(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ酸化能を有する触媒と、
過給機と、
前記内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射する通路内噴射弁と、
前記内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、
前記内燃機関の吸気弁の開時期または排気弁の閉時期の少なくとも一方を変更する可変動弁装置と、
を備え、リーンバーン運転が可能な内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の吸気圧が大気圧よりも高い場合において、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが開いた状態であるバルブオーバーラップを生じさせることと、前記通路内噴射弁からの燃料の噴射を前記吸気弁が閉じている期間に完了することと、前記筒内噴射弁からの燃料の噴射を吸気行程中に完了することと、を行う内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の吸気圧が大気圧よりも高い場合において、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが開いた状態であるバルブオーバーラップを生じさせることと、前記通路内噴射弁からの燃料の噴射を前記吸気弁が閉じている期間に完了することと、前記筒内噴射弁からの燃料の噴射を吸気行程中に完了することと、の全て行う場合と、何れか１つ以上を行わない場合と、で前記内燃機関の気筒内における燃焼時の空燃比を同等にする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の吸入空気量を、前記通路内噴射弁と前記筒内噴射弁とを合わせた燃料噴射量で除算した値である全体空燃比が、理論空燃比よりもリーン空燃比となるように、前記通路内噴射弁及び前記筒内噴射弁からの燃料噴射量を調整する請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の吸気圧が大気圧よりも高い場合において、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが開いた状態であるバルブオーバーラップを生じさせることと、前記通路内噴射弁からの燃料の噴射を前記吸気弁が閉じている期間に完了することと、前記筒内噴射弁からの燃料の噴射を吸気行程中に完了することとを、前記酸化能を有する触媒の温度が、燃料の反応する温度である所定温度以上の場合に行う請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関の吸気圧が大気圧よりも高い場合において、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが開いた状態であるバルブオーバーラップを生じさせることと、前記通路内噴射弁からの燃料の噴射を前記吸気弁が閉じている期間に完了することと、前記筒内噴射弁からの燃料の噴射を吸気行程中に完了することとを、前記酸化能を有する触媒の温度が閾値以下の場合に行う請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記酸化能を有する触媒よりも下流の排気通路に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒、またはフィルタの少なくとも１つを備え、
前記内燃機関の吸気圧が大気圧よりも高い場合において、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが開いた状態であるバルブオーバーラップを生じさせることと、前記通路内噴射弁からの燃料の噴射を前記吸気弁が閉じている期間に完了することと、前記筒内噴射弁からの燃料の噴射を吸気行程中に完了することとを、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒、またはフィルタの少なくとも１つの温度が閾値よりも低いときに行う請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記酸化能を有する触媒よりも下流の排気通路に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒、またはフィルタの少なくとも１つを備え、
前記内燃機関の吸気圧が大気圧よりも高い場合において、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが開いた状態であるバルブオーバーラップを生じさせることと、前記通路内噴射弁からの燃料の噴射を前記吸気弁が閉じている期間に完了することと、前記筒内噴射弁からの燃料の噴射を吸気行程中に完了することと、の少なくとも１つを、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒、またはフィルタの少なくとも１つの温度が目標温度以上のときには行わない請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記通路内噴射弁から噴射する燃料の量を、前記酸化能を有する触媒の温度及び燃料の低位発熱量に基づいて決定する請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記内燃機関の吸気圧が大気圧よりも高い場合において、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが開いた状態であるバルブオーバーラップを生じさせることと、前記通路内噴射弁からの燃料の噴射を前記吸気弁が閉じている期間に完了することと、前記筒内噴射弁からの燃料の噴射を吸気行程中に完了することと、を全て行う場合は、何れか１つ以上を行わない場合よりも、バルブオーバーラップ量を大きくする請求項１から８の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記内燃機関は、前記吸気弁が閉じた後に前記排気弁が開き、前記排気弁が開いた後に前記吸気弁が開き、前記吸気弁が開いた後に前記排気弁が閉じ、前記排気弁が閉じた後に前記吸気弁が閉じ、
前記吸気弁が閉じた後であって前記排気弁が開いた後に前記通路内噴射弁からの燃料噴射を開始する、又は、前記吸気弁が閉じた後であって前記排気弁が開く前に前記通路内噴射弁からの燃料噴射を開始し、
前記通路内噴射弁からの燃料噴射を開始した後であって前記吸気弁が開く前に前記通路内噴射弁からの燃料噴射を完了し、
前記吸気弁が開いた後であって前記排気弁が閉じる前に前記筒内噴射弁からの燃料噴射を開始する、又は、前記吸気弁が開いた後であって前記排気弁が閉じた後に前記筒内噴射弁からの燃料噴射を開始し、
前記筒内噴射弁からの燃料噴射を開始した後であって前記吸気弁が閉じる前に前記筒内噴射弁からの燃料噴射を完了する
請求項１から９の何れか１項に記載の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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機を備え気筒内に直接燃料を噴射する内燃機関において、触媒の温度上昇のために、過給時にバルブオーバーラップを生じさせ、さらに、燃料の噴射時期を遅角させつつ成層燃焼を実施する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。【０００３】
また、燃焼室に燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、内燃機関の吸気通路に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁と、を備え、第１の燃料噴射弁の噴射時期を圧縮行程に設定し、第２の燃料噴射弁の噴射時期を排気行程に設定して燃料噴射を行う第１昇温モードと、第１昇温モード後に第１の燃料噴射弁の噴射時期を圧縮行程に設定し、第２の燃料噴射弁の噴射時期を一部の気筒を吸気行程に設定すると共に他の気筒を排気行程に設定する第２昇温モードを行う技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。【０００４】
また、過給機を備えた内燃機関において、加速運転時にバルブオーバーラップ量を増大させることにより吸入空気を排気通路に吹き抜けさせて加速性能を向上させ、その後に定常運転に移行する場合には、バルブオーバーラップを減少させつつ該バルブオーバーラップ量が目標値に収束するまでウェイストゲートバルブを開弁側に駆動することを禁止する技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。【０００５】
また、バルブオーバーラップが生じている期間中に燃料噴射弁の燃料噴射を行って、噴射した燃料の一部を吸気ポートから排気ポートへ吹き抜けさせ、これにより、気筒内の空燃比を失火しないレベルに抑えつつ、吹き抜けた燃料を二次空気によって燃焼させることで排気温度を上昇させる技術が知られている（例えば、特許文献４参照。）。【０００６】
ここで、リーンバーン運転を行う内燃機関では、オーバーラップを生じさせると、温度の低い吸気が排気通路に流れることにより、触媒の温度が低下したり、触媒の温度上昇が緩慢となったりする虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１１２２９６号公報
【特許文献２】特開２０１２−１０７５８８号公報
【特許文献３】特開２０１１−１９０７７１号公報
【特許文献４】特開２００６−１７７１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、触媒の温度上昇を促進させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の制御装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ酸化能を有する触媒と、
過給機と、
前記内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射する通路内噴射弁と、
前記内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、
前記内燃機関の吸気弁の開時期または排気弁の閉時期の少なくとも一方を変更する可変動弁装置と、
を備え、リーンバーン運転が可能な内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の吸気圧が大気圧よりも高い場合において、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが開いた状態であるバルブオーバーラップを生じさせることと、前記通路内噴射弁からの燃料の噴射を前記吸気弁が閉じている期間に完了することと、前記筒内噴射弁からの燃料の噴射を吸気行程中に完了することと、を行う。【００１０】
リーンバーン運転中には、排気の温度が低くなるために、触媒の温度が低下し得る。これに対して、触媒へ燃料を供給することで、触媒の温度を上昇し得る。ここで、通路内噴射弁からの燃料噴射を吸気弁が閉じている期間に完了することにより、吸気弁が開く前に、吸気通路内に混合気を滞留させることができる。そして、吸気弁が開いた時点では、排気弁も開いており、さらに過給状態であるため、吸気通路から排気通路へ向かって混合気が気筒内を通り抜ける。このようにして排気通路へ流出した酸素及び燃料が、酸化能を有する触媒で反応して熱を発生させる。これにより、触媒の温度を上昇させることができる。また、筒内噴射弁からの燃料噴射は、ピストンが排気上死点から吸気下死点に移動するまでの吸気行程中に完了するため、該筒内噴射弁から噴射される燃料が排気通路へ流出することが抑制される。また、通路内噴射弁から噴射される燃料は、ほとんど排気通路へ流出するため、気筒内で燃焼する燃料のほとんどは、筒内噴射弁から噴射された燃料となる。なお、通路内噴射弁からの燃料噴射は、吸気弁が閉じた後に開始され、その後に吸気弁が開くまでの間に終了すればよい。【００１１】
また、本発明においては、前記内燃機関の吸気圧が大気圧よりも高い場合において、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが開いた状態であるバルブオーバーラップを生じさせることと、前記通路内噴射弁からの燃料の噴射を前記吸気弁が閉じている期間に完了することと、前記筒内噴射弁からの燃料の噴射を吸気行程中に完了することと、の全て行う場合と、何れか１つ以上を行わない場合と、で前記内燃機関の気筒内における燃焼時の空燃比を同等にすることができる。【００１２】
すなわち、前記内燃機関の吸気圧が大気圧よりも高い場合において、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが開いた状態であるバルブオーバーラップを生じさせることと、前記通路内噴射弁からの燃料の噴射を前記吸気弁が閉じている期間に完了することと、前記筒内噴射弁からの燃料の噴射を吸気行程中に完了することと、の全てを行うか否かにかかわらず、燃焼時の空燃比を変化させないようにしてもよい。このように、空燃比が変化することを抑制することで、失火が発生することを抑制したり、ＮＯｘの排出量が増大したりすることを抑制できる。なお、燃焼時の空燃比は、例えば内燃機関の運転領域（内燃機関の運転状態としてもよい。）に応じて決定してもよい。【００１３】
また、本発明においては、前記内燃機関の吸入空気量を、前記通路内噴射弁と前記筒内噴射弁とを合わせた燃料噴射量で除算した値である全体空燃比が、理論空燃比よりもリーン空燃比となるように、前記通路内噴射弁及び前記筒内噴射弁からの燃料噴射量を調整することができる。【００１４】
全体空燃比が理論空燃比よりもリーン空燃比であれば、酸化能を有する触媒において、燃料に対して酸素が余剰となるため、燃料が触媒を通り抜けることを抑制できる。また、リーンバーン運転時には、理論空燃比での運転時よりも、酸化能を有する触媒の温度が低いために、より広い運転領域において触媒の温度を上昇させることができる。【００１５】
また、本発明においては、前記内燃機関の吸気圧が大気圧よりも高い場合において、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが開いた状態であるバルブオーバーラップを生じさせることと、前記通路内噴射弁からの燃料の噴射を前記吸気弁が閉じている期間に完了することと、前記筒内噴射弁からの燃料の噴射を吸気行程中に完了することとを、前記酸化能を有する触媒の温度が、燃料の反応する温度である所定温度以上の場合に行うことができる。【００１６】
酸化能を有する触媒の温度が、所定温度以上の場合でなければ、該触媒に酸素及び燃料を供給しても温度上昇を望めないため、該触媒の温度が所定温度以上の場合に該触媒へ酸素及び燃料を供給する。そうすると、酸化能を有する触媒において燃料が反応せずに該燃料が無駄となることを抑制できる。【００１７】
また、本発明においては、前記内燃機関の吸気圧が大気圧よりも高い場合において、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが開いた状態であるバルブオーバーラップを生じさせることと、前記通路内噴射弁からの燃料の噴射を前記吸気弁が閉じている期間に完了することと、前記筒内噴射弁からの燃料の噴射を吸気行程中に完了することとを、前記酸化能を有する触媒の温度が閾値以下の場合に行うことができる。【００１８】
ここでいう閾値は、触媒が過熱する虞のない温度の上限値、または、触媒が過熱する温度に対して余裕を持たせた温度である。また、閾値を耐熱温度の上限値としてもよい。このような場合に限り燃料及び酸素を触媒へ供給することで、酸化能を有する触媒が過熱することを抑制できる。【００１９】
また、本発明においては、前記酸化能を有する触媒よりも下流の排気通路に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒、またはフィルタの少なくとも１つを備え、
前記内燃機関の吸気圧が大気圧よりも高い場合において、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが開いた状態であるバルブオーバーラップを生じさせることと、前記通路内噴射弁からの燃料の噴射を前記吸気弁が閉じている期間に完了することと、前記筒内噴射弁からの燃料の噴射を吸気行程中に完了することとを、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒、またはフィルタの少なくとも１つの温度が閾値よりも低いときに行うことができる。【００２０】
ここでいう閾値は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒又は選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを浄化可能な温度の下限値とすることができる。また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒における硫黄被毒が回復する温度の下限値、または、フィルタに捕集されているＰＭが酸化される温度の下限値としてもよい。すなわち、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒、又はフィルタの温度が上昇することで、ＮＯｘを吸蔵する能力が上昇したり、硫黄被毒の回復またはフィルタの再生を行ったりすることができる場合に限り酸化能を有する触媒へ燃料及び酸素を供給することにより、燃料が無駄となることを抑制できる。【００２１】
また、本発明においては、前記酸化能を有する触媒よりも下流の排気通路に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒、またはフィルタの少なくとも１つを備え、
前記内燃機関の吸気圧が大気圧よりも高い場合において、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが開いた状態であるバルブオーバーラップを生じさせることと、前記通路内噴射弁からの燃料の噴射を前記吸気弁が閉じている期間に完了することと、前記筒内噴射弁からの燃料の噴射を吸気行程中に完了することと、の少なくとも１つを、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒、またはフィルタの少なくとも１つの温度が目標温度以上のときには行わないようにしてもよい。【００２２】
ここでいう目標温度は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒又は選択還元型ＮＯｘ触媒がＮＯｘを浄化可能な温度とすることができる。また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒が回復する温度又はフィルタの再生が行われる温度としてもよい。すなわち、目標温度は、これ以上温度を上昇させる必要のない場合の温度である。このような温度に達した後には、酸化能を有する触媒へ燃料及び酸素を供給しないようにすれば、燃料が無駄になることを抑制でき、また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒、またはフィルタの過熱を抑制できる。【００２３】
また、本発明においては、前記通路内噴射弁から噴射する燃料の量を、前記酸化能を有する触媒の温度及び燃料の低位発熱量に基づいて決定することができる。【００２４】
ここで、酸化能を有する触媒の温度を上昇させるのは、主に通路内噴射弁から噴射された燃料である。したがって、通路内噴射弁から噴射する燃料の量を調整することにより、酸化能を有する触媒の温度を調整することができる。そして、酸化能を有する触媒の温度及び燃料の低位発熱量によれば、どれだけの燃料を供給すれば、酸化能を有する触媒が目標とする温度まで上昇するのか算出することができる。そして、酸化能を有する触媒の温度及び燃料の低位発熱量に基づいて、通路内噴射弁から噴射する燃料の量を決定することで、酸化能を有する触媒の温度を十分に上昇させることができる。【００２５】
また、本発明においては、前記内燃機関の吸気圧が大気圧よりも高い場合において、前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが開いた状態であるバルブオーバーラップを生じさせることと、前記通路内噴射弁からの燃料の噴射を前記吸気弁が閉じている期間に完了することと、前記筒内噴射弁からの燃料の噴射を吸気行程中に完了することと、を全て行う場合は、何れか１つ以上を行わない場合よりも、バルブオーバーラップ量を大きくすることができる。【００２６】
ここで、触媒へ燃料及び酸素を供給する必要がない場合であっても、バルブオーバーラップを生じさせることがある。しかし、バルブオーバーラップ量を大きくし過ぎると、燃焼後のガスが気筒内に残留して、燃焼状態が不安定になる虞がある。一方、前記したように触媒へ燃料及び酸素を供給するときには、吸気の圧力が大気圧よりも高くなっているため、吸気通路から気筒内を通って排気通路へと空気が流通する。このときにバルブオーバーラップ量を大きくすることで、より多くの空気を触媒へ供給することができる。これにより、燃料の酸化を促進させることができる。また、吸気通路内の燃料が吸気通路および気筒内に残留することを抑制できる。すなわち、触媒の温度を上昇させるときには、バルブオーバーラップ量をより大きくすることで、より効果的に触媒の温度を上昇させることができる。【００２７】
また、本発明においては、前記内燃機関は、前記吸気弁が閉じた後に前記排気弁が開き、前記排気弁が開いた後に前記吸気弁が開き、前記吸気弁が開いた後に前記排気弁が閉じ、前記排気弁が閉じた後に前記吸気弁が閉じ、
前記吸気弁が閉じた後であって前記排気弁が開いた後に前記通路内噴射弁からの燃料噴射を開始する、又は、前記吸気弁が閉じた後であって前記排気弁が開く前に前記通路内噴射弁からの燃料噴射を開始し、
前記通路内噴射弁からの燃料噴射を開始した後であって前記吸気弁が開く前に前記通路内噴射弁からの燃料噴射を完了し、
前記吸気弁が開いた後であって前記排気弁が閉じる前に前記筒内噴射弁からの燃料噴射を開始する、又は、前記吸気弁が開いた後であって前記排気弁が閉じた後に前記筒内噴射弁からの燃料噴射を開始し、
前記筒内噴射弁からの燃料噴射を開始した後であって前記吸気弁が閉じる前に前記筒内噴射弁からの燃料噴射を完了してもよい。【００２８】
排気弁が開くのと通路内噴射弁からの燃料噴射が開始されるのとは、どちらが先であっても構わない。そして、排気弁が開いた後であって吸気弁が開く前に通路内噴射弁からの燃料噴射を完了させることにより、吸気通路内に混合気を滞留させることができる。また、筒内噴射弁からの燃料噴射が開始されるのと、排気弁が閉じるとのは、どちらが先であっても構わない。そして、吸気弁が開いてから吸気弁が閉じるまでの間であって吸気行程中に筒内噴射弁からの燃料噴射を完了させることで、燃料の拡散を促進させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、触媒の温度上昇を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例に係る内燃機関の概略構成を表す図である。
【図２】吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。
【図３】クランクアングルに対する、吸気弁および排気弁が開いている時期、通路内噴射弁及び筒内噴射弁から燃料を噴射する時期を示した図である。
【図４】吸気側ＶＶＴにおけるバルブタイミングの進角度合いに対する、吸入空気量、吸入ガス量、内部ＥＧＲ量を示した図である。
【図５】実施例に係る昇温制御のフローを示したフローチャートである。
【図６】実施例に係る昇温制御を実施したときの各種値の推移を示したタイムチャートである。
【図７】実施例に係る昇温制御を実施したときの各種値の推移を示した他のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００３２】
図１は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を表す図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。内燃機関１は、４つの気筒２を有する４サイクルガソリン機関である。【００３３】
内燃機関１のシリンダヘッド１０には、吸気管４及び排気管８が接続されている。シリンダヘッド１０には、吸気管４から気筒２内に通じる吸気ポート３、及び、排気管８から気筒２内に通じる排気ポート７が形成されている。吸気ポート３の気筒２側の端部には、吸気弁５が備わる。吸気弁５の開閉は、吸気側カム６によって行われる。また、排気ポート７の気筒２側の端部には、排気弁９が備わる。排気弁９の開閉は排気側カム１１によって行われる。【００３４】
吸気側カム６は吸気側カムシャフト２２に取り付けられ、更に吸気側カムシャフト２２の端部には吸気側プーリ２４が設けられている。吸気側カムシャフト２２と吸気側プーリ２４との間には、吸気側カムシャフト２２と吸気側プーリ２４との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構（以下、「吸気側ＶＶＴ」という）２３が設けられている。【００３５】
また、排気側カム１１は排気側カムシャフト２５に取り付けられ、更に排気側カムシャフト２５の端部には排気側プーリ２７が設けられている。排気側カムシャフト２５と排気側プーリ２７との間には、排気側カムシャフト２５と排気側プーリ２７との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構（以下、「排気側ＶＶＴ」という）２６が設けられている。【００３６】
そして、吸気側プーリ２４及び排気側プーリ２７は、クランクシャフト１３から駆動力を得て回転する。吸気側ＶＶＴ２３は、クランクシャフト１３の回転角と吸気側カムシャフト２２との回転角との関係を変更することで、吸気弁５の開閉時期を変更することができる。また、排気側ＶＶＴ２６は、クランクシャフト１３の回転角と排気側カムシャフト２５との回転角との関係を変更することで、排気弁９の開閉時期を変更することができる。なお、本実施例においては、吸気側ＶＶＴ２３または排気側ＶＶＴ２６の少なくとも一方を備えていればよい。また、吸気弁５または排気弁９の開閉時期は、他の機構により変更してもよい。なお、本実施例においては吸気側ＶＶＴ２３または排気側ＶＶＴ２６が、本発明における可変動弁装置に相当する。【００３７】
そして、内燃機関１のクランクシャフト１３にコンロッド１４を介して連結されたピストン１５が、気筒２内で往復する。【００３８】
吸気管４の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５０のコンプレッサハウジング５１が設けられている。なお、本実施例ではターボチャージャ５０が、本発明における過給機に相当する。また、本実施例ではターボチャージャを用いるが、これに代えて、クランクシャフト１３により駆動される機械式の過給機を用いてもよい。【００３９】
また、コンプレッサハウジング５１よりも上流の吸気管４には、該吸気管４を流れる吸気の量を調節するスロットル１６が備えられている。このスロットル１６よりも上流の吸気管４には、該吸気管４内を流れる空気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ９５が取り付けられている。このエアフローメータ９５により内燃機関１の吸入空気量が検出される。また、コンプレッサハウジング５１よりも下流側の吸気管４には、該吸気管４内の圧力を測定する吸気圧センサ９３が取り付けられている。また、タービンハウジング５２よりも上流側の排気管８には、該排気管８内の圧力を測定する排気圧センサ９４が取り付けられている。なお、吸気圧センサ９３及び排気圧センサ９４は、大気圧に対する相対的な圧力を検出する。【００４０】
一方、排気管８の途中には、ターボチャージャ５０のタービンハウジング５２が設けられている。タービンハウジング５２よりも下流の排気管８には、三元触媒３１が設けられている。なお、三元触媒３１は、酸化能を有する触媒であればよく、酸化触媒またはＮＯｘ触媒であってもよい。そして、本実施例においては三元触媒３１が、本発明における酸化能を有する触媒に相当する。また、三元触媒３１よりも下流の排気管８には、吸蔵還元型ＮＯx触媒３２（以下、ＮＯx触媒３２という。）が備えられている。このＮＯx触媒３２は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する。なお、ＮＯｘ触媒３２の代わりに、他の触媒（例えば、選択還元型ＮＯｘ触媒）を設けることもできる。また、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えることもできる。このフィルタには触媒を担持していてもよい。【００４１】
内燃機関１の近傍の吸気管４には、燃料を吸気ポート３へ向けて噴射する通路内噴射弁８１が取り付けられている。また、内燃機関１には、気筒２内へ燃料を噴射する筒内噴射弁８２が取り付けられている。さらに、内燃機関１には、気筒２内に電気火花を発生させる点火プラグ８３が取り付けられている。【００４２】
そして、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御装置であるＥＣＵ９０が併設されている。このＥＣＵ９０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。【００４３】
ここで、上記各種センサの他、アクセル開度センサ９１およびクランクポジションセンサ９２がＥＣＵ９０と電気的に接続されている。ＥＣＵ９０はアクセル開度センサ９１からアクセル開度に応じた信号を受け取り、この信号に応じて内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、ＥＣＵ９０はクランクポジションセンサ９２から内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転数を算出する。【００４４】
一方、ＥＣＵ９０には、吸気側ＶＶＴ２３、排気側ＶＶＴ２６、通路内噴射弁８１、筒内噴射弁８２、点火プラグ８３が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ９０によりこれらの機器が制御される。【００４５】
そして、ＥＣＵ９０は、三元触媒３１またはＮＯｘ触媒３２の温度を上昇させる必要がある場合に昇温制御を実施する。昇温制御を行うときには、昇温制御を行わないときよりも、バルブオーバーラップ量を大きくすると共に、通路内噴射弁８１から噴射させる燃料量を増加させる。なお、昇温制御を行わないときには、通路内噴射弁８１からの燃料噴射を禁止してもよい。この場合には、昇温制御を行うときに、通路内噴射弁８１から燃料を噴射させる。そして、吸気弁５が完全に閉じている期間中に通路内噴射弁８１から燃料を噴射させ、且つ、吸気行程中に筒内噴射弁８２から燃料を噴射させる。すなわち、通路内噴射弁８１からの燃料噴射の開始から終了まで吸気弁５は開かない。これにより、通路内噴射弁８１から噴射された燃料は、吸気ポート３内に滞留する。一方、吸気行程中に筒内噴射弁８２から燃料を噴射することにより、筒内噴射弁８２から噴射された燃料が、排気ポート７へ流出することを抑制できる。【００４６】
また、本実施例においては、吸気圧センサ９３が正圧を示したとき（すなわち、吸気圧が大気圧よりも高いとき）に、過給状態であるとして昇温制御を行う。なお、機関回転数が高くなると、排気ポート７内の圧力が上昇し、吸気ポート３内の圧力との差が小さくなる。これにより、吸気ポート３から排気ポート７へ空気が通り抜け難くなる。これに対し本実施例では、機関回転数が比較的低いときに昇温制御を行う。【００４７】
ここで、図２は、吸入空気量とコンプレッサ効率との関係を示した図である。図２に示されるように、コンプレッサ効率は、吸入空気量によって決まる。そして、ターボチャージャ５０においては、コンプレッサ効率が極大となる吸入空気量が存在する。すなわち、コンプレッサ効率が極大となる吸入空気量よりも、実際の吸入空気量が多くなっても、また、少なくなっても、コンプレッサ効率が低下する。一般に、コンプレッサ効率が極大となる吸入空気量が、所望の機関回転数の吸入空気量に合うように、ターボチャージャが選択される。例えば、低回転においてコンプレッサ効率が最大となるようなターボチャージャが選択されている。このため、低回転においては、コンプレッサ効率が高くなる。一方、高回転になると、排気の流量が多くなることにより、排気の圧力が上昇する。この場合、吸気の圧力よりも排気の圧力のほうが高くなり得る。このような状態では、バルブオーバーラップ量を大きくしても、吸気ポート３から排気ポート７へ空気が流れない。また、低回転であっても、過給状態でなければ、吸気ポート３から排気ポート７へ空気が流れない。このため、本実施例では、昇温制御を、機関回転数が比較的低く、且つ、過給状態のときに実施する。機関回転数は、例えば２０００ｒｍｐ以下であるが、この値は、ターボチャージャの特性によって変わるため、予め実験またはシミュレーション等により最適値を求めておく。【００４８】
図３は、クランクアングルに対する、吸気弁５および排気弁９が開いている時期、通路内噴射弁８１及び筒内噴射弁８２から燃料を噴射する時期を示した図である。クランクアングルは、膨張行程の開始時が０となる。すなわち、圧縮上死点のときのクランクアングルを０としている。なお、昇温制御を行っているときを「昇温」と示しており、昇温制御を行っていないときを通常制御とし、「通常」で示している。【００４９】
通常制御時及び昇温制御時において、排気弁９は、膨張行程の後半から吸気行程の前半まで開いている。また、通常制御時及び昇温制御時において、吸気弁５は、排気行程の後半から圧縮行程途中まで開いている。このため、通常制御時及び昇温制御時において、排気行程の終了の少し前から、吸気行程の開始の少し後まで、排気弁９及び吸気弁５が両方とも開いている。この排気弁９及び吸気弁５が両方とも開いている期間が、バルブオーバーラップ量となる。【００５０】
そして、通常制御時よりも昇温制御時のほうが、遅い時期に排気弁９が開き始める。排気弁９が閉じる時期も、通常制御時よりも昇温制御時のほうが遅くなる。つまり、昇温制御時には、排気弁９の開閉時期が遅角されている。また、通常制御時よりも昇温制御時のほうが、早い時期に吸気弁５が開き始める。吸気弁５が閉じる時期も、通常制御時よりも昇温制御時のほうが早くなる。つまり、昇温制御時には、吸気弁５の開閉時期が進角されている。このようにすることで、通常制御時よりも、昇温制御時のほうが、バルブオーバーラップ量が大きくなる。【００５１】
また、通常制御時においては、通路内噴射弁８１からは燃料を噴射させず、筒内噴射弁８２からのみ燃料を噴射させる。この場合、吸気行程中に燃料を噴射させている。たとえば、内燃機関１が理論空燃比近傍で運転されている場合には、排気の温度が高いために、通路内噴射弁８１から噴射された燃料と共に吸入空気が気筒２を通過して三元触媒３１に到達すると、該三元触媒３１が過熱する虞がある。これに対して、通路内噴射弁８１から燃料を噴射しなければ、三元触媒３１の過熱を抑制できる。【００５２】
一方、昇温制御時においては、通路内噴射弁８１からも燃料を噴射させる。通路内噴射弁８１から燃料を噴射する時期は、バルブオーバーラップが生じている期間よりも前、すなわち、吸気弁５が開く前である。なお、通路内噴射弁８１からの燃料噴射を開始する時期は、排気弁が開く前であってもよく、排気弁が開いた後であってもよい。このように、昇温制御時には、吸気弁５が開いているときに通路内噴射弁８１から燃料を噴射しないようにしている。また、筒内噴射弁８２から燃料を噴射する時期は、吸気行程中である。すなわち、ピストン１５が下降しているときであり、筒内噴射弁８２から噴射された燃料が吸気ポート３及び排気ポート７に流出し難いときである。なお、筒内噴射弁８２からの燃料噴射を開始する時期は、排気弁が閉じる前であってもよく、排気弁が閉じた後であってもよい。通常制御時であっても、通路内噴射弁８１から燃料を噴射してもよいが、この場合には、昇温燃焼時よりも燃料噴射量を少なくする。これにより、三元触媒３１に到達する燃料を少なくする。【００５３】
ここで、本実施例では、吸気の圧力が大気圧よりも高い過給状態のときに昇温制御を行っている。過給状態のときにバルブオーバーラップ量を大きくすることにより、バルブオーバーラップが生じているときに気筒２を通過して吸気管４側から排気管８側へと流れる空気量が多くなる。また、吸気弁５が閉じている期間中に通路内噴射弁８１から燃料を噴射させることにより、吸気弁５が開いてから早期に、燃料が吸気ポート３から排気ポート７へ移動する。そして、バルブオーバーラップ量を大きくすることにより、多くの空気がそのまま排気ポート７へ流出するため、通路内噴射弁８１から噴射された燃料が、より多く排気ポート７側に流出する。すなわち、バルブオーバーラップ量を大きくすることで、通路内噴射弁８１から噴射された燃料が、吸気ポート３及び気筒２に残留することを抑制できる。【００５４】
そして、バルブオーバーラップが生じているときに排気ポート７へ流出した燃料は、排気管８を流れて三元触媒３１へ流入する。このときに三元触媒３１へ流入する排気中には、気筒２を通過した多くの酸素が含まれているため、三元触媒３１において燃料と酸素とが反応して熱が発生する。この熱により、三元触媒３１及びＮＯｘ触媒３２の温度を上昇させることができる。また、酸素が多いために燃料が酸化され易くなるので、未燃燃料が大気中へ放出されることを抑制できる。【００５５】
ここで、「気筒２内に残留する空気量及び気筒２内を通過する空気量の合計値」を、「通路内噴射弁８１からの燃料噴射量及び筒内噴射弁８２からの燃料噴射量の合計値」で除算した値を全体空燃比とすると、この全体空燃比は理論空燃比よりもリーン空燃比となるようにする。なお、「気筒２内に残留する空気量及び気筒２内を通過する空気量の合計値」は、エアフローメータ９５により検出される吸入空気量としてもよい。【００５６】
また、気筒２内に残留する空気量を筒内噴射弁８２からの燃料噴射量で除算した値を筒内空燃比とすると、この筒内空燃比は理論空燃比よりもリーン空燃比となるようにする。なお、筒内空燃比の目標値となる目標空燃比は、例えば２５に設定される。この筒内空燃比の目標値は、昇温制御を実施するか否かにかかわらず同じ値に設定される。すなわち、通常制御から昇温制御に移行しても、また、昇温制御から通常制御に移行しても、筒内空燃比の目標値は変化しない。昇温制御を実施する場合の筒内空燃比の目標値は、そのときに昇温制御を実施しないと仮定した場合の筒内空燃比の目標値と同じになる。このようにして、内燃機関１の出力やトルクを変化させないようにできるので、ドライバビリティの悪化を抑制できる。なお、筒内空燃比の目標値は、内燃機関１の運転状態（例えば、機関回転数及び機関負荷）に応じて決定してもよい。この筒内空燃比の目標値は、予め実験やシミュレーションにより最適値を求めてＥＣＵ９０に記憶させておいてもよい。【００５７】
ＥＣＵ９０は、吸気ポート３と排気ポート７との圧力差と、に基づいて、気筒２を通過した空気量を算出する。すなわち、吸気ポート３と排気ポート７との圧力差は、バルブオーバーラップが生じているときに気筒２を通過した空気量と関連しているため、吸気ポート３と排気ポート７との圧力差に基づいて、バルブオーバーラップが生じているときに気筒２を通過した空気量を求めることができる。なお、吸気ポート３と排気ポート７との圧力差と、気筒２を通過した空気量と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ９０に記憶させておいてもよい。また、気筒２内に残留する空気量は、エアフローメータ９５により検出される吸入空気量から、気筒２を通過した空気量を減算することにより求めることができる。【００５８】
なお、通路内噴射弁８１からの燃料噴射量は、三元触媒３１が過熱しない量とする。例えば、燃料の低位発熱量、及び三元触媒３１の現時点での温度と耐熱温度との差から、増量可能な燃料量を算出し、この増量可能な燃料量に基づいて通路内噴射弁８１からの燃料噴射量の増量割合を求めることができる。この関係は、予め実験またはシミュレーションにより求めてもよい。【００５９】
また、筒内空燃比は、筒内噴射弁８２からの燃料噴射量により調整する。ここで、通路内噴射弁８１から噴射された燃料は、バルブオーバーラップが生じている期間に殆どが排気管８まで流される。したがって、通路内噴射弁８１から噴射された燃料は、気筒２内の空燃比に殆ど影響を与えない。したがって、筒内空燃比を算出するときには、通路内噴射弁８１からの燃料噴射量を考慮せず、筒内噴射弁８２からの燃料噴射量だけを考慮すればよい。【００６０】
また、バルブオーバーラップ量は、通常制御時（昇温制御を行わない場合）よりも、昇温制御時のほうが大きくなるようにすればよい。また、昇温制御時には、バルブオーバーラップ量を可及的に大きくしてもよい。ここで、排気の圧力よりも吸気の圧力が高いときには、バルブオーバーラップ量が大きくなるほど、気筒２を通り抜ける空気量が多くなる。これにより、より多くの燃料及び酸素を三元触媒３１へ供給することができるため、三元触媒３１及びＮＯｘ触媒３２の温度上昇をより促進させることができる。【００６１】
一方、過給状態でない場合や、過給状態であっても機関回転数が比較的に高い場合には、吸気の圧力よりも排気の圧力のほうが高いために、バルブオーバーラップ量が大きいほど、気筒２内の燃焼後のガスの残留量（内部ＥＧＲガス量）が大きくなる。このため、吸入空気量が減少する。したがって、通常制御時には、排気弁９の開く時期を進角させる。一方、通常制御時における吸気弁５の開閉時期は、吸入空気量と内部ＥＧＲガス量とを考慮して決定される。【００６２】
ここで、図４は、吸気側ＶＶＴ２３におけるバルブタイミングの進角度合いに対する、吸入空気量、吸入ガス量、内部ＥＧＲ量を示した図である。吸入空気量は、気筒２内に吸入される空気量である。吸入ガス量は、気筒２内の空気量及び内部ＥＧＲガス量の総量である。内部ＥＧＲガスは、気筒２内で燃焼後のガスであって、気筒２内に残留するガスである。この内部ＥＧＲガスには、吸気ポート３または排気ポート７へ流出した後に、気筒２内に戻るガスも含む。【００６３】
図４において、Ａで示される進角度合いのときに、吸入空気量が最大となる。この吸入空気量が最大となる進角度合いよりも進角側において、バルブオーバーラップが生じている。バルブオーバーラップが生じると、内部ＥＧＲガス量が増加する。すなわち、吸気弁５の開閉時期を進角させ過ぎると、内部ＥＧＲガス量が増加するが、遅角させ過ぎると、吸入空気量が減少する。このため、吸気弁５の開閉時期は、吸入空気量と内部ＥＧＲガス量とを考慮して決定する。この吸気弁５の開閉時期は、予め実験またはシミュレーションにより求めてＥＣＵ９０に記憶させておく。【００６４】
また、ＮＯｘ触媒３２の温度が、目標温度に達した場合に、昇温制御を終了してもよい。この目標温度は、例えば浄化ウィンドウの範囲内の温度としてもよく、例えば４００℃としてもよい。また、昇温制御は、ＮＯｘ触媒３２の温度が浄化ウィンドウの範囲の下限値（例えば３００℃）よりも低い場合に行ってもよい。ＮＯｘ触媒３２の温度が、浄化ウィンドウの下限値よりも低い場合に昇温制御を行うことで、ＮＯｘ触媒３２の浄化性能を高めることができる。また、ＮＯｘ触媒３２の温度が、ＮＯｘの吸蔵量が最も多くなる温度となるように、通路内噴射弁８１からの燃料噴射量を調整してもよい。ここで、ＮＯｘ触媒３２に吸蔵可能なＮＯｘ量は、該ＮＯｘ触媒３２の温度に応じて変化し、規定の温度より低くても、また高くても、吸蔵可能なＮＯｘ量が減少する。ＮＯｘ触媒３２の温度が、規定の温度となるように、通路内噴射弁８１からの燃料噴射量を調整することにより、ＮＯｘ触媒３２におけるＮＯｘ浄化率を向上させることができる。【００６５】
図５は、本実施例に係る昇温制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ９０により所定の時間毎に実行される。【００６６】
ステップＳ１０１では、三元触媒３１の温度（ＴＷＣ温度）が所定温度（例えば８００℃）未満であるか否か判定される。ここでいう所定温度は、三元触媒３１が過熱する虞のある温度の下限値であり、例えば８００℃である。この所定温度は、三元触媒３１の基材が溶損する温度よりも低く設定される。三元触媒３１の温度が所定温度以上の場合には、三元触媒３１の過熱を抑制するために昇温制御を実施しない。すなわち、本ステップでは、三元触媒３１の温度上昇が可能か否か判定している。ＮＯｘ触媒３２の温度が低い場合であっても、三元触媒３１の温度が高い場合もあるため、本ステップでは、このような場合における三元触媒３１の過熱を抑制する。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１４へ進む。【００６７】
ステップＳ１０２では、昇温フラグがＯＮであるか否か判定される。本実施例に係る昇温制御は、昇温フラグがＯＮとなっているときに実施され、昇温フラグがＯＦＦとなっているときには実施されない。本実施例では、昇温制御が実施されているか否か判定している。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。【００６８】
ステップＳ１０３では、ＮＯｘ触媒３２の温度（ＮＳＲ温度）が目標温度（例えば４００℃）以上であるか否か判定される。ここでいう目標温度は、ＮＯｘ触媒３２の浄化ウィンドウの上限値よりも低い温度であって、浄化ウィンドウ内の温度である。ＮＯｘ触媒３２の浄化ウィンドウは、例えば３００℃から４５０℃のため、この範囲に目標温度を設定している。すなわち、本ステップでは、ＮＯｘ触媒３２の温度が十分に高く、これ以上温度を上昇させる必要がないか否か判定している。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進む。【００６９】
ステップＳ１０４では、昇温フラグがＯＦＦとされる。すなわち、ＮＯｘ触媒３２の温度を上昇させる必要がないため、昇温フラグをＯＦＦにしている。【００７０】
ステップＳ１０５では、ＮＯｘ触媒３２の温度（ＮＳＲ温度）が浄化ウィンドウの下限値（例えば３００℃）よりも低いか否か判定される。本ステップでは、ＮＯｘ触媒３２においてＮＯｘを浄化することができないほど、該ＮＯｘ触媒３２の温度が低いか否か判定している。すなわち、本ステップでは、ＮＯｘ触媒３２の温度を上昇させる必要があるか否か判定している。ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１４へ進む。【００７１】
ステップＳ１０６では、三元触媒３１の温度（ＴＷＣ温度）が所定温度（例えば４００℃）以上であるか否か判定される。ここでいう所定温度は、三元触媒３１において燃料が十分に反応する温度の下限値である。すなわち、本ステップでは、通路内噴射弁８１から供給される燃料が、三元触媒３１において反応するか否か判定している。燃料が三元触媒３１において十分に反応しない場合には、燃料が三元触媒３１を通り抜ける虞があるため、昇温制御を行わない。ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１４へ進む。【００７２】
ステップＳ１０７では、機関回転数が所定回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）以下であるか否か判定される。ここでいう所定回転数は、本実施例に係る昇温制御を実施することがでる機関回転数の上限値である。この所定回転数は、コンプレッサ効率を考慮して決定される。すなわち、本ステップでは、昇温制御を実施可能な機関回転数であるか否か判定している。ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１４へ進む。【００７３】
ステップＳ１０８では、吸気圧が大気圧よりも高いか否か判定される。本ステップでは、過給状態であるか否か判定している。すなわち、バルブオーバーラップが生じているときに、吸気ポート３から気筒２内へ空気が流入し、さらに、気筒２内から排気ポート７へ空気が流出する状態であるか否か判定している。ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１４へ進む。【００７４】
ステップＳ１０９では、昇温フラグがＯＮとされる。すなわち、ＮＯｘ触媒３２の温度を上昇させる必要があるため、昇温フラグをＯＮとして昇温制御を実施する。【００７５】
ステップＳ１１０では、バルブオーバーラップ量が増加される。本ステップでは、吸気弁５の開時期を進角させるか、または、排気弁９の閉時期を遅角させるかの少なくとも一方を行う。バルブオーバーラップ量は、例えば、内燃機関１の運転状態と関連付けて、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ９０に記憶させておいてもよい。また、バルブオーバーラップ量は、気筒２を通過する空気量が最も多くなるような値にしてもよい。【００７６】
ここで、排気ポート７内の圧力よりも吸気ポート３内の圧力のほうが高い場合には、バルブオーバーラップ量が大きいほど、気筒２を通過する空気量が多くなり、吸入空気量も多くなる。したがって、吸気弁５の開閉時期を可能な限り進角させ、且つ、排気弁９の開閉時期を可能な限り遅角させることにより、吸入空気量を可及的に多くしてもよい。【００７７】
ステップＳ１１１では、通路内噴射弁８１の燃料噴射時期が進角される。本ステップでは、通路内噴射弁８１からの燃料噴射が、吸気弁５の閉じている時期に完了するように、燃料噴射時期が変更される。なお、通路内噴射弁８１から燃料が噴射されているときに吸気弁５が開かない時期であれば、該通路内噴射弁８１からの燃料噴射の開始時期及び終了時期は、特に規定しない。【００７８】
ステップＳ１１２では、筒内噴射弁８２からの燃料噴射量が算出される。筒内噴射弁８２からの燃料噴射量は、気筒２内の空気量を目標空燃比（例えば２５）で除算することにより得られる。気筒２内の空気量は、エアフローメータ９５により検出される吸入空気量から、気筒２を通過した空気量を減算することにより求められる。気筒２を通過した空気量は、吸気管４と排気管８との圧力差と関連するため、該圧力差に基づいて算出する。【００７９】
ステップＳ１１３では、通路内噴射弁８１からの燃料噴射量が算出される。本ステップでは、通路内噴射弁８１からの燃料噴射量を、三元触媒３１及びＮＯｘ触媒３２の昇温に適した燃料噴射量とする。すなわち、全体空燃比が理論空燃比よりもリーン空燃比となるように、通路内噴射弁８１からの燃料噴射量が決定される。全体空燃比の目標値は、予め実験又はシミュレーションにより最適値を求めてＥＣＵ９０に記憶しておいてもよい。その後、本ルーチンを終了する。【００８０】
一方、ステップＳ１１４では、昇温フラグがＯＦＦとされる。これにより、通常制御が実施される。ここでいう通常制御とは、昇温制御を行わないときの制御である。この制御は、吸気弁５及び排気弁９の開閉時期の制御や、通路内噴射弁８１及び筒内噴射弁８２からの燃料噴射時期及び燃料噴射量の制御である。この通常制御では、予めＥＣＵ９０に記憶されているマップにしたがって、吸気弁５及び排気弁９の開閉時期、並びに、通路内噴射弁８１及び筒内噴射弁８２からの燃料噴射時期及び燃料噴射量が設定される。なお、燃料が排気ポート７に流出することを抑制するために、通路内噴射弁８１からの燃料噴射を禁止してもよい。【００８１】
そして、図６は、本実施例に係る昇温制御を実施したときの各種値の推移を示したタイムチャートである。「アクセル開度」は、アクセル開度センサ９１の検出値である。「車速」は、内燃機関１が搭載されている車両の速度である。「機関回転数」は、内燃機関１の１分間当たりの回転数であり、「上限」は、昇温制御を実施可能な機関回転数の上限値を示している。「バルブオーバーラップ量」における「通常時」は、昇温制御を実施しないと仮定した場合、すなわち、通常制御時であると仮定した場合のバルブオーバーラップ量を示している。「吸気圧」は、吸気圧センサ９３の検出値である。「ＴＷＣ温度」は、三元触媒３１の温度であり、「ＮＳＲ温度」は、ＮＯｘ触媒３２の温度である。「目標空燃比」は、全体空燃比の目標値である。この目標空燃比は、予め実験又はシミュレーションにより最適値を求めておく。【００８２】
図６において、Ｔ１は、アクセル開度が大きくされる始まりの時点であって、車両の速度が上昇し始める時点である。Ｔ１の時点から負荷の増加により吸気圧が上昇し、Ｔ２の時点において大気圧に達している。Ｔ１からＴ２の期間では、目標空燃比が例えば２５に設定される。【００８３】
Ｔ２の時点からは、吸気圧が大気圧よりも高くなる過給状態となる。このときに、三元触媒３１の温度及びＮＯｘ触媒３２の温度が低いため、バルブオーバーラップ量が大きくされる。そして、Ｔ３で示される時点において、三元触媒３１の温度がステップＳ１０１における所定温度（例えば８００℃）に達している。そうすると、Ｔ３の時点で、ステップＳ１０１において否定判定がなされて、通常制御に移行する。すなわち、Ｔ２からＴ３の期間において、昇温制御が実施される。昇温制御により、三元触媒３１及びＮＯｘ触媒３２の温度が上昇する。このときの目標空燃比は、例えば２１に設定される。また、Ｔ３の時点からは、バルブオーバーラップ量が通常制御時と同じ値に設定される。【００８４】
そして、Ｔ４で示される時点で、アクセル開度が小さくされ、その後のアクセル開度は一定とされる。これにより、車速は一定となり、吸気圧が大気圧よりも低くなる。Ｔ３からＴ４の期間では、目標空燃比が例えば２５に設定される。すなわち、車両の加速中において、昇温制御が実施される期間では目標空燃比が例えば２１に設定され、昇温制御が実施されない期間では目標空燃比が例えば２５に設定される。【００８５】
なお、Ｔ１の時点よりも前には、目標空燃比が例えば理論空燃比に設定される。このときには、通路内噴射弁８１から噴射される燃料が三元触媒３１に到達すると、該三元触媒３１が過熱する虞がある。このため、燃料が排気管８側へ流れないように、通路内噴射弁８１からの燃料噴射を禁止し、筒内噴射弁８２からのみ燃料を噴射させる。【００８６】
また、図７は、本実施例に係る昇温制御を実施したときの各種値の推移を示した他のタイムチャートである。図６に示したタイムチャートと比較して、ＴＷＣ温度及びＮＳＲ温度のみ異なる。【００８７】
図６に示したタイムチャートでは、Ｔ３の時点において、三元触媒３１の温度がステップＳ１０１における所定温度（例えば８００℃）以上となっているが、図７に示したタイムチャートでは、Ｔ３の時点において、ＮＯｘ触媒３２の温度がステップＳ１０３における目標温度（例えば４００℃）よりも高くなっている。そうすると、Ｔ３の時点で、ステップＳ１０３において肯定判定がなされて、通常制御に移行する。すなわち、図７に示したＴ３の時点からは、通常制御が行われる。【００８８】
ここで、筒内空燃比が目標空燃比よりも高くなると失火が発生しやすくなり、低くなるとＮＯｘの排出量が増加し得る。これに対して、筒内空燃比は、筒内噴射弁８２により調整可能である。そして、筒内噴射弁８２から噴射される燃料は、排気管８側に流出し難いので、筒内空燃比を目標値に精度よく合わせることができる。したがって、失火の発生を抑制することができ、または、ＮＯｘ排出量を低減することができる。【００８９】
また、吸気弁５が閉じているときに通路内噴射弁８１からの燃料噴射が終了するため、該通路内噴射弁８１から噴射される燃料は、吸気弁５の付近に混合気となって滞留する。そして、吸気弁５が開くと、そのほとんどが気筒２を通過して排気ポート７へ流出する。このため、排気ポート７へ排出される燃料量の制御が容易となり、三元触媒３１及びＮＯｘ触媒３２の温度制御が容易となる。また、通路内噴射弁８１から噴射される燃料は、気筒２内に殆ど残らないので、気筒内空燃比の制御も容易となる。【００９０】
ここで、理論空燃比よりもリーン空燃比にて内燃機関１を運転しているときには、理論空燃比にて内燃機関１を運転しているときよりも、ＮＯｘ触媒３２の温度が低くなるため、ＮＯｘ触媒３２が吸蔵可能なＮＯｘ量が減少し易い。しかし、本実施例によれば、吸気ポート３内に噴射される燃料が三元触媒３１に供給され、該三元触媒３１において燃料が酸化されるため、該三元触媒３１の温度を上昇させることができる。また、三元触媒３１の温度上昇により、該三元触媒３１よりも下流のＮＯｘ触媒３２の温度も上昇させることができる。したがって、ＮＯｘ触媒３２において吸蔵可能なＮＯｘ量を増加させることができるため、大気中へのＮＯｘの放出を抑制できる。【００９１】
なお、本実施例では、ＮＯｘ触媒３２の温度を上昇するために昇温制御を実施しているが、他の目的のためにも昇温制御を利用することができる。例えば、フィルタの再生または吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒からの回復など、排気浄化装置の温度を上昇させる必要がある場合においても昇温制御を利用することができる。また、選択還元型ＮＯｘ触媒の温度を浄化ウィンドウ内の目標温度まで上昇させる場合にも用いることができる。例えば、フィルタの再生の場合には、ステップＳ１０３において、フィルタの温度が、ＰＭを酸化可能な温度に達しているか否か判定し、ステップＳ１０５において、フィルタの温度が、ＰＭを酸化可能な温度よりも低くなっているか否か判定してもよい。また、例えば、選択還元型ＮＯｘ触媒の場合には、ステップＳ１０３において、該触媒の温度が、浄化ウィンドウの範囲内の温度となっているか否か判定し、ステップＳ１０５において、該触媒の温度が、浄化ウィンドウの下限値よりも低くなっているか否か判定してもよい。また、ＮＯｘ触媒３２の硫黄被毒回復の場合には、ステップＳ１０３において、ＮＯｘ触媒３２の温度が、硫黄被毒回復に必要な温度に達しているか否か判定し、ステップＳ１０５において、ＮＯｘ触媒３２の温度が、硫黄被毒回復に必要な温度よりも低くなっているか否か判定してもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１     内燃機関
２     気筒
３     吸気ポート
４     吸気管
５     吸気弁
７     排気ポート
８     排気管
９     排気弁
１３   クランクシャフト
１５   ピストン
１６   スロットル
２２   吸気側カムシャフト
２３   吸気側ＶＶＴ
２５   排気側カムシャフト
２６   排気側ＶＶＴ
３１   酸化触媒
３２   吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
５０   ターボチャージャ
８１   通路内噴射弁
８２   筒内噴射弁
８３   点火プラグ
９０   ＥＣＵ
９１   アクセル開度センサ
９２   クランクポジションセンサ
９３   吸気圧センサ
９４   排気圧センサ
９５   エアフローメータ
【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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