(57)【要約】【課題】内燃機関の運転性能を維持しつつも、触媒温度を適正に管理して排気浄化性能を確保する。【解決手段】エンジン１０は筒内噴射式内燃機関であり、同エンジン１０には、吸気バルブ３１及び排気バルブ３２をエンジンの１燃焼サイクルで２度以上開弁することが可能な可変バルブ装置３３，３４が設けられている。また、排気管３５にはＮＯｘ触媒３８が設けられている。ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ触媒３８が所定の高温状態にあるかどうかを判定する。また、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ触媒３８が高温状態にある旨判定された場合に、吸気行程での開弁とは別に排気行程で吸気バルブ３１を開弁させる第１制御と、排気行程での開弁とは別に吸気行程で排気バルブ３２を開弁させる第２制御との少なくともいずれかを実行する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気行程にて開弁して吸気を行う吸気バルブと、
内燃機関の排気行程にて開弁して排気を行う排気バルブと、
これら各バルブの少なくとも一方を前記内燃機関の１燃焼サイクルで２度以上開弁することが可能な可変動弁機構と、
排気通路に設けられる排気浄化用の触媒と、
を備える筒内噴射式内燃機関に適用され、前記可変動弁機構の駆動を制御する制御装置において、
前記触媒が所定の高温状態にあるかどうかを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記触媒が高温状態にある旨判定された場合に、前記吸気行程での開弁とは別に前記排気行程で前記吸気バルブを開弁させる第１制御と、前記排気行程での開弁とは別に前記吸気行程で前記排気バルブを開弁させる第２制御との少なくともいずれかを実行する制御手段と、
を備えることを特徴とする可変動弁機構を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の吸気行程で燃料を噴射する吸気行程噴射と、内燃機関の圧縮行程で燃料を噴射する圧縮行程噴射とを機関運転状態等に基づいて実施する制御装置であり、
前記制御手段は、吸気行程噴射か圧縮行程噴射かに応じて、前記第１制御及び前記第２制御の少なくともいずれを選択して実行する請求項１に記載の可変動弁機構を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記吸気行程噴射の実施期間では前記第１制御により前記排気行程で前記吸気バルブを開弁させ、前記圧縮行程噴射の実施期間では前記第２制御により前記吸気行程で前記排気バルブを開弁させる請求項２に記載の可変動弁機構を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記可変動弁機構は、バルブリフト量を可変とするリフト量調整機能を有し、
前記制御手段は、前記判定手段により前記触媒が高温状態にある旨判定された場合に、前記第１制御での前記吸気バルブのバルブリフト量及び前記第２制御での前記排気バルブのバルブリフト量の少なくともいずれかを前記触媒の温度に基づいて可変に制御する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の可変動弁機構を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第１制御、前記第２制御でのバルブリフト制御量をＥＧＲ量上限値にて制限する請求項４に記載の可変動弁機構を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記判定手段により前記触媒が高温状態にある旨判定された場合において、前記内燃機関での燃焼温度が所定の吸気部保護温度以上であれば、前記第１制御による排気行程での前記吸気バルブの開弁を禁止する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の可変動弁機構を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変動弁機構を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやリーン燃焼を行うガソリンエンジン等の内燃機関において、リーン燃焼時には内燃機関から多くのＮＯｘ（窒素酸化物）が排出される。そのため、内燃機関の排気管にはＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ触媒が設けられている。例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気中のＮＯｘを一旦吸蔵し、リッチ燃焼時などにおいて未燃燃料が供給されることで吸蔵ＮＯｘを還元除去するものとなっている。
【０００３】
上述したＮＯｘ触媒を含め、触媒には活性温度範囲（温度ウインドウ）が定められており、触媒温度がその活性温度範囲内にあることで触媒が所望の排気浄化性能を発揮するものとなっている。かかる場合、触媒温度が触媒の活性温度範囲から外れると、排気浄化性能が低下する。例えばＮＯｘ吸蔵還元型触媒では活性温度範囲が三元触媒に対して狭く（２５０〜４５０℃）、触媒温度が活性温度範囲から外れることでＮＯｘ浄化性能が低下する。また、ＮＯｘ触媒の温度が活性温度範囲を超える場合には、リーン燃焼の運転領域であってもリーン燃焼からリッチ燃焼に切り替えざるを得ず、又は、筒内噴射式内燃機関の場合において成層燃焼の運転領域であっても成層燃焼から均質燃焼に切り替えざるを得ず、リーン領域拡大の支障となり、燃費悪化の要因となっている。
【０００４】
ＮＯｘ触媒の高温状態を解消するための先行技術としては、ＮＯｘ触媒が活性温度範囲を超えた時に、吸排気バルブの各開閉タイミングを進角側又は遅角側に制御して内部ＥＧＲを増加させ、燃焼温度を抑制するものがある（例えば特許文献１参照）。具体的には、排気バルブ閉時期を吸気上死点前とし、かつ吸気バルブ開時期を吸気上死点後とすることで、燃焼室内に既燃ガスを閉じ込めて内部ＥＧＲを得るとともに、その既燃ガスを充分に冷却して燃焼温度を低下させるようにしている。この場合、排気温度が低下することで、ＮＯｘ触媒温度が低下する。
【特許文献１】特開２００２−２４２７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のように、排気バルブ閉時期と吸気バルブ開時期とをＮＯｘ触媒の温度に応じて制御する構成では、排気バルブの開時期や吸気バルブの閉時期も変えなければならず、運転領域により最適なバルブタイミングを選択できなくなる可能性がある。例えば、排気行程において排気バルブ開時期を進角することで排気損失が大きくなるという不都合が生じる。また、吸気行程において吸気バルブ閉時期を遅角することで充填効率が低下するという不都合が生じると考えられる。さらに、上記特許文献１により確保される内部ＥＧＲ量では充分な温度抑制ができない可能性がある。そのため、リーン領域が限られてしまい、燃費効果は小さいと考えられる。
【０００６】
本発明は、内燃機関の運転性能を維持しつつも、触媒温度を適正に管理して排気浄化性能を確保することができる、可変動弁機構を備えた筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。
【０００８】
本発明が適用される筒内噴射式内燃機関は、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方を内燃機関の１燃焼サイクルで２度以上開弁することが可能な可変動弁機構と、排気通路に設けられる排気浄化用の触媒と、を備えている。そして、請求項１に記載の発明では、前記触媒が所定の高温状態にあるかどうかを判定し、前記触媒が高温状態にある旨判定された場合に、吸気行程での開弁とは別に排気行程で吸気バルブを開弁させる第１制御と、排気行程での開弁とは別に吸気行程で排気バルブを開弁させる第２制御との少なくともいずれかを実行する。
【０００９】
要するに、吸気行程での開弁とは別に排気行程で吸気バルブを開弁させる第１制御によれば、排気行程において気筒内の既燃ガスが吸気側に吹き戻される（図４（ｃ）の「吸気吹き戻し」参照）。これにより、吸気吹き戻しに伴う内部ＥＧＲの増加により燃焼温度が低下し、排気温度が低下する。また、排気行程での開弁とは別に吸気行程で排気バルブを開弁させる第２制御によれば、吸気行程において、排気行程で一旦排気側に排出された既燃ガスが気筒内に再吸入される（図４（ｂ）の「排気再吸入」参照）。これにより、排気再吸入に伴う内部ＥＧＲの増加により燃焼温度が低下し、やはり排気温度が低下する。つまり、上述した第１制御、第２制御によれば、排気温度を低下させることができ、それゆえに、触媒が高温状態にある場合において触媒温度を低下させることが可能となる。かかる場合、排気行程から吸気行程に移行する際の吸排気バルブのオーバーラップとは別に、排気行程又は吸気行程で十分量の内部ＥＧＲを生じさせることができ、触媒温度の過上昇を好適に抑制できる。また、排気行程での排気バルブの開閉時期の変更や、吸気行程での吸気バルブの開閉時期の変更が強いられないため、排気損失の増大や充填効率の低下といった不都合を抑制できる。その結果、内燃機関の運転性能を維持しつつも、触媒温度を適正に管理して排気浄化性能を確保することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、内燃機関の吸気行程で燃料を噴射する吸気行程噴射（均質燃焼モードに相当）と、内燃機関の圧縮行程で燃料を噴射する圧縮行程噴射（成層燃焼モードに相当）とを機関運転状態等に基づいて実施する。そして特に、吸気行程噴射か圧縮行程噴射かに応じて、第１制御及び第２制御の少なくともいずれを選択して実行する。
【００１１】
要するに、第１，第２制御による可変バルブ制御は燃料噴射時期によって制約を受ける。例えば、燃料噴射時期と排気バルブの開弁時期とが重複すると、燃料噴射弁による噴射燃料が未燃のまま排気系に流出することが考えられる。これは、吸気行程噴射が行われる場合に第２制御（図４（ｂ）参照）が実施されることで起こりうる問題である。この点、上記のとおり吸気行程噴射か圧縮行程噴射かに応じて第１制御／第２制御の選択を実行することで、燃料噴射弁による噴射燃料が未燃のまま排気系に流出する等の不都合を抑制できる。
【００１２】
具体的には、請求項３に記載したように、吸気行程噴射の実施期間では第１制御により排気行程で吸気バルブを開弁させ、圧縮行程噴射の実施期間では第２制御により吸気行程で排気バルブを開弁させるとよい。これにより、吸気行程噴射及び圧縮行程噴射のいずれにおいても好適なる可変バルブ制御を実施できる。また、圧縮行程噴射の実施期間において吸気行程で排気バルブを開弁させる場合、触媒に流入する排気の量を減らすことで触媒温度を低下させることが可能となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、可変動弁機構は、バルブリフト量を可変とするリフト量調整機能を有する。そして、触媒が高温状態にある旨判定された場合に、第１制御での吸気バルブのバルブリフト量及び第２制御での排気バルブのバルブリフト量の少なくともいずれかを触媒温度に基づいて可変に制御する。例えば、触媒温度が高いほど、第１制御での吸気バルブのバルブリフト量、第２制御での排気バルブのバルブリフト量を大きくするとよい。この場合、バルブリフト量を可変に制御することにより、内部ＥＧＲ量（吸気の吹き戻し量、排気の再吸入量）を調整でき、ひいては触媒温度の制御が可能となる。
【００１４】
請求項４の発明では、請求項５に記載したように、前記第１制御、前記第２制御でのバルブリフト制御量をＥＧＲ量上限値にて制限するとよい。上述した本発明では内部ＥＧＲ量の増加を図ることで触媒温度の低減が可能となるが、内部ＥＧＲ量を増やしすぎると、内燃機関の燃焼安定性が損なわれるおそれがある。この点、第１制御、第２制御でのバルブリフト制御量をＥＧＲ量上限値にて制限することで、内部ＥＧＲ量の増加を図りつつも内燃機関の燃焼安定性を維持することが可能となる。
【００１５】
なお、ＥＧＲ量上限値は、内燃機関の運転状態に基づいて設定されるのが望ましい。つまり、内燃機関の運転負荷や回転速度等に基づき、燃焼安定性を確保することが可能な最大ＥＧＲ量として設定される。
【００１６】
請求項６に記載の発明では、触媒が高温状態にある旨判定された場合において、内燃機関での燃焼温度が所定の吸気部保護温度以上であれば、第１制御による排気行程での吸気バルブの開弁を禁止する。この場合、吸気バルブを通じて高温の燃焼ガスが吸気側に吹き戻されることが抑制されるため、吸気管等の熱損傷を防止できる。なお、吸気部保護温度は、触媒が高温状態であることを示す高温域に設定されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、車両に搭載される筒内噴射式の多気筒４サイクルガソリンエンジンを制御対象とし、当該エンジンにおける各種アクチュエータの電子制御を実施するものとしている。まず、図１によりエンジン制御システムの全体概略構成を説明する。
【００１８】
図１に示す筒内噴射式エンジン（以下、エンジン１０という）において、吸気管１１の上流部には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１２が設けられている。エアフロメータ１２の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１３によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられており、該スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）はスロットルアクチュエータ１３に内蔵されたスロットル開度センサにより検出される。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍にはスワール流やタンブル流を発生させる気流制御弁１９が設けられている。
【００１９】
シリンダブロック２０には電磁駆動式のインジェクタ２１が設けられており、該インジェクタ２１により燃焼室２２内に燃料が直接噴射される。インジェクタ２１に対しては、図示しない高圧ポンプと燃料配管（デリバリパイプ）とを通じて高圧燃料が供給されるようになっている。なお、高圧ポンプは、例えば１０〜２０ＭＰａ程度に燃料圧を高圧化する。
【００２０】
また、エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ３１及び排気バルブ３２が設けられており、吸気バルブ３１の開動作により吸入空気が燃焼室２２内（気筒内）に導入され、排気バルブ３２の開動作により燃焼後の排気が排気管３５に排出される。吸気バルブ３１及び排気バルブ３２には、それら各バルブの開閉時期（バルブタイミング）とリフト量とを可変とする可変バルブ装置３３，３４が設けられている。
【００２１】
本実施形態では、可変バルブ装置３３，３４として、電磁式の可変バルブ駆動機構を用いている。つまり、可変バルブ装置３３，３４はいわゆるカムレスシステムを採用するものであり、クランク軸の回転位置とは無関係に吸気バルブ３１及び排気バルブ３２を各々独立して開閉駆動させることで、エンジンの１燃焼サイクルで２度以上開弁することが可能となっている。より具体的には、例えば吸気側の可変バルブ装置３３は、吸気バルブ３１と一体で往復動するアーマチャ（電機子）と、このアーマチャに対向して設けられる電磁石とを有し、電磁石による通電に伴いアーマチャが変位し、その変位に伴い吸気バルブ３１が開弁又は閉弁するものとなっている。なお、排気側の可変バルブ装置３４についても同様である。本構成によれば、吸気バルブ３１及び排気バルブ３２について各々バルブタイミング及びバルブリフト量を任意に調整することが可能となっている。
【００２２】
エンジン１０のシリンダヘッドには各気筒に点火プラグ３６が取り付けられており、点火プラグ３６には、図示しない点火コイル等を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ３６の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２２内において燃料が着火されて燃焼に供される。
【００２３】
排気管３５には、排気を浄化するための触媒３７，３８が設けられている。上流側の触媒３７は、排気中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを浄化する三元触媒であり、下流側の触媒３８は、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）である。また、排気管３５において三元触媒３７の上流側には空燃比センサ３９が設けられ、三元触媒３７の下流側には空燃比センサ４０と排気温センサ４１とが設けられている。空燃比センサ３９，４０は、いずれも排気を検出対象として混合気の空燃比を検出するものであり、例えば、上流側の空燃比センサ３９としては、空燃比を広域に検出することが可能なＡ／Ｆセンサが用いられ、下流側の空燃比センサ４０としては、リッチ／リーンに応じて二値の起電力信号を出力するＯ２センサが用いられる（ただし、Ａ／Ｆセンサ、Ｏ2センサの組み合わせは任意である）。その他に、シリンダブロック２０には、冷却水温を検出する冷却水温センサ４２や、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ４３が取り付けられている。
【００２４】
サージタンク１６と排気管３５とはＥＧＲ配管４５を介して接続されており、このＥＧＲ配管４５の途中に電磁駆動式のＥＧＲバルブ４６が設けられている。なお、ＥＧＲ配管４５の排気側接続部位は三元触媒３７の下流側であってもよい。ＥＧＲバルブ４６の開度（ＥＧＲ開度）を調節することにより、排気管３５から吸気通路側に再循環される排気の量（ＥＧＲガス量）が制御されるようになっている。図中の符号４７は、ドライバによるアクセル操作量を検出するためのアクセルセンサである。
【００２５】
上述した各種センサの出力は、エンジン制御を司る電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ５０という）に入力される。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じてインジェクタ２１の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火プラグ３６の点火時期等を制御するとともに、吸気側及び排気側の可変バルブ装置３３，３４を駆動させて吸気バルブ３１及び排気バルブ３２のバルブプロフィール（開閉時期及びバルブリフト量）を適宜制御する。
【００２６】
ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度と負荷（要求トルク）とに応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとの切替を実施する。図２に示すように、成層燃焼モードの運転領域は、均質燃焼モードの運転領域よりも低回転・低負荷側に設定されており、成層燃焼モードでは、比較的少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグ３６の近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させる。これにより、燃費の向上が図られる。一方、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させる。これにより、エンジン出力が高められる。要するに、成層燃焼モードでは圧縮行程噴射が行われ、均質燃焼モードでは吸気行程噴射が行われる。
【００２７】
ここで、ＮＯｘ触媒３８ではＮＯｘ浄化率の高い活性温度範囲（温度ウインドウ）が決まっており、図３には、ＮＯｘ浄化率と触媒温度との関係を示す。図３によれば、ＮＯｘ触媒３８では、触媒温度がＴ１〜Ｔ２（例えば２５０〜４５０℃）の範囲内にあればＮＯｘ浄化率が比較的高く、触媒温度がＴ１以下又はＴ２以上であればＮＯｘ浄化率が低下する。
【００２８】
本実施形態では、ＮＯｘ触媒温度が活性温度上限値Ｔ２よりも高温であってＮＯｘ浄化率が低下する場合に、可変バルブ装置３３，３４により吸気バルブ３１及び排気バルブ３２の少なくとも一方のバルブプロフィールを変更し、それによりエンジン１０における内部ＥＧＲ量を調整することとしている。具体的には、排気行程において排気バルブ３２の開弁期間中に吸気バルブ３１を同時開弁することによる「吸気吹き戻し」と、吸気行程において吸気バルブ３１の開弁期間中に排気バルブ３２を同時開弁することによる「排気再吸入」とのいずれか又は両方を実施することで内部ＥＧＲ量の調整を行い、それに伴うＮＯｘ触媒３８の温度降下を生じさせることとしている。可変バルブ装置３３，３４によるバルブプロフィールのパターンを図４を用いて説明する。なお、図４では、排気バルブ３２のバルブプロフィールを実線で示し、吸気バルブ３１のバルブプロフィールを点線で示している。
【００２９】
図４において、（ａ）は通常時のバルブプロフィールを示しており、排気行程で排気バルブ３２が開弁するとともに、吸気行程で吸気バルブ３１が開弁する。
【００３０】
また、（ｂ）は、排気再吸入を行う場合のバルブプロフィールを示しており、排気バルブ３２は排気行程と吸気行程とで２回開弁し、特に２回目の開弁は吸気行程において吸気バルブ３１の開弁と重複して行われる。このとき、吸気行程では、吸気バルブ３１と排気バルブ３２とが同時に開弁する期間があるため、排気行程で一旦排気ポートに排出された排気（既燃ガス）が燃焼室２２内（気筒内）に再吸入される。したがって、その排気再吸入に伴う燃焼温度の低下により排気温度が低下し、ＮＯｘ触媒温度が降下する。またこの場合、排気流量が減ることでも、ＮＯｘ触媒３８で温度降下を生じさせることが可能となる。
【００３１】
（ｃ）は、吸気吹き戻しを行う場合のバルブプロフィールを示しており、吸気バルブ３１は排気行程と吸気行程とで２回開弁し、特に１回目の開弁は排気行程において排気バルブ３２の開弁と重複して行われる。このとき、排気行程では、吸気バルブ３１と排気バルブ３２とが同時に開弁する期間があるため、燃焼室２２内（気筒内）に存在する既燃ガスが吸気ポートに吹き戻される。したがって、その吸気吹き戻しに伴う燃焼温度の低下により排気温度が低下し、ＮＯｘ触媒温度が降下する。
【００３２】
本実施形態では、図４（ｂ）の可変バルブ制御が「第２制御」に相当し、図４（ｃ）の可変バルブ制御が「第１制御」に相当する。
【００３３】
（ｄ）は、吸気吹き戻しと排気再吸入とを共に行う場合のバルブプロフィールを示しており、吸気バルブ３１と排気バルブ３２とは排気行程と吸気行程とで各々２回ずつ開弁する。このとき、排気行程では、燃焼室２２内（気筒内）から吸気ポートへの既燃ガスの吹き戻しが生じ、吸気行程では、排気ポートから燃焼室２２内（気筒内）への排気の再吸入が生じる。したがって、その吸気吹き戻し及び排気再吸入に伴う燃焼温度の低下により排気温度が低下し、ＮＯｘ触媒温度が降下する。
【００３４】
ＮＯｘ触媒温度が所定の高温状態にある場合には、図４（ｂ）〜（ｄ）のうちいずれかのバルブプロフィールによるバルブ開閉制御が実施される。このとき、（ｂ）の排気再吸入と（ｃ）の吸気吹き戻しとを比較すると、（ｂ）の方が内部ＥＧＲ効果が高いと考えられる。これは、吸気ポートの圧力と排気ポートの圧力を比べると後者の方が高く、それにより高効率で多量の排気が再吸入可能となるためである。また、一般に排気ポート径は吸気ポート径よりも大きいため、やはり高効率で多量の排気が再吸入可能となると考えられる。一方、排気行程と吸気行程とのいずれかで内部ＥＧＲを生じさせるよりもそれら両方で内部ＥＧＲを生じさせた方が内部ＥＧＲ効果が高くなる。ゆえに、図４（ｂ）〜（ｄ）の各バルブプロフィールを比べると、内部ＥＧＲ効果は高いものから順に（ｄ）、（ｂ）、（ｃ）となる。
【００３５】
ここで、インジェクタ２１による燃料噴射時期と排気バルブ３２の開弁時期とが重複すると、インジェクタ２１による噴射燃料が未燃のまま排気系に流出することが考えられる。例えば、均質燃焼モードでは吸気行程での燃料噴射が行われるが、その際に図４（ｂ）のバルブプロフィールによる開弁制御を実施すると、未燃ガス（ＨＣ）の排気系への流出が懸念される。つまり、バルブプロフィールは燃料噴射時期によって制約を受ける。そこで、成層燃焼モードでは、図４（ｂ）又は（ｄ）のバルブプロフィールによる開弁制御を実施し、排気再吸入による内部ＥＧＲを生じさせる。これに対し、均質燃焼モードでは、図４（ｃ）のバルブプロフィールによる開弁制御を実施し、吸気吹き戻しによる内部ＥＧＲを生じさせる。
【００３６】
ただし、エンジンでの燃焼温度（排気温度）が非常に高い場合は、高温ガスが吸気側に吹き戻されることで吸気管等の劣化が生じるおそれがある。そこで、燃焼温度が所定の吸気部保護温度以上である場合には、排気行程中に吸気バルブ３１を開かない、すなわち図４（ｃ）、（ｄ）のバルブプロフィールによる開弁制御を実施しないこととしている。
【００３７】
また、排気行程で吸気側に吹き戻される既燃ガス量及び吸気行程で排気側から再吸入される既燃ガス量、すなわち内部ＥＧＲ量は、排気行程での吸気バルブリフト量ＶＬ１、又は吸気行程での排気バルブリフト量ＶＬ２に応じて増加又は減少する。具体的には、図５に示すように、内部ＥＧＲ量＝ノーマルの（ａ）に対し、バルブリフト量ＶＬ１，ＶＬ２を大きくすることで内部ＥＧＲ量を増加させることができる（（ｂ）参照）。また、バルブリフト量ＶＬ１，ＶＬ２を小さくことで内部ＥＧＲ量を減少させることができる（（ｃ）参照）。本実施形態では、ＮＯｘ触媒３８の温度に応じて吸気側及び排気側のバルブプロフィールを変更することとし、ＮＯｘ触媒温度が高いほど、内部ＥＧＲ量を増加させるべく排気行程での吸気バルブリフト量ＶＬ１又は吸気行程での排気バルブリフト量ＶＬ２を大きくする構成としている。
【００３８】
次に、ＥＣＵ５０により実行される各制御プラグラムの詳細をフローチャートを参照しながら説明する。図６はエンジン制御のメインルーチンを示すフローチャートであり、本ルーチンは、イグニッションスイッチのオン後においてＥＣＵ５０により例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００３９】
図６において、まずステップＳ１１では、アクセル開度及びエンジン回転速度等に基づいて要求トルクを算出する。続いてステップＳ１２では、図示しない燃焼モード決定ルーチンを実行し、要求トルク及びエンジン回転速度に基づいて燃焼モードを決定する。その後、ステップＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１５では、図示しない燃料系制御ルーチン、空気系制御ルーチン、点火系制御ルーチンを実行して、燃料系、空気系、点火系の各制御パラメータを上記ステップＳ１２で決定した燃焼モードの目標値に設定し、当該燃焼モードで噴射燃料を燃焼させる。
【００４０】
また、図７は、空気系制御の一つとして実施される可変バルブ制御ルーチンを示すフローチャートであり、本処理は、図６ステップＳ１４のサブルーチンとして起動される。
【００４１】
図７において、ステップＳ２１では、エンジン回転速度やエンジン負荷（吸入空気量等）など、エンジン運転状態を表す各種パラメータを取得し、続くステップＳ２２では、図６のステップＳ１２で決定した燃焼モードを取得する。また、ステップＳ２３では、排気温センサ４１の測定値からＮＯｘ触媒温度を算出する。なお、ＮＯｘ触媒温度をエンジン運転状態に基づいて推定することも可能であり、例えば、エンジン回転速度とエンジン負荷と水温等からＮＯｘ触媒温度を推定する。排気温センサ４１の測定値からＮＯｘ触媒温度を推定する手段は、ＮＯｘ触媒温度を直接検出する手段に相当し、エンジン運転状態に基づいてＮＯｘ触媒温度を推定する手段は、ＮＯｘ触媒温度を間接的に検出する手段に相当する。
【００４２】
その後、ステップＳ２４では、都度のエンジン運転状態（エンジン回転速度やエンジン負荷等）と燃焼モードとに基づいて、吸気バルブ３１及び排気バルブ３２についての基本バルブプロフィールを設定する。基本バルブプロフィールは、吸気行程での吸気バルブ３１の開閉タイミング及びバルブリフト量と、排気行程での排気バルブ３２の開閉タイミング及びバルブリフト量であり、あらかじめＲＯＭ内に記憶されているマップデータ等を用いて設定される。この基本バルブプロフィールに基づくバルブ制御により、燃費性能やエンジン出力性能の向上、排気清浄化が図られるようになっている。
【００４３】
ステップＳ２５では、ＮＯｘ触媒３８が所定の高温状態にあるか否かを判定する。具体的には、ＮＯｘ触媒温度が所定のしきい値Ｋ１以上であるか否かを判定し、触媒温度≧Ｋ１であれば高温状態にあると判定する。しきい値Ｋ１は、ＮＯｘ触媒３８の活性温度上限値Ｔ２（図３参照）に基づいて定められており、例えばＫ１＝４５０℃である。ＮＯｘ触媒３８が所定の高温状態になければそのままステップＳ３５に進み、ステップＳ２４で設定した基本バルブプロフィールに基づくバルブ駆動信号を出力する。つまり、ＮＯｘ触媒３８が所定の高温状態でない場合には、基本バルブプロフィールによる通常の可変バルブ制御を実施する（図４（ａ）参照）。また、ＮＯｘ触媒３８が所定の高温状態にあれば後続のステップＳ２６に進む。
【００４４】
ステップＳ２６では、今現在の燃焼モードが均質燃焼モードであるか否かを判定する。均質燃焼モードであればステップＳ２７に進み、成層燃焼モードであればステップＳ３０に進む。
【００４５】
ステップＳ２７では、ＮＯｘ触媒３８が所定の極高温状態にあるか否かを判定する。具体的には、ＮＯｘ触媒温度が所定のしきい値Ｋ２以上であるか否かを判定し、触媒温度≧Ｋ２であれば極高温状態にあると判定する。しきい値Ｋ２は、上述のしきい値Ｋ１よりも高温の値であり、例えばＫ２＝６００℃である。ＮＯｘ触媒３８が所定の極高温状態にあればそのままステップＳ３５に進み、ステップＳ２４で設定した基本バルブプロフィールに基づくバルブ駆動信号を出力する。
【００４６】
ステップＳ２７は、高温ガスが吸気側に吹き戻されることによる吸気管等の劣化を抑制する処理であり、しきい値Ｋ２は吸気部保護温度を基に定めた温度値である。同ステップＳ２７によれば、均質燃焼モードでありかつＮＯｘ触媒温度が所定値Ｋ１よりも高温であっても、吸気吹き戻し（図４（ｃ）参照）による内部ＥＧＲが実施されないようになっている。なお本実施形態では、エンジンでの燃焼温度（排気温度）が非常に高いことをＮＯｘ触媒温度に基づいて判定しているが、ＮＯｘ触媒温度に代えてエンジン運転状態等に基づいて判定することも可能である。
【００４７】
また、ＮＯｘ触媒３８が所定の極高温状態になければ後続のステップＳ２８に進む。つまり、ＮＯｘ触媒温度がＫ１〜Ｋ２の温度範囲にある場合にステップＳ２８に進むこととなる。
【００４８】
ステップＳ２８では、排気行程での吸気吹き戻しによる内部ＥＧＲを生じさせるべく、排気行程で吸気バルブ３１を開弁させる図４（ｃ）のバルブプロフィールを選択する。続くステップＳ２９では、排気行程における吸気バルブ３１のバルブリフト量ＶＬ１を算出する。このとき、ＮＯｘ触媒温度をパラメータとするマップデータを用い、ＮＯｘ触媒温度が高いほどバルブリフト量ＶＬ１を大きい値として算出する。また本実施形態では、エンジンでの燃焼安定性を確保する目的で、バルブリフト量ＶＬ１の上限値を定めることとしている。例えば、エンジン回転速度とエンジン負荷とをパラメータとするＥＧＲ量マップを用いてＥＧＲ量上限値を算出するとともに、そのＥＧＲ量上限値からバルブリフト量ＶＬ１の上限値を算出し、ＮＯｘ触媒温度に基づいて算出したバルブリフト量ＶＬ１が上限値以上である場合には、その上限値にてバルブリフト量ＶＬ１を制限する。その後、ステップＳ３５では、その時のバルブプロフィールに対応するバルブ駆動信号を出力する。
【００４９】
一方、成層燃焼モードであってステップＳ２６からステップＳ３０に進んだ場合には、ステップＳ３０で、ＮＯｘ触媒３８が所定の極高温状態にあるか否か、すなわちＮＯｘ触媒温度≧Ｋ２であるか否かを判定する（上記のステップＳ２７と同様）。そして、ＮＯｘ触媒３８が所定の極高温状態にあればステップＳ３１に進み、極高温状態になければステップＳ３３に進む。
【００５０】
ステップＳ３１では、吸気行程での排気再吸入による内部ＥＧＲを生じさせるべく、吸気行程で排気バルブ３２を開弁させる図４（ｂ）のバルブプロフィールを選択する。続くステップＳ３２では、吸気行程における排気バルブ３２のバルブリフト量ＶＬ２を算出する。このとき、ＮＯｘ触媒温度をパラメータとするマップデータを用い、ＮＯｘ触媒温度が高いほどバルブリフト量ＶＬ２を大きい値として算出する。また本実施形態では、エンジンでの燃焼安定性を確保する目的で、バルブリフト量ＶＬ２を上限値にて制限することとしている（上記のステップＳ２９と同様）。その後、ステップＳ３５では、その時のバルブプロフィールに対応するバルブ駆動信号を出力する。
【００５１】
成層燃焼モードでありかつＮＯｘ触媒温度がＫ１〜Ｋ２の温度範囲にある場合にステップＳ３３に進むと、同ステップＳ３３では、吸気行程での排気再吸入と排気行程での吸気吹き戻しとによる内部ＥＧＲを生じさせるべく、排気行程で吸気バルブ３１を開弁させるとともに吸気行程で排気バルブ３２を開弁させる図４（ｄ）のバルブプロフィールを選択する。続くステップＳ３４では、排気行程における吸気バルブ３１のバルブリフト量ＶＬ１と吸気行程における排気バルブ３２のバルブリフト量ＶＬ２とを算出する。このとき、ＮＯｘ触媒温度をパラメータとするマップデータを用い、ＮＯｘ触媒温度が高いほどバルブリフト量ＶＬ１，ＶＬ２を大きい値として算出する。また本実施形態では、エンジンでの燃焼安定性を確保する目的で、バルブリフト量ＶＬ１，ＶＬ２を上限値にて制限することとしている（上記のステップＳ２９と同様）。その後、ステップＳ３５では、その時のバルブプロフィールに対応するバルブ駆動信号を出力する。
【００５２】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００５３】
ＮＯｘ触媒３８が所定の高温状態にある旨判定された場合に、吸気行程での開弁とは別に排気行程で吸気バルブ３１を開弁させる第１制御と、排気行程での開弁とは別に吸気行程で排気バルブ３２を開弁させる第２制御との少なくともいずれかを実行する構成とした。本構成によれば、排気温度を低下させることができ、それゆえに、ＮＯｘ触媒３８が高温状態にある場合において触媒温度を低下させることが可能となる。触媒温度が低下することで、ＮＯｘ触媒温度を活性温度範囲（温度ウインドウ）内に保持でき、ＮＯｘ触媒３８における所望のＮＯｘ浄化性能を維持できる。かかる場合、排気行程から吸気行程に移行する際の吸排気バルブのオーバーラップとは別に、排気行程又は吸気行程で十分量の内部ＥＧＲを生じさせることができ、触媒温度の過上昇を好適に抑制できる。また、排気行程での排気バルブ３２の開閉時期の変更や、吸気行程での吸気バルブ３１の開閉時期の変更が強いられないため、排気損失の増大や充填効率の低下といった不都合を抑制できる。その結果、エンジンの運転性能を維持しつつも、触媒温度を適正に管理して排気浄化性能を確保することができる。
【００５４】
補足すると、吸気行程での吸気バルブ３１の基本バルブプロフィールと、排気行程での排気バルブ３２の基本バルブプロフィールとについては、都度のエンジン運転状態と燃焼モードとに基づいて設定される構成としたため、燃費や出力等についてはエンジンの基本性能を確保できる。
【００５５】
燃焼モードが均質燃焼モード（吸気行程噴射）であるか成層燃焼モード（圧縮行程噴射）であるかに応じて、第１制御及び第２制御の少なくともいずれを選択して実行する構成とした。具体的には、均質燃焼モードでは第１制御により排気行程で吸気バルブ３１を開弁させ、成層燃焼モードでは第２制御により吸気行程で排気バルブ３２を開弁させる構成とした。この場合、均質燃焼モードにおいてインジェクタ２１による噴射燃料が未燃のまま排気系に流出するといった不都合を抑制できる。また、成層燃焼モードにおいて吸気行程で排気バルブ３２を開弁させる場合、ＮＯｘ触媒３８に流入する排気の量を減らすことで触媒温度を低下させることが可能となる。これにより、均質燃焼モード及び成層燃焼モードのいずれにおいても好適なる可変バルブ制御を実施できる。
【００５６】
ＮＯｘ触媒３８が高温状態にある旨判定された場合に、第１制御での吸気バルブ３１のバルブリフト量ＶＬ１及び第２制御での排気バルブ３２のバルブリフト量ＶＬ２の少なくともいずれかをＮＯｘ触媒温度に基づいて可変に制御する構成としたため、内部ＥＧＲ量（吸気の吹き戻し量、排気の再吸入量）を調整でき、ひいては触媒温度の制御が可能となる。
【００５７】
第１制御、第２制御でのバルブリフト量ＶＬ１，ＶＬ２をＥＧＲ量上限値にて制限する構成としたため、内部ＥＧＲ量の増加を図りつつもエンジンの燃焼安定性を維持することが可能となる。
【００５８】
ＮＯｘ触媒３８が高温状態にある旨判定された場合において、ＮＯｘ触媒温度が極高温（Ｋ２以上）であれば、第１制御による排気行程での吸気バルブ３１の開弁を禁止する構成とした。なお、ＮＯｘ触媒温度が極高温であることは、エンジンでの燃焼温度が極高温（所定の吸気部保護温度以上）であることに相当する。本構成によれば、吸気バルブ３１を通じて高温の燃焼ガスが吸気側に吹き戻されることが抑制されるため、吸気管等の熱損傷を防止できる。
【００５９】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
【００６０】
・上記実施形態では、成層燃焼モードでありかつＮＯｘ触媒温度がＫ１〜Ｋ２の温度範囲にある場合に、吸気行程での排気再吸入と排気行程での吸気吹き戻しとによる内部ＥＧＲを生じさせるよう図４（ｄ）のバルブプロフィールを選択する構成としたが（図７のステップＳ３３参照）、これを変更する。つまり、成層燃焼モードでありかつＮＯｘ触媒温度がＫ１〜Ｋ２の温度範囲にある場合には、図４（ｂ）〜（ｄ）の各バルブプロフィールをいずれも選択可能であるため、例えば、ＮＯｘ触媒温度に基づいて図４（ｂ）〜（ｄ）の各バルブプロフィールからいずれかを選択する。この場合、内部ＥＧＲ効果は高いものから順に図４（ｄ）、（ｂ）、（ｃ）であるため、選択の優先順を図４（ｄ）→（ｂ）→（ｃ）として都度のバルブプロフィールを選択するとよい。また、エンジンの燃焼安定性を加味して都度のバルブプロフィールを選択することも可能である。
【００６１】
・上記実施形態では、可変バルブ制御において、排気行程における吸気バルブ３１のバルブリフト量ＶＬ１と吸気行程における排気バルブ３２のバルブリフト量ＶＬ２とをＮＯｘ触媒温度に基づいて可変に制御する構成としたが（図７のステップＳ２９，Ｓ３２，Ｓ３４参照）、これを変更し、バルブリフト量ＶＬ１，ＶＬ２を固定値とする構成としてもよい。
【００６２】
・上記実施形態では、可変バルブ装置３３，３４として、いわゆるカムレスシステムである電磁式の可変バルブ駆動機構を用いたが、これを変更し、エンジンの１燃焼サイクルで２度以上開弁することが可能な構成であればカム駆動式の可変バルブ駆動機構を用いてもよい。具体的には、吸気側及び排気側のカムシャフトにそれぞれ２つずつのカムを設け、それら各カムを使い分けることで、通常時のバルブプロフィールと内部ＥＧＲ発生時のバルブプロフィールとを実現する。この場合、吸気バルブ３１について言えば、図４（ａ）に点線で示す吸気バルブプロフィールを実現するためのカムと、図４（ｃ）に点線で示す吸気バルブプロフィールを実現するためのカムとを設け、これら各カムを油圧や電気信号等により切り替える構成とする。また、排気バルブ３２について言えば、図４（ａ）に実線で示す排気バルブプロフィールを実現するためのカムと、図４（ｃ）に実線で示す排気バルブプロフィールを実現するためのカムとを設け、これら各カムを油圧や電気信号等により切り替える構成とする。
【００６３】
・上記実施形態では、吸気バルブ３１及び排気バルブ３２の両方に可変バルブ装置３３，３４を設ける構成としたが、これを変更し、吸気バルブ３１及び排気バルブ３２のいずれか一方にのみ可変バルブ装置（可変動弁機構）を設ける構成であってもよい。換言すれば、内部ＥＧＲを発生させる制御として、吸気行程での開弁とは別に排気行程で吸気バルブ３１を開弁させる第１制御（吸気吹き戻しによる内部ＥＧＲを生じさせる制御）と、排気行程での開弁とは別に吸気行程で排気バルブ３２を開弁させる第２制御（排気再吸入による内部ＥＧＲを生じさせる制御）とのうちいずれか一方のみを実施する構成であってもよい。
【００６４】
・上記実施形態では、ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）が高温状態である場合に当該触媒の温度を低下させる処理について説明したが、本発明を、三元触媒や酸化触媒など、他の触媒の温度を低下させる処理に用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図。
【図２】成層燃焼／均質燃焼の各モードの運転領域を示す図。
【図３】ＮＯｘ浄化率と触媒温度との関係を示す図。
【図４】可変バルブ装置によるバルブプロフィールのパターンを示す図。
【図５】可変バルブ装置によりバルブリフト量が変更されることを示す図。
【図６】エンジン制御メインルーチンの処理の流れを示すフローチャート。
【図７】可変バルブ制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００６６】
１０…エンジン（筒内噴射式内燃機関）、３１…吸気バルブ、３２…排気バルブ、３３，３４…可変バルブ装置（可変動弁機構）、３５…排気管、３８…ＮＯｘ触媒、５０…ＥＣＵ（判定手段及び制御手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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