JP4124101B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明はエンジン（内燃機関）の制御装置、特に始動から始動後にかけての制御に関する。

吸気バルブのバルブリフト量及び作動角を連続的に可変制御する可変バルブ機構と、クランクシャフトと吸気バルブ用カムシャフトとの回転位相差を連続的に可変制御して吸気バルブのバルブタイミングを進遅角する可変バルブタイミング機構とを備え、始動からファーストアイドル時にこの可変バルブ機構によって吸気バルブのリフト量を低く（小さく）設定し、かつ可変バルブタイミング機構によってバルブタイミングを遅らせ、かつ燃料噴射タイミングを吸気行程中とするものがある（特許文献１参照）。
特開２００３−３８７２号公報

ところで、上記の特許文献１において吸気バルブのリフト量を小さく設定しかつ燃料噴射タイミングを吸気行程中とするのは、吸気流速を速めて噴射燃料の微粒化を促進するためであるが、実験してみたところ、吸気バルブの壁流量の多い条件では燃焼室内の壁流量が却って増加し、これによりエンジンより排出されるＨＣが増えてしまうことが分かった。

これについて説明すると、吸気バルブの傘裏部の壁流量が多い場合に大リフトの状態から小リフトの状態にすると、燃焼室５内の壁流量特に燃焼室上面に付着する壁流量が多くなる。これはバルブリフトが小さいと吸気バルブ１５と吸気ポート４壁の隙間を通過する吸気流速が速くなるため、吸気バルブ傘裏部に付着した壁流燃料が燃焼室内に吸入される際に横方向に飛んで燃焼室上面に付着するためである。

一方、吸気行程中に燃料を噴射すると燃料噴射弁からの噴霧が吸気の流れに乗って燃焼室の中まで吸入されてしまうため吸気バルブ傘裏部に付着する壁流量は排気行程中に燃料噴射するときより減少するものの燃焼室内のシリンダ面に付着する壁流量は増加してしまうのである。

このように、上記の特許文献１の技術によれば、燃料の微粒化そのものは促進されるものの燃焼室上面及び燃焼室内のシリンダ面の壁流量をどちらも増やす結果となり、ＨＣが増えてしまうのである。

そこで本発明は、ブースト圧が発達する前の始動時及びブースト圧が発達する始動後にかけて吸気バルブの壁流量が多い条件においても、燃焼室内の壁流量を減少させＨＣを低減する装置を提供することを目的とする。

ここで、上記の「ブースト圧」とは、吸気絞り弁下流の吸気管圧力のことである。また、上記の「ブースト圧が発達する」とはピストンによるポンピング作用によりブースト圧が大気圧より小さくなってゆくことを意味している。

本発明は、図１に示したように吸気バルブ（１５）と、吸気バルブ（１５）のバルブリフト量とバルブタイミングとを可変的に制御可能な可変動弁機構（２６、２７）と、点火装置（１４）と、吸気ポート（４）より吸気バルブ（１５）に向けて燃料噴射を行う燃料噴射装置（２１）とを備え、エンジンコントローラ（３１）が吸気管圧力が所定の負圧に到達する前の始動時に燃料噴射が吸気行程で行われるように燃料噴射装置（２１）を制御すると共に、吸気管圧力が所定の負圧に到達する始動後に吸気バルブ（１５）と排気バルブ（１６）のオーバーラップ量がエンジンの暖機完了後より拡大するように可変動弁機構（２６、２７）を、エンジンを安定した状態で燃焼できる遅角側の限界の点火時期である燃焼安定限界で点火が行われるように点火装置（１４）をそれぞれ制御する。なお、符号は実施形態の説明に対応して付けたもので、本発明はこれに限定されるわけでない。

本発明によれば、吸気管圧力が所定の負圧に到達する始動後に、図２、図１１の二点鎖線で示したように吸排気バルブのオーバーラップ量が拡大するようにしたので、燃焼室内に残留する高温の排ガスが多くなって燃料の霧化が促進されると共に未燃ＨＣが再燃焼され、これによりブースト圧が発達する始動後においてエンジンより排出されるＨＣ量を低減できる。

一方、吸気管圧力が所定の負圧に到達する前の始動時に吸排気バルブのオーバーラップ量を拡大しても吹き返しによる気化促進効果が得られない。このため、本発明によれば始動時に吸気行程噴射を行い、これにより吸気による２次微粒化を促進する。これにより燃焼室内の壁流量を減らすことができる（図３３第３段目、第４段目の二点鎖線参照）。

このように、始動時に吸気噴射を行い、始動後に吸排気バルブのオーバーラップ量が拡大するようにしたので、図３に示したように、始動時においても吸排気バルブのオーバーラップ量を拡大させている場合（図３上段の破線参照）よりもさらにハッチングで示した面積の分だけエンジン出口でのＨＣ排出量を減らすことができる（図３上段の一点鎖線参照）。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。図１はＬ−ジェトロニック方式のガソリン噴射エンジンに適用した本発明の第１実施形態のシステムを説明するための概略図である。

吸気絞り弁２３により調量される空気は、吸気コレクタ２に蓄えられた後、吸気マニホールド３を介して各気筒の燃焼室５に導入される。燃料は各気筒の吸気ポート４に配置された燃料噴射弁２１（燃料噴射装置）より、所定のタイミング（始動時より常時排気行程）で吸気ポート４内に、より具体的には吸気ポート４に遮るように存在する吸気バルブ１５（傘裏部）に向けて間欠的に噴射供給される。ここで、燃料噴射弁２１に与える燃料噴射量は、エンジンコントローラ３１がエアフローメータ３２により検出される吸入空気流量と、クランク角センサ（３３、３４）からの信号に基づいて演算されるエンジン回転速度とに応じて算出している。

吸気バルブ１５に向けて噴射された燃料は吸気と混合して混合気を作り、この混合気は吸気バルブ１５を閉じることで燃焼室５内に閉じこめられ、ピストン６の上昇によって圧縮され、点火プラグ１４（点火装置）により着火されて燃焼する。この燃焼によるガス圧がピストン６を押し下げる仕事を行い、このピストン６の往復運動はクランクシャフト７の回転運動へと変換される。燃焼後のガス（排気）は排気バルブ１６が開いたとき排気通路８へと排出される。

排気通路８には三元触媒９、１０を備える。三元触媒９、１０は排気の空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲にあるとき、排気に含まれるＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを同時に効率よく除去できる。このため、エンジンコントローラ３１では運転条件に応じて燃料噴射弁２１からの基本燃料噴射量を定めると共に、三元触媒９の上流に設けたＯ₂センサ３５からの信号に基づいて空燃比をフィードバック制御する。

上記の吸気絞り弁２３はスロットルモータ２４により駆動される。運転者が要求するトルクはアクセルペダル４１の踏み込み量（アクセル開度）に現れるので、エンジンコントローラ３１ではアクセルセンサ４２からの信号に基づいて目標トルクを定め、この目標トルクを実現するための目標空気量を定め、この目標空気量が得られるようにスロットルモータ２４を介して吸気絞り弁２３の開度を制御する。

上記吸気バルブ１５のバルブリフト量及び作動角を連続的に可変制御する多節リンク状の機構で構成される可変バルブ機構（以下、「ＶＥＬ機構」という。）２６と、クランクシャフト７と吸気バルブ用カムシャフト２５との回転位相差を連続的に可変制御して、吸気バルブ１５のバルブタイミングを進遅角する可変バルブタイミング機構（以下「ＶＴＣ機構」という。）２７とを備える。これらの具体的な構成は特開２００３−３８７２号公報により公知であるのでその詳しい説明は省略する。例えば、ＶＥＬ機構２７とＶＴＣ機構２６の両方に指令値を与えてないときには吸気バルブ１５のバルブリフトは、図２Ａに示した特性（実線参照）、つまり出力要求に応じる特性であり、排気バルブ１６とほぼ同等の大きなバルブリフト量と大きな作動角とを有している。これに対して、ＶＥＬ機構２７に対してのみ指令値を与えると、バルブリフトが最大となるクランク角位置を変えずにバルブリフト量と作動角とが共に小さくなる。また、ＶＴＣ機構２６に対して指令値を与えていないときには回転位相が最遅角位置にありＶＴＣ機構２６に対してのみ指令値を与えたときバルブリフト量、作動角を変更することなく回転位相、具体的には吸気バルブ開時期ＩＶＯ（あるいは吸気バルブ閉時期ＩＶＣ）のみが進角側に移動する。

本実施形態では、図５で後述するように、スタータスイッチをＯＦＦよりＯＮにするタイミングｔ０よりエンジンが始動するタイミングｔ１までの期間（この期間を以下「始動時」という。）、エンジンが始動したタイミングｔ１から吸気バルブ温度が冷却水温Ｔｗより一定値だけ高い温度（この温度を以下「平衡温度」という。）に達するタイミングｔ２（第１のタイミング）までの期間（この期間を以下「始動後第一期間」という。）と、吸気バルブ温度が平衡温度に達するタイミングｔ２から触媒９が活性化するタイミングｔ３（第２のタイミング）までの期間（この期間を以下「始動後第二期間」という。）と、触媒９が活性化するタイミングｔ３以降の期間（この期間を以下「通常時」という。）とで吸気バルブ１５のバルブリフト（リフト量及びバルブタイミング）を異ならせており、これに対応してこれら２つの機構２６、２７を次のように作動させる。なお、本実施形態では、通常時はエンジンの暖機完了後でもある。

〔１〕始動時にはＶＥＬ機構２６とＶＴＣ機構２７の両方に指令値を与えて作動させると共に、ＶＴＣ機構２７への指令値を小さくする。このとき、吸気バルブ１５のバルブリフトは図２Ｂに示した特性（破線参照）となる。すなわち、小リフト量のまま吸気バルブ１５のバルブタイミングが遅角側へと移動し、吸気バルブ１５の開時期ＩＶＯは通常時と同じほぼ吸気上死点ＴＤＣに、これに対して吸気バルブ１５の閉時期ＩＶＣは通常時よりもほぼ吸気下死点ＢＤＣにまで進角する。

〔２〕始動後第一期間ではＶＥＬ機構２６とＶＴＣ機構２７の両方に指令値を与えて作動させると共に、ＶＴＣ機構２７への指令値を大きくする。このとき、ＶＥＬ機構２６の作動で吸気バルブ１５のリフト量及び作動角が通常時より共に小さくなり、ＶＴＣ機構２７の作動により吸気バルブ１５のリフト量が最大となるクランク角位置が、前述した〔１〕の場合あるいは後述する〔３〕の場合よりさらに進角側に移動するので、このときの吸気バルブ１５のバルブリフトは図２Ｃに示した特性（二点鎖線参照）となる。すなわち、小リフト量（例えば３〜４ｍｍ）となりかつ吸排気バルブ１５、１６のオーバーラップ量が拡大する。

〔３〕始動後第二期間ではＶＥＬ機構２６とＶＴＣ機構２７の両方に指令値を与えて作動させると共に、ＶＴＣ機構２７への指令値を小さくするので、このときの吸気バルブ１５のバルブリフトは図２Ｂに示した特性（破線参照）となる。すなわち、小リフト量のまま吸気バルブ１５のバルブタイミングが遅角側へと移動し、吸気バルブ１５の開時期ＩＶＯは通常時と同じほぼ吸気上死点ＴＤＣに、これに対して吸気バルブ１５の閉時期ＩＶＣは通常時よりもほぼ吸気下死点ＢＤＣにまで進角する。

〔４〕通常時にはＶＥＬ機構２６とＶＴＣ機構２７の両方に指令値を与えず非作動とする。このとき、吸気バルブ１５のバルブリフトは図２Ａに示した特性となる。

ここで、始動後第一期間に吸気バルブ１５のバルブリフトを図２Ｃに示した特性とするのは、図３破線に示したように始動直後には吸排気バルブ１５、１６のオーバーラップを拡大させたほうが実線で示した通常時（大リフト）より燃焼室５内の壁流量（燃焼室５上面の壁流量及び燃焼室５内のシリンダ面の壁流量）が減少してＨＣを低減できるからである。さらに述べると、始動直後にはオーバーラップ量を拡大することにより燃焼室５内の残留ガス量を多くして高温のガスにより燃料の霧化を促進させると共に燃焼室５内の未燃ＨＣを再燃焼させるためであり、これによりエンジンより排出されるＨＣ量が減少するのである。一方、吸気バルブ温度が平衡温度に達するｔ２のタイミング以降になると燃焼室５内の壁流量が通常時より却って多くなるので、図２Ｃの特性とするのはｔ２のタイミングまでである。

次に、始動後第二期間に吸気バルブ１５のバルブリフトを図２Ｂに示した特性とする理由を説明する。図４に図２Ａの特性と図２Ｂの特性とで点火時期に対するＨＣ、排温、燃焼安定度がどのように異なるのかを示している。図４において図２Ｂに示すバルブリフトへと変更して吸気バルブ閉時期ＩＶＣを吸気下死点ＢＤＣに近づけると、有効圧縮比が図２Ａに示すバルブリフトのときより向上して燃焼安定度が向上する。この場合にエンジンを燃焼安定限界で運転するとすれば、図４第３段目に示したように図２Ａのバルブリフトであるとき燃焼安定限界での点火時期はＡＤＶａであり、これに対して図２Ｂのバルブリフトでは燃焼安定限界での点火時期がＡＤＶａより遅角側のＡＤＶｂへと移動する。このことは燃焼安定限界での運転を続けるのであれば、図２Ａのバルブリフトより図２Ｂのバルブリフトへと変更したとき点火時期をＡＤＶａよりＡＤＶｂへと所定値ΔＡＤＶだけ遅角できることを意味する。このように点火時期を遅角できると、その点火時期遅角量ΔＡＤＶの分だけ排温が上昇し（図４第１段目参照）、エンジン出口でのＨＣが減少する（図４第２段目参照）。

このように、始動後第二期間には吸気バルブ閉時期ＩＶＣを吸気下死点ＢＤＣに近づけることで、運転性を確保しつつ点火時期をリタードでき、その結果としてＨＣを低減しかつ排温を上昇させることができる。

さらに、始動時に吸気バルブ１５のバルブリフトを図２Ｂに示した特性とするのは、ブースト圧が発達しない始動時にはオーバーラップ量を拡大させても、排気温度が低いために燃料の気化促進効果が得られないので、その代わりにリフト量を通常時より小さくして吸気流速を大きくし、この大きくした吸気流速により２次微粒化（吸気による燃料の微粒化のこと）つまり燃料の気化を促進するためである。このため、燃料噴射は始動後第一期間、始動後第二期間や通常時と相違して吸気行程で行う。例えば吸気バルブ開時期をまたいで燃料噴射を行う。ここで、「またいで」とは吸気バルブ開時期より前の時期に燃料噴射を開始し、吸気バルブ開時期を過ぎた時期に燃料噴射を終了する、という意味である。

図５は図２〜図４について前述したところをまとめて、つまり冷間始動よりアイドル状態を保って運転する場合に吸気バルブ１５のバルブリフト（リフト量ＶＬ、閉時期ＩＶＣ）、燃料噴射終了時期ＴＩＴＭ及び点火時期ＡＤＶをどのように制御するのかをモデル的に示したタイミングチャートである。

ここでは吸気バルブ１５のバルブリフト、燃料噴射終了時期及び点火時期の制御を次のように経時的に４つのステージに分けて行う。

（１）エンジンが始動するタイミングｔ１までの期間（つまり始動時）
（２）始動したタイミングｔ１から吸気バルブ温度が平衡温度に達するタイミングｔ ２までの期間（つまり始動後第一期間）
（３）タイミングｔ２から触媒９が活性化するタイミングｔ３までの期間（つまり始 動後第二期間）
（４）第２のタイミングｔ３以降の期間（つまり通常時）
上記（２）の始動後第一期間では、ＶＥＬ機構２６を作動させて吸気バルブ１５のリフト量ＶＬを始動後第一、第二の期間に共通の目標値ＶＬ２に設定して小さくし（例えば３〜４ｍｍ）、かつＶＴＣ機構２７を作動させると共にＶＴＣ機構２７に与える指令値を大きくして吸気バルブ閉時期ＩＶＣを始動後第一期間の目標値ＩＶＣ２（後述する目標値ＩＶＣ１より約１０°進角側）まで進角させ吸排気バルブ１５、１６のオーバーラップ量を拡大する。この通常時よりも大きなオーバーラップにより燃焼室５内に残留する高温の排ガスが増え、この高温の排ガスが燃焼室内５の温度を上昇させるため、燃焼室５内の壁流量が減少し（図３参照）、これによってエンジンから排出されるＨＣを低減できる。

ただし、オーバーラップ量を拡大すると燃焼に寄与しない残留ガスが増えるため、燃焼安定度が悪化する。これを避けるため点火時期ＡＤＶを始動後第一期間の目標値ＡＤＶ２へと進角させる。この目標値ＡＤＶ２は吸気バルブ１５が小リフトかつオーバーラップ量を拡大した状態での燃焼安定限界の点火時期（残留ガス増加分だけ通常時の点火時期を進角させた値）である。

上記（３）の始動後第二期間でもＶＥＬ機構２６を作動させて吸気バルブ１５を小リフトに設定すると共にＶＴＣ機構２７に与える指令値を小さくし、吸気バルブ１５の閉時期ＩＶＣを吸気下死点ＢＤＣの近傍にある始動後第二期間の目標値ＩＶＣ３まで遅角する。これによって有効圧縮率が向上して燃焼安定度がよくなる。燃焼安定限界で運転するのであれば、この燃焼安定度の向上代だけ点火時期ＡＤＶを通常時より遅角できるので、点火時期ＡＤＶを通常時の目標値ＡＤＶ１より遅らせた時期を始動後第二期間の目標値ＡＤＶ３とする。これにより排温が上昇しそのぶん触媒９が早く活性化する。

一方、上記（１）の始動時にはオーバーラップ量を拡大しても、燃料の気化促進を図れないので、オーバーラップ量を拡大することはせず、燃料噴射を吸気行程で行って吸気による２次微粒化を図る。また、始動後第二期間と同じに、ＶＥＬ機構２６を作動させて吸気バルブ１５を小リフトに設定すると共にＶＴＣ機構２７に与える指令値を小さくし、吸気バルブ１５の閉時期ＩＶＣを吸気下死点ＢＤＣの近傍にある始動後第二期間の目標値ＩＶＣ３まで遅角する。

上記（４）の通常時になると、吸気バルブ１５のバルブリフト、点火時期ＡＤＶとも通常時の目標値へと戻す。すなわち、ＶＥＬ機構２６を非作動として吸気バルブ１５のリフト量ＶＬを通常時の目標値ＶＬ１（大リフト）に戻し、ＶＴＣ機構２７を非作動として吸気バルブの閉時期ＩＶＣを通常時の目標値ＩＶＣ１（例えば５０〜６０°ＡＢＤＣ）へと遅角する。安定限界での運転を継続するため点火時期ＡＤＶを通常時の点火時期ＡＤＶ１へと進角させる。

エンジンコントローラ３１で実行されるこの制御を図６、図７、図８のフローチャートに従って詳述する。図６、図７、図８は吸気バルブ閉時期ＩＶＣ、吸気バルブのリフト量ＶＬ、燃料噴射終了時期ＴＩＴＭ、点火時期ＡＤＶを演算するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

ステップ１ではスタータスイッチ３６からの信号をみる。スタータスイッチ３６からの信号がＯＮであれば始動時であると判断してステップ２に進み水温センサ３７により検出される冷却水温Ｔｗを始動時水温ＴＷＩＮＴとしてサンプリングする。

ステップ３、４、５は吸気バルブ閉時期ＩＶＣ［°ＢＢＤＣ］、吸気バルブのリフト量ＶＬ［ｍｍ］、燃料噴射終了時期ＴＩＴＭ［°ＢＴＤＣ］に初期値を設定する部分である。すなわち、吸気バルブ閉時期ＩＶＣに初期値としての始動時目標値ＩＶＣ３を（図５第２段目参照）、吸気バルブのリフト量ＶＬに初期値として始動後第一期間、始動後第二期間に共通の目標値ＶＬ２を、燃料噴射終了時期ＴＩＴＭに初期値としての始動時目標値ＴＩＴＭ２を（図５第３段目参照）入れた後にステップ６に進む。

一方、スタータスイッチ３６からの信号がＯＦＦであるとき（始動後）にはステップ１よりステップ２〜５を飛ばしてステップ６に進む。

ステップ６ではクランク角センサ（３３、３４）により検出されるエンジン回転速度ＮＲＰＭと所定値Ｎ１を比較する。ここで、所定値Ｎ１はブースト圧が発達しきるより少し手前の時点のエンジン回転速度を定める値である。詳細には図９に示したように始動時水温ＴＷＩＮＴをパラメータとする値（可変値）で与えている。すなわち、始動時水温ＴＷＩＮＴが高いほどエンジンの回転速度の上昇が速くなるためブースト圧が発達するまでの時間が短くなるので、所定値Ｎ１は高水温側ほど小さくなる設定である。ただし、所定値ａよりも極低水温域ではエンジンのフリクション増加に応じてエンジンの回転上昇に必要な空気量が増えるため低水温側ほど所定値Ｎ１が小さくなる設定としている。

エンジン回転速度ＮＲＰＭが所定値Ｎ１未満であればブースト圧が発達していないと判断しステップ７に進んで点火時期ＡＤＶ［°ＢＴＤＣ］に始動後第二期間の目標値ＡＤＶ３を入れる。

エンジン回転速度ＮＲＰＭが所定値Ｎ１以上になったときにはブースト圧が発達したと判断しステップ８〜１１に進んで吸気バルブ閉時期ＩＶＣを前回吸気バルブ閉時期ＩＶＣｏｌｄに、吸気バルブのリフト量ＶＬを前回リフト量ＶＬｏｌｄに、噴射終了時期ＴＩＴＭを前回噴射終了時期ＴＩＴＭｏｌｄに、点火時期ＡＤＶを前回点火時期ＡＤＶｏｌｄに移す。

ステップ１２、１３、１４では次の条件が成立しているか否かを一つずつ判定し全ての条件が成立しているとき図７のステップ１５〜１７に、いずれか一つでも成立していないときには図８のステップ３１〜３３に進む。

〈１〉始動時水温ＴＷＩＮＴが所定値ＴＥＭＰ１未満であること。

〈２〉触媒９の入口温度Ｔｅ１が所定値Ｔｅ１Ｈ未満であること。

〈３〉アイドル状態であること。

ここで、上記〈２〉の所定値Ｔｅ１Ｈは排気マニホールド集合部の近くに設けた触媒９が活性化する温度の下限値である。上記〈１〉の所定値ＴＥＭＰ１（例えば４０℃程度）は冷間始動時とホットリスタート時とを切り分けるための値である。

上記触媒９の入口温度Ｔｅ１は触媒の入口に設けた温度センサ３７により検出する。アイドル状態であるか否かはアイドルスイッチ３８からの信号により判断する。

上記〈１〉〜〈３〉の条件が全て成立するとき、つまり冷間始動時で触媒９が活性化前にありかつ運転条件がアイドル状態にあるときには図７のステップ１５〜１７に進む。

以下では運転条件は継続してアイドル状態にあるものとして述べる。実際には触媒９が活性化する前に運転条件がアイドル状態より外れた後に再びアイドル状態に戻る場合もあるが、この場合も含めようとするとフローが複雑になるので図６、図７、図８には示していない。

ステップ１５〜１７は燃料噴射終了時期ＴＩＴＭを始動時目標値ＴＩＴＭ２から通常時目標値ＴＩＴＭ１へと進角する部分である。すなわち、ステップ１５では次式により燃料噴射終了時期ＴＩＴＭを一定値ＤＴＩＴＭだけ進角する。

ＴＩＴＭ＝ＴＩＴＭｏｌｄ＋ＤＴＩＴＭ…（１）
ただし、ＤＴＩＴＭ；一定値（演算周期当たりの補正量）、
ステップ３１ではこの進角後の燃料噴射終了時期ＴＩＴＭと通常時目標値ＴＩＴＭ１を比較し、この進角後の燃料噴射終了時期ＴＩＴＭが通常時目標値ＴＩＴＭ１以下の（遅角側にある）ときにはステップ１７を飛ばしてステップ１８に進む。次回からもステップ１５を繰り返すとやがて燃料噴射終了時期ＴＩＴＭが通常時目標値ＴＩＴＭ１より大きくなる（目標値を超えて進角側になる）、つまり進角のしすぎとなるので、このときにはステップ１６よりステップ１７に進んで燃料噴射終了時期ＴＩＴＭを通常時目標値ＴＩＴＭ１に制限した後、ステップ１８に進む。ここで、始動時に燃料噴射が吸気行程噴射であったのに対して、始動後第一期間では排気行程噴射になる。

ステップ１８では現在の冷却水温Ｔｗと始動時水温ＴＷＩＮＴとの差（Ｔｗ−ＴＷＩＮＴ）を所定値ＤＴＷと比較する。ここで、所定値ＤＴＷは吸気バルブ１５の温度が平衡温度に達するときの冷却水温と始動時水温との差を定める値である。詳細には図１０に示したように始動時水温ＴＷＩＮＴをパラメータとして始動時水温ＴＷＩＮＴが低くなるほど大きくなる値（可変値）で与えている。これは始動時水温ＴＷＩＮＴが低いほど吸気バルブ１５温度が平衡温度に達するのが遅れるためである。

差（Ｔｗ−ＴＷＩＮＴ）が所定値ＤＴＷ未満であるとき（吸気バルブ温度が上昇する前）にはステップ１９〜２４に進む。

まずステップ１９〜２１は吸気バルブ閉時期ＩＶＣを始動後第一期間目標値ＩＶＣ２まで進角させる部分である。すなわち、ステップ１９では次式により吸気バルブ閉時期ＩＶＣを一定値ＤＩＶＣだけ進角する。

ＩＶＣ＝ＩＶＣｏｌｄ＋ＤＩＶＣ…（２）
ただし、ＤＩＶＣ；一定値（演算周期当たりの補正量）、
ステップ２３ではこの進角後の吸気バルブ閉時期ＩＶＣと始動後第一期間目標値ＩＶＣ２を比較し、吸気バルブ閉時期ＩＶＣが始動後第一期間目標値ＩＶＣ２以下の（遅角側にある）ときにはステップ２１を飛ばしてステップ２２に進む。次回からもステップ１９を繰り返すとやがて吸気バルブ閉時期ＩＶＣが始動後第一期間目標値ＩＶＣ２より大きくなる（目標値を超えて進角側になる）、つまり進角のしすぎとなるのでこのときにはステップ２０よりステップ２１に進んで吸気バルブ閉時期ＩＶＣを始動後第一期間目標値ＩＶＣ２に制限した後、ステップ２２に進む。

ステップ２２〜２４は点火時期を始動時目標値ＡＤＶ３から始動後第一期間目標値ＡＤＶ２まで進角させる部分である。すなわち、ステップ２２では次式により点火時期ＡＤＶを一定値ＤＡＤＶだけ進角する。

ＡＤＶ＝ＡＤＶｏｌｄ＋ＤＡＤＶ…（３）
ただし、ＤＡＤＶ；一定値（演算周期当たりの補正量）、
ステップ２３ではこの点火時期ＡＤＶと始動後第一期間目標値ＡＤＶ２を比較する。ここで、始動後第一期間目標値ＡＤＶ２としては吸気バルブ１５を小リフトとしかつ吸気バルブタイミングを進角して吸排気バルブ１５、１６のバルブオーバーラップを拡大した状態での燃焼安定限界の点火時期で、例えば、冷却水温Ｔｗやエンジン回転速度をパラメータとするマップ値で設定しておけばよい。点火時期ＡＤＶが始動後第一期間目標値ＡＤＶ２以下の（遅角側にある）ときにはステップ２４を飛ばしてそのまま今回の処理を終了する。次回からもステップ２２を繰り返すとやがて点火時期ＡＤＶが始動後第一期間目標値ＡＤＶ２より大きくなる（目標値を超えて進角側になる）、つまり進角のしすぎとなるのでこのときにはステップ２３よりステップ２４に進んで点火時期ＡＤＶを始動後第一期間目標値ＡＤＶ２に制限した後、今回の処理を終了する。

このようにして、ブースト圧が発達した後に所定時間が経過したときには、図５において始動後第一期間で示したように燃料噴射終了時期ＴＩＴＭは排気行程噴射を定める通常時目標値ＴＩＴＭ１に、吸気バルブ閉時期ＩＶＣは始動後第一期間目標値ＩＶＣ２に、点火時期ＡＤＶは始動後第一期間目標値ＡＤＶ２に保持される。

これに対してブースト圧が発達する前には、図５において始動期間で示したように燃料噴射終了時期ＴＩＴＭは吸気行程噴射を定める始動時目標値ＴＩＴＭ２に、吸気バルブ閉時期ＩＶＣは始動時目標値ＩＶＣ３に、点火時期ＡＤＶは始動時目標値ＡＤＶ３に保持される。

一方、その後に差（Ｔｗ−ＴＷＩＮＴ）が所定値ＤＴＷ以上となったときには吸気バルブ温度が平衡温度まで上昇したと判断し、ステップ１８よりステップ２５〜３０に進む。

まずステップ２５〜２７は吸気バルブ閉時期ＩＶＣを始動後第一期間の目標値ＩＶＣ２から始動後第二期間の目標値ＩＶＣ３（吸気下死点ＢＤＣ近傍）まで遅角させる部分である。すなわち、ステップ２５では次式により吸気バルブ閉時期ＩＶＣを一定値ＤＩＶＣだけ遅角する。

ＩＶＣ＝ＩＶＣｏｌｄ−ＤＩＶＣ…（４）
ただし、ＤＩＶＣ；一定値（演算周期当たりの補正量）、
ステップ２６ではこの遅角後の吸気バルブ閉時期ＩＶＣと始動後第二期間目標値ＩＶＣ３を比較し、吸気バルブ閉時期ＩＶＣが始動後第二期間目標値ＩＶＣ３以上の（進角側にある）ときにはステップ２７を飛ばしてステップ２８に進む。次回からもステップ２５を繰り返すとやがて吸気バルブ閉時期ＩＶＣが始動後第二期間目標値ＩＶＣ３より小さくなる（目標値を超えて遅角側になる）、つまり遅角のしすぎとなるのでこのときにはステップ２６よりステップ２７に進んで吸気バルブ閉時期ＩＶＣを始動後第二期間目標値ＩＶＣ３に制限した後、ステップ２８に進む。

次にステップ２８〜３０は点火時期ＡＤＶを始動後第一期間目標値ＡＤＶ２から始動後第二期間目標値ＡＤＶ３まで遅角させる部分である。すなわち、ステップ２８では次式により点火時期ＡＤＶを一定値ＤＡＤＶだけ遅角する。

ＡＤＶ＝ＡＤＶｏｌｄ−ＤＡＤＶ…（５）
ただし、ＤＡＤＶ；一定値（演算周期当たりの補正量）、
ステップ２９ではこの点火時期ＡＤＶと始動後第二期間目標値ＡＤＶ３を比較する。ここで、目標値ＡＤＶ３としては吸気バルブ１５を小リフトとしかつ吸気バルブ閉時期ＩＶＣを吸気下死点ＢＤＣ近傍とした状態での燃焼安定限界の点火時期で、上記目標値ＡＤＶ２と同様に例えば、冷却水温Ｔｗやエンジン回転速度をパラメータとするマップ値で設定しておけばよい。点火時期ＡＤＶが始動後第二期間目標値ＡＤＶ３以上の（進角側にある）ときにはステップ３０を飛ばしてそのまま今回の処理を終了する。次回からもステップ２８を繰り返すとやがて点火時期ＡＤＶが始動後第二期間目標値ＡＤＶ３より小さくなる（目標値を超えて遅角側になる）、つまり遅角のしすぎとなるのでこのときにはステップ２９よりステップ３０に進んで点火時期ＡＤＶを始動後第二期間目標値ＡＤＶ３に制限した後、今回の処理を終了する。

このようにして、吸気バルブ温度が平衡温度まで上昇した後に所定時間が経過したときには、図５において始動後第一期間で示したように燃料噴射終了時期ＴＩＴＭは排気行程噴射を定める通常時目標値ＴＩＴＭ１に、吸気バルブ閉時期ＩＶＣは始動後第二期間目標値ＩＶＣ３に、点火時期ＡＤＶは始動後第二期間目標値ＡＤＶ３に保持される。

この保持状態は触媒入口温度Ｔｅ１が所定値Ｔｅ１Ｈに達するまで続き、やがて触媒入口温度Ｔｅ１が所定値Ｔｅ１Ｈ以上となったときには触媒９が活性化したと判断して図６のステップ１３より図８のステップ３１〜３９に進む。

まず図８のステップ３１〜３３は吸気バルブ閉時期ＩＶＣを始動後第二期間目標値ＩＶＣ３から通常時の目標値ＩＶＣ１（吸気下死点後５０〜６０°）にまで遅角させる部分である。すなわち、ステップ３１では次式により吸気バルブ閉時期ＩＶＣを一定値ＤＩＶＣだけ遅角する。

ＩＶＣ＝ＩＶＣｏｌｄ−ＤＩＶＣ…（６）
ただし、ＤＩＶＣ；一定値（演算周期当たりの補正量）、
ステップ３２ではこの吸気バルブ閉時期ＩＶＣと通常時目標値ＩＶＣ１を比較し、吸気バルブ閉時期ＩＶＣが通常時目標値ＩＶＣ１以上の（進角側にある）ときにはステップ３３を飛ばしてステップ３４に進む。次回からもステップ３１を繰り返すとやがて吸気バルブ閉時期ＩＶＣが通常時目標値ＩＶＣ１より小さくなる（目標値を超えて遅角側になる）、つまり遅角のしすぎとなるのでこのときにはステップ３２よりステップ３４に進んで吸気バルブ閉時期ＩＶＣを通常時目標値ＩＶＣ１に制限した後、ステップ３４に進む。

次にステップ３４〜３６は吸気バルブ１５のリフト量ＶＬを目標値ＶＬ２（小リフト）から通常時の目標値ＶＬ１（大リフト）へと切換える部分である。すなわち、ステップ３４では次式によりリフト量ＶＬを一定値ＤＶＬだけ大きくする。

ＶＬ＝ＶＬｏｌｄ＋ＤＶＬ…（７）
ただし、ＤＶＬ；一定値（演算周期当たりの補正量）、
ステップ３５ではリフト量ＶＬと通常時目標値ＶＬ１を比較し、リフト量ＶＬが通常時目標値ＶＬ１以下のときにはステップ３６を飛ばしてステップ３７に進む。次回からもステップ３４を繰り返すとやがてリフト量ＶＬが通常時目標値ＶＬ１より大きくなるのでこのときにはステップ３５よりステップ３６に進んでリフト量ＶＬを通常時目標値ＶＬ１に制限した後、ステップ３７に進む。

ステップ３７〜３９は点火時期ＡＤＶを始動後第二期間目標値ＡＤＶ３から通常時目標値ＡＤＶ１まで進角させる部分である。すなわち、ステップ３７では次式により点火時期ＡＤＶを一定値ＤＡＤＶだけ進角する。

ＡＤＶ＝ＡＤＶｏｌｄ＋ＤＡＤＶ…（７）
ただし、ＤＡＤＶ；一定値（演算周期当たりの補正量）、
ステップ３８ではこの点火時期ＡＤＶと通常時目標値ＡＤＶ１を比較する。ここで、目標値ＡＤＶ１としては吸気バルブ１５を通常時とした状態、つまり大リフトとしかつ吸気バルブ閉時期ＩＶＣを吸気下死点５０〜６０°とした状態での燃焼安定限界の点火時期で、これも目標値ＡＤＶ２、ＡＤＶ３と同様に例えば冷却水温Ｔｗやエンジン回転速度をパラメータとするマップ値で設定しておけばよい。点火時期ＡＤＶが通常時目標値ＡＤＶ１以下の（遅角側にある）ときにはステップ３９を飛ばしてそのまま今回の処理を終了する。次回からもステップ３７を繰り返すとやがて点火時期ＡＤＶが通常時目標値ＡＤＶ１より大きくなる（目標値を超えて進角側になる）、つまり進角のしすぎとなるのでこのときにはステップ３８よりステップ３９に進んで点火時期ＡＤＶを通常時目標値ＡＤ１３に制限した後、今回の処理を終了する。

このようにして、触媒９が活性化した後に所定時間が経過したときには、図５において通常時の期間で示したように燃料噴射終了時期ＴＩＴＭは排気行程噴射を定める通常時目標値ＴＩＴＭ１に、吸気バルブ閉時期ＩＶＣは通常時目標値ＩＶＣ１に、点火時期ＡＤＶは通常時目標値ＡＤＶ１に保持される。

図示しないフローでは、このようにして演算される吸気バルブ閉時期ＩＶＣに従ってＶＴＣ機構２７の作動、非作動及びＶＴＣ機構２７への指令値が制御される（吸気バルブ閉時期ＩＶＣが始動時目標値ＩＶＣ３にあるときにはＶＴＣ機構２７が作動されると共にＶＴＣ機構２７への指令値が小さくされ、始動後第一期間目標値ＩＶＣ２にあるときにはＶＴＣ機構２７が作動されると共に指令値が大きくされ、始動後第二期間目標値ＩＶＣ３になるとＶＴＣ機構２７への指令値が再び小さくされ、これに対して吸気バルブ閉時期ＩＶＣが通常時目標値ＩＶＣ１にあるときにはＶＴＣ機構２７が非作動とされる。また、始動後第一期間目標値ＩＶＣ２、始動後第二期間目標値ＩＶＣ３、通常時目標値ＩＶＣ１への切換時にはＶＴＣ機構２７への指令値が可変制御される。）。

また、このようにして演算される１５のリフト量ＶＬに従ってＶＥＬ機構２６の作動、非作動が制御される（吸気バルブ１５のリフト量ＶＬが始動時、始動後第一期間、始動後第二期間の目標値ＶＬ２にあるときにはＶＥＬ機構２６が作動され、これに対して吸気バルブ１５のリフト量ＶＬが通常時目標値ＶＬ１にあるときにはＶＥＬ機構２６が非作動とされる。また、通常時目標値ＶＬ１への切換時にはＶＥＬ機構２６への指令値が可変制御される。）。

また、このようにして演算される点火時期ＡＤＶを用いて点火プラグ１４により火花点火が行われる。

ここで、本実施形態の作用を説明する。

本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、ＶＥＬ機構２６及びＶＴＣ機構２７を用いて、エンジンの始動後第一期間に吸排気バルブ１５、１６のオーバーラップ量が拡大するようにしたので（図２Ｃのバルブリフト参照）、燃焼室５内に残留する高温の排ガスが多くなって燃料の霧化が促進されると共に燃焼室５内の未燃ＨＣが再燃焼され、これによりエンジンの始動後第一期間においてエンジンより排出されるＨＣ量を低減できる。

また、ブースト圧が発達する前の始動時に吸排気バルブ１５、１６のオーバーラップ量を拡大しても吹き返しによる気化促進効果が得られないことから、本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば始動時に吸気行程噴射を行い（例えば吸気バルブ開時期をまたいで噴射する）、これにより吸気による２次微粒化を促進している。

この結果、図３上段に示したように、ブースト圧が発達する前の始動時においても吸排気バルブ１５、１６のオーバーラップ量を拡大させている場合（図３上段の破線参照）よりもさらにハッチングで示した面積の分だけエンジン出口のＨＣ排出量を減らすことができる（図３上段の一点鎖線参照）。

本実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、図５において始動後の第１のタイミングｔ２で吸気バルブ１５の閉時期ＩＶＣが吸気下死点ＢＤＣ近傍である目標値ＩＶＣ３にくるようにするので（図２Ｂのバルブリフト参照）、有効圧縮比が向上し燃焼安定度が増す。このとき、燃焼安定限界で運転するので、この燃焼安定度の増し分だけ通常時より点火時期をリタードすることができ（図５最下段参照）、これによりにＨＣ低減と排温上昇の各効果を得ることができる。

図１１は第２実施形態の吸排気バルブのバルブリフトの特性図である。第１実施形態では、図２に示したように吸気バルブのバルブリフトの特性を、始動時にＢの特性、始動後第一期間にＣの特性、始動後第二期間にＢの特性、通常時にＡの特性としたが、第２実施形態では、図１１において吸気バルブのバルブリフトの特性を、始動時に実線で示すＡの特性、始動後第一期間に二点鎖線で示すＤの特性、始動後第二期間に破線で示すＢの特性、通常時に実線で示すＡの特性としたものである。すなわち、第２実施形態では、第１実施形態と次の点で相違している。

相違１；ブースト圧が発達しない始動時に第１実施形態が小リフトであるのに対して第２実施形態では通常時と同じ大リフトである。

相違２；オーバーラップ量を拡大させる始動後第一期間にも第１実施形態が小リフトであるのに対して第２実施形態では通常時と同じ大リフトである。バルブオーバラップ量を拡大させることによる効果は、このように大リフトとしても得られることを実験により確認している。

ブースト圧が発達する前の始動時に吸気バルブ１５を小リフトにすると、吸気バルブ１５の壁流量が多い条件で却って燃焼室５内の壁流量が増加するのであるが、第２実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、ブースト圧が発達する前の始動時には、小リフトにしない、つまり通常時と同じ大リフトとしているので、始動時に燃焼室５内の壁流量を増加させることがない。

また、第２実施形態によれば、始動時より始動後第一期間にかけて吸気バルブのバルブリフトが図１１においてＡ→Ｄと移る、つまり大リフトのままで推移することになり、この間、ＶＥＬ機構２６を作動させなくても済んでいる。

実施形態ではブースト圧が発達する前の始動時であるか否かをエンジンの回転速度ＮＲＰＭに基づいて判定する場合で説明したが、エンジン負荷相当量としての基本噴射パルス幅Ｔｐと所定値Ｔｐ１（図５第５段目参照）との比較に基づいてブースト圧が発達する前の始動時であるか否かを判定するようにしてもかまわない。

実施形態では、Ｌ−ジェトロニック方式のガソリン噴射エンジンで説明したが、Ｄ−ジェトロニック方式のガソリン噴射エンジンにも適用できる。

請求項１に記載の制御手段の機能は、図６のステップ１、５、図７のステップ１９〜２４により果たされている。

本発明の第１実施形態の概略構成図。 吸排気バルブのバルブリフトの特性図。 始動直後に吸気バルブを小リフトとしかつ吸排気バルブのオーバーラップ量を拡大した場合のＨＣ量、燃焼室内壁流量の変化を示す波形図。 吸気バルブ閉時期ＩＶＣを吸気下死点近傍に設定することによる排気低減効果の説明図。 始動からのタイミングチャート。 吸気バルブのリフト量、吸気バルブ閉時期、点火時期の演算を説明するためのフローチャート。 吸気バルブのリフト量、吸気バルブ閉時期、点火時期の演算を説明するためのフローチャート。 吸気バルブのリフト量、吸気バルブ閉時期、点火時期の演算を説明するためのフローチャート。 所定値Ｎ１の特性図。 所定値ＤＴＷの特性図。 第２実施形態の吸排気バルブのバルブリフトの特性図。

符号の説明

１４ 点火プラグ（点火装置）
１５ 吸気バルブ
２６ ＶＥＬ機構（可変動弁機構）
２７ ＶＴＣ機構（可変動弁機構）
３１ エンジンコントローラ（制御手段）
３６ スタータスイッチ

Claims (8)

1. 吸気ポートを開閉する吸気バルブと、
   この吸気バルブのバルブリフト量とバルブタイミングとを可変的に制御可能な可変動弁機構と、
   燃焼室内に火花点火を行う点火装置と、
   前記吸気ポートより前記吸気バルブに向けて燃料噴射を行う燃料噴射装置と
   を備え、
   吸気管圧力が所定の負圧に到達する前の始動時に燃料噴射が吸気行程で行われるように前記燃料噴射装置を制御すると共に、吸気管圧力が所定の負圧に到達する始動後に前記吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ量がエンジンの暖機完了後より拡大するように前記可変動弁機構を、エンジンを安定した状態で燃焼できる遅角側の限界の点火時期である燃焼安定限界で点火が行われるように前記点火装置をそれぞれ制御する制御手段
   を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記吸気管圧力が所定の負圧に到達する前の始動時に、さらに前記吸気バルブが通常時と同じ大リフトの特性で作動するように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記吸気管圧力が所定の負圧に到達する前の始動時に、さらに前記吸気バルブが通常時のリフト量よりも小さいリフト量の特性で作動するように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
4. 前記吸気管圧力が所定の負圧に到達する始動後に、さらに前記吸気バルブが所定の小リフトの特性で作動するように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
5. 前記吸気管圧力が所定の負圧に到達する前の始動時であるか否かをエンジンの回転速度に基づいて判定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
6. 前記吸気管圧力が所定の負圧に到達する前の始動時であるか否かを燃料噴射量に基づいて判定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
7. 始動後の第１のタイミングで前記吸気バルブが所定の小リフトの特性で作動すると共に前記吸気バルブの閉時期が吸気下死点近傍にくるように前記可変動弁機構を、燃焼安定限界で点火が行われるように前記点火装置をそれぞれ制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
8. 前記第１のタイミングは前記吸気バルブが冷却水温より所定値高い平衡温度に達するタイミングであることを特徴とする請求項７に記載のエンジンの制御装置。

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