(57)【要約】【課題】燃費を悪化させることなく排気を冷却し得るエンジンを提供する。【解決手段】過給機（３１）と、吸気バルブ（１５）と、吸気可変動弁装置（２７）と、燃料噴射弁（２１）と、触媒（９）とを備え、触媒（９）を含む排気系部品が過熱状態となる運転領域において、過給機（３１）により過給された新気の圧力が排気圧より高い場合に、吸気可変動弁装置（２７）を用いて吸気バルブ（１５）の開閉時期を進角させることで排気バルブ（１６）と吸気バルブ（１５）とが共に開いているバルブオーバーラップ状態とすると共に、排気バルブ（１６）が閉じた後に燃料噴射を行い、かつ理論空燃比または理論空燃比よりリーンな混合気が得られるように燃料噴射弁（２１）からの燃料噴射量を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に流入してくる新気を過給する過給機と、
燃焼室に開口する吸気ポートを開閉する吸気バルブと、
エンジンの運転状態に応じて前記吸気バルブの開閉時期を変更し得る吸気可変動弁装置と、
前記燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
排気通路に介装される触媒と
を備え、
前記触媒を含む排気系部品、前記燃焼室内の吸排気バルブまたは前記燃焼室から排気通路までの部位が過熱状態となる運転領域において、前記過給機により過給された新気の圧力が排気圧より高い場合に、前記吸気可変動弁装置を用いて前記吸気バルブの開閉時期を進角させることで排気バルブと前記吸気バルブとが共に開いているバルブオーバーラップ状態とすると共に、前記排気バルブが閉じた後に燃料噴射を行い、かつ理論空燃比の混合気または理論空燃比よりリーンな混合気が得られるように前記燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御することを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記過給機はスーパーチャージャであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記過給機は電動機でターボ回転速度をアシストし得る機能を備えるターボチャージャであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記運転領域において前記過給機により過給された新気の圧力が排気圧以下である場合に、前記電動機を非駆動状態から駆動状態へ切換えることを特徴とする請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
前記バルブオーバーラップ状態で前記燃焼室に残留する新気量を推定し、この推定した新気量に基づいて前記理論空燃比の混合気または理論空燃比よりリーンな混合気が得られる基本噴射量を算出することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項６】
前記バルブオーバーラップ状態で前記燃焼室に残留する新気量を、エアフローメータにより検出される新気量と掃気率に基づいて推定することを特徴とする請求項５に記載のエンジン。
【請求項７】
前記バルブオーバーラップ状態を終了した直後に前記燃料噴射弁から供給する燃料を一時的に増量することを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項８】
前記バルブオーバーラップ状態とするときには、目標過給圧が高くなる側に補正することを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関（以下「エンジン」という。）、特に過熱状態となる運転領域において排気を冷却するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒を含む排気系部品が過熱状態となる運転領域で過熱状態になるのを防止するため、吸気ポートに臨んで設けた燃料噴射弁からの燃料噴射量を増加させ、その増加させた燃料の気化熱により排気の冷却を行うものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−７２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１の技術のように、燃料噴射弁から噴射した燃料の気化熱で排気を冷却するのでは、燃費が悪化してしまう。
【０００５】
そこで本発明は、燃費を悪化させることなく排気を冷却し得るエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のエンジンは、吸気通路に流入してくる新気を過給する過給機と、燃焼室に開口する吸気ポートを開閉する吸気バルブと、エンジンの運転状態に応じて前記吸気バルブの開閉時期を変更し得る吸気可変動弁装置と、燃料噴射弁と、触媒とを備える。上記の燃料噴射弁は前記燃焼室に燃料を直接噴射するものである。上記の触媒は排気通路に介装されるものである。そして、前記触媒を含む排気系部品、前記燃焼室内の吸排気バルブまたは前記燃焼室から排気通路までの部位が過熱状態となる運転領域において、前記過給機により過給された新気の圧力が排気圧より高い場合を対象として、以下の制御を行う。すなわち、排気行程末期に前記吸気可変動弁装置を用いて前記吸気バルブの開閉時期を進角させることで排気バルブと前記吸気バルブとが共に開いているバルブオーバーラップ状態とする。さらに、前記排気バルブが閉じた後に燃料噴射を行い、かつ理論空燃比または理論空燃比よりリーンな混合気が得られるように前記燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、バルブオーバーラップを生じさせたとき、過給機により過給された新気の圧力が排気圧力より高いので、吸気通路より燃焼室５に流入してくる新気が排気通路に吹き抜ける。この排気通路に吹き抜ける新気によって、平均の排気温度が低下する。これによって触媒を含む排気系部品、燃焼室内の吸排気バルブまたは燃焼室から排気通路までの部位を、新気を排気通路に吹き抜けさせない場合より冷却することができる。
【０００８】
この場合、排気バルブが開いている間に燃料噴射を行ったのでは、燃料までが燃焼室５から排気通路に吹き抜けることなり、燃費の悪化を招く。また、バルブオーバーラップ状態で理論空燃比よりリッチ側の混合気が得られるように燃料噴射弁からの燃料量を制御したのでは、燃焼室で燃え残った燃料が排気通路に出た後に後燃えするため、排気温度がさらに高くなってしまう。一方、本発明によれば、排気バルブが閉じたあとに燃料噴射を行い、かつ理論空燃比または理論空燃比よりリーンな混合気が得られるように燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御する。これによって燃焼室内の燃料が燃焼室から排気通路へと吹き抜けないようにして燃費の悪化を防ぐと共に、排気通路での後燃えを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態のエンジンの概略構成図である。
【図２】排気温度低下処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】運転領域図である。
【図４】バルブオーバーラップを説明するためのバルブリフト特性図である。
【図５】排気温度低下処理の終了直後に必要となる空燃比のリッチ化程度の算出を説明するためのフローチャートである。
【図６】燃料噴射パルス幅の算出を説明するためのフローチャートである。
【図７】燃料噴射時期の補正を説明するためのフローチャートである。
【図８】第２実施形態のエンジンの概略構成図である。
【図９】第２実施形態の排気温度低下処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態のエンジン１の概略構成図である。なお、図１には１気筒分しか記載していないが、実際には直列４気筒４サイクルエンジンである。
【００１２】
図１において吸気通路２にはスロットル弁１１を備える。スロットル弁１１は、エンジンコントローラ４１からの信号を受けるモータ１２によって駆動される。空気は、スロットル弁１１によって調量され、吸気通路２の吸気コレクタ３に蓄えられた後、吸気マニホールド４を介して各気筒の燃焼室５に導入される。本発明では、ＥＧＲ装置を設けていないので、燃焼室５にはエアフロメータ４２を通過した空気、つまりＥＧＲガスを含まない空気がそのまま燃焼室に流入する。このＥＧＲガスを含まない空気を以下「新気」という。
【００１３】
燃料は各気筒の燃焼室５に直接臨んで配置された燃料噴射弁２１から噴射供給される。燃焼室５に噴射された燃料は気化しつつ空気と混合して作動ガス（混合気）を作る。この混合気は吸気バルブ１５が閉じることで燃焼室５内に閉じこめられ、ピストン６の上昇によって圧縮される。
【００１４】
この圧縮混合気に対して高圧火花により点火を行うため、パワートランジスタ内蔵の点火コイルを各気筒に配した電子配電システムの点火装置２２を備える。すなわち、点火装置２２は、点火コイル、パワートランジスタ（図示しない）、点火プラグ２４から構成されている。点火コイル２３はバッテリからの電気エネルギーを蓄え、パワートランジスタは点火コイル２３の一次側への通電、遮断を行う。燃焼室５の天井に設けられる点火プラグ２４は点火コイル２３の一次電流の遮断によって点火コイル２３の二次側に発生する高電圧を受けて、火花放電を行う。
【００１５】
エンジン１の暖機完了後に圧縮上死点より少し手前で点火プラグ２４により火花が飛ばされ圧縮混合気に着火されると、火炎が燃焼室５内に広がりやがて爆発的に燃焼し、この燃焼によるガス圧がピストン６を押し下げる仕事を行う。この仕事はクランクシャフト７の回転力として取り出される。燃焼後のガス（排気）は排気バルブ１６が開いたときに排気マニホールドから排気通路８へと排出される。
【００１６】
排気通路８には三元触媒９、１０を備える。三元触媒９、１０は排気の空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲にあるとき、排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘといった有害三成分を同時に効率よく除去できる。
【００１７】
空燃比は吸入空気量と燃料量の比である。エンジン１の１サイクル当たりに燃焼室５に導入される新気量と、燃料噴射弁２１からの燃料噴射量との比が理論空燃比となるように、エンジンコントローラ４１では燃料噴射パルス幅Ｔｉ［ｍｓ］を算出する。そして、所定の燃料噴射時期になると、この燃料噴射パルス幅Ｔｉの期間、燃料噴射弁２１を開いて燃料を直接、燃焼室５内に噴射供給する。なお、エアフローメータ４２からの吸入空気量の信号とクランク角センサ（４３、４４）からの信号に基づいて基本噴射パルス幅Ｔｐ［ｍｓ］を算出している。
【００１８】
また、三元触媒９が活性化した後には空燃比フィードバック制御域になったと判断する。そして、三元触媒９の上流に設けた空燃比センサ４７の出力及び三元触媒９の下流に設けた酸素センサ４８の出力に基づいて排気の空燃比が理論空燃比と一致するように空燃比のフィードバック補正係数αを算出する。そして、この空燃比フィードバック補正係数αで上記の基本噴射パルス幅Ｔｐを補正することにより上記の燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出する。
【００１９】
吸気バルブ１５、排気バルブ１６は、クランクシャフト７を動力源として、各々吸気側カムシャフト２５及び排気側カムシャフト２６に設けられたカムの動作により開閉駆動される。
【００２０】
吸気バルブ１５の側には、クランクシャフト７と吸気側カムシャフト２５との回転位相差を連続的に可変制御して、吸気バルブ１５の開閉タイミング（開時期と閉時期）を進遅角する可変バルブタイミング機構（以下「吸気側ＶＴＣ機構」という。）２７を備える。また、吸気側カムシャフト２５の他端には吸気側カムシャフト２５の回転位置を検出するためのカム角度センサ４４が併設されている。
【００２１】
排気バルブ１６側にも、クランクシャフト７と排気側カムシャフト２６との回転位相差を連続的に可変制御して、排気バルブ１６の開閉タイミング（開時期と閉時期）を進遅角する可変バルブタイミング機構（以下「排気側ＶＴＣ機構」という。）２９を備える。排気側カムシャフト２６の他端には排気側カムシャフト２６の回転位置を検出するためのカム角度センサ４５が併設されている。
【００２２】
エンジンコントローラ４１では、吸排気バルブ１５，１６の開閉タイミングが運転条件に応じた適切な開閉タイミングとなるように、吸気側ＶＴＣ機構２７（吸気可変動弁装置）、排気側ＶＴＣ機構２９に与える指示量を調整する。
【００２３】
スロットル弁１１の上流にはエンジン１に吸入される新気を過給するエンジン駆動のスーパーチャージャ（機械式過給機）３１を備える。すなわち、スーパーチャージャ３１には図示しないベルト、プーリを介してクランクシャフト７の回転が常時伝えられている。スーパーチャージャ３１には例えばルーツ式がある。スーパーチャージャ３１は、電動モータなどによって駆動するようにしてもよい。
【００２４】
スーパーチャージャ３１の下流の吸気通路２にはインタークーラ３５を備える。インタークーラ３５は、過給機３１により圧縮されて高温となった新気を冷却するためのものである。
【００２５】
過給機３１をバイパスしてスロットル弁１１の上流に合流するバイパス通路３２が設けられ、このバイパス通路３２にステップモータ３４により駆動されるバイパス弁３３を備える。
【００２６】
バイパス弁３３の開度を制御するのはエンジンコントローラ４１である。すなわち、エンジンコントローラ４１では、図示しないスロットルセンサで検出されるスロットル弁開度とエンジン回転速度Ｎｅの信号に基づいて過給域であるか否かを判定する。この判定結果より非過給域ではスロットル弁１１の上流圧（過給圧）が大気圧相当となるように、また過給域ではスロットル弁１１の上流圧（過給圧）が大気圧以上の目標過給圧となるようにバイパス弁３３の開度を制御する。また、スロットル弁１１のすぐ上流に設けられた過給圧センサ４６からの実過給圧の信号に基づいて実過給圧が目標過給圧より低くなる加速時には定常時のバイパス弁開度に対して過給圧が上昇する側への補正を行う。この逆に実過給圧が目標過給圧より高くなる元素即時には定常時のバイパス弁開度に対して過給圧が低下する側への補正を行う。
【００２７】
さて、過熱状態となる運転領域において、三元触媒９，１０、空燃比センサ４７を含む排気系部品が過熱状態になるのを防止する従来装置がある。この従来装置では、吸気ポートに臨んで設けた燃料噴射弁からの燃料噴射量を増加させ、その増加させた燃料の気化熱により排気の冷却を行う。しかしながら、従来装置のように燃料の気化熱利用して排気の冷却を行うのでは、燃費が悪化する。
【００２８】
そこで、本発明の第１実施形態では、三元触媒９，１０、空燃比センサ４７を含む排気系部品が過熱状態となる運転領域を排気温度低下領域として予め設定しておく。そして、過給機３１により過給された吸気の圧力（つまり過給圧）が排気圧より高い場合に、吸気側ＶＴＣ機構２７を用いて吸気バルブ１５の開閉時期を進角させることで排気バルブ１６と吸気バルブ１５とが共に開いているバルブオーバーラップ状態とする。これによって、吸気通路２から燃焼室５を経て排気通路８へと新気を吹き抜けさせ、この排気通路８に吹き抜ける新気によって、排気系部品を冷却する。排気通路８に吹き抜ける新気は直接、排気系部品に当たらなくても、平均排気温度を低減する効果がある。
【００２９】
ここで、タービンとコンプレッサを同軸にして構成したターボチャージャを備えるエンジンにおいて、バルブオーバーラップを生じさせる比較例がある（特開２０１２−１６３０４７号公報参照）。この比較例では、バルブオーバーラップを生じさせることにより、燃焼室５内からのガスの掃気をよくし、この掃気したガスで上記のタービンの回転速度を高め、燃焼室内への新気の充填効率を向上させるようにしている。この比較例のように、バルブオーバーラップはエンジンの出力や触媒の暖機促進などのために使用するのが一般的であり、本発明のようにバルブオーバーラップを排気の冷却のために使った従来装置はない。
【００３０】
さらに、第１実施形態では排気バルブ１６が閉じた後に燃焼室５に臨んで設けた燃料噴射弁２１から燃料噴射を行い、かつ理論空燃比の混合気が得られるように燃料噴射弁２１からの燃料噴射量を制御する。これによって、燃焼室５に供給された燃料までが燃焼室５から排気通路８へと吹き抜けないようにすると共に、排気通路８へと吹き抜けた燃料の後燃えを防止する。本実施形態では、理論空燃比の混合気が得られるように燃料噴射弁２１からの燃料噴射量を制御するが、理論空燃比よりリーンな混合気が得られるように燃料噴射弁２１からの燃料噴射量を制御することであってよい。
【００３１】
また、第１実施形態ではバルブオーバーラップ状態を終了した直後に燃料噴射弁２１から供給する燃料を一時的に増量する。これは、バルブオーバーラップによって吹き抜けた新気中の酸素が排気通路８の上流側にある三元触媒９に余分にストレージされるので、これに対処する必要があるためである。
【００３２】
また、第１実施形態ではバルブオーバーラップ状態で燃焼室５に残留する新気量を推定し、この推定した新気量に基づいて理論空燃比の混合気が得られる基本噴射量Ｔｐを算出する。これは、バルブオーバーラップによって燃焼室５から消失する新気分を考慮することなく基本噴射パルス幅Ｔｐを算出したのでは、理論空燃比よりリッチ側の混合気となってしまうことに対処する必要があるためである。
【００３３】
エンジンコントローラ４１で実行される上記排気温度低下処理、当該排気温度低下処理の終了直後に必要となる空燃比リッチ化度合の算出、排気温度低下処理中及びその直後における燃料噴射量の算出などの制御を以下のフローチャートに基づいて説明する。
【００３４】
まず、図２のフローは排気温度低下処理を行うためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００３５】
エンジン回転速度Ｎｅとエンジントルクとから定まる運転点が図３に示す排気温度低下領域にあるか否かをみる。特に排気通路８の上流側にある三元触媒９、排気マニフォールドの集合部に設けられる空燃比センサ４７などは最も高温の排気に晒されるため、過熱状態となる排気系部品である。排気の温度は燃焼室５に供給される燃料量にほぼ比例して上昇するので、高負荷側で最も排気の温度が高くなる。このため、図３に示したように高負荷側に排気温度低下領域を予め定めておき、運転点が排気温度低下領域に属するときには高温の排気に晒されるために過熱状態となる排気系部品の耐力が低下しないように、また耐ノックのため冷却を行うことが必要となる。従来装置では、燃料冷却領域で燃料を増量し、その燃料の気化によって排気温度を低下させたのであるが、第１実施形態では、燃料増量に代えて、新気をバルブオーバーラップ期間に排気通路８にまで吹き抜けさせることによって、排気を冷却する。なお、排気温度低下領域は、基本的に従来装置の燃料冷却領域と同じ領域であるが、最近のエンジンのダウンサイジングの傾向に合わせて、新たに領域を定めてもよい。
【００３６】
エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷をパラメータとするエンジントルクのマップを予め作成しておき、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷から当該マップを検索することによりエンジントルクを算出する。このようにして算出するエンジントルクとエンジン回転速度Ｎｅから定まる運転点が図３に示す排気温度低下領域にないときには、排気の冷却を行う必要がないと判断し、ステップ７に進んでバルブオーバラップフラグ＝０とする。
【００３７】
エンジントルクとエンジン回転速度Ｎｅから定まる運転点が図３に示す排気温度低下領域にあるときには、高温の排気に晒されるために過熱状態となる排気系部品の耐力が低下しないようにするため、ステップ２以降に進む。
【００３８】
ステップ２では、目標当量比ＤＭＬと１．０を比較する。ここで、目標当量比ＤＭＬと目標空燃比との間には、ＤＭＬ＝理論空燃比／目標空燃比なる関係があり、目標当量比ＤＭＬは理論空燃比での運転時に１．０となる。空燃比が４０を超える成層燃焼時や均質燃焼かつ空燃比が２０〜２３といった値の希薄燃焼時になると、目標当量比ＤＭＬは１．０より小さな値となる。つまり、成層燃焼時や均質燃焼時には理論空燃比での運転時より吸入空気量が増量される。
【００３９】
本実施形態では、図３にも示したように新たに排気温度低下領域を導入するので、排気温度低下領域においては目標当量比ＤＭＬ＝１．０とする。つまり、排気温度低下領域では理論空燃比の混合気でエンジン１を運転する。
【００４０】
排気温度低下領域で目標当量比ＤＭＬ＝１．０としてあるので、ステップ２で目標当量比ＤＭＬが１．０以下であるか否か判定する必要はないのであるが、念のためステップ２を設けている。目標当量比ＤＭＬが１．０を超えているときには、燃焼室５で燃え残った燃料が排気通路８に吹き抜けた新気によって後燃えし、排気温度を上昇させてしまう（つまり排気温度を下げることができない）と判断する。このときにはステップ７に進んでバルブオーバラップフラグ＝０とする。
【００４１】
目標当量比ＤＭＬが１．０以下であるときには、燃焼室５内で理論空燃比の混合気が燃焼する。このため、燃焼室５で燃え残った燃料は排気通路８に吹き抜けた新気によって後燃えが生じることはないと判断し、ステップ３に進む。
【００４２】
ステップ３では、過給圧センサ４６により検出される過給圧Ｐｂと、排気圧センサ４９により検出される排気圧Ｐｅｘとを比較する。排気圧Ｐｅｘｈがセンサ検出値であることは必要ない。公知の手法によりエンジンの負荷と回転速度に基づいて排気圧Ｐｅｘｈを推定してもかまわない。ガスは圧力の高い方から低い方に向かって流れる。過給圧Ｐｂが排気圧Ｐｅｘ以下であるときには、バルブオーバーラップを生じさせても燃焼室５に流入する新気が排気通路８に吹き抜けることができないと判断する。このときにはステップ７に進んでバルブオーバラップフラグ＝０とする。
【００４３】
過給圧Ｐｂが排気圧Ｐｅｘを超えているときには、バルブオーバーラップを生じさせたとき、燃焼室５に流入する新気が燃焼室５を経て排気通路８に吹き抜け得ると判断し、ステップ４に進む。ステップ４では、バルブオーバーラップを生じさせるため、吸気バルブ１５の開閉タイミングを所定量だけ進角させる。例えば、排気温度低下領域になってステップ４まで進んできたとき、図４に示したように、排気バルブ１６のリフト特性が実線の、また吸気バルブ１５のリフト特性が破線の各状態にあり、バルブオーバーラップが生じていないとする。このとき、吸気側ＶＴＣ機構２７を介し吸気バルブ１５の開閉タイミングを進角させて実線の特性とすることで、進角させる前にはなかったバルブオーバーラップが生じる。
【００４４】
ステップ５では、バルブオーバラップを生じさせていることを示すため、バルブオーバラップフラグ（エンジンの始動時にゼロに初期設定）＝１とする。
【００４５】
ステップ６では目標過給圧の基本値を一定値だけ高くなる側に補正した値を目標過給圧とする。目標過給圧が高くなる側に補正する理由は次の通りである。すなわち、バルブオーバーラップによって燃焼室５に流入する新気が排気通路８に吹き抜けると、その分、燃焼室内にとどまる新気による充填効率が低下する。この新気の吹き抜けによる充填効率の低下に対して、目標過給圧が高くなる側に補正することで、バルブオーバーラップを生じさせていない状態と同等の充填効率を得るためである。
【００４６】
上記目標過給圧の基本値は、簡単には一定であって良いが、可変値で与えてもかまわない。例えば、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷をパラメータとする目標過給圧の基本値のマップを予め作成しておき、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷から当該マップを検索することにより、上記目標過給圧の基本値を算出する。
【００４７】
一方、運転点が排気温度低下領域にあったものが、その後に運転点が排気温度低下領域でなくなったときには排気温度低下処理を終了するためステップ１からステップ７に進み、バルブオーバーラップフラグ＝０とする。また、過給圧Ｐｂが排気圧Ｐｅｘｈを超えていたものが、その後に過給圧Ｐｂが排気圧Ｐｅｘｈ以下になったときには排気温度低下処理を終了するためステップ３からステップ７に進み、バルブオーバーラップフラグ＝０とする。
【００４８】
図５のフローは排気温度低下処理の終了直後に必要となる空燃比のリッチ化程度Ｒを算出するためのもので、図２のフローに続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００４９】
ステップ１１，１２では今回にバルブオーバーラップフラグ＝１であるか否か、前回はバルブオーバーラップフラグ＝１であったか否かをみる。今回にバルブオーバーラップフラグ＝１でありかつ前回はバルブオーバーラップフラグ＝０であった、つまり今回に初めてバルブオーバーラップフラグがゼロから１に切換わったときにはステップ１３，１４に進む。ステップ１３ではタイマを起動する（タイマ値ｔ＝０）。このタイマはバルブオーバーラップを生じさせることを開始してからの経過時間を計測するためのものである。
【００５０】
ステップ１４ではバルブオーバーラップフラグが１からゼロに切換わった後に、バルブオーバラップを生じさせた経験があることを示すため、バルブオーバーラップ経験フラグ（エンジンの始動時にゼロに初期設定）＝１とする。
【００５１】
ステップ１１，１２で今回にバルブオーバーラップフラグ＝１でありかつ前回にバルブオーバーラップフラグ＝１であった、つまりバルブオーバーラップを生じさせていることを継続しているときにはステップ１５に進む。ステップ１５ではタイマ値ｔをインクリメントする。
【００５２】
一方、ステップ１１でバルブオーバーラップフラグ＝０であるときにはステップ１６に進み、空燃比リッチ化程度算出済フラグをみる。空燃比リッチ化程度算出済フラグ＝０であれば、まだ空燃比リッチ化程度を算出していないと判断し、ステップ１７に進む。
【００５３】
ステップ１７ではバルブオーバーラップ経験フラグをみる。バルブオーバーラップ経験フラグ＝０であるときには、排気温度低下処理の終了直後にないと判断しそのまま今回の処理を終了する。
【００５４】
ステップ１７でバルブオーバーラップ経験フラグ＝１であるときには排気温度低下処理の終了直後であると判断しステップ１８，１９に進む。ステップ１８，１９は排気温度低下処理の終了直後に燃料噴射量を増量して理論空燃比よりリッチ側の混合気が得られるようにする部分である。これは次の理由による。すなわち、排気温度低下処理中にバルブオーバーラップを生じさせ燃焼室５に流入する新気を排気通路８に吹き抜けさせることで排気系部品を冷却できる。その一方で、排気通路８に吹き抜けた新気中には酸素が大気と同じ程度含まれている。この大気と同じ程度の酸素は排気通路８の上流側にある三元触媒９に特にストレージされることになり、排気通路８の上流側にある三元触媒９の酸素ストレージ量が目標値を超えて過剰となる。この過剰によって三元触媒９の酸素ストレージ量が一杯になってしまうと、排気温度低下処理におけるバルブオーバーラップ状態を終了した直後にＮＯｘを還元（浄化）できなくなる。そこで、排気温度低下処理の終了直後に、燃料噴射量を増量して理論空燃比よりリッチ側の混合気が得られるようにする。これによって、三元触媒９の酸素ストレージ量を減少させ当該酸素ストレージ量を目標値へと戻し、三元触媒９の浄化率（特にＮＯｘの浄化率）を高く保たせるのである。
【００５５】
具体的にはステップ１８でそのときのタイマ値ｔ、つまりバルブオーバーラップ時間に基づいて、排気通路８の上流側にある三元触媒９の酸素過剰率ＯＶＲ［無名数］を算出する。ここで、三元触媒９の酸素過剰率ＯＶＲは１．０を中心とする値で、バルブオーバーラップ時間が長いほど１．０より大きくなる値である。バルブオーバーラップ時間に対する酸素過剰率ＯＶＲの特性は予め適合により求めておく。
【００５６】
ステップ１９では、算出した三元触媒９の酸素過剰率ＯＶＲに基づいて、空燃比のリッチ化度Ｒ［無名数］を算出する。ここで、空燃比のリッチ化度Ｒは１．０を中心とする値で、三元触媒９の酸素過剰率ＯＶＲが大きくなるほど１．０より大きくなる値である。酸素過剰率ＯＶＲに対する空燃比リッチ化程度Ｒの特性は予め適合により求めておく。これで空燃比リッチ化程度Ｒの算出を終了したので、ステップ２０では空燃比リッチ化程度算出済フラグ＝１とする。算出した空燃比リッチ化程度Ｒはメモリに記憶しておく。
【００５７】
ステップ２０で空燃比リッチ化程度算出済フラグ＝１としたことより次回にはステップ１６よりステップ１７以降に進むことはできず、そのまま今回の処理を終了する。
【００５８】
図６のフローは燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出するためのもので、図２，図５のフローに続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００５９】
ステップ２１ではエンジン回転速度Ｎｅとエンジントルクとから定まる運転点が図３に示す排気温度低下領域にあるか否かをみる。このステップ２１の操作は、図２のステップ１の操作と同じである。運転点が図３に示す排気温度低下領域にないときにはステップ２２に進み、エアフローメータ４２により検出される新気量をそのまま、基本噴射パルス幅Ｔｐを算出するための吸入空気量Ｑａに入れる。
【００６０】
ステップ２１で運転点が図３に示す排気温度低下領域にあるときにはステップ２３に進む。ステップ２３は、バルブオーバーラップを生じさせる場合に、燃焼室内に閉じ込められる新気の量を推定する部分である。すなわち、ステップ２３では、エアフローメータ４２により検出される新気量と掃気率とに基づいて新気量のうち吸気バルブの閉じ時期に燃焼室５内に閉じ込められる新気量である燃焼室５内トラップ新気量を推定する。上記の掃気率は、新気量を燃焼室５内ガス量で除した値である。掃気率の算出方法については公知の手段を用いればよい（特開２０１２−１６３０４７号公報参照）。
【００６１】
ステップ２４では燃焼室内トラップ新気量を基本噴射パルス幅Ｔｐを算出するための吸入空気量Ｑａに入れる。
【００６２】
ステップ２５では、吸入空気量Ｑａとエンジン回転速度Ｎｅに基づいて次式により基本噴射パルス幅Ｔｐ［ｍｓ］を算出する。
【００６３】
Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ                                    …（１）
（１）式の定数Ｋは理論空燃比の混合気を得るための値である。
【００６４】
ここで、バルブオーバーラップにより燃焼室５に流入する新気を排気通路８に吹き抜けさせる場合には、推定した燃焼室５内トラップ新気量に基づいて基本噴射パルス幅Ｔｐが算出される。バルブオーバーラップにより燃焼室８に流入する新気を排気通路８に吹き抜けさせる場合にも、エアフローメータ４２で検出される新気量をそのまま用いて基本噴射パルス幅Ｔｐを算出したのでは、バルブオーバーラップによる新気の吹き抜けによって燃焼室５から消失する新気量の分だけ、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に傾く。一方、本実施形態では、ステップ２１，２３，２４を追加しバルブオーバーラップによる新気の吹き抜けによって燃焼室５から消失する新気量を考慮してあるので、バルブオーバーラップ中であっても、理論空燃比の混合気が得られることとなる。
【００６５】
ステップ２６〜３１は排気温度低下処理の終了直後に燃料噴射量を増量して空燃比を理論空燃比よりリッチ側にする部分である。これは、前述のように、バルブオーバーラップによる新気の吹き抜けによって排気通路８の上流側にある三元触媒９に吹き抜けた新気に含まれる酸素が目標値を超えて過度にストレージされてしまう。そこで、この過度にストレージされた酸素を三元触媒９から消失させるためのものである。
【００６６】
まず、ステップ２６では、バルブオーバーラップ経験フラグをみる。バルブオーバーラップ経験フラグ＝１であるときには、ステップ２７に進み、排気温度低下処理を終了したタイミングから一定時間が経過しているか否かをみる。ここで、一定時間は、リッチ化時間（燃料噴射量を増量して空燃比を理論空燃比よりリッチ側にする時間）を定めるもので、予め設定しておく。
【００６７】
排気温度低下処理を終了したタイミングから一定時間が経過していない、つまり排気温度低下処理を終了した直後にあるときにはステップ２８に進む。ステップ２８では、基本噴射パルス幅Ｔｐに空燃比リッチ化度合Ｒ（図５で算出済み）を乗算した値を改めて基本噴射パルス幅Ｔｐとする。空燃比リッチ化度合Ｒが１．０を超える値であれば、これによって燃料噴射量が増量され、排気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側になる。排気温度低下処理を終了したタイミングから一定時間が経過していない限りステップ２８の操作を実行する。これによって、排気温度低下処理を終了したタイミングから、理論空燃比よりリッチ側の空燃比のガスが三元触媒９を流れるので、三元触媒９の酸素ストレージ量が目標値へと減少してゆく。
【００６８】
ステップ２７で一定時間が経過したときにはバルブオーバーラップ中に過度にストレージされた酸素が三元触媒９から消失し、三元触媒９の酸素ストレージ量が再び目標値に戻ったと判断する。このときには、次回の排気温度低下処理に備えるため、ステップ２９，３０，３１に進んでバルブオーバーラップ経験フラグ＝０、空燃比リッチ化度合Ｒ＝０、空燃比リッチ化度合算出済フラグ＝０とする。
【００６９】
ステップ３２では、次式によりシーケンシャル噴射時の燃料噴射パルス幅Ｔｉ［ｍｓ］を算出する。
【００７０】
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＤＭＬ×（α＋αｍ−１）×２＋Ｔｓ          …（２）
ただし、ＤＭＬ：目標当量比、
α：空燃比フィードバック補正係数［無名数］、
αｍ：空燃比学習値［無名数］、
Ｔｓ：無効パルス幅［ｍｓ］、
ここで、（２）式の目標当量比ＤＭＬはエンジン回転速度Ｎｅとアクセル開度とに基づいて定まっている。アクセル開度は、アクセルセンサ５０（図１参照）により検出されるものである。排気温度低下領域において（２）式の目標当量比ＤＭＬは１．０である。また、排気温度低下領域では空燃比フィードバック制御は中止するものとする（α＝１．０）。このため、排気温度低下領域において上記（２）式は次のようになる。
【００７１】
Ｔｉ＝Ｔｐ×１．０×（１．０＋αｍ−１）×２＋Ｔｓ
＝Ｔｐ×αｍ×２＋Ｔｓ                              …（３）
ここで、燃料噴射弁２１やエアフローメータ４８に製作誤差がないと仮定すれば、αｍ＝１．０であることからＴｉ＝Ｔｐ×２＋Ｔｓとなる。これより、排気温度低下領域においては、Ｔｐのみによって燃料量が定まるので、理論空燃比の混合気で運転されることが分かる。
【００７２】
ステップ３３では、このように算出した燃料噴射パルス幅Ｔｉを出力レジスタに移す。所定の燃料噴射時期ＩＴになると、燃料噴射パルス幅Ｔｉの間だけ燃料噴射弁２１が開かれ、Ｔｉに応じた燃料噴射量が燃焼室５内に噴射供給される。
【００７３】
図７のフローは燃料噴射時期ＩＴを補正するためのもので、図２，図５，図６のフローに続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００７４】
ステップ４１ではバルブオーバーラップフラグをみる。バルブオーバーラップフラグ＝０であるときにはそのまま今回の処理を終了する。
【００７５】
バルブオーバーラップフラグ＝１であるときにはステップ４２に進み、燃料噴射時期ＩＴと排気バルブ１６の閉じ時期ＥＶＣを比較する。ここで、燃料噴射時期ＩＴは、例えば圧縮行程中や排気行程中となるようにエンジン回転速度Ｎｅに基づいて予め設定されている。排気バルブ１６の閉じ時期ＥＶＣは、エンジンコントローラ４１が排気側ＶＴＣ機構２９に与えている指示量から知り得る。
【００７６】
予め設定されている燃料噴射時期ＩＴが排気バルブ１６の閉じ時期ＥＶＣと等しいか、排気バルブ１６の閉じ時期ＥＶＣより遅角側にあるときには、排気バルブ１６が閉じた後に燃料を燃焼室５内に噴射供給することになる。つまり、燃焼室５に供給した燃料が排気通路８に吹き抜けることはないと判断できる。ここのときには、そのまま今回の処理を終了する。
【００７７】
一方、ステップ４２で燃料噴射時期ＩＴが排気バルブ１６の閉じ時期ＥＶＣより進角側にあるときには、ステップ４３に進み、燃料噴射時期ＩＴが排気バルブ１６の閉じ時期ＥＶＣより遅角側にくるように燃料噴射時期ＩＴを補正する。燃料噴射時期ＩＴが排気バルブ１６の閉じ時期ＥＶＣより進角側にあるときにＩＴがＥＶＣより遅角側にくるようにＩＴを補正する理由は次の通りである。すなわち、排気温度低下領域でのバルブオーバーラップ中に排気バルブ１６がまだ開いているときに燃焼室５内に向けて燃料噴射を実行したのでは、燃焼室５に供給した燃料までが燃焼室５から排気通路８へと吹き抜ける。これによって、理論空燃比よりもリーン側の混合気となり、理論空燃比の混合気が得られなくなってしまう。そこで、排気温度低下領域でのバルブオーバーラップ中は排気バルブ１６が閉じた後に燃料噴射を実行させることでこの燃料の吹き抜けを防ぐのである。
【００７８】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【００７９】
本実施形態では、スーパーチャージャ３１（過給機）と、吸気バルブ１５と、吸気側ＶＴＣ機構２７（吸気可変動弁装置）と、燃料噴射弁２１と、三元触媒９とを備えている。そして本実施形態では、排気温度低下領域（触媒を含む排気系部品が過熱状態となる運転領域）において、過給圧Ｐｂ（過給機により過給された新気の圧力）が排気圧Ｐｅｘｈより高い場合を対象として以下の制御を行う。すなわち、この場合に、吸気側ＶＴＣ機構２７を用いて吸気バルブ１５の開閉時期を進角させることで排気バルブ１６と吸気バルブ１５とが共に開いているバルブオーバーラップ状態とする（図２のステップ１，３，４参照）。本実施形態では、バルブオーバーラップを生じさせたとき、過給圧Ｐｂが排気圧Ｐｅｘｈより高いので、吸気通路２より燃焼室５に流入してくる新気が排気通路８に吹き抜ける。この排気通路８に吹き抜ける新気によって、平均の排気温度が低下する。これによって三元触媒９を含む排気系部品を、燃焼室５に流入してくる新気を排気通路８に吹き抜けさせない場合より冷却することができる。
【００８０】
この場合、排気バルブ１６が開いている間に燃料噴射を行ったのでは、燃料までが燃焼室５から排気通路８に吹き抜けることとなり、燃費の悪化を招く。また、バルブオーバーラップ状態で理論空燃比よりリッチ側の混合気が得られるように燃料噴射弁２１からの燃料量を制御したのでは、燃焼室で燃え残った燃料が排気通路８に出た後に後燃えするため、排気温度がさらに高くなってしまう。一方、本実施形態では、排気バルブ１６が閉じた後に燃料噴射を行う（図７のステップ４１，４２，４３参照）。かつ理論空燃比の混合気が得られるように燃料噴射弁２１からの燃料噴射量を制御する（図６のステップ２１，２３，２４，２５参照）。これによって、燃焼室５内の燃料が燃焼室５から排気通路８へと吹き抜けないようにして燃費の悪化を防ぐと共に、排気通路８での後燃えを防止できる。このようにして、排気温度低下領域で排気温度を低下できれば、耐熱性の低い排気系部品を採用できる可能性が広がる。
【００８１】
バルブオーバーラップにより燃焼室５に流入する新気を排気通路８に吹き抜けさせる場合にも、エアフローメータ４２で検出される新気量をそのまま用いて基本噴射パルス幅Ｔｐを算出したのでは、バルブオーバーラップによる新気の吹き抜けによって燃焼室５から消失する新気量の分だけ、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に傾く。一方、本実施形態では、燃焼室内トラップ新気量（オーバーラップ状態で燃焼室５に残留する新気量）を推定し、この推定した燃焼室内トラップ新気量に基づいて基本噴射量Ｔｐを算出する（図６のステップ２１，２３，２４，２５参照）。これによって、バルブオーバーラップによる新気の吹き抜けによって燃焼室５から一部の新気量が消失しても、理論空燃比の混合気を得ることができる。
【００８２】
バルブオーバーラップ状態として燃焼室５に流入する新気を排気通路８に吹き抜けさせることで排気系部品を冷却できるものの、その一方で排気通路８に吹き抜けた新気中には酸素が大気と同じ程度含まれている。この大気と同じ程度の酸素は排気通路８の上流側にある三元触媒９に特にストレージされることになり、三元触媒９の酸素ストレージ量が目標値を超えて過剰となる。これによって三元触媒９の酸素ストレージ量が一杯になってしまうと、バルブオーバーラップ状態を終了した直後にＮＯｘを還元（浄化）できなくなる。一方、本実施形態では、運転点が排気温度低下領域から外れた直後（バルブオーバーラップ状態を終了した直後）に燃料噴射弁２１から供給する燃料を一時的に増量する（図６のステップ２６，２７，２８参照）。これによって、運転点が排気温度低下領域から外れた直後に、速やかに三元触媒９の酸素ストレージ量が減少して当該酸素ストレージ量が目標値へと戻るので、三元触媒９の浄化率、特にＮＯｘの浄化率を高く保たせることができる。
【００８３】
バルブオーバーラップ状態では燃焼室５に流入する新気が排気通路８に吹き抜ける分だけ、燃焼室５にとどまる新気量が減り、新気の充填効率が低下する。一方、本実施形態では、バルブオーバーラップ状態とするときには、目標過給圧が高くなる側に補正する（図２のステップ１，３，４，６参照）。これによって、燃焼室５に流入する新気の排気通路８への吹き抜けによる充填効率の低下を防止し、バルブオーバーラップ状態としない場合と同等の充填効率を得ることができる。
【００８４】
（第２実施形態）
図８は第２実施形態のエンジン１の概略構成図である。第１実施形態の図１と同一部分には同一の符号を付している。
【００８５】
第２実施形態は、スーパーチャージャ３１に代えて電動機６５でターボ回転速度をアシストし得る機能（この機能を、以下「電動アシスト機能」という。）を備えるターボチャージャ（容量式過給機）６１を備える場合を対象とするものである。ここで、当該ターボチャージャ６１は、タービン６２、コンプレッサ６３、軸６４、電動機６５で構成されている。上記のタービン６２は排気通路８の上流側に配置され、流入する排気により駆動されるものである。上記のコンプレッサ６３はスロットル弁１１上流の吸気通路２に配置されエアフロメータ４２下流の新気を圧縮するものである。タービン６２及びコンプレッサ６３を繋ぐ上記の軸６４はタービン６２の回転トルクをコンプレッサ６３に伝達するものである。
【００８６】
上記の電動機６５は、タービン６２とコンプレッサ６３の間、より具体的には軸６４と一体に設けられている。電動機６５は例えばＤＣサーボモータで構成される。なお、電動機６５は軸６４と一体に設けられているため、電動機６５の回転速度はターボチャージャ６１の回転速度（ターボ回転速度）に等しくなる。
【００８７】
電動機６５の回転速度はエンジンコントローラ４１によって制御する。エンジンコントローラ４１によって、電動機６５を非駆動状態から駆動状態に切換えると、電動機６５の駆動トルクでタービン６２の回転がアシストされるため、電動機６５の回転速度（つまりターボ回転速度）が電動機６５の非駆動状態より上昇する。
【００８８】
図９のフローは第２実施形態の排気温度低下処理を行うためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。図９のフローは第１実施形態の図２のフローと置き換わるものである。第１実施形態の図２のフローと同一部分には同一の符号を付している。
【００８９】
第１実施形態の図２のフローと相違する部分を主に説明すると、ステップ３で過給圧センサ４６により検出される過給圧Ｐｂと、排気圧センサ４９により検出される排気圧Ｐｅｘとを比較する。過給圧Ｐｂが排気圧Ｐｅｘｈ以下であるときには、ステップ１１に進み電動機６５を非駆動状態から駆動状態へ切換える。
【００９０】
電動機を有さないターボチャージャの場合においても過給圧Ｐｂが排気圧Ｐｅｘｈより高くなる機会があり得る。しかしながら、第２実施形態のように電動アシスト機能を備えるターボチャージャ６１では、電動機を有さないターボチャージャより過給圧Ｐｂが排気圧Ｐｅｘｈより高くなる機会を増やし得る。すなわち、過給圧Ｐｂが排気圧Ｐｅｘｈ以下にあるとき、第２実施形態では電動機６５を非駆動状態から駆動状態へ切換えることで、電動機６５の非駆動状態よりターボ回転速度を上昇させ、排気圧を積極的に低減して過給圧を高めるのである。これによって、電動機の非駆動状態では過給圧Ｐｂが排気圧Ｐｅｘｈ以下であったものが、過給圧Ｐｂが排気圧Ｐｅｘｈを超えることがあり得る。このようにして、過給圧Ｐｂが排気圧Ｐｅｘｈを超えたときにはステップ３よりステップ４に進み、バルブオーバーラップを生じさせて、燃焼室５に流入する新気を排気通路８へと吹き抜けさせる。
【００９１】
このように第２実施形態では、過給機が電動アシスト機能を備えるターボチャージャ６１であり、排気温度低下領域において過給圧Ｐｂが排気圧Ｐｅｘｈ以下である場合に、電動機６５を非駆動状態から駆動状態へ切換える（図２のステップ１，３，４，６参照）。これによって、電動機を有さないターボチャージャより、過給圧Ｐｂが排気圧Ｐｅｘｈを超える機会を増やすことができる。これより三元触媒９を含む排気系部品を冷却する機会を増やすことができる。
【００９２】
実施形態では、過熱から保護する対象を三元触媒９，１０を含む排気系部品としたが、これに限られるものでない。例えば、過熱から保護する対象を、燃焼室５、吸排気バルブ１５，１６、燃焼室５から排気通路８までの部位である排気ポートとしてよい。
【符号の説明】
【００９３】
１  エンジン
２  吸気通路
４  燃料噴射弁
８  排気通路
９  三元触媒（排気系部品）
１５  吸気バルブ
１６  排気バルブ
２１  燃料噴射弁
２７  吸気側ＶＴＣ機構（吸気可変動弁装置）
３１  スーパーチャージャ（過給機）
４１  エンジンコントローラ
４７  空燃比センサ（排気系部品）
６１  ターボチャージャ（過給機）
６５  電動機
【図１】
2015200294.tif 000003
【図２】
2015200294.tif 000004
【図３】
2015200294.tif 000005
【図４】
2015200294.tif 000006
【図５】
2015200294.tif 000007
【図６】
2015200294.tif 000008
【図７】
2015200294.tif 000009
【図８】
2015200294.tif 000010
【図９】
2015200294.tif 000011