(57)【要約】【課題】圧縮比を変更可能な内燃機関における運転開始時の有害成分の排出を低減させることのできる技術を提供する。【解決手段】内燃機関は、燃焼室を含み、燃焼室の容積を変更することによって圧縮比を変更するための圧縮比変更部と、燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、圧縮比変更部を制御するための制御部と、を備える。制御部は、浄化装置の暖機期間に、圧縮比を比較的高い状態に設定する。そして、浄化装置の暖機期間中に、車両の走行が開始される場合には、圧縮比を比較的低い状態に変更する。【選択図】  図５
2004278415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関であって、
燃焼室を含み、前記燃焼室の容積を変更することによって圧縮比を変更するための圧縮比変更部と、
前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、
前記圧縮比変更部を制御するための制御部と、
を備え、
前記制御部は、
（ｉ）前記浄化装置の暖機期間に、圧縮比を比較的高い状態に設定し、
（ｉｉ）前記浄化装置の暖機期間中に、前記内燃機関の負荷が第１の所定値以上となる場合には、圧縮比を比較的低い状態に変更することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関であって、
前記制御部は、
前記浄化装置の暖機期間終了後の通常運転中において、前記内燃機関の負荷が前記第１の所定値以上となる場合には、圧縮比を前記比較的高い状態から前記比較的低い状態に変更せず、前記内燃機関の負荷が前記第１の所定値よりも高い第２の所定値以上となる場合に、圧縮比を前記比較的高い状態から前記比較的低い状態に変更する、内燃機関。
【請求項３】
内燃機関であって、
燃焼室を含み、前記燃焼室の容積を変更することによって圧縮比を変更するための圧縮比変更部と、
前記燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射部と、
前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、
前記圧縮比変更部を制御するための制御部と、
を備え、
前記制御部は、
（ｉ）前記浄化装置の暖機期間に、圧縮比を比較的高い状態に設定し、
（ｉｉ）前記浄化装置の暖機期間中に、前記燃焼室内の圧縮時のガス温度が所定の目標値に到達した後に、圧縮比を比較的低い状態に変更することを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
内燃機関であって、
燃焼室を含み、前記燃焼室の容積を変更することによって圧縮比を変更するための圧縮比変更部と、
前記燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射部と、
前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、
前記圧縮比変更部と前記燃料噴射部とを制御するための制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記浄化装置の暖機期間内の少なくとも一部の期間に、前記圧縮比変更部を制御して、圧縮比を設定可能な範囲内で比較的高い状態に設定させると共に、前記燃料噴射部を制御して、燃料を圧縮行程で噴射させる第１の処理を実行することを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項４記載の内燃機関であって、
前記制御部は、
前記第１の処理を実行した後の前記浄化装置の暖機期間内に、前記圧縮比変更部を制御して、圧縮比を比較的低い状態に変更させると共に、前記燃料噴射部を制御して、燃料を吸入行程で噴射させる第２の処理を実行する、内燃機関。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の内燃機関であって、
前記制御部は、前記内燃機関の始動期間において、圧縮比を前記比較的高い状態に設定する、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮比を変更可能な内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、圧縮比を変更可能な機構を有する種々の内燃機関が提案されている。圧縮比を高く設定すると、効率よく動力を得ることができるが、ノッキングが発生し易い。このため、圧縮比は、運転条件に応じて変更される。具体的には、内燃機関の負荷が低い場合（すなわちアクセル開度が小さい場合）には、ノッキングが発生し難いため、圧縮比は高く設定される。一方、内燃機関の負荷が高い場合（すなわちアクセル開度が大きい場合）には、ノッキングが発生し易いため、圧縮比は低く設定される。
【０００３】
ところで、内燃機関では、大気に排出される排気ガス中の有害成分を低減することが要求されている。排気ガス中の有害成分は、内燃機関の運転開始時においても少ないことが望ましい。特許文献１では、メタノールとガソリンとの混合燃料を使用する内燃機関において、冷却水温度に基づいて、クランキング時の圧縮比を、通常運転実行時の圧縮比よりも高い値に設定することによって、クランキング時の燃焼性を改善する技術が開示されている。また、特許文献２では、冷間始動時において、触媒が活性温度に達しているときに高圧縮比に設定し、達していないときに低圧縮比に保持することによって、早期に触媒を活性化させる技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−１６４５３８号公報
【特許文献２】
特開平２−１６３４２９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、内燃機関の運転開始から触媒が活性化するまでの期間における有害成分の低減について、充分に考慮されていなかった。
【０００６】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、圧縮比を変更可能な内燃機関における運転開始から触媒が活性化するまでの期間における有害成分の排出を低減させることのできる技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第１の装置は、内燃機関であって、
燃焼室を含み、前記燃焼室の容積を変更することによって圧縮比を変更するための圧縮比変更部と、
前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、
前記圧縮比変更部を制御するための制御部と、
を備え、
前記制御部は、
（ｉ）前記浄化装置の暖機期間に、圧縮比を比較的高い状態に設定し、
（ｉｉ）前記浄化装置の暖機期間中に、前記内燃機関の負荷が第１の所定値以上となる場合には、圧縮比を比較的低い状態に変更することを特徴とする。
【０００８】
この装置では、浄化装置の暖機期間中に内燃機関の負荷が第１の所定値以上となると、圧縮比が比較的低い状態に変更されるため、浄化装置の暖機期間中における炭化水素化合物や窒素酸化物の排出量を低減させることが可能となる。すなわち、圧縮比が比較的低い場合には、内燃機関の熱効率が比較的低いため、排気ガス温度が比較的高い。このため炭化水素化合物の排出量を、後燃え反応によって低減させることができる。また、圧縮比が比較的低い場合には、燃焼温度が比較的低いため、窒素酸化物の排出量を低減させることができる。さらに、この装置では、上記のように、排気ガス温度が高められているため、浄化装置の暖機期間の終了を早めることができる。
【０００９】
上記の装置において、
前記制御部は、
前記浄化装置の暖機期間終了後の通常運転中において、前記内燃機関の負荷が前記第１の所定値以上となる場合には、圧縮比を前記比較的高い状態から前記比較的低い状態に変更せず、前記内燃機関の負荷が前記第１の所定値よりも高い第２の所定値以上となる場合に、圧縮比を前記比較的高い状態から前記比較的低い状態に変更することが好ましい。
【００１０】
本発明の第２の装置は、内燃機関であって、
燃焼室を含み、前記燃焼室の容積を変更することによって圧縮比を変更するための圧縮比変更部と、
前記燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射部と、
前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、
前記圧縮比変更部を制御するための制御部と、
を備え、
前記制御部は、
（ｉ）前記浄化装置の暖機期間に、圧縮比を比較的高い状態に設定し、
（ｉｉ）前記浄化装置の暖機期間中に、前記燃焼室内の圧縮時のガス温度が所定の目標値に到達した後に、圧縮比を比較的低い状態に変更することを特徴とする。
【００１１】
この装置では、燃焼室内の圧縮時のガス温度が所定の目標値に到達するまで、圧縮比が比較的高い状態に保たれる。このため、圧縮比が比較的低い状態に設定される場合よりも、圧縮時のガス温度を高めることができる。これにより、燃焼室内に噴射された燃料の霧化を促進させることができる。この結果、浄化装置の暖機期間中における炭化水素化合物や粒子状物質の排出量を低減させることが可能となる。また、圧縮時のガス温度が所定の目標値に到達すると、圧縮比が比較的低い状態に変更されるため、排気ガス温度を高めることができ、この結果、浄化装置の暖機期間の終了を早めることができる。
【００１２】
なお、制御部は、所定の検出値に基づいて、燃焼室内の圧縮時のガス温度を推定することが好ましい。また、これに代えて、制御部は、燃焼室内の圧縮時のガス温度を直接測定するようにしてもよい。
【００１３】
本発明の第３の装置は、内燃機関であって、
燃焼室を含み、前記燃焼室の容積を変更することによって圧縮比を変更するための圧縮比変更部と、
前記燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射部と、
前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を含む浄化装置と、
前記圧縮比変更部と前記燃料噴射部とを制御するための制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記浄化装置の暖機期間内の少なくとも一部の期間に、前記圧縮比変更部を制御して、圧縮比を設定可能な範囲内で比較的高い状態に設定させると共に、前記燃料噴射部を制御して、燃料を圧縮行程で噴射させる第１の処理を実行することを特徴とする。
【００１４】
ここで、「圧縮比を設定可能な範囲内で比較的高い状態に設定する」とは、設定可能な２種類以上の圧縮比のうち、最大値と最小値との中間値（平均値）以上の圧縮比に設定することを意味している。
【００１５】
この装置では、圧縮比が比較的高い状態に設定されると共に、圧縮行程で燃料が噴射される。このため、燃料噴射時には、燃焼室内の圧力が高く、燃焼室内のガス温度も高い。これにより、燃焼室内に直接噴射された燃料の霧化を促進させることができ、この結果、浄化装置の暖機期間中における炭化水素化合物や粒子状物質の排出量を低減させることが可能となる。
【００１６】
上記の装置において、
前記制御部は、
前記第１の処理を実行した後の前記浄化装置の暖機期間内に、前記圧縮比変更部を制御して、圧縮比を比較的低い状態に変更させると共に、前記燃料噴射部を制御して、燃料を吸入行程で噴射させる第２の処理を実行するようにしてもよい。
【００１７】
こうすれば、排気ガス温度を上昇させることができるため、浄化装置の暖機期間の終了を早めることができる。
【００１８】
上記の第１ないし第３のいずれかの装置において、
前記制御部は、前記内燃機関の始動期間において、圧縮比を前記比較的高い状態に設定することが好ましい。
【００１９】
ここで、内燃機関の始動期間とは、クランキング期間と、クランキング期間と浄化装置の暖機期間との間の移行期間と、を含む期間を意味している。
【００２０】
こうすれば、移行期間における燃焼性を向上させることができるため、燃焼室に供給される燃料を比較的少なく設定することができ、この結果、炭化水素化合物の排出量を低減させることができる。
【００２１】
なお、この発明は、内燃機関、内燃機関を搭載した移動体、内燃機関を制御するための制御装置および制御方法、制御装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の種々の態様で実現することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．エンジンの構成：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、第１実施例におけるガソリンエンジン１００の概略構成を示す説明図である。なお、本実施例のエンジンは車両に搭載されている。
【００２３】
エンジン１００は、エンジン本体１０を備えており、エンジン本体１０は、シリンダヘッド２０とシリンダブロック３０とを備えている。
【００２４】
シリンダブロック３０は、シリンダとして機能する上部ブロック３１と、クランクケースとして機能する下部ブロック３２と、を含んでいる。シリンダ内には、ピストン４１が設けられており、クランクケース内には、クランクシャフト４３が設けられている。ピストン４１とクランクシャフト４３とは、コネクティングロッド４２を介して接続されている。この構成によって、ピストン４１の往復運動とクランクシャフト４３の回転運動との変換が行われる。なお、シリンダヘッド２０とシリンダブロック３０とピストン４１とで囲まれた領域は、燃焼室を形成する。
【００２５】
また、上部ブロック３１と下部ブロック３２との間には、上部ブロック３１を下部ブロック３２に対して上下方向に移動させるためのアクチュエータ３３が設けられている。上部ブロック３１を上方に移動させると、シリンダヘッド２０も上方に移動する。このとき、燃焼室の容積が大きくなるため、圧縮比は低くなる。逆に、上部ブロック３１を下方に移動させると、シリンダヘッド２０も下方に移動する。このとき、燃焼室の容積が小さくなるため、圧縮比は高くなる。
【００２６】
シリンダヘッド２０には、吸気ポート２３と排気ポート２４とが形成されている。吸気ポート２３には、吸気弁２１が配置されており、排気ポート２４には、排気弁２２が配置されている。吸気弁２１と排気弁２２とは、それぞれ、動弁機構（カム機構）２５，２６によって駆動される。
【００２７】
吸気ポート２３には、吸気管５０が接続されており、排気ポート２４には、排気管５８が接続されている。吸気管５０には、スロットル弁５２と燃料噴射弁５５とが設けられている。吸気管５０の上流側からはエアクリーナ５１を介して空気が供給される。電動アクチュエータ５３によって制御されるスロットル弁５２は、燃焼室に導かれる空気量を調整する。燃料噴射弁５５は、図示しない燃料ポンプから供給される燃料（ガソリン）を吸気ポート２３内に噴射する（ポート噴射）。これにより、空気と燃料との混合気が生成される。混合気は、燃焼室内に供給された後、点火プラグ２７が形成する電気火花によって、燃焼する。燃焼済みの排気ガスは、燃焼室から排出される。排気管５８には、排気ガスを浄化するための三元触媒を含む浄化装置７０が設けられている。浄化装置７０は、エンジンの運転開始時の排気ガスを早期に浄化可能とするために、排気ポート２４に比較的近い位置に設けられている。
【００２８】
また、エンジン１００は、エンジン全体を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｕｎｉｔ  ）６０を備えている。ＥＣＵ６０は、バスで互いに接続されたＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと入出力回路とを備えている。ＥＣＵ６０には、クランクシャフト４３に設けられたクランク角センサ６１や、アクセルペダルに設けられたアクセル開度センサ６２、吸気管５０に設けられた吸気圧センサ５６、浄化装置７０に設けられた温度センサ７１などが接続されている。そして、ＥＣＵ６０は、これらの検出結果に基づいて、アクチュエータ３３や、燃料噴射弁５５、点火プラグ２７などを制御する。
【００２９】
なお、本実施例におけるエンジン本体１０が本発明における圧縮比変更部に相当する。また、ＥＣＵ６０とクランク角センサ６１とアクセル開度センサ６２と吸気圧センサ５６と温度センサ７１とが本発明における制御部に相当する。
【００３０】
Ａ−２．エンジンの制御：
図２は、通常の運転が実行される場合のエンジンの制御の概要を示すフローチャートである。なお、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理を繰り返し実行する。
【００３１】
ステップＳ１０１では、エンジンの運転条件が検出される。具体的には、ＥＣＵ６０は、運転条件として、エンジン回転数と要求トルクとを検出する。なお、エンジン回転数は、クランク角センサ６１の検出結果に基づいて決定され、要求トルクは、アクセル開度センサ６２の検出結果に基づいて決定される。
【００３２】
ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で検出された運転条件に基づいて、種々の制御が実行される。ステップＳ１０２ａでは、圧縮比の制御が実行される。具体的には、ＥＣＵ６０は、検出された運転条件（エンジン回転数および要求トルク）に基づいて、目標圧縮比を決定する。また、ＥＣＵ６０は、アクチュエータ３３を駆動させることによって、エンジンの圧縮比を目標圧縮比に設定する。
【００３３】
本実施例では、目標圧縮比は、ＥＣＵ６０のＲＯＭ内に格納されたマップを用いて決定されている。図３は、運転条件に応じた目標圧縮比を示すマップを模式的に示す説明図である。図示するように、本実施例では、要求トルクが比較的小さい条件では、目標圧縮比は比較的高い値に設定される。また、要求トルクが比較的大きい条件では、目標圧縮比は比較的低い値に設定される。
【００３４】
ステップＳ１０２ｂでは、検出された運転条件に応じて燃料噴射の制御が実行される。具体的には、ＥＣＵ６０は、燃焼室内に吸入される空気量を求め、吸入空気量に基づいて燃料供給量を決定する。
【００３５】
吸入空気量は、本実施例では、吸気圧センサ５６の検出結果に基づいて求められる。燃料供給量は、混合気の空燃比が所定の空燃比となるように決定される。本実施例では、所定の空燃比は、ＥＣＵ６０のＲＯＭ内に格納された運転条件に応じた目標空燃比を示すマップを用いて決定される。目標空燃比が決定されると、上記の吸入空気量を用いて、燃料供給量が決定される。燃料噴射弁５５による燃料噴射は、クランク角センサ６１からの検出結果に基づいて適切なタイミングで実行される。
【００３６】
ステップＳ１０２ｃでは、検出された運転条件に応じて点火時期の制御が実行される。本実施例では、点火時期は、ＥＣＵ６０のＲＯＭ内に格納された運転条件に応じた目標点火時期を示すマップを用いて決定される。点火プラグ２７による点火は、クランク角センサ６１からの検出結果に基づいて適切なタイミングで実行される。
【００３７】
Ａ−３．運転開始時の圧縮比制御：
ところで、エンジンが通常の運転を実行する場合には、浄化装置７０は、排気ガス中の有害成分（炭化水素化合物（ＨＣ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）など）を効率よく浄化することができる。しかしながら、エンジンの運転開始時（すなわち、冷間始動時）には、排気ガス中の有害成分を浄化するのが困難となる。これは、浄化装置７０の暖機には、換言すれば、浄化装置に含まれる触媒が活性温度に到達するまでには、ある程度時間が掛かるためである。なお、触媒の活性温度とは、触媒が酸化還元反応の促進能力を発揮することができる温度を意味している。そこで、本実施例では、運転開始時における圧縮比の設定を工夫することによって、運転開始時のＨＣ排出量およびＮＯｘ排出量を低減させている。
【００３８】
図４は、運転開始時の圧縮比の制御手順を示すフローチャートである。なお、この処理は、内燃機関が冷間始動する場合に、換言すれば、触媒が活性温度に到達していない場合に実行される。ユーザがイグニションスイッチをスタート位置に設定することによってクランキングが開始されると、ステップＳ２０１において、まず、圧縮比が高圧縮比に設定される。具体的には、前回の運転終了時の圧縮比が高圧縮比である場合には、そのままの圧縮比で保たれ、前回の運転終了時の圧縮比が低圧縮比である場合には、高圧縮比に変更される。
【００３９】
ステップＳ２０２では、クランキング期間終了後の浄化装置７０の暖機期間において、要求トルクが所定値以上であるか否かが判断される。なお、要求トルクは、前述のように、アクセル開度センサ６２の検出結果を用いて決定される。また、上記の所定値は、車両の走行開始を検出することができるような比較的小さな値に設定されている。
【００４０】
要求トルクが所定値以上であると判断されると、ステップＳ２０３において、圧縮比が低圧縮比に変更される。一方、要求トルクが所定値未満であると判断されると、ステップＳ２０４において、圧縮比は高圧縮比のまま保たれる。
【００４１】
ステップＳ２０５では、浄化装置７０の暖機が終了したか否か、換言すれば、触媒が活性温度に到達したか否かが判断される。本実施例では、触媒温度は、浄化装置７０に設けられた温度センサ７１の検出結果を用いて決定される。しかしながら、触媒温度は、運転開始から現在までの運転状態に基づいて推定されるようにしてもよい。具体的には、運転開始からの累積吸入空気量に応じた触媒温度を示すマップをＲＯＭ内に予め準備しておき、このマップを用いて、触媒温度を推定すればよい。なお、累積吸入空気量は、運転開始から現在までの吸気圧センサ５６の検出結果を用いて求められる。このように、触媒温度を推定すれば、温度センサを省略することができるという利点がある。
【００４２】
浄化装置の暖機が終了したと判断されると、ステップＳ２０６では、図３のマップに基づいて、現行の運転条件に応じた圧縮比に設定される。一方、浄化装置の暖機が終了していないと判断されると、ステップＳ２０２〜Ｓ２０５の処理が繰り返し実行される。
【００４３】
なお、本実施例では、浄化装置の暖機が終了する前に、要求トルクが所定値未満となった場合（例えば、車両の走行が中止された場合）には、圧縮比は低圧縮比から高圧縮比へ変更されるが、これに代えて、変更されないようにしてもよい。すなわち、浄化装置の暖機が終了する前の要求トルクの変動の有無に関わらず、浄化装置の暖機が終了するまで、低圧縮比のまま保たれるようにしてもよい。
【００４４】
図５は、運転開始時の制御内容を示す説明図である。なお、図５では、比較例が破線で示されている。比較例は、圧縮比が一定値で変更不能な場合を示しており、該圧縮比は、本実施例における高圧縮比と低圧縮比との中間値よりも高い値に設定されている。
【００４５】
運転開始直後の期間Ｔ１１では、圧縮比は、まず、高圧縮比に設定される（ステップＳ２０１）。具体的には、クランキング期間Ｔｃと、移行期間Ｔｔと、浄化装置の暖機期間Ｔｗの前半期間と、において、高圧縮比に設定される。
【００４６】
図５では、触媒装置の暖機期間（以下、単に「暖機期間」とも呼ぶ）Ｔｗ中に、要求トルク（アクセル開度）が増大している。そして、要求トルクの増大に伴って、エンジン回転数と車速とが増大している。すなわち、図５では、暖機期間Ｔｗ中に、車両の走行が開始されている。なお、図中、エンジン回転数が鋸歯状に変化するのは、エンジンに連結された図示しない変速機のギヤ比が変更されるためである。
【００４７】
車両の走行開始に伴って要求トルク（アクセル開度）が所定値以上となると、その後の期間Ｔ１２では、圧縮比は高圧縮比から低圧縮比に変更される（ステップＳ２０３）。
【００４８】
低圧縮比における熱効率、すなわち、燃焼のエネルギが仕事に変換される効率は、高圧縮比における熱効率よりも低い。換言すれば、低圧縮比では、燃焼のエネルギは、熱に変換され易い。また、低圧縮比では、燃焼速度が低下し、燃焼期間が長くなるため、排気弁２２が開く直前まで燃焼が継続される。このため、図５では、高圧縮比から低圧縮比に変更されると、燃焼室から排出された直後の排気ガス温度（すなわち、触媒の上流側における排気ガス温度）は、比較例の排気ガス温度よりも高くなる。この結果、触媒温度は、比較例よりも早期に活性温度に到達する。
【００４９】
触媒温度が活性温度に到達すると、換言すれば、浄化装置７０の暖機が終了すると、期間Ｔ１３では、現行の運転条件（要求トルクおよびエンジン回転数）に応じた圧縮比に設定される（ステップＳ２０６）。図５では、浄化装置の暖機が終了したときの要求トルクおよびエンジン回転数はあまり高くないため、図３のマップに基づいて、圧縮比は高圧縮比に変更されている。
【００５０】
ところで、暖機期間Ｔｗ中には、要求トルクが所定値（第１の所定値）以上となると、高圧縮比から低圧縮比に変更されている。また、暖機期間終了後に通常の運転が実行される場合にも、要求トルクが所定値（第２の所定値）以上となると、高圧縮比から低圧縮比に変更される。ただし、暖機期間中において用いられる第１の所定値は、通常運転実行中において用いられる第２の所定値よりも小さく設定されている。このため、通常運転実行中には、要求トルクが比較的小さな第１の所定値以上となっても、高圧縮比から低圧縮比に変更されず、要求トルクが比較的大きな第２の所定値以上となったときに、高圧縮比から低圧縮比に変更される。すなわち、暖機期間Ｔｗ中に車両の走行が開始される場合（要求トルクが比較的小さな第１の所定値以上である場合）には、要求トルクがあまり高くないにも関わらず、強制的に低圧縮比に変更される。
【００５１】
触媒の上流側における排気ガス中のＨＣ量（ＨＣ排出量）は、期間Ｔ１１，Ｔ１２において、比較例よりも少なくなっている。これは、高圧縮比に設定される期間Ｔ１１では、燃焼性を向上させることができ、この結果、燃料供給量を少なく設定することができるためである。また、低圧縮比に設定される期間Ｔ１２では、排気ガス温度を高めることができ、この結果、排気ガス中のＨＣの後燃え反応を促すことができるためである。なお、触媒の下流側におけるＨＣ排出量は、期間Ｔ１１，Ｔ１２において、触媒の上流側のＨＣ排出量と同様に、減少している。
【００５２】
また、触媒の上流側および下流側におけるＮＯｘ排出量は、期間Ｔ１２において、比較例よりも少なくなっている。これは、低圧縮比に設定される期間Ｔ１２では、燃焼温度を低くすることができるためである。なお、期間Ｔ１１では、触媒の上流側および下流側におけるＮＯｘ排出量は、比較例とほぼ同じであり、少ない。これは、運転開始直後の燃焼温度がかなり低いためである。
【００５３】
具体的には、期間Ｔ１１，Ｔ１２におけるＨＣ排出量および期間Ｔ１２におけるＮＯｘ排出量は、以下の現象に起因して減少している。すなわち、燃焼室内のガス温度（以下、単に「筒内ガス温度」とも呼ぶ）が比較的低い場合には、燃料が充分に霧化（および気化）せず、燃焼室の壁面などに付着し易い。このため、筒内ガス温度が比較的低い場合には、通常、燃料供給量は比較的多く設定される。また、筒内ガス温度が比較的低い場合には、一部の燃料は、空気と充分に混合されて可燃混合気を形成するが、他の燃料は、空気と充分に混合されず凝集する。凝集した燃料は、酸素不足のため、完全燃焼しない。このとき、ＨＣが多く排出される。しかしながら、本実施例のように、筒内ガス温度が比較的低い期間Ｔ１１において圧縮比を高圧縮比に設定すれば、筒内ガス温度が比較的高くなるため、燃料が霧化（および気化）し易くなる。このため、期間Ｔ１１では、燃料供給量を比較的少なく設定することができると共に、可燃混合気を効率よく形成させることができ、この結果、ＨＣ排出量を低減させることが可能となる。なお、燃焼室にスキッシュエリアが設けられている場合には、期間Ｔ１１で高圧縮比に設定することによって、スキッシュ流を増大させて混合気の燃焼を促進させることができ、この結果、ＨＣ排出量をさらに低減させることができる。
【００５４】
また、要求トルクが増大すると、筒内ガス温度が高くなり易い。このため、仮に、要求トルクが増大したときに高圧縮比のまま維持されると、ＮＯｘ排出量が増大する。しかしながら、本実施例のように、要求トルクが増大した後の期間Ｔ１２において圧縮比を低圧縮比に設定すれば、筒内ガス温度が低下するため、ＮＯｘ排出量を低減させることができる。
【００５５】
さらに、期間Ｔ１２において圧縮比を低圧縮比に設定することによって、排気ガス中のＨＣは、高温の排気ガスに曝される。このとき、ＨＣの後燃え反応が促進され、ＨＣ排出量を抑制することができる。
【００５６】
触媒温度が活性温度以上となると、排気ガス中のＨＣ，ＮＯｘは、触媒によって無害なガスに変換される。このため、暖機期間Ｔｗ終了後の期間Ｔ１３では、触媒の下流側におけるＨＣ排出量およびＮＯｘ排出量が、急激に減少している。
【００５７】
なお、図５では、ＨＣ排出量とＮＯｘ排出量とに注目して説明したが、実際には、一酸化炭素（ＣＯ）や粒子状物質（ＰＭ）なども排出される。しかしながら、本実施例では、ＣＯ排出量およびＰＭ排出量も、ＨＣ排出量と同様に低減させることができる。すなわち、ＣＯ排出量およびＰＭ排出量は、期間Ｔ１１では、燃料の霧化（および気化）を促進させることによって低減し、期間Ｔ１２では、後燃え反応を促進させることによって低減する。
【００５８】
また、図５では、暖機期間Ｔｗ中に、要求トルク（アクセル開度）が所定値以上となっているため、高圧縮比から低圧縮比へ変更されているが、要求トルクが所定値以上にならない場合には、高圧縮比のまま保たれる。
【００５９】
一般には、浄化装置の暖機期間に、圧縮比を比較的高い状態に設定し、浄化装置の暖機期間中に、エンジンの要求負荷（要求トルク）が所定値以上となる場合に、圧縮比を比較的低い状態に変更すればよい。
【００６０】
Ｂ．第２実施例：
図６は、第２実施例におけるガソリンエンジン１００Ｂの概略構成を示す説明図である。図６は、図１とほぼ同じであるが、燃料噴射弁が変更されている。具体的には、図１では、吸気通路を形成する吸気ポート２３内に燃料を噴射する燃料噴射弁５５が用いられている（ポート噴射）が、図６では、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁５７が用いられている（筒内噴射）。
【００６１】
ところで、燃料が燃焼室内に直接噴射される場合には、エンジンの運転開始時において、炭化水素化合物（ＨＣ）や粒子状物質（ＰＭ）が発生し易い。そこで、本実施例では、運転開始時における圧縮比の設定を工夫することによって、運転開始時のＨＣ排出量およびＰＭ排出量を低減させている。
【００６２】
図７は、第２実施例における運転開始時の制御内容を示す説明図である。なお、図７においても、図５と同様に、比較例が破線で示されている。
【００６３】
運転開始直後の期間Ｔ２１では、圧縮比は高圧縮比に設定される。具体的には、クランキング期間Ｔｃと、移行期間Ｔｔと、暖機期間Ｔｗの前半期間と、において、高圧縮比に設定される。
【００６４】
このように、運転開始直後の期間Ｔ２１の圧縮比を高圧縮比に設定すれば、燃焼室内の圧縮時のガス温度、より具体的には、圧縮端温度を高めることができるため、燃焼室内に直接噴射された燃料の霧化（および気化）を促進することができる。これにより、触媒の上流側におけるＨＣ排出量およびＰＭ排出量を低減させることが可能となる。ここで、圧縮端温度とは、燃焼室内のガスが燃焼室内で最も圧縮されるときの温度を意味している。
【００６５】
圧縮端温度が所定の目標値以上となると、その後の期間Ｔ２２では、圧縮比が低圧縮比に変更される。本実施例では、圧縮端温度は、運転開始から現在までの運転状態に基づいて推定され、該推定値が所定の目標値以上であるか否かが判断される。具体的には、運転開始からの累積吸入空気量に応じた圧縮端温度を示すマップをＲＯＭ内に予め準備しておき、このマップを用いて、圧縮端温度が推定される。なお、累積吸入空気量は、運転開始から現在までの吸気圧センサ５６の検出結果を用いて求められる。
【００６６】
このように、期間Ｔ２２において、圧縮比を低圧縮比に変更することによって、第１実施例で説明したように、排気ガス温度を高めることができ、この結果、触媒を早期に活性化させることが可能となる。
【００６７】
なお、圧縮端温度が所定の目標値以上となった後に、仮に、高圧縮比のまま維持されると、燃焼温度が高くなってＮＯｘ排出量が増大してしまう。しかしながら、本実施例のように、圧縮端温度が所定の目標値以上となった後の期間Ｔ２２において圧縮比を低圧縮比に設定すれば、圧縮端温度を低くすることができるため、換言すれば、燃焼温度を低くすることができるため、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００６８】
また、期間Ｔ２２において圧縮比を低圧縮比に設定することによって、排気ガス中のＨＣ，ＰＭは、高温の排気ガスに曝される。このとき、ＨＣ，ＰＭの後燃え反応が促進され、ＨＣ，ＰＭの排出量を抑制することができる。
【００６９】
触媒温度が活性温度に到達すると、換言すれば、浄化装置７０の暖機が終了すると、期間Ｔ２３では、現行の運転条件に応じた圧縮比（図７では、高圧縮比）に設定される。なお、触媒温度は、第１実施例で説明したように、温度センサ７１の検出結果を用いて決定されてもよいし、マップを用いて推定されてもよい。
【００７０】
なお、図７では、ＨＣ排出量とＰＭ排出量とに注目して説明したが、実際には、ＣＯも排出される。しかしながら、本実施例では、ＣＯ排出量も、ＨＣ排出量と同様に低減させることができる。
【００７１】
また、本実施例では、燃焼室内の圧縮時のガス温度として、圧縮端温度が推定されているが、吸気弁が閉じたときのガス温度などが推定されていてもよい。あるいは、燃焼室内の圧縮時のガス温度に関連する物理量が推定されるようにしてもよい。該物理量としては、例えば、燃焼室内のガスが最も圧縮されるときの圧力（圧縮端圧力）を用いることができる。さらに、本実施例では、燃焼室内の圧縮時のガス温度は、検出された吸入空気量の累積値に基づいて推定されているが、これに代えて、燃焼室に温度センサを設けて、圧縮時のガス温度を直接測定するようにしてもよい。ただし、本実施例のように、圧縮時のガス温度を推定すれば、燃焼室に温度センサを設ける必要がないため、比較的容易に圧縮時のガス温度を知ることができるという利点がある。
【００７２】
一般には、浄化装置の暖機期間に、圧縮比を比較的高い状態に設定し、浄化装置の暖機期間中に、燃焼室内の圧縮時のガス温度が所定の目標値に到達した後に、圧縮比を比較的低い状態に変更すればよい。
【００７３】
Ｃ．第３実施例：
図８は、第３実施例における運転開始時の制御内容を示す説明図である。なお、図８においても、図５と同様に、比較例が破線で示されている。また、本実施例では、第２実施例と同じエンジン、すなわち、図６の筒内噴射型のエンジンが用いられている。
【００７４】
本実施例では、運転開始直後の期間Ｔ３１では、圧縮比は低圧縮比に設定されている。具体的には、クランキング期間Ｔｃと、移行期間Ｔｔと、において、低圧縮比に設定されている。また、期間Ｔ３１では、燃料噴射時期は、吸入行程に設定されている。
【００７５】
暖機期間Ｔｗの前半期間Ｔ３２では、圧縮比が高圧縮比に変更されると共に、燃料噴射時期が圧縮行程に変更される。また、本実施例では、期間Ｔ３２において、点火時期が遅角側に変更される。
【００７６】
このように、期間Ｔ３２において、高圧縮比に設定すると共に、圧縮行程で燃料噴射を実行すれば、燃料噴射時における燃焼室内の圧力をかなり高くすることができ、この結果、燃焼室内のガス温度をかなり高くすることができる。これにより、噴射された燃料の霧化（および気化）を促進させることができ、この結果、ＨＣ排出量やＰＭ排出量を低減させることが可能となる。また、期間Ｔ３２において、点火時期を遅角側に変更すれば、熱効率が低くなるため、排気ガス温度を高めることができ、この結果、触媒の活性化を早めることができる。
【００７７】
燃料噴射時における燃焼室内のガス温度が所定の目標値以上となると、その後の期間Ｔ３３では、圧縮比が低圧縮比に変更されると共に、燃料噴射時期が吸気行程に変更される。本実施例では、燃料噴射時のガス温度は、運転開始から現在までの運転状態に基づいて推定され、該推定値が所定の目標値以上であるか否かが判断される。具体的には、運転開始からの累積吸入空気量に応じた燃料噴射時のガス温度を示すマップをＲＯＭ内に予め準備しておき、このマップを用いて、燃料噴射時のガス温度が推定される。なお、累積吸入空気量は、運転開始から現在までの吸気圧センサ５６の検出結果を用いて求められる。
【００７８】
このように、期間Ｔ３３において、圧縮比を低圧縮比に変更することによって、第１実施例で説明したように、排気ガス温度を高めることができ、この結果、触媒を早期に活性化させることが可能となる。
【００７９】
なお、第２実施例と同様に、燃焼室内のガス温度が所定の目標値以上となった後の期間Ｔ３３において圧縮比を低圧縮比に設定すれば、燃焼温度を低くすることができるため、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、期間Ｔ３３において圧縮比を低圧縮比に設定することによって、排気ガス中のＨＣ，ＰＭの後燃え反応を促進させ、ＨＣ，ＰＭの排出量を抑制することができる。
【００８０】
触媒温度が活性温度に到達すると、換言すれば、浄化装置７０の暖機が終了すると、期間Ｔ３４では、現行の運転条件に応じた圧縮比（図８では、高圧縮比）に設定される。なお、触媒温度は、第１実施例で説明したように、温度センサ７１の検出結果を用いて決定されてもよいし、マップを用いて推定されてもよい。
【００８１】
なお、図８では、ＨＣ排出量とＰＭ排出量とに注目して説明したが、実際には、ＣＯも排出される。しかしながら、本実施例では、ＣＯ排出量も、ＨＣ排出量と同様に低減させることができる。
【００８２】
また、図８では、期間Ｔ３３において、圧縮比が低圧縮比に変更されているが、浄化装置の暖機が終了するまで、期間Ｔ３２と同様に、圧縮比を高圧縮比に保つと共に、圧縮行程での燃料噴射を継続するようにしてもよい。
【００８３】
さらに、図８では、期間Ｔ３２の終期は、燃料噴射時のガス温度の推定値を用いて決定されているが、これに代えて、燃料噴射時のガス温度に関連する物理量の推定値を用いて決定されてもよい。該物理量としては、例えば、圧縮端温度や圧縮端圧力などを用いることができる。あるいは、期間Ｔ３２の時間を予め設定し、該時間が経過したときを、期間Ｔ３２の終期としてもよい。なお、該時間は、一定の値に設定されてもよいし、吸気温センサ（図示せず）によって検出される吸入空気の温度などに応じて変更されてもよい。
【００８４】
一般には、浄化装置の暖機期間内の少なくとも一部の期間に、圧縮比を設定可能な範囲内で比較的高い状態に設定すると共に、燃料を圧縮行程で噴射すればよい。
【００８５】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８６】
（１）第１および第２実施例（図５，図７）では、クランキング期間Ｔｃおよび移行期間Ｔｔにおいて高圧縮比に設定されているが、これに代えて、低圧縮比に設定されるようにしてもよい。また、第３実施例（図８）では、クランキング期間Ｔｃおよび移行期間Ｔｔにおいて低圧縮比に設定されているが、これに代えて、高圧縮比に設定されるようにしてもよい。ただし、クランキング期間Ｔｃにおいて、低圧縮比に設定されていれば、クランキングトルクを低下させることができるという利点がある。一方、移行期間Ｔｔにおいて、高圧縮比に設定されていれば、燃焼性を向上させることができるため、燃焼室に供給される燃料を比較的少なく設定することができ、この結果、ＨＣ排出量を低減させることができるという利点がある。
【００８７】
また、図５，図７では、クランキング開始時に、既に、高圧縮比に設定されているが、これに代えて、クランキング開始後に、高圧縮比に設定されるようにしてもよい。一般には、クランキング期間と移行期間とを含む内燃機関の始動期間において、圧縮比を比較的高い状態に設定することが好ましい。
【００８８】
（２）上記実施例では、圧縮比は予め定められた２つの値（図３）のうちのいずれかに設定可能であるが、予め定められた３つ以上の値のうちのいずれかに設定可能であってもよい。また、圧縮比は、予め定められた最大値と最小値との間で連続的に設定可能であってもよい。
【００８９】
なお、圧縮比が複数の値のうちのいずれかに設定可能である場合には、以下のように圧縮比を設定することが好ましい。すなわち、圧縮比が比較的高い状態で運転が実行される場合には、筒内ガス温度が低い程、圧縮比の値を高く設定することが好ましい。こうすれば、筒内ガス温度が低い場合に、燃焼室の壁面に付着する燃料量が増大し、ＨＣ，ＣＯ，ＰＭ排出量が増大するのを抑制することができる。一方、圧縮比が比較的低い状態で運転が実行される場合には、筒内ガス温度が高く、かつ、要求トルクが高い程、圧縮比の値を低く設定することが好ましい。こうすれば、筒内ガス温度の上昇に起因するＮＯｘ排出量の増大を抑制することができる。
【００９０】
また、上記実施例では、圧縮比は、上部ブロック３１を下部ブロック３２に対して上下方向に移動させることによって変更されているが、他の方法で変更されてもよい。
【００９１】
一般には、圧縮比変更部は、燃焼室を含み、燃焼室の容積を変更することによって、より具体的には、燃焼室の最大容積と最小容積とのうちの少なくとも一方を変更することによって、圧縮比を変更すればよい。
【００９２】
（３）上記実施例では、エンジンは車両に搭載されているが、船舶などの移動体に搭載されていてもよい。また、定置式の装置に搭載されていてもよい。
【００９３】
一般には、本発明は、圧縮比変更部を備える内燃機関に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例におけるガソリンエンジン１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】通常の運転が実行される場合のエンジンの制御の概要を示すフローチャートである。
【図３】運転条件に応じた目標圧縮比を示すマップを模式的に示す説明図である。
【図４】運転開始時の圧縮比の制御手順を示すフローチャートである。
【図５】運転開始時の制御内容を示す説明図である。
【図６】第２実施例におけるガソリンエンジン１００Ｂの概略構成を示す説明図である。
【図７】第２実施例における運転開始時の制御内容を示す説明図である。
【図８】第３実施例における運転開始時の制御内容を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…エンジン本体
２０…シリンダヘッド
２１…吸気弁
２２…排気弁
２３…吸気ポート
２４…排気ポート
２５，２６…動弁機構
２７…点火プラグ
３０…シリンダブロック
３１…上部ブロック
３２…下部ブロック
３３…アクチュエータ
４１…ピストン
４２…コネクティングロッド
４３…クランクシャフト
５０…吸気管
５１…エアクリーナ
５２…スロットル弁
５３…電動アクチュエータ
５５…燃料噴射弁
５６…吸気圧センサ
５８…排気管
６０…ＥＣＵ
６１…クランク角センサ
６２…アクセル開度センサ
７０…浄化装置
７１…温度センサ
１００，１００Ｂ…エンジン
【図１】
2004278415.tif 000003
【図２】
2004278415.tif 000004
【図３】
2004278415.tif 000005
【図４】
2004278415.tif 000006
【図５】
2004278415.tif 000007
【図６】
2004278415.tif 000008
【図７】
2004278415.tif 000009
【図８】
2004278415.tif 000010