JP6319254B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

ここに開示された技術は、エンジンの制御装置に関するものである。

エンジンの制御装置においては、吸気行程中に吸気バルブと排気バルブとが共に開弁されるオーバーラップ期間を制御する技術が知られている。

例えば、特許文献１に係るエンジンの制御装置は、気筒内から掃気された残留ガスの燃焼によって触媒温度が過度に上昇しないように、触媒温度の推定結果に基づいて、オーバーラップ期間を短くするように構成されている。

特開２０１２−１６３０４７号公報

ところで、一般的に、排気を冷却するために、気筒内に噴射される燃料を増量することがある。この場合、未燃の燃料が気筒内で気化することにより、その気化潜熱で気筒内が冷却されて、気筒内から排気系へ排出される排気温度が低下する。

しかしながら、ここでオーバーラップ期間を設定すると、新気が吸気系から排気系へ吹き抜けることになるため、未燃燃料と吹き抜けた新気とが排気系で反応して所謂、後燃えが生じてしまうことがある。この後燃えによって、排気系の各部品が過度に昇温してしまう虞がある。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気系の各部品を保護することにある。

ここに開示された技術は、エンジン本体と、前記エンジン本体に連結された排気通路と、前記排気通路に設けられたタービンを有するターボ過給機と、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉時期を変更するバルブタイミング可変機構とを備え、前記排気通路を構成する排気管の上流端部は、排気ポートに連結される分岐管と、前記分岐管が集合する集合部とを有し、前記集合部の下流には、前記タービンが設けられたエンジンの制御装置が対象である。この制御装置は、排気温度が低下するように、燃料の噴射量を増量する燃料増量制御を実行する増量制御部と、前記エンジンの吸気行程において前記吸気バルブ及び前記排気バルブの両方が開弁される期間であるオーバーラップ期間を前記バルブタイミング可変機構を介して制御するバルブ制御部とを備え、前記バルブ制御部は、前記増量制御部が前記燃料増量制御を実行するとき、前記燃料増量制御が行われた場合の、前記集合部下流かつ前記タービン上流における排気の温度上昇に基づいて排気系の部品の保護の要否を判定し、前記排気系の部品の保護が必要であると判定した場合には、前記オーバーラップ期間を短縮するものとする。

この構成によれば、前記燃料増量制御が行われた場合の排気の温度上昇に基づいて、排気系の部品の保護の要否を判定すると共に、排気系の部品の保護が必要であると判定された場合には、オーバーラップ期間を短縮する。後燃えが発生すると排気温度が上昇することになるから、排気の温度上昇に基づいた判定を行うことで、排気系の部品を保護すべきときをより適切に判定することができる。さらに、オーバーラップ期間を短縮した分だけ新気の吹き抜け流量が減少することになるから、その減少量に応じて後燃えが抑制されることになる。そのことで、排気系の部品の昇温を抑制して、その保護を図ることができる。

また、前記バルブ制御部は、前記排気系の部品の保護が必要であると判定した場合には、前記増量制御部が前記噴射量の増量を開始する前に、前記オーバーラップ期間を短縮してもよい。

この構成によれば、燃料増量が開始される前に、予め、オーバーラップ期間を短縮することになる。そうすることによって、増量分の燃料が排気系に供給されたときには、新気の吹き抜け流量は、既に減少していることとなるから、後燃えをより確実に抑制して、ひいては排気系の部品を保護する上で有利になる。

また、前記バルブ制御部は、前記オーバーラップ期間中に排気系へ吹き抜ける新気の流量、及び、前記噴射量に基づいて、前記排気系の部品の保護の要否を判定してもよい。

排気の温度は、排気系へ吹き抜けた新気と未燃燃料とが反応して生じる後燃えによって上昇し得る。その未燃燃料の量は、燃料の噴射量に応じて増減する。よって、この構成によれば、新気の吹き抜け流量と噴射量とを考慮した判定を行うことで、後燃えに起因する排気の温度上昇を精度良く推定することができる。そのことで、排気系の部品の保護の要否を精度良く判定することができる。

また、前記バルブ制御部は、前記燃料増量制御が行われた場合の排気温度が所定の判定排気温度よりも高いとき、又は、前記燃料増量制御が行われた場合の排気系の部品の温度が所定の判定部品温度よりも高いときに、前記排気系の部品の保護が必要であると判定してもよい。

一般的に、排気の温度上昇に伴って、排気温度や部品温度が高くなると考えられる。よって、この構成によれば、排気温度又は部品温度に基づいた判定を行うことで、排気系の部品を保護すべきときをより適切に判定することができる。

また、前記バルブ制御部は、前記排気の温度上昇が高くなるほど、前記オーバーラップ期間の短縮量を大きくしてもよい。

この構成によれば、オーバーラップ期間の短縮量を設定する際に排気の温度上昇を考慮することによって、排気系の部品の昇温をより確実に抑制することができる。例えば、排気の温度上昇が大きくなるほど短縮量を大きくすることによって、温度上昇が大きくなるにつれて吹き抜け流量を多く低減することができる。そのことで、後燃えをより十分に抑止して、ひいては排気系の部品の昇温をより確実に抑制することができる。

また、前記バルブ制御部は、前記オーバーラップ期間を短縮するときに、前記排気バルブの開閉時期を変更してもよい。

この構成によれば、吸気バルブの開閉時期を変更する場合と比較して、気筒内に供給される吸気量への影響を低減し、ひいてはオーバーラップ期間を設けることでエンジンの出力トルクが受ける影響を低減する上で有利になる。

また、前記排気系の部品には、少なくとも排気を浄化する触媒が含まれていてもよい。

この構成によれば、少なくとも触媒を排気熱から保護することができる。

前記エンジンの制御装置によれば、排気系の各部品を保護することができる。

図１は、エンジンの概略構成図である。 図２は、ＥＣＵの機能ブロック図である。 図３は、ベース設定処理のフローチャートである。 図４は、排気温度の推定に用いる演算モデルを示す図である。 図５は、排気温度マップのイメージ図ある。 図６は、吹き抜け冷却マップのイメージ図である。 図７は、集合部上昇温度マップのイメージ図である。 図８は、第１後燃えマップのイメージ図である。 図９は、第１係数マップのイメージ図である。 図１０は、上流側車速放熱マップのイメージ図である。 図１１は、下流側車速放熱マップのイメージ図である。 図１２は、第２係数マップのイメージ図である。 図１３は、第３係数マップのイメージ図である。 図１４は、仕事損失マップのイメージ図である。 図１５は、第４係数マップのイメージ図である。 図１６は、反応熱マップのイメージ図である。 図１７は、第５係数マップのイメージ図である。 図１８は、第２後燃えマップのイメージ図である。 図１９は、燃料増量制御の処理を示すフローチャートである。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〈エンジンの構成〉
図１は、実施形態に係る制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。

図１に示すように、エンジン１００（例えばガソリンエンジン）は、主に、外部から導入された吸気（空気）が通過する吸気通路（吸気系）１０と、吸気通路１０が連結されたエンジン本体２０と、エンジン本体２０に連結された排気通路（排気系）３０と、エンジン１００全体を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とを有する。

吸気通路１０には、上流側から順に、外部から導入された吸気を浄化するエアクリーナ２と、通過する吸気を昇圧させる、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａと、通過する吸気を冷却するインタークーラ９と、通過する吸気の流量を調整するスロットルバルブ１１と、エンジン本体２０に供給する吸気を一次的に蓄えるサージタンク１３ａを有する吸気マニホールド１３とが設けられている。吸気マニホールド１３は、エンジン本体２０の吸気ポート１４に接続されている。

また、吸気通路１０には、コンプレッサ４ａによって過給された吸気の一部を、コンプレッサ４ａの上流側に還流するためのエアバイパス通路６が設けられている。エアバイパス通路６は、一端がコンプレッサ４ａの下流側で且つスロットルバルブ１１の上流側の吸気通路１０に接続され、他端がコンプレッサ４ａの上流側の吸気通路１０に接続されている。また、このエアバイパス通路６には、エアバイパス通路６を流れる吸気の流量を制御するエアバイパスバルブ７が設けられている。

エンジン本体２０は、主に、吸気ポート１４を開閉する吸気バルブ２２と、気筒２１内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２３と、気筒２１内に供給された吸気と燃料との混合気に点火する点火プラグ２４と、気筒２１内での混合気の燃焼により往復運動するピストン２７と、ピストン２７の往復運動により回転されるクランクシャフト２８と、排気ポート３１を開閉する排気バルブ２９とを有する。

クランクシャフト２８には、不図示の吸気カムシャフトと排気カムシャフトとが駆動連結されている。吸気カムシャフトは、クランクシャフト２８に連動して回転することにより、吸気バルブ２２を駆動する。この駆動によって、吸気バルブ２２は、吸気ポート１４を所定のタイミングで開閉するように往復運動する。同様に、排気カムシャフトは、クランクシャフト２８に連動して回転することにより、排気バルブ２９を駆動する。この駆動によって、排気バルブ２９は、排気ポート３１を所定のタイミングで開閉するように往復運動する。

エンジン本体２０は、吸気カムシャフトの位相を進角又は遅角させるバルブタイミング可変機構（吸気ＶＶＴ）２５と、排気カムシャフトの位相を進角又は遅角させるバルブタイミング可変機構（排気ＶＶＴ）２６とを備えている。

吸気ＶＶＴ２５は、吸気カムシャフトの位相を進角又は遅角させることによって、吸気バルブ２２の開時期及び閉時期を、所定の最進角時期と最遅角時期との間で連続的に変更する。この実施形態では、吸気ＶＶＴ２５は、電磁バルブを用いて構成されている。同様に、排気ＶＶＴ２６は、排気カムシャフトの位相を進角又は遅角させることによって、排気バルブ２９の開時期及び閉時期を連続的に変更する。この実施形態では、排気ＶＶＴ２６は、油圧式のソレノイドバルブを用いて構成されている。

排気通路３０には、上流側から順に、通過する排気によって回転させられ、この回転によってコンプレッサ４ａを回転駆動する、ターボ過給機４のタービン４ｂと、排気の浄化機能を有する排気浄化触媒３７、３８とが設けられている。排気浄化触媒３７，３８は、例えばＮＯｘ触媒や三元触媒や酸化触媒などである。

排気通路３０を構成する排気管の上流端部は、排気ポート３１に連結される分岐管３０ａと、分岐管３０ａが集合する集合部３０ｂとを有している。分岐管３０ａの一部は、排気マニホールドにより構成されている。

また、排気通路３０には、排気を吸気通路１０に還流するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路３２が接続されている。このＥＧＲ通路３２は、一端がタービン４ｂの上流側の排気通路３０に接続され、他端がスロットルバルブ１１の下流側の吸気通路１０に接続されている。加えて、ＥＧＲ通路３２には、還流させる排気を冷却するＥＧＲクーラ３３と、ＥＧＲ通路３２を流れる排気の流量を制御するＥＧＲバルブ３４とが設けられている。

さらに、排気通路３０には、排気にターボ過給機４のタービン４ｂを迂回させるタービンバイパス通路３５が設けられている。このタービンバイパス通路３５には、タービンバイパス通路３５を流れる排気の流量を制御するウェイストゲートバルブ（以下、「ＷＧバルブ」と称する）３６が設けられている。

また、図１に示すエンジン１００には、各種のセンサが設けられている。具体的には、エンジン１００の吸気系においては、エアクリーナ２の下流側の吸気通路１０（詳しくは、エアクリーナ２とコンプレッサ４ａとの間の吸気通路１０）に、吸気流量を検出するエアフロセンサ６１と吸気温度を検出する第１温度センサ６２とが設けられ、コンプレッサ４ａとスロットルバルブ１１との間の吸気通路１０に、過給圧を検出する第１圧力センサ６３が設けられ、スロットルバルブ１１の下流側の吸気通路１０（詳しくは、サージタンク１３ａ内）に、サージタンク１３ａ内の圧力であるインマニ圧力を検出する第２圧力センサ６４が設けられている。この第２圧力センサ６４には、サージタンク１３ａ内の温度であるインマニ温度を検出する温度センサが内蔵されている。

そして、エンジン本体２０においては、クランクシャフト２８のクランク角を検出するクランク角センサ６９、吸気カムシャフトのカム角を検出する吸気側カム角センサ７０、及び、排気カムシャフトのカム角を検出する排気側カム角センサ７１が設けられている。

さらに、エンジン１００の排気系においては、ＥＧＲバルブ３４の開度であるＥＧＲ開度を検出するＥＧＲ開度センサ６５、及び、ＷＧバルブ３６の開度であるＷＧ開度を検出するＷＧ開度センサ６６が設けられ、タービン４ｂの下流側の排気通路３０（詳しくは、タービン４ｂと排気浄化触媒３７との間の排気通路３０）に、排気中の酸素濃度を検出するＯ２センサ６７と排気温度を検出する排気温度センサ６８とが設けられている。

エアフロセンサ６１は、検出した吸気流量に対応する検出信号Ｓ６１をＥＣＵ５０に供給し、第１温度センサ６２は、検出した吸気温度に対応する検出信号Ｓ６２をＥＣＵ５０に供給し、第１圧力センサ６３は、検出した過給圧に対応する検出信号Ｓ６３をＥＣＵ５０に供給し、第２圧力センサ６４は、検出したインマニ圧力とインマニ温度に対応する検出信号Ｓ６４をＥＣＵ５０に供給し、ＥＧＲ開度センサ６５は、検出したＥＧＲ開度に対応する検出信号Ｓ６５をＥＣＵ５０に供給し、ＷＧ開度センサ６６は、検出したＷＧ開度に対応する検出信号Ｓ６６をＥＣＵ５０に供給し、Ｏ２センサ６７は、検出した酸素濃度に対応する検出信号Ｓ６７をＥＣＵ５０に供給し、排気温度センサ６８は、検出した排気温度に対応する検出信号Ｓ６８をＥＣＵ５０に供給する。クランク角センサ６９は、検出したクランク角に対応する検出信号Ｓ６９をＥＣＵ５０に供給する。吸気側カム角センサ７０及び排気側カム角センサ７１は、それぞれ、検出したカム角に対応する検出信号Ｓ７０，Ｓ７１をＥＣＵ５０に供給する。また、エンジン１００には、大気圧を検出する大気圧センサ６０が設けられており、この大気圧センサ６０は、検出した大気圧に対応する検出信号Ｓ６０をＥＣＵ５０に供給する。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵと、ＣＰＵ上で実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）や各種のデータを格納するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリとを備えるコンピュータにより構成される。ＥＣＵ５０は、上述した各種センサから供給された検出信号に基づいて、種々の制御や処理を行う。

例えば、ＥＣＵ５０は、運転者の要求に応じてスロットルバルブ１１の開度及び燃料噴射弁２３の燃料噴射量等を設定すると共に、排気温度を推定し、その排気温度に応じて燃料噴射量及び吸気バルブ２２及び排気バルブ２９の開閉時期を調整する。

図２に、ＥＣＵ５０の機能ブロック図を示す。詳しくは、ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ１１等の制御の基本値を設定するトルクベース制御を実行するベース設定部５１と、排気温度を推定する温度推定部５２と、排気温度を低下させるために噴射量を増量する燃料増量制御を実行する増量制御部５３と、吸気バルブ２２及び排気バルブ２９のオーバーラップ期間を制御するバルブ制御部５４とを有している。

ベース設定部５１は、エンジン１００の運転状態に基づいて要求トルク（以下、「目標トルク」という）を求め、目標トルクに応じて、スロットルバルブ１１の開度、ＷＧバルブ３６の開度、点火プラグ２４の点火時期、吸気バルブ２２の開閉時期、排気バルブ２９の開閉時期、及び、燃料噴射弁２３の噴射量などの基本値を設定する。各基本値は、目標トルクに応じて様々に変更される。

温度推定部５２は、気筒２１から排気浄化触媒３７までの排気に対する熱の収支を演算することによって排気温度を推定する。温度推定部５２は、排気通路３０の各部（例えば、タービン４ｂ上流、Ｏ２センサ６７、排気浄化触媒３７）における排気温度を推定する。

増量制御部５３は、ベース設定部５１により設定された噴射量を、温度推定部５２により推定された排気温度に応じて増量する。つまり、増量制御部５３は、目標トルクを達成する以上の噴射量が噴射されるように燃料噴射弁２３を制御する。こうして燃料を増量することによって、燃料の気化潜熱により気筒２１内の温度を低下させることができ、ひいては、排気温度を低下させることができる。

バルブ制御部５４は、基本的には、ベース設定部５１により設定された吸気バルブ２２の開閉時期及び排気バルブ２９の開閉時期を実現するように吸気ＶＶＴ２５及び排気ＶＶＴ２６を制御する。エンジン１００の運転状態によっては、吸気行程中に吸気バルブ２２の開時期と排気バルブ２９の開時期とがオーバーラップするように、吸気バルブ２２の開閉時期及び排気バルブ２９の開閉時期が設定される場合がある。そのような場合、バルブ制御部５４は、吸気行程中に吸気バルブ２２及び排気バルブ２９の両方が開弁するバルブオーバーラップを実行する。バルブオーバーラップを実行することによって、吸気ポート１４を介して気筒２１内に取り込まれた新気がそのまま排気ポート３１から排出される。例えば、気筒２１の掃気を促進したいとき、気筒２１の温度を低下させたいとき、タービン流量を増加させたいとき等にバルブオーバーラップが実行される。

それに加えて、バルブ制御部５４は、吸気バルブ２２及び排気バルブ２９の両方が開いている期間であるオーバーラップ期間を調整する。詳しくは、バルブ制御部５４は、温度推定部５２により推定された排気温度が高い場合には、吸気バルブ２２の開時期と排気バルブ２９の開時期とのオーバーラップ量を低減するように、オーバーラップ期間を調整する。

〈トルクベース制御〉
まず、トルクベース制御について、図３のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。図３は、ベース設定処理のフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１において、ベース設定部５１は、エンジン１００の運転状態を取得する。具体的には、エンジン本体２０の回転速度（以下、「エンジン回転数」と称する）、車速、アクセル開度及び変速比等を各種センサの検出結果に基づいて読み込む。例えば、エンジン回転数は、クランク角センサ６９の検出結果に基づいて取得される。

続いて、ベース設定部５１は、取得された運転状態に応じた目標加速度を求める（ステップＳ１０２）。また、ベース設定部５１は、目標加速度を実現するために必要な目標トルクを求める（ステップＳ１０３）。

さらに、ベース設定部５１は、ステップＳ１０４において、目標トルクを実現するために必要な充填効率の目標値（以下、「目標充填効率」と称する）を求める。詳しくは、目標充填効率は、目標トルク、エンジン回転数、及び、図示平均有効圧力の目標値（以下、「目標図示平均有効圧力」と称する）に基づいて求められる。目標図示平均有効圧力は、目標トルク、並びに、トルク損失となる機械抵抗及びポンプ損失（ポンピングロス）に基づいて求められる。

ベース設定部５１は、このように設定された目標充填効率に基づいて、吸気バルブ２２の開閉時期の基本値及び排気バルブ２９の開閉時期の基本値を設定する。吸気バルブ２２の開閉時期の基本値は、ＥＣＵ５０の内部メモリに予め記憶された、エンジン回転数及び目標充填効率とそれらに応じた吸気バルブ２２の開閉時期とが関連付けて規定された吸気ＶＶＴマップに基づいて求められる。同様に、排気バルブ２９の開閉時期の基本値は、ＥＣＵ５０の内部メモリに予め記憶された、エンジン回転数及び目標充填効率とそれらに応じた排気バルブ２９の開閉時期とが関連付けて規定された排気ＶＶＴマップに基づいて求められる。基本的には、吸気バルブ２２の開閉時期の基本値は、吸気バルブ２２が吸気行程の途中で開き、ＢＤＣを過ぎて圧縮行程の途中で閉じるように設定されている。つまり、吸気バルブ２２は、所謂、遅閉じに設定されている。また、排気バルブ２９の開閉時期の基本値は、エンジン回転数及び目標充填効率によっては、吸気行程において吸気バルブ２２と排気バルブ２９との両方が開いたオーバーラップ期間が設けられるように設定されている。

このステップＳ１０４の後には、ステップＳ１０５〜Ｓ１０８とステップＳ１０９〜Ｓ１１２とが並行して行われる。

ステップＳ１０５においては、ベース設定部５１は、目標充填効率を実現するために必要な吸気マニホールド１３内の吸気の量の目標値（以下、「目標インマニ空気量」と称する）を求める。目標インマニ空気量は、第２圧力センサ６４により検出されたインマニ温度と、インマニ圧力の目標値（以下、「目標インマニ圧」と称する）と、吸気バルブ２２の開閉時期とに基づいて求められる。目標インマニ圧は、ＥＣＵ５０の内部メモリに予め記憶された、目標インマニ空気量及びインマニ温度とそれらに応じた目標インマニ圧とが関連付けて規定された吸気特性マップに基づいて求められる。

ステップＳ１０６において、ベース設定部５１は、目標インマニ空気量を実現するために必要となる、スロットルバルブ１１を通過する吸気の流量の目標値（以下、「目標スロットル通過流量」と称する）を求める。この目標スロットル通過流量は、ステップＳ１０４で求められた目標充填効率と、ステップＳ１０５で求められた目標インマニ空気量と、現在のインマニ空気量の推定値（以下、「実インマニ空気量」と称する）とに基づいて求められる。実インマニ空気量は、第２圧力センサ６４により検出されたインマニ圧力及びインマニ温度に基づいて推定される。なお、この実インマニ空気量は、吸気マニホールド１３に流入する空気量と吸気マニホールド１３から気筒２１内へ流出する空気量との間の収支を計算することにより推定してもよい。

ステップＳ１０７において、ベース設定部５１は、目標スロットル通過流量を実現するために必要となる、スロットルバルブ１１のバルブ開度の目標値（以下、「目標スロットル開度」と称する）を求める。この目標スロットル開度は、目標スロットル通過流量と、第１圧力センサ６３により検出された、スロットルバルブ１１上流側の吸気圧力（過給圧）と、第２圧力センサ６４により検出された、スロットルバルブ１１下流側の吸気圧力とに基づいて求められる。

ステップＳ１０８において、ベース設定部５１は、燃料噴射弁２３及び点火プラグ２４についても、ＥＣＵ５０の内部メモリに予め記憶された適宜のマップに基づいて基本値を求める。例えば、ベース設定部５１は、目標充填効率に基づいて燃料噴射弁２３の噴射量を設定し、目標トルクを実現するように点火プラグ２４の点火時期を設定する。そして、ベース設定部５１は、吸気バルブ２２、燃料噴射弁２３、点火プラグ２４、吸気ＶＶＴ２５及び排気ＶＶＴ２６に対して各々の制御値（基本値）に対応する制御信号を出力する。

一方で、ステップＳ１０９において、ベース設定部５１は、目標充填効率を実現するために必要となる、過給圧の目標値である目標過給圧を求める。目標過給圧は、ＥＣＵ５０の内部メモリに予め記憶された、エンジン回転数、目標充填効率及び吸気バルブ２２の開閉時期とそれらに応じた目標過給圧とが関連付けて規定された過給圧マップに基づいて求められる。

ステップＳ１１０において、ベース設定部５１は、目標過給圧に基づいて、タービン４ｂを通過する流量の目標値である目標タービン流量を求める。詳しくは、目標タービン流量は、圧縮機駆動力の目標値である目標圧縮機駆動力、及び、エンジン回転数等に基づいて求められる。目標圧縮機駆動力は、目標過給圧に基づいて求められる。

ステップＳ１１１において、ベース設定部５１は、目標タービン流量を実現するために必要な、ＷＧバルブ３６のバルブ開度の目標値（以下、「目標ＷＧ開度」と称する）を設定する。目標ＷＧ開度は、目標タービン流量と排気の総流量とに基づいて求められる。

そして、ステップＳ１１２において、ベース設定部５１は、ＷＧバルブ３６のバルブ開度が目標ＷＧ開度となるようにＷＧバルブ３６を駆動するための制御信号を出力する。

なお、これらのステップの順番は一例であり、ステップの順番を可能な範囲で適宜入れ替えたり、複数のステップを並行して処理したりしてもよい。例えば、ステップＳ１０５からステップＳ１０８まで続くステップと、ステップＳ１０９からステップＳ１１２まで続くステップとを並行に処理せずに、一つずつ順番に処理してもよい。

こうして、ベース設定部５１は、スロットルバルブ１１の開度、燃料噴射弁２３の噴射量、点火プラグ２４の点火時期、吸気バルブ２２の開閉時期、排気バルブ２９の開閉時期、及び、ＷＧバルブ３６の開度のそれぞれの基本値を設定する。

〈温度推定〉
続いて、温度推定部５２による温度推定について図４を参照しながら詳細に説明する。図４に、排気温度の推定に用いる演算モデルを示す。

温度推定部５２は、排気が気筒から排出されてから排気浄化触媒３７に到達するまでの放熱及び受熱の収支を推定し、排気系の複数の場所における排気温度を推定する。具体的には、温度推定部５２は、（Ａ）排気ポート３１の出口での第１排気温度Ｔａ、（Ｂ）タービン４ｂ直前での第２排気温度Ｔｂ、（Ｃ）Ｏ２センサ６７における第３排気温度Ｔｃ、及び、（Ｄ）排気浄化触媒３７における第４排気温度Ｔｄを推定する。温度推定部５２は、熱の収支として、（ｉ）新気吹き抜けにより冷却された排気ポート３１への放熱、（ii）排気管の集合部３０ｂからの受熱、（iii）排気管のうちタービン４ｂよりも上流での後燃えからの受熱、（iv）排気マニホールド及びタービンハウジングを含む、排気管のうちタービン４ｂよりも上流側の部分への放熱、（ｖ）排気管のうちタービン４ｂよりも下流側で排気浄化触媒３７よりも上流側の部分への放熱、（vi）タービン仕事による熱損失、（vii）排気浄化触媒３７の反応熱からの受熱、及び、（viii）排気浄化触媒３７での後燃えからの受熱を考慮する。

具体的には、温度推定部５２は、まず、気筒２１内で燃焼し、排出される排気の温度（以下、「排出時温度」という）Ｔ０を推定する。排出時温度Ｔ０は、エンジン回転数、充填効率、点火時期（遅角量）、空燃比に基づいて算出される。ＥＣＵ５０の内部メモリには、エンジン回転数、充填効率、点火時期、空燃比に応じた排出時温度Ｔ０が規定された排気温度マップが予め記憶されている。図５に、排気温度マップのイメージ図を示す。図５に示す排気温度マップにおいては、排出時温度Ｔ０は、エンジン回転数が高くなるほど、充填効率が大きくなるほど、点火時期が遅くなるほど、空燃比が大きくなるほど、高くなる。温度推定部５２は、エンジン回転数、充填効率、点火時期、空燃比を排気温度マップに照らし合わせることによって排出時温度Ｔ０を求める。なお、排気温度マップを含め、温度推定部５２の温度推定に用いる各種マップは、エンジン１００ごとに固有のものであり、実測等によって予め求められる。そのため、図５の排気温度マップや、後述する各種マップは、一例に過ぎず、エンジンによっては異なる特性となり得る。

温度推定部５２は、（ｉ）新気吹き抜けにより冷却された排気ポート３１への放熱に起因する排気温度の低下分（以下、その低下温度を「第１低下温度ΔＴｅ１」と称する）を求める。排気ポート３１を新気が吹き抜けることにより排気ポート３１、すなわち、シリンダヘッドが冷却される。これにより、排気ポート３１を通過する排気も冷却され、排気温度が低下する。新気吹き抜けに起因する排気の第１低下温度ΔＴｅ１は、吹き抜け流量が多くなるほど大きくなる（すなわち、排気がより冷却される）。

まず、温度推定部５２は、吹き抜け流量を算出する。具体的には、温度推定部５２は、吸気圧（第２圧力センサ６４により検出されたインマニ圧力）、吸気バルブ２２及び排気バルブ２９のオーバーラップ量（すなわち、オーバーラップ期間）に基づいて吹き抜け率の基本値を算出する。オーバーラップ量は、吸気バルブ２２の開閉時期及び排気バルブ２９の開閉時期から求められる。ＥＣＵ５０の内部メモリには、吸気圧及びオーバーラップ量に応じた吹き抜け率の基本値が規定された吹き抜け率マップが予め記憶されている。温度推定部５２は、吸気圧及びオーバーラップ量を吹き抜け率マップに照らし合わせることによって、吹き抜け率の基本値を求める。また、ＥＣＵ５０の内部メモリには、エンジン回転数に応じた、吹き抜け率の補正項が規定された補正マップが予め記憶されている。温度推定部５２は、エンジン回転数を補正マップに照らし合わせることによって、吹き抜け率の補正項を求める。そして、温度推定部５２は、吹き抜け率の基本値に吹き抜け率の補正項を乗算して、吹き抜け率を求める。さらに、温度推定部５２は、吸入空気流量に吹き抜け率を乗算することによって吹き抜け流量を算出する。吸入空気流量としては、例えば、エアフロセンサ６１によって検出される吸気流量が用いられる。ＥＣＵ５０の内部メモリには、吹き抜け流量に応じた第１低下温度ΔＴｅ１が規定された吹き抜け冷却マップが予め記憶されている。図６に、吹き抜け冷却マップのイメージ図を示す。図６に示す吹き抜け冷却マップにおいては、第１低下温度ΔＴｅ１は、吹き抜け流量が大きくなるほど、大きくなる。温度推定部５２は、吹き抜け流量を吹き抜け冷却マップに照らし合わせることによって第１低下温度Ｔｅ１を求める。

温度推定部５２は、排出時温度Ｔ０から第１低下温度ΔＴｅ１を減算することによって排気ポート３１の出口での第１排気温度Ｔａを求める。

温度推定部５２は、（ii）排気管の集合部３０ｂからの受熱による排気温度の上昇分（以下、その上昇温度を「第１上昇温度ΔＴｉ１」と称する）を求める。つまり、各気筒の排気ポート３１からは、複数の気筒２１の燃焼順に応じて高温の排気が間欠的に排出される。各気筒２１から間欠的に排出される排気は、分岐管３０ａを通って、やがて集合部３０ｂに到達する。そのため、集合部３０ｂには、複数の気筒からの排気が次々と流入するため、集合部３０ｂの温度は、分岐管３０ａに比べて高くなる。こうして集合部３０ｂが高温になることにより、排気が集合部３０ｂを通過する際に加熱される。ＥＣＵ５０の内部メモリには、第１排気温度Ｔａに応じた第１上昇温度ΔＴｉ１が規定された集合部上昇温度マップが予め記憶されている。図７に、集合部上昇温度マップのイメージ図を示す。図７に示す集合部上昇温度マップにおいては、第１上昇温度ΔＴｉ１は、第１排気温度Ｔａが高くなるほど大きくなる（すなわち、排気がより加熱される）。温度推定部５２は、第１排気温度Ｔａを集合部上昇温度マップに照らし合わせることによって第１上昇温度ΔＴｉ１を求める。

温度推定部５２は、（iii）排気管の上流部での後燃えからの受熱に起因する排気温度の上昇分（以下、その上昇温度を「第２上昇温度ΔＴｉ２」と称する）を求める。新気吹き抜けが生じている場合には、排気管に新気が流入する。そのため、排気中に未燃燃料が含まれていると、排気管内で新気と未燃燃料とが反応して、所謂、後燃えが発生する。特に、前述の如く、排気管の集合部３０ｂにおいては排気が高温になるため、後燃えが生じ易い。ＥＣＵ５０の内部メモリには、吹き抜け流量に応じた第２上昇温度ΔＴｉ２の基本値が規定された第１後燃えマップと、空燃比に応じた係数（以下、「第１係数α１」と称する）が規定された第１係数マップとが予め記憶されている。図８に第１後燃えマップのイメージ図を、図９に第１係数マップのイメージ図を示す。図８の第１後燃えマップにおいては、第２上昇温度ΔＴｉ２の基本値は、吹き抜け流量が多くなるほど大きくなる（すなわち、排気がより加熱される）。図９の第１係数マップにおいては、第１係数α１は、空燃比がストイキ（１４．７）からリッチになるほど（空燃比が小さくなるほど）小さくなる（すなわち、排気の加熱が小さくなる）。これは、空燃比がリッチになるほど、気化潜熱による冷却効果の影響が大きくなるためである。温度推定部５２は、吹き抜け流量を第１後燃えマップに照らし合わせることによって第２上昇温度ΔＴｉ２の基本値を求めると共に、空燃比を第１係数マップに照らし合わせることによって第１係数α１を求める。温度推定部５２は、第１上昇温度ΔＴｉ２の基本値に第１係数α１を乗算することによって第２上昇温度ΔＴｉ２を求める。

温度推定部５２は、（iv）排気管の上流部への放熱に起因する排気温度の低下分（以下、その低下温度を「第２低下温度ΔＴｅ２」と称する）を求める。エンジン本体２０及び排気系の周囲は、走行風が吹き抜けており、この走行風によりエンジン本体２０及び排気系が冷却される。例えば、エンジン１００のようにターボ過給機４が設けられている場合には、タービン４ｂを収容するタービンハウジングの周辺に走行風が導入されるように構成されており、タービンハウジングを含む排気管の上流部がよく冷却される。そのため、排気が排気管の上流部を通過する際の該上流部への放熱も大きくなる。ＥＣＵ５０の内部メモリには、車速に応じた第２低下温度ΔＴｅ２が規定された上流側車速放熱マップが予め記憶されている。図１０に、上流側車速放熱マップのイメージ図を示す。図１０に示す上流側車速放熱マップにおいては、第２低下温度ΔＴｅ２は、車速が速くなるほど大きくなる（すなわち、排気がより冷却される）。温度推定部５２は、車速を車速放熱マップに照らし合わせることによって第２低下温度ΔＴｅ２を求める。

なお、排気管の上流部への放熱は排気流量（吸入空気流量）や外気温度の影響も受けるが、この例では車速による影響が支配的であるので、第２低下温度ΔＴｅ２は、車速のみに応じて決定される。ただし、第２低下温度ΔＴｅ２は、車速に加えて、排気流量又は外気温度を考慮して決定されてもよい。

温度推定部５２は、（ｖ）排気管の下流部への放熱に起因する排気温度の低下分（以下、その低下温度を「第３低下温度ΔＴｅ３」と称する）を求める。排気は、前述の排気管の上流部だけでなく、排気管のうちタービン４ｂよりも下流側の部分へも放熱する。（iv）排気管の上流部への放熱は、車速による影響が支配的なので、車速のみを考慮しているが、（ｖ）排気管の下流部への放熱は、車速による影響が相対的に小さく、排気流量（ひいては、吸入空気流量）及び外気温度の影響も受ける。ＥＣＵ５０の内部メモリには、車速に応じた、第３低下温度ΔＴｅ３の基本値が規定された下流側車速放熱マップ、吸入空気流量に応じた係数（以下、「第２係数α２」と称する）が規定された第２係数マップ、及び外気温に応じた係数（以下、「第３係数α３」と称する）が規定された第３係数マップが予め記憶されている。図１１に、下流側車速放熱マップのイメージ図を、図１２に、第２係数マップのイメージ図を、図１３に第３係数マップのイメージ図を示す。図１１に示す下流側車速放熱マップにおいては、第３低下温度ΔＴｅ３は、車速が速くなるほど大きくなる（すなわち、排気がより冷却される）。図１２に示す第２係数マップにおいては、第２係数α２は、吸入空気流量が大きくなるほど小さくなる（すなわち、排気の冷却が小さくなる）。図１３に示す第３係数マップにおいては、第３係数α３は、外気温度が高くなるほど小さくなる（すなわち、排気の冷却が小さくなる）。温度推定部５２は、排気流量に関連する値として吸入空気流量を用いている。温度推定部５２は、第１温度センサ６２により検出される吸気温度を外気温として用いている。温度推定部５２は、車速を下流側車速放熱マップに照らし合わせることによって第３低下温度ΔＴｅ３の基本値を求め、吸入空気流量を第２係数マップに照らし合わせることによって第２係数α２を求め、外気温度を第３係数マップに照らし合わせることによって第３係数α３を求める。温度推定部５２は、第３低下温度ΔＴｅ３の基本値に第２係数α２及び第３係数α３を乗算することによって第３低下温度ΔＴｅ３を求める。

温度推定部５２は、（vi）タービン仕事による熱損失に起因する排気温度の低下分（以下、その低下温度を「第４低下温度ΔＴｅ４」と称する）を求める。排気がタービン４ｂを回転駆動する際に、排気の熱量はタービン仕事に変換され、排気温度が低下する。タービン４ｂへ作用する仕事量は、ＷＧバルブ３６の開度及びタービン流量に依存する。ＥＣＵ５０の内部メモリには、ＷＧバルブ３６の開度に応じた、第４低下温度ΔＴｅ４の基本値が規定された仕事損失マップ、及びタービン流量に応じた係数（以下、「第４係数α４」と称する）が規定された第４係数マップが予め記憶されている。図１４に、仕事損失マップのイメージ図を、図１５に、第４係数マップのイメージ図を示す。図１４の仕事損失マップにおいては、第４低下温度ΔＴｅ４は、ＷＧバルブ３６の開度が大きくなるほど小さくなる（すなわち、排気の冷却が小さくなる）。図１５の第４係数マップにおいては、第４係数α４は、タービン流量が多いほど大きくなる（すなわち、排気の冷却が大きくなる）。温度推定部５２は、ＷＧバルブ３６の開度を仕事損失マップに照らし合わせることによって第４低下温度ΔＴｅ４の基本値を求め、タービン流量を第４係数マップに照らし合わせることによって第４係数α４を求める。温度推定部５２は、第４低下温度ΔＴｅ４の基本値に第４係数α４を乗算することによって第４低下温度ΔＴｅ４を求める。

温度推定部５２は、（vii）排気浄化触媒３７の反応熱による加熱に起因する排気温度の上昇分（以下、その上昇温度を「第３上昇温度ΔＴｉ３」と称する）を求める。排気浄化触媒３７は、還元反応及び／又は酸化反応によって排気を浄化し、その際に反応熱を発する。これにより、排気温度が上昇する。この反応熱は、排気中に含まれるＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣの量（ひいては、エンジン回転数及び充填効率）及び排気浄化触媒３７の浄化性能（ひては、空燃比）に依存する。ＥＣＵ５０の内部メモリには、エンジン回転数及び充填効率に応じた、第３上昇温度ΔＴｉ３の基本値が規定された反応熱マップと、空燃比に応じた係数（以下、「第５係数α５」と称する）が規定された第５係数マップとが予め記憶されている。図１６に、反応熱マップのイメージ図を、図１７に、第５係数マップのイメージ図を示す。図１６の反応熱マップにおいては、第３上昇温度ΔＴｉ３は、エンジン回転数又は充填効率が大きくなるほど大きくなる（すなわち、排気がより加熱される）。図１７の第５係数マップにおいては、第５係数α５は、空燃比がストイキ（１４．７）からリッチになるほど（空燃比が小さくなるほど）小さくなる（すなわち、排気の加熱が小さくなる）。これは、排気浄化触媒３７は、空燃比がストイキのときに浄化効率が高く、空燃比がリッチになるほど浄化効率が低下するためである。なお、この例では、空燃比がリーンになっても、第５係数α５はあまり変化しない。ただし、エンジン１００及び排気浄化触媒３７によっては、空燃比がリーンになるほど、第５係数αが小さくなる場合もあり得る。温度推定部５２は、エンジン回転数及び充填効率を反応熱マップに照らし合わせることによって第３上昇温度ΔＴｉ３の基本値を求めると共に、空燃比を第５係数マップに照らし合わせることによって第５係数α５を求める。温度推定部５２は、第３上昇温度ΔＴｉ３の基本値に第５係数α５を乗算することによって第３上昇温度ΔＴｉ３を求める。

温度推定部５２は、（viii）排気浄化触媒３７での後燃えからの受熱に起因する排気温度の上昇分（以下、その上昇温度を「第４上昇温度ΔＴｉ４」と称する）を求める。新気吹き抜け時の後燃えは、前述の集合部３０ｂだけでなく、排気浄化触媒３７においても発生する。つまり、排気中の未燃燃料は、集合部３０ｂ及びそれ以降の排気管中で燃え切るわけではなく、一部の未燃燃料は、燃え残って排気浄化触媒３７に到達する。前述の如く、排気浄化触媒３７は反応熱によって高温となっているため、燃え残った未燃燃料も排気浄化触媒３７においては燃焼し易い。こうして、排気浄化触媒３７においても後燃えが生じる。ＥＣＵ５０の内部メモリには、吹き抜け流量に応じた第４上昇温度ΔＴｉ４が規定された第２後燃えマップが予め記憶されている。図１８に、第２後燃えマップのイメージ図を示す。図１８の第２後燃えマップにおいては、吹き抜け流量に対する第４上昇温度ΔＴｉ４の特性が空燃比ごとに規定されている。第４上昇温度ΔＴｉ４は、空燃比が一定であれば、吹き抜け流量が大きくなるほど小さくなる（すなわち、排気の加熱が小さくなる）。また、第４上昇温度ΔＴｉ４は、吹き抜け流量が一定であれば、空燃比が小さくなるほど（すなわち、リッチになるほど）、小さくなる（すなわち、排気の加熱が小さくなる）。これは 、空燃比が小さい場合、すなわち、燃料が相対的に多い場合には燃料の気化潜熱による冷却効果が大きくなるので、後燃えが生じにくくなるためである。燃料が相対的に小さくなると、燃料の気化潜熱による冷却よりも後燃えによる加熱の影響の方が大きくなる。温度推定部５２は、吹き抜け流量及び空燃比を第２後燃えマップに照らし合わせることによって第４上昇温度ΔＴｉ４を求める。

温度推定部５２は、排出時温度Ｔ０に第１〜第４上昇温度ΔＴｉ１〜ΔＴｉ４及び第１〜第４低下温度ΔＴｅ１〜ΔＴｅ４のうち必要なものを加算又は減算することによって、排気系の各場所における排気温度を推定する。例えば、第１排気温度Ｔａは、排出時温度Ｔ０から第１低下温度ΔＴｅ１を減算することによって求められる。第２排気温度Ｔｂは、排出時温度Ｔ０から第１低下温度ΔＴｅ１を減算し、第１上昇温度ΔＴｉ１及び第２上昇温度ΔＴｉ２を加算し、さらに第２低下温度ΔＴｅ２を減算することによって求められる。第３排気温度Ｔｃは、排出時温度Ｔ０から第１低下温度ΔＴｅ１を減算し、第１上昇温度ΔＴｉ１及び第２上昇温度ΔＴｉ２を加算し、第２低下温度ΔＴｅ２、第３低下温度ΔＴｅ３及び第４低下温度ΔＴｅ４をさらに減算することによって求められる。第４排気温度Ｔｄは、排出時温度Ｔ０から第１低下温度ΔＴｅ１を減算し、第１上昇温度ΔＴｉ１及び第２上昇温度ΔＴｉ２を加算し、第２低下温度ΔＴｅ２、第３低下温度ΔＴｅ３及び第４低下温度ΔＴｅ４をさらに減算し、第３上昇温度ΔＴｉ３及び第４上昇温度ΔＴｉ４をさらに加算することによって求められる。なお、温度推定部５２は、第１〜第４排気温度Ｔａ〜Ｔｄを算出する際には、排気系の各部品の熱容量を考慮して、排出時温度Ｔ０、第１〜第４上昇温度ΔＴｉ１〜ΔＴｉ４及び第１〜第４低下温度ΔＴｅ１〜ΔＴｅ４のうち必要なものを適宜、一次遅れ要素として演算する。

以上のような温度推定部５２の温度推定によれば、吹き抜け流量が多い場合であっても後燃えに起因する排気の温度上昇を考慮して排気温度を推定することができる。その結果、排気温度を精度良く推定することができる。

〈燃料増量〉
続いて、増量制御部５３による燃料増量制御、及び、その際のバルブ制御部５４によるオーバーラップ期間の調整について、図１９を参照しながら説明する。図１９は、燃料増量制御の処理を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ２０１において、温度推定部５２がエンジン１００の運転状態を取得する。具体的には、エンジン回転数、充填効率、点火時期、及び空燃比等を各種センサの検出結果に基づいて読み込む。

続くステップＳ２０２において、温度推定部５２は、排出時温度Ｔ０、第１〜第４上昇温度ΔＴｉ１〜ΔＴｉ４及び第１〜第４低下温度ΔＴｅ１〜ΔＴｅ４をステップＳ２０１で読み込んだ運転状態に基づいて算出し、排気系の各場所における排気温度Ｔａ〜Ｔｄを推定する。

続いて、増量制御部５３は、ステップＳ２０３において、温度推定部５２により推定された排気温度のうちタービン４ｂの直上流での第２排気温度Ｔｂを読み込む。そして、増量制御部５３は、その第２排気温度Ｔｂに基づいて、燃料増量制御の要否を判定する。詳しくは、増量制御部５３は、第２排気温度Ｔｂが所定の増量判定温度よりも高い場合には、タービン４ｂの過度の昇温を防止するべく第２排気温度Ｔｂを低下させる必要有と判定し、燃料の増量を要求する。この増量判定温度は、タービン４ｂの保証温度に基づいて規定されており、ＥＣＵ５０の内部メモリに予め記憶されている。一方で、第２排気温度Ｔｂが増量判定温度以下の場合には、第２排気温度Ｔｂを低下させる必要無と判定し、燃料の増量を要求せずにリターンする。なお、燃料増量制御の要否を第２排気温度Ｔｂと第２保証温度Ｔｔ２との比較結果に基づいて判定する構成は、一例に過ぎず、この構成に限られるものではない。例えば、排気ポート３１の出口での排気温度である第１排気温度Ｔａと排気ポート３１の保証温度に基づいて規定された増量判定温度とを比較することによって判定したり、Ｏ２センサ６７での排気温度である第３排気温度ＴｃとＯ２センサ６７の保証温度に基づいて規定された増量判定温度とを比較することによって判定したり、排気浄化触媒３７での排気温度である第４排気温度Ｔｄと排気浄化触媒３７の保証温度に基づいて規定された増量判定温度とを比較することによって判定したり、排気系の各場所における比較結果の組み合わせに基づいて判定したりしてもよい。

次に、増量制御部５３は、ステップＳ２０３で燃料の増量が要求された場合から続くステップＳ２０４において、燃料増量制御における噴射量の増量分（以下、「噴射量補正値」と称する）を求める。ＥＣＵ５０の内部メモリには、エンジン回転数及び充填効率に応じた噴射量補正値が規定された増量マップが予め記憶されている。噴射量補正値は、この増量マップにおいては、エンジン回転数が大きくなるほど、充填効率が大きくなるほど大きくなる（すなわち、燃料増量が多くなる）。増量制御部５３は、エンジン回転数及び充填効率を増量マップに照らし合わせることによって噴射量補正値を求める。増量制御部５３は、ベース設定部５１により設定された噴射量の目標値に噴射量補正値を加算することによって、燃料増量制御における噴射量の目標値（以下、「増量時噴射量」と称する）を取得する。

続いて、温度推定部５２は、ステップＳ２０５において、燃料増量制御が行われる前に、予め、当該制御が行われた場合の排気温度を予測する。詳しくは、温度推定部５２は、燃料増量制御が行われた場合の第１〜第４排気温度Ｔａ〜Ｔｄを求める。以下では、燃料増量制御が行われた場合の第１〜第４排気温度Ｔａ〜Ｔｄを第１〜第４予測排気温度Ｔａ’〜Ｔｄ’と称する。温度推定部５２は、燃料増量制御が行われた場合の排出時温度Ｔ０、第１〜第４上昇温度ΔＴｉ１〜ΔＴｉ４、及び、第１〜第４低下温度ΔＴｅ１〜ΔＴｅ４を求め直すことにより、第１〜第４予測排気温度Ｔａ’〜Ｔｄ’を算出する。以下では、燃料増量制御が行われた場合の排出時温度Ｔ０、第１〜第４上昇温度ΔＴｉ１〜ΔＴｉ４、及び、第１〜第４低下温度ΔＴｅ１〜ΔＴｅ４を、排出時温度Ｔ０’、第１〜第４上昇温度ΔＴｉ１’〜ΔＴｉ４’、及び、第１〜第４低下温度ΔＴｅ１’〜ΔＴｅ４’と称する。この実施形態では、排出時温度Ｔ０’、及び、 第２〜第４上昇温度ΔＴｉ２’〜第４上昇温度ΔＴｉ４’については、以下の如く、燃料増量制御が影響し得る。それ以外の温度については、ステップＳ２０２にて算出された温度と同じである。

温度推定部５２は、燃料増量制御による排気の冷却の影響を考慮して、排出時温度Ｔ０’を求める。前述の如く、増量された燃料の気化潜熱によって、気筒２１内の温度が低下する。燃料が増量されることによって、空燃比がリッチ側に変化するので、温度推定部５２が前述の排気温度マップから求める排出時温度Ｔ０’は、ステップＳ２０２で求めた排出時温度Ｔ０よりも低くなる。燃料増量制御による排出時温度Ｔ０’の低下分は、噴射量補正値が大きくなるほど大きくなる（すなわち、燃料が増量されるにしたがって、気筒２１内から排出される排気がより冷却される）。温度推定部５２は、増量時空燃比を用いて、前述の手順で排出時温度Ｔ０’を求める。

また、温度推定部５２は、燃料増量制御が後燃えに及ぼす影響を考慮して、第２上昇温度ΔＴｉ２’及び第４上昇温度ΔＴｉ４’を求める。増量された燃料は、未燃燃料として排気系に供給され、前述の如く、排気管内や排気浄化触媒３７で後燃えを発生させ得る。そのため、燃料増量制御を行うと、その増量分に応じて後燃えが発生し易くなり、第２上昇温度ΔＴｉ２’及び第４上昇温度ΔＴｉ４’は、ステップＳ２０２で求めた第２上昇温度ΔＴｉ２や第４上昇温度ΔＴｉ４よりも高くなり得る。温度推定部５２は、増量時空燃比を用いて、第２上昇温度ΔＴｉ２’及び第４上昇温度Ｔｉ４’を前述の手順で求める。

さらに、温度推定部５２は、燃料増量制御が排気浄化触媒３７の反応熱に及ぼす影響を考慮して、第３上昇温度ΔＴｉ３’を求める。燃料増量制御により空燃比が小さくなると、排気浄化触媒３７の浄化性能が低下して、反応熱が減少する。その結果、第３上昇温度ΔＴｉ３’は、ステップＳ２０２で求めた第３上昇温度ΔＴｉ３よりも低くなる。温度推定部５２は、増量時空燃比を用いて、第３上昇温度ΔＴｉ３’を前述の手順で求める。

そして、温度推定部５２は、排出時温度Ｔ０’、第１〜第４上昇温度ΔＴｉ１’〜ΔＴｉ４’、及び、第１〜第４低下温度ΔＴｅ１’〜ΔＴｅ４’に基づいて、第１〜第４予測排気温度Ｔａ’〜Ｔｄ’を算出する。例えば、第１予測排気温度Ｔａ’は、第１排気温度Ｔａの算出と同様に、排出時温度Ｔ０’から第１低下温度ΔＴｅ１’を減算することによって求められる。第２予測排気温度Ｔｂ’は、第１予測排気温度Ｔａ’に第１上昇温度ΔＴｉ１’及び第２上昇温度ΔＴｉ２’を加算し、さらに第２低下温度ΔＴｅ２’を減算することによって求められる。第３予測排気温度Ｔｃ’は、第２予測排気温度Ｔｂ’から第３低下温度ΔＴｅ３’及び第４低下温度ΔＴｅ４を減算することによって求められる。第４予測排気温度Ｔｄ’は、第３予測排気温度Ｔｃ’に第３〜第４上昇温度ΔＴｉ３’〜ΔＴｉ４’を加算することによって求められる。第１〜第４予測排気温度Ｔａ’〜Ｔｄ’の算出においては、第１〜第４排気温度Ｔａ〜Ｔｄの算出と同様に、適宜、一次遅れが考慮される。

続いて、バルブ制御部５４は、ステップＳ２０６において、増量制御部５３が燃料増量制御を実行するとき、燃料増量制御が行われた場合の排気の温度上昇に基づいて排気系の部品（この実施形態では、排気ポート３１、タービン４ｂ、Ｏ２センサ６７及び排気浄化触媒３７）の保護の要否を判定する。詳しくは、この実施形態では、バルブ制御部５４は、燃料増量が実際に開始される前に、排気浄化触媒３７における第４予測排気温度Ｔｄ’が、排気浄化触媒３７に対応する所定の判定排気温度よりも高いか否かを判定する。この実施形態では、判定排気温度は、排気浄化触媒３７の保証温度に基づいて規定されている（つまり、燃料増量制御が行われた場合に、排気浄化触媒３７の温度が、その保証温度よりも高くなるか否かを判定する）。そして、バルブ制御部５４は、第４予測排気温度Ｔｄ’が判定排気温度よりも高いと判定した場合には、排気系の部品の保護が必要であると判定する（ステップＳ２０７に進む）。なお、この実施形態では、排気浄化触媒３７での第４予測排気温度Ｔｄ’が判定排気温度よりも低い場合には、排気ポート３１での第１予測排気温度Ｔａ’、タービン４ｂでの第２予測排気温度Ｔｂ’、及び、Ｏ２センサ６７での第３予測排気温度Ｔｃ’が各部品の保証温度よりも高くなることはない。一方で、第４予測排気温度Ｔｄ’が判定排気温度以下であると判定した場合には、排気系の部品を保護する必要は無いものと判定し、増量制御部５３が噴射量の増量を開始する（ステップＳ２０９に進む）。なお、排気系の部品の保護の要否を排気浄化触媒３７における第４予測排気温度Ｔｄ’に基づいて判定するのではなく、排気ポート３１における第１予測排気温度Ｔａ’に基づいて判定したり、タービン４ｂにおける第２予測排気温度Ｔｂ’に基づいて判定したり、Ｏ２センサ６７における第３予測排気温度Ｔｃ’に基づいて判定したり、第１〜第４予測排気温度Ｔａ’〜Ｔｄ’のうち少なくとも２つの組み合わせに基づいて判定したりしてもよい。

続いて、バルブ制御部５４は、ステップＳ２０７において、オーバーラップ期間の短縮量（以下、「オーバーラップ低減量」と称する）を求める。オーバーラップ期間を短縮することによって、排気系の部品の保護を図ることができる。オーバーラップ低減量は、燃料増量制御が行われた場合の予測排気温度Ｔａ’〜Ｔｄ’に基づいて求められる。この実施形態では、前述の判定で用いた排気浄化触媒３７の第４予測排温Ｔｄ’に基づいてオーバーラップ低減量が求められる。詳しくは、第４予測排気温度Ｔｄ’は、前述の如く、燃料増量制御の影響が考慮された排出時温度Ｔ０’、第１〜第４上昇温度Ｔｉ１’〜Ｔｉ４’、及び、第１〜第４低下温度Ｔｅ１’〜Ｔｅ４’に基づいて求められる。これらのうち、新気の吹き抜け流量が影響を与え得るのは、第１低下温度ΔＴｅ１、第２上昇温度ΔＴｉ２’、及び、第４上昇温度ΔＴｉ４’である。第１低下温度ΔＴｅ１、第２上昇温度ΔＴｉ２’、及び、第４上昇温度ΔＴｉ４’を求める演算を逆算することによって、第４予測排温Ｔｄ’を第４保証温度Ｔｔ４以下まで低下させるために必要な吹き抜け流量を求める。吹き抜け流量は、前述の如く、オーバーラップ量に応じた吹き抜け率に吸入空気流量を乗算することによって求められるので、これを逆算することによって、第４予測排温Ｔｄ’を第４保証温度Ｔｔ４以下まで低下させるために必要な吹き抜け流量に対応するオーバーラップ量、ひいてはオーバーラップ低減量を求める。このように、バルブ制御部５４は、第４予測排温Ｔｄ’を第４保証温度Ｔｔ４以下まで低下させるために必要な吹き抜け流量を求めると共に、その吹き抜け流量に対応するオーバーラップ低減量を取得する。また、オーバーラップ低減量は、第４予測排温Ｔｄ’が第４保証温度Ｔｔ４よりも高くなるほど大きくなる。なお、第４予測排気温度Ｔｄ’に限らず、第１予測排気温度Ｔａ’、第２予測排気温度Ｔｂ’、第３予測排気温度Ｔｃ’、又は、第１〜第４予測排気温度Ｔａ’〜Ｔｄ’のうち少なくとも２つの組み合わせに基づいてオーバーラップ低減量を求めてもよい。

続くステップＳ２０８において、バルブ制御部５４は、排気ＶＶＴ２６を作動させて、排気バルブ２９の閉時期をステップＳ２０７にて読み込まれたオーバーラップ低減量の分だけ進角させる。そうすることによって、吸気行程において吸気バルブ２２及び排気バルブ２９が両方とも開弁されるオーバーラップ期間が短縮されることになる。バルブ制御部５４がオーバーラップ期間を短縮した後に、増量制御部５３が燃料増量を開始する。

続くステップＳ２０９において、増量制御部５３が燃料増量制御を実行する（燃料増量を開始する）。詳しくは、増量制御部５３は、ベース設定部５１により設定された噴射量を前述のステップＳ２０４にて取得された増量時噴射量まで増加させる。

燃料増量制御を行うことで、気化潜熱に応じて排出時温度Ｔ０が低下して、排気系の各場所における排気温度、例えば、排気ポート３１における第１排気温度Ｔａを低下させることができる。その一方で、燃料増量制御を行うことで、後燃えに起因した排気の温度上昇によって、排気系の各部品の温度は、各々の保証温度よりも高くなり得る。前述のステップＳ２０６〜Ｓ２０９にて説明したように、そうした虞がある場合には、オーバーラップ期間を短縮することで、排気系の部品を保護することができる。詳しくは、オーバーラップ期間が短縮されると、新気の吹き抜け流量が減少する。吹き抜け流量が減少すると、第１低下温度ΔＴｅ１が小さくなって排気ポート３１が昇温されるものの、排気系に供給される酸素量が減少した分だけ後燃えによる排気の温度上昇すなわち、第２上昇温度ΔＴｉ２及び第４上昇温度ΔＴｉ４が抑制されることになる。オーバーラップ量を低減した場合においては、排気ポート３１の昇温による排気温度の上昇分よりも、後燃えの抑制による排気温度の低下分の方が大きいため、オーバーラップ量を低減することで、排気の温度上昇を抑制して、ひいては排気系の部品の保護を図ることができる。

以上のように、ＥＣＵ５０は、排気温度が低下するように、燃料の噴射量を増量する燃料増量制御を実行する増量制御部５３と、エンジン１００の吸気行程において吸気バルブ２２及び排気バルブ２９の両方が開弁される期間であるオーバーラップ期間を吸気ＶＶＴ２５及び排気ＶＶＴ２６を介して制御するバルブ制御部５４とを備え、バルブ制御部５４は、増量制御部５３が燃料増量制御を実行するとき、燃料増量制御が行われた場合の排気の温度上昇第２〜第４上昇温度ΔＴｉ２’〜ΔＴｉ４’に基づいて排気系の部品（具体的には、排気ポート３１、タービン４ｂ、Ｏ２センサ６７及び排気浄化触媒３７）の保護の要否を判定し、排気系の部品の保護が必要であると判定した場合には、オーバーラップ期間を短縮する。

この構成によれば、燃料増量制御が行われた場合の排気の温度上昇に基づいて、排気系の部品の保護の要否を判定する。後燃えが発生すると排気温度が上昇することになるから、排気の温度上昇に基づいた判定を行うことで、排気系の部品を保護すべきときをより適切に判定することができる。また、この構成によれば、排気系の部品の保護が必要であると判定された場合には、オーバーラップ期間を短縮する。オーバーラップ期間を短縮した分だけ新気の吹き抜け流量が減少することになるから、その減少量に応じて後燃えが抑制されることになる。そのことで、排気系の各部品の昇温を抑制して、各部品の保護を図ることができる。

また、バルブ制御部５４は、排気系の部品の保護が必要であると判定した場合には、増量制御部５３が噴射量の増量を開始する前に、オーバーラップ期間を短縮する。

一般的に、燃料増量制御が行われた後にオーバーラップ期間を短縮しても、増量分の燃料は、新気の吹き抜け流量が減少する前に排気系へ供給されることになる。そのことで、後燃えに起因した排気の温度上昇が十分に抑制されない虞がある。

この構成によれば、燃料増量が開始される前に、予め、オーバーラップ期間を短縮することになる。そうすることによって、増量分の燃料が排気系に供給されたときには、新気の吹き抜け流量は、既に減少していることとなるから、後燃えをより確実に抑制して、ひいては排気系の部品を保護する上で有利になる。

また、バルブ制御部５４は、オーバーラップ期間中に排気系へ吹き抜ける新気の流量、及び、燃料の噴射量に基づいて、排気系の部品の保護の要否を判定する。

排気の温度は、排気系へ吹き抜けた新気と未燃燃料とが反応して生じる後燃えによって上昇し得る。その未燃燃料の量は、燃料の噴射量に応じて増減する。よって、この構成によれば、新気の吹き抜け流量と噴射量とを考慮した判定を行うことで、後燃えに起因する排気の温度上昇を精度良く考慮することができる。そのことで、排気系の部品の保護の要否を精度良く判定することができる。

また、バルブ制御部５４は、燃料増量制御が行われた場合の排気温度が所定の判定排気温度よりも高いときに、排気系の部品の保護が必要であると判定する。

一般的に、排気の温度上昇に伴って、排気温度が高くなると考えられる。よって、この構成によれば、排気温度に基づいた判定を行うことで、排気系の部品を保護すべきときをより適切に判定することができる。

また、バルブ制御部５４は、排気の温度上昇に基づいて、オーバーラップ期間の短縮量を設定する。

この構成によれば、オーバーラップ期間の短縮量を設定する際に排気の温度上昇を考慮することによって、排気系の部品の昇温をより確実に抑制することができる。例えば、排気の温度上昇が大きくなるほど短縮量を大きくすることによって、温度上昇が大きくなるにつれて吹き抜け流量を多く低減することができる。そのことで、後燃えをより十分に抑止して、ひいては排気系の部品の昇温をより確実に抑制することができる。

また、バルブ制御部５４は、オーバーラップ期間を短縮するときに、排気バルブ２９の閉時期を変更する。

この構成によれば、吸気バルブ２２の開閉時期を変更する場合と比較して、気筒２１内に供給される吸気量への影響を低減し、ひいては、オーバーラップ期間を設けることでエンジン１００の出力トルクが受ける影響を低減する上で有利になる。

また、排気系の部品には、排気浄化触媒３７が含まれる。

この構成によれば、少なくとも排気浄化触媒３７を排気熱から保護することができる。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

エンジン１００の構成は、一例であり、この構成に限られるものではない。

また、温度推定部５２は、排気ポート３１の出口、タービン４ｂ直前、Ｏ２センサ６７、及び排気浄化触媒３７における排気温度を推定しているが、これに限られるものではない。温度推定部５２は、排気温度を推定した場所よりも上流側における熱の収支を考慮することによって、排気系の任意の場所の排気温度を推定することができる。

また、温度推定部５２は、排気系の熱の収支として、第１〜第４上昇温度ΔＴｉ１〜ΔＴｉ４及び第１〜第４低下温度ΔＴｅ１〜ΔＴｅ４を考慮しているが、これに限られるものではない。エンジンによっては排気温度に与える影響が小さい因子もあるので、その場合には、第１〜第４上昇温度ΔＴｉ１〜ΔＴｉ４及び第１〜第４低下温度ΔＴｅ１〜ΔＴｅ４のうち不要なものを省略してもよい。あるいは、エンジンによっては排気温度に与える影響が大きい別の因子が存在する場合もある。その場合には、当該別の因子をさらに考慮して排気温度を推定すればよい。

さらに、温度推定部５２は、後燃えによる影響として、（iii）排気管のうちタービン４ｂよりも上流での後燃えからの受熱と、（viii）排気浄化触媒３７での後燃えからの受熱とを考慮しているが、これに限られるものではない。温度推定部５２は、何れか一方の後燃えだけを考慮してもよいし、これら以外の場所における後燃えを考慮してもよい。

また、温度推定部５２が利用した各種マップは、一例に過ぎず、エンジンに応じて各種マップの特性は異なる。

また、バルブ制御部５４は、排気浄化触媒３７における第４予測排気温度Ｔｄ’が排気浄化触媒３７に対応する判定排気温度よりも高いときに、排気系の部品の保護が必要であると判定しているが、これに限られるものではない。バルブ制御部５４は、排気浄化触媒３７の温度が所定の判定部品温度よりも高いときに、排気系の部品の保護が必要であると判定してもよい。この判定部品温度は、排気浄化触媒３７の保証温度に基づいて規定される。同様に、排気ポート３１の温度に基づいて判定したり、タービン４ｂの温度に基づいて判定したり、Ｏ２センサ６７の温度に基づいて判定したり、排気ポート３１、タービン４ｂ、Ｏ２センサ６７及び排気浄化触媒３７のうち少なくとも２つの組み合わせに基づいて判定したりしてもよい。また、排気系の各部品の温度に基づいて、オーバーラップ期間の短縮量を設定してもよい。

また、バルブ制御部５４は、排気バルブ２９の閉時期を進角させることによってオーバーラップ期間を短縮しているが、これに限られるものではない。バルブ制御部５４は、吸気バルブ２２の開時期を遅角させることによってオーバーラップ期間を短縮してもよいし、排気バルブ２９の閉時期を進角させ且つ、吸気バルブ２２の開時期を遅角させることによってオーバーラップ期間を短縮してもよい。

また、バルブ制御部５４は、オーバーラップ期間を短縮することによって、排気系の部品としての排気ポート３１、タービン４ｂ、Ｏ２センサ６７及び排気浄化触媒３７を保護しているが、これに限られるものではない。バルブ制御部５４は、排気の温度上昇に基づいた判定を行うことによって、排気系の任意の部品を保護することができる。

以上説明したように、ここに開示された技術は、エンジンの制御装置について有用である。

１００ エンジン
２０ エンジン本体
２１ 気筒
２２ 吸気バルブ
２５ 吸気ＶＶＴ
２６ 排気ＶＶＴ
２９ 排気バルブ
３０ 排気通路
３０ａ 分岐管
３０ｂ 集合部
３１ 排気ポート
３７ 排気浄化触媒（触媒）
４ ターボ過給機
４ｂ タービン
５０ ＥＣＵ（制御装置）
５２ 温度推定部
５３ 増量制御部
５４ バルブ制御部

Claims (7)

1. エンジン本体と、前記エンジン本体に連結された排気通路と、前記排気通路に設けられたタービンを有するターボ過給機と、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉時期を変更するバルブタイミング可変機構とを備え、前記排気通路を構成する排気管の上流端部は、排気ポートに連結される分岐管と、前記分岐管が集合する集合部とを有し、前記集合部の下流には、前記タービンが設けられたエンジンの制御装置であって、
   排気温度が低下するように、燃料の噴射量を増量する燃料増量制御を実行する増量制御部と、
   前記エンジンの吸気行程において前記吸気バルブ及び前記排気バルブの両方が開弁される期間であるオーバーラップ期間を前記バルブタイミング可変機構を介して制御するバルブ制御部とを備え、
   前記バルブ制御部は、前記増量制御部が前記燃料増量制御を実行するとき、前記燃料増量制御が行われた場合の、前記集合部下流かつ前記タービン上流における排気の温度上昇に基づいて排気系の部品の保護の要否を判定し、前記排気系の部品の保護が必要であると判定した場合には、前記オーバーラップ期間を短縮することを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
   前記バルブ制御部は、前記排気系の部品の保護が必要であると判定した場合には、前記増量制御部が前記噴射量の増量を開始する前に、前記オーバーラップ期間を短縮することを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置において、
   前記バルブ制御部は、前記オーバーラップ期間中に排気系へ吹き抜ける新気の流量、及び、前記噴射量に基づいて、前記排気系の部品の保護の要否を判定することを特徴とするエンジンの制御装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載のエンジンの制御装置において、
   前記バルブ制御部は、前記燃料増量制御が行われた場合の排気温度が所定の判定排気温度よりも高いとき、又は、前記燃料増量制御が行われた場合の排気系の部品の温度が所定の判定部品温度よりも高いときに、前記排気系の部品の保護が必要であると判定することを特徴とするエンジンの制御装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１つに記載のエンジンの制御装置において、
   前記バルブ制御部は、前記排気の温度上昇が高くなるほど、前記オーバーラップ期間の短縮量を大きくすることを特徴とするエンジンの制御装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１つに記載のエンジンの制御装置において、
   前記バルブ制御部は、前記オーバーラップ期間を短縮するときに、前記排気バルブの開閉時期を変更することを特徴とするエンジンの制御装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１つに記載のエンジンの制御装置において、
   前記排気系の部品には、少なくとも排気を浄化する触媒が含まれることを特徴とするエンジンの制御装置。