合気に点火させて、成層火花点火燃焼を行う第８工程を実施するのが好ましい。

前記燃焼室内の混合気の空気過剰率ＥＡＲを２以上、または、前記Ｇ／Ｆを３０以上にするとともに、当該燃焼室内の混合気に点火して、成層火花点火燃焼を実施する場合では、燃焼室内の混合気全体にわたって火炎を良好に伝播させる必要がある。そして、このためには、エンジンが十分に暖機して燃焼室の壁温度が十分に高い必要がある。これに対して、前記のように、本発明によれば、エンジンが早期に暖機する。従って、本発明は、エンジン暖機後において、前記燃焼室内の混合気の空気過剰率ＥＡＲを２以上、あるいは前記燃焼室内に供給される燃料の重量Ｆに対する前記燃焼室内の既燃ガスを含むガスの全重量Ｇの割合であるＧ／Ｆを３０以上にするとともに、当該燃焼室内の混合気に点火して、成層火花点火燃焼を実施する場合に、特に有用である。すなわち、前記方法によれば、良好な成層火花点火燃焼を早期に実現することができる。この成層火花点火燃焼の実現は、燃費性能を高める。

また、本発明において、前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、前記制御装置は、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超えた時点から、前記スロットルにより調整された前記吸入空気量に対して、前記燃焼室内の混合気の空気過剰率ＥＡＲが２以上となるような燃料噴射量を、前記インジェクタによって噴射させて、圧縮自己着火燃焼を行う第９工程を実施するのが好ましい。

また、本発明において、前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、前記制御装置は、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超えた時点から、前記スロットルにより調整された前記吸入空気量に対して、前記燃焼室内に供給される燃料の重量Ｆに対する前記燃焼室内の既燃ガスを含むガスの全重量Ｇの割合であるＧ／Ｆが３０以上となるような燃料噴射量を、前記インジェクタによって噴射させて、圧縮自己着火燃焼を行う第１０工程を実施するのが好ましい。

前記燃焼室内の混合気の空気過剰率ＥＡＲを２以上、あるいは前記燃焼室内に供給される燃料の重量Ｆに対する前記燃焼室内の既燃ガスを含むガスの全重量Ｇの割合であるＧ／Ｆを３０以上にして、圧縮自己着火燃焼を実施する場合では、燃焼室内の混合気全体にわたって圧縮自己着火燃焼を実現するためには、燃焼室内の混合気の温度が圧縮自己着火可能な十分に高められる必要がある。これに対して、前記のように、本発明によれば、エンジンが早期に暖機して燃焼室の壁温が十分に高められる。従って、本発明は、前記燃焼室内の混合気の空気過剰率ＥＡＲを２以上、あるいは前記燃焼室内に供給される燃料の重量Ｆに対する前記燃焼室内の既燃ガスを含むガスの全重量Ｇの割合であるＧ／Ｆを３０以上にするとともして、圧縮自己着火燃焼を実施する場合に、特に有用である。すなわち、前記方法によれば、混合気の温度を高温に維持して良好な圧縮自己着火燃焼を早期に実現することができる。この圧縮自己着火燃焼の実現は、エンジンから排出される有害物質、特にＮＯｘを低減する。

Claims (22)

1. シリンダに形成された燃焼室内の混合気に点火可能な点火プラグと、排気通路上に設けられて当該排気通路内の空燃比が理論空燃比近傍にある状態で排ガス中の炭素水素、一酸化炭素および窒素酸化物を浄化可能な触媒と、前記触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出手段とを備え、燃焼室内の混合気に点火可能であるとともに、前記エンジンの少なくとも排気バルブの開閉時期を変更可能な火花点火式エンジンの制御方法であって、
   エンジンの始動が完了してエンジンが自律回転を開始した時点から、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点までの間にわたって、エンジンの出力トルクが最大になる点火時期であるＭＢＴよりも遅角側に設定された点火時期で、前記混合気に点火する第１工程と、
   前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記燃焼室内の混合気中の既燃ガスの割合が前記第１工程実施中における当該既燃ガスの割合よりも増大するように、排気バルブの開弁時期及び／又は閉弁時期を変更する第２工程と、
   前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記燃焼室内の混合気に点火する第３工程とを有し、
   前記第３工程中、前記第１工程における点火時期よりも進角側に設定された点火時期において、前記混合気が点火される
   ことを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
2. 請求項１記載の火花点火式エンジンの制御方法であって、
   少なくとも、エンジンの始動が完了してエンジンが自律回転を開始した時点から、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒温度が所定温度より高くなった時点までの間にわたって、前記燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比近傍に設定する第４工程を含む
   ことを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
3. 請求項２に記載の火花点火式エンジンの制御方法であって、
   前記第４工程は、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒温度が所定温度より高くなった時点以降も、継続される
   ことを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の火花点火式エンジンの制御方法であって、
   前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、
   前記第２工程は、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超える時点まで、実施されて、
   当該第２工程では、前記排気バルブは、排気上死点よりも進角側、かつ、前記第１工程実施中における当該排気バルブの閉弁時期よりも進角側、に設定された閉弁時期で、閉弁する
   ことを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
5. 請求項４に記載の火花点火式エンジンの制御方法であって、
   前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度より高くなった時点から、前記排気バルブを、前記第１工程の閉弁時期よりも進角側に設定された閉弁時期で、閉弁させる第５工程を含む
   ことを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
6. 請求項１〜３のいずれかに記載の火花点火式エンジンの制御方法であって、
   前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、
   前記第２工程は、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超える時点まで、実施されて、
   当該第２工程では、前記排気バルブは、排気行程中に加えて吸気行程中においても開弁させるとともに、当該吸気行程中における前記排気バルブのバルブリフトの時間面積は、前記第１工程における当該時間面積よりも、大きくなる
   ことを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
7. 請求項６に記載の火花点火式エンジンの制御方法であって、
   前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度より高くなった時点から、前記排気バルブを排気行程中に加えて吸気行程中においても開弁させるとともに、当該吸気行程中における前記排気バルブのバルブリフトの時間面積を、前記第１工程における当該時間面積よりも、大きくする第６工程を含む
   ことを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
8. 請求項２〜７のいずれかに記載の火花点火式エンジンの制御方法であって、
   前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、
   前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超えた時点から、前記燃焼室内の混合気の空気過剰率ＥＡＲを２以上にするとともに、当該燃焼室内の混合気に点火して、成層火花点火燃焼を実施する第７工程を含む
   ことを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
9. 請求項２〜７のいずれかに記載の火花点火式エンジンの制御方法であって、
   前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、
   前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超えた時点から、前記燃焼室内に供給される燃料の重量Ｆに対する、前記燃焼室内の既燃ガスを含むガスの全重量Ｇ、の割合であるＧ／Ｆを３０以上にするとともに、当該燃焼室内の混合気に点火して、成層火花点火燃焼を実施する第８工程を含む
   ことを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
10. 請求項２〜７のいずれかに記載の火花点火式エンジンの制御方法であって、
    前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、
    前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超えた時点から、前記燃焼室内の混合気の空気過剰率ＥＡＲを２以上にして、圧縮自己着火燃焼を実施する第９工程を含む
    ことを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
11. 請求項２〜７のいずれかに記載の火花点火式エンジンの制御方法であって、
    前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、
    前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超えた時点から、前記燃焼室内に供給される燃料の重量Ｆに対する、前記燃焼室内の既燃ガスを含むガスの全重量Ｇ、の割合であるＧ／Ｆを３０以上にして、圧縮自己着火燃焼を実施する第１０工程を含む
    ことを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
12. シリンダに形成された燃焼室内の混合気に点火可能な点火プラグと、排気バルブの開閉タイミングを可変とする可変バルブタイミング機構とを備えたエンジン本体と、当該エンジン本体を制御するための制御装置と、排気通路上に設けられて当該排気通路内の空燃比が理論空燃比近傍にある状態で排ガス中の炭素水素、一酸化炭素および窒素酸化物を浄化可能な触媒と、前記触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出手段と、とを備えた火花点火式エンジンであって、
    前記制御装置は、
    エンジンの始動が完了してエンジンが自律回転を開始した時点から、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点までの間にわたって、前記点火プラグによって、エンジンの出力トルクが最大になる点火時期であるＭＢＴよりも遅角側に設定された点火時期で、前記混合気に点火させる第１工程と、
    前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記可変バルブタイミング機構によって、前記燃焼室内の混合気中の既燃ガスの割合が前記第１工程実施中における当該既燃ガスの割合よりも増大するように、排気バルブの開弁時期及び／又は閉弁時期を変更させる第２工程と、
    前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記点火プラグによって、前記燃焼室内の混合気に点火させる第３工程とを実施し、
    前記制御装置は、前記第３工程中、前記点火プラグによって、前記第１工程における点火時期よりも進角側に設定された点火時期において、前記混合気に点火させる
    ことを特徴とする火花点火式エンジン。
13. 請求項１２に記載の火花点火式エンジンであって、
    前記エンジンは、前記燃焼室内に吸入される吸入空気量を調整するスロットル弁と、前記燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタとを有し、
    前記制御装置は、少なくとも、エンジンの始動が完了してエンジンが自律回転を開始した時点から、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒温度が所定温度より高くなった時点までの間にわたって、前記スロットルにより調整された前記吸入空気量に対して、前記燃焼室内の混合気の空燃比が理論空燃比近傍になるような燃料噴射量を、前記インジェクタによって噴射させる第４工程を実施する
    ことを特徴とする火花点火式エンジンの制御方法。
14. 請求項１３に記載の火花点火式エンジンであって、
    前記制御装置は、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒温度が所定温度より高くなった時点以降も、前記第４工程を継続する
    ことを特徴とする火花点火式エンジン。
15. 請求項１２〜１４のいずれかに記載の火花点火式エンジンであって、
    前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、
    前記制御装置は、前記第２工程を、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超える時点まで実施するとともに、当該第２工程において、前記可変バルブタイミング機構によって、前記排気バルブを、排気上死点よりも進角側、かつ、前記第１工程実施中における当該排気バルブの閉弁時期よりも進角側に設定された閉弁時期で、閉弁させる
    ことを特徴とする火花点火式エンジン。
16. 請求項１５に記載の火花点火式エンジンであって、
    前記制御装置は、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度より高くなった時点から、前記可変バルブタイミング機構によって、前記排気バルブを、前記第１工程の閉弁時期よりも進角側に設定された閉弁時期で、閉弁させる第５工程を実施する
    ことを特徴とする火花点火式エンジン。
17. 請求項１２〜１４のいずれかに記載の火花点火式エンジンであって、
    前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、
    前記制御装置は、前記第２工程を、前記触媒温度検出手段により検出または推定された前記触媒の温度が所定温度より高くなった時点から、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超える時点まで実施するとともに、当該第２工程において、前記可変バルブタイミング機構によって、前記排気バルブを排気行程中に加えて吸気行程中においても開弁させるとともに、当該吸気行程中における前記排気バルブのバルブリフトの時間面積を、前記第１工程における当該時間面積よりも、大きくさせる
    ことを特徴とする火花点火式エンジン。
18. 請求項１７に記載の火花点火式エンジンであって、
    前記制御装置は、前記第２工程の実施中、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度より高くなった時点から、前記可変バルブタイミング機構によって、前記排気バルブを排気行程中に加えて吸気行程中においても開弁させるとともに、当該吸気行程中における前記排気バルブのバルブリフトの時間面積を、前記第１工程における当該時間面積よりも大きくさせる第６工程を実施する
    ことを特徴とする火花点火式エンジン。
19. 請求項１３〜１８のいずれかに記載の火花点火式エンジンであって、
    前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、
    前記制御装置は、
    前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超えた時点から、前記スロットルにより調整された前記吸入空気量に対して、前記燃焼室内の混合気の空気過剰率ＥＡＲが２以上となるような燃料噴射量を、前記インジェクタによって噴射させるとともに、前記点火プラグによって前記混合気に点火させて成層火花点火燃焼を行う第７工程を実施する
    ことを特徴とする火花点火式エンジン。
20. 請求項１３〜１８のいずれかに記載の火花点火式エンジンであって、
    前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、
    前記制御装置は、
    前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超えた時点から、前記スロットルにより調整された前記吸入空気量に対して、前記燃焼室内に供給される燃料の重量Ｆに対する前記燃焼室内の既燃ガスを含むガスの全重量Ｇの割合であるＧ／Ｆが３０以上となるような燃料噴射量を、前記インジェクタによって噴射させるとともに、前記点火プラグによって前記混合気に点火させて、成層火花点火燃焼を行う第８工程を実施する
    ことを特徴とする火花点火式エンジン。
21. 請求項１３〜１８のいずれかに記載の火花点火式エンジンであって、
    前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、
    前記制御装置は、
    前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超えた時点から、前記スロットルにより調整された前記吸入空気量に対して、前記燃焼室内の混合気の空気過剰率ＥＡＲが２以上となるような燃料噴射量を、前記インジェクタによって噴射させて、圧縮自己着火燃焼を行う第９工程を実施する
    ことを特徴とする火花点火式エンジン。
22. 請求項１３〜１８のいずれかに記載の火花点火式エンジンであって、
    前記エンジンは、前記エンジンの水温を検出するエンジン水温検出手段を更に有し、
    前記制御装置は、
    前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジンの水温が所定温度を超えた時点から、前記スロットルにより調整された前記吸入空気量に対して、前記燃焼室内に供給される燃料の重量Ｆに対する前記燃焼室内の既燃ガスを含むガスの全重量Ｇの割合であるＧ／Ｆが３０以上となるような燃料噴射量を、前記インジェクタによって噴射させて、圧縮自己着火燃焼を行う第１０工程を実施する
    ことを特徴とする火花点火式エンジン。
    

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