(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関バルブのバルブタイミングを変化させることにより燃料燃焼時の燃焼室内のガスに含まれる排気の量を調整する調整手段を備える筒内噴射式内燃機関に適用され、同機関からの排気に黒煙が含まれる機関状態である旨判断されたとき、前記ガス中の排気量を増加させる側に前記調整手段を制御する内燃機関の制御装置において、
前記調整手段の前記排気量増加側への制御は、内燃機関の冷間始動時に実行されるとともに、
前記燃料の燃焼状態を監視する監視手段と、
前記監視手段により前記燃焼状態の不安定化が検出されたときには、内燃機関の運転制御に用いられる所定制御系を前記燃焼状態が安定する方向に制御する安定化手段とを備え、
さらに、内燃機関の冷間始動時における前記調整手段の前記排気量増加側への制御が行われる際、その制御により前記ガス中の排気量が変化する過程では、前記調整手段の実際の駆動量と前記燃焼室の推定温度とに基づき、内燃機関の運転制御に用いられる制御系のうち、前記バルブタイミングの制御とは別の燃料の燃焼に関係する制御系を制御することにより前記排気量の変化過程における前記燃焼状態の不安定化を抑える制御手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記安定化手段は、前記調整手段の前記排気量増加側への制御を禁止する禁止手段を備える
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
内燃機関がアイドル運転状態であることを条件に、前記調整手段の前記排気量増加側への制御を許可する許可手段を備える
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】
前記燃焼室内のガスの流動状態を変更すべく内燃機関の吸気通路に開閉可能に設けられ、前記調整手段の前記排気量増加側への制御が行われるときには前記燃焼室内でのガス流の乱れが大となるように開閉制御される気流制御弁と、
前記気流制御弁の開閉制御が完了したことを条件に、前記排気量増加側への前記調整手段の制御を許可する許可手段とを備える
請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記推定温度に基づき、前記調整手段を前記排気量増加側へと制御する際の目標値を設定する設定手段とを備える
請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記調整手段は油圧により駆動制御されるものであって、内燃機関の始動開始後において最初に前記調整手段を前記排気量増加側へと制御するときには、その制御のための駆動力を通常よりも大とする
請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
内燃機関の冷間始動時における前記調整手段の前記排気量増加側への制御は極低温時には実行されない
請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば自動車用の内燃機関として、燃焼室に直接燃料を噴射供給する筒内噴射式のものが知られている。
【０００３】
こうした内燃機関においては、冷えた状態からの始動時（冷間始動時）など燃焼室の温度が低いとき、同燃焼室内に噴射された燃料が霧化されにくく液状燃料のままとなり易いことから、燃焼室内に液状燃料が存在した状態で燃料の燃焼が行われることがある。この場合、燃焼室内の液状燃料が燃焼時の熱により焦げ付き、内燃機関からの排気に黒煙が含まれるようになるおそれがあった。
【０００４】
そこで、例えば特開平１１−３２４７７８号公報に示されるように、燃料燃焼時の燃焼室内に内燃機関の排気を存在させ、これにより燃料燃焼時の燃焼温度を低下させて液状燃料の焦げ付きを抑制するとともに、排気の熱により燃焼室の温度を上昇させて液状燃料の霧化を促進することも考えられる。このように、燃焼室内での液状燃料の焦げ付きを抑制するとともに同燃料の霧化を促進することで、黒煙の発生を抑制することができるようになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、燃料燃焼時の燃焼室内に内燃機関の排気を存在させるということは、燃料燃焼時の燃焼室内に当該燃焼に寄与しない気体（排気）が存在するということであり、これにより燃料の燃焼が不安定になり易くなることは否めない。従って、このように燃焼状態が不安定になることへの対策を適切に講じないと、燃料燃焼時の燃焼室内に内燃機関の排気を存在させることで黒煙の発生を抑制することはできても、燃料の燃焼状態が燃焼室内の排気によって不安定になるおそれがある。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、黒煙の発生を抑制すべく燃料燃焼時の燃焼室に内燃機関の排気を存在させるとき、それに伴い燃料の燃焼状態が不安定になるのを抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、機関バルブのバルブタイミングを変化させることにより燃料燃焼時の燃焼室内のガスに含まれる排気の量を調整する調整手段を備える筒内噴射式内燃機関に適用され、同機関からの排気に黒煙が含まれる機関状態である旨判断されたとき、前記ガス中の排気量を増加させる側に前記調整手段を制御する内燃機関の制御装置において、前記調整手段の前記排気量増加側への制御は、内燃機関の冷間始動時に実行されるとともに、前記燃料の燃焼状態を監視する監視手段と、前記監視手段により前記燃焼状態の不安定化が検出されたときには、内燃機関の運転制御に用いられる所定制御系を前記燃焼状態が安定する方向に制御する安定化手段とを備え、さらに、内燃機関の冷間始動時における前記調整手段の前記排気量増加側への制御が行われる際、その制御により前記ガス中の排気量が変化する過程では、前記調整手段の実際の駆動量と前記燃焼室の推定温度とに基づき、内燃機関の運転制御に用いられる制御系のうち、前記バルブタイミングの制御とは別の燃料の燃焼に関係する制御系を制御することにより前記排気量の変化過程における前記燃焼状態の不安定化を抑える制御手段を備えた。
【０００８】
上記構成によれば、内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブといった機関バルブのうち、少なくとも一つのバルブタイミングを変化させてバルブオーバラップ量を変化させることで、燃料燃焼時の燃焼室内に存在する排気の量が調整され、これにより黒煙の発生が抑制される。
また、内燃機関が冷えた状態から始動されるとき、調整手段の排気量増量側への制御により黒煙の発生を抑制することができ、且つ燃料燃焼時の燃焼室内に排気が存在することに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
また、調整手段の排気増量側への制御がなされ、燃料燃焼時の燃焼室内に存在する内燃機関の排気によって燃焼状態が不安定になったときには、内燃機関の所定制御系が前記燃焼状態を安定させる方向に制御される。これにより、燃料燃焼時の燃焼室内に排気が存在することに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
また、調整手段の排気量増加側への制御が行われる際、その制御により前記ガス中の排気量が変化する過程では、調整手段の実際の駆動量、即ち燃料燃焼時の燃焼室内に存在する実際の排気の量と燃焼室の推定温度とに基づき、前記バルブタイミングの制御とは別の燃料の燃焼に関係する制御系が制御されることにより前記排気量の変化過程における燃焼状態の不安定化が抑えられる。従って、上記調整手段の制御の際、当該制御による調整手段の駆動に応答遅れ等が生じ、上記制御に基づき燃料燃焼時の燃焼室内に存在する排気の量が定められた値まで変化するのに応答遅れが生じたとしても、そのときにはバルブタイミングの制御とは別の制御であって燃料の燃焼に関係する制御系の制御が燃料燃焼時の燃焼室内に存在する実際の排気の量に適した態様で行われ、これにより上記応答遅れに伴い燃焼状態が不安定になることは抑制される。
【０００９】
なお、燃料燃焼時の燃焼室内に排気を存在させることは、内燃機関の排気を吸気系に再循環させることや、燃焼室内での燃料燃焼後の排気を残留させることによって実現することができる。
また、燃料の燃焼状態は、内燃機関の回転速度や、その回転速度の変動から知ることができる。そして、上記所定制御系の制御としては、調整手段の排気量減量側への制御、吸入空気量の増量制御、燃焼が安定し易い燃焼形態への燃焼形態切換制御、燃料噴射時期の遅角制御、及び点火時期の進角制御等をあげることができる。
また、上記燃焼に関係する制御系の制御としては、吸入空気量制御、空燃比制御、燃焼形態切換制御、燃料噴射時期制御、及び点火時期制御等をあげることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記安定化手段は、前記調整手段の前記排気量増加側への制御を禁止する禁止手段を備えた。
【００１１】
上記構成によれば、調整手段の排気増量側への制御がなされ、燃料燃焼時の燃焼室内に存在する内燃機関の排気によって燃焼状態が不安定になったときには、上記調整手段の排気増量側への制御が禁止され、燃焼状態の安定化が図られるようになる。従って、燃料燃焼時の燃焼室内に排気が存在することに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明では、請求項１または２に記載の発明において、内燃機関がアイドル運転状態であることを条件に、前記調整手段の前記排気量増加側への制御を許可する許可手段を備えた。
【００１８】
上記構成によれば、内燃機関がアイドル運転状態にあるとき、即ち同機関が搭載される車両の走行停止中のとき、調整手段の排気増量側への制御が行われるようになる。そのため、車両の走行中に燃料燃焼時の燃焼室内に存在する排気により燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。従って、車両の走行中に燃焼状態が不安定になり、車両のドライバビリティが悪化するのを抑制することができる。
【００１９】
請求項４記載の発明では、請求項１または２に記載の発明において、前記燃焼室内のガスの流動状態を変更すべく内燃機関の吸気通路に開閉可能に設けられ、前記調整手段の前記排気量増加側への制御が行われるときには前記燃焼室内でのガス流の乱れが大となるように開閉制御される気流制御弁と、前記気流制御弁の開閉制御が完了したことを条件に、前記排気量増加側への前記調整手段の制御を許可する許可手段とを備えた。
【００２０】
燃焼室内でのガス流の乱れを大とするための気流制御弁の開閉制御が完了する前に調整手段の排気量増大側への制御が行われ、燃焼室内のガス流の乱れが小であるときに燃料燃焼時の燃焼室のガスに多量の排気が含まれた状態になると、その排気が燃焼室内において偏在するようになる。この状態にあっては、燃焼室内における排気の濃い部分で燃料の燃焼が行われる可能性があり、このようなときには燃焼状態が不安定になる。しかし、上記構成によれば、調整手段の排気量増大側への制御が上記気流制御弁の開閉制御完了後に実行されるようになるため、燃料燃焼時の燃焼室内に存在する排気の偏在に伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【００２１】
請求項５記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記推定温度に基づき、前記調整手段を前記排気量増加側へと制御する際の目標値を設定する設定手段とを備えた。
燃焼室の温度が高くなるほど、黒煙の発生を抑制するのに必要な燃料燃焼時の燃焼室内の排気の量は少なくなる。上記構成によれば、燃焼室の推定温度が高くなるほど上記排気の量が少なくなるよう、調整手段を制御する際の目標値を設定することができる。そして、このように目標値を設定して燃料燃焼時の燃焼室内に存在する排気の量を調整することで、当該排気の量を黒煙の発生を抑制するのに必要な量だけとすることができ、その排気によって燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【００２３】
請求項６記載の発明では、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記調整手段は油圧により駆動制御されるものであって、内燃機関の始動開始後において最初に前記調整手段を前記排気量増加側へと制御するときには、その制御のための駆動力を通常よりも大とするものとした。
【００２４】
内燃機関が冷えた状態での始動時には、調整手段を駆動するための作動油の粘度が高くなり、調整手段を駆動制御しにくくなる。しかし、上記構成によれば、このようなときでも調整手段を排気量増加側へと制御するための駆動力が通常よりも大とされるため、その調整手段の制御を的確に実行することができる。
【００２５】
なお、上記調整手段を排気量増加側へと制御するための駆動力については、通常よりも大とする代わりに最大とすることも考えられる。この場合、作動油の粘度が高い状態のときに調整手段の排気量増加側への制御を的確に行うという点において一層好ましくなる。
【００２６】
請求項７記載の発明では、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、内燃機関の始動時における前記調整手段の前記排気量増加側への制御は極低温時には実行されないことを要旨とした。
【００２７】
上記構成によれば、調整手段を駆動するための作動油の粘度が高くなり過ぎて同調整手段を駆動できなくなるような極低温時には、調整手段の排気量増加側への制御を無駄に実行しないようにすることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車用の筒内噴射火花点火式エンジンに適用した一実施形態を図１〜図１４に従って説明する。
【００３４】
図１に示されるエンジン１においては、二つに分岐した状態の吸気通路２から燃焼室３へと空気が吸入され、燃料噴射弁４から燃焼室３内に噴射供給される燃料と上記空気とからなる混合気に対して点火プラグ５による点火が行われる。この点火プラグ５の点火時期はイグナイタ５ａによって調整される。そして、この点火により燃焼室３内の混合気が燃焼すると、そのときの燃焼エネルギによりピストン６が往復移動し、燃焼後の混合気は排気として排気通路７に送り出されるようになる。
【００３５】
エンジン１における燃焼室３内での混合気の燃焼形態は、エンジン１の運転状態に応じて、下記［１］〜［３］に示される成層燃焼、弱成層燃焼、及び均質燃焼の間で切り換えられる。
【００３６】
［１］成層燃焼では、圧縮行程での燃料噴射により点火プラグ５周りのみに可燃混合気が存在する成層混合気を形成し、その状態での点火プラグ５による点火で成層混合気の燃焼が行われる。
【００３７】
［２］均質燃焼では、吸気行程での燃料噴射により空気に対し燃料が均等に混合された均質混合気を形成し、その状態での点火プラグ５による点火で均質混合気の燃焼が行われる。
【００３８】
［３］弱成層燃焼では、吸気行程と圧縮行程との両方での燃料噴射により、燃焼室３内の混合気の状態が上述した成層混合気と均質混合気との中間の状態とされ、その状態での点火プラグ５による点火で上記中間状態の混合気の燃焼が行われる。
【００３９】
これら各燃焼形態のうちのいずれかを実行することにより、ピストン６が往復移動するようになる。このピストン６の往復移動は、コネクティングロッド８によってエンジン１の出力軸であるクランクシャフト９の回転へと変換される。そして、クランクシャフト９が回転すると、その回転に対応した信号がクランクポジションセンサ１０から出力されるとともに、同回転が変速機等を介して自動車のタイヤに伝達されるようになる。また、上記のようにエンジン１が駆動されるときには冷却水によってエンジン１が冷却されるが、その冷却水の温度は水温センサ３６によって検出されるようになる。
【００４０】
吸気通路２において、その上流部分には燃焼室３に吸入される空気の量（吸入空気量）を調節すべく開閉動作するスロットルバルブ１１が設けられ、スロットルバルブ１１よりも下流には吸気通路２内の圧力（吸気圧）を検出するためのバキュームセンサ１２が設けられている。上記スロットルバルブ１１の開度（スロットル開度）は、自動車の運転者によって操作されるアクセルペダル１３の踏込量（アクセル踏込量）に応じて調整される。なお、アクセル踏込量はアクセルポジションセンサ１４によって検出され、スロットル開度はスロットルポジションセンサ１５によって検出される。
【００４１】
吸気通路２の二つに分岐した部分のうちの一方には、混合気の良好な燃焼が得られるよう燃焼室３内のガスの流動状態を変更する気流制御弁１６が設けられている。この気流制御弁１６は、吸気通路２内の圧力（負圧）と大気圧との差圧に基づき作動するアクチュエータ１７によって開閉駆動される。そして、上記差圧がアクチュエータ１７を作動可能な値に達しているときには、同アクチュエータ１７を作動させて気流制御弁１６を閉弁することができるようになる。
【００４２】
気流制御弁１６が閉弁しているときには二つに分岐した吸気通路２のうちの一方のみから空気が燃焼室３に吸入されるが、この状態にあっては燃焼室３に吸入されるガスの流速が速まって燃焼室３内のガス流の乱れが大となり、燃焼室３内でのガスの混合が促進される。これに対し、気流制御弁１６が開弁しているときには、燃焼室３内のガス流の乱れが小とはなるが、高負荷高回転時等であればエンジン１の吸気抵抗を低減することができる。
【００４３】
一方、燃焼室３からの排気が送り込まれる排気通路７には、同排気の一部を吸気通路２に流すためのＥＧＲ通路１８が接続されている。ＥＧＲ通路１８を通じて排気通路７から吸気通路２に再循環される排気の量（ＥＧＲ量）は、ＥＧＲ通路１８に設けられたＥＧＲバルブ１９の開度を制御することによって調節される。こうした排気の再循環は、例えば燃料の燃焼温度を低下させて窒素酸化物（ＮＯx ）の生成を抑制し、エンジン１のＮＯx エミッションの低減を図るといった目的のもとで実行される。
【００４４】
エンジン１において、吸気通路２と燃焼室３との間は吸気バルブ２０の開閉動作によって連通・遮断され、排気通路７と燃焼室３との間は排気バルブ２１の開閉動作によって連通・遮断される。そして、吸気バルブ２０及び排気バルブ２１は、クランクシャフト９の回転が伝達される吸気カムシャフト２２及び排気カムシャフト２３の回転に伴い開閉動作するようになる。吸気カムシャフト２２の近傍には、同シャフト２２の回転位置を検出するためのカムポジションセンサ２４が設けられている。
【００４５】
また、吸気カムシャフト２２には、クランクシャフト９の回転に対する吸気カムシャフト２２の相対回転位相を変更することで、吸気バルブ２０のバルブタイミング（開閉タイミング）を変更するバルブタイミング可変機構２５が設けられている。このバルブタイミング可変機構２５には、進角側油路２６及び遅角側油路２７が接続されている。そして、これら油路２６，２７は、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）２８、並びに、供給通路２９及び排出通路３０を介して、エンジン１のオイルパン３１内に繋がっている。
【００４６】
上記供給通路２９には、クランクシャフト９の回転に伴って駆動されるオイルポンプ３２が設けられている。また、上記ＯＣＶ２８は、互いに逆方向に働くコイルスプリング３３及び電磁ソレノイド３４の付勢力よって切換動作し、供給通路２９及び排出通路３０と進角側油路２６及び遅角側油路２７との接続状態を変更する。
【００４７】
即ち、ＯＣＶ２８は、電磁ソレノイド３４の消磁状態においては、遅角側油路２７と供給通路２９とを連通するとともに、進角側油路２６と排出通路３０とを連通する。この場合、オイルパン３１内のオイル（作動油）がオイルポンプ３２により遅角側油路２７へ送り出されるとともに、進角側油路２６内にあったオイル（作動油）がオイルパン３１内へ戻される。このとき、バルブタイミング可変機構２５には遅角側油路２７を通じてオイルが供給される。これにより、バルブタイミング可変機構２５は、クランクシャフト９に対する吸気カムシャフト２２の相対回転位相を遅角させるよう油圧駆動される。その結果、吸気バルブ２０のバルブタイミングが遅角側に変化するようになる。
【００４８】
また、電磁ソレノイド３４が励磁されたときには、遅角側油路２７と排出通路３０とが連通するとともに、進角側油路２６と供給通路２９とが連通する。この場合、オイルパン３１内のオイルがオイルポンプ３２により進角側油路２６に送り出されるとともに、遅角側油路２７内にあったオイルがオイルパン３１内へ戻される。このとき、バルブタイミング可変機構２５には進角側油路２６を通じてオイルが供給される。これにより、バルブタイミング可変機構２５は、クランクシャフト９に対する吸気カムシャフト２２の相対回転位相を進角させるよう油圧駆動される。その結果、吸気バルブ２０のバルブタイミングが進角側に変化するようになる。
【００４９】
次に、本実施形態のエンジン制御装置の電気的構成について説明する。
この制御装置は、エンジン１を運転制御すべく自動車に搭載された電子制御装置３５を備えている。この電子制御装置３５は、イグナイタ５ａ、燃料噴射弁４、スロットルバルブ１１、アクチュエータ１７、ＥＧＲバルブ１９、及びＯＣＶ２８を駆動制御する。また、電子制御装置３５には、クランクポジションセンサ１０、バキュームセンサ１２、アクセルポジションセンサ１４、スロットルポジションセンサ１５、カムポジションセンサ２４、及び水温センサ３６といった各種センサからの検出信号が入力される。
【００５０】
電子制御装置３５は、クランクポジションセンサ１０、スロットルポジションセンサ１５、バキュームセンサ１２、及びアクセルポジションセンサ１４からの検出信号に基づき、エンジン回転速度ＮＥ、吸気圧ＰＭ、アクセル踏込量ＡＣＣＰ、スロットル開度ＴＡを求める。そして、電子制御装置３５は、最大機関負荷に対する現在の負荷割合を示す値である負荷率ＫＬを、エンジン回転速度ＮＥと、スロットル開度ＴＡ、アクセル踏込量ＡＣＣＰ、及び吸気圧ＰＭなどエンジン１の吸入空気量に関係するパラメータとに基づき算出する。
【００５１】
電子制御装置３５は、エンジン回転速度ＮＥや負荷率ＫＬなどエンジン１の運転状態に応じて、点火時期制御、燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御、吸入空気量制御、気流制御弁１６の開閉制御、ＥＧＲバルブ１９の開度制御、吸気バルブ２０のバルブタイミング制御、及び燃焼形態切換制御など、エンジン１の各種運転制御を実行する。
【００５２】
次に、エンジン１の冷間始動時など、排気中に黒煙が含まれる機関状態のときに同黒煙の発生を抑制する手順について図２を参照して説明する。
図２は、吸気バルブ２０のバルブタイミングを制御して燃料燃焼時の燃焼室３内のガスに含まれる排気の量を調整して上記黒煙の発生を抑制するとともに、上記のように燃料燃焼時の燃焼室３内に排気が存在することに起因して燃焼状態が不安定になるのを抑制する黒煙抑制ルーチンを示すフローチャートである。この黒煙抑制ルーチンは、電子制御装置３５を通じて例えば所定クランク角毎の角度割り込みにて周期的に実行される。
【００５３】
エンジン１の始動開始時には、混合気を安定して燃焼させることを重視し、エンジン１の燃焼形態として、均質混合気を燃焼させる均質燃焼が選択される。更に、均質燃焼でのエンジン１の始動であることを考慮し、燃焼室３内のガス流の乱れを大として混合気の混合を促進すべく、気流制御弁１６が閉弁するようアクチュエータ１７が制御される。ただし、このアクチュエータ１７は吸気圧ＰＭと大気圧との差圧により作動して気流制御弁１６を閉弁させるものであることから、エンジン１の始動開始後において吸気圧ＰＭがアクチュエータ１７の作動に必要な値まで真空側に変化するのには所定の時間を要する。従って、エンジン１の始動開始から上記所定の時間が経過するまでは、気流制御弁１６は、アクチュエータ１７により閉弁させようとしても開弁したままの状態となる。
【００５４】
黒煙抑制ルーチンにおいては、まずエンジン１が始動完了しているか否か、例えばエンジン回転速度ＮＥが予め設定されたアイドル回転速度以上の値であるか否かが判断される（Ｓ１０１）。
【００５５】
上記ステップＳ１０１で否定判定がなされた場合には、エンジン１の始動が完了していない旨判断され、ＯＣＶ２８の駆動制御に用いられるデューティ比Ｄが「０％」に設定される（Ｓ１１１）。このデューティ比Ｄは、電子制御装置３５を通じて行われるＯＣＶ２８の電磁ソレノイド３４に対する印可電圧のデューティ制御に用いられる。こうしたデューティ制御によって、バルブタイミング可変機構２５へのオイル供給が制御され、バルブタイミング可変機構２５の駆動に基づき吸気バルブ２０のバルブタイミングが調整されるようになる。
【００５６】
上記のようにデューティ比Ｄが「０％」であるときには、バルブタイミング可変機構２５に対して遅角側油路２７を通じたオイル供給が行われ、これにより吸気バルブ２０のバルブタイミングが最遅角状態に保持される。この状態にあっては、吸気バルブ２０と排気バルブ２１とのバルブオーバラップ量が「０」となり、燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する排気の量が最も少なくされて燃焼状態の安定化が図られ、エンジン１の始動性が良好なものとされる。
【００５７】
一方、上記ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合には、燃焼室３の温度を推定した値である推定温度Ｔの算出が行われる（Ｓ１０２）。
実際の燃焼室３の温度は、エンジン１の一回の燃焼サイクル毎に、同燃焼サイクルで消費される燃料量（燃料噴射量Ｑfin ）に対応した分だけ上昇するようになる。従って、ステップＳ１０２の処理では、今回の燃焼サイクルにおける燃焼室３の温度上昇分を燃料噴射量Ｑfin に変換係数Ｋを乗算することによって算出し、この「Ｑfin ・Ｋ」という値を前回のＳ１０２の処理で算出された推定温度Ｔに加算することにより、今回の推定温度Ｔが算出されることとなる。
【００５８】
上記燃料噴射量Ｑfin としては、例えばエンジン１の燃料噴射量制御を行うに際して用いられる燃料噴射量の指令値、即ち負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥ等から求められる燃料噴射量の指令値が採用される。また、上記燃料噴射量Ｑfin に乗算される変換係数Ｋは、エンジン１の一回の燃焼サイクルで消費（燃焼）される燃料量（燃料噴射量Ｑfin ）を、その燃焼による燃焼室３の温度上昇量という単位に変換するためのものである。
【００５９】
なお、エンジン１の始動完了後に最初にステップＳ１０２の処理が実行されるときには、推定温度Ｔの算出に用いられる前回の推定温度Ｔとして、エンジン１の冷却水温から算出される初期温度が採用される。この初期温度は、水温センサ３６の検出信号から求められるエンジン１の冷却水温が高くなるほど、高い値となるように算出されるものである。
【００６０】
このように燃焼室３の推定温度が算出された後、燃料燃焼時の燃焼室３内のガスに含まれる排気により黒煙の発生を抑制すべき状況であるか否かが判断される。こうした判断は、
・推定温度Ｔが所定値ａ１よりも大であるか否か（Ｓ１０３）、即ちバルブタイミング可変機構２５の駆動に支障を来すほどオイルの粘度が高くなるようなエンジン低温状態（極低温状態）でないか否か、
・推定温度Ｔが所定値ａ２（ａ２＞ａ１）以下であるか否か（Ｓ１０４）、即ち燃焼室３の温度が黒煙発生の可能性のある値以下であるか否か、
・アイドル運転状態であるか否か（Ｓ１０５）、即ち自動車が停止した状態であるか否か、
といった判断に基づき行われることとなる。
【００６１】
そして、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５で全て肯定判定であれば、黒煙の発生を抑制すべき状況である旨判断され、吸気バルブ２０のバルブタイミングの進角処理が実行される（Ｓ１０６）。この処理では、吸気バルブ２０のバルブタイミングを最遅角状態よりも進角側に制御してバルブオーバラップを生じさせることにより、燃料燃焼時の燃焼室３内のガスに含まれるエンジン１の排気の量を増量側に調整する。
【００６２】
この排気によって燃焼室３の温度が上昇させられると、燃焼室３内に噴射供給された燃料が霧化されずに液状燃料のままとなることは抑制される。更に、燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する排気により燃料の燃焼温度が低下するため、燃焼室３内の液状燃料が燃焼熱によって焦げ付くことも抑制される。このようにして、燃焼室３内の液状燃料を少なくしつつ、燃料が燃焼するときの燃焼温度を低下させることで、液状燃料が焦げ付くことによる黒煙の発生を抑制することができるようになる。
【００６３】
こうした黒煙の発生を抑制するための上記吸気バルブ２０のバルブタイミング進角制御（Ｓ１０６）は、燃焼室３の推定温度が黒煙発生の可能性のある値以下である旨判断されたこと（Ｓ１０４：ＹＥＳ）を条件に、実行される。従って、上述した燃料燃焼時の燃焼室３内のガスに含まれる排気量の調整は、エンジン１の冷間始動時など黒煙発生の抑制のために真に必要とされるときのみに限定して実行されるようになる。このため、燃料燃焼時の燃焼室３内にエンジン１の排気が多く存在するという、燃焼状態が不安定となる可能性のある状態を極力短くすることができ、燃料燃焼時の燃焼室３内に排気が存在することに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【００６４】
また、上記吸気バルブ２０のバルブタイミング進角制御（Ｓ１０６）は、アイドル運転状態である旨判断されたこと（Ｓ１０５：ＹＥＳ）を条件に、実行される。従って、自動車の走行中に、燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する排気の調整が行われることはなく、その調整に伴い燃焼状態が不安定になって自動車のドライバビリティが悪化するのを抑制することができる。
【００６５】
一方、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５のいずれかで否定判定がなされた場合には、上述した黒煙発生の抑制を実行すべき状況でない旨判断され、黒煙の発生を抑制するための上記吸気バルブ２０のバルブタイミング進角制御（Ｓ１０６）が実行されることはない。
【００６６】
即ち、ステップＳ１０３とステップＳ１０５とのいずれかで否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０６の処理は実行されずに、上述したステップＳ１１１の処理が実行されることとなる。従って、推定温度Ｔが所定値ａ１以下であるとき（Ｓ１０３：ＮＯ）には、黒煙の発生を抑制するための上記吸気バルブ２０のバルブタイミング進角制御（Ｓ１０６）が実行されることはないのである。このため、バルブタイミング可変機構２５を駆動できなくなるほどオイルの粘度が高くなるような極低温時には、上記バルブタイミング進角制御を無駄に実行しないようにすることができる。
【００６７】
また、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合には、燃焼室３内の温度が黒煙発生の可能性のある値よりも大である旨判断され、通常のバルブタイミング制御が実行される（Ｓ１１２）。つまり、通常のバルブタイミング制御が実行されるのは、エンジン１が冷間始動時を脱したときということになる。
【００６８】
この通常のバルブタイミング制御では、負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥなどエンジン１の運転状態に応じて、吸気バルブ２０のバルブタイミングの進角量が調整される。この進角量とは、バルブタイミングが最遅角状態となったときを基準として、同バルブタイミングがどの程度進角した状態にあるかを示す値である。そして、上記バルブタイミングの進角量の調整は、負荷率ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに応じて設定される目標進角量θｔに対し、カムポジションセンサ２４の検出信号から求められる実進角量θｒが近づくよう、デューティ比Ｄを変化させることによって行われる。
【００６９】
このデューティ比Ｄが「０％」に設定されたときには、バルブタイミング可変機構２５に対して遅角側油路２７を通じたオイル供給が行われ、これにより吸気バルブ２０のバルブタイミングが最遅角状態となるようバルブタイミング可変機構２５が駆動されるのは上述した通りである。これに対し、デューティ比Ｄが「１００％」に設定されたときには、バルブタイミング可変機構２５に対して進角側油路２６を通じたオイル供給が行われ、これにより吸気バルブ２０のバルブタイミングが最進角状態となるようバルブタイミング可変機構２５が駆動されることとなる。
【００７０】
従って、通常のバルブタイミング制御におけるデューティ比Ｄは、実進角量θｒが目標進角量θｔよりもバルブタイミング進角側の値であるときには「０％」寄りの値に設定され、実進角量θｒが目標進角量θｔよりも遅角側の値であるときには「１００％」寄りの値に設定される。このように、デューティ比Ｄを実進角量θｒ及び目標進角量θｔに基づき変化させることで、実進角量θｒが目標進角量θｔに近づけられ、吸気バルブ２０のバルブタイミングがエンジン１の運転にとって最適なタイミングとされる。
【００７１】
次に、黒煙抑制ルーチンにおけるステップＳ１０６の処理、即ち吸気バルブ２０のバルブタイミングを最遅角状態よりも進角側に調整する処理について、バルブタイミング進角ルーチンを示す図３のフローチャートを参照して詳しく説明する。このバルブタイミング進角ルーチンは、黒煙抑制ルーチン（図２）のステップＳ１０６に進む毎に電子制御装置３５を通じて実行される。
【００７２】
バルブタイミング進角ルーチンにおいては、まずエンジン１の始動完了後に吸気バルブ２０のバルブタイミングが一回も最進角状態に達したことがないか否かが判断される（Ｓ２０１）。ここで肯定判定であれば、気流制御弁１６が閉弁完了したか否かが、例えば吸気圧ＰＭがアクチュエータ１７の作動に必要な値にまで真空側に変化したか否かに基づき判断される（Ｓ１０１）。そして、肯定判定であれば、デューティ比Ｄが「１００％」に設定される（Ｓ２０３）。
【００７３】
従って、エンジン１の始動完了後において、吸気バルブ２０のバルブタイミングが最初に最進角状態に達するまでの間は、気流制御弁１６が閉弁完了していることを条件にデューティ比Ｄが「１００％」とされる。このようにデューティ比Ｄが「１００％」とされるときには、吸気バルブ２０のバルブタイミングが進角側に変化するようバルブタイミング可変機構２５を駆動制御するときの駆動力が最大とされることになる。
【００７４】
エンジン１の始動開始直後においては、バルブタイミング可変機構２５を駆動するためのオイルが低温状態であることからオイルの粘度が高くなり、バルブタイミング可変機構２５を駆動させにくくなる。そのため、黒煙発生を抑制するための吸気バルブ２０のバルブタイミング進角制御も実行しにくくなるが、その制御は上記のように最大の駆動力をもって行われるため、同制御を的確に実行することができるようになる。
【００７５】
このようにデューティ比Ｄを「１００％」とすることで、上記のようにバルブタイミング可変機構２５を駆動させにくい状況のもとでも、吸気バルブ２０のバルブタイミングが最短時間で最進角状態とされる。その結果、速やかにバルブオーバラップ量が最大とされ、燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する排気の量が速やかに最大とされるようになる。
【００７６】
また、デューティ比Ｄを「１００％」とし、吸気バルブ２０のバルブタイミングを最進角状態とすることは、気流制御弁１６が閉弁完了していることを条件に行われることから、エンジン１の始動開始後であって気流制御弁１６が閉弁してから実行されることになる。このため、気流制御弁１６が閉弁完了しておらず燃焼室３内のガス流の乱れが小であるとき、燃料燃焼時の燃焼室３内に多量の排気が存在することは回避される。
【００７７】
仮に、こうした状態になったとすると、燃焼室３内におけるガス流の乱れが小であることから上記多量の排気が燃焼室３内で偏在するようになる。このため、燃焼室３内における排気の濃い部分が点火プラグ５周りにあるとき、当該点火プラグ５による混合気への点火が行われる可能性があり。このようなときには燃焼状態が不安定になる。しかし、燃料燃焼時の燃焼室３内に多量の排気が存在するようになるのは、気流制御弁１６が閉弁完了した後であって燃焼室３内におけるガス流が大となってからであるため、上記排気が燃焼室３内で偏在することに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【００７８】
吸気バルブ２０のバルブタイミングが上記のように最進角状態とされると、ステップＳ２０１の処理では否定判定がなされる。この場合、推定温度Ｔに基づき目標進角量θｔが算出され（Ｓ２０４）、その目標進角量θｔに実進角量θｒが近づくようデューティ比Ｄが算出されるようになる（Ｓ２０５）。
【００７９】
ここで、ステップＳ２０４で算出される目標進角量θｔは、図４に示されるように推定温度Ｔが大となるほど小さい値（遅角側の値）になる。また、ステップＳ２０５で算出されるデューティ比Ｄは、目標進角量θｔに対して実進角量θｒが進角側の値であるときには「０％」寄りの値になり、目標進角量θｔに対して実進角量θｒが遅角側の値であるときには「１００％」寄りの値になる。こうしたデューティ比Ｄの算出により、実進角量θｒが目標進角量θｔに近づけられ、推定温度Ｔが大となるほど吸気バルブ２０のバルブタイミングが遅角側に変化するようになる。
【００８０】
ところで、推定温度Ｔが高くなるほど、燃焼室３内に噴射供給される燃料のうち霧化されずに液状燃料となるものが少なくなり、吸気バルブ２０のバルブタイミングを進角側に調整して燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する排気の量を多くしなくても、黒煙の発生を抑制できるようになる。即ち、推定温度Ｔが高くなるほど、黒煙の発生を抑制するのに必要な燃料燃焼時の燃焼室３内の排気の量は少なくなる。
【００８１】
従って、上記のように推定温度Ｔが高くなるほど、目標進角量θｔを遅角側の値として燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する排気の量を少なくすることにより、当該排気の量を黒煙の発生を抑制するのに必要な量だけとし、この排気によって燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【００８２】
上記ステップＳ２０３とステップＳ２０５とのいずれかの処理が実行されると、エンジン１を運転制御する制御系のうち、燃料の燃焼に関係する制御系が推定温度Ｔと実進角量θｒとに基づき制御される（Ｓ２０６）。このように推定温度Ｔと実進角量θｒとに基づき行われる制御系の制御としては、吸入空気量制御、空燃比制御、燃焼形態切換制御、燃料噴射時期制御、及び点火時期制御等をあげることができる。
【００８３】
ここでは、ステップＳ２０３或いはステップＳ２０５で算出されるデューティ比Ｄに基づき、バルブタイミング可変機構２５が駆動されるとき、その駆動の応答遅れに起因して燃焼状態が不安定になるのを抑制するようにしている。即ち、上記応答遅れが生じて燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する排気の量が定められた量まで変化するのに応答遅れが生じたとしても、実進角量θｒに基づき行われる上記各制御は、燃料燃焼時の燃焼室３内に実際に存在する排気の量に適した態様で行われる。従って、バルブタイミング可変機構２５の駆動に応答遅れが生じたとしても、それに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【００８４】
以下、推定温度Ｔ及び実進角量θｒに基づく上記各制御の概要について個別に説明する。
［吸入空気量制御］
推定温度Ｔが低くなり、且つ実進角量θｒが大となるほど、スロットル開度ＴＡが大となるようスロットルバルブ１１が駆動制御される。これにより、エンジン１の吸入空気量は、燃焼室３の温度、及び燃料燃焼時の燃焼室３内に実際に存在する排気の量に適した値へと制御される。こうした吸入空気量制御を実行したときにおける推定温度Ｔ、実進角量θｒ、及び吸入空気量の関係を図５に示す。同図から分かるように、吸入空気量は、実進角量θｒが大となるほど多くなるとともに、推定温度Ｔが低くなるほど多くなる。このように吸入空気量が多くなると、燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する酸素の量が多くなり、燃料の燃焼が促進されて燃焼状態が安定するようになる。従って、推定温度Ｔが低くなるとともに実進角量θｒが大（燃料燃焼時の燃焼室３内における排気量大）となるような燃焼状態が不安定になり易いときほど、吸入空気量が多くされて燃焼状態の安定化が図られるようになる。
【００８５】
［空燃比制御］
図６に示されるように、推定温度Ｔが低くなり、且つ実進角量θｒが大となるほど、エンジン１の空燃比がリッチとなるよう、燃料噴射弁４の駆動制御を通じて燃料噴射量が多くされる。これにより、エンジン１の空燃比は、燃焼室３の温度、及び燃料燃焼時の燃焼室３内に実際に存在する排気の量に適した値へと制御される。燃料の燃焼状態にとって最適な空燃比は燃焼室３の温度が高くなるとともに上記排気の量が多くなるほどリッチ側に移行する傾向にあるが、こうした最適な空燃比が得られるよう上記空燃比制御が実行され、燃焼状態の安定が図られるようになる。
【００８６】
［燃焼形態切換制御］
図７に示されるように、実進角量θｒが大きいときには燃焼形態が均質燃焼から弱成層燃焼へと切り換えられる。そして、このような燃焼形態の切り換えが行われる実進角量θｒの値は推定温度Ｔが低くなるほど小（遅角側の値）に設定される。弱成層燃焼が実行されると、圧縮行程にて噴射された燃料が点火プラグ５周りに達したときに点火が行われ、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が高められるため、燃料への着火を良好なものとして燃焼状態を安定させることができる。更に、弱成層燃焼時には、均質燃焼時に比べて空燃比がリーンとされることから、燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する酸素の量が多くなり、燃料の燃焼が促進されて燃焼状態が安定するようになる。従って、推定温度Ｔが低くなるとともに実進角量θｒが大となるような燃焼状態が不安定になり易いときほど、均質燃焼から弱成層燃焼への切り換えが行われ易くなり、この弱成層燃焼により燃焼状態の安定化が図られるようになる。
【００８７】
［燃料噴射時期制御］
この燃料噴射時期制御は、上記燃焼形態切換制御に基づく弱成層燃焼と併せて行われ、図８に示されるように推定温度Ｔが低くなり且つ実進角量θｒが大となるほど、圧縮行程燃料噴射時の燃料噴射時期が遅角するよう燃料噴射弁４が駆動制御される。このように燃料噴射時期が遅角すると、噴射燃料が燃焼室３内であまり拡散せずに点火プラグ５周りに達し、その状態で点火が行われるようになる。そのため、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度を的確に高めることができ、燃料への着火を良好なものとして燃焼状態を安定させることができる。従って、推定温度Ｔが低くなるとともに実進角量θｒが大となるような燃焼状態が不安定になり易いときほど、圧縮行程での燃料噴射時期が遅角されて燃焼状態の安定化が図られるようになる。
【００８８】
［点火時期制御］
図９に示されるように、推定温度Ｔが低くなり、且つ実進角量θｒが大となるほど、点火時期が進角するようイグナイタ５ａが駆動制御される。均質燃焼時においては、燃料燃焼時の燃焼室３内に排気が存在すると燃料の燃焼速度が低下するが、上記のように点火時期を進角して早めに点火を行うことで上記燃焼速度の低下に伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。また、弱成層燃焼時においては、点火時期を進角させることにより、圧縮行程にて噴射された燃料があまり拡散していない状態で点火プラグ周りに達して点火が行われる。そのため、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度を高めることができ、燃料への着火を良好なものとして燃焼状態を安定させることができる。従って、推定温度Ｔが低くなるとともに実進角量θｒが大となるような燃焼状態が不安定になり易いときほど、点火時期が進角されて燃焼状態の安定化が図られるようになる。
【００８９】
以上、推定温度Ｔ及び実進角量θｒに基づき行われる各制御の概要について述べたが、バルブタイミング進角ルーチン（図３）におけるステップＳ２０６の処理では、上記各制御のうちの少なくとも一つが実行される。このバルブタイミング進角ルーチンが終了すると、処理は黒煙抑制ルーチン（図２）に戻される。
【００９０】
黒煙抑制ルーチンにおけるステップＳ１０６（バルブタイミング進角ルーチン）の処理が実行された後には、エンジン１（クランクシャフト９）の回転変動ｄｌｎが算出される（Ｓ１０７）。即ち、例えば前回の膨張行程における１８０°ＣＡをクランクシャフト９が通過するのに要した時間から、今回の膨張行程における１８０°ＣＡをクランクシャフト９が通過するのに要した時間を減算し、この減算した値をフィルタ処理して得られたものを回転変動ｄｌｎとする。
【００９１】
続いて、上記ステップＳ１０６の処理によって燃焼状態が不安定になったか否かが判断される。こうした判断は、
・回転変動ｄｌｎが所定値Ａよりも大であるか否か（Ｓ１０８）、即ち回転変動ｄｌｎが運転者にとって不快なほど大きいか否か、
・エンジン回転速度ＮＥがアイドル回転速度よりも小さい値である所定値Ｂ未満であるか否か（Ｓ１０９）、即ちエンジン回転速度ＮＥの回転低下が生じているか否か、
といった判断に基づき行われる。
【００９２】
そして、ステップＳ１０８とステップＳ１０９とのいずれかの処理で肯定判定がなされると、上記ステップＳ１０６の処理によって燃焼状態が不安定になった旨判断され、この燃焼状態を安定させるための燃焼安定化処理が実行される（Ｓ１１０）。こうした燃焼安定化処理のため、例えば吸気バルブのバルブタイミング遅角制御、吸入空気量の増量制御、燃焼形態の弱成層燃焼への切換制御、燃料噴射時期の遅角制御、及び点火時期の進角制御等の各種制御を行うことが考えられる。以下に上記各種制御の概要を個別に説明する。
【００９３】
［吸気バルブのバルブタイミング遅角制御］
デューティ比Ｄを「０％」寄りの値へと変化させ、吸気バルブ２０のバルブタイミングを遅角側に制御してバルブオーバラップ量を小とすることで、燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する排気の量が減らされ、当該排気によって燃焼状態が不安定になることは抑制される。このようにバルブタイミング遅角制御を行うことで、燃焼状態の安定化が図られるようになる。なお、デューティ比Ｄの「０％」寄りの値への変化は、例えばデューティ比Ｄを「０％」に設定することで実現してもよいし、図１０に示されるようにデューティ比Ｄを回転変動ｄｌｎが大となるほど「０％」寄りの値となるよう可変設定することで実現してもよい。
【００９４】
［吸入空気量の増量制御］
回転変動ｄｌｎが大となるほどスロットル開度ＴＡが開き側の値となるようスロットルバルブ１１が駆動制御される。こうして図１１に示されるように、回転変動ｄｌｎが大となるほど吸入空気量が増量するようになる。吸入空気量が多くなると、燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する酸素の量が多くなり、燃料の燃焼が促進されて燃焼状態が安定する。従って、上記のように回転変動ｄｌｎに応じて吸入空気量を増量することで、燃焼状態の安定化が適切に図られるようになる。
【００９５】
［燃焼形態の弱成層燃焼への切換制御］
燃焼形態が均質燃焼から弱成層燃焼に切り換えられると、圧縮行程にて噴射された燃料が点火プラグ５周りに達したときに点火が行われ、点火時に点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度が高められるため、燃料への着火を良好なものとして燃焼状態を安定させることができる。また、弱成層燃焼時には、均質燃焼時に比べて空燃比がリーンとされることから、燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する酸素の量が多くなり、燃料の燃焼が促進されて燃焼状態が安定する。従って、上記のように燃焼形態を弱成層燃焼に切り換えることで、燃焼状態の安定化が図られるようになる。
【００９６】
［燃料噴射時期の遅角制御］
この燃料噴射時期の遅角制御は、上記燃焼形態の弱成層燃焼への切換制御と併せて行われるものであって、図１２に示されるように、回転変動ｄｌｎが大となるほど圧縮行程燃料噴射の燃料噴射時期が遅角されるよう、燃料噴射弁４を駆動制御することによって実現される。このように燃料噴射時期が遅角すると、噴射燃料が燃焼室３内であまり拡散せずに点火プラグ５周りに達し、その状態で点火が行われるようになる。そのため、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度を的確に高めることができ、燃料への着火を良好なものとして燃焼状態を安定させることができる。従って、上記のように回転変動ｄｌｎに応じて燃料噴射時期を遅角させることで、燃焼状態の安定化が適切に図られるようになる。
【００９７】
［点火時期の進角制御］
この点火時期の進角制御では、図１３に示されるように回転変動ｄｌｎが大となるほど点火時期が進角されるようイグナイタ５ａが駆動制御される。均質燃焼時においては、燃料燃焼時の燃焼室３内に排気が存在することに伴い燃焼速度が低下しても、点火時期を進角して早めに点火を行うことで上記燃焼速度の低下に伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。また、弱成層燃焼時においては、点火時期を進角させることにより、圧縮行程にて噴射された燃料があまり拡散していない状態で点火プラグ周りに達して点火が行われる。そのため、点火時の点火プラグ５周りに存在する混合気の燃料濃度を高めることができ、燃料への着火を良好なものとして燃焼状態を安定させることができる。上記のように回転変動ｄｌｎに応じて点火時期を進角させることで、燃焼状態の安定化が適切に図られるようになる。
【００９８】
以上、ステップＳ１０６の処理により燃焼状態が不安定になったとき、その燃焼状態を安定化させるための各種制御の概要について述べたが、黒煙抑制ルーチン（図２）におけるステップＳ１１０の処理では、上記各種制御のうちの少なくとも一つが実行される。
【００９９】
次に、エンジン１の始動開始後に黒煙発生の抑制が行われるに際し、時間経過に伴って、気流制御弁１６の開閉状態、デューティ比Ｄ、実進角量θｒ、推定温度Ｔが、どのように変化するかについて図１４のタイムチャートを参照して説明する。
【０１００】
エンジン１の始動開始直後においては、アクチュエータ１７の作動により気流制御弁１６を閉弁させようとしても、吸気圧ＰＭがアクチュエータ１７の作動に必要な値まで真空側に低下していないため、気流制御弁１６は開弁したままとなる。そして、エンジン１が始動完了すると推定温度Ｔの算出が開始され、始動完了後に吸気圧ＰＭがアクチュエータ１７の作動に必要な値に達して気流制御弁１６が閉弁されると、
・推定温度Ｔが所定値ａ１以下でないこと、
・推定温度Ｔが所定値ａ２よりも大でないこと、
・アイドル運転状態であること、
といった条件が全て成立している限りは、デューティ比Ｄが「０％」から「１００％」へと変更される。
【０１０１】
これにより、吸気バルブ２０のバルブタイミングを最遅角状態から最進角状態とすべく、バルブタイミング可変機構２５が駆動制御されるようになる。そして、実進角量θｒが最大値に達し、エンジン１の始動開始後において初めて吸気バルブ２０のバルブタイミングが最進角状態になると、以後は実進角量θｒが推定温度Ｔに応じて設定される目標進角量θｔに近づくようデューティ比Ｄが算出される。このデューティ比Ｄに基づきバルブタイミング可変機構２５が駆動制御されることで、吸気バルブ２０のバルブタイミングが上記目標進角量θｔに対応したタイミングとされる。
【０１０２】
このように、エンジン１の始動開始後において、吸気バルブ２０のバルブタイミングを最遅角状態よりも進角側に制御することで、バルブオーバラップにより燃料燃焼時の燃焼室３内のガスに含まれる排気の量が増量側に調整され、黒煙の発生が抑制されるようになる。また、上記バルブタイミングの進角制御において、バルブタイミング可変機構２５に応答遅れが生じ、燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する排気の量が予定されている値まで変化するのに応答遅れが生じても、その排気量の実際値に対応した値である実進角量θｒに基づき上述したように燃料の燃焼に関係する制御系の制御が行われ、燃焼状態が不安定になることは抑制される。
【０１０３】
一方、上記のような応答遅れが生じないとしても、燃料燃焼時の燃焼室３内にエンジン１の排気が存在するということは、燃料燃焼時の燃焼室３内に当該燃焼に寄与しない気体（排気）が存在するということであり、燃焼状態が不安定になり易くなることは否めない。しかし、燃焼状態が不安定になったときには、エンジン１を運転制御するための所定制御系が燃焼状態を安定させる方向に制御され、燃焼状態の安定化が図られるようになる。従って、燃料燃焼時の燃焼室３内に排気が存在することに伴い燃焼状態が不安定になることは抑制される。
【０１０４】
上記バルブタイミング進角制御が行われているときにも、推定温度Ｔは時間経過に伴い徐々に高くなる。そして、推定温度Ｔが所定値ａ２よりも高くなると、上記バルブタイミング進角制御に代えて通常のバルブタイミング制御が行われるようになる。
【０１０５】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）エンジン１の冷間始動時等において、吸気バルブ２０のバルブタイミングが最遅角状態から進角側、つまり燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する排気の量を増加させる側に制御されること（Ｓ１０６）は、燃焼室３の推定温度Ｔが黒煙発生の可能性のある値（所定値ａ２）以下である旨判断されたとき（Ｓ１０４：ＹＥＳ）に実行される。このため、黒煙の発生を抑制するために、上記バルブタイミング進角制御により燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する排気の量が調整されるのは、それが真に必要とされるときだけとなる。従って、燃料燃焼時の燃焼室３内に排気が多く存在するという燃焼状態が不安定となる可能性のある状態を極力短くすることができ、燃料燃焼時の燃焼室３内に排気が存在することに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【０１０６】
（２）吸気バルブ２０のバルブタイミング進角制御（Ｓ１０６）により、燃焼状態が不安定になったときには、デューティ比Ｄを「０％」に設定して上記バルブタイミング進角制御を禁止し、燃料燃焼時に燃焼室３内に存在する排気の量を減らして燃焼状態の安定化を図ることができる（Ｓ１１０）。従って、黒煙発生を抑制するために燃料燃焼時の燃焼室３内の排気の量を増量側に調整したとしても、それに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【０１０７】
（３）また、上記のようにデューティ比Ｄを「０％」に設定する代わりに、
・デューティ比Ｄを回転変動ｄｌｎに応じて遅角側の値に設定し、燃料燃焼時に燃焼室３内に存在する排気の量を低減する
・吸入空気量を増量する
・燃焼形態を弱成層燃焼に切り換えるとともに、圧縮行程燃料噴射の燃料噴射時期を遅角させる
・点火時期を進角させる
といった燃焼状態を安定化させるための各種制御のうちの少なくとも一つ行うようにすることもできる（Ｓ１１０）。この場合も上記と同様、黒煙発生を抑制するために燃料燃焼時の燃焼室３内の排気の量を増量側に調整したとき、それに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【０１０８】
（４）エンジン１の始動完了後に吸気バルブ２０のバルブタイミングが一回でも最進角状態になった後には、燃焼室３の推定温度に応じて設定される目標進角量θｔに実進角量θｒが近づくようデューティ比Ｄが算出され、このデューティ比Ｄに基づきバルブタイミング可変機構２５が駆動制御される。これにより、推定温度Ｔが高くなるほど吸気バルブ２０のバルブタイミングが遅角側に変更され、燃料燃焼時の燃焼室３室内に存在する排気の量が少なくされる。燃焼室３の推定温度Ｔが高くなるほど黒煙が発生しにくくなることから、上記のようにバルブタイミングが変更されることで燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する排気の量を黒煙の発生を抑制するのに必要な量だけとすることができ、その排気によって燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【０１０９】
（５）吸気バルブ２０のバルブタイミング進角制御（Ｓ１０６）は、アイドル運転状態であるとき、即ち自動車の走行停止中に実行されることとなる。そのため、自動車の走行中において、黒煙発生の抑制のために燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する排気の量が調整されて燃焼状態が不安定になり、それに伴い自動車のドライバビリティが悪化するのを抑制することができる。
【０１１０】
（６）吸気バルブ２０のバルブタイミング進角制御（Ｓ１０６）は、エンジン１の始動完了後に気流制御弁１６が閉弁したことを条件に実行される。仮に、気流制御弁１６が開弁した状態で上記バルブタイミング進角制御を実行したとすれば、燃焼室３内でのガス流の乱れが小であるときに燃料燃焼時の燃焼室３内のガスに多量の排気が含まれた状態となるため、その排気が燃焼室３内において偏在することとなる。この状態にあっては、燃焼室３内における排気の濃い部分が点火プラグ５周りにあるとき、当該点火プラグ５による混合気への点火が行われる可能性があり。このようなときには燃焼状態が不安定になる。しかし、燃料燃焼時の燃焼室３内に多量の排気が存在するようになるのは、気流制御弁１６が閉弁完了した後であって燃焼室３内におけるガス流が大となってからであるため、上記排気が燃焼室３内で偏在することに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【０１１１】
（７）エンジン１の始動開始後に、吸気バルブ２０のバルブタイミングが最初に最進角状態に向けて制御されるときには、デューティ比Ｄが「１００％」に設定され（Ｓ２０３）、上記バルブタイミングを最進角状態とするためのバルブタイミング可変機構２５の駆動力が最大とされる。エンジン１の始動開始直後においては、バルブタイミング可変機構２５を駆動するためのオイルが低温状態であることから同オイルの粘度が高くなり、バルブタイミング可変機構２５を駆動させにくくなる。そのため、黒煙発生を抑制するための上記バルブタイミング進角制御も実行しにくくなるが、その制御は上記のように最大の駆動力をもって行われるため、同制御を的確に実行することができるようになる。
【０１１２】
（８）吸気バルブ２０のバルブタイミング進角制御（Ｓ１０６）は、極低温である旨判断されたとき（Ｓ１０３：ＮＯ）には、実行されない。そのため、極低温であってバルブタイミング可変機構２５を駆動できないほどオイルの粘度が高くなるときには、上記バルブタイミング進角制御を無駄に実行しないようにすることができる。
【０１１３】
（９）上記バルブタイミング進角制御が行われるとき、燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する実際の排気の量に対応する値である実進角量θｒに基づき、燃料の燃焼に関係する制御系の制御、即ち上述した吸入空気量制御、空燃比制御、燃焼形態切換制御、弱成層燃焼での圧縮行程燃料噴射の燃料噴射時期制御、及び点火時期制御といった制御のうちの少なくとも一つが行われる（Ｓ２０６）。従って、上記バルブタイミングの進角制御において、バルブタイミング可変機構２５に応答遅れが生じ、燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する排気の量が予定されている値まで変化するのに応答遅れが生じても、その排気量の実際値に適した態様で上記制御系の制御が行われ、これにより上記応答遅れに伴い燃焼状態が不安定になるのを抑制することができる。
【０１１４】
なお、本実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・排気バルブ２１のバルブタイミングを制御してバルブオーバラップ量を調整したり、排気バルブ２１と吸気バルブ２０との両方のバルブタイミングを制御してバルブオーバラップ量を調整したりして、燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する排気量を調整してもよい。、
・吸気バルブ２０のバルブタイミングを制御してバルブオーバラップ量を調整し、燃料燃焼時の燃焼室３内に存在する排気の量を調整する代わりに、ＥＧＲバルブ１９の開度調節により排気通路７から吸気通路２に再循環される排気の量を調整することで、燃料燃焼時に燃焼室３内に存在する排気の量を調整することもできる。
【０１１５】
・吸気バルブ２０のバルブタイミング進角制御（Ｓ１０６）が実行されるとき、必ずしも実進角量θｒに応じた燃料の燃焼に関係する制御系の制御を行う必要はない。
【０１１６】
・エンジン１の始動開始後に吸気バルブ２０のバルブタイミングが最初に最進角状態に達するまではデューティ比Ｄを「１００％」に設定し、上記バルブタイミングを最進角状態とすべくバルブタイミング可変機構２５を駆動するための駆動力を最大となるようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えばデューティ比Ｄを「８０％」といった「１００％」以外の値であって、上記バルブタイミングを進角側に制御することの可能な値に設定してもよい。
【０１１７】
・エンジン１の始動開始後に吸気バルブ２０のバルブタイミングが一回は最進角状態となるようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、エンジン１の始動開始後に吸気バルブ２０のバルブタイミング最初に最進角状態になるまでの間においても、ステップＳ２０４での処理のように推定温度Ｔに基づき目標進角量θｔを算出しておき、この目標進角量θｔがバルブタイミング最進角時の値以下になるときには、デューティ比Ｄを強制的に１００％に設定する（Ｓ２０３）のではなく、ステップＳ２０５での処理のように実進角量θｒが目標進角量θｔとなるようにデューティ比Ｄを算出してもよい。また、エンジン１の始動開始後に最初から実進角量θｒが推定温度Ｔに基づき算出される目標進角量θｔに近づくよう、デューティ比Ｄを算出してもよい。この場合においても、エンジン１の冷間始動の開始後では、デューティ比Ｄがまず「１００％」になるようにされ、その後に推定温度Ｔが上昇して目標進角量θｔがバルブタイミング最進角時の値以下になると、実進角量θｒが目標進角量θｔに近づくようデューティ比Ｄが「０％」〜「１００％」の間で変更されるようになる。
【０１１８】
・上記バルブタイミング進角制御は、推定温度Ｔが所定値ａ１よりも高いこと、推定温度Ｔが所定値ａ２以下であること、アイドル運転状態であること、気流制御弁１６が閉弁完了していることといった各種条件が成立しているときに実行されるが、こうした条件を必ずしも全て設ける必要はない。
【０１１９】
・上記バルブタイミング進角制御を行った結果、燃焼状態が不安定になったときには、その燃焼状態の安定化を図るべく所定制御系を制御するようにしたが、こうした制御を必ずしも実行する必要はない。
【０１２０】
・推定温度Ｔを燃料噴射量Ｑfin から算出する代わりに、例えばエンジン１の始動完了からの経過時間に基づき算出してもよい。
・推定温度Ｔをエンジン１の始動完了後から算出するのではなく、エンジン１の始動開始時点から算出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の制御装置が適用されるエンジン全体を示す略図。
【図２】黒煙の発生を抑制する手順を示すフローチャート。
【図３】黒煙の発生を抑制するために吸気バルブのバルブタイミングを最遅角状態よりも進角側に制御する手順を示すフローチャート。
【図４】推定温度に基づき目標進角量を算出する際における推定温度の変化に対する目標進角量の推移傾向を示すグラフ。
【図５】バルブタイミング可変機構の応答遅れを見越して吸入空気量制御が実行されるときの実進角量、推定温度、及び吸入空気量の関係を説明するのに用いられる説明図。
【図６】バルブタイミング可変機構の応答遅れを見越して空燃比制御が実行されるときの実進角量、推定温度、及び空燃比の関係を説明するのに用いられる説明図。
【図７】バルブタイミング可変機構の応答遅れを見越して燃焼形態切換制御が実行されるときの燃焼形態の切換態様を説明するための説明図。
【図８】バルブタイミング可変機構の応答遅れを見越して燃料噴射時期制御が実行されるときの実進角量、推定温度、及び燃料噴射時期の関係を説明するのに用いられる説明図。
【図９】バルブタイミング可変機構の応答遅れを見越して点火時期制御が実行されるときの実進角量、推定温度、及び点火時期の関係を説明するのに用いられる説明図。
【図１０】燃焼状態を安定させるためのバルブタイミング遅角制御において、回転変動に応じてデューティ比を可変とする際に、その回転変動の変化に対しデューティ比をどのように変化させるかを示すグラフ。
【図１１】燃焼状態を安定させるための吸入空気量の増量制御の際、回転変動の変化に対して吸入空気量をどのように変化させるかを示すグラフ。
【図１２】燃焼状態を安定させるための燃料噴射時期の遅角制御の際、回転変動の変化に対して燃料噴射時期をどのように遅角させるかを示すグラフ。
【図１３】燃焼状態を安定させるための点火時期の進角制御の際、回転変動の変化に対して点火時期をどのように進角させるかを示すグラフ。
【図１４】エンジンの始動開始後に黒煙発生の抑制が行われるとき、時間経過に伴って、気流制御弁の開閉状態、デューティ比、実進角量、推定温度が、どのように変化するかを示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…エンジン、３…燃焼室、４…燃料噴射弁、５…点火プラグ、５ａ…イグナイタ、１０…クランクポジションセンサ、１１…スロットルバルブ、１２…バキュームセンサ、１３…アクセルペダル、１４…アクセルポジションセンサ、１５…スロットルポジションセンサ、１６…気流制御弁、１７…アクチュエータ、１８…ＥＧＲ通路、１９…ＥＧＲバルブ、２０…吸気バルブ、２１…排気バルブ、２２…吸気カムシャフト、２３…排気カムシャフト、２４…カムポジションセンサ、２５…バルブタイミング可変機構、２６…進角側油路、２７…遅角側油路、２８…オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）、２９…供給通路、３０…排出通路、３１…オイルパン、３２…オイルポンプ、３５…電子制御装置、３６…水温センサ。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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