(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの低速低負荷域における設定空燃比を、エンジン温間時は理論空燃比よりも大きくし、エンジン冷間時には理論空燃比以下とした自動車用リーンバーンエンジンにおいて、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒を排気通路に具備するとともに、吸気弁の開閉タイミングを変更可能とするバルブタイミング可変装置と、このバルブタイミング可変装置をエンジンの運転状態及び温度状態に応じて制御するバルブタイミング制御手段とを備え、このバルブタイミング制御手段は、低速低負荷域におけるエンジン冷間時の吸気弁閉時期を同一アクセル開度状態でのエンジン温間時の吸気弁閉時期に対して吸気充填効率が低下する遅れ側に設定するようになっており、さらに、エンジン温間時において空燃比が理論空燃比よりも大きい値から理論空燃比以下に変更される移行時には、吸気弁閉時期を吸気充填効率が低下する遅れ側に変更し、かつ、少なくともこの移行時に、排気弁用カムリフト特性における加速度区間から定速度区間への移行時点をもって定義した排気弁閉時期を吸気上死点より前に設定することを特徴とする自動車用リーンバーンエンジン。
【請求項２】
低速低負荷域におけるエンジン冷間時の吸気弁開時期を同一アクセル開度状態でのエンジン温間時の吸気弁開時期に対して遅くすることを特徴とする請求項１記載の自動車用リーンバーンエンジン。
【請求項３】
吸気弁及び排気弁のそれぞれに対してバルブタイミング可変装置を具備し、バルブタイミング制御手段は、吸気弁に対するバルブタイミング可変装置の制御に加えて、排気弁に対するバルブタイミング可変装置の制御を行い、エンジンの冷間時における低速低負荷域では上記排気弁閉時期を吸気上死点以後に設定したことを特徴とする請求項１又は２記載の自動車用リーンバーンエンジン。
【請求項４】
酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒を排気通路に具備するとともに、低速低負荷域で空燃比を理論空燃比よりも大きくしてリーン運転を行い、かつ、特定時にリーン運転状態から空燃比を理論空燃比以下に変更することでＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させるＮＯｘ放出処理を行うようにした自動車用リーンバーンエンジンにおいて、吸気弁及び排気弁に対してそれぞれバルブ開閉タイミングを変更可能とするバルブタイミング可変装置を備えるとともに、これらのバルブタイミング可変装置を制御するバルブタイミング制御手段を備え、このバルブタイミング制御手段は、リーン運転からのＮＯｘ放出処理開始時に、排気弁用カムリフト特性における加速度区間から定速度区間への移行時点をもって定義した排気弁閉時期を吸気上死点より所定期間前、吸気弁用カムリフト特性における定速度区間から加速度区間への移行時点をもって定義した吸気弁開時期を吸気上死点以後とするように上記バルブタイミング可変装置を制御することを特徴とする自動車用リーンバーンエンジン。
【請求項５】
少なくとも吸気弁に対するバルブタイミング可変装置は、開弁期間を一定としつつ開閉タイミングを変更可能とする位相式のバルブタイミング可変装置であり、上記吸気弁開時期が吸気上死点後とされたときは吸気弁閉時期が吸気充填効率の低下を招くような遅い時期となるようにしたことを特徴とする請求項４記載の自動車用リーンバーンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの低速低負荷域における設定空燃比を、エンジン温間時は理論空燃比よりも大きくし、エンジン冷間時には理論空燃比以下とした自動車用リーンバーンエンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば特開平８−１２８３４６号公報に示されるように、燃費改善のため低速低負荷域で空燃比を理論空燃比よりもリーンにするように制御するとともに、排気通路中に、理論空燃比よりリーンな空燃比でもＮＯｘ浄化性能を有するＮＯｘ触媒を設け、ＮＯｘ排出量を低減しつつリーンバーン運転を行ない得るようにしたエンジンは知られている。
【０００３】
また、例えば特開平１０−２７４０８５号公報に示されるように、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒を排気通路に具備するとともに、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタを備えたリーンバーンエンジンにおいて、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が増大したとき、排気ガス中の還元材としてのＣＯを増加させるように燃料噴射を制御することにより、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させてこれを還元するようにした排気浄化装置が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開平８−１２８３４６号公報等に示されるようなリーンバーンエンジンでは、通常、エンジンの温間時に低速低負荷域で空燃比がリーンとされるが、燃料の気化、霧化が悪いエンジンの冷間時には燃焼安定性が損なわれることを避けるため低速低負荷域で空燃比が理論空燃比もしくはこれよりリッチとされる。従って、冷間時と温間時とでは、同一アクセル開度において吸入空気量が同じであれば、空燃比の相違に応じて燃料供給量が相違するためトルクに差が生じ、このため、一定アクセル開度で運転していても冷間から温間に移行したとき運転者にトルクの落ち込み感を与えるという問題がある。
【０００５】
このような問題に対し、吸気通路に設けられるスロットル弁が電気的に制御可能となっているものであれば、空燃比の相違に応じてスロットル開度を変えるように制御することでトルクを調整することが考えられるが、スロットル弁がアクセルペダルに機械的に連結されたものではこのような手法は採用できない。
【０００６】
なお、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が増大したとき、排気ガス中の還元材としてのＣＯを増加させてＮＯｘ触媒からのＮＯｘ放出処理（ＮＯｘの放出、還元）を行なわせるようなものにおいて、ＮＯｘ放出処理時に空燃比を変えるようにした場合にもトルク変動の問題が生じ、これに対し、上記特開平１０−２７４０８５号公報に記載されているように膨張行程で燃料噴射を行なうといった手法を採ると燃費の悪化を招き易い。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑み、エンジンの冷間時と温間時とで空燃比が変えられる場合等に、空燃比の違いによってトルクに格差が生じることを効果的に防止することができる自動車用リーンバーンエンジンを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンの低速低負荷域における設定空燃比を、エンジン温間時は理論空燃比よりも大きくし、エンジン冷間時には理論空燃比以下とした自動車用リーンバーンエンジンにおいて、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒を排気通路に具備するとともに、吸気弁の開閉タイミングを変更可能とするバルブタイミング可変装置と、このバルブタイミング可変装置をエンジンの運転状態及び温度状態に応じて制御するバルブタイミング制御手段とを備え、このバルブタイミング制御手段は、低速低負荷域におけるエンジン冷間時の吸気弁閉時期を同一アクセル開度状態でのエンジン温間時の吸気弁閉時期に対して吸気充填効率が低下する遅れ側に設定するようになっており、さらに、エンジン温間時において空燃比が理論空燃比よりも大きい値から理論空燃比以下に変更される移行時には、吸気弁閉時期を吸気充填効率が低下する遅れ側に変更し、かつ、少なくともこの移行時に、排気弁用カムリフト特性における加速度区間から定速度区間への移行時点をもって定義した排気弁閉時期を吸気上死点より前に設定するものである。
【０００９】
この発明によると、エンジンの低速低負荷域において、温間時は空燃比がリーンにされることで燃費改善が図られ、一方、冷間時は理論空燃比以下とされることで燃焼安定性が確保されつつ、吸気充填効率が低下するように吸気弁閉時期が調整される。これにより、冷間時と温間時とでの空燃比の違いに対し、トルク格差を小さくするように吸入空気量が調整される。また、リーン運転状態のときに上記ＮＯｘ触媒によって排気ガス中のＮＯｘが吸収され、また、空燃比が理論空燃比よりも大きい値から理論空燃比以下に変更されたときにＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出、還元が行なわれてＮＯｘ触媒がリフレッシュされる。そして、空燃比が理論空燃比よりも大きい値から理論空燃比以下に変更される移行時に、吸気弁閉時期が遅くされることでトルクを調整する作用が得られることに加え、排気弁閉時期が吸気上死点より前に設定されることでいわゆる内部ＥＧＲによりＮＯｘが低減され、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出、還元を促進する作用が得られる。
【００１０】
この発明において、低速低負荷域におけるエンジン冷間時の吸気弁開時期を同一アクセル開度状態でのエンジン温間時の吸気弁開時期に対して遅くすることが好ましい。このようにすると、エンジン冷間時に吸・排気弁の開弁期間のオーバラップが増大することがなく、冷間時の燃焼安定性が確保される。
【００１３】
さらに、吸気弁及び排気弁のそれぞれに対してバルブタイミング可変装置を具備し、バルブタイミング制御手段は、吸気弁に対するバルブタイミング可変装置の制御に加えて、排気弁に対するバルブタイミング可変装置の制御を行い、エンジンの冷間時における低速低負荷域では上記排気弁閉時期を吸気上死点以後に設定することが好ましい。
【００１４】
このようにすると、エンジンの冷間時には内部ＥＧＲが少なくされ、燃焼安定性が高められる。
【００１５】
また、本発明は、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒を排気通路に具備するとともに、低速低負荷域で空燃比を理論空燃比よりも大きくしてリーン運転を行い、かつ、特定時にリーン運転状態から空燃比を理論空燃比以下に変更することでＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させるＮＯｘ放出処理を行うようにした自動車用リーンバーンエンジンにおいて、吸気弁及び排気弁に対してそれぞれバルブ開閉タイミングを変更可能とするバルブタイミング可変装置を備えるとともに、これらのバルブタイミング可変装置を制御するバルブタイミング制御手段を備え、このバルブタイミング制御手段は、リーン運転からのＮＯｘ放出処理開始時に、排気弁用カムリフト特性における加速度区間から定速度区間への移行時点をもって定義した排気弁閉時期を吸気上死点より所定期間前、吸気弁用カムリフト特性における定速度区間から加速度区間への移行時点をもって定義した吸気弁開時期を吸気上死点以後とするように上記バルブタイミング可変装置を制御するようにしたものである。
【００１６】
この発明によると、ＮＯｘ放出処理が行われるとき、バルブタイミングの制御によりいわゆる内部ＥＧＲが増加してＮＯｘが低減され、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出、還元を促進する作用が得られる。
【００１７】
この発明において、少なくとも吸気弁に対するバルブタイミング可変装置は、開弁期間を一定としつつ開閉タイミングを変更可能とする位相式のバルブタイミング可変装置であり、上記吸気弁開時期が吸気上死点後とされたときは吸気弁閉時期が吸気充填効率の低下を招くような遅い時期となるようにすることが好ましい。
【００１８】
このようにすると、ＮＯｘ放出処理開始時に、空燃比のリーンから理論空燃比以下にリッチ化されるのに対し、シルクの急変を招かないように吸入空気量が調整される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本発明が適用される自動車用４サイクルエンジンの全体構造を概略的に示したものである。この図において、１はエンジン本体であり、複数の気筒を有し、その各気筒２には、シリンダボアに挿入されたピストン４の上方に燃焼室５が形成されている。この燃焼室５には吸気ポート７及び排気ポート８が開口し、これらのポート７，８は吸気弁９及び排気弁１０によって開閉されるようになっている。
【００２１】
上記吸気弁９及び排気弁１０はカムシャフト１１，１２等からなる動弁機構により開閉作動されるようになっている。また、吸気弁９に対する動弁機構及び排気弁１０に対する動弁機構には、それぞれ、バルブ開閉タイミングを変更可能にするバルブタイミング可変装置１３，１４が設けられている。このバルブタイミング可変装置１３，１４は、クランクシャフトに連動するカムプーリとカムシャフトとの間に設けられて、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変更することにより、開弁期間は一定としつつ開時期及び閉時期を変更することができるようになっている。このようなバルブタイミング可変装置１３，１４は従来から種々知られているため、具体的な構造の図示及び説明は省略する。
【００２２】
上記燃焼室５の中央部には点火プラグ１６が配設され、そのプラグ先端が燃焼室に臨んでいる。さらに燃焼室５には、側方からインジェクタ１８の先端部が臨み、このインジェクタ１８から燃料が燃焼室５内に直接噴射されるようになっている。
【００２３】
上記エンジン本体１には吸気通路２０及び排気通路３０が接続されている。上記吸気通路２０には、その上流側から順に、エアクリーナ２１、エアフローセンサ２２、スロットル弁２３及びサージタンク２４が設けられている。上記スロットル弁２３は、図外のアクセルペダルに機械的に連結され、アクセルペダル踏込み量に応じた開度に開かれるようになっている。このスロットル弁２３に対し、その開度を検出するスロットル開度センサ２５が設けられている。
【００２４】
上記排気通路３０には、排気ガス中の酸素濃度を検出することによって空燃比を検出するＯ2センサ３１が設けられるとともに、その下流にＮＯｘ触媒３２が設けられている。このＮＯｘ触媒３２は、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転状態でもＮＯｘ浄化性能を有するものであって、酸素過剰雰囲気で排気ガス中のＮＯｘを吸収し、空燃比がリーンからリッチ側に変化して酸素濃度が減少したときに、吸収していたＮＯｘを放出するとともに、雰囲気中に存在するＣＯ等の還元材によりＮＯｘを還元させるようになっている。
【００２５】
より詳しく説明すると、上記ＮＯｘ触媒３２は、例えばコージュライト製ハニカム構造体等からなる担体の上にＮＯｘ吸収材層と触媒材層とを層状に形成したものであり、ＮＯｘ吸収材層は活性アルミナにＰｔ成分とＮＯｘ吸収材としてのＢａ成分とを担持させたものを主成分として構成され、触媒材層は、ゼオライトを担持母材としてこれにＰｔ成分及びＲｈ成分を担持させてなる触媒材を主成分として構成されている。
【００２６】
４０はエンジン制御用のコントロールユニット（ＥＣＵ）である。このＥＣＵ４０には、上記エアフローセンサ２２、スロットル開度センサ２５及びＯ2センサ３１からの信号が入力されるとともに、クランク角センサ３５からエンジン回転数検出等のためのクランク角信号が入力され、さらにエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ３６等からの信号も入力されている。
【００２７】
また、ＥＣＵ４０から、上記インジェクタ１８に対して燃料噴射を制御する信号が出力されるとともに、バルブタイミング可変装置１３，１４に対してこれを制御する信号が出力されている。
【００２８】
上記ＥＣＵ４０は、運転状態判別手段４１、温度状態判別手段４２、燃料噴射制御手段４３及びバルブタイミング制御手段４４を含んでいる。運転状態判別手段４１は、クランク角センサ３５からのクランク角信号の周期の計測等によって検出されるエンジン回転数と、エアフローセンサ２２、スロットル開度センサ２５等からの信号によって調べられるエンジン負荷とに基づき、エンジンの運転状態を判別するようになっている。
【００２９】
温度状態判別手段４２は、水温センサ３６からの信号に基づき、エンジン冷却水温度が所定温度未満のエンジン冷間状態か所定温度以上のエンジン温間状態かを判別するようになっている。
【００３０】
燃料噴射制御手段４３は、運転状態判別手段４１により判別されるエンジンの運転状態及び温度状態判別手段４２により判別されるエンジンの温度状態に応じ、燃料噴射量及び噴射タイミングを制御するものであり、エンジン冷間時には図２（ａ）に示す冷間時用マップに基づいて、またエンジン温間時には図２（ｂ）に示す温間時用マップに基づいて制御を行なう。
【００３１】
すなわち、エンジンの温間時には図２（ｂ）のように、所定負荷以下で、かつ所定エンジン回転数以下の低速低負荷域をリーン運転領域Ａとし、このリーン運転領域Ａでは、空燃比を理論空燃比よりもリーン（空気過剰率λがλ＞１）とするとともに、圧縮行程後半に燃料を噴射することにより点火プラグ１６まわりに混合気を偏在させて成層燃焼を行わせるように、燃料噴射量及び噴射タイミングを制御する。一方、上記リーン運転領域以外の領域Ｂでは、空燃比を理論空燃比以下（空気過剰率λがλ≦１）とし、例えば理論空燃比（λ＝１）とするとともに、吸気行程で燃料を噴射することにより混合気を拡散させて均一燃焼を行わせるように、燃料噴射量及び噴射タイミングを制御する。
【００３２】
また、エンジンの冷間時には図２（ａ）のように、低速低負荷域でも空燃比を理論空燃比以下（λ≦１）とし、吸気行程で燃料を噴射することにより混合気を拡散させて均一燃焼を行わせるように、燃料噴射量及び噴射タイミングを制御する。
【００３３】
バルブタイミング制御手段４４は、運転状態判別手段４１により判別されるエンジンの運転状態及び温度状態判別手段４２により判別されるエンジンの温度状態に応じて吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを変えるようにバルブタイミング可変装置１３，１４を制御する。このバルブタイミングの制御の概略を、図３〜図５によって説明する。
【００３４】
図３は吸・排気弁の開閉タイミングを示すためのカムリフト曲線を表しており、ＩｎＶは吸気弁、ＥｘＶは排気弁を意味する。また、ＩｎＯ及びＩｎＣは吸気弁の開時期及び閉時期、ＥｘＯ及びＥｘＣは排気弁の開時期及び閉時期である。ここで、吸気弁及び排気弁の開時期ＩｎＯ，ＥｘＯは、カムリフト特性における定速度区間から加速度区間への移行時点をもって定義し、吸気弁及び排気弁の閉時期ＩｎＣ，ＥｘＣは、カムリフト特性における加速度区間から定速度区間への移行時点をもって定義することとする（図４参照）。
【００３５】
図３において、吸気弁は、開閉タイミング可変範囲内で最も進角したときには破線のように、開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより少し前、閉時期ＩｎＣが吸気下死点ＢＤＣより少し後となって、低速域で吸気充填効率を高めるのに有利なタイミングとなる。一方、吸気弁が開閉タイミング可変範囲内で最も遅角したときには実線のように、開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより後（好ましくは吸気上死点より３０°以上後）となるとともに、閉時期ＩｎＣが吸気下死点ＢＤＣよりもかなり後となって、吸気の吹き返しが生じることで充填効率の低下を招くようなタイミングとなる。
【００３６】
また、排気弁は開閉タイミング可変範囲内で最も進角したときに実線のように閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣよりかなり前（好ましくは吸気上死点ＴＤＣより２０°以上前）となり、最も遅角したときに破線のように閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣより少し後となる。従って、破線で示すような排気弁が遅角、吸気弁が進角の状態では排気弁閉時期ＥｘＣと吸気弁開時期ＩｎＯとが吸気上死点ＴＤＣの近傍にあって、吸・排気弁の開弁期間に少しだけオーバラップがあるが、実線で示すような排気弁が進角、吸気弁が遅角の状態では両者の開弁期間にオーバラップがなく、かつ、排気弁閉時期ＥｘＣから吸気弁開時期ＩｎＯまでにかなりの期間がある。このようなオーバラップがない状態での排気弁閉時期ＥｘＣから吸気弁開時期ＩｎＯまでの期間を、実施形態の説明の中では便宜的にマイナスオーバラップ（マイナスＯ／Ｌ）と呼ぶ。
【００３７】
このようなバルブタイミングの可変範囲を有するバルブタイミング可変装置１３，１４に対してバルブタイミング制御手段４４は、エンジンの温間時には予め設定された温間時用のバルブタイミングのマップに基づいて制御し、この場合、少なくとも上記リーン運転領域Ａ内の低速低負荷域では図５（ｂ）に示すように、吸気弁の開閉タイミングを可変範囲内の進角側にするとともに、排気弁の開閉タイミングを可変範囲内の遅角側にする。
【００３８】
また、エンジンの冷間時には予め設定された冷間時用のバルブタイミングのマップに基づいて制御し、この場合、少なくとも低速低負荷域では図５（ａ）に示すように、同一アクセル開度状態でのエンジン温間時と比べ、吸気弁開閉タイミングを遅角側に補正することにより、吸気の吹き返しによる吸気充填効率の低下を招く程度にまで吸気弁閉時期ＩｎＣを遅らせる。ただし排気弁の開閉タイミングは温間時と略同様であって、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣ後となるようにする。
【００３９】
バルブタイミング制御装置はさらに、温間時において後述のＮＯｘパージ等のために空燃比がリーン（λ＞１）からリッチ側（λ≦１）へ変更される移行時には、図５（ｃ）に示すように、排気弁の開閉タイミングを進角側とすることにより排気弁閉時期ＥｘＣを吸気上死点ＴＤＣ前とするとともに、吸気弁の開閉タイミングを遅角側とすることにより吸気弁開時期ＩｎＯを吸気上死点ＴＤＣ後とする。
【００４０】
このようなバルブタイミングの制御及び燃料噴射の制御の具体例を、図６のフローチャートによって説明する。
【００４１】
このフローチャートに示す処理がスタートすると、先ず各センサからの信号が入力され（ステップＳ１）、次にエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて運転状態が判別される（ステップＳ２）。さらに、水温センサ３６からの信号に基づいてエンジンの冷間時か否かが判定される（ステップＳ３）。
【００４２】
冷間時である場合は、冷間時用のバルブタイミングのマップに基づいて吸気弁及び排気弁の開閉タイミングが設定され（ステップＳ４）、この場合に少なくとも低速低負荷域では前述の如く図５（ａ）のように設定される。さらに、空燃比が理論空燃比以下（λ≦１）に設定されて、この空燃比となるように燃料噴射量が演算される（ステップＳ５）とともに、吸気行程噴射により均一燃焼を行なわせるように噴射時期が演算される（ステップＳ６）。それからステップＳ７，Ｓ８に移行し、ステップＳ４〜Ｓ６での設定、演算に基づき、バルブタイミング可変装置の制御及び燃料噴射の制御が行われる。
【００４３】
エンジンの温間時（ステップＳ３の判定がＮＯ）である場合は、温間時用のバルブタイミングのマップに基づいて吸気弁及び排気弁の開閉タイミングが設定され（ステップＳ９）、この場合に少なくとも低速低負荷域では前述の如く図５（ｂ）のように設定される。
【００４４】
次いでリーン運転領域か否かが判定され（ステップＳ１０）、リーン運転領域であれば、さらにＮＯｘパージ処理条件が成立したか否かが判定される（ステップＳ１１）。このステップＳ１１の判定は、リーン運転中にＮＯｘ触媒３２のＮＯｘ吸蔵量が増加したときにＮＯｘパージ（ＮＯｘ放出処理）を行なわせるため、運転状態等から推定されるＮＯｘ吸収量を累計する等により求められるＮＯｘ吸蔵量が所定値以上に増加したか否がを調べるものである。
【００４５】
リーン運転領域であってＮＯｘパージ処理条件が成立していないときには、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比（λ＞１）に設定されて、この空燃比となるように燃料噴射量が演算される（ステップＳ１２）とともに、圧縮行程噴射により成層燃焼を行なわせるように噴射時期が演算される（ステップＳ１３）。それからステップＳ７，Ｓ８に移行する。
【００４６】
リーン運転領域においてＮＯｘパージ処理条件が成立したとき（ステップＳ１１の判定がＹＥＳのとき）は、空燃比が理論空燃比以下（λ≦１）に設定されて、この空燃比となるように燃料噴射量が演算される（ステップＳ１４）とともに、吸気行程噴射により均一燃焼を行なわせるように噴射時期が演算される（ステップＳ１５）。さらに、吸気弁開時期ＩｎＯが上死点ＴＤＣ後となるように吸気弁開閉タイミングが遅角側に変更されるとともに、排気弁閉時期ＥｘＣが上死点ＴＤＣ前となるように排気弁開閉タイミングが進角側に変更される（ステップＳ１６）。それからステップＳ７，Ｓ８に移行する。
【００４７】
エンジン温間時においてリーン運転領域でないとき（ステップＳ１０の判定がＮＯのとき）は、空燃比が理論空燃比以下（λ≦１）に設定されて、この空燃比となるように燃料噴射量が演算される（ステップＳ１７）とともに、吸気行程噴射により均一燃焼を行なわせるように噴射時期が演算される（ステップＳ１８）。さらに、リーン運転領域Ａからλ≦１の領域Ｂへの移行時には、吸気弁開時期ＩｎＯが上死点ＴＤＣ後となるように吸気弁開閉タイミングが遅角側に変更されるとともに、排気弁閉時期ＥｘＣが上死点ＴＤＣ前となるように排気弁開閉タイミングが進角側に変更される（ステップＳ１９，Ｓ２０）。それからステップＳ７，Ｓ８に移行する。
【００４８】
以上のような当実施形態のエンジンによると、エンジンの温間状態では、低速低負荷側のリーン運転領域Ａにあるときに、空燃比がリーン（λ＞１）とされて、成層燃焼が行なわれ、また、エンジンの冷間状態では、燃料の気化、霧化が悪くてリーン運転では燃焼安定性が損なわれ易いので、低速低負荷域にあっても空燃比が理論空燃比以下（λ≦１）とされて、均一燃焼が行なわれる。このように冷間時と温間時とで空燃比が変えられる一方で、バルブタイミングが冷間時と温間時とで図５（ａ）（ｂ）に示すように変えられることにより、同一アクセル開度での冷間時と温間時とにおけるトルク格差が是正される。
【００４９】
すなわち、当実施形態のようにスロットル弁２３がアクセルペダルに機械的に連結されている場合、アクセル開度とスロットル開度との対応関係が常に一定であるため、バルブタイミングを変えなければ、冷間時と温間時とで、同じアクセル開度においては同じ吸入空気量となるので、設定空燃比が変るとそれに応じて燃料噴射量が変り、λ＞１とされる温間時と比べてλ≦１とされる冷間時の方が燃料噴射量が多くなる。
【００５０】
このような傾向に対し、バルブタイミング制御手段４４により、エンジンの冷間時には吸気弁の開閉タイミングが同じアクセル開度での温間時の開閉タイミングと比べて遅角され、吸気の吹き替えしにより吸気充填効率が低下するように吸気弁閉時期ＩｎＣが遅らされる。従って、エンジンの冷間時には、温間時と比べて空燃比がリッチになることに対し、吸気充填効率が低下するようにバルブタイミングが調整されることにより、燃料噴射量の格差とそれに基づくトルクの格差が小さくされる。このため、例えば一定のアクセル開度で運転している状態で水温が上昇して冷間から温間に移行することにより空燃比がリーンに変えられた場合でも、トルクの急激な低下がなく、走り感の低下が防止される。
【００５１】
しかも、冷間時に上記のようなバルブタイミングとされることにより、冷間時の燃焼安定性の悪化が防止される。
【００５２】
すなわち、バルブタイミング可変装置を用いて冷間時に吸気充填効率を低下させるようにする手法としては、吸気弁の開閉タイミングを進角させることにより、吸気弁閉時期を吸気充填効率にとって最適な時期より早くするとともに吸・排気弁の開弁オーバラップ期間を大きくして後記内部ＥＧＲを増大させることにより、新気の吸入量を減少させるようにすることが考えられ、あるいはまた、後述のように排気弁閉時期を吸気上死点よりも早い時期とすることにより内部ＥＧＲを増大させてその分だけ新気量を減少させるようにすることが考えられるが、これらの手法では冷間時に内部ＥＧＲ（残留既燃ガス）が増加することにより燃焼安定性が阻害され易い。これに対し、当実施形態では吸気弁開閉タイミングが遅くされ、かつ、上記冷間時に排気弁の開閉タイミングは閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣ以後となるように設定されていることにより、吸気充填効率は低下しながら、内部ＥＧＲが多くなることはなく、冷間時の燃焼安定性が損なわれることはない。
【００５３】
また、温間時にリーン運転領域Ａでリーン運転が行なわれているとき、排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒３２に吸収され、この運転状態が持続してＮＯｘ触媒３２のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上に増加すると、図６中のステップＳ１１でのＹＥＳの判定に続くステップＳ１４，Ｓ１５の処理により空燃比がリッチ（λ≦１）とされることにより、ＮＯｘパージ、つまりＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出及び還元が行なわれる。また、リーン運転領域Ａからそれ以外の運転領域Ｂへの移行時にも、ＮＯｘパージが行われる。
【００５４】
これらのＮＯｘパージ時に、図５（ｃ）に示すように、吸気弁の開閉タイミングが遅角されることにより吸気充填効率が低下するように吸気弁閉時期ＩｎＣが遅くなるとともに、吸気弁開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣ以後となり、かつ、排気弁の開閉タイミングが進角されることによって排気弁閉時期ＥｘＣは吸気上死点ＴＤＣより前とされる。これにより、排気行程で燃焼室内の既燃ガスを排出し終える前に排気弁が閉じるため燃焼室５内に既燃ガスが残留して、いわゆる内部ＥＧＲ効果が得られ、外部から排気ガスを還流させる外部ＥＧＲと同様にＮＯｘが低減される。
【００５５】
そして、ＮＯｘパージ時には排気ガス中に含まれるＣＯ等の還元材によりＮＯｘ触媒３２からのＮＯｘの放出、還元が行なわれ、この場合に排気ガス中のＮＯｘの量に対するＣＯの量の比率が大きくなる程ＮＯｘの放出、還元が促進されるが、空燃比がリッチ化されるとともに上記のように内部ＥＧＲによってＮＯｘが低減されることにより、ＮＯｘの量に対するＣＯの量の比率が素早く増大され、ＮＯｘパージ性能が高められる。
【００５６】
しかも、上記のように吸気充填効率が低下するように吸気弁閉時期ＩｎＣが遅くされるとともに内部ＥＧＲが行われることにより、新気の吸入量が減少するため、ＮＯｘパージ時の空燃比のリッチ化によるトルクの急増が抑制され、トルクショックが軽減される。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、エンジンの低速低負荷域における設定空燃比を、エンジン温間時はリーン、エンジン冷間時は理論空燃比以下のリッチとしたエンジンにおいて、バルブタイミング可変装置及びバルブタイミング制御手段により、低速低負荷域におけるエンジン冷間時の吸気弁閉時期を同一アクセル開度状態でのエンジン温間時の吸気弁閉時期に対して吸気充填効率が低下する遅れ側に設定するようにした発明によると、冷間時と温間時とでの空燃比の違いに対し、トルク格差を小さくするように吸入空気量を調整することができる。
【００５８】
従って、燃焼安定性を損なわないように空燃比がリッチとされる冷間時と燃費改善のため空燃比がリーンとされる温間時とでトルク格差が生じることを避けて、走り感を良好に保ち得るようにしつつ、そのための吸入空気量の調整を、電気的にスロットル弁を制御するような手段を用いる必要なく、バルブタイミング可変装置を用いて効果的に行なうことができる。
【００５９】
また、ＮＯｘ触媒を排気通路に具備するとともに、リーン運転状態から空燃比を理論空燃比以下に変更することでＮＯｘ放出処理を行うようにしたエンジンにおいて、バルブタイミング可変装置及びバルブタイミング制御手段により、リーン運転からのＮＯｘ放出処理開始時に、排気弁閉時期を吸気上死点より所定期間前、吸気弁開時期を吸気上死点以後とするようにした発明によると、ＮＯｘ放出処理時に、バルブタイミングの制御によりいわゆる内部ＥＧＲを増加させてＮＯｘを低減し、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出、還元を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による自動車用リーンバーンエンジンの概略図である。
【図２】冷間時用及び温間時用の燃料噴射制御のためのマップを示す図である。
【図３】吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを示すためのカムリフト曲線を表した図である。
【図４】カムリフト曲線の部分拡大図である。
【図５】冷間時、温間時及びＮＯｘパージ時の吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを示す図である。
【図６】燃料噴射及びバルブタイミングの制御の具体例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン本体
５  燃焼室
９  吸気弁
１０  排気弁
１３，１４  バルブタイミング可変装置
３２  ＮＯｘ触媒
４０  ＥＣＵ
４１  運転状態判別手段
４２  温度状態判別手段
４３  燃料噴射制御手段
４４  バルブタイミング制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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