(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられ排気ガスの浄化を行う触媒と、
燃料を燃焼室内に直接噴射しうる燃料噴射手段と、
排気バルブ及び／又は吸気バルブの開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整手段と、
上記燃焼室内の混合気に点火しうる点火手段と、
上記触媒の昇温が要求されるとき、上記燃料噴射手段を駆動して吸気行程で燃料を噴射するとともに上記点火手段による点火時期を通常運転時よりも遅角させる昇温開始制御を所定期間に亘って実行し、その後、上記燃料噴射手段を駆動して空燃比が理論空燃比近傍若しくは理論空燃比よりも若干希薄空燃比になるように燃料を圧縮行程中に噴射するとともに、上記バルブタイミング調整手段を駆動して上記排気バルブと上記吸気バルブとの開弁期間のオーバラップを通常運転時よりも減少させ、且つ、上記点火手段による点火時期を上死点後に設定する、昇温制御を実行する制御手段とを備えた
ことを特徴とする、筒内噴射型内燃機関。
【請求項２】
排気通路に設けられ排気ガスの浄化を行う触媒と、
燃料を燃焼室内に直接噴射しうる燃料噴射手段と、
排気バルブ及び／又は吸気バルブの開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整手段と、
上記燃焼室内の混合気に点火しうる点火手段と、
上記触媒の昇温が要求されるとき、上記燃料噴射手段を駆動して圧縮行程中に主燃料を噴射した後に追加燃料を膨張行程以降に噴射する昇温開始制御を所定期間に亘って実行し、その後、上記燃料噴射手段を駆動して空燃比が理論空燃比近傍若しくは理論空燃比よりも若干希薄空燃比になるように燃料を圧縮行程中に噴射するとともに、上記バルブタイミング調整手段を駆動して上記排気バルブと上記吸気バルブとの開弁期間のオーバラップを通常運転時よりも減少させ、且つ、上記点火手段による点火時期を上死点後に設定する、昇温制御を実行する制御手段とを備えた
ことを特徴とする、筒内噴射型内燃機関。
【請求項３】
上記制御手段は、上記昇温制御の開始後の所定時点で上記点火手段による点火時期を上死点後から上死点前に変更する
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の筒内噴射型内燃機関。
【請求項４】
上記燃焼室から排出された上記排気ガスを積極的に干渉させるための容積部を有する反応型排気マニホールドをそなえている
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の筒内噴射型内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射型内燃機関、特に排気バルブ及び／又は吸気バルブの開閉タイミングを調整しうる筒内噴射型内燃機関における触媒の昇温技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の内燃機関に備えられる触媒は、排気ガス中の有害成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等）を浄化する効果を有している。しかしながら、この排ガス浄化効果を得るためには触媒が所定の活性化温度に達していることが必要であり、冷態始動時のように触媒温度が低い状態では十分な効果を得ることはできない。この点については近年実用化されている筒内噴射型内燃機関でも同様であるが、筒内噴射型内燃機関では、燃料噴射時期を任意に制御できるという特性を生かした種々の触媒昇温技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特開２０００−２４０４８５号公報には、触媒の昇温が要求される時、空燃比が理論空燃比近傍になるように燃料を圧縮行程中に噴射して成層燃焼を行わせる技術が開示されている。この技術は、成層燃焼によって空燃比がリッチな領域とリーンな領域とを局部的に生じさせ、リッチ空燃比領域では不完全燃焼により多量のＣＯ，Ｈ2を発生させ、リーン空燃比領域では多量の余剰Ｏ2を発生させるようにしたものである。つまり、この技術によれば、多量のＣＯ，Ｈ2及びＯ2を触媒に同時に供給することができ、触媒上でのＣＯ，Ｈ2とＯ2との酸化反応による反応熱によって触媒を効率的に昇温させることができる。
【０００４】
また、筒内噴射型内燃機関においては、主燃料の噴射後の膨張行程中に追加燃料を噴射することによって触媒を昇温させる技術も知られている。膨張行程中に噴射された追加燃料は内燃機関の出力には寄与せず、そのエネルギの多くは熱となって排気温度を高めることになるので、この技術によれば、高温の排気ガスを触媒に供給して触媒を効率的に昇温させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術は、何れも、燃料噴射時期を任意に制御できるという筒内噴射型内燃機関の特性を生かし、燃料噴射時期によって内燃機関の燃焼状態を制御して触媒の昇温を図っている。しかしながら、内燃機関の燃焼状態を制御するためのパラメータとしては、上記の燃料噴射時期のほかに、点火時期や排気バルブ及び吸気バルブの開閉タイミング等がある。したがって、燃料噴射時期だけでなくこれらの燃料噴射時期以外の制御パラメータも用いて内燃機関の燃焼状態を制御すれば、より効率的な触媒の昇温制御が可能になると考えられる。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、触媒を効率的に昇温させることを可能にした筒内噴射型内燃機関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】
上記目的を達成するため、本発明の筒内噴射型内燃機関は、排気通路に設けられ排気ガスの浄化を行う触媒の昇温が要求されるときには、制御手段により以下の昇温制御を実行することを特徴としている。すなわち、上記触媒の昇温が要求されるときには、燃料噴射手段を駆動して空燃比が理論空燃比近傍若しくは理論空燃比よりも若干希薄空燃比になるように燃料を圧縮行程中に燃焼室内に直接噴射するとともに、バルブタイミング調整手段を駆動して排気バルブと吸気バルブとの開弁期間のオーバラップを通常運転時よりも減少させ、且つ、点火手段による点火時期を上死点後に設定している。
【０００８】
通常、点火時期を遅角させるほど後燃え燃焼による排気温度の上昇が期待できるが、点火時期があまりにも遅い場合には燃焼が不安定になってトルク変動等のドライバビリティの悪化を招いてしまう虞がある。しかしながら、本発明の筒内噴射型内燃機関では、圧縮行程中に燃料を噴射することによって燃焼速度の速い成層燃焼を実現し、これにより燃焼安定性を高めている。また、開弁期間のオーバラップを減少させることによって内燃機関の内部ＥＧＲを低減し、これによっても燃焼安定性を高めている。したがって、上記のように点火時期を大きく遅角させて上死点後に設定した場合でも安定した後燃え燃焼の確保によって排気温度は確実に高められ、圧縮行程噴射により生成されるＣＯ，Ｈ2と余剰Ｏ2の触媒上での反応と相俟って触媒を効率よく昇温させることができる。
【０００９】
なお、上記触媒の昇温が要求されるときとしては、内燃機関の冷態始動時の他、アイドリングやリーン運転がある程度の時間にわたって継続したときのように上記触媒の温度が活性化温度以下まで低下したり或いは低下しそうな状況にあるとき等が挙げられる。昇温要求の有無の判定は、例えば、触媒温度を検出或いは推定し、触媒温度が所定温度以下のときに昇温要求が有ると判定してもよい。なお、上記触媒の種類には限定はなく、三元触媒の他、吸蔵型ＮＯｘ触媒や選択還元型ＮＯｘ触媒等も適用できる。また、上記触媒の配設位置にも限定はなく、床下触媒でもよいし近接触媒でもよい。
【００１０】
上記昇温制御時の空燃比（Ａ／Ｆ）は、リッチ過ぎる場合には不完全燃焼の度合いが高すぎて未燃ＨＣが多量に発生するとともに、上記点火手段としての点火プラグのくすぶりの要因となり、スモークを発生させる虞がある。逆にリーン過ぎる場合にはＣＯの生成量が不足するとともに、燃費の悪化やドライバビリティの低下を招いてしまう。したがって、上記昇温制御時の空燃比（Ａ／Ｆ）は、１４〜１８の範囲に設定するのが好ましく、より好ましくは１４．５〜１６の範囲に設定する。同様に上記点火手段の周囲に局所的に生成されるリッチ領域の空燃比については８〜１０の範囲になるのが好ましい。また、空燃比の制御はオープンループ制御でもよいが、より好ましくは、上記触媒の上流側に設置されるＯ2センサが活性化した時点で空燃比のフィードバック制御を行うようにする。
【００１１】
また、上記バルブタイミング調整手段は、吸気バルブの開閉タイミングを調整するものでもよく、排気バルブの開閉タイミングを調整するものでもよい。さらに、吸／排気バルブ双方の開閉タイミングを調整するものでもよい。バルブタイミングの調整機構としては、切換式，位相切換式，偏芯式或いは電磁弁式等、少なくともバルブタイミングを変更可能なものであればよい。好ましくは、ベーン式のタイミング可変機構のように連続的にバルブタイミングを変更できる機構とする。この場合、上記昇温制御時のバルブオーバラップの量は、内燃機関の水温（或いは油温）や触媒温度（或いは排気温度）の上昇度に応じて増大させるのがより好ましい。上記昇温制御時のバルブオーバラップは、少なくとも通常運転時（温態時）よりも減少していればよいが、クランク角度で０度以下、すなわちオーバラップが全く無いか或いは排気バルブも吸気バルブも開いていない期間を設けるようにしてもよい。このようにオーバラップが全く無い状態とすることで、内部ＥＧＲを完全に無くすことができる。
【００１２】
また、上記昇温制御における圧縮行程噴射においては、好ましくは、同負荷，同回転速度で比較したときの通常運転時の圧縮行程噴射における噴射時期よりも圧縮行程の範囲内で噴射時期を進角させる。このように噴射時期を進角させることで、燃焼室空間が比較的広いときに燃料を噴射することができ、燃料の拡散を促進して燃焼安定性をより向上させることが可能になる。また、噴射された燃料の霧化時間が十分に確保されることにより、スモークの発生を抑制することもできる。
【００１３】
また、点火時期は、上死点から上死点後３０度の範囲に設定するのが好ましい。より好ましくは、上死点後５〜２０度の範囲に点火時期を設定する。このような範囲内に点火時期を設定することで、燃費の悪化やドライバビリティの低下を招くことなく排気温度を上昇させることができる。さらに、点火時期の遅角による出力の低下を補うために、点火時期の遅角度合いに応じて吸入空気量を増加するのも好ましい。
【００１４】
上記の筒内噴射型内燃機関において、より好ましくは、上記昇温制御の開始後の所定時点で点火時期を上死点後から上死点前に変更（空燃比，燃料噴射時期及び開弁期間のオーバラップについては、上記昇温制御の設定を維持）するように上記制御手段を構成する。上記昇温制御では、点火時期の遅角による高温排気ガスの供給と圧縮行程噴射によるＣＯ，Ｈ2及び余剰Ｏ2の供給とにより触媒の昇温を図っているが、触媒温度がある程度まで上がり触媒の一部分でも活性化すれば、その後は圧縮行程噴射によるＣＯ，Ｈ2及び余剰Ｏ2の供給のみによっても十分に触媒を活性化温度まで昇温させることができる。したがって、このように上記昇温制御の開始後に点火時期を上死点後から上死点前に変更（進角）することにより、点火時期の遅角に伴う燃費の低下を抑制することが可能になる。
【００１５】
なお、点火時期を上死点後から上死点前に変更する所定時点としては、触媒温度が所定温度に達した時点とするのが好ましい。触媒温度は触媒から直接検出してもよく、或いは高温センサにより検出できる排気温度から推定してもよい。また、内燃機関の冷却水温（或いは油温）が所定温度に達したら点火時期を変更するようにしてもよい。さらに、上記昇温制御の開始からの経過時間と触媒温度との関係を予め実験等で求めておき、上記昇温制御の開始から所定時間（触媒温度が所定温度まで達したと推定される時間）が経過した時点で点火時期を変更するようにしてもよい。また、この場合、点火時期を上死点後から上死点前へステップ状に変更してもよいが、好ましくは上死点後から上死点前へ徐々に（より好ましくは連続的に）点火時期を進角させていくようにする。そして、さらに好ましくは、検出或いは推定された触媒温度（或いは上記昇温制御の開始からの経過時間或いは水温等）に応じて点火時期を進角させていくようにする。
【００１６】
さらに、上記昇温制御の実行に先立ち、以下のような昇温開始制御（第１,第２の昇温開始制御）を実行するように上記制御手段を構成する。
まず、第１の昇温開始制御では、上記触媒の昇温が要求されるとき、上記昇温制御の実行に先立ち、所定期間に亘り、上記燃料噴射手段を駆動して吸気行程で燃料を噴射するとともに、上記点火手段による点火時期を通常運転時よりも遅角させる。このように始めの所定期間はＣＯの生成量の少ない吸気行程噴射を行いながら点火時期を通常運転時よりも遅角させることで、ＣＯ排出量を低減できるとともに上記触媒の活性化の早期活性化を図ることが可能になる。なお、この場合、好ましくは、排気バルブと吸気バルブとの開弁期間のオーバラップは通常運転時よりも減少させるようにする。
【００１７】
また、第２の昇温開始制御では、上記触媒の昇温が要求されるとき、上記昇温制御の実行に先立ち、所定期間に亘り、上記燃料噴射手段を駆動して圧縮行程中に主燃料を噴射した後に追加燃料を膨張行程以降に噴射する。このように主燃料と追加燃料のいわゆる二段燃焼により上記触媒をある程度まで昇温させた後で上記昇温制御の実行することにより、ＣＯ排出量を低減しながら触媒を効率良く昇温させることが可能になる。なお、この場合、好ましくは、排気バルブと吸気バルブとの開弁期間のオーバラップは通常運転時よりも減少させるようにする。また、点火時期は通常運転時よりも遅角させるのが好ましい。さらに、追加燃料の噴射時期としては、膨張行程中期以降が好ましい。
また、上記燃焼室から排出された上記排気ガスを積極的に干渉させるための容積部を有する反応型排気マニホールドをそなえていることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明の第１実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の概要について説明すると、本筒内噴射型内燃機関は、吸気，圧縮，膨張及び排気の各行程を一作動サイクル中に備える４サイクル機関であって、火花点火式で、且つ、燃焼室内に燃料を直接噴射可能に構成されている。より具体的には、本筒内噴射式内燃機関は図１の概略構成図に示すように構成されている。
【００１９】
図１に示すように、本筒内噴射式内燃機関（以下、エンジンという）１のシリンダヘッド２には、吸気通路４および排気通路５が燃焼室３に連通しうるように接続されている。吸気通路４と燃焼室３とは吸気バルブ６によって連通制御されるとともに、排気通路５と燃焼室３とは排気バルブ７によって連通制御されるようになっている。このうち吸気バルブ６には、吸気バルブ６の開閉タイミングを可変調整するバルブタイミング調整装置１０が備えられている。バルブタイミング調整装置（バルブタイミング調整手段）１０の機構は公知であるのでここでは詳細な説明は省略するが、例えばタイミングベルトを介してクランク軸に連結されるタイミングプーリのハウジング内にベーンロータを回動可能に設け、このベーンロータに吸気カム軸を連結することによって構成される。そして、ベーンロータに作用させる油圧を制御することでタイミングプーリに対する吸気カム軸の位相を調整し、吸気バルブ６の開閉タイミングを連続的に調整できるようになっている。
【００２０】
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に燃料噴射弁（燃料噴射手段）９が備えられている。燃料噴射弁９は、燃焼室３内に燃料を直接噴射できるように、その開口を燃焼室３に臨ませるように配置されている。この燃料噴射弁９には、図示しない低圧燃料ポンプ及び高圧燃料ポンプにより加圧された燃料が供給されるようになっている。さらに、シリンダヘッド２の各気筒の燃焼室３の頂部中央には、点火プラグ（点火手段）８が備えられている。
【００２１】
吸気通路４には、各気筒の燃焼室３内に吸入空気を導入するための吸気マニホールド１１が備えられている。シリンダヘッド２には、吸気ポートが気筒毎に燃焼室３に対して比較的直立して設けられており、吸気マニホールド１１は各吸気ポートと連通するようにシリンダヘッド２に接続されている。吸気マニホールド１１の上流には、吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ１２が設けられている。
【００２２】
一方、排気通路５には、各気筒の燃焼室３から排出された排ガスを一つに集合させる排気マニホールド１７が備えられている。シリンダヘッド２には、排気ポートが気筒毎に比較的水平方向に設けられており、排気マニホールド１７は各排気ポートと連通するようにシリンダヘッド２に接続されている。排気マニホールド１７としては、各気筒の燃焼室３から排出される排気ガスの干渉を防止してエンジン出力の向上を図るためデュアルタイプの排気マニホールドが採用されている。また、排気マニホールド１７の下流側で車両床下には触媒装置１８および図示しないマフラ (消音器）が設けられている。触媒装置１８は、排気ガス中の有害成分（ＣＯ，未燃ＨＣ，ＮＯx）を浄化する装置であり、吸蔵型ＮＯｘ触媒１８Ａの上下流に三元触媒１８Ｂ，１８Ｃを配置した構造になっている。
【００２３】
さらに、車室内には、エンジン１を制御する制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０が備えられている。ＥＣＵ３０は、入出力装置，ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＣＰＵ及びタイマカウンタ等から構成されており、入力側に接続された種々のセンサからの検出情報に基づいてエンジン１の総合制御を行っている。
ＥＣＵ３０の入力側に接続されるセンサとして、まず吸気通路４には、そのスロットルバルブ１２の配設部分に、スロットルバルブ１２の開度θthを検出するためのスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）２０が付設されている。また、排気通路５には、触媒装置１８の上流部分にＯ2センサ２１と高温センサ２２とが配設されている。Ｏ2センサ２１は、排気ガス中の酸素濃度を検出するセンサであり、理論空燃比（ストイキオ）を境としてその出力が大きく変化するような特性を有している。高温センサ２２は排気ガスの温度を検出するセンサである。さらに、その他のセンサとして、エンジン１の冷却水の水温ＷＴを検出する水温センサ２３や、クランクシャフトの回転に同期して信号を出力するクランク角センサ２４や、図示しないアクセル開度センサやエアフローセンサ等が設けられている。なお、クランク角センサ２４からの信号はエンジン回転速度Ｎeの算出に用いられる。
【００２４】
一方、ＥＣＵ３０の出力側には、点火プラグ８，燃料噴射弁９及びバルブタイミング調整装置１０等が接続されている。ＥＣＵ３０は、上記の各種センサ２０〜２４からの検出情報に基づいて、点火プラグ８の点火時期や、燃料噴射弁９からの燃料噴射時期及び燃料噴射量や、バルブタイミング調整装置１０による吸気バルブ６の開閉タイミング等を制御している。
【００２５】
なお、本実施形態にかかるエンジン１の燃料噴射の態様（燃料噴射モード）としては、吸気行程中に燃料を噴射して予混合燃焼を行う吸気行程噴射モードと、圧縮行程中に燃料を噴射して成層燃焼を行う圧縮行程噴射モードの燃料噴射時期の異なる２つのモードが設けられている。より詳しくは、吸気行程噴射モードとして、Ｏ2センサ２１からの信号を用いて空燃比がストイキオになるようにフィードバック制御する吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂモード、ストイキオよりも希薄な空燃比（リーン空燃比）となるようオープンループ制御する吸気リーンモード、及び、ストイキオよりも過濃な空燃比（リッチ空燃比）となるようオープンループ制御する吸気Ｏ／Ｌモードが設けられている。一方、圧縮行程噴射モードとしては、吸気リーンモードよりもさらに希薄な空燃比となるようオープンループ制御する圧縮リーンモード、ストイキオよりも若干リーンなスライトリーン空燃比（Ａ／Ｆ＝１５〜１６）となるようオープンループ制御する圧縮スライトリーンモード（圧縮Ｓ／Ｌモード）が設けられている。
【００２６】
上記の噴射モードのうち、各吸気行程噴射モードと圧縮リーンモードとは、通常時の燃料噴射制御に用いられ、ＥＣＵ３０は、アクセル開度とエンジン回転速度Ｎｅとで決まるエンジン１の運転状態に応じて適宜の燃料噴射モードを選択するようになっている。一方、圧縮Ｓ／Ｌモードは、後述する昇温制御時の燃料噴射制御に用いられる。昇温制御は、触媒装置１８の昇温が要求される場合、すなわち触媒装置１８の温度が低下しているような状況で選択されるエンジン１の制御方法であり、本実施形態にかかるエンジン１では、ＥＣＵ３０は、上記の燃料噴射モードに加え、点火プラグ８の点火時期と、バルブタイミング調整装置１０による吸気バルブ６の開閉タイミングとを総合制御することによって実現している。
【００２７】
以下、本発明の第１実施形態にかかる昇温制御について、図２のフローチャート及び図３のタイムチャートを用いて説明する。なお、ここでは、エンジン１を冷態始動させる場合の昇温制御について説明する。
まず、ステップＳ１０では、ＥＣＵ３０は、始動スイッチ（例えばイグニションキー）が操作されてオン状態とされた場合、すなわちエンジン１が始動したと判定された場合に、本制御ルーチンで用いるタイマの値Ｔを０にリセットしてカウントを開始する〔すなわちタイマオン、図３（ｄ）参照〕。そして、ステップＳ２０において、エンジン回転速度Ｎeが所定値Ｎe0（Ｎe0＞アイドル回転速度）に達したと判定され、始動判定が完了したら次のステップＳ３０に進む。なお、図３（ａ）に示すように、エンジン１の始動後、エンジン回転速度Ｎeが所定値Ｎe0に達するまでは、始動に十分な燃料を供給すべく燃料噴射モードは吸気Ｏ／Ｌモードが選択される。
【００２８】
ステップＳ３０では、ＥＣＵ３０は、昇温制御を実行してもよいか否かを判定する。具体的には、冷却水温（単に、水温という）ＷＴ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe（アクセル開度とエンジン回転速度Ｎeとから推定），車速Ｖがそれぞれ対応する所定値ＷＴ1，Ｎe1，Ｐe1，Ｖ1以下であるか否かを判定する。エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖのいずれかが高い条件では、エンジン１の運転状態は圧縮行程噴射領域を外れており、排気温度が高い通常走行状態とみなすことができるので、昇温制御を用いなくても触媒装置１８を昇温することができ、逆に昇温制御を実行すると排気浄化触媒装置１８の過昇温を招く虞がある。また、水温センサ２３により検出された冷却水温ＷＴが、所定値、すなわちエンジン１が暖機したとみなせる暖機温度ＷＴ1以下であるか否かを判定するのは、排気浄化触媒装置１８の過昇温を防止するためである。
【００２９】
したがって、水温ＷＴ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖのいずれかが対応する所定値ＷＴ1，Ｎe1，Ｐe1，Ｖ1よりも大きい場合（Ｎｏルート）には、ＥＣＵ３０は、昇温制御を実行することなく、ステップＳ４０において通常時の制御を実行する。つまり、エンジン１の運転状態に応じた燃料噴射モード，点火時期，及び吸気バルブ６の開閉タイミングを選択する。一方、水温ＷＴ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖのいずれもが対応する所定値ＷＴ1，Ｎe1，Ｐe1，Ｖ1以下の場合（Ｙｅｓルート）には〔図３（ｅ）〜図３（ｈ）参照〕、次のステップＳ５０に進み、昇温制御を実行する。
【００３０】
昇温制御は、上述したように燃料噴射モード，点火時期，及び吸気バルブ６の開閉タイミングの総合制御によって実現される。具体的には、ＥＣＵ３０は、燃料噴射モードとして圧縮Ｓ／Ｌモードを選択し、点火時期は圧縮上死点後に遅角させる〔図３（ａ），図３（ｂ）参照〕。また、吸気バルブ６の開閉タイミングは図４に示すように排気バルブ７と吸気バルブ６との開弁期間のオーバラップ（バルブオーバラップ）が通常運転時よりも減少するように遅角させる〔図３（ｃ）参照〕。
【００３１】
冷態始動時のように触媒温度が低く触媒装置１８の浄化能力が低いときには、空燃比は燃焼が悪化しない範囲で極力リーン化したほうが未燃ＨＣの低減に効果がある。その際、吸気行程噴射よりも圧縮行程噴射のほうが成層燃焼のため燃焼が早く、燃焼安定性に優れており、ドライバビリティも良好となる。加えて、空燃比をストイキオ近傍或いはストイキオよりも若干リーン寄りのスライトリーン空燃比に制御して圧縮行程噴射を行った場合には、局部的に極めて燃料濃度の濃いリッチ領域と燃料濃度の薄いリーン領域とが燃焼室３内に形成される。そして、リッチ領域では局部的に酸素が不足するために不完全燃焼が生起されて比較的多量のＣＯ，Ｈ2が発生し、リーン領域では燃焼に寄与しないＯ2が余剰Ｏ2として多く存在することになる。
【００３２】
したがって、上述のように燃料噴射モードとして圧縮Ｓ／Ｌモードが選択されることにより、反応性に富むＣＯ，Ｈ2と余剰Ｏ2とを排気通路５を経て触媒装置１８へ同時供給することができ、排気通路５及び触媒装置１８内での酸化反応によるＣＯ，Ｈ2とＯ2との反応熱によって触媒装置１８の昇温が図られることになる。なお、空燃比がリッチ過ぎる場合には不完全燃焼の度合いが高すぎて未燃ＨＣが多量に発生するとともに、点火プラグ８のくすぶりの要因となり、スモークを発生させる虞がある。逆に空燃比がリーン過ぎる場合にはＣＯ，Ｈ2の生成量が不足するとともに、燃費の悪化やドライバビリティの低下を招いてしまう。したがって、昇温制御における空燃比は、１４〜１８の範囲に設定されるのが好ましく、より好ましくは１４．５〜１６の範囲とする。また、点火プラグ８の周りに局所的に生成されるリッチ領域の空燃比については８〜１０の範囲が好ましい。
【００３３】
また、ＥＣＵ３０は、燃料噴射モードとして圧縮Ｓ／Ｌモードを選択すると同時に、点火時期を圧縮上死点後まで遅角させている。このように点火時期が圧縮上死点後まで遅角されることによって、膨張行程での十分な後燃えが可能になり、後燃えによる排気温度の上昇によってより速やかに触媒装置１８の昇温が図られることになる。特に、ＣＯ，Ｈ2とＯ2との反応熱のみでは、触媒１８Ａ〜１８Ｃが全く活性していない場合や活性化度合いが低い場合、触媒１８Ａ〜１８Ｃが活性化するまでに時間がかかるが、上記のように点火時期が圧縮上死点後まで遅角されることによって排気温度を高めることができ、触媒１８Ａ〜１８Ｃ（特に１８Ｂ）を十分に加熱して活性化させることができる。その結果、圧縮Ｓ／Ｌモードでの燃料噴射により供給されるＣＯ，Ｈ2及びＯ2を触媒１８Ａ〜１８Ｃ（特に１８Ｂ）上で有効に反応させることができ、その反応熱によって触媒１８Ａ〜１８Ｃ（特に１８Ｂ）のさらなる早期活性化が図られることになる。
【００３４】
ここで、図５は、冷態始動後の触媒装置１８内の三元触媒１８Ｂの入口部と中心部における温度Ｔexの時間変化（ａ）を、ＮＯx浄化効率（ｂ），ＣＯ浄化効率（ｃ），及びＨＣ浄化効率（ｄ）の時間変化と併せて、上述の昇温制御を実行した場合（実線）と昇温制御を実行することなく通常の制御を実行した場合（一点鎖線）とで比較して示したものである。本実施形態にかかる触媒装置１８はエンジン１本体から遠いため排気ガスが触媒装置１８に到達する前に排気温度が下がりやすく、また、デュアルタイプ排気マニホールド１７は排気干渉が少ない分、排気マニホールド１７内での反応が少なく、且つ熱容量が大きいと同時に表面積（放熱面積）が大きいために排気温度が下がりやすい。しかしながら、このように排気温度の維持に不利な構造であっても、これらの図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すように、冷態始動時、上述の昇温制御を実行した場合には、触媒装置１８を早期に活性化温度まで上昇させ、有害物質（ＨＣ，ＣＯ及びＮＯx）の浄化効率を速やかに上昇させることができる。
【００３５】
また、上述のように点火時期が圧縮上死点後まで遅角される場合、通常であれば燃焼が不安定になってトルク変動等のドライバビリティの悪化を招いてしまうことになるが、ＥＣＵ３０は、点火時期を遅角させるとともに、燃焼安定性の高い圧縮行程噴射を行っている。そして、さらに、上述のように排気バルブ７と吸気バルブ６との開弁期間のオーバラップを通常運転時よりも減少させことによってエンジン１の内部ＥＧＲを低減し、これによっても燃焼安定性を高めている。したがって、点火時期を圧縮上死点後まで大きく遅角させた場合でも、燃焼安定性の低下によってドライバビリティが悪化することがない。また、開弁期間のオーバラップを小さくすることによる燃焼安定性の向上は、リーン化に伴う燃焼安定性の悪化を補うので、より容易にリーン化を図ることも可能になる。
【００３６】
つまり本実施形態にかかる昇温制御によれば、空燃比がストイキオ近傍若しくはスライトリーン空燃比になるように燃料を圧縮行程中に噴射することと、点火時期を圧縮上死点後に設定することと、排気バルブ７と吸気バルブ６との開弁期間のオーバラップを通常運転時よりも減少させることの相乗効果によって、燃焼安定性の悪化を招くことなく触媒装置１８を効率的に昇温することができるという効果が得られる。
【００３７】
なお、点火時期の設定は、具体的には圧縮上死点後０〜３０度の範囲とする。圧縮上死点後３０度を超えないのは、圧縮上死点後３０度を超えるとさすがに燃焼安定性が低下してしまうからである。好ましくは圧縮上死点後５〜２０度の範囲とする。この範囲の設定により十分な排気昇温効果を得ることができる。また、排気バルブ７と吸気バルブ６との開弁期間のオーバラップは、少なくとも温態時（通常運転時）の同負荷，同回転速度における設定量よりも小さければよいが、バルブタイミング調整装置１０の機構上可能であれば、好ましくは０度以下の設定にする。オーバラップがある限りは燃焼安定性の低下の要因である内部ＥＧＲは多少とも存在しており、特に吸気通路４に負圧が発生している場合には、わずかでもオーバラップがあると負圧に引かれて本来排気通路５に排出されるべき排気ガスが内部ＥＧＲとして燃焼室３内に残存してしまう。したがって、上記のようにオーバラップを０度以下に設定することで内部ＥＧＲを完全に無くし、さらなる燃焼安定性の向上を図ることが可能になる。
【００３８】
以上のように昇温制御を実行して触媒装置１８の昇温を実施したら、ＥＣＵ３０は、次にステップＳ６０の処理を行う。ステップＳ６０では、ＥＣＵ３０は、タイマが所定タイマ時間Ｔ１をカウントしたか否か、即ち上記の昇温制御を所定タイマ時間Ｔ１を超えて継続したか否かを判定する。所定タイマ時間Ｔ１は、予め実験等により、例えば、冷態始動後、昇温制御の実行により触媒装置１８が活性化温度に近い所定温度にまで昇温したと推定されるまでの時間に設定されている。そして、タイマが所定タイマ時間Ｔ１に達していない場合（Ｎｏルート）には、ＥＣＵ３０は、ステップＳ３０の処理を経て再びステップＳ５０において昇温制御を継続する。一方、タイマが所定タイマ時間Ｔ１をカウントした場合（Ｙｅｓルート）には、次のステップＳ７０の処理を行う。すなわち、ステップＳ７０では、ＥＣＵ３０は、昇温制御を終了し〔図３（ａ）〜図３（ｃ）参照〕、エンジン１の運転状態に応じた燃料噴射モード，点火時期，及び吸気バルブ６の開閉タイミングを選択して再び通常の制御を行う。
【００３９】
次に、本発明の第２実施形態について図６及び図７を用いて説明する。
本実施形態は第１実施形態よりも昇温制御における制御精度の向上を図ったものである。このため、本実施形態では、エンジン１の燃料噴射の態様（燃料噴射モード）として、第１実施形態と同様の各燃料噴射モードに加え、圧縮行程噴射モードの一つとしてＯ2センサ２１からの信号を用いて空燃比がストイキオになるようにフィードバック制御する圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードが設けられている。ＥＣＵ３０は、この圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードを圧縮Ｓ／Ｌモードと共に昇温制御時の燃料噴射制御に用いている。すなわち、本実施形態は昇温制御の方法に第１実施形態との相違があり、以下、この相違点である昇温制御の方法について重点的に説明する。なお、エンジン（筒内噴射型内燃機関）１の構成については第１実施形態と同構成であるのでここでは説明を省略し、以下、第１実施形態と同符合を用いるものとする。
【００４０】
図６のフローチャートに示すように、本実施形態は、第１実施形態にかかる昇温制御の実行ステップ（ステップＳ５０）の代わりに、ステップＳ５１〜Ｓ５３の処理を行うことを特徴としている。つまり、本実施形態では、ステップＳ５１〜Ｓ５３で昇温制御の実行ステップが構成されている。なお、他のステップについては第１実施形態と同様の処理内容なのでここでは説明を省略する。
【００４１】
まず、ステップＳ３０において、水温ＷＴ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖのいずれもが対応する所定値ＷＴ1，Ｎe1，Ｐe1，Ｖ1以下と判定された場合（Ｙｅｓルート）〔図７（ｆ）〜図７（ｉ）参照〕、ＥＣＵ３０は、次のステップＳ５１に進んで、Ｏ2センサ２１が活性化状態にあるか否かを判定する。Ｏ2センサ２１は、ある程度の高温下でその性能を発揮するように構成されているため、低温状態では適正なフィードバック制御を行うことができない。そこで、例えばＯ2センサ２１のリッチ空燃比における出力電圧を所定の活性判定電圧と比較することによってＯ2センサ２１が活性化状態を判別する。そして、Ｏ2センサ２１が未だ活性化状態にない（オフ）と判定された場合（Ｎｏルート）には〔図７（ａ）参照〕、ステップＳ５２に進む。
【００４２】
ステップＳ５２では、ＥＣＵ３０は、第１実施形態と同様に、燃料噴射モードとして圧縮Ｓ／Ｌモードを選択し、点火時期は圧縮上死点後に遅角させ、吸気バルブ６の開閉タイミングは排気バルブ７と吸気バルブ６との開弁期間のオーバラップが通常運転時よりも小さくなるように遅角させる〔図７（ｂ）〜図７（ｄ）参照〕。一方、Ｏ2センサ２１が活性化状態にある（オン）と判定された場合（Ｙｅｓルート）には〔図７（ａ）参照〕、ステップＳ５３に進む。
【００４３】
ステップＳ５３では、ＥＣＵ３０は、点火時期は圧縮上死点後に遅角させて、吸気バルブ６の開閉タイミングは排気バルブ７と吸気バルブ６との開弁期間のオーバラップが通常運転時よりも小さくなるように遅角させたまま、燃料噴射モードとして圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードを選択する〔図７（ｂ）〜図７（ｄ）参照〕。このように、空燃比がストイキオになるようにフィードバック制御しながら圧縮行程噴射を実行することにより、圧縮Ｓ／Ｌモードを選択した場合と同様に成層燃焼によって比較的多量のＣＯ，Ｈ2及び余剰Ｏ2を生成することができる。さらに、フィードバック制御であることから、圧縮Ｓ／Ｌモードにおけるオープンループ制御に比較して空燃比の正確な設定が可能になる。したがって、本実施形態によれば、第１実施形態よりも制御精度を高めることができ、触媒装置１８をより効率よく昇温させることが可能になるという効果がある。なお、フローチャート中には示していないが、ステップＳ４０で通常時の制御を行う場合も、Ｏ2センサ２１が活性化状態にあると判定された以降は、吸気Ｏ／Ｌモードから吸気Ｏ2−Ｆ／Ｂモードへ燃料噴射モードを切り替える。
【００４４】
圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモードにおいては、通常、空燃比がストイキオとなるようにフィードバック制御を行うが、フィードバックゲイン（例えばＰＩ制御の場合には、積分ゲイン或いは比例ゲイン）の設定を変えることによって、スライトリーン空燃比を目標空燃比としてフィードバック制御を行ってもよい。また、圧縮行程噴射では、成層燃焼に伴う局部的な不完全燃焼により排気ガス中に比較的多量のＨ2が発生するが、このＨ2はＯ2よりもＯ2センサ２１のＰt電極を覆うコート層を拡散する速度が速いため、Ｏ2濃度が実際よりも小さく検出されてＯ2センサ２１の出力はややリッチ寄りとなる。したがって、ストイキオを目標空燃比としてフィードバック制御を行った場合でも、実際の空燃比は自然にストイキオよりも若干リーン寄りのスライトリーン空燃比に制御されることになる。
【００４５】
また、図１ではＯ2センサ２１は触媒装置１８の上流側に配置しているが、触媒装置１８の下流側に配置してもよく、さらに上下流両側に配置してもよい。さらに、Ｏ2センサ２１として、リニア空燃比センサを用いることもできる。この場合には、任意の空燃比を目標空燃比としてフィードバック制御を実行することができる。
【００４６】
次に、本発明の第３実施形態について図８及び図９を用いて説明する。
本実施形態は第１実施形態よりも昇温制御における燃費の向上を図ったものであり、昇温制御の方法に第１実施形態との相違がある。以下、この相違点である昇温制御の方法について重点的に説明する。なお、エンジン（筒内噴射型内燃機関）１の構成については第１実施形態と同構成であるので説明を省略し、以下、第１実施形態と同符合を用いるものとする。
【００４７】
図８のフローチャートに示すように、本実施形態では、昇温制御を二段階（ステップＳ５０，ステップＳ５７）に分けて実行することを特徴としている。まず、第１段階の昇温制御（第１昇温制御）の実行処理（ステップＳ５０）は第１実施形態と同様であり、ＥＣＵ３０は、燃料噴射モードとして圧縮Ｓ／Ｌモードを選択し、点火時期は圧縮上死点後に遅角させ、吸気バルブ６の開閉タイミングは排気バルブ７と吸気バルブ６との開弁期間のオーバラップが通常運転時よりも小さくなるように遅角させる〔図９（ａ）〜図９（ｃ）参照〕。
【００４８】
次にステップＳ５４では、ＥＣＵ３０は、タイマが所定タイマ時間Ｔ２をカウントしたか否か、即ち上記の第１昇温制御を所定タイマ時間Ｔ２を超えて継続したか否かを判定する〔図９（ｄ）参照〕。所定タイマ時間Ｔ２は、予め実験等により、例えば、冷態始動後、第１昇温制御の実行により触媒装置１８が所定温度にまで昇温したと推定されるまでの時間に設定されている。そして、タイマが所定タイマ時間Ｔ２に達していない場合（Ｎｏルート）には、ＥＣＵ３０は、ステップＳ３０の処理を経て再びステップＳ５０において第１昇温制御を継続する。一方、タイマが所定タイマ時間Ｔ２をカウントした場合（Ｙｅｓルート）には、次のステップＳ５５の処理を行う。
【００４９】
ステップＳ５５では、ＥＣＵ３０は、第２段階の昇温制御（第２昇温制御）を実行してもよいか否かを判定する。具体的には、ステップＳ３０と同様に、水温ＷＴ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖがそれぞれ各対応する所定値ＷＴ1，Ｎe1，Ｐe1，Ｖ1以下であるか否かを判定する〔図９（ｅ）〜図９（ｈ）参照〕。そして、水温ＷＴ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖのいずれかが対応する所定値ＷＴ1，Ｎe1，Ｐe1，Ｖ1よりも大きい場合（Ｎｏルート）には、ＥＣＵ３０は、第２昇温制御を実行することなく、ステップＳ５６において通常時の制御を実行する。一方、水温ＷＴ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖのいずれもが対応する所定値ＷＴ1，Ｎe1，Ｐe1，Ｖ1以下の場合（Ｙｅｓルート）には、次のステップＳ５７に進み、第２昇温制御を実行する。なお、ここでは第１昇温制御の開始判定で用いた所定値ＷＴ1，Ｎe1，Ｐe1，Ｖ1を第２昇温制御の開始判定でも用いているが、第１昇温制御とは異なる所定値ＷＴ2，Ｎe2，Ｐe2，Ｖ2を用いてもよい。
【００５０】
第２昇温制御は、燃料噴射モードと吸気バルブ６の開閉タイミングの総合制御によって実現される。具体的には、ＥＣＵ３０は、第１昇温制御に実行時と同様に、燃料噴射モードとして圧縮Ｓ／Ｌモードを選択し、吸気バルブ６の開閉タイミングは排気バルブ７と吸気バルブ６との開弁期間のオーバラップが通常運転時よりも小さくなるように遅角させたままで〔図９（ａ），図９（ｃ）参照〕、点火時期を通常制御時と同様に上死点前に進角させる〔図９（ｂ）参照〕。また、ここでは点火時期は上死点前の通常制御時と同じ時期にしているが、上死点前としながら通常制御時よりも若干遅角させてもよい。これは、圧縮Ｓ／Ｌモードでの圧縮行程噴射を行っているため燃焼安定性が良く、多少点火時期を遅角させてもドライバビリティの悪化を招くことがないからである。
【００５１】
第１昇温制御では、点火時期の遅角による高温排気ガスの供給と圧縮行程噴射によるＣＯ，Ｈ2及びＯ2の同時供給とにより触媒装置１８の昇温を図っているが、触媒温度がある程度まで上がり触媒装置１８の一部分でも活性化すれば、その後は圧縮行程噴射によるＣＯ，Ｈ2及びＯ2の供給のみによっても十分に触媒装置１８を活性化温度まで昇温させることができる。したがって、このように第１昇温制御の開始後、所定時間Ｔ２が経過した時点で点火時期を上死点後から上死点前に変更（進角）することにより、点火時期の遅角に伴う燃費の低下を抑制することが可能になる。したがって、本実施形態によれば、第１実施形態よりも燃費の悪化を抑制しながら触媒装置１８を昇温させることが可能になるという効果がある。なお、ここでは所定タイマ時間Ｔ２の経過により点火時期をステップ状に変化（進角）しているが、徐々に遅角量を少なくしていくようにしてもよい。
【００５２】
以上のように第２昇温制御を実行して触媒装置１８の昇温を実施したら、ＥＣＵ３０は、次にステップＳ６１の処理を行う。ステップＳ６１では、ＥＣＵ３０は、タイマが所定タイマ時間Ｔ３をカウントしたか否か、即ち上記の第１，第２昇温制御を所定タイマ時間Ｔ３を超えて継続したか否かを判定する。所定タイマ時間Ｔ３は、予め実験等により、例えば、冷態始動後、第１，第２昇温制御の実行により触媒装置１８が活性化温度に近い所定温度にまで昇温したと推定されるまでの時間に設定されている。そして、タイマが所定タイマ時間Ｔ３に達していない場合（Ｎｏルート）には、ＥＣＵ３０は、ステップＳ５４の処理を経て再びステップＳ５７において第２昇温制御を継続する。一方、タイマが所定タイマ時間Ｔ３をカウントした場合（Ｙｅｓルート）にはステップＳ７０に進み、ＥＣＵ３０は、第２昇温制御を終了して通常時の制御を行う〔図９（ａ），図９（ｃ），図９（ｄ）参照〕。
【００５３】
次に、本発明の第４実施形態について図１０及び図１１を用いて説明する。
本実施形態は始動直後におけるエンジン制御をより適性に行うことで、第１実施形態よりも触媒をより効率よく昇温させることを図ったものである。つまり、第１実施形態の昇温制御のように、空燃比をストイキオ近傍若しくはスライトリーン空燃比にして圧縮行程噴射を行うことにより、排気ガス中に比較的多量のＣＯを生成することができるが、これを触媒が十分に活性化していない状態で実施しても、生成されたＣＯは触媒上で反応せずにそのまま大気中に排出されてしまう虞がある。そこで、本実施形態では、図１０のフローチャートに示すように、エンジン始動後の所定時間は次のような昇温開始制御（第１の昇温開始制御）を行うことによって触媒を予熱し、触媒の早期活性化を図っている。以下、第１実施形態との相違点である昇温開始制御について重点的に説明する。なお、エンジン（筒内噴射型内燃機関）の構成については第１実施形態と同構成であるのでここでも第１実施形態と同符合を用いるものとする。
【００５４】
図１０のフローチャートに示すように、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０で始動判定が完了したら、次にステップＳ２１の処理を行う。なお、ステップＳ１０，Ｓ２０の処理内容は第１実施形態と同様である。ステップＳ２１では、ＥＣＵ３０は、昇温開始制御を実行してもよいか否か、具体的には、水温ＷＴ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖがそれぞれ各対応する所定値以下であるか否かを判定する〔図１１（ｅ）〜図１１（ｈ）参照〕。水温ＷＴ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖのいずれかが対応する所定値よりも大きい場合（Ｎｏルート）には、ＥＣＵ３０は、排気浄化触媒装置１８を過昇温させる虞があるので昇温開始制御を実施せず、ステップＳ２２に進んで通常時の制御を実行する。一方、水温ＷＴ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖのいずれもが対応する所定値以下の場合（Ｙｅｓルート）には、ステップＳ２３に進んで以下の昇温開始制御を実行する。
【００５５】
昇温開始制御では、燃料噴射モードとして吸気Ｏ／Ｌモードを選択した状態で、点火時期を通常運転時よりも遅角させる。このとき、吸気バルブ６の開閉タイミングは通常運転時のままでもよいが、好ましくは排気バルブ７と吸気バルブ６との開弁期間のオーバラップが通常運転時よりも小さくなるように遅角させる〔図１１（ａ）〜図１１（ｃ）参照〕。また、空燃比の設定は好ましくはストイキオ近傍或いはスライトリーン空燃比とする。吸気Ｏ／Ｌモードは吸気行程噴射であるのでＣＯの生成量が少なく、また、点火時期を通常運転時よりも遅角させることで後燃えにより排気温度を高めることができる。したがって、触媒装置１８が活性化していないエンジン始動直後、このように吸気行程噴射を行いながら点火時期を通常運転時よりも遅角させることで、ＣＯ排出量を低減しながら触媒装置１８をある程度まで昇温することが可能となる。そして、触媒装置１８がある程度活性化した時点で昇温制御を開始し、圧縮行程噴射により多量のＣＯ，Ｈ2及び余剰Ｏ2を供給することにより、触媒１８Ａ〜１８Ｃ上での酸化反応に伴う反応熱により触媒装置１８をより効率よく昇温することが可能になる。なお、吸気行程噴射時の点火時期は、少なくとも通常運転時よりも遅角させていればよく、昇温制御時のように大きく上死点後まで遅角させる必要は無い。また、この制御では、圧縮行程噴射による燃焼安定性は得られないが、開弁期間のオーバラップが通常運転時よりも小さくなるように吸気バルブ６の開閉タイミングを調整することで、内部ＥＧＲの減少によりある程度の燃焼安定性は確保することができる。
【００５６】
以上のように昇温開始制御を実行したら、ＥＣＵ３０は、次にステップＳ２４の処理を行う。ステップＳ２４では、ＥＣＵ３０は、タイマが所定タイマ時間Ｔ４をカウントしたか否か、即ち上記の昇温開始制御を所定タイマ時間Ｔ４を超えて継続したか否かを判定する〔図１１（ｄ）参照〕。所定タイマ時間Ｔ４は、予め実験等により、例えば触媒装置１８の触媒１８Ａ〜１８Ｃ上で酸化反応が開始される程度までに触媒温度が上昇したと推定される時間に設定されている。タイマが所定タイマ時間Ｔ４に達していない場合（Ｎｏルート）には、ＥＣＵ３０は、再びステップＳ２３において昇温開始制御を継続し、タイマが所定タイマ時間Ｔ４をカウントした場合（Ｙｅｓルート）には、昇温開始制御を終了してステップＳ３０に進む。
【００５７】
ステップＳ３０以降の処理内容は第１実施形態と同様なのでここでは説明を省略する。なお、ステップＳ６２のタイマ時間Ｔ５は、ここでは昇温開始制御と昇温制御の実行により触媒装置１８が活性化温度に近い所定温度にまで昇温したと推定されるまでの時間に設定されている〔図１１（ｄ）参照〕。本実施形態によれば、昇温制御に先立ち昇温開始制御を実行することで触媒装置１８をより効率よく昇温させることができるため、タイマ時間Ｔ５は第１実施形態のタイマ時間Ｔ１よりも短い時間に設定することができる。また、点火時期の変更の際には、いずれもステップ状に変化させているが、好ましくは徐々に（より好ましくは連続的に）変更する。そして、さらに好ましくは、検出或いは推定された触媒温度（或いは制御開始からの経過時間或いは水温等）に応じて、点火時期を変更してもよい。
【００５８】
次に、本発明の第５実施形態について図１２及び図１３を用いて説明する。
本実施形態も第４実施形態と同様に始動直後におけるエンジン制御をより適性に行うことで、触媒をより効率よく昇温させることを図ったものである。本実施形態では、エンジン始動後の所定時間、昇温制御に先立ちいわゆる二段燃焼制御（第２の昇温開始制御）を実行することによって触媒を予熱し、触媒の早期活性化を図っている。以下、第１実施形態との相違点である二段燃焼制御について重点的に説明する。なお、エンジン（筒内噴射型内燃機関）の構成については第１実施形態と同構成であるのでここでも第１実施形態と同符合を用いるものとする。
【００５９】
具体的には、図１２のフローチャートに示すように、ステップＳ２０で始動判定が完了したら、ＥＣＵ３０は、次にステップＳ２５の処理を行う。なお、ステップＳ１０，Ｓ２０の処理内容は第１実施形態と同様である。ステップＳ２５では、ＥＣＵ３０は、二段燃焼制御を実行してもよいか否か、具体的には、水温ＷＴ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖがそれぞれ各対応する所定値以下であるか否かを判定する〔図１２（ｅ）〜図１２（ｈ）参照〕。エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖ，水温ＷＴのいずれかが対応する所定値よりも大きい場合（Ｎｏルート）には、ＥＣＵ３０は、排気浄化触媒装置１８を過昇温させる虞があるので二段燃焼制御を実施せず、ステップＳ２６に進んで通常時の制御を実行する。一方、水温ＷＴ，エンジン回転速度Ｎe，目標平均有効圧Ｐe，車速Ｖのいずれもが対応する所定値以下の場合（Ｙｅｓルート）には、ステップＳ２７に進んで以下の二段燃焼制御を実行する。
【００６０】
二段燃焼制御は、圧縮行程で主燃料を噴射した後、膨張行程以降でさらに追加燃料を噴射する燃料の二段噴射を行う制御である。追加燃焼の噴射時期としては、膨張行程中期以降、特に、膨張行程中期とするのが好ましい。これにより、膨張行程の高温雰囲気に噴射された燃料が自己着火し、スモークや未燃ＨＣの発生を低く抑えることができる。主燃料量と追加燃料量は全体での空燃比がストイキオ近傍或いはスライトリーン空燃比になるように調整されている。二段燃焼制御では、膨張行程中に噴射された追加燃料はエンジン１の出力には寄与せずに排気温度を高めることに用いられる。したがって、触媒装置１８が活性化していないエンジン始動直後、このような二段燃焼制御を実行することで、触媒装置１８を極めて速やかにある程度まで昇温することが可能となる。
【００６１】
そして、触媒装置１８がある程度活性化した時点で昇温制御を開始し、圧縮行程噴射により多量のＣＯ，Ｈ2及び余剰Ｏ2を供給することにより、触媒１８Ａ〜１８Ｃ上での酸化反応に伴う反応熱により触媒装置１８をより効率よく昇温することが可能になる。なお、本実施形態でも、二段燃焼制御時の点火時期を通常運転時よりも遅角させてもよく、これによれば触媒装置１８をさらに効率よく昇温することが可能になる。さらに、開弁期間のオーバラップが通常運転時よりも小さくなるように吸気バルブ６の開閉タイミングを調整することで、エンジン始動直後であっても燃焼安定性を確保することが可能になる。
【００６２】
以上のように二段燃焼制御を実行したら、ＥＣＵ３０は、次のステップＳ２８でタイマが所定タイマ時間Ｔ６をカウントしたか否かを判別する〔図１３（ｄ）参照〕。所定タイマ時間Ｔ６は、予め実験等により、例えば、触媒装置１８の触媒１８Ａ〜１８Ｃ上で酸化反応が開始される程度までに触媒温度が上昇したと推定される時間に設定されている。タイマが所定タイマ時間Ｔ６に達していない場合（Ｎｏルート）には、ステップＳ２５を経てステップＳ２７において二段燃焼制御を継続し、タイマが所定タイマ時間Ｔ６に達した場合（Ｙｅｓルート）には、次のステップＳ３０に進む。ステップＳ３０以降の処理内容は第１実施形態と同様であるのでここでは説明を省略する。なお、ステップＳ６３のタイマ時間Ｔ７は、ここでは二段燃焼制御と昇温制御の実行により触媒装置１８が活性化温度に近い所定温度にまで昇温したと推定されるまでの時間に設定されている。本実施形態によれば、昇温制御に先立ち二段燃焼制御を実行することで触媒装置１８をより効率よく昇温させることができるため、タイマ時間Ｔ７は第１実施形態のタイマ時間Ｔ１よりも短い時間に設定することができる。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施しうるものである。例えば、上述の第２〜第５実施形態のそれぞれの特徴点を適宜組み合わせて新たな実施形態を作ることも勿論可能である。
また、上述の実施形態では、吸気バルブ６にバルブタイミング調整装置１０を備えているが、排気バルブ７の開閉タイミングを調整してもよく、或いは吸気バルブ６，排気バルブ７両方の開閉タイミングを調整してもよい。さらに、上述の実施形態では、昇温制御時のバルブオーバラップの量を固定しているが、エンジン１が暖まってくるにつれ燃焼安定性も高くなるので、水温（或いは油温）の上昇に応じてオーバラップの量を通常時の量に戻していってもよい。
【００６４】
また、昇温制御における圧縮行程噴射（圧縮Ｓ／Ｌモード及び圧縮Ｏ2−Ｆ／Ｂモード）の噴射時期は、通常運転時における圧縮行程噴射の噴射時期より進角させてもよい。このように噴射時期を進角させることで、燃焼室３の空間が比較的広い時に燃料を噴射することができ、燃料の拡散を促進して燃焼安定性をより向上させることができる利点がある。また、噴射された燃料の霧化時間が十分に確保されることにより、スモークの発生を抑制することができる利点もある。
【００６５】
また、スロットルバルブ１２が電子制御式の場合には、昇温制御時、点火時期の遅角度合いに応じてスロットルバルブ１２を開き、吸入空気量を増加してもよい。点火時期を遅角させると出力が低下するので、このようにスロットルバルブ１２を制御することで点火時期の遅角による出力の低下を補うことができる利点がある。
【００６６】
また、エンジン１に排気再循環（ＥＧＲ）装置が備えられている場合には、昇温制御時にはＥＧＲバルブを絞るか閉弁状態とするのが好ましい。ＥＧＲは燃焼安定性の低下の原因であるので、このようにＥＧＲ装置を制御することで燃焼安定性の低下を防止することができる利点がある。
また、上述の実施形態のエンジン１は、出力の向上を図るために排気干渉の少ないデュアルタイプの排気マニホールド１７を備えているが、放熱面積及び熱容量が少なく排気温度の低下防止に有利で且つ低コストのシングルタイプの排気マニホールド１７を備えてもよい。さらに、積極的に排気干渉をさせるための容積部を有するクラムシェルタイプの排気マニホールド（反応型排気マニホールド）を備えてもよい。このタイプの排気マニホールドによれば、排気マニホールド内部での排気干渉に伴う未燃成分の反応によって排気温度をさらに高めることができる。
【００６７】
また、上述の実施形態では、タイマを用いて昇温制御の終了時期を計測しているが、例えば図１４のフローチャートに示すように、高温センサ２２で検出された触媒装置１８の直上流の排気温度から触媒温度Ｔexを推定し、推定した触媒温度Ｔexが所定温度（触媒の活性度が十分になったと判断できる温度）Ｔex1に達したら昇温制御を終了するようにしてもよい（ステップＳ６４）。なお、触媒温度Ｔexは、例えば、排気温度と触媒温度Ｔexとの関係を記憶したマップを参照したり、排気温度をパラメータとする所定の計算式を用いたりすることによって推定したり、エンジン負荷，エンジン回転速度，車速，空燃比等に基づいて推定してもよい。また、排気温度から触媒温度Ｔexを推定する代わりに、水温センサ２３で検出された冷却水の水温ＷＴ（或いは油温）が所定温度に達したら昇温制御を終了するようにしてもよい。
【００６８】
さらに、本発明は、エンジン１の冷態始動時のみならず、アイドリングやリーン運転（特にリーン化の度合いが大きい圧縮リーン運転）が比較的長時間継続したときのように、活性化していた触媒装置１８（触媒１８Ａ〜１８Ｃ）の温度が活性化温度以下に低下したとき或いは低下しそうなとき等の昇温制御にも適用することができる。この場合、図１５のフローチャートに示すように、高温センサ２２で検出された排気温度から推定される触媒温度Ｔexが所定温度（触媒の活性度が不十分になったと判断できる温度）Ｔex0以下か否かを判定する（ステップＳ１１）。そして、触媒温度Ｔexが所定温度Ｔex0以下まで低下したときには（Ｙｅｓルート）、ステップＳ３０に進んで昇温制御が実行可能か否か判定し、判定結果に応じてステップＳ４０の通常制御，或いはステップＳ５０の昇温制御を行う。そして、ステップＳ６５で触媒温度Ｔexが所定温度Ｔex1に達したか否か判定し、触媒温度Ｔexが所定温度Ｔex1以上まで上昇したら（Ｙｅｓルート）、ステップＳ７１に進んで昇温制御を行う前の制御状態での運転を継続する。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の筒内噴射型内燃機関によれば、圧縮行程中に燃料を燃焼室内に直接噴射することによる燃焼速度の速い成層燃焼の実現と、開弁期間のオーバラップを減少させることによる内部ＥＧＲの低減とにより燃焼安定性を高め、点火時期を上死点後に設定した場合でも安定した後燃え燃焼を確保することができるので、圧縮行程噴射により生成されるＣＯ，Ｈ2及び余剰Ｏ2の触媒上での反応との相乗効果によって触媒を効率よく昇温させることができるという効果がある。
【００７０】
また、昇温制御開始後の所定時点で点火時期を上死点後から上死点前に変更する場合には、触媒を効率的に昇温させながら点火時期の遅角に伴う燃費の低下を抑制することができるという効果がある。
さらに、上記昇温制御の実行に先立ち、吸気行程で燃料を噴射するとともに点火時期を通常運転時よりも遅角させる第１の昇温開始制御を所定期間に亘って実行したり、或いは、圧縮行程中に主燃料を噴射した後に追加燃料を膨張行程以降に噴射する第２の昇温開始制御を所定期間に亘って実行したりする場合には、ＣＯ排出量を低減しながら触媒をより効率良く昇温させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる冷態始動時の昇温制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】図２に示す昇温制御の制御内容を示すタイムチャートであり、タイマ値（ｄ）、水温（ｅ）、エンジン回転速度（ｆ）、目標有効圧力（ｇ）、車速（ｈ）の各時間変化と、対応する燃料噴射モード（ａ）、点火時期（ｂ）、オーバラップ量（ｃ）の各設定を示したものである。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる開弁期間のオーバラップ量の設定を示す図である。
【図５】冷態始動後の触媒温度の時間変化（ａ）を、ＮＯx浄化効率（ｂ），ＣＯ浄化効率（ｃ），及びＨＣ浄化効率（ｄ）の時間変化と併せて、昇温制御を実行した場合（実線）と通常制御を実行した場合（一点鎖線）とで比較して示したものである。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる昇温制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図６に示す昇温制御の制御内容を示すタイムチャートであり、Ｏ2センサの活性化状態の判定（ａ）と、タイマ値（ｅ）、水温（ｆ）、エンジン回転速度（ｇ）、目標有効圧力（ｈ）、車速（ｉ）の各時間変化と、対応する燃料噴射モード（ｂ）、点火時期（ｃ）、オーバラップ量（ｄ）の各設定を示したものである。
【図８】本発明の第３実施形態にかかる昇温制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】図８に示す昇温制御の制御内容を示すタイムチャートであり、タイマ値（ｄ）、水温（ｅ）、エンジン回転速度（ｆ）、目標有効圧力（ｇ）、車速（ｈ）の各時間変化と、対応する燃料噴射モード（ａ）、点火時期（ｂ）、オーバラップ量（ｃ）の各設定を示したものである。
【図１０】本発明の第４実施形態にかかる昇温制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】図１０に示す昇温制御の制御内容を示すタイムチャートであり、タイマ値（ｄ）、水温（ｅ）、エンジン回転速度（ｆ）、目標有効圧力（ｇ）、車速（ｈ）の各時間変化と、対応する燃料噴射モード（ａ）、点火時期（ｂ）、オーバラップ量（ｃ）の各設定を示したものである。
【図１２】本発明の第５実施形態にかかる昇温制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】図１２に示す昇温制御の制御内容を示すタイムチャートであり、タイマ値（ｄ）、水温（ｅ）、エンジン回転速度（ｆ）、目標有効圧力（ｇ）、車速（ｈ）の各時間変化と、対応する燃料噴射モード（ａ）、点火時期（ｂ）、オーバラップ量（ｃ）の各設定を示したものである。
【図１４】本発明のその他の実施形態にかかる昇温制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】本発明のその他の実施形態にかかる昇温制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン（筒内噴射型内燃機関）
２  シリンダヘッド
４  吸気通路
５  排気通路
６  吸気バルブ
７  排気バルブ
８  点火プラグ（点火手段）
９  燃料噴射弁（燃料噴射手段）
１０  バルブタイミング調整装置（バルブタイミング調整手段）
１２  スロットルバルブ
１８  触媒装置
１８Ａ  吸蔵型ＮＯｘ触媒
１８Ｂ，１８Ｃ  三元触媒
２０  スロットルポジションセンサ
２１  Ｏ2センサ
２２  高温センサ
２３  水温センサ
２４  クランク角センサ
３０  ＥＣＵ（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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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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