(57)【要約】【課題】冷機始動後の点火時期遅角運転中にさらに未燃ＨＣの抑制を図る。【解決手段】１サイクル中のイオン電流発生割合が２０％となるときのクランク角位置の標準偏差σＩ２０を直前の１６回の燃焼について求め（Ｓ７）、この標準偏差σＩ２０が所定の閾値σＩ２０ｔｈ未満であれば（Ｓ８）、内燃機関１の燃焼が安定しているとみなして、点火時期ＡＤＶの遅角増加量Ｒ１を徐々に増加させる（Ｓ９）。閾値σＩ２０ｔｈ以上であれば、燃焼が不安定であるとして、遅角増加量Ｒ１を徐々に減じる（Ｓ１１）。従って、燃焼安定状態が限界付近となる範囲で最大限に点火時期ＡＤＶが遅角し、排気温度が最大限に昇温する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の冷機始動後に点火時期を遅角させ、排気系の触媒装置の暖機促進を行う内燃機関の制御装置において、
筒内で発生した熱量に相関した出力を発する燃焼検出手段と、
この燃焼検出手段の出力に基づき各サイクルの燃焼における熱発生割合が所定割合となるクランク角位置を求める所定割合クランク角検出手段と、を備え、
上記の点火時期遅角運転中に、熱発生割合が上記所定割合となるクランク角位置のばらつきが所定のばらつきよりも小さい場合に、点火時期遅角量の増大、筒内の残留ガス量の増大、または空燃比のリーン化を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記燃焼検出手段がイオン電流検出装置からなることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記所定割合が１０％〜５０％の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記燃焼検出手段の出力に基づき各サイクルの燃焼における熱発生割合が上記所定割合よりも大きな第２の所定割合となるクランク角位置を求める第２の所定割合クランク角検出手段をさらに備え、
上記の点火時期遅角運転中に、熱発生割合が上記所定割合となるクランク角位置のばらつきが所定のばらつきよりも小さい場合に、
熱発生割合が上記第２の所定割合となるクランク角位置が所定の閾値よりも進角側であれば点火時期遅角量の増大を行い、所定の閾値よりも遅角側であれば残留ガス量の増大を行う、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制御装置。
【請求項５】
内燃機関の冷機始動後に点火時期を遅角させ、排気系の触媒装置の暖機促進を行う内燃機関の制御方法において、
上記の点火時期遅角運転中に、
筒内で発生した熱量を検出して各サイクルの燃焼における熱発生割合が所定割合となるクランク角位置を求め、
熱発生割合が上記所定割合となるクランク角位置のばらつきが所定のばらつきよりも小さい場合に、点火時期遅角量の増大、筒内の残留ガス量の増大、または空燃比のリーン化を行うことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷機始動後に点火時期を遅角させ、排気系の触媒装置の暖機促進を行う内燃機関の制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の冷機始動後に、排気系の触媒装置における触媒が早期に活性化するように、点火時期を遅角させた運転を行うことが知られている。このような遅角運転の際の点火時期遅角量は、内燃機関の不安定化を回避するために、例えば、冷却水温に基づいて可変的に設定される。
【０００３】
特許文献１には、内燃機関の始動後、燃焼状態が安定した段階で点火時期の遅角制御を開始するように、燃焼室内のイオン電流を利用して、内燃機関の安定状態を判別する技術が開示されている。すなわち、特許文献１の装置では、点火プラグを介してイオン電流を検出し、各サイクルで点火からイオン電流消滅までのクランク角期間を測定して、この測定値の例えば８サイクル分の平均値および各測定値の偏差に基づいて、点火時期の遅角を行うか否かを決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５７５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の装置では、イオン電流を用いた燃焼安定性の判別に基づいて点火時期の遅角を行うか否かを決定しているに過ぎず、点火時期の遅角量などは、イオン電流の測定値に拘わらず決定されている。従って、燃焼が安定しているとして点火時期の遅角制御が行われている間、必ずしも燃焼安定性の限界まで遅角されている訳ではなく、排気性能の上でなお改善の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、内燃機関の冷機始動後に点火時期を遅角させ、排気系の触媒装置の暖機促進を行う内燃機関の制御装置において、
筒内で発生した熱量に相関した出力を発する燃焼検出手段と、
この燃焼検出手段の出力に基づき各サイクルの燃焼における熱発生割合が所定割合となるクランク角位置を求める所定割合クランク角検出手段と、を備え、
上記の点火時期遅角運転中に、熱発生割合が上記所定割合となるクランク角位置のばらつきが所定のばらつきよりも小さい場合に、点火時期遅角量の増大、筒内の残留ガス量の増大、または空燃比のリーン化を行うことを特徴としている。
【０００７】
上記構成では、イオン電流検出装置や筒内圧センサなどからなる燃焼検出手段によって、筒内で発生した熱量に相関した出力が得られ、１サイクルの総和（積算値）に対するそれまでの積算値の割合として熱発生割合が得られる。この熱発生割合が所定割合となるクランク角位置は、燃焼安定度に影響の大きい初期燃焼のばらつきによって左右される。従って、このクランク角位置のばらつきが小さければ、燃焼が安定していると判断でき、これに従って、点火時期遅角量の増大、筒内の残留ガス量の増大、または空燃比のリーン化が行われる。
【０００８】
例えば点火時期遅角量を増大することで、実際に燃焼が不安定化する限界まで点火時期が遅角することになり、排気ガス温度の最大限の昇温および未燃ＨＣの抑制が図れる。
【０００９】
また、例えばバルブオーバラップの拡大により筒内の残留ガス量を増大することで、冷機状態にある内燃機関の吸気ポートや筒内の温度が高温の残留ガスによって上昇し、燃料の気化が良好となって未燃ＨＣが低減する。
【００１０】
また、燃焼が安定している状態では、空燃比のリーン化によって、やはり未燃ＨＣの低減が可能である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る内燃機関の制御装置によれば、冷機始動後の点火時期遅角運転中に、実際に燃焼が不安定化しない範囲内で最大限に未燃ＨＣの抑制が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明に係る内燃機関の制御装置の一実施例を示す構成説明図。
【図２】点火時期遅角量の増大を行う第１実施例のフローチャート。
【図３】吸気弁開時期の進角を行う第２実施例のフローチャート。
【図４】空燃比のリーン化を行う第３実施例のフローチャート。
【図５】熱発生割合が第２の所定割合となるクランク角位置を考慮した第４実施例のフローチャート。
【図６】イオン電流発生割合の特性ならびに２０％に対応するクランク角位置Ｉ２０を示した特性図。
【図７】イオン電流発生割合の特性ならびに７０％に対応するクランク角位置Ｉ７０を示した特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、この発明が適用された自動車用内燃機関１のシステム構成を示している。この内燃機関１は、例えば直列４気筒のポート噴射型火花点火式内燃機関であって、各気筒毎に、吸気ポート２へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。また各気筒に設けられた点火プラグ４には、筒内の燃焼圧ないし燃焼温度に相関するイオン電流を検出するイオン電流検出装置５が付設されている。このイオン電流検出装置５は、点火プラグ４自体を検出プローブとして利用するものであり、実際には、イオン電流検出機能付き点火プラグ駆動回路として点火コイルを含む一つのユニットに構成されている。
【００１５】
また各気筒の燃焼室は、吸気弁６と排気弁７とを具備しているが、吸気弁６は、該吸気弁６の開閉時期（少なくとも開時期）を可変制御できる可変動弁装置８を備えている。この可変動弁装置８および上記の点火プラグ駆動回路は、エンジンコントローラ１０によって制御されている。
【００１６】
上記吸気ポート２に連なる吸気通路１１の吸気コレクタ１２よりも上流側には、エンジンコントローラ１０からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットル弁１３が介装されており、さらにその上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ１４が配設されている。
【００１７】
また、排気通路１５には、三元触媒からなる触媒装置１６が介装されており、その上流側に、空燃比を検出する空燃比センサ１７が配置されている。
【００１８】
上記エンジンコントローラ１０には、上記のイオン電流検出装置５、エアフロメータ１４、空燃比センサ１７のほか、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ１８、冷却水温を検出する水温センサ１９、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ２０、等のセンサ類の検出信号が入力されている。エンジンコントローラ１０は、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁３による燃料噴射量および噴射時期、点火プラグ４による点火時期、吸気弁６の開閉時期、スロットル弁１３の開度、等を最適に制御している。
【００１９】
次に、上記内燃機関１の冷機始動直後の制御について説明するが、その前に、図６に基づいてイオン電流発生割合について説明する。点火プラグ４自体を検出プローブとしたイオン電流検出装置５によって検出されるイオン電流は、筒内の燃焼圧ないし燃焼温度に相関し、筒内で発生した熱量を示していると言える。従って、本実施例では、１サイクル中に発生したイオン電流の総和（積算値）を１００（％）としたときのそれまでのイオン電流の積算値の割合（％）を、イオン電流発生割合と定義する。このイオン電流発生割合は、図６に示すように、各サイクルの燃焼の進行に伴って増加する。換言すれば、図６に示すイオン電流発生割合の特性は、各サイクルで発生する総熱量の増加特性を、イオン電流の絶対値に拘わらずに燃焼終了時に１００（％）となるようにスケーリングしたものとも言える。
【００２０】
図６の例では、燃焼のばらつきが比較大きなものとして４つのサイクルでのイオン電流発生割合の特性を例示しているが、本実施例では、イオン電流発生割合が所定割合例えば２０％のときのクランク角位置Ｉ２０（以下、これを「２０％燃焼クランク角Ｉ２０」と呼ぶこととする）でもって、各サイクルの燃焼のばらつきを示す。この閾値となる所定割合は、２０％に限られないが、例えば１０〜５０％の範囲内であることが好ましく、これにより、内燃機関１の燃焼安定度に影響に大きな初期燃焼がどのように発生しているかを的確に評価することができる。そして、上記の２０％燃焼クランク角Ｉ２０のばらつきを評価するために、直近の所定回数例えば１６サイクルの燃焼における１６個の２０％燃焼クランク角Ｉ２０について標準偏差σＩ２０を求め、この標準偏差σＩ２０が所定の閾値σＩ２０ｔｈ未満であれば、内燃機関１の燃焼が安定しているものとみなすのである。
【００２１】
図２は、具体的な冷機始動直後の制御の第１実施例を示している。このフローチャートのルーチンは、内燃機関１の始動後、各気筒の燃焼のたびに繰り返し実行されるものであって、ステップ１では、そのときの吸入空気量Ｑａ、機関回転数Ｎｅ、冷却水温Ｔｗ、直前のサイクルの燃焼における２０％燃焼クランク角Ｉ２０（ｎ）、をそれぞれ読み込む。なお、「ｎ」は、完爆後の燃焼回数つまり内燃機関１全体としてｎ回目の燃焼サイクルであることを示す。ステップ２では、吸入空気量Ｑａおよび機関回転数Ｎｅに基づき、所定のマップから基本点火時期ＡＤＶ０を算出する。なお、基本点火時期ＡＤＶ０は、その値が大きいほど進角側となる。
【００２２】
ステップ３では、冷却水温Ｔｗを所定温度Ｔｗｔｈと比較する。この所定温度Ｔｗｔｈは、触媒装置１６の暖機促進のための点火時期遅角制御を行うか否かを決定する閾値となる水温であり、冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔｈ以上であれば、暖機完了とみなしてステップ１２へ進み、基本点火時期ＡＤＶ０をそのまま点火時期ＡＤＶとする。
【００２３】
冷機始動で冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔｈ未満であれば、ステップ４へ進み、冷却水温Ｔｗに基づいて、基本点火時期遅角量Ｒ０を算出する。なお、この基本点火時期遅角量Ｒ０は、冷機状態で内燃機関１の燃焼が不安定化しない程度に設定されている。
【００２４】
ステップ５では、始動後の燃焼回数ｎが所定回数例えば１６回に達したかを判定し、ｎ＝１６となるまでは、ステップ６へ進んで、基本点火時期ＡＤＶから基本点火時期遅角量Ｒ０を減算して点火時期ＡＤＶとする。つまり、標準偏差σＩ２０の演算に必要な１６個のデータが集まるまでは、冷却水温Ｔｗに応じた基本点火時期遅角量Ｒ０でもって点火時期遅角制御が開始される。
【００２５】
１６回の燃焼（例えば４気筒機関では各気筒４回ずつ）が終了して、ステップ５において燃焼回数ｎが１６以上となると、以後は、ステップ５からステップ７へ進む。ステップ７では、直近の１６個の２０％燃焼クランク角Ｉ２０（ｎ）のデータを用いて、標準偏差σＩ２０を算出する。そして、ステップ８において、このばらつきを示す標準偏差σＩ２０を所定の閾値σＩ２０ｔｈと比較する。なお、上記のデータ数の「１６」は一例に過ぎず、適当な個数とすることができる。また、この例では、データのばらつきを評価するために標準偏差を用いているが、他の分散などのばらつきを表すパラメータを用いてもよい。
【００２６】
ステップ８で標準偏差σＩ２０が閾値σＩ２０ｔｈ未満であれば、内燃機関１の燃焼が安定しているものとみなし、ステップ９へ進んで遅角増加量Ｒ１に微小量ΔＲ１を加える。なお、Ｒ１ｚは、遅角増加量Ｒ１の前回値を示す。そして、ステップ１０において、点火時期ＡＤＶを、「ＡＤＶ＝ＡＤＶ０−Ｒ０−Ｒ１」として設定する。つまり、標準偏差σＩ２０に基づいて内燃機関１の燃焼が安定しているものと判断されている間は、遅角増加量Ｒ１が徐々に増大していき、最終的な点火時期ＡＤＶが徐々に遅角していく。
【００２７】
一方、ステップ８で標準偏差σＩ２０が閾値σＩ２０ｔｈ以上であったら、内燃機関１の燃焼が不安定化しているものとみなし、ステップ１１へ進んで、遅角増加量Ｒ１として前回値Ｒ１ｚから微小量ΔＲ１を減じる。ステップ１０では、この遅角増加量Ｒ１を用いて点火時期ＡＤＶの遅角制御が行われる。従って、標準偏差σＩ２０に基づいて内燃機関１が不安定化していると判断されると、遅角増加量Ｒ１が徐々に減少していき、最終的な点火時期ＡＤＶの基本点火時期ＡＤＶ０からの遅角量が減少していく。
【００２８】
このように上記実施例では、各燃焼サイクルの初期燃焼の状態をよく表す２０％燃焼クランク角Ｉ２０のばらつき（標準偏差σＩ２０）の判定に基づいて遅角増加量Ｒ１の増減が繰り返し行われる結果、内燃機関１の実際の燃焼安定状態が所定の限界付近に保たれるように最大限の点火時期遅角が行われることとなる。従って、内燃機関１の冷機始動後、可能な限りに最大の遅角量でもって点火時期遅角運転がなされ、排気温度の最大限の上昇による触媒の早期活性ならびに後燃えによる未燃ＨＣの抑制が図れる。
【００２９】
なお、点火時期が変化すると燃焼時期も変化するため、２０％燃焼クランク角Ｉ２０つまり２０％のイオン電流発生割合となるクランク角位置そのものは変化するが、ステップ７，８では、その標準偏差σＩ２０（つまり各データのばらつき）を評価するので、点火時期の遅進に影響されることがない。
【００３０】
次に、図３は、具体的な冷機始動直後の制御の第２実施例を示している。この実施例は、冷機始動後の点火時期遅角運転中に内燃機関１の燃焼安定状態に応じて吸気弁開時期（換言すればバルブオーバラップ）を制御するようにしたものである。すなわち、点火時期遅角運転中に可変動弁装置８を介して吸気弁開時期を進角させると、バルブオーバラップの拡大により、冷機状態にある内燃機関１の吸気ポート２の温度が残留ガスによって暖められ、燃料壁流が抑制される。また筒内の温度が残留ガスによって上昇するため、燃料の気化が良好となって未燃ＨＣが低減する。さらに、排気行程末期に排気ポートへ排出された未燃ＨＣが吸気側に吸い戻され、これによっても未燃ＨＣが低減する。これらの効果は、触媒が未活性であることから、最終的に外部に排出される未燃ＨＣの抑制の上で特に有効となる。
【００３１】
各ステップの処理は、前述した第１実施例の各ステップの処理と類似しており、ステップ１０１では、そのときの吸入空気量Ｑａ、機関回転数Ｎｅ、冷却水温Ｔｗ、直前のサイクルの燃焼における２０％燃焼クランク角Ｉ２０（ｎ）、をそれぞれ読み込む。ステップ１０２では、吸入空気量Ｑａおよび機関回転数Ｎｅに基づき、基本点火時期ＡＤＶ０を算出するとともに、所定のマップから可変動弁装置８における基本吸気カム位相進角量ＶＴＣ０を算出する。この基本吸気カム位相進角量ＶＴＣ０は、その値が大きいほど吸気弁開時期が進角側となる。
【００３２】
ステップ１０３では、冷却水温Ｔｗを所定温度Ｔｗｔｈと比較する。冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔｈ以上であれば、ステップ１１２へ進み、基本点火時期ＡＤＶ０をそのまま点火時期ＡＤＶとする。また可変動弁装置８の吸気カム位相進角量ＶＴＣも基本吸気カム位相進角量ＶＴＣ０のままとする。
【００３３】
冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔｈ未満であれば、ステップ１０４へ進み、前述したステップ４と同じく、冷却水温Ｔｗに基づいて、基本点火時期遅角量Ｒ０を算出する。
【００３４】
ステップ１０５では、始動後の燃焼回数ｎが所定回数例えば１６回に達したかを判定し、ｎ＝１６となるまでは、ステップ１０６へ進んで、基本点火時期ＡＤＶから基本点火時期遅角量Ｒ０を減算して点火時期ＡＤＶとし、また、可変動弁装置８の吸気カム位相進角量ＶＴＣとして、基本吸気カム位相進角量ＶＴＣ０を設定する。つまり、標準偏差σＩ２０の演算に必要な１６個のデータが集まるまでは、基本点火時期遅角量Ｒ０による点火時期遅角運転の間、吸入空気量Ｑａおよび機関回転数Ｎｅから定まる基本吸気カム位相進角量ＶＴＣ０を維持する。
【００３５】
１６回の燃焼（例えば４気筒機関では各気筒４回ずつ）が終了して、ステップ１０５において燃焼回数ｎが１６以上となると、以後は、ステップ１０５からステップ１０７およびステップ１０８へ進む。これらのステップ１０７，１０８は、前述したステップ７，８と同様であり、ステップ１０７では、直近の１６個の２０％燃焼クランク角Ｉ２０（ｎ）のデータを用いて、標準偏差σＩ２０を算出する。そして、ステップ１０８において、このばらつきを示す標準偏差σＩ２０を所定の閾値σＩ２０ｔｈと比較する。
【００３６】
ステップ１０８で標準偏差σＩ２０が閾値σＩ２０ｔｈ未満であれば、内燃機関１の燃焼が安定しているものとみなし、ステップ１０９へ進んで吸気カム位相フィードバック進角量ＶＴＣ１の前回値ＶＴＣ１ｚに微小量ΔＶＴＣ１を加える。そして、ステップ１１０において、吸気カム位相進角量ＶＴＣを、「ＶＴＣ＝ＶＴＣ０＋ＶＴＣ１」として設定する。つまり、標準偏差σＩ２０に基づいて内燃機関１の燃焼が安定しているものと判断されている間は、吸気カム位相進角量ＶＴＣが徐々に増大していき、吸気弁開時期が徐々に進角していく。点火時期ＡＤＶは、ステップ１０６と同じく、基本点火時期ＡＤＶ０から基本点火時期遅角量Ｒ０を減じたものとして設定する。
【００３７】
一方、ステップ１０８で標準偏差σＩ２０が閾値σＩ２０ｔｈ以上であったら、内燃機関１の燃焼が不安定化しているものとみなし、ステップ１１１へ進んで、吸気カム位相フィードバック進角量ＶＴＣ１として前回値ＶＴＣ１ｚから微小量ΔＶＴＣ１を減じる。ステップ１１０では、この吸気カム位相フィードバック進角量ＶＴＣ１を用いて吸気カム位相進角量ＶＴＣが設定される。従って、標準偏差σＩ２０に基づいて内燃機関１が不安定化していると判断されると、吸気カム位相フィードバック進角量ＶＴＣ１が徐々に減少していき、最終的な吸気弁開時期の進角量ＶＴＣが減少していく。
【００３８】
このように上記実施例では、冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔｈ未満である間、冷却水温Ｔｗに応じた基本点火時期遅角量Ｒ０でもって点火時期遅角運転が実行される。そして、この点火時期遅角運転中に、各燃焼サイクルの初期燃焼の状態をよく表す２０％燃焼クランク角Ｉ２０のばらつき（標準偏差σＩ２０）の判定に基づいて吸気カム位相フィードバック進角量ＶＴＣ１の増減が繰り返し行われる結果、内燃機関１の実際の燃焼安定状態が所定の限界付近に保たれるように吸気弁開時期が最大限に進角する。換言すれば、点火時期遅角制御に併せて、残留ガス量の増加が最大限に実行され、触媒未活性段階での未燃ＨＣの抑制が図れる。
【００３９】
また、排気弁７の閉時期の制御により残留ガス量の制御を行うことでも同様の効果が得られるため、排気弁７の閉時期を可変制御できる可変動弁装置を設け、標準偏差σＩ２０の判定に基づいて排気弁閉時期のフィードバック制御（標準偏差σＩ２０が閾値σＩ２０ｔｈ未満のとき排気弁閉時期を遅角させ、標準偏差σＩ２０が閾値σＩ２０ｔｈ以上のとき排気弁閉時期を進角させる）を行うようにしてもよい。
【００４０】
なお、上記第２実施例では、点火時期遅角量Ｒ０は燃焼安定状態によらず一定であるが、第１実施例と同様に、点火時期遅角量Ｒ０も燃焼安定状態に応じて増減変化させるようにしてもよい。
【００４１】
次に、図４は、具体的な冷機始動直後の制御の第３実施例を示している。この実施例は、冷機始動後の点火時期遅角運転中に空燃比のリーン化を併せて行うようにしたものである。内燃機関１の燃焼が安定している状態では、基本的に空燃比をリーンにするほど未燃ＨＣが低減する。
【００４２】
図４の各ステップの処理は、前述した第１，第２実施例の各ステップの処理と類似しており、ステップ２０１では、そのときの吸入空気量Ｑａ、機関回転数Ｎｅ、冷却水温Ｔｗ、直前のサイクルの燃焼における２０％燃焼クランク角Ｉ２０（ｎ）、をそれぞれ読み込む。ステップ２０２では、吸入空気量Ｑａおよび機関回転数Ｎｅに基づき、基本点火時期ＡＤＶ０を算出するとともに、燃料噴射弁３の基本燃料噴射量（噴射パルス幅）Ｔｐを算出する。なお、この基本燃料噴射量Ｔｐは、各運転条件の下で理論空燃比となるように設定されている。
【００４３】
ステップ２０３では、冷却水温Ｔｗを所定温度Ｔｗｔｈと比較する。冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔｈ以上であれば、ステップ２１２へ進み、基本点火時期ＡＤＶ０をそのまま点火時期ＡＤＶとする。また基本燃料噴射量Ｔｐを燃料噴射量Ｔｉとして設定する。
【００４４】
冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔｈ未満であれば、ステップ２０４へ進み、前述したステップ４，１０４と同じく、冷却水温Ｔｗに基づいて、基本点火時期遅角量Ｒ０を算出する。
【００４５】
ステップ２０５では、始動後の燃焼回数ｎが所定回数例えば１６回に達したかを判定し、ｎ＝１６となるまでは、ステップ２０６へ進んで、基本点火時期ＡＤＶから基本点火時期遅角量Ｒ０を減算して点火時期ＡＤＶとし、また、基本燃料噴射量Ｔｐを燃料噴射量Ｔｉとして設定する。つまり、標準偏差σＩ２０の演算に必要な１６個のデータが集まるまでは、基本点火時期遅角量Ｒ０による点火時期遅角運転の間、空燃比を理論空燃比に維持する。
【００４６】
１６回の燃焼（例えば４気筒機関では各気筒４回ずつ）が終了して、ステップ２０５において燃焼回数ｎが１６以上となると、以後は、ステップ２０５からステップ２０７およびステップ２０８へ進む。これらのステップ２０７，２０８は、前述したステップ７，８と同様であり、ステップ２０７では、直近の１６個の２０％燃焼クランク角Ｉ２０（ｎ）のデータを用いて、標準偏差σＩ２０を算出する。そして、ステップ２０８において、このばらつきを示す標準偏差σＩ２０を所定の閾値σＩ２０ｔｈと比較する。
【００４７】
ステップ２０８で標準偏差σＩ２０が閾値σＩ２０ｔｈ未満であれば、内燃機関１の燃焼が安定しているものとみなし、ステップ２０９へ進んで目標当量比ＴＦＢＹＡの前回値ＴＦＢＹＡｚから微小量ΔＴＦＢＹＡを減じる。そして、ステップ２１０において、燃料噴射量Ｔｉを、「Ｔｉ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ」として設定する。
【００４８】
上記目標当量比ＴＦＢＹＡは、燃料噴射量の補正係数となるものであり、その数値が小さいほど、空燃比がリーンとなる。ここで、図示しない処理により、目標当量比ＴＦＢＹＡは、最大値１から最小値０．９の範囲内に制限される。最大値１は、理論空燃比に相当し、最小値０．９は、空燃比が約１６に相当する。
【００４９】
つまり、標準偏差σＩ２０に基づいて内燃機関１の燃焼が安定しているものと判断されている間は、ステップ２１０の処理により空燃比が徐々にリーン化していく。点火時期ＡＤＶは、ステップ２０６と同じく、基本点火時期ＡＤＶ０から基本点火時期遅角量Ｒ０を減じたものとして設定する。
【００５０】
一方、ステップ２０８で標準偏差σＩ２０が閾値σＩ２０ｔｈ以上であったら、内燃機関１の燃焼が不安定化しているものとみなし、ステップ２１１へ進んで、目標当量比ＴＦＢＹＡとして前回値ＴＦＢＹＡｚに微小量ΔＴＦＢＹＡを加える。ステップ２１０では、この目標当量比ＴＦＢＹＡを基本燃料噴射量Ｔｐに乗じて燃料噴射量Ｔｉが設定される。従って、標準偏差σＩ２０に基づいて内燃機関１が不安定化していると判断されると、それまでリーン化していた空燃比が理論空燃比に近付いていく。
【００５１】
このように上記実施例では、冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔｈ未満である間、冷却水温Ｔｗに応じた基本点火時期遅角量Ｒ０でもって点火時期遅角運転が実行される。そして、この点火時期遅角運転中に、各燃焼サイクルの初期燃焼の状態をよく表す２０％燃焼クランク角Ｉ２０のばらつき（標準偏差σＩ２０）の判定に基づいて燃料噴射量Ｔｉがフィードバック制御される結果、内燃機関１の実際の燃焼安定状態が所定の限界付近に保たれる範囲内で最大限に空燃比がリーン化される。これにより、触媒未活性段階での未燃ＨＣの抑制が図れる。
【００５２】
なお、上記第３実施例では、点火時期遅角量Ｒ０は燃焼安定状態によらず一定であるが、第１実施例と同様に、点火時期遅角量Ｒ０も燃焼安定状態に応じて増減変化させるようにしてもよい。
【００５３】
次に、図５は、具体的な冷機始動直後の制御の第４実施例を示している。この実施例は、第１実施例と同様に燃焼安定状態に応じて点火時期ＡＤＶをさらに遅角させる一方、この遅角により燃焼の終わりが過度に遅くなる場合には、それ以上点火時期ＡＤＶを遅角させずに、上記第２実施例と同様に吸気弁開時期の進角により未燃ＨＣの抑制を行うようにしたものである。
【００５４】
上記のように燃焼の終わりが過度に遅くなっているか否かを評価するために、本実施例では、図７に示すように、熱発生割合を示すイオン電流発生割合が比較的大きな第２の所定割合例えば７０％のときのクランク角位置Ｉ７０（以下、これを「７０％燃焼クランク角Ｉ７０」と呼ぶこととする）を求め、これを所定の閾値Ｉ７０ｔｈと比較する。つまり所定の閾値となるクランク角位置Ｉ７０ｔｈよりも進角側であるか遅角側であるかを判別する。上記のイオン電流発生割合は、７０％に限られないが、少なくとも、燃焼安定状態の評価のための初期燃焼に対応した第１の所定割合（例えば上記の２０％）よりは大きな値に設定され、例えば６０％〜９０％の範囲内に設定される。上記の閾値Ｉ７０ｔｈは、例えば、排気弁７が開く前に燃焼が終了するように設定される。
【００５５】
図５のステップ３０１では、そのときの吸入空気量Ｑａ、機関回転数Ｎｅ、冷却水温Ｔｗ、直前のサイクルの燃焼における２０％燃焼クランク角Ｉ２０（ｎ）および７０％燃焼クランク角Ｉ７０、をそれぞれ読み込む。ステップ３０２では、吸入空気量Ｑａおよび機関回転数Ｎｅに基づき、基本点火時期ＡＤＶ０を算出するとともに、所定のマップから可変動弁装置８における基本吸気カム位相進角量ＶＴＣ０を算出する。
【００５６】
ステップ３０３では、冷却水温Ｔｗを所定温度Ｔｗｔｈと比較する。冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔｈ以上であれば、ステップ３１６へ進み、基本点火時期ＡＤＶ０をそのまま点火時期ＡＤＶとする。また可変動弁装置８の吸気カム位相進角量ＶＴＣも基本吸気カム位相進角量ＶＴＣ０のままとする。
【００５７】
冷却水温Ｔｗが所定温度Ｔｗｔｈ未満であれば、ステップ３０４へ進み、前述したステップ４等と同じく、冷却水温Ｔｗに基づいて、基本点火時期遅角量Ｒ０を算出する。
【００５８】
ステップ３０５では、前述したステップ５等と同じく、始動後の燃焼回数ｎが所定回数例えば１６回に達したかを判定し、ｎ＝１６となるまでは、ステップ３０６へ進んで、基本点火時期ＡＤＶから基本点火時期遅角量Ｒ０を減算して点火時期ＡＤＶとし、また、可変動弁装置８の吸気カム位相進角量ＶＴＣとして、基本吸気カム位相進角量ＶＴＣ０を設定する。つまり、標準偏差σＩ２０の演算に必要な１６個のデータが集まるまでは、基本点火時期遅角量Ｒ０による点火時期遅角運転を継続し、かつ、吸入空気量Ｑａおよび機関回転数Ｎｅから定まる基本吸気カム位相進角量ＶＴＣ０を維持する。
【００５９】
１６回の燃焼（例えば４気筒機関では各気筒４回ずつ）が終了して、ステップ３０５において燃焼回数ｎが１６以上となると、以後は、ステップ３０５からステップ３０７およびステップ３０８へ進む。これらのステップ３０７，３０８は、前述したステップ７，８等と同様であり、ステップ３０７では、直近の１６個の２０％燃焼クランク角Ｉ２０（ｎ）のデータを用いて、標準偏差σＩ２０を算出する。そして、ステップ３０８において、このばらつきを示す標準偏差σＩ２０を所定の閾値σＩ２０ｔｈと比較する。
【００６０】
ステップ３０８で標準偏差σＩ２０が閾値σＩ２０ｔｈ未満であれば、内燃機関１の燃焼が安定しているものとみなすことができるが、本実施例では、さらにステップ３０９へ進み、直前の燃焼における７０％燃焼クランク角Ｉ７０が閾値Ｉ７０ｔｈ未満であるか否かを判定する。このステップ３０９で閾値Ｉ７０ｔｈ未満であれば、燃焼の終わりの過度の遅れがないと判断し、ステップ３１０へ進んで遅角増加量Ｒ１の前回値Ｒ１ｚに微小量ΔＲ１を加える。そして、ステップ３１１において、点火時期ＡＤＶを、「ＡＤＶ＝ＡＤＶ０−Ｒ０−Ｒ１」として設定する。つまり、標準偏差σＩ２０に基づいて内燃機関１の燃焼が安定しているものと判断されている間は、燃焼の終わりが過度に遅れていないことを条件として、遅角増加量Ｒ１が徐々に増大していき、最終的な点火時期ＡＤＶが徐々に遅角していく。
【００６１】
またステップ３０９で閾値Ｉ７０ｔｈ以上であれば、これ以上燃焼を遅らせることができないものと判断し、ステップ３１２へ進んで、吸気カム位相フィードバック進角量ＶＴＣ１の前回値ＶＴＣ１ｚに微小量ΔＶＴＣ１を加える。そして、ステップ３１１において、吸気カム位相進角量ＶＴＣを、「ＶＴＣ＝ＶＴＣ０＋ＶＴＣ１」として設定する。つまり、７０％燃焼クランク角Ｉ７０が閾値Ｉ７０ｔｈ以上である場合には、標準偏差σＩ２０に基づいて内燃機関１の燃焼が安定しているものと判断されている間、点火時期ＡＤＶはそれ以上遅角せずに、吸気カム位相進角量ＶＴＣが徐々に増大していき、吸気弁開時期が徐々に進角していく。この吸気弁開時期の進角により、前述した第２実施例のように、未燃ＨＣの抑制作用が得られる。
【００６２】
一方、ステップ３０８で標準偏差σＩ２０が閾値σＩ２０ｔｈ以上であったら、内燃機関１の燃焼が不安定化しているものとみなすことができるが、本実施例では、この場合もステップ３１３へ進み、ステップ３０９と同じく、直前の燃焼における７０％燃焼クランク角Ｉ７０が閾値Ｉ７０ｔｈ未満であるか否かを判定する。このステップ３１３で閾値Ｉ７０ｔｈ未満であれば、燃焼の終わりの過度の遅れがないと判断し、ステップ３１４へ進んで、吸気カム位相フィードバック進角量ＶＴＣ１として前回値ＶＴＣ１ｚから微小量ΔＶＴＣ１を減じる。ステップ３１１では、この吸気カム位相フィードバック進角量ＶＴＣ１を用いて吸気カム位相進角量ＶＴＣが設定される。
【００６３】
つまり、標準偏差σＩ２０に基づいて内燃機関１が不安定化していると判断されたときに、７０％燃焼クランク角Ｉ７０が閾値Ｉ７０ｔｈ未満であれば、不安定化の主たる要因が吸気弁開時期の過度の進角であると考えられるので、吸気カム位相フィードバック進角量ＶＴＣ１を徐々に減少させていく。
【００６４】
また、ステップ３１３で閾値Ｉ７０ｔｈ以上であれば、ステップ３１５へ進み、遅角増加量Ｒ１として前回値Ｒ１ｚから微小量ΔＲ１を減じる。ステップ３１１では、この遅角増加量Ｒ１を用いて点火時期ＡＤＶの遅角制御が行われる。従って、最終的な点火時期ＡＤＶの基本点火時期ＡＤＶ０からの遅角量が減少していく。
【００６５】
つまり、内燃機関１の燃焼が不安定であるときに７０％燃焼クランク角Ｉ７０が閾値Ｉ７０ｔｈ以上であれば、内燃機関１の不安定化の主たる要因が点火時期ＡＤＶの過度の遅角であると考えられるので、遅角量を徐々に減少させていく。
【００６６】
このように上記実施例では、冷機始動後の点火時期遅角運転中に、各燃焼サイクルの初期燃焼の状態をよく表す２０％燃焼クランク角Ｉ２０のばらつき（標準偏差σＩ２０）の判定および燃焼の終わりをよく表す７０％燃焼クランク角Ｉ７０の閾値Ｉ７０ｔｈとの対比に基づいて、点火時期ＡＤＶの遅角量の増減補正と吸気カム位相フィードバック進角量ＶＴＣ１の増減補正とが適宜に組み合わせて行われる。これにより、各サイクルの燃焼の終わりを過度に遅くせずに、触媒未活性段階での未燃ＨＣの効果的な抑制が図れる。
【００６７】
以上、この発明のいくつかの実施例を説明したが、この発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、イオン電流検出装置５を用いているが、筒内圧センサを用いて筒内で発生した熱量を求めることもできる。また、燃焼安定状態に基づく、点火時期遅角量の増大、筒内の残留ガス量の増大、空燃比のリーン化、は適宜に組み合わせて実行することが可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１…内燃機関
３…燃料噴射弁
４…点火プラグ
５…イオン電流検出装置
８…可変動弁装置
１０…エンジンコントローラ  
【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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