(57)【要約】【課題】リーン燃焼運転の実施中に気流制御弁の動作状態を切り替えたときに起きる排気性能の悪化やトルクの変動を抑えることができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】理論空燃比よりも燃料リーンな所定空燃比によるリーン燃焼運転の実施中に気流制御弁の動作状態を切り替えるとき、ＮＯｘ吸蔵量の推定値が判定値未満の場合、気流制御弁の動作状態の切り替え期間が吸気行程と重なるサイクルの燃焼空燃比を、理論空燃比よりも燃料リーンであって所定空燃比よりも燃料リッチにする。ＮＯｘ吸蔵量の推定値が判定値以上の場合、気流制御弁の動作状態の切り替え期間を含む所定期間、燃焼空燃比を理論空燃比よりも燃料リッチにするリッチスパイクを実行する。【選択図】図６
2017020366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、筒内に発生する気流の速度を変化させる気流制御弁とを備え、理論空燃比よりも燃料リーンな所定空燃比によるリーン燃焼運転が可能な内燃機関の制御装置において、
前記気流制御弁の動作状態を切り替える切り替え手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段と、
前記リーン燃焼運転の実施中に前記気流制御弁の動作状態が切り替えられる場合であって、且つ、推定された前記ＮＯｘ吸蔵量が判定値未満の場合、前記気流制御弁の動作状態の切り替え期間が吸気行程と重なるサイクルの燃焼空燃比を、理論空燃比よりも燃料リーンであって前記所定空燃比よりも燃料リッチにする過渡制御を実行する過渡制御手段と、
前記リーン燃焼運転の実施中に前記気流制御弁の動作状態が切り替えられる場合であって、且つ、推定された前記ＮＯｘ吸蔵量が前記判定値以上の場合、前記気流制御弁の動作状態の切り替え期間を含む所定期間、燃焼空燃比を理論空燃比よりも燃料リッチにするリッチスパイクを実行するリッチスパイク手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関は複数の気筒を有し、前記気流制御弁は気筒ごとに設けられて各気筒の気流制御弁が一体となって動作するように構成され、
前記切り替え手段は、前記気流制御弁の動作状態の切り替え期間が前記複数の気筒の何れか１つの気筒の吸気行程のみと重なるように前記気流制御弁の動作状態の切り替えを行い、
前記過渡制御手段は、前記気流制御弁の動作状態の切り替え期間が吸気行程と重なる気筒の燃焼空燃比を、理論空燃比よりも燃料リーンであって前記所定空燃比よりも燃料リッチにすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記過渡制御手段は、前記過渡制御において、前記気流制御弁の動作状態の切り替え期間が吸気行程と重なるサイクルの点火時期を、前記気流制御弁の切り替え前の動作状態に対応する点火時期と切り替え後の動作状態に対応する点火時期との中間の点火時期に対して遅角することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記過渡制御手段は、前記過渡制御において、前記気流制御弁の動作状態の切り替え期間が吸気行程と重なる気筒の点火時期を、前記気流制御弁の切り替え前の動作状態に対応する点火時期と切り替え後の動作状態に対応する点火時期との中間の点火時期に対して遅角することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関は気筒ごとに燃焼圧センサを備え、
前記制御装置は、前記燃焼圧センサの信号を処理して最も燃焼が悪い最悪燃焼気筒を特定する手段を備え、
前記切り替え手段は、前記気流制御弁の動作状態の切り替え期間と点火順序において前記最悪燃焼気筒の次の気筒の吸気行程とが重なるように前記気流制御弁の動作状態の切り替えを行うことを特徴とする請求項２又は４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関は気筒ごとに燃焼圧センサを備え、
前記制御装置は、前記燃焼圧センサの信号を処理して最も燃焼が良い最良燃焼気筒を特定する手段を備え、
前記切り替え手段は、前記気流制御弁の動作状態の切り替え期間と前記最良燃焼気筒の吸気行程とが重なるように前記気流制御弁の動作状態の切り替えを行うことを特徴とする請求項２又は４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、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備え理論空燃比よりも燃料リーンな空燃比によるリーン燃焼運転が可能な内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、筒内に発生する気流の速度を変化させる気流制御弁を備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、理論空燃比よりも燃料リーンな空燃比によるリーン燃焼運転が可能な内燃機関において、選択還元型触媒の上流にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を配置する構成が開示されている。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、リーン雰囲気下において排気中のＮＯｘを吸蔵し、上流からＨＣやＣＯ等の還元剤が供給されたとき、吸蔵しているＮＯｘを放出して還元剤と反応させ、ＮＯｘをＮＨ３及びＮ２に還元する。選択還元型触媒は、ＮＨ３を吸着する機能を有し、ＮＨ３によって排気中のＮＯｘを選択的に還元する。よって、この構成によれば、リーン燃焼運転中に発生したＮＯｘが大気中へ放出されることを効果的に抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０５７５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タンブル制御弁やスワール制御弁等の気流制御弁を吸気ポートに設け、この気流制御弁により筒内に発生する気流の速度を制御することで、燃焼を促進して燃費を改善する技術が知られている。この技術は、特許文献１に開示された内燃機関にも適用することができる。ただし、リーン燃焼運転の実施中に気流制御弁の動作状態を切り替える場合、リーン燃焼運転は筒内の気流の変化や燃焼空燃比の変化の影響を受けやすい。このため、ストイキ燃焼運転の実施中に切り替えを行う場合と比較して、燃焼が不安定となり、排気性能の悪化やトルクの変動が起こりやすい。
【０００５】
本発明は、上記の問題に鑑みて創案されたものであって、リーン燃焼運転の実施中に気流制御弁の動作状態を切り替えたときに起きる排気性能の悪化やトルクの変動を抑えることができる内燃機関の制御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】
【０００６】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、筒内に発生する気流の速度を変化させる気流制御弁とを備え、理論空燃比よりも燃料リーンな所定空燃比によるリーン燃焼運転が可能な内燃機関を制御する制御装置である。本発明においては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒には、三元触媒にＮＯｘ吸蔵機能を持たせたものも含まれる。気流制御弁は、その動作状態を少なくとも２段階に切り替え可能な段階切り替え型でもよいし、その動作状態を連続的に切り替え可能な連続切り替え型でもよい。
【０００７】
本制御装置は、気流制御弁の動作状態を切り替える切り替え手段を備える。気流制御弁の動作状態の切り替えは、トルクと回転速度とで定まる内燃機関の運転状態に基づいて行ってよい。また、本制御装置は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段を備える。ＮＯｘ吸蔵量の推定方法に限定はない。
【０００８】
本制御装置は、リーン燃焼運転の実施中に気流制御弁の動作状態が切り替えられる場合であって、且つ、推定されたＮＯｘ吸蔵量が所定値未満の場合に過渡制御を実行する過渡制御手段を備える。過渡制御では、気流制御弁の動作状態の切り替え期間が吸気行程と重なるサイクルの燃焼空燃比を、理論空燃比よりも燃料リーンであって所定空燃比（リーン燃焼運転の通常設定空燃比）よりも燃料リッチにすることが行われる。
【０００９】
気流制御弁の動作状態の切り替え期間が吸気行程と重なることで、筒内の気流の変化や燃焼空燃比の変化が生じ、排気性能の悪化やトルクの変動が起こりやすくなる。しかし、過渡制御が実行され、燃焼空燃比がリーン燃焼運転の通常設定空燃比よりは燃料リッチにされることで、燃焼の安定性を確保することができる。なお、過渡制御を実行するかどうかの判定基準となるＮＯｘ吸蔵量の判定値は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が吸蔵可能なＮＯｘ量と、過渡制御を行うことで発生するＮＯｘの量との差分であることが好ましい。つまり、過渡制御は、それを行うことで発生するＮＯｘを吸蔵できる余裕がＮＯｘ吸蔵還元型触媒にあることを条件に、実行されることが好ましい。
【００１０】
さらに、本制御装置は、リーン燃焼運転の実施中に気流制御弁の動作状態が切り替えられる場合であって、且つ、推定されたＮＯｘ吸蔵量が判定値以上の場合にリッチスパイクを実行するリッチスパイク手段を備える。リッチスパイクでは、気流制御弁の動作状態の切り替え期間を含む所定期間、燃焼空燃比を理論空燃比よりも燃料リッチにすることが行われる。リッチスパイクの具体的な方法に限定はない。燃料噴射量の増量によって燃焼空燃比をリッチ化してもよいし、筒内空気量の減量によって燃焼空燃比をリッチ化してもよいし、燃料噴射量の増量と筒内空気量の減量によって燃焼空燃比をリッチ化してもよい。
【００１１】
気流制御弁の動作状態の切り替えにより、筒内の気流の変化や燃焼空燃比の変化が生じ、排気性能の悪化やトルクの変動が起こりやすくなる。しかし、リッチスパイクが実行され、燃焼空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチにされることで、燃焼の安定性を確保することができる。また、リッチスパイクによりＨＣやＣＯ等の還元剤が発生し、この還元剤がＮＯｘ吸蔵還元型触媒に供給されることで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が吸蔵しているＮＯｘが還元剤により還元されて浄化され、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の空き容量が回復する。なお、リッチスパイクを実行するかどうかの判定基準となるＮＯｘ吸蔵量の判定値は、過渡制御を実行するかどうか判定するための判定値と同値でよい。
【００１２】
上記のごとく構成される本制御装置によれば、気流制御弁の動作状態の切り替えの影響を受けるサイクルの燃焼空燃比を理論空燃比よりも燃料リーンに維持しつつ、リーン燃焼運転の通常設定空燃比よりは燃料リッチにすることで、燃焼の安定性を確保して排気性能の悪化やトルクの変動を抑えることができる。さらに、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の空き容量に余裕がない場合には、リッチスパイクを実行してその間に気流制御弁の動作状態の切り替えを行うことで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の空き容量を回復させると同時に、切り替えに伴う排気性能の悪化やトルクの変動を抑えることができる。
【００１３】
本制御装置の過渡制御手段は、過渡制御において、気流制御弁の動作状態の切り替え期間が吸気行程と重なるサイクルの点火時期を、気流制御弁の切り替え前の動作状態に対応する点火時期と切り替え後の動作状態に対応する点火時期との中間の点火時期に対して遅角するように構成されてもよい。筒内の気流速度は燃焼速度に影響するので、点火時期を最適にして燃焼効率を高く保つためには、気流速度に応じて点火時期を調整することが好ましい。気流制御弁の動作状態の切り替えが行われたとき、筒内の気流速度は、切り替え前の速度と切り替え後の速度との中間の速度になっていると推測することができる。よって、この中間の速度に対応する点火時期、つまり、切り替え前の動作状態に対応する点火時期と切り替え後の動作状態に対応する点火時期との中間の点火時期であれば、切り替え前と切り替え後の間の過渡状態であっても、燃焼効率を高く保つことができると考えられる。ただし、過渡状態での燃焼空燃比はリーン燃焼運転の通常設定空燃比より燃料リッチにされているので、その分のトルク増を考慮することがより好ましい。ゆえに、上述のように、切り替え前の点火時期と切り替え後の点火時期との中間の点火時期を基準にして、それより遅角した点火時期を、気流制御弁の動作状態の切り替え期間が吸気行程と重なるサイクルの点火時期とすることで、気流制御弁の動作状態の切り替えに伴うトルクの変動をより抑えることができる。
【００１４】
本制御装置が適用される内燃機関は、気流制御弁が気筒ごとに設けられて各気筒の気流制御弁が一体となって動作するように構成されていてもよい。この場合、切り替え手段は、気流制御弁の動作状態の切り替え期間が複数の気筒の何れか１つの気筒の吸気行程のみと重なるように気流制御弁の動作状態の切り替えを行うように構成されることが好ましい。また、過渡制御手段は、気流制御弁の動作状態の切り替え期間が吸気行程と重なる気筒の燃焼空燃比を、理論空燃比よりも燃料リーンであって所定空燃比よりも燃料リッチにするように構成されることが好ましい。このように構成されることで、気流制御弁の動作状態の切り替えの影響を受ける気筒の数を最小限に抑えることができる。
【００１５】
さらに、この場合、過渡制御手段は、過渡制御において、気流制御弁の動作状態の切り替え期間が吸気行程と重なる気筒の点火時期を、気流制御弁の切り替え前の動作状態に対応する点火時期と切り替え後の動作状態に対応する点火時期との中間の点火時期に対して遅角するように構成されてもよい。このように構成されることで、気流制御弁の動作状態の切り替えに伴うトルクの変動をより抑えることができる。
【００１６】
本制御装置が適用される内燃機関が気筒ごとに燃焼圧センサを備えるのであれば、本制御装置は、燃焼圧センサの信号を処理して最も燃焼が悪い最悪燃焼気筒を特定する手段を備えてもよい。燃焼の良否は燃焼圧に現れるので、燃焼圧センサの信号を処理することで気筒ごとの燃焼の良否を判定することができ、その判定結果から最悪燃焼気筒を特定することができる。この場合、切り替え手段は、気流制御弁の動作状態の切り替え期間と点火順序において最悪燃焼気筒の次の気筒の吸気行程とが重なるように気流制御弁の動作状態の切り替えを行うように構成されてもよい。このように構成されることで、燃焼が悪い気筒への気流制御弁の動作状態の切り替えの影響を低減し、気流制御弁の動作状態の切り替えに伴う排気性能の悪化やトルクの変動をより抑えることができる。
【００１７】
また、本制御装置が適用される内燃機関が気筒ごとに燃焼圧センサを備えるのであれば、本制御装置は、燃焼圧センサの信号を処理して最も燃焼が良い最良燃焼気筒を特定する手段を備えてもよい。燃焼圧センサの信号を処理することで気筒ごとの燃焼の良否を判定することができ、その判定結果から最良燃焼気筒を特定することができる。この場合、切り替え手段は、気流制御弁の動作状態の切り替え期間と最良燃焼気筒の吸気行程とが重なるように気流制御弁の動作状態の切り替えを行うように構成されてもよい。このように構成されることで、気流制御弁の動作状態の切り替えに伴う排気性能の悪化やトルクの変動を効果的に抑えることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上述べたように、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、リーン燃焼運転の実施中に気流制御弁の動作状態を切り替えたときに起きる排気性能の悪化やトルクの変動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係るシステムの構成を示す図である。
【図２】運転領域とタンブル制御弁の動作状態との関係を示す図である。
【図３】タンブル制御弁の動作状態の切り替えに係る過渡制御について説明する図である。
【図４】ＮＯｘ発生量と空燃比との関係を示す図である。
【図５】タンブル制御弁の動作状態の切り替えに係るリッチスパイクについて説明する図である。
【図６】タンブル制御弁の動作状態の切り替えに係るエンジン制御のフローを示すフローチャートである。
【図７】タンブル制御弁の動作状態の切り替えに係るエンジン制御の具体例を示すタイムチャートである。
【図８】筒内空気量の推定に用いられるエアモデルの例を示す図である。
【図９】タンブル制御弁が開いている場合に点火時期の設定に用いられるマップの例を示す図である。
【図１０】タンブル制御弁が閉じている場合に点火時期の設定に用いられるマップの例を示す図である。
【図１１】タンブル制御弁の動作状態の切り替えが行われる場合に点火時期の設定に用いられるマップの例を示す図である。
【図１２】可変動弁装置を活用したリッチスパイクについて説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００２１】
１．実施の形態のシステム構成
図１は、本発明の実施の形態に係るシステムの構成を示す図である。本実施の形態に係るシステムは、自動車に動力装置として搭載される内燃機関（以下、単にエンジンという）２を備える。本実施の形態に係るエンジン２は、理論空燃比よりも燃料リーンな空燃比によるリーン燃焼運転が可能なリーン燃焼エンジンである。
【００２２】
エンジン２は、シリンダブロック４とシリンダヘッド６を備える。シリンダヘッド６には、吸気通路８と排気通路１０が接続されている。吸気通路８には図示しないスロットルが配置されている。排気通路１０には、その上流から順に、三元触媒であるスタート触媒（以下、Ｓ／Ｃという）１２、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下、ＮＳＲという）１４、及び選択還元型触媒（以下、ＳＣＲという）１６が配置されている。ＮＳＲ１４は、酸素濃度の高いリーン雰囲気下において排気ガス中のＮＯｘを硝酸塩の形態で吸蔵する。そして、リッチスパイクによって還元剤となるＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等が供給されたとき、ＮＳＲ１４は、吸蔵しているＮＯｘを放出し、還元剤とＮＯｘとを反応させてＮＯｘをＮ２及びＮＨ３に還元する。ＳＣＲ１６は、リッチスパイクによりＮＳＲ１４において生成されたＮＨ３を吸着する。そして、吸着したＮＨ３と排気ガス中のＮＯｘとを反応させてＮＯｘをＮ２に還元する。Ｓ／Ｃ１２の入口側と出口側には空燃比センサ２０，２２が取り付けられ、ＮＳＲ１４の入口側と出口側にはＮＯｘセンサ２４，２６が取り付けられている。
【００２３】
図１には、シリンダヘッド６の内部の構成が模式的に描かれている。本実施の形態では、エンジン２は４つの気筒３０が直列に配置される直列４気筒エンジンとして構成されている。また、エンジン２は火花点火式エンジンである。各気筒３０の頂部には、点火プラグ３６と燃焼圧センサ４２が取り付けられている。各気筒３０には、一対の吸気弁３２と一対の排気弁３４が備えられる。図示は省略するが、吸気弁３２と排気弁３４のそれぞれに、バルブタイミングを可変にする可変動弁装置が設けられている。吸気弁３２には、気筒３０ごとに独立した吸気ポート４０が接続されている。吸気ポート４０には、その中に燃料を噴射するポート噴射弁３８が設けられている。本実施の形態では、ポート噴射弁３８から噴射した燃料と空気とを均質に混合させて燃焼させる均質リーン燃焼によってリーン燃焼運転が行われる。
【００２４】
エンジン２は、筒内に発生する気流の速度を制御するための気流制御弁、詳しくは、タンブル流の速度を制御するためのタンブル制御弁（以下、ＴＣＶという）５２を備える。ＴＣＶ５２は、吸気ポート４０のポート噴射弁３８よりも上流に、気筒３０ごとに設けられている。全てのＴＣＶ５２は、１つのバルブシャフト５４に固定されている。バルブシャフト５４は回転自在であって、電動モータ５６によって回転駆動される。電動モータ５６によりバルブシャフト５４を回転させることで、全てのＴＣＶ５２の動作状態は、開から閉へ、或いは、閉から開へ一体となって切り替えられる。
【００２５】
本実施の形態に係るシステムは、エンジン２を制御する制御装置１００を備える。制御装置１００は、少なくとも入出力インタフェース、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。入出力インタフェースは、エンジン２及び車両に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、エンジン２が備えるアクチュエータに対して操作信号を出力する。ＲＯＭには、エンジン２の制御に用いる各種のプログラムやマップを含む各種のデータが記憶されている。ＣＰＵがＲＯＭからプログラムを読みだして実行することにより、制御装置１００には様々な機能が実現される。
【００２６】
２．ＴＣＶの動作状態の切り替え
制御装置１００において実現される機能には、エンジン２の運転領域に応じてＴＣＶ５２の動作状態を切り替える機能が含まれる。図２は、エンジン２の運転領域とＴＣＶ５２の動作状態との関係を示す図である。図２において“ＴＣＶ開”と表記された領域は、ＴＣＶ５２が開かれる領域であり、“ＴＣＶ閉”と表記された領域は、ＴＣＶ５２が閉じられる領域である。
【００２７】
ＴＣＶ開領域とＴＣＶ閉領域との間の網掛けされた領域は、ヒステリシス領域である。エンジン２の動作点がＴＣＶ開領域からＴＣＶ閉領域へ移動する場合、ヒステリシス領域ではＴＣＶ５２は開かれる。逆に、エンジン２の動作点がＴＣＶ閉領域からＴＣＶ開領域へ移動する場合、ヒステリシス領域ではＴＣＶ５２は閉じられる。図２において、矢印の方向は動作点の移動の方向を示し、黒色はＴＣＶ５２が閉じられていることを意味し、白色はＴＣＶ５２が開かれていることを意味している。例えば、トルク一定で回転速度が変化する場合、減速時には回転速度ＮＥ１においてＴＣＶ５２の開から閉への切り替えが行われ、加速時には回転速度ＮＥ２においてＴＣＶ５２の閉から開への切り替えが行われる。回転速度一定でトルクが変化する場合、トルク減少時にはトルクＴＲＱ１においてＴＣＶ５２の開から閉への切り替えが行われ、トルク増大時にはトルクＴＲＱ２においてＴＣＶ５２の閉から開への切り替えが行われる。
【００２８】
なお、図２において太い実線で示す折れ線は、ストイキ燃焼運転を行う領域とリーン燃焼運転を行う領域との間の境界線であって、各回転速度においてリーン燃焼運転により実現可能な最大トルクを示している。この境界線より低トルク側の領域は、リーン燃焼運転を行う領域である。リーン燃焼運転時の燃焼空燃比は、失火限界近くまで燃料リーンにされた強リーン空燃比（例えば２６．５程度の値）に設定される。
【００２９】
３．ＴＣＶの動作状態の切り替えに係るエンジン制御
図２に示すエンジン２の運転領域とＴＣＶ５２の動作状態との関係によれば、リーン燃焼運転の実施中にＴＣＶ５２の動作状態の切り替えが行われる。このときは燃焼が不安定になりやすく、排気性能の悪化やトルクの変動が起きやすい。これを抑えるためには、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えと合わせて燃焼空燃比のリッチ化を実施することが有効である。燃焼空燃比をリーン燃焼運転の通常設定空燃比に対してリッチ化すれば、燃焼は安定し、排気性能の悪化やトルクの変動は抑えられる。ただし、燃焼空燃比を単純にリッチ化したのでは、燃料消費量が増大して燃費性能が悪化してしまう。そこで、制御装置１００は、リーン燃焼運転の実施中にＴＣＶ５２の動作状態の切り替えを行う場合、次に説明する過渡制御を実行する。
【００３０】
３−１．過渡制御の概要
図３は、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えに係る過渡制御について説明する図である。図３の横軸は時刻（或いはクランク角）である。図３には、サイクルごとの吸気行程の期間と、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えのタイミングと、サイクルごとの空燃比の設定とが示されている。吸気弁３２が開いている期間にＴＣＶ５２の動作状態が切り替えられた場合、筒内のタンブル流の速度に変化が生じる。ゆえに、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えの影響は、切り替えの期間が吸気行程と重なるサイクルに対して及ぶ。そこで、過渡制御では、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替え期間が吸気行程と重なるサイクルの燃焼空燃比を、理論空燃比A/F_stよりも燃料リーンであって、リーン燃焼運転の通常設定空燃比A/F_leanよりも燃料リッチな空燃比A/F_trs（例えば２０〜２４程度の値）にすることが行われる。
【００３１】
燃焼空燃比を設定空燃比A/F_leanよりは燃料リッチにすることで、切り替え時の燃焼の安定性を確保することができる。また、燃焼空燃比を理論空燃比A/F_stよりは燃料リーンにしてリーン燃焼運転を維持することで、燃料消費量が大きく増大することを抑えることができる。なお、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替え期間が吸気行程と重ならないサイクルについては、切り替えの影響は小さいため、燃焼空燃比はリーン燃焼運転の通常設定空燃比A/F_leanにされる。
【００３２】
以上のように、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えと合わせて過渡制御を実行することで、燃料消費量が大きく増大することを抑えながら、燃焼の安定性を確保することができる。ただし、条件によっては、過渡制御を実行することによって排気ガス性能が悪化してしまうことがある。
【００３３】
図４は、ＮＯｘ発生量と空燃比との関係を示す図である。理論空燃比A/F_stよりもやや燃料リーンな空燃比においてＮＯｘの発生量は最大になり、燃料リーンの度合いがそれよりも大きいほどＮＯｘの発生量は少なくなる。リーン燃焼運転の通常設定空燃比A/F_leanは失火限界近くまでリーン化された空燃比であるので、設定空燃比A/F_leanによればＮＯｘの発生量は最小限に抑えられる。しかし、過渡制御の空燃比A/F_trsは設定空燃比A/F_leanよりもリッチ化されているため、過渡制御を実行することによりＮＯｘの発生量は増大する。ただし、ＮＯｘの発生量が増大したとしても、ＮＳＲ１４に十分な空き容量があれば、発生したＮＯｘを吸蔵することができる。ところが、ＮＳＲ１４の空き容量が十分でないときに過渡制御が実行されると、発生したＮＯｘの一部はＮＳＲ１４で吸蔵されずに下流に流れてしまう。
【００３４】
そこで、制御装置１００は、リーン燃焼運転の実施中にＴＣＶ５２の動作状態の切り替えを行う場合であって、且つ、ＮＳＲ１４の空き容量が十分でない場合、過渡制御に代えて次に説明するリッチスパイクを実行する。
【００３５】
３−２．リッチスパイクの概要
図５は、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えに係るリッチスパイクについて説明する図である。図５の横軸は時刻（或いはクランク角）である。図５には、サイクルごとの吸気行程の期間と、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えのタイミングと、サイクルごとの空燃比の設定とが示されている。リッチスパイクは、還元剤の供給によりＮＳＲ１４のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる目的で行われるものであって、複数サイクルに渡って燃焼空燃比を理論空燃比A/F_stよりも燃料リッチな空燃比A/F_rich（例えば１２〜１４程度の値）にすることが行われる。制御装置１００は、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えの期間がリッチスパイクの期間に含まれるように、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えのタイミングとリッチスパイクのタイミングを調整する。
【００３６】
リッチスパイクにより燃焼空燃比を理論空燃比A/F_stよりも燃料リッチにすることで、切り替え時の燃焼の安定性を確保することができる。また、ＮＳＲ１４のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる処置は定期的に行う必要があるので、ＮＳＲ１４の空き容量が十分でないことを条件にリッチスパイクを行うことは、燃費性能を悪化させることにはならない。
【００３７】
以上のように、ＮＳＲ１４の空き容量が十分でない場合は、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えと合わせてリッチスパイクを実行することで、燃焼の安定性を確保しながらＮＯｘ吸蔵能力を回復させることができる。
【００３８】
３−３．エンジン制御のフロー
図６は、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えに係るエンジン制御のフローを示すフローチャートである。制御装置１００は、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えを行う場合、このフローチャートに示す手順によって上述の過渡制御とリッチスパイクの何れか一方を選択し、選択した制御を実行する。
【００３９】
まず、ステップＳ２では、エンジン２の目標動作点より、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えを行うかどうかの判定が行われる。エンジン２の目標動作点がＴＣＶ５２を閉じる領域から開く領域へ移動した場合、或いは、ＴＣＶ５２を開く領域から閉じる領域へ移動した場合、ステップＳ２の判定は肯定となる。ステップＳ２の判定が否定の場合には、以降の処理は全てスキップされ、過渡制御もリッチスパイクも行われない。
【００４０】
ステップＳ２の判定が肯定の場合、ステップＳ４の処理が行われる。ステップＳ４では、ＮＳＲ１４のＮＯｘ吸蔵量（St_NOx）の推定が行われる。前回のリッチスパイク後のリーン燃焼運転時間や、リーン燃焼運転における積算空気量、或いは、リーン燃焼運転での走行距離などからＮＯｘ吸蔵量を推定することができる。ただし、本発明においては、ＮＯｘ吸蔵量の推定方法に限定はない。
【００４１】
また、ステップＳ４の処理と併せてステップＳ６の処理が行われる。ステップＳ６では、過渡制御を実行した場合に発生するＮＯｘの量（Rich_NOx）が算出される。過渡制御でのＮＯｘ発生量の算出には、トルクとエンジン回転速度とをパラメータとするマップが用いられる。マップは、実験結果をもとに作成されたものであって、ＴＣＶ５２を開から閉に切り替えたときに発生するＮＯｘの量をトルク及びエンジン回転速度に関連付けるマップと、ＴＣＶ５２を閉から開に切り替えたときに発生するＮＯｘの量をトルク及びエンジン回転速度に関連付けるマップの２種類が用意されている。なお、ステップＳ４の処理とステップＳ６の処理は順番が前後してもよい。
【００４２】
次に、ステップＳ８では、ステップＳ４で推定したＮＯｘ吸蔵量（St_NOx）とステップＳ４で算出したＮＯｘ発生量（Rich_NOx）との合計値が、ＮＳＲ１４が吸蔵可能なＮＯｘ量である許容ＮＯｘ吸蔵量（Limit_NOx）を超えているかどうかの判定が行われる。つまり、ＮＳＲ１４の空き容量が十分かどうかの判定が行われる。なお、請求項に係る発明との関係では、許容ＮＯｘ吸蔵量（Limit_NOx）からＮＯｘ発生量（Rich_NOx）を差し引いた値がＮＯｘ吸蔵量に対する“判定値”に相当する。この判定値を、トルクとエンジン回転速度とをパラメータとするマップを用いて算出し、ＮＯｘ吸蔵量（St_NOx）が判定値を超えているかどうか判定するようにしてもよい。ＮＯｘ発生量（Rich_NOx）がエンジン２の運転状態によって大きく変わらないのであれば、判定値を固定値にしてもよい。
【００４３】
ステップＳ８の判定が否定の場合、つまり、ＮＳＲ１４の空き容量が十分な場合、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えと合わせて過渡制御を行うことが選択され、実行される（ステップＳ１０）。一方、ステップＳ８の判定が肯定の場合、つまり、ＮＳＲ１４の空き容量が十分でない場合、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えと合わせてリッチスパイクを行うことが選択され、実行される（ステップＳ１２）。
【００４４】
３−４．具体例
図７は、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えに係るエンジン制御の具体例、より詳しくは、過渡制御の具体例を示すタイムチャートである。図７には、ＴＣＶ５２の動作状態のクランク角による変化、筒内空気量のクランク角による変化、そして、点火の順序においてＮ番目の気筒（Ｎ番気筒）からＮ＋３番目の気筒（Ｎ＋３番気筒）までの４つの気筒の行程のクランク角による変化が併せて示されている。本実施の形態に係るエンジン２は直列４気筒エンジンであるので、Ｎ番気筒からＮ＋３番気筒まで全て異なる気筒であり、点火順に１８０度ずつ行程の位相がずれている。また、Ｎ＋１番気筒はＮ−３番気筒でもあり、Ｎ＋２番気筒はＮ−２番気筒でもあり、Ｎ＋３番気筒はＮ−１番気筒でもある。各気筒の圧縮行程に置かれている☆印は、点火プラグ３６による点火タイミングを示し、☆印の添字は、点火の順番を示している。膨張行程から排気行程にかけて引かれている両矢印線は、ポート噴射弁３８による燃料噴射の期間を示している。リーン燃焼運転では、吸気弁３２が閉じている間に燃料を噴射する非同期噴射によって、ポート噴射弁３８による燃料噴射が行われる。
【００４５】
吸気弁３２は、吸気ＴＤＣよりも早いタイミングで開きＢＤＣよりも遅いタイミングで閉じる。このため、吸気行程の区間は１８０度よりも広く、気筒間で吸気行程の区間に重なりが生じている。しかし、各気筒の吸気行程には、他の気筒の吸気行程と重なっていない区間が存在する。制御装置１００は、何れか１つの気筒の吸気行程のみと重なるように、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えを実行する。ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えが筒内のタンブル流に与える影響は、切り替え期間が吸気行程と重なったときに顕著になる。ゆえに、切り替え期間が１つの気筒の吸気行程のみと重なるようにすれば、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えの影響が他の気筒へ及ぶことを抑えることができる。
【００４６】
図７に示す例では、制御装置１００は、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替え期間がＮ番気筒の吸気行程のみと重なるように、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えを実行する。Ｎ番気筒の吸気行程において切り替えを行うのは、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えを決定してから、最初に燃料噴射の時期を迎えるのがＮ番気筒だからである。ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えに合わせて行う過渡制御では、燃焼空燃比をリーン燃焼運転の通常設定空燃比よりも燃料リッチにすることが行われるが、そのためには燃料噴射量を増量する必要がある。図７に示す例では、Ｎ−２番気筒の吸気行程の前に切り替えを決定しているが、Ｎ−２番気筒の燃料噴射には間に合わず、Ｎ−１番気筒の燃料噴射にも間に合わない。燃料噴射量を増量させることが間に合う最初の気筒が、Ｎ番気筒である。
【００４７】
ＴＣＶ５２の動作状態は、開から閉へ切り替えられる。その影響で、Ｎ番気筒の筒内の気流速度は過渡的に変化する。ＴＣＶ５２の動作状態の開から閉への切り替えを決定したとき、制御装置１００は、筒内の気流速度の過渡的な変化に伴う燃焼速度の変化を見越して、Ｎ番気筒の燃料噴射量Ｑを増量する。詳しくは、Ｎ番目の点火に係る燃焼空燃比が過渡制御の設定空燃比A/F_trsになるように、推定筒内空気量に基づいて燃料噴射量Ｑ(A/F_trs)を計算する。なお、ＴＣＶ５２の動作状態が閉から開へ切り替わる場合と、開から閉へ切り替わる場合とでは、動作状態の切り替えが燃焼に与える影響の大きさに違いがある。このため、過渡制御の設定空燃比A/F_trsは、詳しくは、ＴＣＶ５２の動作状態が閉から開へ切り替わる場合と、開から閉へ切り替わる場合とで別々に設定されている。
【００４８】
推定筒内空気量は、スロットルやＴＣＶ５２の動作状態から推定される空気量であり、エアモデルを用いて計算される。エアモデルは公知であるのでその詳細な説明は行わず、概要についてのみ説明する。まず、スロットルをノズルの式によってモデル化したスロットルモデルを用いて、目標スロットル開度から推定吸気圧（スロットルより下流でＴＣＶ５２より上流の空間の推定圧力）が算出される。そして、実験結果に基づいて筒内空気量と吸気圧との関係を線形式によりモデル化した吸気弁モデルを用いて、推定吸気圧から推定筒内空気量が算出される。図８は、エアモデルを構成する吸気弁モデルの例を示す図である。ＴＣＶ５２が開のときと閉のときとでは流量係数が異なるため、ＴＣＶ５２の動作状態に応じて筒内空気量と吸気圧との関係を示す線形式が切り替えられる。ただし、ＴＣＶ５２の動作状態の変化に対して筒内空気量の変化には応答遅れがあるため、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替え後に算出される推定筒内空気量に対しては、推定筒内空気量の急変を抑えるための処理、例えば、なまし処理が行われる。
【００４９】
上記のように、推定筒内空気量の計算にはエアモデルが用いられるが、エアモデルによる計算には予測誤差が含まれている。その予測誤差は、ＴＣＶ５２の動作状態が切り替わるときのような過渡状態において特に大きくなる。推定筒内空気量に含まれる予測誤差によって失火が起きることを防ぐことが、過渡制御において燃焼空燃比をリッチ化する一つの理由である。
【００５０】
制御装置１００は、ＴＣＶ５２の動作状態の開から閉への切り替えを実行した後、Ｎ番気筒の基本点火時期を中間過渡マップ（MAP_trs）を用いて決定する。制御装置１００は、エンジン２の回転速度及び負荷率から点火時期を決定するためのマップを三種類用意している。第１のマップは、ＴＣＶ５２が開いている場合に点火時期の設定に用いられるＴＣＶ開マップ（MAP_open）であり、図９にその内容が示される。図９に示すＴＣＶ開マップ（MAP_open）におけるSA_open_ijは、負荷率の値がインデックス番号ｉに対応し、エンジン回転速度の値がインデックス番号ｊに対応する場合に設定される点火時期の値を意味している。第２のマップは、ＴＣＶ５２が閉じている場合に点火時期の設定に用いられるＴＣＶ閉マップ（MAP_close）であり、図１０にその内容が示される。図１０に示すＴＣＶ閉マップ（MAP_close）におけるSA_close_ijは、負荷率の値がインデックス番号ｉに対応し、エンジン回転速度の値がインデックス番号ｊに対応する場合に設定される点火時期の値を意味している。そして、第３のマップは、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えが行われる場合に点火時期の設定に用いられる前述の中間過渡マップ（MAP_trs）であり、図１１にその内容が示される。中間過渡マップ（MAP_trs）には、ＴＣＶ開マップ（MAP_open）の設定値とＴＣＶ閉マップ（MAP_close）の設定値との中間値が記憶されている。具体的には、負荷率の値がインデックス番号ｉに対応し、エンジン回転速度の値がインデックス番号ｊに対応する場合、中間過渡マップMAP_trsによれば、点火時期の値は(SA_open_ij＋SA_close_ij)/2に設定される。
【００５１】
点火時期を最適にして燃焼効率を高く保つためには、燃焼速度に応じて点火時期を調整する必要がある。ＴＣＶ５２が閉じているときは、気流速度が相対的に速くなるため、筒内の乱れが大きくなって燃焼速度は速くなる。よって、点火時期は相対的に遅角する必要がある。その逆の理由により、ＴＣＶ５２が開いているきは、点火時期は相対的に進角する必要がある。このため、ＴＣＶ閉マップ（MAP_close）の設定値は相対的に遅い点火時期となり、ＴＣＶ開マップ（MAP_open）の設定値は相対的に早い点火時期となっている。中間過渡マップ（MAP_trs）の設定値がそれらの中間値とされているのは、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えが行われたとき、筒内の気流速度は、切り替え前の速度と切り替え後の速度との中間の速度になっていると推測されるからである。
【００５２】
制御装置１００は、中間過渡マップ（MAP_trs）を用いて決定した基本点火時期に対して遅角量ΔSA_richを加算する。遅角量ΔSA_richを加算する理由は、過渡制御の設定空燃比A/F_trsをリーン燃焼運転の通常設定空燃比A/F_leanよりも燃料リッチにしたことによるトルク増を、点火時期の遅角によるトルク減によって相殺することにある。ＴＣＶ５２の動作状態の切り替え前の点火時期SA_open_ijと切り替え後の点火時期SA_close_ijとの中間の点火時期(SA_open_ij＋SA_close_ij)/2を基準にして、それより遅角量ΔSA_richだけ遅角した点火時期を、Ｎ番気筒の点火時期とすることで、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えに伴うトルクの変動をより抑えることができる。なお、遅角量ΔSA_richは、詳しくは、ＴＣＶ５２の動作状態が閉から開へ切り替わる場合と、開から閉へ切り替わる場合とで別々に設定されている。
【００５３】
先に述べたように、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替え期間はＮ番気筒の吸気行程のみと重なっているので、Ｎ番気筒よりも点火時期が早い気筒には、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えの影響は及ばない。よって、図７に示す例では、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えを決定してからＮ番気筒の点火までの間に、Ｎ−３番気筒、Ｎ−２番気筒、及びＮ−１番気筒の点火が行われるが、これらの気筒の点火時期はＴＣＶ開マップ（MAP_open）を用いて決定することができる。
【００５４】
Ｎ番気筒よりも点火時期が遅い気筒への影響は、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えからの経過時間に依存する。ただし、筒内の気流速度の変化が影響するのはＮ番気筒であり、それよりも遅い気筒には筒内空気量の変化のみが影響する。図７に示す例では、Ｎ＋１番気筒、Ｎ＋２番気筒、及びＮ＋３番気筒の吸気行程は、筒内空気量が変化している期間と重なっているため、これらの気筒には、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えに伴う筒内空気量の変化が影響する。しかし、筒内空気量の変化はエアモデルによって推定できるので、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えがＮ番気筒より後の気筒の燃焼に与える影響は小さい。よって、Ｎ＋１番気筒、Ｎ＋２番気筒、及びＮ＋３番気筒に対しては過渡制御を行う必要はなく、燃焼空燃比がリーン燃焼運転の通常設定空燃比A/F_leanになるように、推定筒内空気量に基づいて燃料噴射量Ｑ(A/F_lean)を計算することができる。また、これらの気筒の点火時期はＴＣＶ閉マップ（MAP_close）を用いて決定することができる。
【００５５】
４．ＴＣＶの動作状態の切り替えタイミングの決定方法
図７に示す例では、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えを決定してから、最初に燃料噴射の時期を迎える気筒の吸気行程において、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えを実行している。しかし、気筒には個体差があり、製作誤差や経時変化の影響によって燃焼が良い気筒と悪い気筒が存在することが知られている。図７に示す例では、Ｎ番気筒がＴＣＶ５２の動作状態の切り替えの影響を最も受ける気筒であるが、仮に、燃焼が最も悪い気筒（以下、最悪燃焼気筒という）がＮ番気筒に該当したとすると、燃焼が不安定になって排気ガス性能の悪化等が起きるリスクは高くなる。よって、最悪燃焼気筒は、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えの影響を最も受けない気筒（図７に示す例ではＮ＋３気筒）に該当するようにしたい（なお、エンジン２は直列４気筒エンジンであるので、Ｎ＋４番気筒はＮ番気筒となり、最も影響を受けやすい気筒となる）。
【００５６】
各気筒の燃焼の良否は、気筒ごとに備えられる燃焼圧センサ４２の信号を処理することで判定することができる。例えば、燃焼圧センサ４２の信号からクランク角ごとに燃焼質量割合を計算し、点火時期から燃焼質量割合が所定割合（例えば１０％）になるまでの期間を計算すれば、その期間を燃焼速度の高低を示すパラメータとすることができる。燃焼速度の変動率が大きいほど燃焼が悪い気筒であり、燃焼速度の変動率が小さいほど燃焼が良い気筒であると判断することができる。気筒ごとに燃焼速度の変動率を調べることで、燃焼の良い順番に気筒間で優劣をつけることができる。好ましくは、気筒ごとに複数サイクルにわたって燃焼速度の変動率を調べ、その平均値から優劣を判断する。
【００５７】
また、燃焼圧センサ４２の信号を用いた燃焼制御が知られている。例えば、特開２０１５−０９４３３９号公報には、点火時期から燃焼質量割合が１０％になるまでの期間（この期間はＳＡ−ＣＡ１０と呼ばれている）が目標値になるように燃料噴射量をフィードバック制御することで、燃焼を適切に制御することが開示されている。燃焼質量割合が５０％になるクランク角度（このクランク角度はＣＡ５０と呼ばれている）が目標値になるように点火時期をフィードバック制御することで、燃焼を適切に制御することも広く知られている。これらの燃焼制御におけるフィードバック値は、燃焼が悪いほど大きい値になる。よって、フィードバック値が大きいほど燃焼が悪い気筒であり、フィードバック値が小さいほど燃焼が良い気筒であると判断することができる。気筒ごとにフィードバック値の大きさを調べることで、燃焼の良い順番に気筒間で優劣をつけることができる。好ましくは、気筒ごとに複数サイクルにわたってフィードバック値の大きさを調べ、その平均値から優劣を判断する。
【００５８】
また、燃焼期間が長いほど燃焼が悪い気筒であり、燃焼期間が短いほど燃焼が良い気筒であると判断できることから、気筒ごとに燃焼期間を計算することで、燃焼の良い順番に気筒間で優劣をつけることができる。好ましくは、気筒ごとに複数サイクルにわたって燃焼期間を調べ、その平均値から優劣を判断する。なお、燃焼期間は、燃焼質量割合が０％より大きくなってから１００％になるまでの期間として算出することができる。また、燃焼圧センサ４２の信号から単位クランク角あたりの熱発生量である熱発生率を計算し、熱発生率がプラスの値になってから再びマイナスの値になるまでの期間を燃焼期間としてもよい。
【００５９】
以上のような方法で各気筒の燃焼の良否を判定し、燃焼の良い順番に気筒間で優劣をつけることで、最悪燃焼気筒を特定することができる。そして、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替え期間と、点火順序において最悪燃焼気筒の次の気筒の吸気行程とが重なるようにＴＣＶ５２の動作状態の切り替えを行うことで、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えの影響を最も受けない気筒（図７に示す例ではＮ＋３番気筒）に最悪燃焼気筒を相当させることができる。このような方法でＴＣＶ５２の動作状態の切り替えタイミングを決定することで、燃焼が悪い気筒へのＴＣＶ５２の動作状態の切り替えの影響を低減し、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えに伴う排気性能の悪化やトルクの変動をより抑えることができる。
【００６０】
また、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えタイミングを決定する別の方法として、最も燃焼が良い気筒（以下、最良燃焼気筒という）を、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えの影響を最も受ける気筒（図７に示す例ではＮ番気筒）に相当させてもよい。つまり、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替え期間と最良燃焼気筒の吸気行程とが重なるようにＴＣＶ５２の動作状態の切り替えを行ってもよい。このような方法でＴＣＶ５２の動作状態の切り替えタイミングを決定することで、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えに伴う排気性能の悪化やトルクの変動を効果的に抑えることができる。
【００６１】
なお、各気筒の燃焼の良否の判定は定期的に行い、最悪燃焼気筒（或いは最良燃焼気筒）を定期的に再特定することが好ましい。デポジットの付着などの影響によって燃焼の良否は経時的に変化するためである。
【００６２】
５．可変動弁装置を活用したリッチスパイク
最後に、ＴＣＶ５２の動作状態の切り替えに係るリッチスパイクとしても有効な、可変動弁装置を活用したリッチスパイクについて図１２を用いて説明する。図１２の上から１段目には、トルクの時刻による変化を示すタイムチャートが描かれている。２段目には、燃焼空燃比（Ａ／Ｆ）の時刻による変化を示すタイムチャートが描かれている。３段目には、可変動弁装置によって制御される吸気弁のバルブタイミングが描かれている。４段目には、可変動弁装置の吸気カムの作用角の時刻による変化を示すタイムチャートが描かれている。５段目には、吸気弁の閉じタイミングの時刻による変化を示すタイムチャートが描かれている。６段目には、点火時期の時刻による変化を示すタイムチャートが描かれている。７段目には、排気ガスのエネルギの時刻による変化を示すタイムチャートが描かれている。８段目には、排気ガスの温度の時刻による変化を示すタイムチャートが描かれている。そして、９段目には、触媒の温度の時刻による変化を示すタイムチャートが描かれている。
【００６３】
図１２に示すように、可変動弁装置を活用したリッチスパイクとは、吸気弁の作用角を拡大して閉じタイミングをＢＴＤＣよりも大きく遅角することで、筒内空気量を減少させて燃焼空燃比を燃料リッチにする方法である。これによれば、従来のリッチスパイクのように燃料噴射量を大きく増量させる必要がないため、トルクの過剰分に対する点火時期の遅角は不要になる。これにより、排気ガスに与えられるエネルギが低減して排気温度の上昇が抑えられるので、触媒温度が浄化ウインドウを超えて高温になることを防ぐことができる。
【００６４】
６．その他実施の形態．
上述の実施の形態ではタンブル制御弁を備えるエンジンに本発明を適用しているが、本発明はスワール制御弁を備えるエンジンにも適用することができる。
【００６５】
上述の実施の形態では各気筒のタンブル制御弁が共通の電動モータによって一体となって動作する構成となっているが、本発明は各気筒のタンブル制御弁（或いはスワール制御弁）が専用の電動モータによって独立して動作する構成にも適用することができる。
【００６６】
上述の実施の形態ではポート噴射弁を備えるエンジンに本発明を適用しているが、本発明は筒内噴射弁を備えるエンジンやポート噴射弁と筒内噴射弁の両方を備えるエンジンにも適用することができる。
【００６７】
また、本発明は、直列４気筒エンジンの他にも、直列３気筒エンジンやＶ型６気筒エンジン等の多気筒エンジンにも適用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
２  エンジン
１０  排気通路
１４  ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ）
３０  気筒
３２  吸気弁
３４  排気弁
３６  点火プラグ
３８  ポート噴射弁
４０  吸気ポート
４２  燃焼圧センサ
５２  タンブル制御弁（ＴＣＶ）
１００  制御装置
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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