(57)【要約】      （修正有）【課題】可変動弁機構を利用して、二次エアを供給する冷間始動時における燃焼室内の空燃比のリーン化と機関から排出されるＨＣ濃度の増加との両立を図る。【解決手段】吸気弁のバルブリフト量及び作動角の双方を可変とする可変動弁機構と、触媒上流の排気通路へ二次エアを供給する二次エア供給装置と、を有する。二次エアを供給する冷間始動時には、吸気弁のバルブリフト特性を、中リフト設定Ｂ又は小リフト設定Ｃとする。小リフト設定では、吸気弁のリフト量の極小化による壁流の増加によりＨＣ濃度が増加する。中リフト設定では、吸気弁開時期を排気上死点近傍とすることで、流速低下による燃料気化の抑制によりＨＣ濃度が増加する。また、吸気弁閉時期を下死点近傍とすることで燃焼安定化による点火時期の大幅なリタード化により排気昇温を図る。【選択図】図４
2010185327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内に混合気を供給する吸気通路を開閉する吸気弁と、
この吸気弁の作動角を変更可能な可変動弁機構と、
排気通路に設けられた触媒と、
この触媒よりも上流側の排気通路へ二次エアを供給する二次エア供給装置と、を有し、
上記二次エアを供給する所定の運転状態のときに、吸気弁の作動角が最大の作動角よりも小さい所定の二次エア用リフト設定とすることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
【請求項２】
上記二次エア用リフト設定が、吸気弁の開時期が排気上死点近傍，吸気弁の閉時期が吸気下死点近傍となる所定の中リフト設定を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項３】
上記可変動弁機構が吸気弁の作動角とバルブリフト量の双方を変更可能なものであり、
上記二次エア用リフト設定が、吸気弁のバルブリフト量が極小となり、かつ、吸気弁の閉時期が吸気下死点近傍となる所定の小リフト設定を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項４】
上記二次エア用リフト設定が、所定の中リフト設定と、この中リフト設定よりも吸気弁の作動角が小さい所定の小リフト設定と、を含んでおり、
かつ、触媒活性状態を検出又は推定する触媒活性状態判定手段を有し、
触媒活性状態が所定レベルに達した場合に、上記二次エア用リフト設定を、上記中リフト設定から上記小リフト設定に切り換えるととともに、上記中リフト設定に比して、二次エアの供給量を低下するとともに燃焼室内の空燃比をリーン側に制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項５】
内燃機関の燃焼室内に混合気を供給する吸気通路を開閉する吸気弁と、
この吸気弁のバルブリフト特性を変更可能な可変動弁機構と、
排気通路に設けられた触媒と、
この触媒上流の排気通路へ二次エアを供給する二次エア供給装置と、を有し、
所定の運転状態のときに、二次エアを触媒上流の排気通路へ供給するとともに、吸気弁のバルブリフト特性を所定の二次エア用リフト設定として、吸気弁の開時期を排気上死点近傍又は排気上死点後，吸気弁の閉時期を吸気下死点近傍とすることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
【請求項６】
上記二次エアを供給する所定の運転状態が、触媒暖機運転を行う冷間始動時であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の排気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気制御装置に関し、特に、冷間始動時などの触媒早期活性化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンに代表される内燃機関においては、冷間始動時などの触媒の早期活性化のために排気昇温・触媒暖機が要求される運転状態のときに、成層燃焼による始動を行うことで、点火時期を大幅に遅角化し、排気ガス温度を上昇させて触媒の暖機を促進する技術が知られている。また、このような冷間始動時における触媒早期活性化の技術として、特許文献１にも記載されているように、触媒上流の排気通路に二次エア（２次空気）を供給し、この触媒上流の排気通路内で燃焼室から排出されるＣＯやＨＣを再燃焼（後燃え）させることで、触媒の暖機を促進する技術が公知である。
【特許文献１】特開平１１−１５３０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記二次エアの供給時には、燃焼室より排気通路へ排出される未燃焼ガス、つまりＨＣの濃度（供給量）が高く、排気ガス温度が高いほど、排気通路での後燃えが促進され、触媒暖機効果が高く、触媒早期活性化による排気エミッションの低減効果は高い。しかしながら、ＨＣの濃度を高くするために、燃料増量により燃焼室内の空燃比（以下、『燃焼Ａ／Ｆ』とも呼ぶ）をリッチ化すると、トレードオフとして、この触媒暖機運転中における燃費の低下やＮＯｘ等の排気エミッションの増加といった問題がある。また、燃焼Ａ／Ｆのリッチ化は燃焼限界から制限されるために、燃焼Ａ／Ｆのリッチ化によるＨＣ濃度の増加にも限界がある（通常、５０００ｐｐｍ程度）。更に、排気ガス温度の昇温を図るために、点火時期を遅角する場合、燃焼安定性を確保するために、やはり燃焼Ａ／Ｆをリッチ化する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、吸気弁のバルブリフト特性を変更可能な可変動弁機構を利用して、二次エア供給時における燃焼Ａ／Ｆのリッチ化の抑制（リーン化）と、内燃機関から排出される未燃ガス（つまり、ＨＣ濃度）の増加と、を両立し得る新規な内燃機関の排気制御装置を提供するものである。
【０００５】
すなわち本発明は、触媒早期活性化が要求される冷間始動時のような二次エアを供給する所定の運転状態のときに、可変動弁機構によるバルブリフト特性を所定の二次エア用リフト設定とするものである。この二次エア用リフト設定は、吸気弁の作動角が最大の作動角よりも小さいものであり、あるいは、吸気弁の開時期を排気上死点近傍又は排気上死点後，吸気弁の閉時期を吸気下死点近傍とするものである。
【０００６】
ここで、『上死点近傍』，『下死点近傍』とは、吸気弁の開時期や閉時期が上死点や下死点に完全に一致しているものだけではなく、上死点や下死点に近い状態に設定されるものを含むものであり、例えば上死点・下死点から５°ＣＡ程度の範囲を意味する。
【発明の効果】
【０００７】
二次エア供給時の可変動弁機構によるバルブリフト特性を所定の二次エア用リフト設定とすることによって、燃料増量による燃焼室内の空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）の大幅なリッチ化を伴うことなく、内燃機関の燃焼室で燃焼されずに排気通路へ排出されるＨＣ（ハイドロカーボン）等を含む未燃ガスを増加させることができる。つまり、燃焼Ａ／Ｆのリッチ化の抑制（リーン化）と、燃焼室より排出されるＨＣ濃度の増加と、を両立することができる。従って、燃焼Ａ／Ｆのリッチ化の抑制により、燃費向上やＮＯｘ等の排気エミッションの低減化を図り、また、ＨＣ濃度の増加によって、二次エアの供給による後燃え促進により排気昇温効果を高め、触媒早期活性化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例に係る排気制御装置が適用される内燃機関の吸・排気系を示す構成図。
【図２】本実施例の可変動弁機構を示す斜視図。
【図３】代表的な運転条件でのバルブリフト特性を示す特性図。
【図４】吸気弁のバルブリフト特性として、大リフト設定（Ａ）と、本実施例に係る中リフト設定（Ｂ）及び小リフト設定（Ｃ）を示す特性図。
【図５】本実施例に係る小リフト設定を用いた場合の効果を示す説明図。
【図６】本実施例に係る小リフト設定及び中リフト設定を用いた場合の効果を示す説明図。
【図７】本実施例に係る冷間始動時の制御の流れを示すフローチャート。
【図８】同じく本実施例に係る冷間始動時の制御を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関の吸・排気系を示すものである。この図１において、吸気は、エアクリーナ２通過後にエアフローメータ３で流量を計測され、その下流に設置されたスロットル弁４に導かれる。ここで、スロットル弁４の開度はスロットルセンサ５にて検出され、その検出信号が制御部としてのエンジンコントロールユニット６に出力されるようになっている。又、上記エアフローメータ３の検知信号もエンジンコントロールユニット６に出力される。次いで、吸気は、コレクタ７を経て各気筒の吸気通路８を通過する。ここで、吸気通路８には、燃料を噴射するインジェクタ１０が設置されており、このインジェクタ１０から噴射された燃料が吸気通路８の空気に混合される。この混合気は、吸気弁１１が開くと燃焼室１２内に導入され、ピストン１３で圧縮され、点火プラグ１４の火花で着火・燃焼させられる。尚、水温センサ１５は、シリンダ壁１６に取り付けられ、エンジン冷却水温度を検出し、その検出信号をエンジンコントロールユニット６に出力するようになっている。
【００１０】
燃焼後のガスは、排気弁１７が開くと排気通路１８に排出される。排気通路１８には、酸素センサ（空燃比センサ）２０が設置されており、この酸素センサ２０により排気ガス中の酸素濃度が検出される。そして、この酸素センサ２０は、検知信号をエンジンコントロールユニット６に出力するようになっている。
【００１１】
また、触媒上流の排気通路１８へ二次エア（２次空気）を噴射・供給する二次エア供給装置１が設けられている。この二次エア供給装置１は、エンジンコントロールユニット６により制御されるエアポンプ２２から送り出された二次エアを、二次空気導入通路２１を通して、触媒上流の排気通路１８へ噴射・供給するようになっている。
【００１２】
この排気通路１８の下流側の排気系には、再燃焼器（再燃焼手段）２３が設置されている。この再燃焼器２３は、排気中に含まれる未燃焼燃料と導入された二次エア中の酸素とを用いて排気ガスの再燃焼を行い、触媒２４の温度を速やかに上昇させて、触媒２４の早期活性化を図ると共に、触媒２４が活性化するまでの間においてＨＣ，ＣＯを低減する。ここで、再燃焼器２３の内部には、着火を補助する点火栓２５と、温度を検出する温度センサ（温度検出手段）２６，２７とが設置されている。尚、本実施例においては、第２の温度センサ２７が第１の温度センサ２６の下流側（図１中右側）に配置されている。又、これら温度センサ２６，２７は、検知信号をエンジンコントロールユニット６に出力するようになっている。
【００１３】
上記再燃焼器２３における排気再燃焼は、主に触媒２４活性化前の冷間時に行い、その際はインジェクタ１０により噴射する燃料を増量して、燃焼室１２内に導入される混合気の空燃比を理論空燃比よりも濃い状態（リッチ）として、多量の未燃焼ガスを再燃焼器２３に導入すると共に、二次エアを導入して再燃焼を促進する。触媒２４活性後は、インジェクタ１０による燃料増量を中止し、酸素センサ２０の信号に基づくフィードバック制御により空燃比を理論空燃比に保つと共に、二次エア導入及び点火栓２５による点火を中止し、再燃焼器２３の使用を停止して、触媒２４によりＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘを転化する。排気ガスは、再燃焼器２３及び触媒２４を通過した後、排気管２８を経て大気中に放出される。
【００１４】
ここで、エンジンコントロールユニット６は、上記したように、エアフローメータ３，スロットルセンサ５，水温センサ１５，酸素センサ２０及び温度センサ２６，２７からの検知信号が入力されると共に、エンジン回転速度が入力され、インジェクタ１０により噴射する燃料量，点火プラグ１４により点火するタイミング及びエアポンプ２２により送り出す二次エアの流量を算出し、再燃焼器２３を使用するかどうかの判断を行うようになっている。エアポンプ２２により送り出す二次エアの流量はエンジンコントロールユニット６により機関運転状態に応じて制御される。
【００１５】
なお、上記図１の二次エア供給装置１は、排気通路中に点火栓２５等を含む再燃焼器２３を設けて強制的に再燃焼を行うものであるが、これに限らず、例えば、このような再燃焼器２３を省略して、エアポンプで二次エアを排気ポートに強制的に噴射・供給し、排気マニホールド内で未燃焼ガス中のＨＣとＣＯを再燃焼させるものであっても良い。
【００１６】
また、図２に示すように、この内燃機関には、吸気弁１１のバルブリフト特性を可変とする可変動弁機構として、第１可変動弁機構５０及び第２可変動弁機構５１が設けられている。これらの第１可変動弁機構５０および第２可変動弁機構５１は、その機械的な構成は特開２００３−３８７２号公報等により公知であり、その概要のみを説明する。
【００１７】
第１可変動弁機構５０は、吸気弁のバルブリフト量と作動角を両者同時かつ連続的に可変とするものであり、内燃機関１のクランクシャフトにより駆動される駆動軸５２と、この駆動軸５２に固定された偏心カム５３と、回転自在に支持された制御軸３２と、この制御軸３２の偏心カム部３８に揺動自在に支持されたロッカアーム５６と、吸気弁１１のタペット３０に当接する揺動カム５９と、を備えており、上記偏心カム５３とロッカアーム５６とはリンクアーム５４によって連係され、ロッカアーム５６と揺動カム５９とは、リンク部材５８によって連係されている。
【００１８】
上記ロッカアーム５６は、略中央部が上記偏心カム部３８によって揺動可能に支持されており、その一端部に、連結ピン５５を介して上記リンクアーム５４のアーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン５７を介して上記リンク部材５８の上端部が連係している。上記偏心カム部３８は、制御軸３２の軸心から偏心しており、従って、制御軸３２の角度位置に応じてロッカアーム５６の揺動中心は変化する。
【００１９】
上記揺動カム５９は、駆動軸５２の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、連結ピン３７を介して上記リンク部材５８の下端部が連係している。この揺動カム５９の下面には、駆動軸５２と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム５９の揺動位置に応じてタペット３０の上面に当接する。
【００２０】
上記制御軸３２は、一端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータ３３によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用アクチュエータ３３は、例えばウォームギア３５を介して制御軸３２を駆動する電動モータからなり、コントロールユニット６からの制御信号によって制御される。上記制御軸３２の回転角度は、制御軸センサ３４によって検出される。
【００２１】
上記第１可変動弁機構５０によれば、上記制御軸３２の回転角度位置に応じて吸気弁１１のリフトならびに作動角が、両者同時に、連続的に拡大，縮小し、このリフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁１１の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。リフト・作動角の大きさは、制御軸３２の回転角度によって一義的に定まるので、上記制御軸センサ３４の検出値により、そのときの実際のリフト・作動角が示されることになる。
【００２２】
一方、吸気弁のリフトの中心角を可変制御する第２可変動弁機構５１は、上記駆動軸５２の前端部に設けられたスプロケット４２と、このスプロケット４２と上記駆動軸５２とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ４３と、から構成されている。上記スプロケット４２は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動している。上記位相制御用アクチュエータ４３は、本実施例では油圧式の回転型アクチュエータからなり、コントロールユニット６からの制御信号によって図示せぬ油圧制御弁を介して制御される。この位相制御用アクチュエータ４３の作用によって、スプロケット４２と駆動軸５２とが相対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。つまり、バルブリフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。この第２可変動弁機構５１の制御状態は、駆動軸５２の回転位置に応答する駆動軸センサ３６によって検出される。
【００２３】
なお、本実施例では、最も遅角したときのリフト中心角が、始動時中心角となり、従って、位相制御用アクチュエータ４３内部に、スプロケット４２と駆動軸５２との相対位置を、中心角の最遅角位置でもって固定保持する図示せぬロックピン等からなる保持機構が設けられている。この保持機構となるロックピンは、機関停止後に最遅角位置となったときに係合し、かつ機関の始動後に油圧が供給されると係合離脱する構成となっている。
【００２４】
図３は、代表的な運転条件における吸気弁１１のバルブリフト特性の一例を示したもので、図示するように、アイドル等の極低負荷域においては、リフト・作動角が最小となり、かつ中心角の位相は、最も遅角した位置となる。これによって、閉時期は、吸気下死点直前位置となる。本実施例では、始動時の特性もこのアイドル時の特性と同じであり、始動時作動角となる最小作動角ならびに始動時中心角となる最遅角中心角の下で、クランキングが行われる。アイドル等の極低負荷域よりも負荷の大きな低負荷領域（補機負荷が加わっているアイドル状態を含む）においては、リフト・作動角が大きくなり、かつ中心角は進角した位置となる。このときには、吸気弁閉時期を早めることで、吸気量が比較的少量に制御される。さらに負荷が増加し、燃焼が安定してくる中負荷域では、リフト・作動角をさらに拡大しつつ、中心角の位相を進角させる。中心角の位相は、中負荷域のある点で、最も進角した状態となる。また、最大負荷時には、さらにリフト・作動角を拡大し、かつ最適なバルブタイミングとなるように第２可変動弁機構５１を制御する。なお、図示するように、機関回転速度によっても最適なバルブリフト特性は異なるものとなる。
【００２５】
図４は、吸気弁のバルブリフト特性の設定例を示している。図４（Ａ）は、高回転高負荷〜全開域で用いられる大リフト設定を示しており、この大リフト設定では、吸入空気量を最大限確保するように、第１可変動弁機構５０による吸気弁の作動角（及びバルブリフト量）を最大作動角Δθｍａｘの設定とし、かつ、第２可変動弁機構５１によるリフト中心角を最遅角位置θｒｅｔの設定としている。これによって、吸気弁の開時期ＩＶＯは排気上死点近傍となり、吸気弁の閉時期ＩＶＣは吸気下死点ＢＤＣよりも大幅に（３０°ＣＡ以上）遅角したものとなる。
【００２６】
そして本実施例では、冷間始動時（ファーストアイドル時）のように、触媒２４の暖機による触媒早期活性化が要求される所定の触媒暖機運転状態のときには、二次エアを供給するとともに、吸気弁のバルブリフト特性を、上記最大作動角の設定よりも作動角の小さい所定の二次エア用リフト設定、具体的には、図４（Ｂ）に示す中リフト設定、あるいは図４（Ｃ）に示す小リフト設定とするものである。
【００２７】
小リフト設定では、図４（Ｃ）に示すように、第１可変動弁機構５０による吸気弁の作動角（及びバルブリフト量）を所定の小作動角、この例では最小作動角Δθｍｉｎの設定とし、かつ、第２可変動弁機構５１によるリフト中心角を所定の遅角位置、この例では最遅角位置θｒｅｔの設定としている。これによって、吸気弁の開時期ＩＶＯは排気上死点よりも例えば２０°ＣＡ以上と大幅に遅角してマイナスオーバーラップが大きく付与された設定となり、吸気弁の閉時期ＩＶＣは吸気下死点ＢＤＣ近傍となる。また、最小作動角Δθｍｉｎの設定では、吸気弁のバルブリフト量が例えば２ｍｍ以下の極小のものとなり、吸気ポートから燃焼室へ流れ込む混合気は、僅かな隙間を通してペントルーフ型燃焼室を構成するシリンダヘッドの壁面に沿って流れる形となる。これによって壁流が増加し、燃焼室壁面や排気弁周りへ付着する燃料が増加し、燃焼室内で燃焼されずに排気通路へ排出される未燃ガスが増加して、内燃機関から排出されるＨＣの濃度（エンジンアウトＨＣ濃度）、つまり燃料噴射量に対して排気通路側へ排出されるＨＣの割合が増加する。
【００２８】
このようなＨＣ濃度の増加は、暖機後の通常の運転状態であれば、排気エミッションの増加や燃費の悪化を招くために望ましくないものであるが、上述した触媒暖機運転での二次エア供給時に限っては、ＨＣ濃度の増加により二次エアと併せて排気通路での後燃え・再燃焼が促進され、排気昇温効果による触媒早期活性化が促進されるために、望ましいものとなる。従って、上記の二次エア供給時に小リフト設定を用いることで、燃料増量による燃焼室内の空燃比のリッチ化を抑えつつ、ＨＣ濃度を増加し、あるいは、所定のＨＣ濃度を維持しつつ、燃焼Ａ／Ｆのリッチ化を抑えることができる。
【００２９】
図５は、上記図４（Ｃ）に示す小リフト設定を用いた場合と、小リフト設定よりも作動角の大きい大リフトの設定を用いた場合との、燃焼室内の空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）と、内燃機関より排出されるＨＣの濃度（エンジンアウトＨＣ濃度）との変化を示している。小リフト設定を用いた場合、大リフトの設定に比して、同図の矢印Ｙ１に示すように、同程度の燃焼Ａ／Ｆを維持しつつ、エンジンアウトＨＣ濃度を大幅に高めることができる。従って、燃焼Ａ／Ｆのリッチ化による燃費低下や燃焼安定性の低下を招くことなく、ＨＣ濃度を高めて二次エア供給との組み合わせによる排気系での後燃え・再燃焼を促進し、触媒早期活性化により排気エミッションを大幅に低減することができる。あるいは、燃料増量を抑えることで、矢印Ｙ２に示すように、大リフト設定に比して、エンジンアウトＨＣ濃度を同程度に維持して、所期の排気昇温効果を維持しつつ、燃焼Ａ／Ｆを大幅にリーン化することで、触媒暖機運転中における燃費の向上は排気エミッションの低下を図ることができる。
【００３０】
図４（Ｂ）に示す中リフト設定では、第１可変動弁機構５０による吸気弁の作動角（及びバルブリフト量）を所定の中作動角Δθｍｉｄの設定とし、かつ、第２可変動弁機構５１によるリフト中心角を所定の進角位置、この例では最進角位置θａｄｖの設定としている。これによって、吸気弁の開時期ＩＶＯは排気上死点近傍となり、吸気弁の閉時期ＩＶＣは吸気下死点近傍となる。この中作動角Δθｍｉｄの設定では、上記最小作動角Δθｍｉｎの設定に比して、吸気弁のバルブリフト量が例えば５〜６ｍｍ程度となり、壁流増加によるＨＣ濃度の増加は抑えられるものの、吸気弁開時期ＩＶＯが排気上死点ＴＤＣに近づくことから、燃焼室へ流れ込む混合気の流速が低下し、燃焼室内の流動による燃料の気化が抑制されることで、燃焼室から排出される未燃ガスが増え、ＨＣ濃度が増加する。従って、この中リフト設定を用いた場合にも、上記の最小作動角Δθｍｉｎを用いた小リフト設定の場合と同様、燃焼Ａ／Ｆのリーン化とＨＣ濃度の増加とを両立することができる。
【００３１】
また、上述した小リフト設定及び中リフト設定では、ともに吸気弁の閉時期ＩＶＣが吸気下死点ＢＤＣ近傍とされている。このために、有効圧縮比が高くなり、燃焼安定性が向上するために、点火時期の大幅な遅角化が可能となり、これによる排気昇温効果によって、更なる触媒早期活性化・排気エミッションの低減化がなされる。
【００３２】
図６は、図４に示す大リフト、中リフト、及び小リフト設定での、冷機始動後（０〜１５ｓｅｃ）の燃焼Ａ／ＦとＨＣ濃度とを示している。同図に示すように、中リフトや小リフトの設定では、大リフトの設定に比して、同じ燃焼Ａ／ＦであればＨＣ濃度が高く、また、同等のＨＣ濃度であれば燃焼Ａ／Ｆがリーン側となる。なお、燃焼室や吸・排気弁の形状やレイアウト等にもよるが、この実施例のものでは、中リフト設定のときに最も高いＨＣ濃度が得られる。
【００３３】
図７及び図８は、本実施例に係る冷間始動時における制御の一例を示すフローチャート及びタイミングチャートである。イグニッションキー等の機関始動スイッチ（ＳＴ／ＳＷ）のＯＮ操作による内燃機関の始動要求を検出すると、ステップＳ１１からステップＳ１２へ進み、始動時の水温が所定の冷機始動判定エンジン冷却水温Ｔｗ０以下の冷間始動時であるかを判定する。冷間始動時でない、つまり暖機後の通常の始動時であれば、後述するステップＳ２２へと進み、通常の設定が用いられる。
【００３４】
冷間始動時であると判定されると、ステップＳ１３以降へ進み、触媒早期活性化のための排気昇温制御が行われる。先ず、ステップＳ１３では、触媒推定残存率の演算を開始する。触媒推定残存率は、触媒２４に供給される特定成分つまりＨＣに対する触媒２４から排出されるＨＣの割合であり、触媒２４の活性化に必要な熱量、つまりは触媒２４の活性度合いに対応する値であって、機関回転速度や機関負荷等に基づいて推定される（触媒活性状態判定手段）。
【００３５】
ステップＳ１４では、上述した図４（Ｂ）に示す中リフト設定とし、つまり、上記第１可変動弁機構５０（図ではＶＥＬとも記す）を所定の中作動角Δθｍｉｄとし、第２可変動弁機構５１（図ではＶＴＣとも記す）を最進角位置θａｄｖとして、吸気弁開時期ＩＶＯを排気上死点ＴＤＣ近傍、吸気弁閉時期ＩＶＣを吸気下死点ＢＤＣ近傍とする。
【００３６】
ステップＳ１５では、燃焼Ａ／Ｆが、上記の中リフト設定におけるリッチ側燃焼限界値ＡＦ１となるように燃料増量を行い、かつ、二次エアの供給流量が所定値Ａｉｒ１となるように二次エアを供給・噴射する。このＡｉｒ１は、中リフト設定でのエンジンアウトＨＣ濃度で最も高い排気低減効果が得られるように設定される。ステップＳ１６では、点火時期を、この中リフト設定での遅角側の燃焼安定限界点火時期ＡＤＶ１へ向けてリタードする。
【００３７】
このように、冷間始動直後（〜Ｔ１）では、中リフト設定とすることで、ＨＣ濃度を大幅に高めて、二次エア供給量Ａｉｒ１の増加と併せて排気系での後燃え・再燃焼を促進し、排気ガス温度を速やかに昇温して触媒暖機・早期活性化を促進しつつ、触媒２４から排出されるテールパイプＨＣを速やかに低減することができる。つまり、冷間始動直後は、触媒暖機を最優先するように、中リフト設定としてＨＣ濃度を最大限まで高め、これに見合う二次エアの増量Ａｉｒ１を行う。
【００３８】
ステップＳ１７では、触媒推定残存率が所定の第１判定値Ｃ１以下であるか、つまり触媒活性化が所定レベルまで進行したかを判定する。触媒推定残存率が第１判定値Ｃ１に達していなければ上記のステップＳ１４へ戻り、中リフト設定による触媒暖機運転を続行する。
【００３９】
触媒推定残存率が第１判定値Ｃ１に達し、触媒活性化が所定レベルまで進行した時点Ｔ１（図８参照）で、上述したＨＣ濃度の増加による触媒暖機を最優先させる中リフト設定から、所定の触媒暖機効果を確保しつつ燃焼Ａ／Ｆのリーン化（リッチ度合いの低減化）を図る小リフト設定へと切り換える。
【００４０】
具体的には、先ず、ステップＳ１８において、上述した図４（Ｃ）に示す小リフト設定とし、つまり、上記第１可変動弁機構５０を所定の小作動角Δθｍｉｎとし、第２可変動弁機構５１を最遅角位置θｒｅｔとして、吸気弁開時期ＩＶＯを排気上死点ＴＤＣよりも大幅に遅角させつつ、吸気弁閉時期ＩＶＣは吸気下死点ＢＤＣ近傍に維持する。
【００４１】
ステップＳ１９では、燃焼Ａ／Ｆが、この小リフト設定におけるリッチ側燃焼限界値ＡＦ２となるように燃料増量を行い、かつ、二次エアの流量が所定値Ａｉｒ２となるように二次エアを供給・噴射する。この小リフト設定でのＡＦ２は、中リフト設定でのＡＦ１よりもリーン側の値であり、Ａｉｒ２は、この小リフト設定でのエンジンアウトＨＣ濃度で最も高い排気低減効果が得られるように設定され、中リフト設定でのＡｉｒ１よりも低い値（Ａｉｒ１＞Ａｉｒ２）となる。
【００４２】
ステップＳ２０では、点火時期を、この小リフト設定での遅角側の燃焼安定限界点火時期ＡＤＶ２へ向けてリタードする。このＡＤＶ２は、中リフト設定でのＡＤＶ１よりも進角側への値が小さい、つまりリタード量が大きい値となる。従って、小リフト設定では中リフト設定よりも点火時期のリタード化による排気昇温効果は高いものとなる。
【００４３】
このように、冷間始動後に触媒残存率が所定の第１判定値Ｃ１まで低下すると、中リフト設定から小リフト設定に切り換えるとともに、二次エア供給量を抑えつつ、燃焼Ａ／Ｆをリーン化することで、二次エア供給による最小限の排気昇温効果を維持しつつ、燃焼Ａ／Ｆをリーン化により燃費の向上を図るとともに、触媒２４を通るガスボリュームを低減し、ＮＯｘの増加を抑制することで、この触媒暖機運転中における燃費向上と排気エミッションの低下を図ることができる。
【００４４】
ステップＳ２１では、触媒推定残存率が０近傍の所定の第２判定値Ｃ２以下であるか、つまり触媒活性状態となったかを判定する。触媒推定残存率が第２判定値Ｃ２以下でなければ上記ステップＳ１８へ戻り、小リフト設定による触媒暖機運転を続行する。触媒推定残存率が０近傍の所定の第２判定値Ｃ２以下となった時点Ｔ２（図８参照）で、触媒２４が活性化したと判断して、触媒暖機運転を終了し、暖機後の通常制御へと復帰する。具体的には、ステップＳ２２において、第１可変動弁機構５０を暖機後の通常の作動角、例えば上記の中作動角Δθｍｉｄよりも大きな所定の作動角とするとともに、第２可変動弁機構５１を通常のリフト中心角、例えば最遅角位置θｍｉｎとする。また、ステップＳ２３において、燃焼Ａ／Ｆの設定を通常の例えばストイキ値（λ＝１）とし、二次エアの供給量を０とする。更に、ステップＳ２４において、点火時期のリタード制御を解除し、最適点火時期（ＭＢＴ）へ向けて進角させる。
【００４５】
他の実施例として、触媒早期活性化を最優先する場合、図８の一転鎖線で示すように、上記の時期Ｔ１でリフト設定を切り換えず、触媒活性状態と判定される時期Ｔ２まで、触媒早期活性化を最優先する中リフト設定を維持するようにしても良い。
【００４６】
あるいは逆に、冷間始動直後から小リフト設定を用いるようにしても良い。この場合、始動直後から燃料重軽質差の小さい小リフト設定、つまり吸気弁開時期ＩＶＯを排気上死点よりも遅角させてマイナスオーバーラップを大きく付与した設定とすることで、前述の排気エミッション低減効果に加え、燃料重軽質差によるＨＣ濃度差が低減し、燃料重軽質差によるに排気エミッションのばらつきを低減することができる。
【００４７】
また、図８の破線α１，α２に示すように、触媒活性判定時点（Ｔ２）での燃焼Ａ／Ｆや点火時期の急激な切換による運転性の低下やトルク変動等を抑制するように、触媒活性が所定レベルに達した時点（Ｔ１）から、燃焼Ａ／Ｆを暖機後の値（λ＝１）へ向けて徐々に進角していくとともに、点火時期を暖機後の進角側の値へ向けて徐々に進角させていくようにしても良い。
【００４８】
また、可変動弁機構５０，５１による作動角やリフト中心角の設定、特に、吸気弁開時期ＩＶＯに応じて、燃料噴射タイミングを最適化することによって、エンジンアウトＨＣ濃度を更に増加させることも可能である。
【００４９】
なお、触媒活性状態（Ｔ１，Ｔ２）の判定として、上記実施例では触媒推定残存率の判定値（Ｃ１，Ｃ２）を用いて判定しているが、水温の判定値（Ｔｗ１，Ｔｗ２）を用いて判定しても良く、更に簡易的に、一定時間が経過した時点で触媒の活性レベルを判定しても良い。
【００５０】
また、上記実施例では、２つの可変動弁機構５０，５１を用いているが、吸気弁のリフト中心角を可変とする第２可変動弁機構５１を省略することも可能である。この場合、二次エア用リフト設定として図４（Ｃ）の小リフト設定を用いればよい。あるいは、吸気弁の作動角のみを変更可能な可変動弁機構を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１…二次エア供給装置
６…エンジンコントロールユニット
１１…吸気弁
１２…燃焼室
５０…第１可変動弁機構
【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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