JP6311739B2

JP6311739B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP6311739B2
Application number: JP2016073249A
Authority: JP
Inventors: 敏彰 ▲高▼橋; 賢也末岡; 匡聡日高
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2018-04-18
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: WO2017169640A1; CN108779725B; CN108779725A; US10513990B2; JP2017180437A; DE112017000090T5; US20180252169A1

Description

ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に関する。

例えば特許文献１には、多気筒ガソリンエンジンにおいて、気筒内の混合気を火花点火により燃焼させる火花点火（Spark Ignition：ＳＩ）燃焼と、混合気を自己着火により燃焼させる圧縮着火（Compression Ignition：ＣＩ）燃焼とを、エンジンの運転領域に応じて切り替えることが開示されている。このエンジンは、所定の低負荷側の運転領域では、熱効率が相対的に高く、燃費に優れたＣＩ燃焼を行う一方、それよりも高負荷側の運転領域では、ＣＩ燃焼では燃焼騒音が増大するため、この領域において燃焼騒音を抑制可能なＳＩ燃焼を行うように構成されている。

特開２００９−８５１７４号公報

ところで、ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも熱効率が高い分、相対的に低温の排気ガスを排出する。そのため、前記特許文献１に開示されたエンジンでは、低負荷域においてＣＩ燃焼が続いた場合、触媒温度の低下を招き得ることから、触媒を活性状態に維持するには不都合である。

そこで、低負荷域において触媒温度が低下した場合には、ＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ切り替えてかつ、火花点火を行うタイミングを遅角させることにより、高温の排気ガスを触媒に送ることが考えられる。ところが、そうした構成では、排気ガスの温度を高めた分だけ、エンジンの熱効率が低下することになるため、燃費の向上を図るには不都合である。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、火花点火燃焼と圧縮着火燃焼とを切替可能なエンジンの制御装置において、触媒を活性状態に維持することと、燃費とを両立させることにある。

ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に係る。この装置は、複数の気筒を有するエンジン本体と、前記複数の気筒のそれぞれに開口しており且つ、該複数の気筒に共通の吸気通路から各気筒内へ空気を吸入する吸気口と、前記吸気口を開閉可能に構成された吸気弁と、前記吸気通路に設けられ、前記複数の気筒へ供給されるガスの流量を調節するスロットル弁と、前記吸気弁の開弁期間を気筒毎に個別に制御するよう構成された吸気弁駆動機構と、前記複数の気筒のそれぞれに対して燃料を個別に供給するよう構成された燃料噴射弁と、前記複数の気筒にそれぞれ取り付けられ、該複数の気筒内の混合気に点火をするように構成された点火プラグと、前記複数の気筒に排気通路を介して接続され、各気筒から排出された排気ガスの浄化機能を有する触媒と、前記燃料噴射弁及び前記点火プラグを制御することによって、前記エンジン本体を運転するように構成された制御器とを備える。

そして、前記制御器は、前記複数の気筒内の混合気を自着火させる圧縮着火燃焼によって前記エンジン本体を運転する第１モードと、前記点火プラグを駆動することによって、前記複数の気筒内の混合気に点火をして火花点火燃焼を行うことにより前記エンジン本体を運転する第２モードとを切り替えるように構成され、前記制御器は、前記エンジン本体を前記第１モードで運転しているときに、前記触媒の温度が所定温度以下であると判定した場合、前記複数の気筒が、各気筒の燃焼順に従って前記圧縮着火燃焼と前記火花点火燃焼とを交互に行うように、前記複数の気筒を、前記圧縮着火燃焼を行うＣＩ気筒と、前記火花点火燃焼を行うＳＩ気筒とに振り分ける暖機制御を実行する。

前記制御器はまた、前記暖機制御において、前記スロットル弁の開度を全開にすると共に、前記吸気弁駆動機構を介して前記ＳＩ気筒の吸気弁を制御することにより、該ＳＩ気筒の吸気弁の開弁期間を前記ＣＩ気筒の吸気弁の開弁期間よりも短くする。

この構成によると、制御器は、暖機制御を実行することにより、複数の気筒を、各気筒の燃焼順に従ってＣＩ気筒とＳＩ気筒とに振り分ける。これにより、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼とが気筒単位で交互に行われるようになる。

火花点火燃焼では排気ガスが相対的に高温になるため、ＳＩ気筒から排出された排気ガスによって、触媒の暖機を行うことができる。一方、圧縮着火燃焼では、前述の如く熱効率が相対的に高くなるため、複数の気筒のうちの一部をＣＩ気筒に振り分けることにより、エンジン全体の熱効率の低下を抑制し、ひいては燃費の低下を抑制することができる。

このように、前記の構成によると、触媒の暖機を行いつつも、エンジン全体の熱効率の低下を抑制することができる。そのことで、触媒を活性状態に維持することと、燃費とを両立させることが可能になる。

また、火花点火燃焼を行う場合には、燃焼安定性を確保するために、気筒内に吸入させる空気量を、エンジンに要求された出力等に応じて、適宜、増減させる必要が生じる一方、圧縮着火燃焼を行う場合には、混合気の空燃比がリーンであっても燃焼が安定するため、気筒内に吸入させる空気量を増減させる必要性に乏しい。

前記の構成によると、制御器は、暖機制御を実行している最中、スロットル弁を全開にする。そうすることで、ＣＩ気筒では、可能な限りの量の空気が吸入された上で、圧縮着火燃焼が行われる。それにより、熱効率が向上する。そして、制御器は、吸気弁駆動機構を介して吸気弁の開弁期間を調整することにより、ＳＩ気筒内に吸入させる空気量を調整する。そうすることで、スロットル弁を全開にした場合であっても、ＳＩ気筒内に吸入させる空気量を増減させて、ひいてはＳＩ気筒において火花点火燃焼を安定して行うことが可能になる。

このように、前記の構成は、ＣＩ気筒における圧縮着火燃焼と、ＳＩ気筒における火花点火燃焼とを両立させる上で有効である。

さらに、前記の構成によると、制御器は、吸気弁を制御することにより、ＳＩ気筒内へ吸入される空気量を減少させる。この構成によれば、ＳＩ気筒において、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に設定することが可能になる。また、その際に、ポンピング損失が増大しない。

ここに開示する別の技術は、エンジンの制御装置に係る。この装置は、複数の気筒を有するエンジン本体と、前記複数の気筒のそれぞれに開口しており且つ、該複数の気筒に共通の吸気通路から各気筒内へ空気を吸入する吸気口と、前記吸気口を開閉可能に構成された吸気弁と、前記吸気通路に設けられ、前記複数の気筒へ供給されるガスの流量を調節するスロットル弁と、前記吸気弁の開弁期間を気筒毎に個別に制御するよう構成された吸気弁駆動機構と、前記複数の気筒のそれぞれに対して燃料を個別に供給するよう構成された燃料噴射弁と、前記複数の気筒にそれぞれ取り付けられ、該複数の気筒内の混合気に点火をするように構成された点火プラグと、前記複数の気筒に排気通路を介して接続され、各気筒から排出された排気ガスの浄化機能を有する触媒と、前記燃料噴射弁及び前記点火プラグを制御することによって、前記エンジン本体を運転するように構成された制御器とを備える。

前記制御器はまた、前記暖機制御において、前記スロットル弁の開度を全開にすると共に、前記吸気弁駆動機構を介して前記ＳＩ気筒の吸気弁を制御することにより、該ＳＩ気筒の吸気弁の閉時期を前記ＣＩ気筒の吸気弁の閉時期と同じとしつつも、前記ＳＩ気筒の吸気弁の開時期を前記ＣＩ気筒の吸気弁の開時期よりも遅角させる。

この構成によると、触媒の暖機を行いつつも、エンジン全体の熱効率の低下を抑制することができる。そのことで、触媒を活性状態に維持することと、燃費とを両立させることが可能になる。

また、前記の構成は、ＣＩ気筒における圧縮着火燃焼と、ＳＩ気筒における火花点火燃焼とを両立させる上で有効である。

前記制御器は、前記暖機制御において、前記ＳＩ気筒内における混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側に設定する一方、前記ＣＩ気筒内における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定する、としてもよい。

この構成によると、ＳＩ気筒ではリッチな混合気を燃焼させることになるため、ＳＩ気筒から供給される排気ガス中には、窒素酸化物が相対的に多く含まれることになる。そのため、ＳＩ気筒から供給された排気ガスが触媒に到達したとき、触媒では、窒素酸化物の還元反応つまり、触媒への酸素の吸蔵が相対的に多く行われることになる。一方で、ＣＩ気筒ではリーンな混合気を燃焼させることになるため、ＣＩ気筒から供給される排気ガス中には、ＨＣ、ＣＯ及びスス等の還元剤成分が相対的に多く含まれることになる。そのため、ＣＩ気筒から供給された排気ガスが触媒に到達したとき、触媒では、還元剤成分の酸化反応つまり、触媒からの酸素の放出が相対的に多く行われることになる。また、ＨＣやＣＯ等の物質が酸化されるときに発生する反応熱によって、触媒の暖機を行うことができる。

複数の気筒を、各気筒の燃焼順に従って交互に、ＣＩ気筒とＳＩ気筒とに振り分けることにより、触媒では、還元反応と酸化反応とが気筒単位で繰り返し行われることとなり、その反応熱によって、触媒を速やかに暖機することが可能になる。

また、前記触媒は、三元浄化機能を有する三元触媒として構成され、前記制御器は、前記暖機制御において、前記ＳＩ気筒内における混合気の空燃比と理論空燃比との間の差の大きさが、前記ＣＩ気筒内における混合気の空燃比と理論空燃比との間の差の大きさと同じになるように設定する、としてもよい。

この構成によると、各気筒の空燃比をリッチ又はリーンに設定した場合であっても、複数の気筒全体では、空燃比を理論空燃比付近の値にすることが可能になる。つまり、各気筒から排出される排気ガスの各々については、ＮＯｘや還元剤成分を相対的に多く含んでいるものの、複数の気筒から排出される排気ガスの全体では、ＮＯｘと還元剤成分とがバランス良く含まれるようにすることが可能になる。そのことで、前述の還元反応及び酸化反応を繰り返し行いつつ、触媒の三元浄化機能を効果的に発揮させることが可能になる。

また、前記吸気弁駆動機構は、少なくとも、前記吸気弁の開閉時期を気筒毎に個別に変更可能に構成され、前記制御器は、前記暖機制御において、前記吸気弁駆動機構を介して前記ＳＩ気筒の吸気弁の閉時期を前記ＣＩ気筒の吸気弁の閉時期と同じにし且つ、前記ＳＩ気筒の吸気弁の開時期を前記ＣＩ気筒の吸気弁の開時期よりも遅角させることにより、前記ＳＩ気筒内へ吸入される空気量を減少させる、としてもよい。

この構成によると、制御器は、吸気弁の開時期を変更することにより、ＳＩ気筒内に吸入される空気量を減少させる。この構成によれば、吸気弁の閉時期を変更する場合とは異なり、ピストンの有効圧縮比が低下せず、ひいては高い熱効率を維持する上で有利になる。

また、前記各気筒内から排気通路へガスを排出する排気口を開閉可能に構成された排気弁と、前記排気弁の開閉を気筒毎に個別に制御するよう構成された排気弁駆動機構とを備え、前記排気弁駆動機構は、排気行程中に行う主開弁に後続して、吸気行程において開弁状態となる後続開弁を行うように、前記排気弁を開閉駆動可能に構成され、前記制御器は、前記暖機制御において、前記排気弁駆動機構を介して前記排気弁を制御することにより、前記ＣＩ気筒に対し前記主開弁と前記後続開弁とを実行させるように構成されている、としてもよい。

この構成によると、排気弁駆動機構が後続開弁を行うことにより、制御器は、排気口から排出された排気ガスの一部を気筒内へ再導入する所謂、内部ＥＧＲを行うことができる。そのことで、ＣＩ気筒の筒内を昇温し、圧縮着火燃焼を安定して行う上で有利になる。

また、前述の如く、火花点火燃焼では排気ガスが相対的に高温になるため、ＳＩ気筒の筒内温度は、ＣＩ気筒の筒内温度よりも高くなり易い。

前記の構成によると、内部ＥＧＲを行うことで、排気ガスを再導入した分だけ、ＣＩ気筒の筒内温度は高く維持されるから、ＳＩ気筒とＣＩ気筒との間の温度差を低減することが可能になる。そのことで、エンジン本体の熱変形を均一に保ち、その信頼性を向上させる上で有利になる。さらに、各気筒間の温度差を低減することで、暖機制御から復帰したときに、圧縮着火燃焼を安定して行う上で有利になる。

また、前記制御器は、前記暖機制御によって、所定時間以上に亘り同一気筒が継続して前記ＳＩ気筒又は前記ＣＩ気筒に振り分けられていた場合、前記ＳＩ気筒に振り分けられていた気筒を前記ＣＩ気筒に変更する一方、前記ＣＩ気筒に振り分けられていた気筒を前記ＳＩ気筒に変更する、としてもよい。

この構成によると、前記暖機制御によって、所定時間以上に亘り同一の気筒がＳＩ気筒又はＣＩ気筒に振り分けられていた場合、制御器がＳＩ気筒とＣＩ気筒との入替を行う。これにより、ＳＩ気筒からＣＩ気筒へ変更された気筒については、その筒内温度を低下させる一方、ＣＩ気筒からＳＩ気筒へ変更された気筒については、その筒内温度を上昇させることが可能になる。そのことで、各気筒間の温度差を低減し、ひいてはエンジン本体の熱変形を均一に保ち、その信頼性を向上させる上で有利になる。さらに、各気筒間の温度差を低減することで、暖機制御から復帰したときに、圧縮着火燃焼を安定して行う上で有利になる。

また、前記制御器は、前記暖機制御において、前記ＳＩ気筒内の前記混合気へ点火をするタイミングを、圧縮上死点よりも遅角させる、としてもよい。

この構成によると、制御器は、混合気へ点火をするタイミングを遅角させることにより、ＳＩ気筒の熱効率を低下させると共に、その低下分に応じて、排気ガスを大幅に昇温させることが可能になる。そのことで、触媒を速やかに暖機することが可能になる。

また、燃料タンクの蒸発燃料を、前記各気筒内に導入するよう構成されたパージシステムを備え、前記制御器は、前記暖機制御において、前記パージシステムによって、前記各気筒へパージガスを供給するように構成されている、としてもよい。

パージガスは、蒸発燃料と空気とが予め混合されたガスである。パージガスを供給することにより、ＣＩ気筒における混合気の燃焼性を高めることが可能になる。よって、例えば暖機制御が行われるときのように、ＣＩ気筒の筒内温度が比較的低い場合でもあっても、ＣＩ気筒の未燃燃料を減らす上で有利になる。

また、パージガスを供給することにより、ＳＩ気筒における混合気の空燃比をリッチ側に設定することが可能になる。そのことで、前述の如く、触媒を活性状態に維持したり、触媒の浄化性能を効果的に発揮させたりする上で有利になる。

また、前記制御器は、前記暖機制御において、前記ＳＩ気筒における火花点火燃焼により得られるトルクと、前記ＣＩ気筒における圧縮着火燃焼により得られるトルクとが同じになるように制御する、としてもよい。

この構成によると、制御器は、トルク変動を抑制することが可能になる。

以上説明したように、前記エンジンの制御装置によると、圧縮着火燃焼と火花点火燃焼とが気筒単位で交互に行われることにより、触媒を活性状態に維持することと、燃費とを両立させることが可能になる。

エンジンの構成を示す概略図である。エンジンの制御に係るブロック図である。第１気筒〜第４気筒の燃焼順の説明図である。三元触媒によるＨＣ、ＣＯ、スス及びＮＯｘの浄化率を示すグラフである。エンジンの運転領域を例示する図である。第１暖機制御と第２暖機制御との使い分けに関する処理のフローチャートである。第１暖機制御に関する処理のフローチャートである。第１暖機制御を実行したときの（ａ）触媒温度の推移、及び（ｂ）空燃比の推移を例示するタイムチャートである。ＰＣＭの概略構成図である。第１暖機制御を実行したときの（ａ）ＳＩ気筒における吸気弁及び排気弁のリフトカーブ、並びに（ｂ）ＣＩ気筒における吸気弁及び排気弁のリフトカーブを示す説明図である。

以下、エンジンの制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、例示である。

〈エンジンの全体構成〉
図１及び図２は、実施形態によるエンジンの制御装置が適用されたエンジン（エンジン本体）１の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。エンジン１は、複数の気筒１８が設けられたシリンダブロック１１（尚、図１では１つの気筒のみを図示するが、本実施形態に係るエンジン１は、図３に示すように、４つの気筒１８が直列に配置された４サイクル４気筒エンジンである）と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン１３とを有している。各気筒１８内には、コンロッド１４２を介してクランクシャフト１５と連結されたピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。ピストン１４の上面には、ディーゼルエンジンにおけるリエントラント型のようなキャビティ１４１が形成されている。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するときには、後述のインジェクタ６７に相対する。シリンダヘッド１２と、気筒１８と、キャビティ１４１を有するピストン１４とは、燃焼室を区画する。尚、燃焼室の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ１４１の形状、ピストン１４の上面形状、及び、燃焼室の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。

このガソリンエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮自着火による燃焼の安定化等を目的として、１５以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。尚、幾何学的圧縮比は、１５以上２０以下程度の範囲で適宜設定すればよく、例えば１８としてもよい。

シリンダブロック１１には、前述の如く、４つの気筒１８が直列に配置されている。図３は、本実施形態に係る気筒１８の燃焼順の説明図である。図３に示す４つの気筒１８を、気筒１８の配列方向に沿って紙面右側から順に、第１気筒（♯１）１８ａ、第２気筒（♯２）１８ｂ、第３気筒（＃３）１８ｃ、及び、第４気筒（＃４）１８ｄと称する場合がある。この実施形態では、各気筒１８が、それぞれ１サイクルを行うときに、第１気筒１８ａ、第３気筒１８ｃ、第４気筒１８ｄ及び第２気筒１８ｂの順で混合気が燃焼するように構成されている。

シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に吸気ポート１６が形成されていると共に、各吸気ポート１６には、燃焼室側の開口（吸気口１６ａ）を開閉可能に構成された吸気弁２１が配設されている。吸気口１６ａは、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄのそれぞれに開口しており且つ、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄに共通の吸気通路１０から各気筒１８内へ空気を吸入する。同様に、シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に排気ポート１７が形成されていると共に、各排気ポート１７には、燃焼室側の開口（排気口１７ａ）を開閉可能に構成された排気弁２２が配設されている。

吸気弁２１及び排気弁２２をそれぞれ駆動する動弁系の内、吸気側には、図２に示すように、吸気弁２１の開閉を気筒毎に個別に制御するよう構成された吸気弁駆動機構７１が設けられている。吸気弁駆動機構７１は、各気筒１８の吸気弁２１に設けられており、この実施形態では液圧駆動式の可変動弁機構が採用されている。吸気弁駆動機構７１は、詳細な図示は省略するが、吸気弁２１の開閉時期、ひいてはその開弁期間を気筒１８毎に個別に変更可能に構成されている。尚、こうした吸気弁駆動機構７１を構成する上で、吸気弁２１を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。また、吸気弁駆動機構７１は、所謂ＶＶＴ（Variable Valve Timing）を組み合わせて構成してもよい。その場合、ＶＶＴについても、液圧式、又は電磁式等の構成を適宜採用すればよい。

吸気弁駆動機構７１を備えた排気側の動弁系に対し、排気側には、図２に示すように、排気弁２２の開閉を気筒毎に個別に制御するよう構成された排気弁駆動機構７３が設けられている。排気弁駆動機構７３は、各気筒１８の排気弁２２に設けられており、吸気弁駆動機構７１と同様に、液圧駆動式の可変動弁機構が採用されている。排気弁駆動機構７３は、排気弁２２の開閉時期と、リフト量とを変更する。尚、排気弁駆動機構７３を構成する上で、吸気弁駆動機構７１と同様に電磁駆動式の動弁系を採用してもよいし、排気弁駆動機構７３は、ＶＶＴを組み合わせて構成してもよい。

排気弁駆動機構７３は、エンジン１の排気行程中に行う主開弁に後続して、吸気行程においても開弁期間を有する（吸気行程において開弁状態となる）後続開弁を行うように、排気弁２２を開閉駆動可能に構成されている。詳しくは、排気弁駆動機構７３は、排気弁２２の作動モードを、通常モードと特殊モードとの間で切替可能に構成されている。通常モードと特殊モードとは、カムプロファイルが互いに異なっており、エンジン１の運転状態に応じて切り替えられる。通常モードでは、主開弁のみが行われる。すなわち、通常モードにおいて、排気弁２２は、排気行程中に一度だけ開弁することになる（図１０（ａ）参照）。一方、特殊モードでは、主開弁と、前述の後続開弁とが行われる。すなわち、特殊モードにおいて、排気弁２２は、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行うことになる（図１０（ｂ）参照）。特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。

シリンダヘッド１２にはまた、気筒１８毎に、気筒１８内に燃料を直接噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）６７が取り付けられている。インジェクタ６７は、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄのそれぞれに対し、燃料を個別に供給するよう構成されており、詳しくは、その噴口が燃焼室の天井面の中央部分から、その燃焼室内に臨むように配設されている。インジェクタ６７は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングで且つ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室内に直接噴射する。この例において、インジェクタ６７は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ６７は、燃料噴霧が、燃焼室の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。尚、インジェクタ６７は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。

燃料タンク６０とインジェクタ６７との間は、不図示の燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ６３とコモンレール６４とを含み且つ、インジェクタ６７に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム６２が介設されている。燃料ポンプ６３は、燃料タンク６０からコモンレール６４に燃料を圧送し、コモンレール６４は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ６７が開弁することによって、コモンレール６４に蓄えられている燃料がインジェクタ６７の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ６３は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン１によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム６２は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ６７に供給することを可能にする。燃料圧力は、最高で１２０ＭＰａ程度に設定してもよい。インジェクタ６７に供給される燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更される。尚、燃料供給システム６２は、この構成に限定されるものではない。

シリンダヘッド１２にはまた、燃焼室内の混合気に強制点火する点火プラグ２５が取り付けられている。詳しくは、点火プラグ２５は、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄにそれぞれ取り付けられ、それら第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄ内の混合気に点火をするように構成されている。点火プラグ２５は、この例では、エンジン１の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド１２内を貫通して配置されている。点火プラグ２５の先端は、圧縮上死点に位置するピストン１４のキャビティ１４１内に臨んで配置される。

エンジン１の一側面には、図１に示すように、各気筒１８の吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１８の燃焼室からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を通過するエアクリーナ３１が配設されている。また、吸気通路３０における下流側の部分は、各気筒１８へ供給する空気を一時的に蓄えるサージタンク３３と、サージタンク３３から気筒１８毎に分岐する独立通路とを有する吸気マニホールド３２によって構成されている。吸気マニホールド３２の各独立通路の下流端は、各気筒１８の吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、空気を冷却又は加熱する、水冷式のインタークーラ／ウォーマ３４と、各気筒１８へ供給される吸入空気量を調節するスロットル弁３６とが配設されている。スロットル弁３６は、ＰＣＭ１００からの制御信号を受けて開閉することにより、吸気通路３０を通過する吸気量、ひいては吸気マニホールド３２を介して各気筒１８へ供給される吸気（ガス）の流量を調節する。

吸気通路３０にはまた、インタークーラ／ウォーマ３４をバイパスするインタークーラバイパス通路３５が接続されており、このインタークーラバイパス通路３５には、当該通路３５を通過する空気流量を調整するためのインタークーラバイパス弁３５１が配設されている。インタークーラバイパス弁３５１の開度調整を通じて、インタークーラバイパス通路３５の通過流量とインタークーラ／ウォーマ３４の通過流量との割合を調整することにより、気筒１８へ導入する新気の温度を調整することが可能である。尚、インタークーラ／ウォーマ３４及びそれに付随する部材は、省略することも可能である。

排気通路４０の上流側の部分は、気筒１８毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールド４５によって構成されている。この排気通路４０における排気マニホールド４５よりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置された、三元浄化機能を有する三元触媒（触媒）４３とを備えて構成されている。

図４は、三元触媒４３によるＨＣ、ＣＯ、スス及びＮＯｘの浄化率を示すグラフである。三元触媒４３は、所定温度以上で活性化することにより、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、スス及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するように構成されている。詳しくは、三元触媒４３は、筒状ケース内に触媒層を形成したものであり、触媒層には例えば白金やパラジウム等の貴金属粒子が含有されている。また、図４に示すように、排気ガスの空燃比（空気燃料比：Ａ／Ｆ）がリーンになるにつれてＨＣ、ＣＯ等の還元剤成分の浄化率が高まる一方、Ａ／Ｆがリッチになるにつれて、ＮＯｘの浄化率が高まるように構成されている。三元触媒４３は、排気ガスのＡ／Ｆが理論空燃比を含む所定の浄化ウィンドウの範囲内にあるときに、還元剤成分の浄化性能とＮＯｘの浄化性能とが両立し、その三元浄化機能を効果的に発揮させることができる。

また、吸気通路３０には、燃料タンク６０内で発生した蒸発燃料を、吸気通路３０を介して各気筒内に導入するよう構成されたパージシステム８０が接続されている。詳しくは、パージシステム８０は、燃料タンク６０内で発生した蒸発燃料を吸着して回収するキャニスタ８１と、キャニスタ８１を吸気通路３０へ接続するパージ通路８２と、パージ通路８２に設けられたパージ制御弁８６とを有している。パージシステム８０は、蒸発燃料と空気とを含むパージガスを、パージ通路８２を介して吸気通路３０（具体的には、吸気マニホールド３２のサージタンク３３）へ供給するように構成されている。以下、パージガスを吸気通路３０へ供給することを、単に「パージ」と称する場合がある。

キャニスタ８１には、燃料蒸気を脱離可能に吸着する活性炭が収容されている。キャニスタ８１には、燃料タンク６０内の燃料蒸気を導入する燃料蒸気管８１ａ、キャニスタ８１を大気に開放する大気開放管８１ｂ、及びパージ通路８２が接続されている。大気開放管８１ｂには、図示は省略するが、キャニスタ８１に流入する空気を濾過するエアフィルタ及び大気開放管８１ｂを開閉するバルブが設けられている。バルブは、蒸発燃料がパージされるときに開く。

この実施形態では、パージ通路８２は、一本の通路で形成されている。詳しくは、パージ通路８２は、キャニスタ８１に接続された上流側部分８３と、サージタンク３３に接続された下流側部分８５とを有しており、上流側部分８３には、パージ制御弁８６が設けられている。パージ制御弁８６は、この実施形態では、ＰＣＭ１００からの制御信号を受けて開閉する電子制御式のバルブである。下流側部分８５には、サージタンク３３からの吸気の逆流を防止する逆止弁８５ａが設けられている。

このように構成されたエンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、「ＰＣＭ」と称する）１００によって制御される。ＰＣＭ１００は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１００が制御器を構成する。

ＰＣＭ１００には、図１及び図２に示すように、各種のセンサＳＷ１〜ＳＷ３、及びＳＷ５〜ＳＷ１６の検出信号が入力される。この各種のセンサには、次のセンサが含まれる。すなわち、エアクリーナ３１の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ１及び新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２、インタークーラ／ウォーマ３４の下流側に配置されかつ、インタークーラ／ウォーマ３４を通過した後の新気の温度を検出する、第２吸気温度センサＳＷ３、吸気ポート１６に取り付けられかつ、気筒１８内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサＳＷ５、シリンダヘッド１２に取り付けられかつ、気筒１８内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６、排気通路４０に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサＳＷ７及び排気圧センサＳＷ８、直キャタリスト４１の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ２センサＳＷ９、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダＯ２センサＳＷ１０、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４，ＳＷ１５、及び、燃料供給システム６２のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６７に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサＳＷ１６である。

ＰＣＭ１００は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ６７、点火プラグ２５、吸気弁駆動機構７１、排気弁駆動機構７３、燃料供給システム６２、パージシステム８０、及び、各種の弁（スロットル弁３６、及びインタークーラバイパス弁３５１）のアクチュエータへ制御信号を出力する。各アクチュエータを駆動することにより、ＰＣＭ１００は、エンジン１を運転する。

図９は、ＰＣＭ１００の概略構成を示す。具体的に、ＰＣＭ１００は、各アクチュエータへ出力する制御信号の基本値を設定するベース設定部１０１と、触媒温度を推定する温度推定部１０２と、エンジン１の運転状態に基づいて、エンジン１の運転を切り替える燃焼制御部１０３と、温度推定部１０２による推定結果に基づいて、燃焼制御部１０３を介して三元触媒４３の暖機を行う暖機制御部１０４とを有している。

ベース設定部１０１は、エンジン１の運転状態を読み込んで、車両の走行状況、及びドライバの操作等に対応する目標加速度を決定する。続いて、ベース設定部１０１は、その目標加速度に基づいたトルクの目標値（以下、「目標トルク」と称する）を求め、その目標トルクを実現するのに必要な制御パラメータ（例えば、スロットル弁３６の開度、点火プラグ２５の点火時期、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉時期、及び、インジェクタ６７の噴射量等）の基本値を設定する（トルクベース制御）。エンジン１の運転状態としては、例えば、エンジン回転数（以下、単に「回転数」と称する）、車速、アクセル開度及びギヤ段等が、各種センサの検出結果に基づいて読み込まれる。回転数は、クランク角センサＳＷ１２の検出結果に基づいて取得される。

温度推定部１０２は、エンジン１の運転状態（具体的には、エンジン負荷）と、排気ガスの流量とに基づいて、三元触媒４３の触媒温度の推定値Ｔｃを取得する。排気ガスの流量は、排気温センサＳＷ７及び排気圧センサＳＷ８の検出結果、並びに、前述の回転数等に基づいて取得される。

図５は、エンジン１の運転領域の一例を示している
燃焼制御部１０３は、エンジン１の運転状態が所定の低負荷領域（以下、「第１領域」と称する）Ｒ１にあるときには、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄ内の混合気を自着火させる圧縮着火（Compression Ignition：ＣＩ）燃焼によって、エンジン１を運転する。一方、燃焼制御部１０３は、エンジン１の運転状態が第１領域よりも負荷の高い第２領域Ｒ２にあるときには、点火プラグ２５を駆動することによって、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄ内の混合気に点火をして火花点火（Spark Ignition：ＳＩ）燃焼を行うことにより、エンジン１を運転する。

具体的に、エンジン１は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い第１領域Ｒ１では、点火プラグ２５による点火を行わずに、圧縮自己着火によって燃焼を行うＣＩ燃焼を行う。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、ＣＩ燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そのため、このエンジン１では、エンジン負荷が相対的に高い第２領域では、ＣＩ燃焼を止めて、点火プラグ２５を利用したＳＩ燃焼に切り替える。このように、このエンジン１は、エンジン１の運転状態、特にエンジン１の負荷に応じて、ＣＩ燃焼を行うＣＩモード（第１モード）と、ＳＩ燃焼を行うＳＩモード（第２モード）とを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。

この実施形態に係る燃焼制御部１０３は、ＣＩ燃焼とＳＩ燃焼との切替を、気筒単位で実行可能に構成されている。詳しくは、燃焼制御部１０３は、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄのそれぞれを、ＣＩ燃焼を行うＣＩ気筒と、ＳＩ燃焼を行うＳＩ気筒とに振り分けることができる。例えば、第１気筒１８ａと第４気筒１８ｄとをＳＩ気筒に、第２気筒１８ｂと第３気筒１８ｃとをＣＩ気筒に振り分けることにより、第１気筒１８ａ及び第４気筒１８ｄ内では混合気のＣＩ燃焼を行う一方、他の気筒１８ｂ、１８ｃ内では混合気のＳＩ燃焼を行うように設定することができる。前述のＣＩモードは、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄを全てＣＩ気筒に振り分けることにより実現され、ＳＩモードは、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄを全てＳＩ気筒に振り分けることにより実現される。

燃焼制御部１０３はまた、温度推定部１０２による推定結果に基づいて、三元触媒４３の暖機を行う。ここで、燃焼制御部１０３は、燃費の低下を抑制する第１暖機制御と、第１暖機制御を行うことが出来ないときに実行される第２暖機制御とを、燃焼室内の温度に応じて使い分けるように構成されている。第１暖機制御及び第２暖機制御は、双方とも、エンジン１をＣＩモードで運転しているときに実行される。第１暖機制御は、例えば、第１領域の低負荷域（図５の領域Ｒ３を参照）において、ＣＩモードによる運転が比較的長時間に亘って続いた結果、触媒温度が所定温度まで低下した場合（図８：ｔ≦ｔ０）に実行される。

〈触媒暖機〉
以下、ＰＣＭ１００が行う制御のうち特に、暖機制御部１０４による三元触媒４３の暖機に関し、図６、図８を参照しながら説明する。図６は、第１暖機制御と第２暖機制御との使い分けに関するフローチャートであり、また、図８（ａ）は、第１暖機制御を実行したことによる（ａ）触媒温度の推移、及び（ｂ）Ａ／Ｆの推移を例示するタイムチャートである。

まず、ステップＳ１０１において、暖機制御部１０４は、温度推定部１０２によって取得された触媒温度の推定値Ｔｃを読み込む。続いて、暖機制御部１０４は、その推定値Ｔｃが、所定の暖機開始温度Ｔｓ（所定温度）以下であるか否かを判定し、推定値Ｔｃが暖機開始温度Ｔｓよりも高い（Ｔｃ＞Ｔｓ）であると判定した場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）には、三元触媒４３の暖機を行う必要が無いものとしてリターンする。暖機開始温度Ｔｓは、ＰＣＭ１００のメモリ等に、予め記憶されている。一方で、このステップＳ１０１において、推定値Ｔｃが暖機開始温度Ｔｓ以下（Ｔｃ≦Ｔｓ）であると判定した場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、暖機制御部１０４は、三元触媒４３の暖機を行うべく、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２において、暖機制御部１０４は、各気筒１８内でＣＩ燃焼を実行可能か否を判定する。この判定は、燃焼室内の温度に基づいて行われる。燃焼室内の温度は、エンジン冷却水の水温に基づいて推定される。具体的には、エンジン冷却水の水温が所定温度（例えば８５℃）以上にあるとき、暖機制御部１０４は、ＣＩ燃焼を行うことができる程度に燃焼室内の温度が高いと判定する。暖機制御部１０４は、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄの各々においてＣＩ燃焼を行うことできると判定した場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０３へ進み第１暖機制御を実行してリターンする一方、各気筒１８内でＣＩ燃焼を行うことができないと判定した場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）には、ステップＳ１０４へ進み第２暖機制御を実行してリターンする。

図８に示す例では、時間ｔ＝ｔ０において、触媒温度の推定値Ｔｃが暖機開始温度Ｔｓまで低下する。それを受けて、暖機制御部１０４が三元触媒４３の暖機を開始する。この例では、第１暖機制御が実行されるものとする。

第１暖機制御において、暖機制御部１０４は、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄが、各気筒の燃焼順に従ってＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とを交互に行うように、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄを、前述のＣＩ気筒とＳＩ気筒とに振り分けるように構成されている。換言すれば、暖機制御部１０４は、第１暖機制御において、ＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とが気筒単位で交互に行われるように、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄをＣＩ気筒とＳＩ気筒とに振り分ける。

以下、第１暖機制御に関し、図７、図８及び図１０を参照しながら説明する。図７は、第１暖機制御に関する処理のフローチャートである。また、図１０は、第１暖機制御を実行したときの（ａ）ＳＩ気筒における吸気弁２１及び排気弁２２のリフトカーブ、並びに（ｂ）ＣＩ気筒における吸気弁２１及び排気弁２２のリフトカーブを例示している。

（第１暖機制御）
まず、ステップＳ２０１において、暖機制御部１０４は、燃焼制御部１０３を介して、ＳＩ気筒とＣＩ気筒との振り分けを実行する。この実施形態では、前述の如く、各サイクルにおいて、第１気筒１８ａ、第３気筒１８ｃ、第４気筒１８ｄ及び第２気筒１８ｂの順で、混合気の燃焼が行われるように構成されている。よって、暖機制御部１０４は、このステップにおいて、第１気筒１８ａ及び第４気筒１８ｄをＣＩ気筒としかつ、第３気筒１８ｃ及び第２気筒１８ｂをＳＩ気筒とする。尚、第１気筒１８ａ及び第４気筒１８ｄをＳＩ気筒としかつ、第３気筒１８ｃ及び第２気筒１８ｂをＣＩ気筒としてもよい。このようにＣＩ気筒とＳＩ気筒とを混在させる場合つまり、ＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とを両立させる場合、スロットル弁３６は全開にされる。これにより、ＣＩ気筒には可能な限りの量の空気が吸入される。そして、ＳＩ気筒内へ供給する吸入空気量は、吸気弁駆動機構７１を介した各気筒の吸気弁２１の制御を通じて、調整されることになる。

続くステップＳ２０２において、暖機制御部１０４は、ＳＩ気筒に対し、Ａ／Ｆを理論空燃比（λ＝１）よりもリッチ側に設定するエンリッチ制御を実行する。詳しくは、エンリッチ制御において、暖機制御部１０４は、ＳＩ気筒内における混合気のＡ／Ｆを、理論空燃比の近傍において、ＣＩ気筒内における混合気のＡ／Ｆ、及び理論空燃比よりもリッチ側に設定する。この設定は、ＳＩ気筒内へ吸入される空気量を、ＣＩ気筒内へ吸入される空気量に対して減少させることにより行われる。尚、前述の如く、ＳＩ気筒とＣＩ気筒とを両立させた場合、スロットル弁３６は全開にされる。そのため、ＳＩ気筒内へ吸入される空気量は、吸気弁駆動機構７１を介して各ＳＩ気筒の吸気弁２１を制御することにより調整される。この調整は、図１０に示すように、ＳＩ気筒の吸気弁２１の閉時期をＣＩ気筒の吸気弁２１の閉時期と同じにし且つ、ＳＩ気筒の吸気弁２１の開弁時期を遅角させることにより行われる。そのような調整を行うことで、ＳＩ気筒の吸気弁２１の開弁期間は、短縮されることになる。尚、開弁期間の短縮量は、図８の下図に示すように、ＳＩ気筒のＡ／Ｆと理論空燃比との間の差（理論空燃比からリッチ側へのシフト量）の大きさが、後述するＣＩ気筒のＡ／Ｆと理論空燃比との間の差（理論空燃比からリーン側へのシフト量）の大きさと同一になるように設定される。また、この設定において、後述のパージガスの供給による影響も考慮される。閉弁時期は、ＳＩ気筒とＣＩ気筒とで同じであるため、ＳＩ気筒及びＣＩ気筒の有効圧縮比は同じである。

また、ステップＳ２０２で実行されるエンリッチ制御と並行して、暖機制御部１０４は、ＣＩ気筒に対し、Ａ／Ｆを理論空燃比よりもリーン側に設定する制御を実行する。具体的に、暖機制御部１０４は、吸気弁駆動機構７１を介して各ＣＩ気筒の吸気弁２１を制御することにより、ＣＩ気筒内における混合気をリーンにする。

続くステップＳ２０３において、暖機制御部１０４は、ＳＩ気筒に対し、混合気へ点火をするタイミングを圧縮上死点よりも遅角させる点火リタード制御を実行する。

続くステップＳ２０４において、暖機制御部１０４は、ＣＩ気筒に対し内部ＥＧＲを行う。前述の如く、内部ＥＧＲは、排気弁駆動機構７３を介して排気弁２２の作動モードを通常モードから特殊モードに切り替えることにより行われる。図１０（ｂ）に示すように、内部ＥＧＲを行うことで、ＣＩ気筒の排気弁２２は、排気の二度開きを行うことになり、そのことで、ＣＩ気筒には、該気筒内から排気ポート１７へ排出された排気ガスが、再吸入されることになる。

続くステップＳ２０５において、暖機制御部１０４は、パージシステム８０を介して吸気通路３０へパージガスを供給するパージ制御を実行する。詳しくは、パージ制御において、暖機制御部１０４は、パージ制御弁８６を開くことにより、キャニスタ８１内のパージガスを、パージ通路８２を介して吸気マニホールド３２へ供給する。吸気マニホールド３２へ供給されたパージガスは、スロットル弁３６を通過した吸気と共に、各気筒内へ供給される。パージガスが供給されることで、ＣＩ気筒では混合気の燃焼性が向上すると共に、ＳＩ気筒では混合気がリッチ側にシフトする。なお、キャニスタ８１内に燃料が吸着していない場合にはパージ制御を実行せず、次ステップに移行する。

また、暖機制御部１０４は、ステップＳ２０２〜ステップＳ２０５を実行する上で、ＳＩ気筒において行われるＳＩ燃焼により得られるトルクと、ＣＩ気筒において行われるＣＩ燃焼により得られるトルクとの間のトルク差が減少するように、好ましくはトルク差がゼロにするように、インジェクタ６７や点火プラグ２５等を制御して、燃料の噴射タイミングや点火時期等を変更する。

続くステップＳ２０７において、暖機制御部１０４は、燃焼制御部１０３を介して、ＳＩ気筒及びＣＩ気筒の各々において混合気の燃焼を実行する。ＳＩ燃焼の熱効率はＣＩ燃焼の熱効率よりも低くなることと、ステップＳ２０３で行われた点火リタード制御とによって、ＳＩ気筒からは比較的高温の排気ガスが排出される。また、ステップＳ２０２で行われたエンリッチ制御とステップＳ２０５で行われたパージ制御とによって、ＳＩ気筒では、混合気の空燃比はリッチに設定されるため、ＳＩ気筒からは、ＮＯｘを相対的に多く含む排気ガスが排出される。そうした排気ガスが三元触媒４３に到達すると、触媒では、ＮＯｘを多く含む分だけ、排気ガスの還元反応が比較的多く行われることとなり、そのことで、三元触媒４３には、酸素が吸蔵される（触媒の酸化）。一方で、ＣＩ燃焼では、混合気の空燃比はリーンであるため、ＣＩ気筒からは、ＨＣ、ＣＯ及びススなどの還元剤成分を相対的に多く含む排気ガスが排出される。そうした排気ガスが三元触媒４３に到達すると、触媒では、還元剤成分を多く含む分だけ、排気ガスの酸化反応が比較的多く行われることとなり、そのことで、三元触媒４３から酸素が放出される（触媒の還元）。また、還元剤成分の酸化反応によって発生する反応熱は、三元触媒４３を暖機するのに利用される。

このように、ＳＩ気筒から排出された高温の排気ガスと、繰り返し行われる酸化還元反応によって発生する反応熱とによって、三元触媒４３の暖機が行われることとなり、そのことで、三元触媒４３は昇温する（図８（ａ）：ｔ＞ｔ０）。

また、図８（ｂ）に示すように、理論空燃比よりもリッチ側に設定された混合気を燃焼するＳＩ気筒からの排気ガスによる三元触媒４３の酸化反応と、理論空燃比よりもリーンな混合気を燃焼するＣＩ気筒からの排気ガスによる三元触媒４３の酸化反応とが、繰り返し行われることとなる。また、ＳＩ気筒のＡ／Ｆのシフト量の大きさと、ＣＩ気筒のＡ／Ｆの理論空燃比のシフト量の大きさとは、前述のエンリッチ制御及びパージ制御によって同じとなるように設定されているため、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄの全体では、そのＡ／Ｆは理論空燃比付近の値をとることとなる。従って、三元触媒４３の浄化によって、排気エミッション性能の低下が抑制される。

続くステップＳ２０７において、暖機制御部１０４は、三元触媒４３の暖機が完了したか否かを判定する。この判定を行うべく、暖機制御部１０４は、温度推定部１０２によって取得された触媒温度の推定値Ｔｃを読み込む。この推定値Ｔｃには、第１暖機制御による暖機の影響が含まれることになる。暖機制御部１０４は、その推定値Ｔｃが、所定の暖機終了温度Ｔｅ以上であるか否かを判定する。暖機制御部１０４は、推定値Ｔｃが暖機終了温度Ｔｅ以上（Ｔｃ≧Ｔｅ）であると判定した場合（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、三元触媒４３の暖機が完了したものとして、第１暖機制御を終了し、ＣＩモードに復帰してリターンする。暖機終了温度Ｔｅは、少なくとも、前述の暖機開始温度Ｔｓよりも高く設定された温度（Ｔｅ＞Ｔｓ）であり、ＰＣＭ１００のメモリ等に、予め記憶されている。一方、推定値Ｔｃが暖機終了温度Ｔｅ未満（Ｔｃ＜Ｔｅ）であると判定された場合（ステップＳ２０７：ＮＯ）、暖機制御部１０４は、第１暖機制御を継続するべくステップＳ２０８へ進む。このように暖機終了温度Ｔｅを暖機開始温度Ｔｓよりも高く設定しておくことで、第１暖機制御が終了した後に全気筒でＣＩ燃焼を行った場合、触媒温度が、ＣＩ燃焼の開始直後に暖機開始温度Ｔｓを下回ってしまうような事態を抑制することできる。尚、暖機が完了したか否かの判定は、この構成には限定されない。例えば、第１暖機制御を開始してからの経過時間に基づいて、第１暖機制御を終了してもよい。

ステップＳ２０８において、暖機制御部１０４は、第１暖機制御を開始してから、所定時間以上に亘り同一気筒が継続してＳＩ気筒又はＣＩ気筒に振り分けられているか否かを判定する。この例では、暖機制御部１０４は、ステップＳ２０１において、第１気筒１８ａ及び第４気筒１８ｄをＣＩ気筒としかつ、第３気筒１８ｃ及び第２気筒１８ｂをＳＩ気筒としてからの経過時間に基づいて判定する。そして、暖機制御部１０４は、所定時間以上に亘り同一気筒がＳＩ気筒又はＣＩ気筒に振り分けられていると判定した場合（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、ステップＳ２０９へ進み、ＳＩ気筒とＣＩ気筒との入替を行った上で、ステップＳ２０２へ戻る。一方、第１暖機制御が所定時間未満に亘って実行されていると判定した場合（ステップＳ２０８：ＮＯ）、ＳＩ気筒とＣＩ気筒との入替を行うことなく、ステップＳ２０６へ戻り、第１暖機制御を継続する。

ステップＳ２０９において、暖機制御部１０４は、ＳＩ気筒とＣＩ気筒との入替を行う。具体的に、暖機制御部１０４は、ＳＩ気筒に振り分けられていた気筒つまり、第３気筒１８ｃ及び第２気筒１８ｂをＣＩ気筒に変更する一方、ＣＩ気筒に振り分けられていた気筒つまり、第１気筒１８ａ及び第４気筒１８ｄをＳＩ気筒に変更する。ＳＩ気筒とＣＩ気筒との入替を行った後、暖機制御部１０４は、ステップＳ２０２へ戻り、前述の如く、ＳＩ気筒に対するエンリッチ制御（ステップＳ２０２）、及び点火リタード（ステップＳ２０３）と、ＣＩ気筒に対する内部ＥＧＲ（ステップＳ２０４）と、吸気マニホールド３２へのパージガスの供給（ステップＳ２０５）とを順次実行した上で、燃焼制御部１０３を介してＳＩ気筒及びＣＩ気筒の各々で混合気を燃焼させる（ステップＳ２０６）。

（第２暖機制御）
一方で、燃焼室内の温度が相対的に低い場合に行われる第２暖機制御において、暖機制御部１０４は、エンジン１をＳＩモードで運転し且つ、混合気へ点火をするタイミングを遅角させる。つまり、暖機制御部１０４は、第１暖機制御とは異なり、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄを全て、ＳＩ気筒に振り分けると共に、混合気へ点火をするタイミングを、エンジン１の運転状態に対応するタイミングに対して、所定のリタード量だけ遅角させる。これにより、各気筒から相対的に高温の排気ガスが排出される。

〈まとめ〉
以上説明したように、前記の構成によると、ＰＣＭ１００は、第１暖機制御を実行することにより、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄを、各気筒の燃焼順に従って交互に、ＣＩ気筒とＳＩ気筒とに振り分ける。これにより、ＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とが気筒単位で交互に行われるようになる。

ＳＩ燃焼では排気ガスが相対的に高温になるため、ＳＩ気筒から排出された排気ガスによって、三元触媒４３の暖機を行うことができる。一方、ＣＩ燃焼では熱効率が相対的に高くなるため、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄのうちの一部をＣＩ気筒に振り分けることにより、エンジン１全体の熱効率の低下を抑制し、ひいては燃費の低下を抑制することができる。

このように、前記の構成によると、三元触媒４３の暖機を行いつつも、エンジン１全体の熱効率の低下を抑制することができる。そのことで、三元触媒４３を活性状態に維持することと、燃費とを両立させることが可能になる。

また、前述の如く、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄを、各気筒の燃焼順に従って交互に、ＣＩ気筒とＳＩ気筒とに振り分けることにより、三元触媒４３では、還元反応と酸化反応とが気筒単位で繰り返し行われることとなり、その反応熱によって、三元触媒４３を速やかに暖機することが可能になる。

また、前記の構成によると、各気筒のＡ／Ｆをリッチ又はリーンに設定した場合であっても、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄ全体では、Ａ／Ｆを理論空燃比付近の値にすることが可能になる。つまり、各気筒から排出される排気ガスの各々については、ＮＯｘや還元剤成分を相対的に多く含んでいるものの、第１気筒１８ａ〜第４気筒１８ｄ全体では、ＮＯｘと還元剤成分とがバランス良く含まれるようにすることが可能になる。そのことで、前述の還元反応及び酸化反応を繰り返し行いつつ、三元触媒４３の三元浄化機能を効果的に発揮させることが可能になる。

また、ＳＩ燃焼を行う場合には、燃焼安定性を確保するために、気筒内に吸入させる空気量を、エンジン１に要求された出力等に応じて、適宜、増減させる必要が生じる一方、ＣＩ燃焼を行う場合には、混合気の空燃比がリーンであっても燃焼が安定するため、
気筒内に吸入させる空気量を増減させる必要性に乏しい。

前記の構成によると、ＰＣＭ１００は、第１暖機制御を実行している最中、スロットル弁３６を全開にする。そうすることで、ＣＩ気筒では、可能な限りの量の空気が吸入された上で、ＣＩ燃焼が行われる。それにより、熱効率が向上する。そして、ＰＣＭ１００は、吸気弁駆動機構７１を介して吸気弁２１を制御することにより、ＳＩ気筒内に吸入させる空気量を調整する。そうすることで、スロットル弁３６を全開にした場合であっても、ＳＩ気筒内に吸入させる空気量を増減させて、ひいてはＳＩ気筒においてＳＩ燃焼を安定して行うことが可能になる。

このように、前記の構成は、ＣＩ気筒におけるＣＩ燃焼と、ＳＩ気筒におけるＳＩ燃焼とを両立させる上で有効である。

さらに、前記の構成によると、ＰＣＭ１００は、吸気弁２１を制御することにより、ＳＩ気筒内へ吸入される空気量を減少させる。この構成によれば、ＳＩ気筒において、混合気のＡ／Ｆを理論空燃比よりもリッチ側に設定することが可能になる。また、その際に、ポンピング損失が増大しない。

また、前記の構成によると、ＰＣＭ１００は、吸気弁２１の開時期を変更することにより、ＳＩ気筒内に吸入させる空気量を減少させる。この構成によれば、吸気弁２１の閉時期を変更する場合とは異なり、ピストン１４の有効圧縮比が低下せず、ひいては高い熱効率を維持する上で有利になる。

また、前記の構成によると、排気弁駆動機構７３が後続開弁を行うことにより、ＰＣＭ１００は、排気ポート１７へ排出された排気ガスの一部を気筒内へ再導入する所謂、内部ＥＧＲを行うことができる。そのことで、ＣＩ気筒の筒内を昇温し、ＣＩ燃焼を安定して行う上で有利になる。

前述の如く、ＳＩ燃焼では排気ガスが相対的に高温になるため、ＳＩ気筒の筒内温度は、ＣＩ気筒の筒内温度よりも高くなり易い。そこで、前記の構成によると、内部ＥＧＲを行うことで、排気ガスを再導入した分だけ、ＣＩ気筒の筒内温度は高く維持されるから、ＳＩ気筒とＣＩ気筒との間の温度差を低減することが可能になる。そのことで、エンジン１の熱変形を均一に保ち、その信頼性を向上させる上で有利になる。さらに、各気筒間の温度差を低減することで、第１暖機制御を完了してＣＩモードへ復帰したときに、ＣＩ燃焼を安定して行う上で有利になる。

また、前記の構成によると、第１暖機制御によって、所定時間以上に亘り同一の気筒がＳＩ気筒又はＣＩ気筒に振り分けられていた場合、ＰＣＭ１００がＳＩ気筒とＣＩ気筒との入替を行う。これにより、ＳＩ気筒からＣＩ気筒へ変更された気筒については、その筒内温度を低下させる一方、ＣＩ気筒からＳＩ気筒へ変更された気筒については、その筒内温度を上昇させることが可能になる。そのことで、各気筒間の温度差を低減し、ひいてはエンジン１の熱変形を均一に保ち、その信頼性を向上させる上で有利になる。また、前述の如く、第１暖機制御を完了してＣＩモードへ復帰したときに、ＣＩ燃焼を安定して行う上で有利になる。

また、前記の構成によると、ＰＣＭ１００は、混合気へ点火をするタイミングを遅角させることにより、ＳＩ気筒の熱効率を低下させると共に、その低下分に応じて、排気ガスを大幅に昇温させることが可能になる。そのことで、三元触媒４３を速やかに暖機することが可能になる。

パージガスは、蒸発燃料と空気とが予め混合されたガスである。パージガスを供給することにより、ＣＩ気筒における混合気の燃焼性を高めることが可能になる。よって、例えば第１暖機制御が実行されるときのように、各気筒の筒内温度が比較的低い場合において、ＣＩ気筒の未燃燃料を減らす上で有利になる。

また、パージガスを供給することにより、ＳＩ気筒における混合気のＡ／Ｆをリッチ側に設定することが可能になる。そのことで、前述の如く、三元触媒４３を活性状態に維持したり、三元触媒４３の浄化性能を効果的に発揮させたりする上で有利になる。

また、前記の構成によると、暖機制御部１０４は、第１暖機制御において、ＳＩ燃焼により得られるトルクと、ＣＩ燃焼により得られるトルクとの間のトルク差が減少するように、好ましくはトルク差がゼロになるように制御している。この構成によれば、ＰＣＭ１００は、エンジン１のトルク変動を抑制することが可能になる。

また、前記の構成によると、暖機制御部１０４は、ＣＩ燃焼を実行可能か否かに基づいて、第１暖機制御と第２暖機制御との使い分けを行う。そうした使い分けを行うことで、三元触媒４３の暖機を安定して且つ、確実に行うことが可能になる。

〈〈他の実施形態〉〉
前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

前記実施形態において、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０４、及び、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０９の順番は一例であり、ステップの順番を可能な範囲で適宜入れ替えたり、複数のステップを並行して処理したりしてもよい。例えば、ステップＳ２０２からステップＳ２０３まで続くステップと、ステップＳ２０４とを並行に処理したり、それらの順番を入れ替えて処理してもよい。

また、前記実施形態では、ＰＣＭ１００は、温度推定部１０２により触媒温度を推定するように構成されていたが、この構成には限られない。例えば、三元触媒４３付近に設けたセンサによって、触媒温度を検出してもよい。

また、前記実施形態では、エンジン１は、４気筒ガソリンエンジンとして構成されていたが、この構成には限られない。３気筒エンジンとして構成したり、５気筒以上のエンジンとして構成してもよい。また、３気筒エンジンとして構成した場合、３つの気筒のうちの２気筒をＣＩ気筒にし且つ、残りの１気筒をＳＩ気筒に振り分ける制御と、１気筒をＣＩ気筒にし且つ、他の２気筒をＳＩ気筒に振り分ける制御とを、１サイクル毎に交互に行うことになる。その場合、前述のステップＳ２０８〜ステップＳ２０９のように、ＣＩ気筒とＳＩ気筒との入替に関するステップは不要となる。

１エンジン（エンジン本体）
１６吸気ポート
１７排気ポート
１８気筒
１８ａ第１気筒
１８ｂ第２気筒
１８ｃ第３気筒
１８ｄ第４気筒
２１吸気弁
２２排気弁
２５点火プラグ
３０吸気通路
３２吸気マニホールド
３６スロットル弁
４３三元触媒（触媒）
６０燃料タンク
６７インジェクタ（燃料噴射弁）
７１吸気弁駆動機構
７３排気弁駆動機構
８０パージシステム
８１キャニスタ
８２パージ通路
１００ＰＣＭ（制御器）
Ｔｓ暖機開始温度（所定温度）

Claims

複数の気筒を有するエンジン本体と、
前記複数の気筒のそれぞれに開口しており且つ、該複数の気筒に共通の吸気通路から各気筒内へ空気を吸入する吸気口と、
前記吸気口を開閉可能に構成された吸気弁と、
前記吸気通路に設けられ、前記複数の気筒へ供給されるガスの流量を調節するスロットル弁と、
前記吸気弁の開弁期間を気筒毎に個別に制御するよう構成された吸気弁駆動機構と、
前記複数の気筒のそれぞれに対して燃料を個別に供給するよう構成された燃料噴射弁と、
前記複数の気筒にそれぞれ取り付けられ、該複数の気筒内の混合気に点火をするように構成された点火プラグと、
前記複数の気筒に排気通路を介して接続され、各気筒から排出された排気ガスの浄化機能を有する触媒と、
前記燃料噴射弁及び前記点火プラグを制御することによって、前記エンジン本体を運転するように構成された制御器とを備え、
前記制御器は、前記複数の気筒内の混合気を自着火させる圧縮着火燃焼によって前記エンジン本体を運転する第１モードと、前記点火プラグを駆動することによって、前記複数の気筒内の混合気に点火をして火花点火燃焼を行うことにより前記エンジン本体を運転する第２モードとを切り替えるように構成され、
前記制御器は、前記エンジン本体を前記第１モードで運転しているときに、前記触媒の温度が所定温度以下であると判定した場合、前記複数の気筒が、各気筒の燃焼順に従って前記圧縮着火燃焼と前記火花点火燃焼とを交互に行うように、前記複数の気筒を、前記圧縮着火燃焼を行うＣＩ気筒と、前記火花点火燃焼を行うＳＩ気筒とに振り分ける暖機制御を実行し、
前記制御器はまた、前記暖機制御において、前記スロットル弁の開度を全開にすると共に、前記吸気弁駆動機構を介して前記ＳＩ気筒の吸気弁を制御することにより、該ＳＩ気筒の吸気弁の開弁期間を前記ＣＩ気筒の吸気弁の開弁期間よりも短くするエンジンの制御装置。
複数の気筒を有するエンジン本体と、
前記複数の気筒のそれぞれに開口しており且つ、該複数の気筒に共通の吸気通路から各気筒内へ空気を吸入する吸気口と、
前記吸気口を開閉可能に構成された吸気弁と、
前記吸気通路に設けられ、前記複数の気筒へ供給されるガスの流量を調節するスロットル弁と、
前記吸気弁の開弁期間を気筒毎に個別に制御するよう構成された吸気弁駆動機構と、
前記複数の気筒のそれぞれに対して燃料を個別に供給するよう構成された燃料噴射弁と、
前記複数の気筒にそれぞれ取り付けられ、該複数の気筒内の混合気に点火をするように構成された点火プラグと、
前記複数の気筒に排気通路を介して接続され、各気筒から排出された排気ガスの浄化機能を有する触媒と、
前記燃料噴射弁及び前記点火プラグを制御することによって、前記エンジン本体を運転するように構成された制御器とを備え、
前記制御器は、前記複数の気筒内の混合気を自着火させる圧縮着火燃焼によって前記エンジン本体を運転する第１モードと、前記点火プラグを駆動することによって、前記複数の気筒内の混合気に点火をして火花点火燃焼を行うことにより前記エンジン本体を運転する第２モードとを切り替えるように構成され、
前記制御器は、前記エンジン本体を前記第１モードで運転しているときに、前記触媒の温度が所定温度以下であると判定した場合、前記複数の気筒が、各気筒の燃焼順に従って前記圧縮着火燃焼と前記火花点火燃焼とを交互に行うように、前記複数の気筒を、前記圧縮着火燃焼を行うＣＩ気筒と、前記火花点火燃焼を行うＳＩ気筒とに振り分ける暖機制御を実行し、
前記制御器はまた、前記暖機制御において、前記スロットル弁の開度を全開にすると共に、前記吸気弁駆動機構を介して前記ＳＩ気筒の吸気弁を制御することにより、該ＳＩ気筒の吸気弁の閉時期を前記ＣＩ気筒の吸気弁の閉時期と同じとしつつも、前記ＳＩ気筒の吸気弁の開時期を前記ＣＩ気筒の吸気弁の開時期よりも遅角させるエンジンの制御装置。
請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置において、
前記制御器は、前記暖機制御において、前記ＳＩ気筒内における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に設定する一方、前記ＣＩ気筒内における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定するエンジンの制御装置。
請求項３に記載のエンジンの制御装置において、
前記触媒は、三元浄化機能を有する三元触媒として構成され、
前記制御器は、前記暖機制御において、前記ＳＩ気筒内における混合気の空燃比と理論空燃比との間の差の大きさが、前記ＣＩ気筒内における混合気の空燃比と理論空燃比との間の差の大きさと同じになるように設定するエンジンの制御装置。
請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
前記吸気弁駆動機構は、少なくとも、前記吸気弁の開閉時期を気筒毎に個別に変更可能に構成され、
前記制御器は、前記暖機制御において、前記吸気弁駆動機構を介して前記ＳＩ気筒の吸気弁の閉時期を前記ＣＩ気筒の吸気弁の閉時期と同じにし且つ、前記ＳＩ気筒の吸気弁の開時期を前記ＣＩ気筒の吸気弁の開時期よりも遅角させることにより、前記ＳＩ気筒内へ吸入される空気量を減少させるエンジンの制御装置。
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置において、
前記各気筒内から前記排気通路へガスを排出する排気口を開閉可能に構成された排気弁と、
前記排気弁の開閉を気筒毎に個別に制御するよう構成された排気弁駆動機構とを備え、
前記排気弁駆動機構は、排気行程中に行う主開弁に後続して、吸気行程において開弁状態となる後続開弁を行うように、前記排気弁を開閉駆動可能に構成され、
前記制御器は、前記暖機制御において、前記排気弁駆動機構を介して前記排気弁を制御することにより、前記ＣＩ気筒の前記排気弁に対し前記主開弁と前記後続開弁とを実行させるように構成されているエンジンの制御装置。
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置において、
前記制御器は、前記暖機制御によって、所定時間以上に亘り同一気筒が継続して前記ＳＩ気筒又は前記ＣＩ気筒に振り分けられていた場合、前記ＳＩ気筒に振り分けられていた気筒を前記ＣＩ気筒に変更する一方、前記ＣＩ気筒に振り分けられていた気筒を前記ＳＩ気筒に変更するエンジンの制御装置。
請求項１から請求項７のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置において、
前記制御器は、前記暖機制御において、前記ＳＩ気筒内の前記混合気へ点火をするタイミングを、圧縮上死点よりも遅角させるエンジンの制御装置。
請求項１から請求項８のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置において、
燃料タンクの蒸発燃料を、前記各気筒内に導入するよう構成されたパージシステムを備え、
前記制御器は、前記暖機制御において、前記パージシステムによって、前記各気筒へパージガスを供給するように構成されているエンジンの制御装置。
請求項１から請求項９のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置において、
前記制御器は、前記暖機制御において、前記ＳＩ気筒における火花点火燃焼により得られるトルクと、前記ＣＩ気筒における圧縮着火燃焼により得られるトルクとが同じになるように制御するエンジンの制御装置。