(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの圧縮比を変更し得る圧縮比可変機構と、
燃焼室内に燃料を供給可能な燃料噴射弁と、
エンジンからの排気を浄化し得る触媒と、
前記触媒が活性化するまでの要求圧縮比として第１要求圧縮比を、前記触媒が活性化した後に前記燃焼室の暖機が完了するまでの要求圧縮比として前記第１要求圧縮比より高い第２要求圧縮比を、前記燃焼室の暖機が完了した後の要求圧縮比として前記第２要求圧縮比より高い第３要求圧縮比を設定し、設定した要求圧縮比が得られるように前記圧縮比可変機構の圧縮比を制御する圧縮比制御手段と、
を備え、
前記第２要求圧縮比は、前記燃焼室内に生成されるＨＣを低減するための要求圧縮比及び前記燃焼室内に生成されるパティキュレートを低減するための要求圧縮比の少なくとも一つであることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記第２要求圧縮比が、前記２つの要求圧縮比であり、かつ前記２つの要求圧縮比が異なる場合に、
前記圧縮比制御手段は、前記２つの要求圧縮比のうちの低い方、前記２つの要求圧縮比のうちの高い方の順に前記圧縮比可変機構の圧縮比を切換えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記燃焼室の温度を検出または推定する燃焼室温度検出・推定手段を備え、
前記圧縮比制御手段は、前記燃焼室温度検出・推定手段で検出または推定される燃焼室温度に基づいて、前記２つの要求圧縮比のうちの低い方、前記２つの要求圧縮比のうちの高い方、前記第３要求圧縮比の順に前記圧縮比可変機構の圧縮比を段階的に切換えることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記第２要求圧縮比が、前記２つの要求圧縮比であり、かつ前記２つの要求圧縮比が異なる場合に、
前記圧縮比制御手段は、前記第１要求圧縮比、前記２つの要求圧縮比のうちの低い方、前記２つの要求圧縮比のうちの高い方、前記第３要求圧縮比の順に前記圧縮比可変機構の圧縮比を連続的に制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記燃焼室の温度を検出または推定する燃焼室温度検出・推定手段を備え、
前記圧縮比制御手段は、前記燃焼室温度検出・推定手段で検出または推定される燃焼室温度に基づいて、前記２つの要求圧縮比のうちの低い方、前記２つの要求圧縮比のうちの高い方、前記第３要求圧縮比の順に前記圧縮比可変機構の圧縮比を連続的に制御することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの制御装置。
【請求項６】
前記排気の温度または前記触媒の温度を検出または推定する排気・触媒温度検出・推定手段と、
前記排気・触媒温度検出・推定手段で検出または推定される排気の温度または触媒の温度に基づいて、前記触媒が活性化したか否かを判定する触媒活性化判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項７】
前記燃焼室の温度を検出または推定する燃焼室温度検出・推定手段と、
前記燃焼室温度検出・推定手段で検出または推定される温度に基づいて、前記燃焼室の暖機が完了したか否かを判定する燃焼室暖機判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項８】
吸入空気の温度、大気の温度、エンジンの冷却水温、エンジン潤滑油の温度、大気の圧力の少なくとも１つのパラメータに基づいて、前記設定される各要求圧縮比を補正することを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項９】
ターボ過給機とインタークーラを備える場合に、
前記インタークーラの出口温度に基づいて、前記設定される各要求圧縮比を補正することを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はエンジンの制御装置、特に圧縮比可変機構を有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮比可変機構と触媒を有するエンジンがある。このエンジンにおいて、エンジンの冷間始動時で触媒の活性化前には、触媒の活性化後よりも低くなる側に圧縮比可変機構の圧縮比を設定し、触媒の活性化後に高くなる側に圧縮比を切換えるものがある（特許文献１参照）。これは、エンジンの冷間始動時に圧縮比可変機構の圧縮比を低くすると、エンジンの熱効率が低下することから、排気通路に出た燃焼ガスの温度が圧縮比を低くしない場合より高くなることを利用するものである。このように圧縮比可変機構の圧縮比を制御することによって触媒を早期に活性化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０８７２０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、冷間始動直後でエンジンが暖機完了前の状態にあるときには、燃焼室内に生成される燃焼ガス中にＣＯ、ＨＣ、パティキュレートといった有害排気成分が含まれる。このため、これらの有害排気成分を車両のテールパイプから出さないようにする排気浄化対策が求められている。
【０００５】
上記触媒として三元触媒を用いることでＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘの３つの有害排気成分を同時に効率よく浄化している。しかしながら、三元触媒は燃焼室内に生成されるＨＣのみを対象にしているわけでないので、特に冷間始動直後に燃焼室内に生成されるＨＣの全てを浄化するには限界がある。三元触媒が活性化したタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比を高くするのでは、燃焼室内に生成されるＨＣが悪化してしまうのである。同様に、三元触媒が活性化したタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比を高くするのでは、燃焼室内に生成されるパティキュレートも悪化する。
【０００６】
そこで本発明は、エンジンの冷間始動直後に燃焼室内に生成されるＨＣやパティキュレートの悪化を抑制し得る装置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】
【０００７】
本発明のエンジンの制御装置では、圧縮比可変機構と、燃料噴射弁と、触媒と、圧縮比制御手段と、を備える。上記圧縮比可変機構はエンジンの圧縮比を変更し得る。上記燃料噴射弁は燃焼室に燃料を供給可能である。上記触媒はエンジンからの排気を浄化し得る。
上記圧縮比制御手段は前記触媒が活性化するまでの要求圧縮比として第１要求圧縮比を設定する。また、上記圧縮比制御手段は前記触媒が活性化した後に前記燃焼室の暖機が完了するまでの要求圧縮比として前記第１要求圧縮比より高い第２要求圧縮比を設定する。また、上記圧縮比制御手段は燃焼室の暖機が完了した後の要求圧縮比として前記第２要求圧縮比より高い第３要求圧縮比を設定する。さらに、上記圧縮比制御手段は設定した要求圧縮比が得られるように前記圧縮比可変機構の圧縮比を制御する。前記第２要求圧縮比は、前記燃焼室内に生成されるＨＣを低減するための要求圧縮比及び前記燃焼室内に生成されるパティキュレートを低減するための要求圧縮比の少なくとも一つである。
【発明の効果】
【０００８】
本の発明では、第１要求圧縮比が得られるように圧縮比可変機構の圧縮比を制御するとき、触媒活性化に要する時間は、エンジンの冷間始動から十数秒程度の短い時間である。一方、触媒が活性化した後に第２要求圧縮比が得られるように圧縮比可変機構の圧縮比を制御するとき、燃焼室の暖機が完了するまでに要する時間はエンジンの冷間始動から５０〜１００秒程度の長い時間である。このように、第１要求圧縮比と第２要求圧縮比を用いて圧縮比可変機構の圧縮比を制御することで、エンジンの冷間始動時に触媒が活性化するまでの時間と、燃焼室の暖機が完了するまでの時間を異ならせることができる。このため、触媒が活性化したタイミングより燃焼室の暖機が完了するまでの期間で、燃焼室内に生成されるＨＣやパティキュレートといった排気組成に対する各要求に合わせて、第２要求圧縮比を最適に設定することができる。また、第２要求圧縮比は第３要求圧縮比より低いので、第２要求圧縮比を設定している期間での燃焼室温度の上昇が緩やかなものとなり、第２要求圧縮比を維持する時間を確保できる。これによって、第２要求圧縮比を設定している期間、つまり触媒が活性化したタイミングより燃焼室の暖機が完了するまでの期間で、燃焼室内に生成されるＨＣやパティキュレートの悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】圧縮比可変機構を有するレシプロ式エンジンの概略構成図である。
【図２】高圧縮比位置、低圧縮比位置での各リンクの姿勢図である。
【図３】第１実施形態のエンジンの制御システムの概略構成図である。
【図４】基本目標圧縮比の特性図である。
【図５】第１実施形態の冷間始動からの触媒入口の排気温度、燃焼室温度、要求圧縮比の変化を表すタイミングチャートである。
【図６Ａ】第１実施形態の目標圧縮比の設定を説明するためのフローチャートである。
【図６Ｂ】第１実施形態の目標圧縮比の設定を説明するためのフローチャートである。
【図７】第２実施形態の冷間始動からの触媒入口の排気温度、燃焼室温度、要求圧縮比の変化を表すタイミングチャートである。
【図８Ａ】第２実施形態の目標圧縮比の設定を説明するためのフローチャートである。
【図８Ｂ】第２実施形態の目標圧縮比の設定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は圧縮比可変機構を有するレシプロ式エンジンの概略構成図である。
【００１２】
ここでの圧縮比可変機構は複リンク型である。具体的にはピストン行程を変化させて圧縮比を変更する機構である。なお、圧縮比可変機構を有するエンジン１は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開２００１−２２７３６７号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。
【００１３】
クランクシャフト３には、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック２内の主軸受（図示しない）に回転可能に支持されるクランクジャーナル４が気筒毎に設けられている。各クランクジャーナル４は、その軸心Ｏがクランクシャフト３の軸心（回転中心）と一致しており、クランクシャフト３の回転軸部を構成している。
【００１４】
また、クランクシャフト３は、軸心Ｏから偏心して気筒毎に設けられたクランクピン５ａと、クランクピン５ａをクランクジャーナル４へ連結するクランクアーム５ｂと、軸心Ｏに対してクランクピン５と反対側に配置され、主としてピストン運動の回転１次振動成分を低減するカウンターウェイト５ｃとを有している。クランクアーム５ｂとカウンターウェイト５ｃとは、この実施形態では一体的に形成されている。
【００１５】
そして本実施形態では、気筒毎に形成されたシリンダ１１に摺動可能に嵌合するピストン１０と、上記のクランクピン５ａとが、複数のリンク部材、すなわちアッパーリンク７（第１のリンク）とロアーリンク６（第２のリンク）とにより機械的に連携されている。アッパーリンク７の上端側は、ピストン１０に固定的に設けられたピストンピン９（第１のピン）に、軸心Ｏｃ周りに相対回転可能に外嵌している。また、アッパーリンク７の下端側とロアーリンク６の、ほぼ二等分された一方の本体６ａとは、両者を挿通する連結ピン８（第２のピン）によって、軸心Ｏｄ周りに相対回転可能に連結されている。
【００１６】
ロアーリンク６は、クランクピン５ａを狭持するように、２つの本体６ａ、６ｂを取付けて構成されており、この狭持部分でクランクピン５ａと軸心Ｏｅ周りに相対回転可能に装着されている。ほぼ２等分された他方のロアーリンク本体６ｂと制御リンク１２（第３のリンク）の上端側とは、両者を挿通する連結ピン１３（第３のピン）によって軸心Ｏｆ周りに相対回転可能に連結されている。
【００１７】
この制御リンク１２の下端側は、シリンダブロック２に回動可能に支持される、偏心カム部１５を有する制御軸１４に、その軸心Ｏｂ（シリンダブロックに設けられた支点）周りに揺動可能に外嵌，支持されている。すなわち、制御軸１４の外周には偏心カム部１５が回転可能に設けられており、偏心カム部１５の軸心Ｏａは、制御軸１４の軸心Ｏｂに対して所定量偏心している。この偏心カム部１５は、ウォームギア１６を介して圧縮比制御アクチュエータ１７によって、機関の運転状態に応じて回動制御されるとともに、任意の回動位置で保持されるようになっている。
【００１８】
このような構成により、クランクシャフト３の回転に伴って、クランクピン５ａ，ロアーリンク６，アッパーリンク７及びピストンピン９を介してピストン１０がシリンダ１１内を昇降するとともに、ロアーリンク６に連結する制御リンク１２が、下端側の揺動軸心Ｏｂを支点として揺動する。
【００１９】
また、上記の圧縮比制御アクチュエータ１７により偏心カム部１５を回動制御することにより、制御リンク１２の揺動軸心となる制御軸１４の軸心Ｏｂが偏心カム部１５の軸心Ｏａ周りに回転し、つまり制御リンク１２の揺動中心位置Ｏｂがエンジン本体（及びクランクシャフト回転中心Ｏ）に対して移動する。これにより、ピストン１０の行程が変化して、エンジンの各気筒の圧縮比が可変制御される。参考として、図２に、ピストン上死点位置における３つのリンク７、６、１２の姿勢を模式的に示すと、図２左側は高圧縮比位置での、図２右側は低圧縮比位置での各リンク姿勢である。
【００２０】
この圧縮比可変機構の最大の特長は制御軸１４（コントロールシャフト）の角位置制御により、ピストン１０の上死点位置（燃焼室容積）を変えられる点に有り、いわゆる圧縮比可変機構としての機能を発揮する。これについて説明すると、上記の「圧縮比」とは次式により定義される値のことである。
【００２１】
圧縮比＝（下死点位置での燃焼室容積）／（上死点位置での燃焼室容積）
…（１）
図１，図２で説明したように圧縮比可変機構ではピストン１０の上死点位置を変えられるのであるから、圧縮比可変機構によれば（１）式の「圧縮比」を変え得ることとなるのである。
【００２２】
また、ピストンストローク特性が単振動に近づけられるため、上下死点での加速度が略同一となり、バランサシャフトが不要（４気筒）となるような振動低減効果がある。あるいはピストンストローク特性として、上死点側のピストン加速度が下死点側のピストン加速度よりも小さくなるような設定が可能となる。このようなピストン加速度特性は、前述のような複数のリンク部材からなるマルチリンク機構であれば得られるものであって、圧縮比（ピストン上死点位置）を可変とするか否かに依るものではない。このようなピストンストローク特性は、単一のコンロッドによりクランクシャフトをピストンが連結された従来の一般的なエンジンに比べて、上死点近傍のピストン滞在時間を長くすることになっている。
【００２３】
図３は、圧縮比可変機構を有するエンジン１の制御システムの概略構成図である。エンジン１は例えばガソリンエンジンである。シリンダヘッド２０の各側面に吸気ポート２２と排気ポート２３が穿設され、これら吸気ポート２２と排気ポート２３が燃焼室２１に開口する。このように形成される燃焼室はペントルーフ型といわれる。吸気ポート２３の燃焼室２１への開口端に吸気バルブ２４が、排気ポート２３の燃焼室２１への開口端に排気バルブ２５が設けられている。吸気ポート２２の開口端の下方に燃焼室２１に臨んで燃料噴射弁２６が設けられている。また、燃焼室２１の天井中央に点火プラグ２７が設けられ、点火プラグ２７の電極２７ａが燃焼室２１内に突出している。
【００２４】
当該エンジン１では、低負荷側の運転域で周知の成層燃焼が行われる。成層燃焼は、点火プラグ２７の電極２７ａ周辺に燃えやすい混合気を集め、周りには燃料のない空気層を形成して燃焼するものである。具体的には、吸気ポート２２の上流端の近くに設けたタンブルコントロールバルブ２８を閉じて、吸気行程中の燃焼室２１内にタンブル流（縦渦）を生成させる。生成されたタンブル流を良く保存させるため、ピストン１０の冠面に浅皿状のキャビティ１０ａを設けておく。吸気ポート２２開口端から燃焼室２１内の排気側のシリンダ１１壁に沿わせて流入した空気の流れをこのキャビティ１０ａで反転させる。この反転した空気を吸気側のシリンダ１１壁に沿わせて燃焼室２１の天井にある点火プラグ２７へと向かわせる（図示の矢印参照）。燃料噴射弁２６から圧縮行程後半に燃料を噴射して空気と混合させ混合気を形成する。この空気と混合する噴射燃料を上記のタンブル流によって塊状にまとめつつ点火プラグ２７の電極２７ａへと誘導する。点火プラグ２７が点火する時期である点火時期を、この塊状の燃料が点火プラグ２７の電極２７ａに到達する時期に合わせており、塊状の燃料が拡散する前に点火プラグ２７の電極２７ａに火花を飛ばせて塊状の燃料に点火する。点火プラグ２７の電極２７ａ周辺だけに混合気が集まり、周りには燃料のない空気が存在する、つまり２つの層が生成されることになるので、燃焼室２１の全体としては超希薄な空燃比での燃焼が可能となるのである。
【００２５】
排気ポート２３に排気マニホールド２９Ａが接続され、排気マニホールド２９Ａの集合部に排気管２９Ｂが接続される。混合気の燃焼によって燃焼室２１内に生成される排気成分には有害成分を含んでいる。この有害成分を浄化するため、排気管２９Ｂに排気浄化触媒（以下、単に「触媒」ともいう。）３０を備えている。ここでの触媒３０としては、有害成分のうちのＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの三成分を同時に浄化し得る三元触媒が使用されている。
【００２６】
上記の圧縮比制御アクチュエータ１７によって圧縮比可変機構の圧縮比を制御するため、エンジンコントローラ３１を備える。なお、エンジンコントローラ３１は圧縮比可変機構の圧縮比を制御するだけでない。詳細は記載しないが、エンジンコントローラ３１は燃料噴射弁２６によって燃料噴射量と燃料噴射時期を、点火プラグ２７によって点火時期を制御する。また、図示しないスロットル装置を制御する。
【００２７】
エンジンコントローラ３１にはクランク角センサ３２、アクセルセンサ３３、水温センサ３４からの信号が入力されている。ここで、クランク角センサ３２はエンジンのクランク角位置を検出するセンサで、このセンサからの信号に基づいて、エンジンの回転速度Ｎｅが算出される。アクセルセンサ３３はアクセルペダルの開度を検出する。水温センサ３４はエンジンの冷却水温Ｔｗを検出する。
【００２８】
エンジンコントローラ３１では、エンジンの暖機完了後にエンジンの負荷と回転速度Ｎｅから基本目標圧縮比のマップを参照することにより、そのときの負荷と回転速度Ｎｅに応じた基本目標圧縮比を算出する。そして、その算出した基本目標圧縮比が得られるように、圧縮比制御アクチュエータ１７に与える制御量（圧縮比可変機構への駆動量）を制御する。
【００２９】
図４は基本目標圧縮比のマップ内容を示すものである。図４に示したように、ほぼエンジン負荷に応じて基本目標圧縮比を設定している。すなわち、低負荷になるほど燃費の向上を狙い基本目標圧縮比が所定値ε６，ε５，ε４，ε３，ε２，ε１（ε６＜ε５＜ε４＜ε３＜ε２＜ε１）と高くなるようにしている。高負荷側で基本目標圧縮比を低くするのは、ノックの発生を抑制するためである。
【００３０】
さて、エンジンの暖機完了後の低負荷域では、燃費要求から圧縮比可変機構の圧縮比を高負荷側より相対的に高い圧縮比である基本目標圧縮比ε１（図４参照）に設定して運転する。これは、圧縮比可変機構の圧縮比を相対的に高い圧縮比にすると、その分エンジンの熱効率が良くなり、燃費が良くなるためである。このとき設定される基本目標圧縮比ε１を改めて「暖機後燃費要求圧縮比」で定義する。
【００３１】
一方、エンジン冷間始動直後であって触媒３０が非活性状態にあるときにも、圧縮比可変機構の圧縮比を上記の暖機後燃費要求圧縮比ε１として運転するのでは、テールパイプＨＣが悪化する。このため、エンジンの冷却水温や触媒温度等から触媒活性化要求の有無を判断し、触媒活性化要求があるときに圧縮比可変機構の圧縮比を暖機後燃費要求圧縮比ε１よりも低下させるようにした技術（この技術を「比較例」とする。）を考える。このとき設定される触媒活性化のための要求圧縮比ε０１を「触媒活性化要求圧縮比」で定義する。
【００３２】
触媒活性化要求があるときに圧縮比可変機構の圧縮比を暖機後燃費要求圧縮比ε１よりも低下させる理由は次の通りである。すなわち、圧縮比可変機構の圧縮比を触媒活性化要求圧縮比ε０１へと低下させることでエンジンの熱効率が低下するため、排気マニホールド２９Ａに出た排気の温度が暖機後燃費要求圧縮比ε１のときより上昇する。この温度上昇した排気を排気管２９Ｂに設けた触媒３０に導くことによって触媒３０を早期に活性化するためである。
【００３３】
しかしながら、比較例には排気対策上、エンジン冷間始動直後に次の（１），（２）の２つの問題がある。
【００３４】
ここで、２つの問題に入る前に用語の説明をする。本実施形態では、燃焼室２１内に生成されるＨＣとパティキュレート（排気微粒子）の２つの排気組成を対象として考える。燃焼室２１内に生成され排気ポート２３を出た直後のＨＣが「エンジンアウトＨＣ」として一般的に知られている。ここで、シリンダヘッド２０の一方の側面に穿設された排気ポート２３に排気マニホールド２９Ａを接続するエンジンを「コンベンショナルエンジン」とする。コンベンショナルエンジン、つまり図３に示したようなエンジンの場合に、エンジンアウトは、排気ポート２３と排気マニホールド２９Ａの接続口を指すこととなる。一方、最近ではシリンダヘッド２０の内部に排気マニホールドを構成するようなエンジンが提案されている。当該エンジンでは、エンジンアウトがどの位置を指すのかが不明瞭となってくる。そこで、本実施形態では、当該エンジンに対しても適用できるように、燃焼室２１内に生成され排気バルブ２５を通過した直後のＨＣを「バルブアウトＨＣ」で定義する。もちろん、コンベンショナルエンジンにあっては、「エンジンアウトＨＣ」であってよい。
【００３５】
次に、燃焼室２１内に生成されるパティキュレートについても、上記の当該エンジンに対して適用できるように、バルブアウトでのパティキュレートを考える。なお、コンベンショナルエンジンの場合にエンジンアウトでのパティキュレートを考えればよい。ただし、パティキュレートについては、「バルブアウト」を付けないで、単に「パティキュレート」という。
【００３６】
次に、エンジンの冷間始動後に燃焼室２１の温度が徐々に上昇しやがて燃焼室２１を含んだエンジン全体（シリンダブロック＋シリンダヘッド）の温度が平衡状態に到達する。この燃焼室２１を含んだエンジン全体の温度が平衡状態に到達することを一般的には、「エンジンの暖機が完了する」といっている。本実施形態では、燃焼室内に生成されるＨＣとパティキュレートの排気組成を扱うので、対象としては燃焼室および燃焼室周りにだけ着目すればよいこととなる。そこで、燃焼室および燃焼室周りの温度がエンジンの冷間始動時より上昇することを「燃焼室の暖機が進む」という。また、燃焼室および燃焼室周りの温度が平衡状態に到達することを「燃焼室の暖機が完了する」という。これで用語の説明を終了する。さて、上記２つの問題は次の通りである。
【００３７】
（１）バルブアウトＨＣの悪化
ここでは、エンジンが圧縮比可変機構を有さず、かつ触媒３０を有するものの触媒３０の活性化対策をしていない場合を先に考える。この場合に、触媒３０が活性化するまでの時間は、通常、エンジンの冷間始動から十数秒程度の短い時間であるのに対して、燃焼室２１の暖機が完了するまでの時間はエンジンの冷間始動から５０〜１００秒程度の長い時間となる。このように、燃焼室２１の暖機が完了するまでの時間が十分あるときには、燃焼室２１の暖機が進むにつれてバルブアウトＨＣが低下してゆく傾向にあった。燃焼室２１の暖機完了までの期間が多少長引くものの、その期間でバルブアウトＨＣを低減することができたわけである。なお、エンジンの圧縮比は一定であるため、バルブアウトＨＣと圧縮比の関係を考慮する余地はなかったといえる。
【００３８】
一方、圧縮比可変機構を有するエンジンを対象とする比較例では、触媒３０が活性化するまで圧縮比可変機構の圧縮比を触媒活性化要求圧縮比ε０１へと低くし、触媒３０が活性化するタイミングで暖機後燃費要求圧縮比ε１へと圧縮比を高くしている。しかしながら、触媒３０が活性化するタイミングで圧縮比を暖機後燃費要求圧縮比ε１へと高くしたのでは、触媒３０が活性化するタイミングの後に燃焼室２１の暖機が急激に進んで燃焼室２１の暖機が完了する。触媒３０が活性化するまでの時間と燃焼室２１の暖機が完了するまでの時間があまり変わらないのである。このように、触媒３０が活性化するまでの時間と燃焼室２１の暖機が完了するまでの時間があまり変わらないのでは、触媒３０が活性化するタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間がないに等しい。バルブアウトＨＣを低減しようとすれば、バルブアウトＨＣを低減するためのある期間が必要となるのに、その期間が採れないのでは、バルブアウトＨＣが悪化するわけである。
【００３９】
また、バルブアウトＨＣを低減するのに適した圧縮比は暖機後燃費要求圧縮比ε１と異なることが本発明者によって判明しているので、圧縮比可変機構の圧縮比をε１へと高くすることによってバルブアウトＨＣが悪化する。圧縮比をε１へと高くすることによってバルブアウトＨＣが悪化する理由は次の通りである。すなわち、圧縮比可変機構の圧縮比が相対的に低い場合と圧縮比が相対的に高い場合を比較すると、圧縮比が相対的に高い場合のほうがＳ／Ｖ比（燃焼室の表面積と体積の比のこと）が大きくなる。これによって、燃料を含んだ空気を取り巻く燃焼室２１の表面積（壁面）が相対的に広くなり、エンドガスが増加する。燃焼室２１の暖機完了前の燃焼室２１の壁面は冷却面であるため、クエンチングエリアでのＨＣの発生が増加しバルブアウトＨＣが悪化するわけである。つまり、バルブアウトＨＣを減少させるには圧縮比可変機構の圧縮比を暖機後燃費要求圧縮比ε１より低くして、Ｓ／Ｖ比を小さくしたほうがよいこととなる。バルブアウトＨＣを低減するのに適した圧縮比は暖機後燃費要求圧縮比ε１よりも低いのである。このため、上記のように触媒３０が活性化するタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比をε１へと高くしたのでは、燃焼室２１内で生成されるバルブアウトＨＣを低減することができない。
【００４０】
（２）パティキュレートの悪化
ここでも、エンジンが圧縮比可変機構を有さず、かつ触媒３０を有するものの触媒３０の活性化対策をしていない場合を先に考える。この場合に、触媒３０が活性化するまでの時間は、通常、エンジンの冷間始動から十数秒程度の短い時間であるのに対して、燃焼室２１の暖機が完了するまでの時間はエンジンの冷間始動から５０〜１００秒程度の長い時間となる。このように、燃焼室２１の暖機が完了するまでの時間が十分あるときには、燃焼室２１の暖機が進むにつれて燃焼室２１内の壁面への燃料付着に起因するパティキュレートが低下してゆく傾向にあった。燃焼室２１の暖機完了までの期間が多少長引くものの、その期間でパティキュレートを低減することができたわけである。なお、エンジンの圧縮比は一定であるため、パティキュレートと圧縮比の関係を考慮する余地はなかったといえる。
【００４１】
ここで、エンジンの冷間始動直後におけるパティキュレートの生成について説明すると、エンジンの冷間始動時に燃料噴射弁２６から燃焼室２１内に直接噴射された燃料は、その一部が燃焼室２１内の壁面に到達して付着する。そして、燃焼室２１の暖機が進むにつれて壁面に付着していた燃料が蒸発しパティキュレートとして燃焼室２１の空間に出てくる。この場合、燃焼室２１内の壁面温度が十分に高ければパティキュレートは燃焼して酸化物となるのであるが、冷間始動直後にあって燃焼室２１内の壁面温度が低い間は蒸発して空間に出てきた燃料が燃焼しないままに排気ポート２３から排出される。この未燃のまま排出される燃料が未燃炭化水素であるパティキュレートである。
【００４２】
一方、圧縮比可変機構を有するエンジンを対象とする比較例では、触媒３０が活性化するまで圧縮比可変機構の圧縮比を触媒活性化要求圧縮比ε０１へと低くし、触媒３０が活性化するタイミングで暖機後燃費要求圧縮比ε１へと圧縮比を高くしている。しかしながら、触媒３０が活性化するタイミングで圧縮比を暖機後燃費要求圧縮比ε１へと高くしたのでは、触媒３０が活性化するタイミングの後に燃焼室２１の暖機が急激に進んで燃焼室２１の暖機が完了する。触媒３０が活性化するまでの時間と燃焼室２１の暖機が完了するまでの時間があまり変わらないのである。このように、触媒３０が活性化するまでの時間と燃焼室２１の暖機が完了するまでの時間があまり変わらないのでは、触媒３０が活性化するタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間がないに等しい。パティキュレートを低減しようとすれば、パティキュレートを低減するためのある期間が必要となるのに、その期間が採れないのでは、パティキュレートが悪化するわけである。
【００４３】
また、パティキュレートを低減するのに適した圧縮比は暖機後燃費要求圧縮比ε１と異なることが本発明者によって判明しているので、圧縮比可変機構の圧縮比をε１へと高くすることによってパティキュレートが悪化する。圧縮比をε１へと高くすることによってパティキュレートが悪化する理由は次の通りである。すなわち、圧縮比可変機構の圧縮比が相対的に低い場合と圧縮比が相対的に高い場合を比較すると、圧縮比が相対的に高い場合のほうが燃焼室２１の表面積が狭くなる。同じ量の燃料を燃料噴射弁２６から噴射したとき、同じ割合の燃料が燃焼室２１内の壁面に付着すると仮定すると、燃焼室２１の表面積が狭い場合のほうが広い場合より、壁面の単位面積当たりに付着する燃料量が多くなる。単位体積当たりの付着量が多くなると、その分燃焼室２１内に蒸発して出てくる燃料の量が増え、パティキュレートが悪化する。つまり、パティキュレートを減少させるには圧縮比可変機構の圧縮比を暖機後燃費要求圧縮比ε１より低くして、燃焼室２１の表面積を広くしたほうがよいこととなる。パティキュレートを低減するのに適した圧縮比は暖機後燃費要求圧縮比ε１よりも低いのである。このため、上記のように触媒３０が活性化するタイミングで圧縮比をε１へと高くしたのでは、燃焼室２１内に生成されるパティキュレートを低減することができない。なお、パティキュレートは三元触媒では還元することができない。これで２つの問題の説明を終了する。
【００４４】
このように、上記２つの問題より、冷間始動直後から燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間には、触媒３０の暖機を促進したいという要求のほかに、バルブアウトＨＣやパティキュレートの排気成分を減らしたいという要求があることがわかる。
【００４５】
しかしながら、比較例と同様の技術である従来装置では上記（１）、（２）の問題に対して一切記載がない。
【００４６】
本実施形態は、バルブアウトＨＣやパティキュレートの排気成分を減らしたいという上記の要求に応えるべく考案されたものである。以下、バルブアウトＨＣを減らしたいという要求を「バルブアウトＨＣ要求」という。
【００４７】
一方、パティキュレートを減らしたいという要求についてさらに述べると、パティキュレートの世界的な規制には、パティキュレートを量として捉える規制と、パティキュレートを数として捉える規制の２つの流れがある。パティキュレートを量として捉える規制はＰＭ（Particulate  Matter：粒子状物質）規制、パティキュレートを数として捉える規制はＰＮ（Particulate  Number：微粒子数）規制といわれる。以下ではパティキュレートを数として捉えるＰＮ規制で考え、ＰＮを減らしたいという要求を「ＰＮ要求」という。つまり、本実施形態では、パティキュレートを減らしたいという要求はＰＮ要求であるとする。
【００４８】
そして、バルブアウトＨＣを低減するのに適した圧縮比があるのでないかと本発明者が発想したところ、上記（１）のところで前述したようにバルブアウトＨＣを低減するのに適した圧縮比ε０２は暖機後燃費要求圧縮比ε１より低いことが判明したのである。圧縮比可変機構を有さないエンジンにおいては、バルブアウトＨＣと圧縮比の関係を考慮する余地がなかったのが、圧縮比可変機構を有するエンジンにおいてはバルブアウトＨＣと圧縮比の関係を考慮する余地が生じたわけである。以下、バルブアウトＨＣを低減するのに適した圧縮比を「バルブアウトＨＣ要求圧縮比」で定義する。
【００４９】
同様に、パティキュレートを低減するのに適した圧縮比があるのでないかと本発明者が発想したところ、上記（２）のところで前述したようにパティキュレートを低減するのに適した圧縮比ε０３は暖機後燃費要求圧縮比ε１より低いことが判明したのである。圧縮比可変機構を有さないエンジンにおいては、パティキュレートと圧縮比の関係を考慮する余地がなかったのが、圧縮比可変機構を有するエンジンにおいてはパティキュレートと圧縮比の関係を考慮する余地が生じたわけである。以下、パティキュレートを低減するのに適した圧縮比を「ＰＮ要求圧縮比」で定義する。
【００５０】
また、触媒３０が活性化したタイミングでバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２を設定するにしても、バルアウトＨＣを低減するためには、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２を所定の期間は維持する必要がある。この場合、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２は暖機後燃費要求圧縮比ε１より低いので、燃焼室温度の上昇が暖機後燃費要求圧縮比ε１のときより遅く、燃焼室２１の暖機が完了するまでの時間が長くなる。つまり、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２を設定することで触媒３０が活性化するタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間が新たに生じる。この新たに生じる期間でバルブアウトＨＣを確実に低減できることになり好都合である。
【００５１】
同様に、触媒３０が活性化したタイミングでＰＮ要求圧縮比ε０３を設定するにしても、パティキュレートを低減するためには、ＰＮ要求圧縮比ε０３を所定の期間は維持する必要がある。この場合、ＰＮ要求圧縮比ε０３は暖機後燃費要求圧縮比ε１より低いので、燃焼室温度の上昇が暖機後燃費要求圧縮比ε１のときより遅く、燃焼室２１の暖機が完了するまでの時間が長くなる。つまり、ＰＮ要求圧縮比ε０３を設定することで触媒３０が活性化するタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間が新たに生じる。この新たに生じる期間でパティキュレートを確実に低減できることになり好都合である。
【００５２】
ここで、本実施形態では、バルブアウトＨＣとパティキュレートの両方についてそれらの悪化を抑制することを目的とするものであるが、いずれか一方についてその悪化を抑制することを目的とするものであってよい。バルブアウトＨＣとパティキュレートの両方についてそれらの悪化を抑制することを目的とするときには、触媒３０が活性化したタイミングでバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２とＰＮ要求圧縮比ε０３を同時に設定することはできない。つまり、触媒３０が活性化したタイミングでバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２とＰＮ要求圧縮比ε０３のいずれを先に設定するのかが問題となるが、この点については後述する。
【００５３】
ところで、バルブアウトＨＣとパティキュレートはいずれも燃焼室２１の暖機が進むにつれて減る方向にあるので、バルブアウトＨＣ要求とＰＮ要求を同様に扱うことができるかというと、そうでもない。つまり、バルブアウトＨＣとパティキュレートとで燃焼室２１内に生成される仕方が異なるため、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２とＰＮ要求圧縮比ε０３とは基本的に異なると本発明者は考えている。また、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２を維持する期間と、ＰＮ要求圧縮比ε０３を維持する期間とは基本的に異なると本発明者は考えている。ここでは、一例を示すため、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２とＰＮ要求圧縮比ε０３は触媒活性化要求圧縮比ε０１と暖機後燃費要求圧縮比ε１の間にあり、かつバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２のほうがＰＮ要求圧縮比ε０３より低いとする。
【００５４】
この結果、触媒活性化要求圧縮比ε０１、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２、ＰＮ要求圧縮比ε０３、暖機後燃費要求圧縮比ε１の順に圧縮比が大きくなる。そこで、本実施形態では、まず冷間始動時に触媒活性化要求圧縮比ε０１を設定する。そして、触媒が活性化したタイミングよりは、燃焼室温度に基づいて、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２、ＰＮ要求圧縮比ε０３、暖機後燃費要求圧縮比ε１の３つの要求圧縮比を段階的に制御する。これによって、エンジン冷間始動直後から燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間でバルブアウトＨＣ及びパティキュレートを低減できることとなった。
【００５５】
上記３つの要求圧縮比の段階的制御を、図５のタイミングチャートを参照してさらに説明する。図５のタイミングチャートはエンジン冷間始動からの排気温度、燃焼室温度、要求圧縮比の変化をモデルで示すものである。図５において横軸はエンジン冷間始動タイミングからの経過時間である。なお、エンジンを冷間始動し燃焼室２１の暖機が完了してしばらく経過するまでの間、エンジンをアイドル状態に保つものとする。
【００５６】
触媒３０が活性化したか否かを判定するためのパラメータとしては、排気温度が考えられるので、図５の第１段目に排気温度を記載している。ここで、排気温度は触媒温度の代用である。排気温度は、例えば触媒３０入口の排気温度であるとする。触媒入口の排気温度であれば、触媒温度と同一視できる。
【００５７】
また、排気温度は、触媒３０が活性化したか否かを判定するためのパラメータである。すなわち、本実施形態では排気温度に基づいて触媒３０が活性化したか否かを判定する。ここでは、触媒入口の排気温度に基づいて触媒３０が活性化したか否かを判定する場合で説明するが、この場合に限られない。例えば、簡易的にはエンジンの冷間始動タイミングより所定の時間が経過したか否かを判定し、所定の時間が経過したタイミングで触媒３０が活性化したと判定させる場合であってよい。
【００５８】
本実施形態では、エンジン冷間始動直後のバルブアウトＨＣとパティキュレートを扱い、これらバルブアウトＨＣとパティキュレートの生成には燃焼室温度が大きく影響するため、図５の第３段目に燃焼室温度を記載している。ここで、燃焼室温度は、燃焼室内の壁面温度（図５では「壁温」で略記。）またはピストン温度の上位概念であるとする。言い換えると、燃焼室内の壁面温度またはピストン温度で燃焼室温度を代用することができる。
【００５９】
また、燃焼室温度は燃焼室２１の暖機が完了したか否かを判定するためのパラメータである。すなわち、本実施形態では燃焼室温度に基づいて燃焼室２１の暖機が完了したか否かを判定する。ここでは、燃焼室温度に基づいて燃焼室２１の暖機が完了したか否かを判定する場合で説明するが、この場合に限られない。例えば、簡易的にはエンジンの冷間始動タイミングより所定の時間が経過したか否かを判定し、所定の時間が経過したタイミングで燃焼室２１の暖機が完了したと判定させる場合であってよい。
【００６０】
また、排気温度が触媒活性化判定温度ｃに到達するときの燃焼室温度ｅを「触媒活性化燃焼室温度」として新たに導入する。また、暖機後燃費要求圧縮比ε１でエンジンを運転するときの燃焼室温度を「暖機後燃費要求判定温度」ｈとして新たに導入する。
【００６１】
比較例の場合から先に説明する。比較例の場合の触媒入口の排気温度、燃焼室温度、要求圧縮比の変化を図５の第１段目、第３段目、最下段に一点鎖線で示している。
【００６２】
比較例では、ｔ１のエンジン冷間始動タイミングで圧縮比可変機構の圧縮比が触媒活性化要求圧縮比ε０１に設定される（図５最下段の一点鎖線参照）。触媒入口の排気温度はｔ１のエンジン冷間始動タイミングで大気温度ａに一致している。エンジンが始動されると触媒入口の排気温度はｔ１から徐々に上昇し触媒３０の活性化を促進する（図５第１段目の一点鎖線参照）。ｔ２のタイミングで触媒入口の排気温度が触媒活性化判定温度ｃに到達すると、触媒３０が活性化したと判断し、触媒活性化判定フラグをゼロから１に切換える（図５第２段目参照）。この触媒活性化判定フラグは後述するフローチャートで使用する。また、比較例では、ｔ２の触媒活性化判定タイミングで圧縮比可変機構の圧縮比が暖機後燃費要求圧縮比ε１へと切換えられる（図５最下段の一点鎖線参照）。これによってエンジンの熱効率が高められる。
【００６３】
燃焼室温度もｔ１のエンジン冷間始動タイミングで大気温度ａに一致している（図５第３段目の一点鎖線参照）。比較例では、燃焼室温度はｔ２の触媒活性化判定タイミングまで徐々に上昇する（図５第３段目の一点鎖線参照）。ｔ２の触媒活性化判定タイミングで圧縮比可変機構の圧縮比が暖機後燃費要求圧縮比ε１へと切換えられると、ｔ２の触媒活性化判定タイミングから燃焼室温度が急激に上昇する（図５第３段目の一点鎖線参照）。そして、ｔ２の触媒活性化判定タイミングから少し遅れたｔ２１のタイミングで暖機後燃費要求判定温度ｈに到達し、燃焼室２１の暖機が完了する（図５第３段目の一点鎖線参照）。燃焼室２１の暖機完了後には、燃焼室温度が暖機後燃費要求判定温度ｈを保つ。
【００６４】
比較例では、エンジンの冷間始動から触媒３０が活性化するまでの時間（触媒活性化時間）はｔ１からｔ２までの時間である。また、エンジンの冷間始動から燃焼室２１の暖機が完了するまでの時間（エンジン暖機完了時間）はｔ１からｔ２１までの時間である。このように比較例では、触媒活性化時間とエンジン暖機完了時間とがほぼ同様の時間となり、触媒３０が活性化したタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間がｔ２からｔ２１までの短い期間でしかない。これでは、バルブアウトＨＣやパティキュレートの悪化を抑制するため、触媒３０が活性化したタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間を十分採ることができない。
【００６５】
次に、本実施形態の場合の触媒入口の排気温度、燃焼室温度、要求圧縮比の変化を図５の第１段目、第３段目、最下段に実線で重ねて示している。
【００６６】
本実施形態では、ｔ２より、暖機後燃費要求圧縮比ε１よりも低い要求圧縮比（ε０２，ε０３）を設定するので、燃焼室温度の上昇割合が比較例の場合より緩やかとなる（図５の第３段目の実線参照）。そこで、比較例の場合より緩やかに上昇していく燃焼室温度に対して、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２を維持する時間の終了を判定するための燃焼室温度（以下、「バルブアウトＨＣ要求判定温度」という。）ｆを新たに導入する。そして、燃焼室温度がバルブアウトＨＣ要求判定温度ｆに到達するまで圧縮比可変機構の圧縮比をバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２に維持する（図５の最下段の実線参照）。また、ＰＮ要求圧縮比ε０３を維持する時間の終了を判定するための燃焼室温度（以下、「ＰＮ要求判定温度」という。）ｇを新たに導入する。そして、燃焼室温度がＰＮ要求判定温度ｇに到達するまで圧縮比可変機構の圧縮比をＰＮ要求圧縮比ε０３に維持する（図５の最下段の実線参照）。
【００６７】
本実施形態では、さらにＰＮ要求圧縮比ε０３と暖機後燃費要求圧縮比ε１との間に所定の要求圧縮比ε０４を導入する。そして、燃焼室温度が暖機後燃費要求判定温度ｈに到達するまで圧縮比可変機構の圧縮比を所定の要求圧縮比ε０４に維持する（図５の最下段の実線参照）。これは、ＰＮ要求判定温度ｇと暖機後燃費要求判定温度ｈが異なることを考慮し、燃焼室温度がＰＮ要求判定温度ｇを超え、暖機後燃費要求判定温度ｈに到達する前には、ε１より低い値の所定の要求圧縮比ε０４を与えることとしたものである。
【００６８】
このように新たに導入した、要求圧縮比ε０２，ε０３，ε０４及び要求判定温度ｆ，ｇ，ｈを用いて、ｔ２の触媒活性化判定タイミングから、圧縮比をε０２，ε０３，ε０４，ε１と低い側から高い側へ段階的に切換えてゆく（図５の最下段の実線参照）。
【００６９】
ここで、図５の第１段目、第３段目、最下段に追加して示した本実施形態はあくまでモデルである。このため、ε０１とε０２の間の圧縮比差、ε０２とε０３の圧縮比差、ε０３とε０４の圧縮比差、ε０４とε１の圧縮比差を同じにしている。一方、燃焼室温度はｔ１のエンジン冷間始動タイミングより燃焼室温度が暖機後燃費要求判定温度ｈに到達するｔ５のタイミングまで直線的に上昇するものとしている。また、ｅとｆの間の温度差、ｆとｇの間の温度差、ｇとｈの間の温度差を同じにしている。このように燃焼室温度の変化を直線とし、ｅとｆ、ｆとｇ、ｇとｈの各温度差を同じにすることで、ε０１を維持する時間、ε０２を維持する時間、ε０３を維持する時間、ε０４を維持する時間が等しくなっている。しかしながら、実際には、ε０１とε０２の間の圧縮比差、ε０２とε０３の圧縮比差、ε０３とε０４の圧縮比差、ε０４とε１の圧縮比差の４つの圧縮比差について、基本的に異なったものとなると考えられる。また、ε０１を維持する時間、ε０２を維持する時間、ε０３を維持する時間、ε０４を維持する時間の４つの時間についても、基本的に異なったものとなると考えられる。
【００７０】
本実施形態をさらに説明する。ｔ２の触媒活性化判定タイミングで圧縮比可変機構の圧縮比をバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２へと切換える（図５最下段の実線参照）。バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２は暖機後燃費要求圧縮比ε１よりも低いので、燃焼室温度は触媒活性化燃焼室温度ｅから比較例の場合よりもゆっくりと上昇する（図５第３段目の実線参照）。そして、燃焼室温度がバルブアウトＨＣ要求判定温度ｆに到達するまでは圧縮比可変機構の圧縮比をバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２に維持する（図５最下段の実線参照）。
【００７１】
バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２を暖機後燃費要求圧縮比ε１より低い値に設定することで、Ｓ／Ｖ比が暖機後燃費要求圧縮比ε１のときより小さくなる。燃料を含んだ空気を取り巻く燃焼室２１の表面積（壁面）が相対的に狭くなり、エンドガスが減少する。これによって、クエンチングエリアでのＨＣの発生が減少する。そして、ε１より低い値に設定したバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２を所定の時間（ｔ２〜ｔ３）維持することによって、燃焼室２１内に生成されるバルブアウトＨＣが確実に低減される。
【００７２】
燃焼室温度がバルブアウトＨＣ要求判定温度ｆに到達するｔ３のタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比をバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２からＰＮ要求圧縮比ε０３に切換える（図５最下段の実線参照）。ＰＮ要求圧縮比ε０３も暖機後燃費要求圧縮比ε１より低いので、燃焼室温度はバルブアウトＨＣ要求判定温度ｆから比較例の場合よりもゆっくりと上昇する（図５第３段目の実線参照）。そして、燃焼室温度がＰＮ要求判定温度ｇに到達するまでは圧縮比可変機構の圧縮比をＰＮ要求圧縮比ε０３に維持する（図５最下段の実線参照）。
【００７３】
ＰＮ要求圧縮比ε０３を暖機後燃費要求圧縮比ε１より低い値に設定することで、燃焼室２１の表面積が暖機後燃費要求圧縮比ε１のときより広くなる。同じ量の燃料を燃料噴射弁２６から噴射したとき、同じ割合の燃料が燃焼室２１内の壁面に付着すると仮定すると、燃焼室２１の表面積が広い場合のほうが壁面の単位面積当たりに付着する燃料量が少なくなる。単位体積当たりの付着量が少なくなると、その分パティキュレートとして出てくる量が減少する。そして、ε１より低い値に設定したＰＮ要求圧縮比ε０３を所定の時間（ｔ３〜ｔ４）維持することによって、燃焼室２１内に生成されるパティキュレートが確実に低減される。
【００７４】
燃焼室温度がＰＮ要求判定温度ｇに到達するｔ４のタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比をＰＮ要求圧縮比ε０３から所定の要求圧縮比ε０４に切換える（図５最下段の実線参照）。所定の要求圧縮比ε０４も暖機後燃費要求圧縮比ε１より低いので、燃焼室温度はＰＮ要求判定温度ｇから比較例の場合よりもゆっくりと上昇する（図５第３段目の実線参照）。そして、燃焼室温度が暖機後燃費要求判定温度ｈに到達するまでは圧縮比可変機構の圧縮比を所定の要求圧縮比ε０４に維持する（図５最下段の実線参照）。
【００７５】
燃焼室温度が暖機後燃費要求判定温度ｈに到達するｔ５のタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比を所定の要求圧縮比ε０４から暖機後燃費要求圧縮比ε１に切換える（図５最下段の実線参照）。
【００７６】
上記３つの要求判定温度ｆ、ｇ、ｈを導入したので、これに合わせて燃焼室暖機判定フラグ１、燃焼室暖機判定フラグ２、燃焼室暖機判定フラグ３の３つのフラグを新たに導入する。すなわち、燃焼室温度がバルブアウトＨＣ要求判定温度ｆに到達するｔ３のタイミングで燃焼室暖機判定フラグ１をゼロから１に切換える（図５第４段目参照）。燃焼室温度がＰＮ要求判定温度ｇに到達するｔ４のタイミングで燃焼室暖機判定フラグ２をゼロから１に切換える（図５第５段目参照）。燃焼室温度が暖機後燃費要求判定温度ｈに到達するｔ５のタイミングで燃焼室暖機判定フラグ３をゼロから１に切換える（図５第６段目参照）。これら３つの燃焼室暖機判定フラグ１，２，３は後述するフローチャートで使用する。
【００７７】
このように、本実施形態では、ｔ２の触媒活性化判定タイミングで圧縮比をε０１からステップ的に暖機後燃費要求圧縮比ε１へと高くするのではなく、低い側から高い側に圧縮比可変機構の圧縮比をε０２，ε０３，ε０４，ε１と段階的に高くしてゆく。これによって、燃焼室温度の変化が比較例の場合よりも緩やかとなり、ｔ２からｔ５までの期間をかけて燃焼室温度が触媒活性化燃焼室温度ｅから暖機後燃費要求判定温度ｈへと徐々に上昇する。
【００７８】
この結果、本実施形態では、エンジンの冷間始動から触媒３０が活性化するまでの時間（触媒活性化時間）はｔ１からｔ２までの比較的短い時間である。また、エンジンの冷間始動から燃焼室２１が暖機完了するまでの時間（エンジン暖機完了時間）はｔ１からｔ５までの十分長い時間である。このように、本実施形態では、触媒活性化時間とエンジン暖機完了時間とが大きく相違することとなり、触媒３０が活性化したタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間として十分な期間を確保することができている。
【００７９】
また、バルブアウトＨＣ要求判定温度ｆ、ＰＮ要求判定温度ｇを導入し、バルブアウト要求圧縮比ε０２を維持する期間、ＰＮ要求圧縮比ε０３を維持する期間を定めている。つまり、燃焼室温度が触媒活性化燃焼室温度ｅからバルブアウトＨＣ要求判定温度ｆまで変化する間がバルブアウト要求圧縮比ε０２を維持する期間である。燃焼室温度がバルブアウトＨＣ要求判定温度ｆからＰＮ要求判定温度ｇまで変化する間が、ＰＮ要求圧縮比ε０３を維持する期間である。このように、燃焼室温度に基づいてε０２を維持する期間、ε０３を維持する期間を定めることで、ε０２を維持する期間、ε０３を維持する期間を最適に設定することができる。
【００８０】
なお、本実施形態では、燃焼室温度に基づいてε０２を維持する期間、ε０３を維持する期間を定める場合であるが、この場合に限定されるものでない。例えば、触媒３０が活性化したタイミングより所定の時間Δｔ１が経過したタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比をε０２からε０３へと切換える。触媒が活性化したタイミングよりさらに所定の時間Δｔ２（Δｔ１＜Δｔ２）が経過したタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比をε０３からε０４へと切換えるようにしてもかまわない。
【００８１】
図５では、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２がＰＮ要求圧縮比ε０３より低くなっている場合で説明したが、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２がＰＮ要求圧縮比ε０３より必ず低くなるわけでない。エンジンの種類が相違すれば、ＰＮ要求圧縮比ε０３がバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２より低くなることがあり得る。バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２とＰＮ要求圧縮比ε０３のいずれが低くていずれが高いかはエンジンの種類により異なるので、エンジンの種類に合わせてバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２とＰＮ要求圧縮比ε０３を適合すればよい。適合の結果、ＰＮ要求圧縮比ε０３がバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２より低くなった場合には、燃焼室温度に基づいて、ε０３，ε０２，ε０４，ε１の順に圧縮比可変機構の圧縮比を高くしてゆけばよい。
【００８２】
さらに、エンジンの種類によっては、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２とＰＮ要求圧縮比ε０３が同じになることも有り得る。あるいは、適合を簡単にするためにバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２とＰＮ要求圧縮比ε０３を同じにすることも有り得る。この場合には、燃焼室温度に基づいて、ε０２（＝ε０３），ε０４，ε１の順に圧縮比可変機構の圧縮比を高くしてゆけばよい。
【００８３】
また、図５で４つの各要求圧縮比ε０１，ε０２，ε０３，ε０４をそれぞれ維持する時間が同じであるのはモデルであるためであった。実際には、ε０１，ε０２，ε０３，ε０４をそれぞれ維持する時間は等しくならないと考えられるので、適合によりε０１，ε０２，ε０３，ε０４をそれぞれ維持する時間を設定すればよい。
【００８４】
また、図５では、所定の要求圧縮比ε０４を導入している場合で説明したが、所定の要求圧縮比ε０４を省略してもかまわない。この場合には、ｔ４のタイミングで圧縮比可変機構の圧縮比をε０３からε１へと切換えればよい。
【００８５】
図５第３段目に実線で示したように、ｔ２からｔ５までの期間、燃焼室温度が直線的に上昇しているが、これもモデルであるためであった。従って、燃焼室温度が直線的に上昇する場合に限定されるものでない。
【００８６】
上記のように触媒活性化要求圧縮比ε０１からバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２へと圧縮比可変機構の圧縮比を切換えるため、本実施形態では、排気温度センサ３５（排気温度検出手段）を備える。排気温度センサ３５は触媒入口の排気温度Ｔｅｘｈを検出する。触媒活性化判定手段（３１）では排気温度センサ３５で検出される触媒入口の排気温度Ｔｅｘｈに基づいて触媒３０が活性化したか否かを判定する。この判定結果より触媒３０が活性化したときに、圧縮比制御手段（３１）が圧縮比をε０１からε０２に切換える。
【００８７】
また、上記のようにε０２からε０３，ε０４，ε１へと段階的に圧縮比可変機構の圧縮比を切換えるため、本実施形態では、燃焼室温度センサ３６（燃焼室温度検出手段）を備える。燃焼室温度センサ３６は燃焼室温度Ｔｃｍｂを検出する。バルブアウトＨＣ要求圧縮比維持終了判定手段（３１）では燃焼室温度センサ３６で検出される燃焼室温度Ｔｃｍｂに基づいて、バルブアウトＨＣ要求圧縮比の維持を終了するか否かを判定する。この判定結果よりバルブアウトＨＣ要求圧縮比の維持を終了するときに、圧縮比制御手段（３１）が圧縮比可変機構の圧縮比をε０２からε０３に切換える。ＰＮ要求圧縮比維持終了判定手段（３１）では燃焼室温度センサ３６で検出される燃焼室温度Ｔｃｍｂに基づいて、ＰＮ要求圧縮比の維持を終了するか否かを判定する。この判定結果よりＰＮ要求圧縮比の維持を終了するときに、圧縮比制御手段（３１）が圧縮比可変機構の圧縮比をε０３からε０４に切換える。燃焼室暖機完了判定手段（３１）では燃焼室温度センサ３６で検出される燃焼室温度Ｔｃｍｂに基づいて、燃焼室２１が暖機完了したか否かを判定する。この判定結果より燃焼室２１の暖機が完了したときに、圧縮比制御手段（３１）が圧縮比可変機構の圧縮比をε０４からε１に切換える。
【００８８】
なお、排気温度センサ３５は触媒入口に設ける場合に限られない。例えば触媒３０より離れた上流位置に設ける場合であってよい。センサ位置と触媒３０までの間の排気管長さがわかれば、排気管の熱伝導率を用いてセンサ位置から触媒３０までの温度低下分を算出できるので、センサで検出した排気温度からこの低下分を差し引くことで、触媒入口の排気温度を求めることができる。また、触媒３０の温度を直接検出する触媒温度センサを設ける場合であってかまわない。さらに、排気温度センサ３５や触媒温度センサを設けるのではなく、排気温度や触媒温度を推定する場合であってかまわない。
【００８９】
また、燃焼室温度センサ３６を設ける場合に限られない。例えば、燃焼室２１内の壁面温度やピストン１０の温度を検出するセンサを設け、これらのセンサで検出される温度を燃焼室温度としてかまわない。さらに、燃焼室温度センサ３６を設けるのではなく、燃焼室温度、燃焼室内の壁面温度、ピストン温度を推定する場合であってかまわない。
【００９０】
エンジンコントローラ３１で行われる上記の圧縮比制御を図６Ａ，図６Ｂのフローチャートに従って説明する。図６Ａ，図６Ｂのフローはエンジン冷間始動から燃焼室２１の暖機完了までの間で目標圧縮比を設定するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍ毎）に実行する。
【００９１】
なお、図６Ａ，図６Ｂのフローは図５に対応させている。すなわち、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２はＰＭ要求圧縮比ε０３より低い場合であるとする。また、図６Ａ，図６Ｂのフローでは図５の第２段目、第４段目、第５段目、第６段目に示した触媒活性化判定フラグと３つの燃焼室暖機判定フラグ１，２，３を用いる。ただし、図６Ａ，図６Ｂのフローでは触媒活性化判定フラグを「活性化判定フラグ」で略記している。同様に、燃焼室暖機判定フラグ１を「暖機判定フラグ１」で、燃焼室暖機判定フラグ２を「暖機判定フラグ２」で、燃焼室暖機判定フラグ３を「暖機判定フラグ３」で略記している。
【００９２】
ステップ１では冷機時フラグをみる。ここでは、冷機時フラグ＝０であるとして、ステップ２に進み、水温センサ３４により検出される冷却水温Ｔｗ［℃］と所定値Ｔｗ１［℃］を比較する。所定値Ｔｗ１はエンジンが冷間状態にあるか否かを判定するための値で、予め設定しておく。冷却水温Ｔｗが所定値Ｔｗ１を超えているときにはホットリスタート時であると判断し、今回の処理をそのまま終了する。
【００９３】
ステップ２で冷却水温Ｔｗが所定値Ｔｗ１以下であるときにはエンジンが冷間状態にあると判断する。このときにはステップ３，４に進み、冷機時フラグ＝１に設定し、目標圧縮比ε［無名数］に触媒活性化要求圧縮比ε０１［無名数］を入れる。触媒活性化要求圧縮比ε０１は適合により予め求めておく。
【００９４】
ステップ３で冷機時フラグ＝１としたことにより、次回はステップ１よりステップ５に進む。ステップ５では触媒活性化判定フラグ（エンジンの始動時にゼロに初期設定）をみる。ここでは、触媒活性化判定フラグ＝０であるとしてステップ６に進む。ステップ６では、排気温度センサ３５により検出される触媒入口の排気温度Ｔｅｘｈ［℃］と触媒活性化判定温度ｃ［℃］を比較する。触媒活性化判定温度ｃは適合により予め求めておく。触媒入口の排気温度Ｔｅｘｈが触媒活性化判定温度ｃ未満であるときには触媒３０が活性化していないと判断する。このときにはステップ３，４の操作を実行する。ステップ６で触媒入口の排気温度Ｔｅｘｈが触媒活性化判定温度ｃ未満である限り、ステップ３，４の操作を繰り返す。
【００９５】
やがて、ステップ６で触媒入口の排気温度Ｔｅｘｈが触媒活性化判定温度ｃ以上になると触媒３０が活性化したと判断する。このときにはステップ７，８に進み、触媒活性化判定フラグ＝１とし、目標圧縮比εにバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２［無名数］を入れる。バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２は適合により予め求めておく。
【００９６】
ステップ７で触媒活性化判定フラグ＝１としたことにより、次回はステップ５よりステップ９に進む。ステップ９では燃焼室暖機判定フラグ１（エンジンの始動時にゼロに初期設定）をみる。ここでは、燃焼室暖機判定フラグ１＝０であるとしてステップ１０に進む。ステップ１０では、燃焼室温度センサ３６により検出される燃焼室温度Ｔｃｍｂ［℃］とバルブアウトＨＣ要求判定温度ｆ［℃］を比較する。バルブアウトＨＣ要求判定温度ｆは適合により予め求めておく。燃焼室温度ＴｃｍｂがバルブアウトＨＣ要求判定温度ｆ未満であるときにはバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２の維持を終了するタイミングになっていないと判断する。このときにはバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２を維持するためステップ７，８の操作を実行する。ステップ１０で燃焼室温度ＴｃｍｂがバルブアウトＨＣ要求判定温度ｆ未満である限り、ステップ７，８の操作を繰り返す。
【００９７】
やがて、ステップ１０で燃焼室温度ＴｃｍｂがバルブアウトＨＣ要求判定温度ｆ以上になると、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２の維持を終了するタイミングになったと判断する。このときにはステップ１１，１２に進み、燃焼室暖機判定フラグ１＝１とし、目標圧縮比εにＰＮ要求圧縮比ε０３［無名数］を入れる。ＰＮ要求圧縮比ε０３は適合により予め求めておく。
【００９８】
ステップ１１で燃焼室暖機判定フラグ１＝１としたことにより、次回はステップ９よりステップ１３に進む。ステップ１３では燃焼室暖機判定フラグ２（エンジンの始動時にゼロに初期設定）をみる。ここでは、燃焼室暖機判定フラグ２＝０であるとしてステップ１４に進む。ステップ１４では、燃焼室温度センサ３６により検出される燃焼室温度ＴｃｍｂとＰＮ要求判定温度ｇ［℃］を比較する。ＰＮ要求判定温度ｆは適合により予め求めておく。燃焼室温度ＴｃｍｂがＰＮ要求判定温度ｇ未満であるときにはＰＮ要求圧縮比ε０３の維持を終了するタイミングになっていないと判断する。このときにはＰＮ要求圧縮比ε０３を維持するためステップ１１，１２の操作を実行する。ステップ１４で燃焼室温度ＴｃｍｂがＰＮ要求判定温度ｇ未満である限り、ステップ１１，１２の操作を繰り返す。
【００９９】
やがて、ステップ１４で燃焼室温度ＴｃｍｂがＰＮ要求判定温度ｇ以上になると、ＰＮ要求圧縮比ε３の維持を終了するタイミングになったと判断する。このときにはステップ１５，１６に進み、燃焼室暖機判定フラグ２＝１とし、目標圧縮比εに所定の要求圧縮比ε０４［無名数］を入れる。所定の要求圧縮比ε０４は適合により予め求めておく。
【０１００】
ステップ１５で燃焼室暖機判定フラグ２＝１としたことにより、次回はステップ１３よりステップ１７に進む。ステップ１７では燃焼室暖機判定フラグ３（エンジンの始動時にゼロに初期設定）をみる。ここでは、燃焼室暖機判定フラグ３＝０であるとしてステップ１８に進む。ステップ１８では、燃焼室温度センサ３６により検出される燃焼室温度Ｔｃｍｂと暖機後燃費要求判定温度ｈ［℃］を比較する。暖機後燃費要求判定温度ｈは適合により予め求めておく。燃焼室温度Ｔｃｍｂが暖機後燃費要求判定温度ｈ未満であるときにはまだ燃焼室２１の暖機が完了していないと判断する。このときにはステッ１５，１６の操作を実行する。ステップ１８で燃焼室温度Ｔｃｍｂが暖機後燃費要求判定温度ｈ未満である限り、ステッ１５，１６の操作を繰り返す。
【０１０１】
やがて、ステップ１８で燃焼室温度Ｔｃｍｂが暖機後燃費要求判定温度ｈ以上になると、燃焼室２１の暖機が完了したと判断する。このときにはステップ１９，２０に進み、燃焼室暖機判定フラグ３＝１とし、目標圧縮比εに暖機後燃費要求圧縮比ε１［無名数］を入れる。暖機後燃費要求圧縮比ε１は適合により予め求めておく。
【０１０２】
ステップ１９で燃焼室暖機判定フラグ３＝１としたことにより、次回はステップ１７より出て、図６Ａ，図６Ｂの処理を終了する。
【０１０３】
図示しないフローでは、このようにして設定した５つの各要求圧縮比ε０１，ε０２，ε０３，ε０４，ε１が得られるように、圧縮比制御アクチュエータ１７に与える制御量（圧縮比可変機構への駆動量）を制御する。
【０１０４】
図６Ａ，図６Ｂのフローで行われる圧縮比可変機構の圧縮比の制御はオープンループ制御であるが、さらにフィードバック制御としてもかまわない。すなわち、圧縮比可変機構の実際の圧縮比は圧縮比制御アクチュエータ１７に与える制御量によって知り得る。従って、圧縮比可変機構の実際の圧縮比εｒｅａｌと目標圧縮比εを比較し、実際の圧縮比εｒｅａｌが目標圧縮比εを中心とする許容値を外れているか否かを判定する。そして、実際の圧縮比εｒｅａｌが目標圧縮比εを中心とする許容値を外れていれば、実際の圧縮比εｒｅａｌが目標圧縮比εを中心とする許容値の範囲内に収まるように圧縮比制御アクチュエータ１７に与える制御量をフィードバック制御するのである。
【０１０５】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【０１０６】
本実施形態では、圧縮比可変機構と、燃料噴射弁２６と、触媒３０と、圧縮比制御手段（３１）と、を備える。上記圧縮比可変機構はエンジンの圧縮比を変更し得る。上記燃料噴射弁２６は燃焼室２１内に直接燃料を噴射可能（燃料量を供給可能）である。上記触媒３０はエンジンからの排気を浄化し得る。上記圧縮比制御手段（３１）は触媒３０が活性化するまでの要求圧縮比として触媒活性化要求圧縮比ε０１（第１要求圧縮比）を設定する。また、上記圧縮比制御手段（３１）は触媒３０が活性化した後に燃焼室２１の暖機が完了するまでの要求圧縮比として触媒活性化要求圧縮比ε０１より高い第２要求圧縮比（ε０２，ε０３）を設定する。また、上記圧縮比制御手段（３１）は燃焼室２１の暖機が完了した後の要求圧縮比として暖機後燃費要求圧縮比ε１（第２要求圧縮比より高い第３要求圧縮比）を設定する。さらに、上記圧縮比制御手段（３１）は設定した要求圧縮比ε０１，ε０２，ε０３，ε１が得られるように圧縮比可変機構の圧縮比を制御する。本実施形態では、触媒活性化要求圧縮比ε０１が得られるように圧縮比可変機構の圧縮比を制御するとき、触媒３０が活性化するまでに要する時間は、エンジンの冷間始動から十数秒程度の短い時間である。一方、触媒３０が活性化した後に第２要求圧縮比が得られるように圧縮比可変機構の圧縮比を制御するとき、燃焼室２１の暖機が完了するまでに要する時間はエンジンの冷間始動から５０〜１００秒程度の長い時間である。このように、触媒活性化要求圧縮比ε０１と第２要求圧縮比を用いて圧縮比可変機構の圧縮比を制御することで、エンジンの冷間始動時に触媒３０が活性化するまでの時間と、燃焼室２１の暖機が完了するまでの時間を異ならせることができる。このため、触媒３０が活性化したタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間で、燃焼室２１内に生成されるＨＣやパティキュレートといった排気組成に対する各要求に合わせて、第２要求圧縮比を最適に設定することができる。また、第２要求圧縮比は暖機後燃費要求圧縮比ε１より低いので、第２要求圧縮比を設定している期間での燃焼室温度の上昇が緩やかなものとなり、第２要求圧縮比を維持する時間を確保できる。これによって、第２要求圧縮比を設定している期間、つまり触媒が活性化したタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間で、燃焼室２１内に生成されるＨＣやパティキュレートの悪化を抑制することができる。
【０１０７】
本実施形態では、第２要求圧縮比はバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２（燃焼室内に生成されるＨＣを低減するための要求圧縮比）、ＰＮ要求圧縮比ε０３（燃焼室内に生成されるパティキュレートを低減するための要求圧縮比）の少なくとも一つである。これによって、第２要求圧縮比がバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２であるとき、触媒３０が活性化したタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間でクエンチングエリアにおいて発生するＨＣの悪化を抑えることができる。また、第２要求圧縮比がＰＮ要求圧縮比ε０３であるとき、触媒３０が活性化したタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間で燃焼室壁面への燃料付着に起因するパティキュレートの悪化を抑制することができる。
【０１０８】
本実施形態では、第２要求圧縮比が、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２とＰＮ要求圧縮比ε０３の２つであり、かつバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２がＰＮ要求圧縮比ε０３より低い場合を扱う。そして、圧縮比制御手段が、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２、ＰＮ要求圧縮比ε０３の順に圧縮比可変機構の圧縮比を切換える。これによって、触媒３０が活性化したタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間にクエンチングエリアにおいて発生するＨＣの増加及び燃焼室壁面への燃料付着に起因するパティキュレートの悪化を簡易に抑えることができる。
【０１０９】
本実施形態では、燃焼室温度センサ３６（燃焼室温度検出手段）を備えている。そして、圧縮比制御手段が、燃焼室温度センサ３６で検出される燃焼室温度に基づいて、ε０２（前記２つの要求圧縮比のうちの低い方）、ε０３（前記２つの要求圧縮比のうちの高い方）、ε１（第３要求圧縮比）の順に圧縮比可変機構の圧縮比を段階的に切換える。これによって、ε０２を維持する期間、ε０３を維持する期間をそれぞれ最適に設定することができる。
【０１１０】
本実施形態では、排気温度センサ３５（排気温度検出手段）と、触媒活性化判定手段（３１）と、を備える。上記排気温度センサ３５は排気温度を検出する。上記触媒活性化判定手段（３１）は排気温度センサ３５で検出される排気温度に基づいて、触媒３０が活性化したか否かを判定する。これによって、触媒３０が活性化したか否かの判定精度を高めることができる。
【０１１１】
本実施形態では、燃焼室温度センサ３６（燃焼室温度検出手段）と、燃焼室暖機判定手段（３１）と、を備える。上記燃焼室温度センサ３６は燃焼室２１の温度を検出する。上記燃焼室暖機判定手段（３１）は燃焼室温度センサ３６で検出される温度に基づいて、燃焼室２１の暖機が完了したか否かを判定する。これによって、燃焼室２１の暖機が完了したか否かの判定精度を高めることができる。
【０１１２】
（第２実施形態）
図７のタイミングチャートは第２実施形態で、第１実施形態の図５のタイミングチャートと置き換わるものである。図５のタイミングチャートと同一部分には同一の符号を付している。
【０１１３】
第１実施形態では、触媒３０が活性化したタイミングより圧縮比可変機構の圧縮比をε０２，ε０３，ε０４，ε１と段階的に切換えた。一方、第２実施形態は、触媒３０が活性化したタイミングより圧縮比可変機構の圧縮比を触媒活性化要求圧縮比ε０１から暖機後燃費要求圧縮比ε１まで連続的に変化させるものである。すなわち、図７最下段に示したようにｔ２からｔ３までの期間において圧縮比可変機構の圧縮比を触媒活性化要求圧縮比ε０１から第１実施形態のバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２まで漸増させる。言い換えると、ｔ２からｔ３までの期間でε０１から第１実施形態のε０２まで漸増する値を第２実施形態のバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２’とするものである。ｔ２からｔ３までの期間が第２実施形態のバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２’を維持する期間となるのであり、この点は第１実施形態と同じである。
【０１１４】
同様に、図７最下段に示したようにｔ３からｔ４までの期間において圧縮比可変機構の圧縮比を第１実施形態のバルブアウトアウトＨＣ要求圧縮比ε０２から第１実施形態の所定の要求圧縮比ε０４まで漸増させる。言い換えると、ｔ３からｔ４までの期間で第１実施形態のε０２から第１実施形態のε０４まで漸増する値を第２実施形態のＰＮ要求圧縮比ε０３’とするものである。ｔ３からｔ４までの期間が第２実施形態のＰＮ要求圧縮比ε０３’を維持する期間となるのであり、この点は第１実施形態と同じである。
【０１１５】
同様に、図７最下段に示したようにｔ４からｔ５までの期間において圧縮比可変機構の圧縮比を第１実施形態の所定の要求圧縮比ε０４から暖機後燃費要求圧縮比ε１まで漸増させる。言い換えると、ｔ４からｔ５までの期間で第１実施形態のε０４からε１まで漸増する値を第２実施形態の所定の要求圧縮比ε０４’とするものである。ｔ４からｔ５までの期間が第２実施形態の所定の要求圧縮比ε０４’を維持する期間となるのであり、この点は第１実施形態と同じである。
【０１１６】
図７最下段では、ｔ２からｔ３までの期間、ｔ３からｔ４までの期間、ｔ４からｔ５までの期間で圧縮比が直線的に高くなっているが、この場合に限られない。また、ｔ２からｔ５までの期間で折れ線となっているが、この場合に限られない。
【０１１７】
図８Ａ，図８Ｂのフローは第２実施形態のエンジン冷間始動から燃焼室２１の暖機完了までの間で目標圧縮比を設定するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍ毎）に実行する。第１実施形態の図６Ａ，図６Ｂのフローと同一部分には同一の符号を付している。
【０１１８】
なお、図８Ａ，図８Ｂのフローは図７に対応させている。すなわち、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２はＰＭ要求圧縮比ε０３より低い場合である。また、図８Ａ，図８Ｂのフローでは図７の第２段目、第４段目、第５段目、第６段目に示した触媒活性化判定フラグと３つの燃焼室暖機判定フラグ１，２，３を用いる。ただし、図８Ａ，図８Ｂのフローでも触媒活性化判定フラグを「活性化判定フラグ」で略記している。同様に、燃焼室暖機判定フラグ１を「暖機判定フラグ１」で、燃焼室暖機判定フラグ２を「暖機判定フラグ２」で、燃焼室暖機判定フラグ３を「暖機判定フラグ３」で略記している。
【０１１９】
第１実施形態の図６Ａ，図６Ｂフローと相違する部分は、主にステップ２１〜２７である。ステップ６で触媒入口の排気温度Ｔｅｘｈが触媒活性化判定温度ｃ以上になると触媒３０が活性化したと判断し、ステップ７に進み、触媒活性化判定フラグ＝１とする。
【０１２０】
ステップ２１では、目標圧縮比εに触媒活性化要求圧縮比ε０１を入れる。これは、第２実施形態のバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２’の初期値として、第１実施形態のε０１を入れる部分である。
【０１２１】
ステップ７で触媒活性化判定フラグ＝１としたことにより、次回はステップ５よりステップ９に進む。ステップ９では燃焼室暖機判定フラグ１（エンジンの始動時にゼロに初期設定）をみる。ここでは、燃焼室暖機判定フラグ１＝０であるとしてステップ１０に進む。ステップ１０では、燃焼室温度センサ３６により検出される燃焼室温度ＴｃｍｂとエンジンアウトＨＣ要求判定温度ｆを比較する。燃焼室温度ＴｃｍｂがエンジンアウトＨＣ要求判定温度ｆ未満であるときには第２実施形態のバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２’の維持を終了するタイミングになっていないと判断する。このときには第２実施形態のバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２’を維持するためステップ２２，２３に進み、活性化判定フラグ＝１とし、目標圧縮比ε［無名数］に一定値Δ１［無名数］を加算したものを改めて目標圧縮比ε［無名数］とする。
【０１２２】
ステップ１０で燃焼室温度ＴｃｍｂがエンジンアウトＨＣ要求判定温度ｆ未満である限り、ステップ２２，２３の操作を繰り返す。これによって目標圧縮比εは触媒活性化要求圧縮比ε０１から一定値Δ１ずつ増えていく。このときの目標圧縮比εは第２実施形態のバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２’を算出している。つまり、一定値Δ１は演算周期当たりの目標圧縮比ε（第２実施形態のバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２’）の増加量を定める値で、予め適合しておく。
【０１２３】
やがて、ステップ１０で燃焼室温度ＴｃｍｂがエンジンアウトＨＣ要求判定温度ｆ以上になると、第２実施形態のバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２’の維持を終了するタイミングになったと判断する。このときにはステップ１１に進み、燃焼室暖機判定フラグ１＝１とする。
【０１２４】
ステップ２４では、目標圧縮比εに第１実施形態のバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２を入れる。これは、第２実施形態のＰＮ要求圧縮比ε０３’の初期値として、第１実施形態のバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２を入れる部分である。
【０１２５】
ステップ１１で燃焼室暖機判定フラグ１＝１としたことにより、次回はステップ９よりステップ１３に進む。ステップ１３では燃焼室暖機判定フラグ２（エンジンの始動時にゼロに初期設定）をみる。ここでは、燃焼室暖機判定フラグ２＝０であるとしてステップ１４に進む。ステップ１４では、燃焼室温度センサ３６により検出される燃焼室温度ＴｃｍｂとＰＮ要求判定温度ｇを比較する。燃焼室温度ＴｃｍｂがＰＮ要求判定温度ｇ未満であるときには第２実施形態のＰＮ要求圧縮比ε０３’の維持を終了するタイミングになっていないと判断する。このときには第２実施形態のＰＮ要求圧縮比ε０３’を維持するためステップ２５，２６に進み、暖機判定フラグ１＝１とし、目標圧縮比ε［無名数］に一定値Δ２［無名数］を加算したものを改めて目標圧縮比ε［無名数］とする。
【０１２６】
ステップ１４で燃焼室温度ＴｃｍｂがＰＮ要求判定温度ｇ未満である限り、ステップ２５，２６の操作を繰り返す。これによって目標圧縮比εは第２実施形態のエンジンアウトＨＣ要求圧縮比ε０２から一定値Δ２ずつ増えていく。このときの目標圧縮比εは第２実施形態のＰＮ要求圧縮比ε０３’を算出している。つまり、一定値Δ２は演算周期当たりの目標圧縮比ε（第２実施形態のＰＮ要求圧縮比ε０３’）の増加量を定める値で、予め適合しておく。
【０１２７】
やがて、ステップ１４で燃焼室温度ＴｃｍｂがＰＮ要求判定温度ｇ以上になると、第２実施形態のＰＮ要求圧縮比ε０３’の維持を終了するタイミングになったと判断する。このときにはステップ１５，１６に進み、燃焼室暖機判定フラグ２＝１とし、目標圧縮比εに第１実施形態の所定の要求圧縮比ε０４を入れる。ステップ１６は、第２実施形態の所定の要求圧縮比ε０４’の初期値として、第１実施形態の所定の要求圧縮比ε０４を入れる部分である。
【０１２８】
ステップ１５で燃焼室暖機判定フラグ２＝１としたことにより、次回はステップ１３よりステップ１７に進む。ステップ１７では燃焼室暖機判定フラグ３（エンジンの始動時にゼロに初期設定）をみる。ここでは、燃焼室暖機判定フラグ３＝０であるとしてステップ１８に進む。ステップ１８では、燃焼室温度センサ３６により検出される燃焼室温度Ｔｃｍｂと暖機後燃費要求判定温度ｈを比較する。燃焼室温度Ｔｃｍｂが暖機後燃費要求判定温度ｈ未満であるときにはまだ燃焼室２１の暖機が完了していないと判断する。このときにはステップ２７，２８に進み、暖機判定フラグ２＝１とし、目標圧縮比ε［無名数］に一定値Δ３［無名数］を加算したものを改めて目標圧縮比ε［無名数］とする。
【０１２９】
ステップ１８で燃焼室温度Ｔｃｍｂが暖機後燃費要求判定温度ｈ未満である限り、ステップ２７，２８の操作を繰り返す。これによって目標圧縮比εは第１実施形態の所定の要求圧縮比ε０４から一定値Δ３ずつ増えていく。このときの目標圧縮比εは第２実施形態の所定の要求圧縮比ε０４’を算出している。つまり、一定値Δ３は演算周期当たりの要求圧縮比ε（第２実施形態の所定の要求圧縮比ε０４’）の増加量を定める値で、予め適合しておく。
【０１３０】
やがて、ステップ１８で燃焼室温度Ｔｃｍｂが暖機後燃費要求判定温度ｈ以上になると、燃焼室２１の暖機が完了したと判断する。このときにはステップ１９，２０に進み、燃焼室暖機判定フラグ３＝１とし、目標圧縮比εに暖機後燃費要求圧縮比ε１を入れる。
【０１３１】
ステップ１９で燃焼室暖機判定フラグ３＝１としたことにより、次回はステップ１７より出て、図８Ａ，図８Ｂの処理を終了する。
【０１３２】
第２実施形態では、第２要求圧縮比が、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２とＰＮ要求圧縮比ε０３の２つであり、かつバルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２がＰＮ要求圧縮比ε０３より低い場合を扱う。そして、圧縮比制御手段が、触媒活性化要求圧縮比ε０１（第１要求圧縮比）、バルブアウトＨＣ要求圧縮比ε０２、ＰＮ要求圧縮比ε０３、暖機後燃費要求圧縮比ε１（第３要求圧縮比）の順に圧縮比可変機構の圧縮比を連続的に制御する。これによって、触媒３０が活性化したタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間にクエンチングエリアにおいて発生するＨＣの悪化及び燃焼室壁面への燃料付着に起因するパティキュレートの悪化を精度良く抑えることができる。
【０１３３】
第２実施形態では、燃焼室温度センサ３６（燃焼室温度検出手段）を備えている。そして、圧縮比制御手段（３１）が、燃焼室温度センサ３６で検出される燃焼室温度に基づいて、ε０２（前記２つの要求圧縮比のうちの低い方）、ε０３（前記２つの要求圧縮比のうちの高い方）、ε１（第３要求圧縮比）の順に圧縮比可変機構の圧縮比を連続的に制御する。これによって、ε０２を維持する期間、ε０３を維持する期間をそれぞれ最適に設定することができる。
【０１３４】
（第３実施形態）
さて、実際にエンジンを冷間始動するときの環境条件パラメータが、ε０１，ε０２，ε０３，ε０４，ε１の５つの各要求圧縮比を設定（適合）したときの環境条件パラメータと相違していることが考えられる。ここで、環境条件パラメータとしては、
〈１〉吸入空気の温度（吸気温度）、
〈２〉大気の温度、
〈３〉インタークーラの出口温度、
〈４〉エンジンの冷却水温、
〈５〉エンジン潤滑油の温度（油温）、
〈６〉大気の圧力、
を挙げることができる。
【０１３５】
ここで、上記〈３〉のインタークーラは、圧縮比可変機構と触媒を有する上記のエンジンに対してターボ過給機を追加した場合に、コンプレッサにより温度上昇した吸入空気を冷却するためのものである。上記〈１〉〜〈５〉は燃焼室温度に影響を与える環境条件パラメータ、上記〈６〉は圧縮比可変機構の圧縮比に影響を与える環境条件パラメータである。
【０１３６】
環境条件パラメータが上記５つの各要求圧縮比を設定（適合）したときの環境条件パラメータと相違している場合にも、同じ各要求圧縮比を用いたのでは、バルブアウトＨＣやパティキュレートが悪化してしまうことがある。そこで第３実施形態では、上記〈１〉〜〈６〉の環境条件パラメータの少なくとも１つのパラメータに基づいて、上記５つの各要求圧縮比を補正する。具体的には、実際の環境条件パラメータと各要求圧縮比を設定（適合）したときの環境条件パラメータのズレ（差や比）に応じて、上記５つの各要求圧縮比を低くする側や高くする側に補正する。
【０１３７】
上記〈１〉の吸入空気の温度の場合で具体的に説明する。実際にエンジンを冷間始動するときの吸入空気の温度が上記５つの各要求圧縮比を設定（適合）したときの吸入空気の温度よりも所定値ΔＴ１だけ高かったとする。すると、図５，図７のときより所定値ΔＴ１だけ高い側にシフトした状態で燃焼室温度が上昇していく。これでは上記５つの各要求圧縮比を適合したときより燃焼室温度の上昇が早すぎることになり、バルブアウトＨＣやパティキュレートが悪化してしまう。この場合に、上記５つの各要求圧縮比を適合したときより燃焼室温度の上昇が早すぎることがないようにするには、上記５つの各要求圧縮比を低下させることである。そこで第３実施形態では、実際の吸入空気の温度と上記５つの各要求圧縮比を適合したときの吸入空気の温度との差ΔＴ１を算出し、その差Δｔ１に応じて各要求圧縮比を低下させる側に補正する。ここで、実際の吸入空気の温度は温度センサにより検出する。これによって、実際の吸入空気の温度が上記５つの各要求圧縮比を設定（適合）したときの吸入空気の温度より高かった場合にも、触媒３０が活性化したタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間に燃焼室２１に生成されるバルブアウトＨＣ及びパティキュレートの悪化を精度良く抑えることができる。
【０１３８】
一方、実際にエンジンを冷間始動するときの吸入空気の温度が上記５つの各要求圧縮比を設定（適合）したときの吸入空気の温度よりも所定値ΔＴ２だけ低かったとする。すると、図５，図７のときより所定値ΔＴ２だけ低い側にシフトした状態で燃焼室温度が上昇していく。これでは上記５つの各要求圧縮比を適合したときより燃焼室温度の上昇が遅すぎることになり、この場合にもバルブアウトＨＣやパティキュレートが悪化してしまう。また、燃焼室２１の暖機が完了するまでの時間を長引かせてしまう。この場合に、上記５つの各要求圧縮比を適合したときより燃焼室温度の上昇が遅すぎることがないようにするには、上記５つの各要求圧縮比を高くすることである。そこで第３実施形態では、実際の吸入空気の温度と上記５つの各要求圧縮比を適合したときの吸入空気の温度との差ΔＴ２を算出し、その差ΔＴ２に応じて上記５つの各要求圧縮比を高くする側に補正する。これによって、実際の吸入空気の温度が上記５つの各要求圧縮比を設定（適合）したときの吸入空気の温度より低かった場合にも、触媒３０が活性化したタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間に燃焼室２１に生成されるバルブアウトＨＣ及びパティキュレートの悪化を精度良く抑えることができる。また、燃焼室２１の暖機が完了するまでの時間を長引かせずに済ませることができる。
【０１３９】
上記〈２〉〜〈６〉の他の環境条件パラメータについても同様に考えればよい。
【０１４０】
第３実施形態では、実際の環境条件パラメータと上記５つの各要求圧縮比を設定したときの環境条件パラメータとが相違する場合に、環境条件パラメータの少なくとも１つのパラメータに基づいて、上記５つの各要求圧縮比を補正する。これによって、実際の環境条件パラメータと上記５つの各要求圧縮比を設定したときの環境条件パラメータとが相違する場合にも、触媒３０が活性化したタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間に発生するバルブアウトＨＣ及びパティキュレートの悪化を抑えることができる。
【０１４１】
第３実施形態では、インタークーラの出口温度に基づいて、前記設定される各要求圧縮比を補正する。これによって、ターボ過給機を追加している場合にも、触媒３０が活性化したタイミングより燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間に発生するバルブアウトＨＣ及びパティキュレートの悪化を抑えることができる。
【０１４２】
実施形態では、エンジンの冷間始動タイミングから燃焼室２１の暖機が完了するまでの期間において成層燃焼を行わせる場合で説明したが、当該期間において均質燃焼を行わせる場合であってよい。
【０１４３】
実施形態では、燃料噴射弁が燃焼室内に直接燃料を噴射可能である場合で説明したが、この場合に限られない。例えば、吸気ポートに燃料を供給する燃料噴射弁であってよい。
【符号の説明】
【０１４４】
１  エンジン
２１  燃焼室
２６  燃料噴射弁
３０  触媒
３１  エンジンコントローラ（圧縮比制御手段、触媒活性化判定手段、燃焼室暖機判定手段）
３５  排気温度センサ（排気温度検出手段）
３６  燃焼室温度センサ（燃焼室温度検出手段）
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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