(57)【要約】【課題】ＨＣＣＩ燃焼モードとＳＩ燃焼モードとの切換え時に増大する排気中のＮＯｘを、高い浄化率で浄化すると共に、ＮＯｘ触媒の小型化が可能な多気筒ガソリンエンジンを提供する。【解決手段】複数の気筒２と、排気行程ないし吸気行程において吸排気弁１１，１２が共に閉じる負のオーバーラップ期間を設け混合気を自己着火により燃焼させるＨＣＣＩ燃焼モード，点火プラグ１７により混合気を燃焼させるＳＩ燃焼モード，を切換えて燃焼制御を行う燃焼制御手段（ＰＣＭ３０）とを有するエンジン１であって、複数の気筒２にそれぞれ連通する排気分岐通路２６のうち、所定の気筒２ａに対応する排気分岐通路２６ａに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８が設けられ、燃焼制御手段は、燃焼モードの切換え移行時にＮＯｘ排出量が最も増大する燃焼サイクルが所定の気筒２ａで実行されるように制御する移行時制御手段（ＰＣＭ３０）を有する。【選択図】図８
2009085174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒と、
前記複数の気筒の排気行程ないし吸気行程において各気筒の燃焼室に設けられた吸気弁及び排気弁が共に閉じる負のオーバーラップ期間を設けることにより混合気を自己着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼モード，前記燃焼室に配置した点火プラグにより混合気を燃焼させる火花点火燃焼モード，を切換えて燃焼制御を行う燃焼制御手段と、を有する多気筒ガソリンエンジンであって、
前記複数の気筒にそれぞれ連通する排気分岐通路のうち、所定の気筒に対応する排気分岐通路に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が設けられ、
前記燃焼制御手段は、前記燃焼モードの切換え移行時にＮＯｘ排出量が最も増大する燃焼サイクルが前記所定の気筒で実行されるように制御する移行時制御手段を有することを特徴とする多気筒ガソリンエンジン。
【請求項２】
前記吸気弁及び排気弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング可変機構を備え、
前記移行時制御手段は、前記バルブタイミング可変機構を作動させることにより前記燃焼モードの切換え移行時におけるバルブタイミングの変更開始時期を制御するバルブタイミング制御手段を有し、
前記バルブタイミング制御手段は、前記ＮＯｘ排出量が最も増大する燃焼サイクルが前記所定の気筒で実行されるように前記バルブタイミング可変機構を作動開始させる時期を制御することを特徴とする請求項１に記載の多気筒ガソリンエンジン。
【請求項３】
前記バルブタイミング可変機構は、
前記予混合圧縮着火燃焼モードのバルブタイミングで前記吸気弁及び排気弁を回転により駆動可能な予混合圧縮着火燃焼モード用のカムと、
前記火花点火燃焼モードのバルブタイミングで前記吸気弁及び排気弁を回転により駆動可能な火花点火燃焼モード用のカムと、
前記燃焼モードに応じて前記カムの何れか一方により前記吸気弁及び排気弁を駆動可能とするように前記カムを切換えるカム切換え機構と、を有することを特徴とする請求項２に記載の多気筒ガソリンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒ガソリンエンジンに係り、特に火花点火燃焼モード（ＳＩ燃焼モード）と予混合圧縮着火燃焼モード（ＨＣＣＩ燃焼モード）とを切換えて作動可能な多気筒ガソリンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低回転・低負荷領域では混合気を自己着火により燃焼させ（ＨＣＣＩ燃焼）、高回転・高負荷領域では混合気を外部点火により燃焼させる（ＳＩ燃焼）エンジンが知られている。
このようなタイプのエンジンでは、ＳＩ燃焼モードにおいては燃料／空気混合気を理論空燃比で燃焼させることにより、排ガスを三元触媒によって効率的に浄化することができる。また、ＨＣＣＩ燃焼モードにおいては、空燃比がリーン且つ均一に燃焼し、燃焼温度が低下することにより、ＮＯｘ及び煤に対し非常に低いエミッション値を達成することができる。
【０００３】
ＨＣＣＩ燃焼モードとＳＩ燃焼モードの切換え時には、燃焼形式の変更に伴い、排ガス中のＮＯｘ排出量が増加してしまうが、エンジンの排気通路にＮＯｘ吸蔵還元触媒を設けることにより、排ガス中のＮＯｘを浄化することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２４２７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記触媒は貴金属を含むこともありコスト高となる。このため、触媒をできるだけ小型化することが望ましいが、ただ単に小型化したのでは、排気が触媒を通過する時間が減りＮＯｘの浄化率が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ＨＣＣＩ燃焼モードとＳＩ燃焼モードとの切換え時にＮＯｘ排出量が増大した排気を、ＮＯｘ触媒により高浄化率で浄化可能であり、且つ、このＮＯｘ触媒の小型化が可能な多気筒ガソリンエンジンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は、複数の気筒と、複数の気筒の排気行程ないし吸気行程において各気筒の燃焼室に設けられた吸気弁及び排気弁が共に閉じる負のオーバーラップ期間を設けることにより混合気を自己着火により燃焼させる予混合圧縮着火燃焼モード，燃焼室に配置した点火プラグにより混合気を燃焼させる火花点火燃焼モード，を切換えて燃焼制御を行う燃焼制御手段と、を有する多気筒ガソリンエンジンであって、複数の気筒にそれぞれ連通する排気分岐通路のうち、所定の気筒に対応する排気分岐通路に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が設けられ、燃焼制御手段は、燃焼モードの切換え移行時にＮＯｘ排出量が最も増大する燃焼サイクルが前記所定の気筒で実行されるように制御する移行時制御手段を有することを特徴としている。
【０００８】
このように構成された本発明によれば、燃焼制御手段は、燃焼モードの移行時にＮＯｘ排出量が最も増大する燃焼サイクルをＮＯｘ吸蔵還元触媒を設けた気筒において実行させる移行時制御手段を有している。これにより、特定の気筒以外にはＮＯｘ吸蔵還元触媒を設けなくても、ＮＯｘ排出量が増大した排気に含まれるＮＯｘを特定の気筒に対して設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒によって浄化し、エンジンからのＮＯｘ排出を抑制することができる。このように、本発明では、燃焼モード切換え移行時において増大するＮＯｘを、１つの気筒のみに対して設けたＮＯｘ吸蔵還元触媒によって浄化することができるので、ＮＯｘ浄化性能を確保しながらＮＯｘ吸蔵還元触媒の小型化が可能となる。
【０００９】
また、本発明において好ましくは、吸気弁及び排気弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング可変機構を備え、移行時制御手段は、バルブタイミング可変機構を作動させることにより燃焼モードの切換え移行時におけるバルブタイミングの変更開始時期を制御するバルブタイミング制御手段を有し、バルブタイミング制御手段は、ＮＯｘ排出量が最も増大する燃焼サイクルが前記所定の気筒で実行されるようにバルブタイミング可変機構を作動開始させる時期を制御する。
【００１０】
このように構成された本発明によれば、バルブタイミング制御手段により、バルブタイミング可変機構への作動開始時期を制御し、これにより、ＮＯｘ排出量が最も増大する燃焼サイクルを目標とする特定の気筒で実行させることができる。
【００１１】
また、本発明において好ましくは、バルブタイミング可変機構は、予混合圧縮着火燃焼モードのバルブタイミングで吸気弁及び排気弁を回転により駆動可能な予混合圧縮着火燃焼モード用のカムと、火花点火燃焼モードのバルブタイミングで吸気弁及び排気弁を回転により駆動可能な火花点火燃焼モード用のカムと、燃焼モードに応じてカムの何れか一方により吸気弁及び排気弁を駆動可能とするようにカムを切換えるカム切換え機構と、を有する。
【００１２】
このように構成された本発明によれば、バルブタイミング可変機構は、各燃焼モード用にカムを有しており、このカムを切換えることにより、バルブタイミングを変更することができる。このようにカムを切換える機構では、モータにより徐々にリフト量・タイミングを切換える機構よりも、リフト量・タイミングの切換えを高速化することができる。これにより、ＮＯｘ排出量が増大するサイクルを１サイクルに集中させ易くすることができ、１つのＮＯｘ吸蔵還元触媒を特定の気筒に対して設けるだけで、効果的にＮＯｘを浄化することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の多気筒ガソリンエンジンによれば、ＨＣＣＩ燃焼モードとＳＩ燃焼モードとの切換え時にＮＯｘ排出量が増大した排気を、ＮＯｘ触媒により高浄化率で浄化可能であり、且つ、このＮＯｘ触媒の小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図１乃至図８を参照して詳細に説明する。図１は多気筒ガソリンエンジンの全体構成図、図２はエンジンの排気通路の平面図及び正面図、図３はエンジンの電気ブロック図、図４は吸排気弁のリフト特性を示す説明図、図５は運転モード制御マップを示す説明図、図６はＳＩ燃焼モードからＨＣＣＩ燃焼モードへの切換え時におけるＮＯｘ排出量及び空気過剰率の時間変化を示す説明図、図７はＨＣＣＩ燃焼モードからＳＩ燃焼モードへの切換え時におけるＮＯｘ排出量及び空気過剰率の時間変化を示す説明図、図８は運転モード切換え制御の手順を示すフローチャートである。
【００１５】
図１は本発明に係る多気筒ガソリンエンジン１を示している。エンジン１は、火花点火燃焼（ＳＩ燃焼）モードと予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）モードとを、運転領域に応じて切換えて作動可能に構成されている。
このエンジン１の本体は、複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）が設けられたシリンダブロック３上にシリンダヘッド４が配置されてなり、各気筒２内にはピストン５が嵌挿されて、その頂面とシリンダヘッド４の底面との間に燃焼室６が形成されている。ピストン５はコネクティングロッドによってクランク軸７に連結されており、クランク軸７の一端側にはその回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ８が配設されている。
【００１６】
シリンダヘッド４には、各気筒２毎に燃焼室６の天井部に開口するように吸気ポート９及び排気ポート１０が形成されている。吸気ポート９は燃焼室６の天井部から斜め上方に向かって延びて、シリンダヘッド４の一側面に開口しており、排気ポート１０は反対側の他側面に開口している。吸気ポート９及び排気ポート１０は、それぞれ吸気弁１１及び排気弁１２によって開閉されるようになっており、これら吸排気弁１１，１２は、シリンダヘッド４に配設された動弁機構１３の吸気カムシャフト１３ａ及び排気カムシャフト１３ｂの回転により駆動されるようになっている。吸気カムシャフト１３ａ及び排気カムシャフト１３ｂは、クランク軸７の回転と同期して駆動される。
【００１７】
動弁機構１３には、吸気側及び排気側にそれぞれ、バルブタイミング可変機構１４が組み込まれている。このバルブタイミング可変機構１４は、バルブタイミング及びリフト量を変更可能な公知の機構であり、本実施形態では、各運転モード（ＳＩ燃焼モード，ＨＣＣＩ燃焼モード）に応じてバルブタイミング及びリフト量を切換え可能となっている。
【００１８】
詳しくは、バルブタイミング可変機構１４は、吸気カムシャフト１３ａ及び排気カムシャフト１３ｂにそれぞれ取付けられた吸気カム１５ａ及び排気カム１５ｂと、油圧式のカム切換え機構１６を有する。これら吸気カム１５ａ，排気カム１５ｂは、それぞれＳＩ燃焼モード用のカムとＨＣＣＩ燃焼モード用のカムを有している。
【００１９】
吸気カム１５ａ及び排気カム１５ｂは、吸気カムシャフト１３ａ及び排気カムシャフト１３ｂの回転に伴って、吸気弁１１及び排気弁１２を燃焼室６に対して進退動駆動するように配設されている。
後述するように、ＳＩ燃焼モード用のカムとＨＣＣＩ燃焼モード用のカムは、吸気弁１１及び排気弁１２それぞれにおいて、バルブタイミング及びリフト量を異ならせるように構成されている。すなわち、ＳＩ燃焼モード用のカムとＨＣＣＩ燃焼モード用のカムの切換えにより、燃焼モードに応じたバルブタイミング及びリフト量を有するリフトカーブが得られる。
【００２０】
カム切換え機構１６は、油圧ピストンを有しており、この油圧ピストンの進退動により、ＳＩ燃焼モード用のカム又はＨＣＣＩ燃焼モードのカムの何れか一方を駆動位置に移動させ保持する。すなわち、この油圧ピストンは、ＳＩ燃焼モード時には第１位置まで伸びる。これにより、ＳＩ燃焼モード用のカムが、吸気弁１１及び排気弁１２を駆動可能な位置に移動する。一方、油圧ピストンは、ＨＣＣＩ燃焼モード時には第２位置に縮退する。これにより、ＨＣＣＩ燃焼モードのカムが、吸気弁１１及び排気弁１２を駆動可能な位置に移動する。
【００２１】
本実施形態のバルブタイミング可変機構１４は、油圧式で作動可能とすることにより、運転モード切換え時に、吸気弁１１及び排気弁１２のバルブタイミング及びリフト量を１サイクル以内で素早く変更可能となっている。
【００２２】
また、本実施形態では、バルブタイミング可変機構１４が、バルブタイミング及びリフト量を各運転モードに応じて２段階に切換え可能に構成されているが、これに限らず、カムを３つ以上有する構成として、バルブタイミング及びリフト量を３つ以上の複数段で切換え可能な構成としてもよい。また、バルブタイミング可変機構１４のカム切換え機構を、油圧式駆動に限らず、電磁式，電気モータ式，気圧式等の他の駆動方式としてもよい。
【００２３】
なお、本実施形態では、バルブタイミング可変機構１４が、バルブタイミング及びリフト量を変更するために２種類のカムを切換える構成となっているが、本発明はこれに限らない。例えば、バルブタイミング可変機構１４が、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトに対して吸気カム及び排気カムを回動させて位相を無段階で連続的に変位させる位相変位手段（ＶＶＴ）と、吸気弁及び排気弁のリフト量を無段階で連続的に変更するリフト量変更手段（ＶＶＬ）とを有する構成としてもよい。
【００２４】
また、各気筒２の燃焼室６の天井部に電極を臨ませて点火プラグ１７が配設され、点火回路１８によって所定の点火タイミングにて通電されるようになっている。一方、燃焼室６の吸気側の周縁部に先端を臨ませて気筒２内に燃料を直接噴射するインジェクタ１９が配設されている。
なお、本実施形態では、直噴式のインジェクタ１９が配設されているが、これに限らず、吸気ポート９に臨んで燃料を噴射するポートインジェクタを配設してもよい。
【００２５】
シリンダヘッド４の吸気側（図１の右側）には吸気通路２０（吸気マニホールド）が配設されている。エンジン１の各気筒２の燃焼室６には、エアクリーナ，スロットル弁，サージタンク等（いずれも図示せず）及び吸気通路２０と吸気ポート９を介して空気が供給される。吸気通路２０は、サージタンクの下流側で各気筒２毎に分岐して、各分岐通路がそれぞれ吸気ポート９に連通されている。
【００２６】
一方、シリンダヘッド４の排気側（図１の左側）には排気通路（排気マニホールド）２５が配設されている。図２に示すように、排気通路２５は、集合部２５ａよりも上流側で各気筒２の排気ポート１０に対応して分岐した排気分岐通路２６を有する。各排気分岐通路２６が各排気ポート１０に接続されている。
図１に示すように、排気通路２５には、集合部２５ａよりも下流側に三元触媒２７が配設されている。この三元触媒２７は、全ての気筒２からの排ガス中の有害成分を浄化する。
【００２７】
また、図２に示すように、排気通路２５には、集合部２５ａよりも上流側に小型のＮＯｘ吸蔵還元触媒２８が配設されている。このＮＯｘ吸蔵還元触媒２８は、気筒２のうちある特定の１つの気筒２ａに連通する排気分岐通路２６ａに配設されている。したがって、このＮＯｘ吸蔵還元触媒２８は、特定の気筒２ａからの排ガス中の有害成分のみを浄化する。
【００２８】
図３に、エンジン１の電気ブロック図を示す。エンジン１は、エンジン本体の運転制御を行うパワートレインコントロールモジュール３０（以下、「ＰＣＭ３０」という）を含んで構成されている。
ＰＣＭ３０は、周知の如くＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等を備えており、クランク角センサ８，車両の走行速度を検出する車速センサ３１，アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２から信号を受取っている。本実施形態では、クランク角センサ８は、エンジン回転数センサを兼用している。また、ＰＣＭ３０は、吸気通路２０における空気の流量を計測するエアフローセンサ，酸素濃度センサ（いずれも図示せず）等からも信号を受取っている。
【００２９】
燃焼制御手段としてのＰＣＭ３０は、前記各種センサからの信号等に基づいて、エンジン１の運転状態（例えば負荷状態及びエンジン回転速度）を判定し、これに応じてバルブタイミング可変機構１４，点火回路１８，インジェクタ１９，スロットル弁等を制御する。すなわち、ＰＣＭ３０は、バルブタイミング可変機構１４の作動により、吸排気弁１１，１２のオーバーラップ期間を調整して内部ＥＧＲガス量を制御すると共に、吸排気弁１１，１２のリフト量を調整して気筒２への吸気（空気）の充填量を制御する。また、ＰＣＭ３０は、インジェクタ１９から適宜なタイミングで燃料を燃焼室６に向けて噴射制御し、点火回路１８を駆動して点火プラグ１７を点火する。
【００３０】
図４は、本実施形態における吸排気弁１１，１２のリフトカーブＬin，Ｌexを示す。本実施形態では、バルブタイミング可変機構１４の切換えによって、図４に示すようにリフトカーブＬin，Ｌexが変更される。ＳＩ燃焼モードでのリフトカーブＬex，Ｌinがそれぞれ線Ａ，線Ｂに対応する。また、ＨＣＣＩ燃焼モードでのリフトカーブＬex，Ｌinがそれぞれ線ａ，線ｂに対応する。
ＳＩ燃焼モードでは、吸排気弁１１，１２のリフト量が大きく、排気行程から吸気行程に掛けての切換え付近のクランク角範囲において、わずかにオーバーラップ期間（正のオーバーラップ期間）が生じる。一方、ＨＣＣＩ燃焼モードでは、排気行程から吸気行程に掛けての切換り付近のクランク角範囲において、吸排気弁１１，１２の双方が閉じる負のオーバーラップ期間ＴNが生じ、内部ＥＧＲガス量がかなり多くなる。
【００３１】
ＰＣＭ３０は、後述するように、運転モードを切換える際に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８が設けられた気筒２ａが、ＮＯｘ排出量が最も大きくなる（ピーク値をとる）気筒に該当するように切換えタイミングを制御する。具体的には、バルブタイミング可変機構１４は、弁切換え信号を受取ると作動を開始するが、ＰＣＭ３０は、この弁切換え信号を出力するタイミングを制御する。この制御を行うため、ＰＣＭ３０は、負荷，エンジン回転数等から決定される各運転状態において、弁切換え信号を出力してから、ＮＯｘ排出量がピーク値となる排気行程までの排気行程（サイクル）数を設定した移行タイミング制御マップを内部メモリに格納している。すなわち、移行タイミング制御マップは、弁切換え信号を出力後に、何回目の排気サイクルでＮＯｘ排出量がピーク値となるかを特定する。この移行タイミング制御マップは、実験データを基に予め設定されたものである。
【００３２】
図５に本実施形態における運転モード制御マップを示す。ＰＣＭ３０は、この運転モード制御マップに基づいて運転モードを選択する。本実施形態のエンジン１では、アクセルペダルの操作等により要求される運転領域が変更されると、各運転領域に対応して燃焼モードがスイッチされる。
相対的に低負荷且つ低回転側の運転領域（Ｉ）ではＨＣＣＩ燃焼モードが選択される。この運転領域（Ｉ）では、気筒２内の予混合気は、点火プラグ１７によって直接は点火されることなく、ピストン５の上昇により圧縮自己着火される。
【００３３】
また、この運転領域（Ｉ）では、気筒２の排気行程ないし吸気行程において排気弁１２が閉じてから吸気弁１１が開くまでの期間（吸排気弁１１，１２の双方が閉じる負のオーバーラップ期間）が設けられ、多量の内部ＥＧＲガスによって気筒２内の温度を高めることにより、予混合気の自己着火が促進される。負のオーバーラップ期間が相対的に長くなれば内部ＥＧＲガス量も増大し、自己着火し易くなる。
【００３４】
このようなＨＣＣＩ燃焼モードでは、気筒２内の燃焼室６における多数の箇所で予混合気が略一斉に自己着火して燃焼を開始するものと考えられており、従来一般的な火炎伝播によるＳＩ燃焼モードに比べて燃焼期間が短くなって、熱効率が高くなる。そして、ＨＣＣＩ燃焼モードでは、燃焼温度が低くなり窒素酸化物の生成を非常に少なくすることができる。さらに、ＨＣＣＩ燃焼モードでは、空燃比を高くしてリーン燃焼させることにより、燃費向上を図ることができる。
【００３５】
一方、ＨＣＣＩ燃焼モードでは、あまり高い出力は得られないので、運転領域（Ｉ）と比べて相対的に高負荷側ないし高回転側の運転領域（ＩＩ）では、ＳＩ燃焼モードが選択される。ＳＩ燃焼モードでは、点火プラグ１７によって、予混合気が点火され燃焼する。
これら運転領域（Ｉ），（ＩＩ）は、実験により予め設定されたものであり、この運転モード制御マップは、ＰＣＭ３０の内部メモリに格納されている。
【００３６】
次に、運転モードの切換え時のＮＯｘ排出量の時間変化について説明する。
図６は、運転モードがＨＣＣＩ燃焼モードからＳＩ燃焼モードに移行するときのＮＯｘ排出量の時間変化（同図（Ａ））と、そのときの空気過剰率λの時間変化（同図（Ｂ））を示している。
【００３７】
エンジン１は、初めＨＣＣＩ燃焼モードで作動している。時間ｔaから時間ｔb間の斜線部は、ある気筒２が１排気行程（又は１サイクル）で排出するＮＯｘ排出量に相当する。このときの空気過剰率λは、空燃比で２０程度に相当する。
時間ｔ0において、燃焼制御手段としてのＰＣＭ３０は、アクセル開度の変化等に基づく要求運転領域の変化に伴い、運転モードをＨＣＣＩ燃焼モードからＳＩ燃焼モードへ切換える燃焼モード切換信号を生起させる。この燃焼モード切換信号の発生により、ＰＣＭ３０は、インジェクタ１９による燃料噴射量及び噴射時期，点火回路１８による点火プラグ１７の点火時期及び点火の有無，バルブタイミング可変機構１４によるバルブタイミング及びリフト量等の制御を所定のシーケンスに基づいて開始する。
【００３８】
これらの制御の開始により、図６（Ｂ）に示すように、時間ｔ0以後、空気過剰率λは、λ＝１（空燃比＝理論空燃比）に向けて徐々に下がり始める。時間ｔ1から時間ｔ3の間は実質的な燃焼モード移行期間であり、この期間にはＮＯｘ排出量が大きく変動する。そして、ＮＯｘ排出量は、時間ｔ1から時間ｔ3の間の時間ｔ2に最も大きくなりピーク値をとる。
【００３９】
空燃比は、時間ｔ0から時間ｔ3の間に、ＨＣＣＩ燃焼モードにおける２０程度の空燃比からＳＩ燃焼モードにおける理論空燃比まで下がっていく。この過程で、ある気筒２において、ＮＯｘが最も発生し易い空燃比（１６付近）での燃焼が起こる。このとき、バルブタイミング可変機構１４によってバルブタイミングが１サイクル以内に完全に切換えられても、空気の流れは１サイクル以内に完全に切換わることができないため、掃気が十分に行われず、内部ＥＧＲ量が大きくなり、気筒内温度がある程度高い状態になってしまう。これにより、燃焼モード移行期間において、燃焼温度が高くなり、ＮＯｘ排出量がピーク値をとる排気行程が現れてしまう。
【００４０】
移行時制御手段又はバルブタイミング制御手段としてのＰＣＭ３０は、このＮＯｘ排出量がピーク値となる排気を排出する燃焼サイクルを行った気筒が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８が取付けられた気筒２ａに該当するように、移行タイミング制御マップに基づいて、バルブタイミング可変機構１４の作動開始時期を制御している。これにより、時間ｔ2付近での１排気行程の期間中に排出される排気（１燃焼サイクル分）に含まれるＮＯｘ（ピーク排出量のＮＯｘ）は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８によって浄化される。
【００４１】
時間ｔ3以降は、ＳＩ燃焼モードとなり、空気過剰率λはほぼ１（空燃比＝理論空燃比）に保持される。時間ｔcから時間ｔd間の斜線部は、ある気筒２が１排気行程で排出するＮＯｘ排出量に相当する。ＳＩ燃焼モードでの排気に含まれるＮＯｘは、三元触媒２７によって浄化される。
【００４２】
また、図７は、運転モードがＳＩ燃焼モードからＨＣＣＩ燃焼モードに移行するときのＮＯｘ排出量の時間変化（同図（Ａ））と、そのときの空気過剰率λの時間変化（同図（Ｂ））を示している。なお、図６と重複する説明は省略する。時間ｔe，ｔf，ｔg，ｔhは、図６の時間ｔc，ｔd，ｔa，ｔbにそれぞれ対応する。
【００４３】
時間ｔ4において、移行時期制御手段としてのＰＣＭ３０は、アクセル開度の変化等に基づく要求運転領域の変化に伴い、運転モードをＳＩ燃焼モードからＨＣＣＩ燃焼モードへ切換える燃焼モード切換え信号を生起する。この燃焼モード切換え信号の発生により、ＰＣＭ３０は、燃焼モード移行制御を所定のシーケンスに基づいて開始する。
時間ｔ5から時間ｔ7の間が実質的な燃焼モード移行期間であり、この期間中の時間ｔ6に、ＨＣＣＩ燃焼モードからＳＩ燃焼モードへの移行と同様、ＮＯｘ排出量がピーク値をとる。
【００４４】
移行時制御手段又はバルブタイミング制御手段としてのＰＣＭ３０は、このＮＯｘ排出量がピーク値となる排気を排出する燃焼サイクルを行った気筒が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８が取付けられた気筒２ａに該当するように、移行タイミング制御マップに基づいて、バルブタイミング可変機構１４の作動開始時期を制御する。これにより、時間ｔ6付近での１排気行程の期間中に排出される排気（１燃焼サイクル分）に含まれるＮＯｘ（ピーク排出量のＮＯｘ）は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８によって浄化される。時間ｔ7以降は、ＨＣＣＩ燃焼モードとなる。
【００４５】
次に、運転モード切換え制御の手順を図８のフローチャートに基づいて説明する。
まず、ＰＣＭ３０は、クランク角センサ８，車速センサ３１，アクセル開度センサ３２等からの信号を受取り、エンジン１への要求トルク（負荷）とエンジン回転速度を算出する（ステップＳ１）。具体的には、ＰＣＭ３０は、クランク角センサ８からの信号によりエンジン回転速度を演算し、車速及びアクセル開度等に基づいて要求トルク（負荷）を演算する。
【００４６】
そして、ＰＣＭ３０は、ステップＳ１で算出した要求トルクとエンジン回転速度とに基づいて、図５の運転モード制御マップを参照してエンジン１の要求運転状態が運転領域（ＩＩ）、すなわちＳＩ領域にあるかどうかを判定する（ステップＳ２）。エンジン１の運転要求状態が運転領域（ＩＩ）にある場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、ステップＳ３に移行する。一方、エンジン１の運転要求状態が運転領域（ＩＩ）にない場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、ステップＳ４に移行する。
【００４７】
ステップＳ３では、ＰＣＭ３０は、前回の燃焼サイクルがＳＩ燃焼モードで行われたか否かを判定する。前回の燃焼サイクルがＳＩ燃焼モードであった場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、今回の燃焼サイクルと前回の燃焼サイクルで燃焼モードに変更がないので、処理を終了する。一方、前回の燃焼サイクルがＳＩ燃焼モードでなかった場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、ＰＣＭ３０は、燃焼モード切換え信号を生起し、燃焼モードを変更するためにステップＳ５に移行する。
【００４８】
ステップＳ４では、ＰＣＭ３０は、前回の燃焼サイクルがＨＣＣＩ燃焼モードで行われたか否かを判定する。前回の燃焼サイクルがＨＣＣＩ燃焼モードであった場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、今回の燃焼サイクルと前回の燃焼サイクルで燃焼モードに変更がないので、処理を終了する。一方、前回の燃焼サイクルがＨＣＣＩ燃焼モードでなかった場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、ＰＣＭ３０は、燃焼モード切換え信号を生起し、燃焼モードを変更するためにステップＳ５に移行する。
【００４９】
ステップＳ５では、バルブタイミング制御手段としてのＰＣＭ３０は、エンジン１の負荷とエンジン回転速度に基づいて、バルブタイミング可変機構１４の切換え処理開始から、気筒２から最大のＮＯｘ排出量を含む排気が排出される排気行程までの排気行程数（サイクル数）を、移行タイミング制御マップから読み込む。
【００５０】
次いで、ＰＣＭ３０は、現在の排気行程から、ステップＳ５で読み込んだ所定サイクル数経過後に排気行程を行う気筒が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８が取付けられた気筒２ａとなるか否かを判定する（ステップＳ６）。現在の排気行程から所定サイクル後の排気行程が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８が取付けられた気筒２ａで行われない場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、ステップＳ６を繰り返す。一方、現在の排気行程から所定サイクル後の排気行程が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８が取付けられた気筒２ａで行われる場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、ＰＣＭ３０は、バルブタイミング可変機構１４に弁切換え信号を出力する（ステップＳ７）。
【００５１】
これにより、バルブタイミング可変機構１４は、運転モードを変更するために、ＳＩ燃焼モード用のカムとＨＣＣＩ燃焼モード用のカムとの切換え動作を開始する。具体的には、バルブタイミング可変機構１４は、カム切換え機構１６の油圧ピストンを第１位置から第２位置又は第１位置から第２位置に移動させる。
ＰＣＭ３０は、油圧ピストンの進退移動が終了したか否か（カムの切換え動作が終了したか否か）を判定する（ステップＳ８）。ＰＣＭ３０は、終了していないと判定した場合（ステップＳ８；Ｎｏ）、ステップＳ８を繰り返し、終了したと判定した場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、処理を終了する。
【００５２】
以上のように、本実施形態のエンジン１では、燃焼モード（運転モード）をＳＩ燃焼モードとＨＣＣＩ燃焼モードとの間で変更する際、ＮＯｘ排出量が特に増大する燃焼サイクルが、小型のＮＯｘ吸蔵還元触媒２８が取付けられた気筒２ａで実行されるように構成されている。
【００５３】
これにより、排気通路２５の集合部２５ａよりも下流側に大型のＮＯｘ吸蔵還元触媒を配設したり、全ての気筒２の排気分岐通路２６に小型のＮＯｘ吸蔵還元触媒２８を配設したりしなくても、燃焼モード移行時においてＮＯｘ排気量が特に増大する排気行程での排気中のＮＯｘを効率的に浄化することができる。また、これにより、特定の１気筒のみに対応してＮＯｘ吸蔵還元触媒２８を設ければよいので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２８を小型化することができ、エンジン１の製造コストを抑制することが可能となる。
【００５４】
そして、本実施形態では、燃焼モード変更の際に、ＮＯｘ排出量が特に増大する燃焼サイクルが、小型のＮＯｘ吸蔵還元触媒２８が取付けられた気筒２ａで実行されるように、予め実験に基づいて設定された移行タイミング制御マップからサイクル数を読み取って、このサイクル数に基づいて、バルブタイミング可変機構１４の作動開始時期を制御するように構成している。
【００５５】
このとき、本実施形態では、バルブタイミング可変機構１４が、２つのカム（ＳＩ用カム，ＨＣＣＩ用カム）を切換えることによりバルブタイミング及びリフト量を切換え可能な構成を有しており、切換えを短時間で行うことが可能である。これにより、ＮＯｘ排出量が増大するサイクルを１サイクルに集中させることができ、気筒２ａに対して配置した１つの小型のＮＯｘ吸蔵還元触媒２８のみによって、増大したＮＯｘ排出量を含む排気を効率的に浄化することが可能となる。
【００５６】
なお、バルブタイミング可変機構１４が、無段階で連続的にバルブタイミング及びリフト量を変更するタイプの機構であってもよいが、本実施形態の構成と比べて変更に時間を要してしまい、ＮＯｘ排出量が増大するサイクルが数サイクルに及んでしまうおそれがある。この場合は、小型のＮＯｘ吸蔵還元触媒２８を複数の気筒に対して配設して、排ガス中のＮＯｘを効率的に浄化するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態による多気筒ガソリンエンジンの全体構成図である。
【図２】図１のエンジンの排気通路の平面図及び正面図である。
【図３】図１のエンジンの電気ブロック図である。
【図４】図１のエンジンにおける吸排気弁のリフト特性を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態による運転モード制御マップを示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態によるＳＩ燃焼モードからＨＣＣＩ燃焼モードへの切換え時におけるＮＯｘ排出量及び空気過剰率の時間変化を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施形態によるＨＣＣＩ燃焼モードからＳＩ燃焼モードへの切換え時におけるＮＯｘ排出量及び空気過剰率の時間変化を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施形態による運転モード切換え制御の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１    多気筒ガソリンエンジン
２    気筒
６    燃焼室
７    クランク軸
８    クランク角センサ
９    吸気ポート
１０    排気ポート
１１    吸気弁
１２    排気弁
１３    動弁機構
１３ａ  吸気カムシャフト
１３ｂ  排気カムシャフト
１４    バルブタイミング可変機構
１５ａ  吸気カム
１５ｂ  排気カム
１６    カム切換え機構
１７    点火プラグ
１８    点火回路
１９    インジェクタ
２０    吸気通路
２５    排気通路
２５ａ  集合部
２６    排気分岐通路
２７    三元触媒
２８    ＮＯｘ吸蔵還元触媒
３０    パワートレインコントロールモジュール（ＰＣＭ）
３１    車速センサ
３２    アクセル開度センサ
【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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