(57)【要約】【課題】可変動弁機構を備えた内燃機関において、冷間始動時の暖機を速やかに行なう。【解決手段】ＥＣＵは、エンジンが始動すると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、エンジン冷却水温ＴＨＷを検知して（Ｓ１１０）、エンジン冷却水温ＴＨＷがしきい値ＴＨＷ（１）以下であると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、触媒急速暖機処理を開始して点火時期を遅角するステップ（Ｓ１３０）と、ＶＶＬＡコントローラに作用角拡大指令信号を出力するステップ（Ｓ１４０）と、ＶＶＴ油圧が上昇すると（Ｓ１６０にてＹＥＳ）、吸気バルブの開タイミングが変更されないように、ＶＶＬＡコントローラに作用角縮小指令信号を出力するとともにＶＶＴコントローラに進角指令信号を出力するステップ（Ｓ１７０）と、エンジン冷却水温ＴＨＷがしきい値ＴＨＷ（２）以上であると（Ｓ１９０にてＹＥＳ）、触媒急速暖機処理を終了して点火時期を通常制御に戻すステップ（Ｓ２００）とを含む、プログラムを実行する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的なアクチュエータにより駆動される電気式可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の始動後において、暖機が必要であるか否かを判断するための暖機判断手段と、
前記暖機が必要であると判断されると、前記電気式可変動弁機構を用いてバルブオーバラップ期間を拡大するように、前記電気式可変動弁機構を制御するための手段と、
前記バルブオーバラップ期間の拡大に対応させて、点火時期を遅角させるように、前記内燃機関を制御するための手段とを含む、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、内燃機関により駆動されるオイルポンプから供給されたオイルにより作動される油圧式可変動弁機構をさらに含み、
前記制御装置は、
前記オイルの圧力に基づいて、前記油圧式可変動弁機構の正常な動作が可能であるか否かを判断するための判断手段と、
前記油圧式可変動弁機構の正常な動作が可能であると判断されると、前記電気式可変動弁機構から前記油圧式可変動弁機構に、前記オーバラップ期間を拡大させる機構を変更するための変更手段とをさらに含む、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記判断手段は、前記オイルの圧力が予め定められた圧力以上であると、前記油圧式可変動弁機構の正常な動作が可能であると判断するための手段を含む、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記変更手段は、内燃機関の吸気バルブの開タイミングが変更されないように、前記電気式可変動弁機構から前記油圧式可変動弁機構に変更するための手段を含む、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関の排気系には、排気ガスを浄化する触媒を含む排気浄化機構が設けられ、
前記暖気判断手段は、前記触媒を活性化させるための暖機が必要であるか否かを判断するための手段を含む、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】
前記電気式可変動弁機構は、吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブの、作用角を変化させる、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】
前記電気式可変動弁機構は、吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブの、作用角およびリフト量を変化させる、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８】
前記油圧式可変動弁機構は、吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブの、作動タイミングを変化させる、請求項１〜７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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、機関駆動型のオイルポンプによる油圧をアクチュエータとする可変動弁機構と電動モータをアクチュエータとする可変動弁機構とを備えた内燃機関における冷間始動時の暖機制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にエンジンの排気系には、排気ガス中の特定成分を浄化するための触媒コンバータが設けられている。この触媒コンバータとして、三元触媒コンバータが広く使用されており、これは排気ガス中の特定の三成分である一酸化炭素（ＣＯ）および未燃焼の炭化水素（ＨＣ）を酸化するとともに酸化窒素（ＮＯｘ）を還元して、二酸化炭素（ＣＯ2）、水蒸気（Ｈ2Ｏ）、および窒素（Ｎ2）に変換させるものである。
【０００３】
この三元触媒コンバータに含まれる触媒は、低温では機能が低下して、冷間始動時において、早期に触媒の温度を上昇させないと、燃焼が不安定で上述した特定の三成分を多く含む排気ガスが浄化できないという問題がある。
【０００４】
特開平５−２１５０００号公報（特許文献１）は、エンジンの燃焼状態を活用してエンジンの暖機性を向上するようにしたエンジンの暖機促進装置を開示する。このエンジンの暖機促進装置は、吸気系に配設されたスロットルバルブをバイパスするバイパス通路と、このバイパス通路に介装されて、無負荷低回転領域におけるエンジン回転数を調整するバイパスバルブとを備えたエンジンにおいて、吸気弁と排気弁とがともに開状態となるバルブオーバラップの期間を変更するバルブオーバラップ期間変更手段と、点火時期を変更する点火時期変更手段と、エンジンの暖機状態を検出する暖機検出手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段および暖機検出手段からの信号を受け、エンジンの運転状態が無負荷低回転状態にあるときに、冷間時には、バルブオーバラップの期間を温間時に比べて拡大するとともに点火時期を温間時に比べて遅角させる制御手段とを備える。
【０００５】
このエンジンの暖機促進装置によると、バルブオーバラップの期間を拡大したときには、気筒内の残留ガスが増大し、燃焼状態は緩慢になる。加えて、点火時期を遅角させたときには、遅いタイミングで燃焼状態が発生することになる。つまり、遅いタイミングで燃焼を開始させ、また緩慢な燃焼によって、排気ポートに高温の排気ガスが吐出させて、シリンダヘッド内を通るエンジン冷却水の昇温や排気系に設けられた触媒の昇温に活用される。
【特許文献１】特開平５−２１５０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
多くの場合、バルブオーバラップ期間を拡大するためには、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）といわれる可変動弁機構を用いて、吸気バルブの開タイミングを進角させて、排気バルブの閉タイミングを遅角させることにより実現される。通常、このＶＶＴは、エンジンで駆動されるオイルポンプから吐出された作動油により動作されるＯＣＶ（Oil Control Valve）をアクチュエータとしている。また、ＶＶＴは、エンジンの停止時に、バルブオーバラップ期間が最小になるように設定されている。このため、エンジンの冷間直後に、ＶＶＴを用いて吸気バルブの開タイミングを進角させようとしても、油圧が低く（さらに粘度も高く）、十分にバルブオーバラップ期間を拡大することができない。
【０００７】
しかしながら、特許文献１には、このような問題点を開示していない。したがって、開示されたエンジンの暖機促進装置では、冷間始動直後において、十分にバルブオーバラップ期間を拡大することができない可能性があり、その結果、エンジンを速やかに暖機することができない可能性がある。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、可変動弁機構を備えた内燃機関において、冷間始動時の暖機を速やかに行なうことができる、内燃機関の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明に係る制御装置は、電気的なアクチュエータにより駆動される電気式可変動弁機構を備えた内燃機関を制御する。この制御装置は、内燃機関の始動後において、暖機が必要であるか否かを判断するための暖機判断手段と、暖機が必要であると判断されると、電気式可変動弁機構を用いてバルブオーバラップ期間を拡大するように、電気式可変動弁機構を制御するための手段と、バルブオーバラップ期間の拡大に対応させて、点火時期を遅角させるように、内燃機関を制御するための手段とを含む。
【００１０】
第１の発明によると、たとえば、内燃機関により駆動されるオイルポンプから吐出されたオイルをアクチュエータとする油圧式可変動弁機構と異なり、たとえ内燃機関の始動直後でオイルの圧力が低い場合であっても、電気式可変動弁機構を用いて、バルブオーバラップ期間を拡大することができる。バルブオーバラップ期間を拡大することにより、残留ガスの増大によって燃焼状態が緩慢とさせることができ、さらに、点火時期を遅角させることにより、燃焼状態を膨張行程の後期に混合気が燃焼する、いわゆる「後燃え」状態とさせることができる。これにより、内燃機関から排出される排気ガスの温度が高温になる。したがって、排気ポートに高温の排気ガスが通過することに伴ってシリンダヘッドに多くの熱量が伝達され、内燃機関が早期に暖気されたり、排気系に設けられた触媒コンバータを早期に活性化できる。その結果、可変動弁機構を備えた内燃機関において、冷間始動時において暖機を速やかに行なうことができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。
【００１１】
第２の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、内燃機関は、内燃機関により駆動されるオイルポンプから供給されたオイルにより作動される油圧式可変動弁機構をさらに含む。この制御装置は、オイルの圧力に基づいて、油圧式可変動弁機構の正常な動作が可能であるか否かを判断するための判断手段と、油圧式可変動弁機構の正常な動作が可能であると判断されると、電気式可変動弁機構から油圧式可変動弁機構に、オーバラップ期間を拡大させる機構を変更するための変更手段とをさらに含む。
【００１２】
第２の発明によると、オイルの圧力が上昇すると油圧式可変動弁機構の正常な動作が可能であると判断されて、電気式可変動弁機構から油圧式可変動弁機構へオーバラップ期間を拡大させる機構が変更される。電気式可変動弁機構が作用角とともにリフト量を変化させる機構である場合、作用角を拡大させてオーバラップ期間を拡大させている。この期間はリフト量も大きい。油圧式可変動弁機構である可変タイミング機構は、リフト量の大小にかかわらず、オーバラップ期間を拡大できる。このため、オーバラップ期間を拡大させる機構を油圧式可変動弁機構に変更してリフト量を小さくし、吸入空気量を少なくすることで燃費を向上することが可能になる。
【００１３】
第３の発明に係る制御装置においては、第２の発明の構成に加えて、判断手段は、オイルの圧力が予め定められた圧力以上であると、油圧式可変動弁機構の正常な動作が可能であると判断するための手段を含む。
【００１４】
第３の発明によると、たとえば、オイルの圧力がしきい値以上になると、油圧式可変動弁機構の正常な動作が可能であると判断することができる。
【００１５】
第４の発明に係る制御装置においては、第２の発明の構成に加えて、変更手段は、内燃機関の吸気バルブの開タイミングが変更されないように、電気式可変動弁機構から油圧式可変動弁機構に変更するための手段を含む。
【００１６】
第４の発明によると、電気式可変動弁機構から油圧式可変動弁機構に変更するときに、内燃機関の吸気バルブの開タイミングが変更されないようするので、燃焼の不安定化を招くことがない。
【００１７】
第５の発明に係る制御装置においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、内燃機関の排気系には、排気ガスを浄化する触媒を含む排気浄化機構が設けられる。暖気判断手段は、触媒を活性化させるための暖機が必要であるか否かを判断するための手段を含む。
【００１８】
第５の発明によると、触媒は低温であると活性化しないので、触媒の温度を早急に上昇させる必要がある、この制御装置によると、冷間始動直後から早期に触媒を活性化させることができ、排気ガスを的確に浄化できる。
【００１９】
第６の発明に係る制御装置においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、電気式可変動弁機構は、吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブの、作用角を変化させる。
【００２０】
第６の発明によると、作用角を電気式のアクチュエータで変化させて、バルブオーバラップ期間を拡大させることができる。
【００２１】
第７の発明に係る制御装置においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、電気式可変動弁機構は、吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブの、作用角およびリフト量を変化させる。
【００２２】
第７の発明によると、作用角とリフト量とを電気式のアクチュエータで変化させて、バルブオーバラップ期間を拡大させることができる。
【００２３】
第８の発明に係る制御装置においては、第１〜７のいずれかの発明の構成に加えて、油圧式可変動弁機構は、吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブの、作動タイミングを変化させる。
【００２４】
第８の発明によると、たとえば、吸気バルブの開タイミングを進角して、排気バルブの閉タイミングを遅角して、バルブオーバラップ期間を拡大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２６】
図１に示すように、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置が搭載された車両は、エンジン１５０と、吸気系１５２と、排気系１５４と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００とを含む。
【００２７】
吸気系１５２は、吸気通路１１０と、エアクリーナ１１８と、エアーフローメータ１０４と、スロットルモータ１１４と、スロットルバルブ１１２と、スロットルポジションセンサ１１６とを含む。
【００２８】
エアクリーナ１１８から吸気された空気は、吸気通路１１０を通り、エンジン１５０に流通する。吸気通路１１０の途中には、スロットルバルブ１１２が設けられる。スロットルバルブ１１２は、スロットルモータ１１４が作動することにより開閉される。このとき、スロットルバルブ１１２の開度は、スロットルポジションセンサ１１６により検知することが可能となる。エアクリーナ１１８とスロットルバルブ１１２との間における吸気通路には、エアーフローメータ１０４が設けられており、吸気された空気量を検知する。エアーフローメータ１０４には、吸入空気量Ｑを表わす吸気量信号をＥＣＵ１００に送信する。
【００２９】
エンジン１５０は、冷却水通路１２２と、シリンダブロック１２４と、インジェクタ１２６と、ピストン１２８と、クランクシャフト１３０と、水温センサ１０６と、クランクポジションセンサ１３２とを含む。
【００３０】
シリンダブロック１２４の気筒数に対応した数のシリンダ内には、それぞれピストン１２８が設けられる。ピストン１２８上部の燃焼室に吸気通路１１０を通って、インジェクタ１２６から噴射された燃料と吸気された空気との混合気が導入されて、点火プラグ（図示せず）の点火により燃焼する。燃焼が生じると、ピストン１２８が押し下げられる。このとき、ピストン１２８の上下運動は、クランク機構を介して、クランクシャフト１３０の回転運動に変換される。なお、エンジン１５０の回転数ＮＥは、クランクポジションセンサ１３２により検知された信号に基づいてＥＣＵ１００が検知する。
【００３１】
シリンダブロック１２４内には、冷却水通路１２２が設けられており、ウォータポンプ（図示せず）の作動により、冷却水が循環する。この冷却水通路１２２内の冷却水は、冷却水通路１２２に接続されたラジエータ（図示せず）へと流通して冷却ファン（図示せず）により放熱される。冷却水通路１２２の通路上には水温センサ１０６が設けられており、冷却水通路１２２内の冷却水の温度ＴＨＷを検知する。水温センサ１０６は、検知した水温をＴＨＷ、水温信号としてＥＣＵ１００に送信する。
【００３２】
このエンジンには、２種類の可変動弁機構を備える。１つめの可変動弁機構は、電動モータをアクチュエータとして、吸気バルブおよび排気バルブのリフト量と作用角を連続的に変化させることが可能なＶＶＬＡ（Variable Valve Lift & operate Angle）コントローラ２００である。このＶＶＬＡコントローラ２００については、その詳細がたとえば特開２００１−２６３０１５号公報に開示されているので、ここでの詳細な説明は繰り返さない。このＶＶＬＡコントローラ２００により、作用角が拡大するとリフト量が大きくなり、作用角が縮小するとリフト量が小さくなる。ただし、本発明においては、この１つめの可変動弁機構は、油圧以外のアクチュエータを用いて、エンジン１５０の冷間時でも作動可能な、少なくとも作用角を変更できる、可変動弁機構であれば特に限定されない。
【００３３】
２つめの可変動弁機構は、ＯＣＶをアクチュエータとして、吸気バルブおよび排気バルブのバルブ作動タイミングを連続的に変化させることが可能なＶＶＴコントローラ３００である。このＶＶＴコントローラ３００も公知のものであるので、ここでの詳細な説明は繰り返さない。ただし、本発明においては、この２つめの可変動弁機構は、油圧を用いて、エンジン１５０の冷間時には作動不可能な、少なくとも作動タイミングをを変更できる、可変動弁機構であれば特に限定されない。
【００３４】
排気系１５４は、排気通路１０８と、第１の空燃比センサ１０２Ａと、第２の空燃比センサ１０２Ｂと、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａと、第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂとを含む。第１の三元触媒コンバータ１２０Ａの上流側に第１の空燃比センサ１０２Ａが設けられ、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａの下流側（第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂの上流側）に第２の空燃比センサ１０２Ｂが設けられる。なお、三元触媒コンバータは１個でもよい。
【００３５】
エンジン１５０の排気側に接続された排気通路１０８は、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａおよび第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂに接続される。すなわち、エンジン１５０において燃焼室内の混合気の燃焼により生じる排気ガスは、まず、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａに流入する。第１の三元触媒コンバータ１２０Ａに流入した排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯは、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａにおいて酸化される。また、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａに流入した排気ガス中に含まれるＮＯｘは、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａにおいて、還元される。この第１の三元触媒コンバータ１２０Ａは、エンジン１５０の近くに設置され、エンジン１５０の冷間始動時においても速やかに昇温されて触媒機能を発現する。
【００３６】
さらに、排気ガスは、ＮＯｘの浄化を目的として、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａから第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂに送られる。この第１の三元触媒コンバータ１２０Ａと第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂとは、基本的には同じ構造および機能を有するものである。
【００３７】
第１の三元触媒コンバータ１２０Ａの上流側に設けられた第１の酸素センサ１０２Ａ、第１の三元触媒コンバータ１２０Ａの下流側であって第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂの上流側に設けられた第２の酸素センサ１０２Ｂは、三元触媒コンバータ１２０Ａまたは三元触媒コンバータ１２０Ｂを通過した排気ガス中に含まれる酸素の濃度を検知する。酸素の濃度を検知することにより、排気ガス中に含まれる燃料と空気との比、いわゆる空燃比を検知することができる。
【００３８】
第１の空燃比センサ１０２Ａおよび第２の空燃比センサ１０２Ｂは、排気ガス中の酸素濃度に応じた電流を発生させる。この電流は、たとえば電圧に変換されてＥＣＵ１００に入力される。したがって、第１の空燃比センサ１０２Ａの出力信号から第１の三元触媒コンバータ１２０Ａの上流における排気ガスの空燃比を検知することができ、第２の空燃比センサ１０２Ｂの出力信号から第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂの上流における排気ガスの空燃比を検知することができる。これらの第１の空燃比センサ１０２Ａおよび第２の空燃比センサ１０２Ｂは、空燃比がリーンのときには、たとえば０．１Ｖ程度の電圧を発生し、空燃比がリッチのときには０．９Ｖ程度の電圧を発生するものである。これらの値に基づいて空燃比に換算した値と、空燃比のしきい値とを比較して、ＥＣＵ１００による空燃比制御が行なわれる。
【００３９】
第１の三元触媒コンバータ１２０Ａおよび第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂは、空燃比がほぼ理論空燃比のときにＨＣ，ＣＯを酸化しつつＮＯｘを還元する機能、すなわちＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを同時に浄化する機能を有する。これらの第１の三元触媒コンバータ１２０Ａおよび第２の三元触媒コンバータ１２０Ｂは、空燃比がリーンであり排気ガス中の酸素量が多いと、酸化作用が活発となるが還元作用が不活発となり、また空燃比がリッチであり排気ガス中の酸素量が少ないと、逆に還元作用が活発となるが酸化作用が不活発となり、前述の三成分を全て良好に浄化させることができない。
【００４０】
また、このような三元触媒コンバータの触媒は、温度がある程度の温度まで上昇しないと活性化しないので、所望の機能を発現し得ない。そのため、冷間時のエンジン１５０の始動直後においては、以下のような、バルブオーバラップ期間を拡大しつつ点火時期を遅角させる、触媒急速暖機処理が行なわれる。
【００４１】
この触媒急速暖機処理において、バルブオーバラップ期間を拡大することにより、残留ガスの増大によって燃焼状態が緩慢とさせることができ、点火時期を遅角させることにより、燃焼状態を膨張行程の後期に混合気が燃焼する、いわゆる「後燃え」状態とさせることができる。これにより、エンジン１５０から排出される排気ガスはその温度が高温化したものとなる。したがって、排気ポートに高温の排気ガスが通過することに伴ってシリンダヘッド（ヘッド内冷却水通路を通る冷却水）に多くの熱量が伝達され、これによりエンジン１５０の暖機性も促進される、また、排気系１５４に配設された三元触媒コンバータ１２０Ａは早期に活性化し、短期間のうちにその触媒作用を発揮して、排気ガスの浄化を開始することになる。この点で、エンジン冷却水温ＴＨＷと触媒温度ＴＨＣとは、相関関係があるといえる。
【００４２】
なお、この冷間時の制御に伴うエンジン回転数の低下あるいはエンジン回転数のバラツキは、アイドル回転数制御によって補償される。
【００４３】
このような触媒急速暖機を行なうためのバルブオーバラップを実現するにあたり、ＶＶＴコントローラ３００のＯＣＶを制御する作動油は、エンジン１５０により駆動されるオイルポンプから吐出された作動油である。このため、エンジン１５０の始動直後は、油圧が低く、吸気バルブの開タイミングを進角させることができない（エンジン１５０の停止時には、通常、ＶＶＴコントローラ３００のＯＣＶはスプリングにより最遅角状態でバルブオーバラップが最小）。特に、低温時には作動油の粘度が大きく、ＯＣＶの応答性も良好でない。
【００４４】
このため、本実施の形態に係るＥＣＵ１００は、ＶＶＴコントローラ３００の油圧が上昇してくるまでは、電動モータにより駆動されるＶＶＬＡコントローラ２００を用いて作用角を拡大して、バルブオーバラップを冷間始動直後であっても実現させる。さらに、ＶＶＴコントローラ３００の油圧が上昇してくると、吸気バルブの開タイミングを変更することなく、ＶＶＬＡコントローラ２００の吸気バルブの作用角拡大制御からＶＶＴコントローラ３００の吸気バルブの進角制御に移行させる。
【００４５】
図２を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ１００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。このプログラムは、所定のサイクルタイム（たとえば８ｍｓｅｃ）で繰り返し実行される。なお、このフローチャートは、エンジン１５０が停止している状態から開始されるものとする。
【００４６】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＥＣＵ１００は、エンジン１５０が始動されたか否かを判断する。この判断は、たとえば、イグニッションスイッチの位置（ＯＦＦ、ＡＣＣ、ＯＮ、ＳＴＡＲＴ等）に基づいて行なわれる。エンジン１５０が始動されると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、エンジン１５０が始動されるまで待つ。
【００４７】
Ｓ１１０にて、ＥＣＵ１００は、エンジン冷却水温ＴＨＷを水温センサ１０６からの信号に基づいて検知する。Ｓ１２０にて、ＥＣＵ１００は、エンジン冷却水温ＴＨＷがしきい値ＴＨＷ（１）以下であるか否かを判断する。このしきい値ＴＨＷ（１）は、触媒急速暖機が必要であるか否かを判断するためのしきい値である。エンジン冷却水温ＴＨＷがしきい値ＴＨＷ（１）以下であると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、冷間始動時であって触媒急速暖機が必要であると判断されて、処理はＳ１３０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、この処理は終了する。すなわち、エンジン１５０は通常の運転状態になる。
【００４８】
なお、このようにエンジン冷却水温ＴＨＷに基づいて触媒急速暖機処理の要否を判断できるのは、エンジン冷却水温ＴＨＷと触媒温度との間に相関関係があるためである。
【００４９】
さらに、このようにエンジン冷却水温ＴＨＷではなく、触媒（三元触媒コンバータ１２０Ａまたは／および三元触媒コンバータ１２０Ｂ）の温度を直接検知して、その温度に基づいて、触媒急速暖機の要否を判断するようにしてもよい。
【００５０】
Ｓ１３０にて、ＥＣＵ１００は、触媒急速暖機処理を開始する。このとき、触媒急速暖機処理を開始されると終了するまで、点火プラグによるエンジン１５０の点火時期が遅角される。
【００５１】
Ｓ１４０にて、ＥＣＵ１００は、ＶＶＬＡコントローラ２００に、作用角拡大指令信号を出力する。これにより、少なくとも吸気バルブの作用角が広がって、吸気バルブが開くタイミングが進角されたことと同じように、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバラップが発生する。
【００５２】
Ｓ１５０にて、ＥＣＵ１００は、ＶＶＴ油圧を検知する。このとき、たとえば、ＶＶＴのＯＣＶを作動させる油圧をＶＶＴコントローラ３００が検知して、ＥＣＵ１００に送信することにより、ＥＣＵ１００がＶＶＴ油圧を検知する。
【００５３】
Ｓ１６０にて、ＥＣＵ１００は、ＶＶＴ油圧が所望の油圧まで上昇したか否かを判断する。この所望の油圧とは、ＶＶＴコントローラ３００が、吸気バルブの開タイミングを進角するようにＯＣＶを制御できる油圧をいう。ＶＶＴ油圧が所望の油圧まで上昇していると（Ｓ１６０にてＹＥＳ）、処理はＳ１７０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１６０にてＮＯ）、処理はＳ１５０へ戻される。なお、Ｓ１６０にてＮＯの場合、処理をＳ１５０に戻すようにしてもよい。
【００５４】
Ｓ１７０にて、ＥＣＵ１００は、吸気バルブの開タイミングが変更されないように、ＶＶＬＡコントローラ２００に吸気バルブの作用角を縮小する信号である作用角縮小指令信号を出力するとともに、ＶＶＴコントローラ３００に吸気バルブの開タイミングを進角する信号である進角指令信号を出力する。
【００５５】
Ｓ１８０にて、ＥＣＵ１００は、エンジン冷却水温ＴＨＷを水温センサ１０６からの信号に基づいて検知する。Ｓ１９０にて、ＥＣＵ１００は、エンジン冷却水温ＴＨＷがしきい値ＴＨＷ（２）以上であるか否かを判断する。このしきい値ＴＨＷ（２）は、触媒急速暖機が完了したか否かを判断するためのしきい値である。エンジン冷却水温ＴＨＷがしきい値ＴＨＷ（２）以上であると（Ｓ１９０にてＹＥＳ）、触媒（三元触媒コンバータ１２０Ａまたは／および三元触媒コンバータ１２０Ｂ）の温度が十分に上昇したと判断されて、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１９０にてＮＯ）、処理はＳ１７０へ戻される。なお、Ｓ１９０にてＮＯの場合、処理をＳ１８０に戻すようにしてもよい。
【００５６】
さらに、このようにエンジン冷却水温ＴＨＷに基づいて触媒急速暖機終了の要否を判断できるのは、エンジン冷却水温ＴＨＷと触媒温度との間に相関関係があるためである。
【００５７】
さらに、このようにエンジン冷却水温ＴＨＷではなく、触媒（三元触媒コンバータ１２０Ａまたは／および三元触媒コンバータ１２０Ｂ）の温度を直接検知して、その温度に基づいて、触媒急速暖機の終了を判断するようにしてもよい。また、エンジン１５０の始動時からの積算エンジン回転数や積算エンジン回転時間を算出して、そのような積算値が予め定められたしきい値を越えると、触媒急速暖機が終了すると判断するようにしてもよい。
【００５８】
Ｓ２００にて、ＥＣＵ１００は、触媒急速暖機処理を終了する。このとき、点火プラグによるエンジン１５０の点火時期、吸気バルブの作動タイミング、排気バルブの作動タイミング等が通常制御に戻される。
【００５９】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置を実現するＥＣＵ１００の動作について、図３を参照して説明する。なお、以下においては、エンジン１５０が冷間始動された場合を説明する。
【００６０】
エンジン１５０が始動すると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、エンジン冷却水温ＴＨＷが検知され（Ｓ１１０）、エンジン冷却水温ＴＨＷがしきい値ＴＨＷ（１）以下であると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、急速触媒暖機を必要とするほどに触媒（三元触媒コンバータ１２０Ａまたは／および三元触媒コンバータ１２０Ｂ）の温度が低いと判断される。これが図３の時刻ｔ（１）の状態である。時刻ｔ（１）において、触媒温度ＴＨＣは、しきい値ＴＨＣ（１）以下であって、触媒急速暖機を必要としている。なお、前述のとおり、この触媒温度ＴＨＣとエンジン冷却水温ＴＨＷとは相関関係がある。エンジン冷却水温ＴＨＷに対するしきい値ＴＨＷ（１）は、このしきい値ＴＨＣ（１）を推定できるほどに、強い相関を有するものである。
【００６１】
急速触媒暖機処理が開始され（Ｓ１３０）、点火時期が遅角される。これにより、燃焼状態を膨張行程の後期に混合気が燃焼する、いわゆる「後燃え」状態とさせることができる。
【００６２】
ＶＶＬＡコントローラ２００に作用角拡大指令信号が出力される（Ｓ１４０）。これにより、ＶＶＬＡコントローラ２００は、吸気バルブの作用角を広げるので、バルブオーバラップ期間を拡大することができ、バルブオーバラップ期間を拡大することにより、残留ガスの増大によって燃焼状態が緩慢とさせることができる。エンジン１５０から吐出される排気ガスはその温度が高温化したものとなる。したがって、排気ポートを高温の排気ガスが通過して、そのままの高温の状態の排気ガスが触媒（三元触媒コンバータ１２０Ａまたは／および三元触媒コンバータ１２０Ｂ）に到達する。このため、触媒（三元触媒コンバータ１２０Ａまたは／および三元触媒コンバータ１２０Ｂ）の温度が速やかに上昇を始める。
【００６３】
このような状態（「後燃え」状態）でエンジン１５０が運転され、エンジン１５０により駆動されるオイルポンプから吐出された作動油により、次第にＶＶＴコントローラ３００の作動油の油圧が上昇する（Ｓ１６０にてＹＥＳ）。これが図３の時刻ｔ（２）の状態である。時刻ｔ（２）において、ＶＶＴ油圧が上昇して、ＶＶＴコントローラ３００により、吸気バルブの開タイミングが進角されて、バルブオーバラップ期間を拡大することができる。ＥＣＵ１００は、この時刻ｔ（２）からｔ（３）までにおいて、バルブオーバラップ期間を拡大せしめている要因を、ＶＶＬＡコントローラ２００による吸気バルブの作用角の拡大から、ＶＶＴコントローラ３００による吸気バルブの開タイミングの進角に変更する。
【００６４】
このとき、図３に示すように、吸気バルブの開タイミングは変更されない。すなわち、吸気バルブの開タイミングが変更されないように、ＶＶＬＡコントローラ２００に吸気バルブの作用角を縮小する信号である作用角縮小指令信号を出力するとともに、ＶＶＴコントローラ３００に吸気バルブの開タイミングを進角する信号である進角指令信号を出力される（Ｓ１７０）。たとえば、このとき、吸気バルブの開タイミングが変更されない条件を満足する、作用角縮小指令信号の大きさ（デューティ）と進角指令信号（デューティ）との関係を予めマップにしておいて、このマップに基づいて、作用角縮小指令信号を出力するとともに、進角指令信号を出力する。
【００６５】
このようにＶＶＬＡコントローラ２００とＶＶＴコントローラ３００に指令信号が、時刻ｔ（２）からｔ（３）までの間、出力される。図３に示すように、ＶＶＬＡコントローラ２００による作用角の拡大が次第に小さくなるとともに、ＶＶＴコントローラ３００による開タイミングの進角量が次第に大きくなる。時刻ｔ（３）になると、バルブオーバラップ期間を拡大せしめている要因が、ＶＶＬＡコントローラ２００による吸気バルブの作用角の拡大から、ＶＶＴコントローラ３００による吸気バルブの開タイミングの進角に完全に変更されている。この状態においても、十分に触媒（三元触媒コンバータ１２０Ａまたは／および三元触媒コンバータ１２０Ｂ）が暖機されていないと想定する。
【００６６】
エンジン冷却水温ＴＨＷがしきい値ＴＨＷ（２）以上になると（Ｓ１９０にてＹＥＳ）、急速触媒暖機が完了したと判断できるほどに触媒（三元触媒コンバータ１２０Ａまたは／および三元触媒コンバータ１２０Ｂ）の温度が上昇した判断される。これが図３の時刻ｔ（４）の状態である。時刻ｔ（４）において、触媒温度ＴＨＣは、しきい値ＴＨＣ（２）であって、触媒急速暖機が完了している。なお、前述のとおり、この触媒温度ＴＨＣとエンジン冷却水温ＴＨＷとは相関関係がある。エンジン冷却水温ＴＨＷに対するしきい値ＴＨＷ（２）は、このしきい値ＴＨＣ（２）を推定できるほどに、強い相関を有するものである。
【００６７】
以上のようにして、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置によると、エンジンの冷間始動時において、エンジン駆動のオイルポンプによる作動油をアクチュエータとするＶＶＴコントローラは、その油圧が低いために使用できない（使用できるほどに制御性が良好でない場合も含む）。このため、ＶＶＴコントローラに代えて、電動モータをアクチュエータとするＶＶＬＡコントローラを使用して作用角を拡大して、バルブオーバラップ期間を拡大させる。さらに点火時期を遅角させて、いわゆる「後燃え」状態を状態とさせることができる。これにより、エンジンから吐出される排気ガスにより、排気系に配設された三元触媒コンバータを早期に活性化させることができ、エンジン始動後速やかに排気ガスの浄化を開始することができる。さらに、ＶＶＴコントローラの油圧が上昇してくると、バルブオーバラップ期間を拡大せしめている要因を、ＶＶＬＡコントローラによる作用角の拡大から、ＶＶＴコントローラによる吸気バルブの開タイミングの進角に変更する。このようにすると、ＶＶＬＡコントローラの特性にもよるが、ＶＶＴコントローラは、リフト量の大小にかかわらず、オーバラップ期間を拡大できる。このため、オーバラップ期間を拡大させる機構をＶＶＴコントローラに変更してリフト量を小さくし、吸入空気量を少なくすることで燃費を向上することが可能になる。このときに、吸気バルブの開タイミングが変更されないので、燃焼が不安定になることを回避できる。
【００６８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施の形態に係る制御装置が搭載される車両のエンジンの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵにより制御された場合のエンジンの状態を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１００  ＥＣＵ、１０２Ａ  第１の空燃比センサ、１０２Ｂ  第２の空燃比センサ、１０４  エアーフローメータ、１０６  水温センサ、１０８  排気通路、１１０  吸気通路、１１２  スロットル弁、１１４  スロットルモータ、１１６  スロットルポジションセンサ、１１８  エアクリーナ、１２０Ａ  第１の三元触媒コンバータ、１２０Ｂ  第２の三元触媒コンバータ、１２２  冷却水通路、１２４  シリンダブロック、１２６  インジェクタ、１２８  ピストン、１３０  クランクシャフト、１５０  エンジン、１５２  吸気系、１５４  排気系、２００  ＶＶＬＡコントローラ、３００  ＶＶＴコントローラ。
【図１】
2007113413.tif 000003
【図２】
2007113413.tif 000004
【図３】
2007113413.tif 000005