(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒を早期に暖機するために点火時期の遅角制御を行う内燃機関において、
燃料を噴射するために配設される燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁により噴射される燃料噴射量を制御する燃料噴射制御手段と、
内燃機関の吸気通路を開閉するための吸気バルブと、
前記吸気バルブの開タイミングを任意に設定可能な第１の可変バルブタイミング機構と、
前記吸気バルブの開タイミングを設定する第１のバルブタイミング制御手段とを備え、
前記第１のバルブタイミング制御手段は、内燃機関の冷間始動後に前記吸気バルブの開タイミングを遅角する遅角制御手段を含み、
前記燃料噴射制御手段は、前記遅角制御手段により制御される前記吸気バルブの開タイミングに基づいて燃料噴射量を制御する遅角時燃料制御手段を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記遅角制御手段は、前記吸気通路内の圧力と内燃機関の燃焼室内の圧力との差が所定値以上となるように前記吸気バルブの開タイミングを遅角す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】
内燃機関の始動を判定する始動判定手段と、
内燃機関の始動時に、前記吸気バルブの開タイミングを始動に適した所定タイミングに規制する中間保持機構とを備え、
前記遅角制御手段は、前記始動判定手段により内燃機関が始動したと判定されると、内燃機関の始動時に前記中間保持機構により規制された前記所定の開タイミングから前記吸気バルブの開タイミングを遅角することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記遅角時燃料制御手段は、前記遅角制御手段により前記吸気バルブが遅角されるときには、前記燃料噴射量を減量補正することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記吸気バルブの開タイミングを進角させる進角制御手段を備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記進角制御手段により前記吸気バルブが進角されるときには、前記燃料噴射量を増量補正する進角時燃料制御手段を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路を開閉するための排気バルブと、
前記排気バルブの閉タイミングを任意に設定可能な第２の可変バルブタイミング機構と、
前記排気バルブの閉タイミングを設定する第２のバルブタイミング制御手段とを備え、
第２のバルブタイミング制御手段は、前記遅角制御手段により前記吸気バルブの開タイミングが遅角されている期間、前記排気バルブの閉タイミングを進角する進角制御手段を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
内燃機関の暖機状態を検出する暖機状態検出手段を備え、
前記暖機状態検出手段は、前記触媒が暖機しておらず、かつ、機関停止後、冷却温度が下がり始めた後、下がりきる前に内燃機関が再始動された状態であるとき、内燃機関が半暖機状態であることを検出するとともに、
前記遅角制御手段は、内燃機関の始動時に前記暖機状態検出手段により内燃機関が半暖機状態であることが検出されたとき、内燃機関の始動時に前記吸気バルブを遅角することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記暖機状態検出手段は、内燃機関の冷却水温、内燃機関始動後の経過時間、吸気温度、内燃機関回転数の積算値の少なくとも一つに基づいて内燃機関の半暖機状態を検出することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
内燃機関の排気通路を開閉するための排気バルブと、
前記排気バルブの閉タイミングを任意に設定可能な第２の可変バルブタイミング機構と、
前記排気バルブの閉タイミングを設定する第２のバルブタイミング制御手段とを備え、
第２のバルブタイミング制御手段は、前記遅角制御手段により前記吸気バルブの開タイミングが遅角されている期間、前記吸気バルブの開タイミングに応じて前記排気バルブの閉タイミングを制御する吸気対応制御手段を含むことを特徴とする請求項１乃至５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記吸気対応制御手段は、前記遅角制御手段により前記吸気バルブの開タイミングが遅角されている期間、前記排気バルブの閉弁後、所定クランク角経過後に前記吸気バルブが開弁するように前記排気バルブの閉タイミングを設定することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記遅角時燃料制御手段は、前記遅角制御手段により遅角された吸気バルブが開き始めたときに、このタイミングで燃料が燃焼室内に吸入されるように燃料噴射を制御す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１２】
前記遅角時燃料制御手段は、前記遅角制御手段により前記吸気バルブの開タイミングが遅角するほど燃料噴射量を少なくするように補正係数を設定し、該補正係数に基づいて前記燃料噴射量を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一つ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、可変バルブタイミング機構を備える内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年では、エミッション規制に対する要求に対して、内燃機関が始動してから早期に触媒を活性させるための技術が開発されている。この技術では、触媒を早期に活性させるために点火遅角により意図的に不完全燃焼の高温ガスを排出させ、三元触媒の早期昇温を図っている。
【０００３】
三元触媒の早期昇温に関する技術として、特開平６−１１７３４８号公報に開示される技術では、触媒早期暖機のために点火タイミングの遅角制御が行われると、内燃機関が排気行程から吸気行程にかかるピストンが上死点から下死点に達するまでの間に吸気バルブが開弁するように制御している。これによると、点火遅角が行われることで燃焼速度が低下するために、通常の吸気バルブを開くタイミングでは吸気管内に燃焼ガスが逆流し、バックファイアが生じる虞があるが、上述の吸気バルブ制御を行うことで、吸気管内に燃焼ガスが逆流することを防止し、点火遅角時に発生するバックファイアを防止している。
【０００４】
【発明が解決する課題】
ところが、特開平６−１１７３４８号公報の技術では点火遅角時に発生するバックファイアを防止しているが、燃焼を安定させることについては何ら記載されていない。
【０００５】
そこで、本発明では、点火遅角が行われたときでも安定した燃焼を行うことができる可変バルブタイミング装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決すための手段】
請求項１の発明によれば、触媒を早期に暖機するために点火時期の遅角制御を行う内燃機関において、内燃機関の始動が冷間始動であるときに、吸気バルブの開タイミングを遅角させる遅角制御手段を備えると共に、燃料噴射制御手段により、前記遅角された吸気バルブの開タイミングに応じた燃料噴射制御を実施する。
【０００７】
上述のように吸気バルブの開タイミングを遅角することにより、内燃機関のピストンが上死点を越えてから下死点へ移行する際も吸気バルブが閉じた状態が維持される。これにより、吸気管内の圧力に比して燃焼室内の圧力が相対的に低くなる。この状態で吸気バルブを開くので、吸気管内の圧力と燃焼室内の圧力との差圧により吸気流速が向上する。
【０００８】
吸気バルブが開き始めたときは、吸入空気が燃料室内に流入するための面積が小さいことから、特に吸気流速が向上するため、このタイミングで燃料が燃焼室内に吸入されるように燃料噴射を制御することで、燃料の霧化が促進されて良好な燃焼が得られる。さらに、これらの制御を冷間始動時に行うことで、吸気通路に付着する燃料を吸気流速の向上により低減させることができ、付着燃料によるＨＣガスなどの排出を低減することができる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、遅角制御手段は、吸気通路内の圧力と燃焼室内の圧力との差が所定値以上となるように前記吸気バルブの開タイミングを遅角する。
【００１０】
これにより、吸気バルブを開いたときの吸気流速が吸気通路の壁面に付着する付着燃料を低減させることができ、さらに、燃料噴射制御により噴射される燃料は、吸気流速が向上することにより霧化が促進されて燃焼が安定する。
【００１１】
なお、所定値としては、噴射燃料の十分な霧化が行われるような吸気流速を得られる差圧が好ましく、例えば３０ＫＰａ程度以上が十分な吸気流速を得るために好ましい値である。
【００１４】
請求項３の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、遅角制御手段は、始動判定手段により内燃機関が始動したと判定されると、内燃機関の始動時に中間保持機構により規制された所定の開タイミングから吸気バルブの開タイミングを遅角する。
【００１５】
これにより、始動時には、吸気バルブの開タイミングが始動に適したタイミングに保持されることで、内燃機関の始動性を確保することができ、内燃機関が始動したことを判定すると、遅角制御手段により吸気バルブの開タイミングを遅角するので、燃料噴射制御手段により制御される噴射燃料の霧化と吸気通路に付着する燃料を低減することとができるため、ＨＣガスの排出を低減することができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置において、燃料噴射制御手段は、遅角制御手段により吸気バルブが遅角されるときには、燃料噴射量を減量補正する。
【００１７】
遅角制御が行われているときは、吸気流速が向上するために、吸気通路に付着する燃料が燃焼室内に流入することとなる。このため、燃焼室内に流入する付着燃料の燃料量分を減量補正することで、空燃比が乱れることを防止することができる。
【００１８】
請求項５の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置において、燃料噴射制御手段は、進角制御手段により吸気バルブが進角されるときには、燃料噴射量を増量補正する。
【００１９】
吸気バルブの開タイミングが上死点以降に設定されると、吸気通路と燃焼室との圧力差が生じるために、吸気バルブが開いたときの吸気流速が上死点前に吸気バルブが開くときに比して大きな値になる。さらに、上死点以降でも吸気バルブの開タイミングにより吸気流速が変化するので、吸気管に付着する燃料の蒸発度合も異なってくる。そこで、上述のように、進角制御手段により吸気バルブの開タイミングが進角されると、進角度合に応じて燃料噴射量を増量制御することで、吸気管に付着する燃料を見込んで制御することができるので、空燃比が乱れるのを防止することができる。
【００２０】
請求項６の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置において、排気バルブの閉タイミングを設定する第２のバルブタイミング制御手段とを備え、触媒早期暖機のための遅角制御手段により前記吸気バルブが遅角される期間、排気バルブを第２のバルブタイミング制御手段により進角する。
【００２１】
これにより、排気バルブの閉タイミングを進角することで燃焼室内に残る排気ガスが増量する。これを吸気バルブの開タイミングが遅角されている際に行うので、吸気流速の向上により燃焼室内に残留する排気ガスをより攪拌することができるので、燃焼悪化を低減することができる。
【００２２】
請求項７の発明によれば、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、内燃機関の始動時に内燃機関が半暖機状態であることが検出されたとき、内燃機関の始動時に吸気バルブを遅角する。これにより吸気流速の向上によって燃料の霧化が促進され、内燃機関の始動性を向上することができる。
【００２３】
また、請求項７に記載の内燃機関の制御装置において、触媒が暖機しておらず、かつ、内燃機関がほぼ暖機状態にあるときとは、機関停止後、冷却水温が下がり始めた後、下がりきる前に内燃機関が再始動された状態にあるときに内燃機関が半暖機状態であると判断する。
【００２４】
このような場合、冷間始動時に比べて始動性が安定するため吸気バルブの開タイミングを遅角させたとき、充填効率が悪くなっても十分始動することができる。また、吸気流速が早くなり、燃料の霧化が向上するため燃料の燃焼状態が良くなり、始動時のエミッションを向上することができる。
【００２５】
また始動時に吸気バルブの開タイミングを既に遅角させているため、始動後、すぐに触媒早期暖機のための点火遅角制御を実行することができる。
【００２６】
また、請求項８の発明のように、請求項７に記載の内燃機関の制御装置において、内燃機関の半暖機を内燃機関の冷却水温、内燃機関始動後の経過時間、吸気温度、内燃機関回転数の積算値の少なくとも一つを用いることにより、精度良く内燃機関の半暖機状態を検出することができる。
【００２７】
請求項９の発明によれば、第２のバルブタイミング制御手段は、遅角制御手段により吸気バルブの開タイミングが遅角されている期間、吸気バルブの開タイミングに応じて前記排気バルブの閉タイミングを制御する。
【００２８】
これにより吸気バルブの開タイミングが遅角されているとき、吸気バルブの開タイミングに応じて最適な排気バルブの閉タイミングを設定することができる。通常、排気バルブが閉弁しても所定の期間は排気バルブとシリンダとの間にわずかな隙間が生じる。本発明のように吸気バルブの開タイミングを遅角してシリンダ内に負圧を発生させる際には、この隙間の影響を大きく受ける。
【００２９】
そこで、請求項１０に記載の発明のように、排気バルブの閉タイミングを前記排気バルブの閉弁後、所定クランク角経過後に前記吸気バルブが開弁するように設定するようにすれば、確実に排気バルブとシリンダとが密閉した状態を作ることができるので、吸気バルブの閉タイミングを遅角することにより、効率良くシリンダ内に負圧を発生させることができる。また、請求項１１の記載の発明のように、吸気バルブが開き始めたときに、このタイミングで燃料が燃焼室内に吸入されるように燃料噴射を制御すると良い。これにより、吸気バルブが開き始めたときは、吸入空気が燃料室内に流入するための面積が小さいことから、特に吸気流速が向上するため、このタイミングで燃料が燃焼室内に吸入されるように燃料噴射を制御することで、燃料の霧化が促進されて良好な燃焼が得られます。また、請求項１２の記載の発明のように、吸気バルブの開タイミングが遅角するほど燃料噴射量を少なくするように補正係数を設定し、該補正係数に基づいて燃料噴射量を算出する。このように、燃料噴射量は、吸気バルブの開タイミングの遅角に応じて算出された補正係数に基づいて算出される。
【００３０】
【実施の形態】
（第１実施例）
以下、上記した各発明における内燃機関のバルブタイミング制御装置をガソリンエンジンに具体化した実施の形態における第１実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
図１は本発明の第１実施例におけるバルブタイミング制御装置を備える内燃機関（エンジン）を示す概略構成図である。複数気筒よりなるエンジン１は、その各気筒のシリンダ２内において上下動可能に設けられたピストン３を備え、そのピストン３の上側が燃焼室４となっている。
【００３２】
各燃焼室４には点火プラグ５がそれぞれ設けられている。又、各燃焼室４には、吸気ポート６ａ及び排気ポート７ａを通じて、吸気通路６及び排気通路７がそれぞれ設けられている。排気通路７の下流には、ＨＣガスを浄化できる三元触媒１９が配設されている。
【００３３】
なお、排気通路７の下流に配設される触媒は、三元触媒１９に限らずＨＣガスを吸着または吸蔵することが可能な触媒であればよく、例えばＨＣ吸着触媒でも良いし、これらの触媒を複数組み合わせて配設しても良い。
【００３４】
そして、吸気ポート６ａ及び排気ポート７ａには、吸気ポート６ａを開閉するための吸気バルブ８及び排気ポートを開閉するための排気バルブ９がそれぞれ設けられている。これら吸気バルブ８及び排気バルブ９は吸気側カムシャフト１０及び排気側カムシャフト１１の回転により駆動される。又、各カムシャフト１０，１１の一端には、吸気側タイミングプーリ１２及び排気側タイミングプーリ１３がそれぞれ設けられている。更に、各タイミングプーリ１２，１３は、タイミングベルト１４を介して、図示しないクランクシャフトに駆動連結されている。
【００３５】
従って、エンジン１の運転時には、クランクシャフトからタイミングベルト１４及び各タイミングプーリ１２，１３を介して各カムシャフト１０，１１に回転動力が伝達され、各カムシャフト１０，１１の回転により吸気バルブ８及び排気バルブ９が開閉駆動される。又、これら吸気バルブ８及び排気バルブ９は、クランクシャフトの回転に同期して、即ち吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程の一連の４行程に同期して、所定の開閉タイミングで駆動される。又、各気筒毎の吸気ポート６ａの近傍には、燃料噴射用の燃料噴射弁としてのインジェクタ１６が各気筒毎にそれぞれ設けられている。
【００３６】
吸気通路６の途中には、図示しないアクセルペダルの操作に基づいて電気的に開閉制御されるスロットルバルブ１７が設けられている。そして、このスロットルバルブ１７が開閉されることにより、吸気通路６への外気の取り込み量、即ち吸入空気量が調節される。このスロットルバルブ１７の下流側には、吸気脈動を平滑化するためのサージタンク１８が設けられている。又、スロットルバルブ１７の近傍には、そのスロットル開度ＴＡを検出するためのスロットルセンサ７４が設けられている。
【００３７】
更に、エンジン１には、その冷却水の温度（冷却水温）ＴＨＷを検出するための水温センサ７５が設けられている。
【００３８】
各点火プラグ５には、ディストリビュータ２１にて分配された高電圧が印加される。ディストリビュータ２１には、排気側カムシャフト１１に連結されてクランクシャフトの回転に同期して回転される図示しないロータが内蔵されている。ディストリビュータ２１には、そのロータの回転からエンジン１の回転速度（１分当たりのエンジン回転数）Ｎｅを検出するための回転速度センサ７６が取り付けられている。又、ディストリビュータ２１には、同じくロータの回転に応じてエンジン１のクランク角基準位置ＧＰを所定の割合で検出するための気筒判別センサ７７が取り付けられている。本実施例では、エンジン１の一連の４行程に対してクランクシャフトが２回転するものとして、回転速度センサ７６では１パルス当たり３０°ＣＡの割合でクランク角が検出される。又、気筒判別センサ７７では１パルス当たり３６０°ＣＡの割合でクランク角が検出される。
【００３９】
また本実施例では、吸気側タイミングプーリ１２には、吸気バルブ８の開閉タイミングを可変にするために油圧により駆動される液圧作動式の吸気側可変バルブタイミング機構２５ａが、同様に、排気側タイミングプーリ１３には、排気バルブ９の開閉タイミングを可変にするための排気側可変バルブタイミング機構２５ｂが設けられている。
【００４０】
オイルパン２８、オイルポンプ２９は、本実施例のエンジン潤滑系を構成している。オイルポンプ２９がオイルパン２８のオイルを汲み上げ、汲み上げられたオイルはオイルフィルタ３０を介して油路９０を通って吸気側可変バルブタイミング機構２５ａに供給される。ここで、油路９０の途中に設けられた第１のオイルコントロールバルブ５６ａは、吸気側可変バルブタイミング機構２５ａの図示しない進角室、遅角室に供給されるオイルの圧力を調整し、吸気バルブ８の開タイミングを進角側、遅角側に制御する。
【００４１】
また、油路９０はオイルフィルタの下流で分岐しており、吸気側の可変バルブタイミング機構２５ａと同様に、第２のオイルコントロールバルブ５６ｂが排気側可変バルブタイミング機構２５ｂの図示しない進角室、遅角室に供給されるオイルの圧力を調整し、排気バルブ９の開タイミングを進角側、遅角側に制御する。
【００４２】
第１、第２のオイルコントロールバルブ５６ａ・５６ｂは、それぞれソレノイド式の電磁駆動弁にて構成されて、印加する電圧のデューティ比によりスプール量を決定する。この第１、第２のオイルコントロールバルブ５６ａ・５６ｂのスプール量を変更することで吸気側、排気側可変バルブタイミング機構２５ａ・２５ｂに供給される油圧を調整し、バルブタイミングを進角側、または、遅角側に調整することができる。このオイルコントロールバルブ５６ａ・５６ｂは、従来より知られる油圧コントロールバルブを用いると良い。なお、オイルコントロールバルブの詳細な説明は省略する。
【００４３】
また、吸気側、排気側のそれぞれの可変バルブタイミング機構２５ａ・２５ｂは、図示しないハウジング内にベーンを備え、ベーンを進角側・遅角側に付勢する油圧を図示しない進角室、遅角室に印加することにより吸気側、排気側それぞれの可変バルブタイミング機構２５ａ・２５ｂを独立に進角・遅角させる。なお、従来より知られるベーン式の可変バルブタイミング機構に限らず、従来より知られるヘリカル式可変バルブタイミング機構を用いても良い。また、リフト量を可変に設定することでバルブの開閉タイミングを設定することができるものを用いても良いし、電磁駆動によりバルブタイミング、リフト量を自由に設定することができるものを用いても良い。なお、バルブタイミング機構の詳細な説明は省略する。
【００４４】
吸気側、排気側バルブタイミング機構２５ａ・２５ｂを進角、または遅角制御するための第１、第２のオイルコントロールバルブ５６ａ・５６ｂはＥＣＵ８０に電気的に接続されている。ＥＣＵ８０は、第１、第２のオイルコントロールバルブ５６ａ・５６ｂのスプール量を制御する。
【００４５】
図２はＥＣＵ８０の構成を示している。図２に従って、ＥＣＵ８０の概略構成を説明する。ＥＣＵ８０には、スロットルセンサ７４、水温センサ７５、回転速度センサ７６、気筒判別センサ７７、カム回転角センサ７８ａ・７８ｂ及び油温センサ７９がそれぞれ電気的に接続されている。ＥＣＵ８０はこれら各センサ７４乃至７９等から出力される出力信号に基づいて各インジェクタ１６、イグナイタ２２、及び第１、第２のオイルコントロールバルブ５６ａ・５６ｂを適宜駆動制御する。
【００４６】
次に、ＥＣＵ８０に関わる電気的構成について説明する。ＥＣＵ８０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ８１、所定の制御プログラム等を予め記憶した読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８２、ＣＰＵ８１の演算結果等を一時記憶するためのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３、予め記憶されたデータを保存するためのバックアップＲＡＭ８４等を備えている。そして、各部材８１乃至８４、アナログ／デジタル変換器を含む外部入力回路８５及び外部出力回路８６は、バス８７を介して信号を送受信する。
【００４７】
外部入力回路８５には、スロットルセンサ７４、水温センサ７５、回転速度センサ７６、気筒判別センサ７７、カム回転角センサ７８及び油温センサ７９等がそれぞれ接続されている。一方、外部出力回路８６には、各インジェクタ１６、イグナイタ２２及び第１、第２のオイルコントロールバルブ５６ａ・５６ｂがそれぞれ接続されている。
【００４８】
ＣＰＵ８１は、外部入力回路８５を介して入力される各センサ７４〜７９及び図示しない各種センサ等の検出信号をその時々に入力値として読み込み、ＲＡＭ８３の所定エリアに記憶する。又、ＣＰＵ８１は各センサ７４〜７９及び図示しない各種センサから読み込んだ入力値に基づき、燃料噴射量制御、点火時期制御、アイドル回転速度制御、或いはバルブタイミング制御等を実行するために、各インジェクタ１６、イグナイタ２２及び第１、第２のオイルコントロールバルブ５６ａ・５６ｂ等を適宜制御する。
【００４９】
又、上記の構成に加えてイグニッションスイッチＳＷをオフした後にバルブタイミング等を制御するために、電源をキースイッチオフ後にも各回路に印加するようにした回路構成を採用している。
【００５０】
すなわち、外部出力回路８６はトランジスタＴＲのベース端子に接続されている。同トランジスタＴＲのエミッタ端子は電源保持回路８８の入力端子に接続され、コレクタ端子は接地されている。電源保持回路８８の他の入力端子はスイッチＳＷを介してバッテリを含む電源回路８９に接続されている。イグニッションスイッチＳＷと電源保持回路８８間には抵抗Ｒ１が接続され、抵抗Ｒ１のマイナス端子は抵抗Ｒ２を介して接地されている。又、電源保持回路８８の出力端子は電源回路８９に接続されている。電源回路８９は車載の各種電気回路に接続され、電力を安定して供給する。そして、電源回路８９は電源保持回路８８からのＨｉｇｈ信号により動作するとともに、Ｌｏｗ信号により停止するようになっている。
【００５１】
又、前記電源保持回路８８はイグニッションスイッチＳＷがオンされていると出力端子からＨｉｇｈ信号を出力するようになっている。又、前記トランジスタＴＲに対して外部出力回路８６からの駆動信号が出力されると、トランジスタＴＲが動作して、電源保持回路８８の出力端子からＨｉｇｈ信号が出力するようになっている。なお、前記電源保持回路８８は特開昭６０−１６６７０５号公報第５頁左上欄第１９行〜右上欄第１２行に記載されたＯＲゲート、及びリレーにより実現可能である。
【００５２】
次に、前述したＥＣＵ８０により実行される各種処理内容の中で、本発明に係わる処理内容について説明する。
【００５３】
図３は、三元触媒１９を早期に暖機させるために行われる点火時期の制御を示すフローチャートである。まず、ステップ１０１にてエンジン回転速度Ｎｅ、吸気管圧力ＰＭ、エンジン水温Ｔｈｗなどが読み出される。ここで、エンジン回転速度Ｎｅ，吸気管圧力ＰＭ，エンジン水温Ｔｈｗが読み出されるのは、後のステップにて、エンジン回転速度Ｎｅと吸気管圧力ＰＭが基本点火時期θＢＳＥを算出するパラメータとなり、エンジン水温Ｔｈｗが基本点火時期θＢＳＥに対する遅角補正値θＣＬＤを算出するためのパラメータとなるからである。
【００５４】
次にステップ１０２では、ステップ１０１で検出したエンジン回転速度Ｎｅからエンジン始動時か否かを判定する。始動時を判定するためのエンジン回転速度Ｎｅとして、例えば１０００ｒｐｍが設定されている。つまり、クランキング後、エンジン回転速度Ｎｅが一度でも１０００ｒｐｍを越えると始動が完了したと判定する。もちろん、他の周知の方法を用いて始動を判定するようにしても良い。また、始動を判定するためのエンジン回転数も１０００ｒｐｍ以外でも良く、例えば４００ｒｐｍとしても良い。
【００５５】
このステップ１０２にて、エンジンの始動時か否かを判定するのは、始動時には燃焼の安定化を優先して点火時期を遅角せず、一方、始動後には触媒を早期に暖機するために点火時期を遅角するからである。
【００５６】
このようにしてステップ１０２にて始動時であると判定されると、ステップ１０８へ進み、燃焼が安定する固定の点火時期を所定のアドレスへ格納して本ルーチンを終了する。一方、ステップ１０２にて始動時ではないと判定されると、ステップ１０３に進み、内燃機関の運転状態がアイドル運転か否かが判定される。ステップ１０３にてアイドル運転状態であると判定されると、ステップ１０５に進み、エンジン回転速度Ｎｅ，エンジン水温Ｔｈｗから基本点火時期θＢＳＥを算出し、ステップ１０６へ進む。一方、内燃機関の運転状態がアイドル運転状態ではないと判定されると、ステップ１０４へ進み、吸気管圧力ＰＭ，エンジン水温Ｔｈｗ，エンジン回転速度Ｎｅとから基本点火時期θＢＳＥを算出し、ステップ１０６へ進む。
【００５７】
ステップ１０６では、エンジン水温Ｔｈｗから遅角補正値θＣＬＤを算出する。このようにステップ１０４乃至ステップ１０６にて、基本点火時期θＢＳＥと遅角補正値θＣＬＤとを算出すると、ステップ１０７にて点火時期θｉｇを算出（θｉｇ＝θＢＳＥ−θＣＬＤ）し、所定のアドレスへ格納する。その後、本ルーチンを終了する。
【００５８】
次に、点火時期に応じた燃料噴射量ＴＡＵを算出するためのフローチャートを図４に従って説明する。
【００５９】
ステップ２０１では、エンジン回転速度Ｎｅ，エンジン水温Ｔｈｗ，吸気管圧力ＰＭ，吸気温Ｔｈａを読み出す。そして、ステップ２０２へ進み、内燃機関の運転状態が始動時の運転状態であるか否かが判定さえる。運転状態が始動時であると判定されると、ステップ２０５へ進み、ステップ２０１にて読み出したエンジン水温Ｔｈｗから始動時の燃料噴射量ＴＡＵＳＴＡを算出し、ステップ２０６へ進む。ステップ２０６では、始動時燃料噴射量ＴＡＵＳＴＡをステップ２０１にて読み出した吸気温Ｔｈｗ，エンジン回転速度Ｎｅとにより補正し、本ルーチンを終了する。
【００６０】
一方、ステップ２０２にて、運転状態が始動時ではないと判定されると、ステップ２０３へ進み、エンジン回転速度Ｎｅ，吸気管圧力ＰＭからベースとなる基本噴射量Ｔｐを算出する。そして、ステップ２０４に進み、始動後から２秒以上が経過したか否かが判定される。始動後から２秒以上経過していれば、ステップ２１０へ進む。一方、始動後から２秒が経過していなければ、ステップ２０７乃至ステップ２０９の処理を実施する。
【００６１】
まず、ステップ２０７では、ステップ２０１で読み出したエンジン水温Ｔｈｗから始動後の燃料増量係数ＦＡＳＥを算出する。エンジン水温Ｔｈｗから始動時の燃料増量係数ＦＡＳＥを算出するのは、始動時から始動後へ抜ける瞬間に空燃比が緩やかにリーン側に以降するように、始動時から始動後にかけて緩やかに燃料噴射量が減衰されるようにするためである。
【００６２】
次に、ステップ２０８では、図３の点火時期算出ルーチンのステップ１０６にて算出される遅角補正値θＣＬＤから補正係数αを算出する。そして、夫々算出した燃料増量係数ＦＡＳＥと補正係数αとから始動後の燃料増量係数ＦＡＳＢを算出（ＦＡＳＥ＝ＦＡＳＥ×α）し、ステップ２１０へ進む。
【００６３】
ステップ２１０では、ステップ２０１にて読み出したエンジン水温Ｔｈｗから暖機増量係数ＦＷＬを算出し、ステップ２１１へ進む。ステップ２１１では、その他の補正係数βを算出し、ステップ２１２へ進む。ステップ２１２では、吸気バルブ８の開時期（開タイミング）に応じた補正係数γを算出する。吸気バルブの開時期の制御については後述する。補正係数γの算出方法としては、例えば、図５に示すマップにより算出する方法が挙げられる。図５において、吸気バルブの開時期をＢＴＤＣ（ｂｅｆｏｒｅ  ｔｏｐ  ｄｅａｄ  ｃｅｎｔｅｒ）クランク角で示している。よって、数字が負になるほど吸気弁の開時期が遅角側であることを示す。吸気バルブの図５のマップでは、開時期が遅角するほど燃料噴射量が少なくなるように、補正係数γを設定している。
【００６４】
このようにして、算出される基本噴射量Ｔｐと各種補正係数とから、最終的な燃料噴射量ＴＡＵを算出（ＴＡＵ＝Ｔｐ×（１＋ＦＡＳＥ＋ＦＷＬ）×β×γ）し、本ルーチンを終了する。
【００６５】
次に、本発明の特徴である吸気バルブ８の開時期の制御について、図６のフローチャートに従って説明する。まず、ステップ３００にてエンジン回転速度Ｎｅが所定値以上であるか否かを判定する。所定値としては、可変バルブタイミング機構が油圧による駆動であるため、十分に駆動させることを考慮して１０００ｒｐｍ以上を設定するのが好ましい。このような判定によりエンジン１が始動していないと判定されるとステップ３１０へ進む。また、１０００ｒｐｍ以上であると判定されると、ステップ３０１へ進み、触媒早期暖機の実行条件を満たすか否かが判定される。
【００６６】
触媒早期暖機の実行条件としては、回転速度Ｎｅやエンジン水温Ｔｈｗや燃料制御に基づいて判定される。ここで、実行条件を満たさなければ、ステップ３１０へ進み通常の制御を行う。通常の制御では、点火遅角が行われないので、従来より知られる吸気バルブ８の開タイミング制御、排気バルブ９閉タイミング制御を行う。
【００６７】
一方、ステップ３０１にて、触媒早期暖機の実行条件が成立すると、ステップ３０２にて、吸気バルブ８が目標開位置にあるか否かが判定される。吸気バルブが目標開位置になければ、ステップ３０３へ進み、吸気バルブ８を目標開位置に設定し、本ルーチンを終了する。
【００６８】
吸気バルブ８の目標開位置の制御を、図７（ａ）乃至図７（ｃ）に示すタイミングチャートを用いて説明する。
【００６９】
図７（ａ）では、実線にて通常時の吸気バルブ８と排気バルブ９との開閉タイミングを示しており、点線にて遅角後の吸気バルブ８の開閉タイミング、即ち、目標開位置が示してある。この目標開位置の設定方法は、図７（ｂ）乃至図７（ｃ）に示す燃焼室内の筒内体積と筒内圧力とから設定する。図７（ｂ）の筒内体積では、図中斜線で示す体積が所定値以上であり、図７（ｃ）の筒内（燃焼室内）圧力では、筒内圧力と吸気管圧力との偏差が所定値以上となるように吸気バルブ８の目標開位置を設定する。
【００７０】
なお、吸気バルブ８の目標開位置を設定する条件としては、図７（ｂ）に示す筒内体積のみから定めても良いし、図７（ｃ）に示す筒内圧力と吸気管圧力との偏差のみから定めても良い。また、燃焼の安定化を目的として、吸気流速により目標開位置を設定しても良い。より具体的には、図８乃至図９に示す特性図により行う。図８は、吸気バルブ８の目標開位置に対する吸気流速を示しており、燃焼室内の混合気を攪拌するのに十分な吸気流速を得られる目標開位置に設定する。
【００７１】
図８の特性図では、吸気バルブ８の目標開位置が遅角側であるほど、吸気流速が大きくなる。また、図９の特性図では、吸気バルブ８の目標開位置が遅角側であるほど、吸気管内温度が大きくなる。この関係から図８に示す特性により得られる吸気バルブ８の目標開位置を補正しても良い。同様にして、図１０の特性図は、吸気流速とエンジン排出ＨＣとの関係が示してある。この図１０より、吸気流速が速いほど、エンジンが発生するＨＣガスが低減することができ、また、吸気通路内の温度が高いほど、よりエンジンが排出するＨＣガスを低減することができることがわかる。この図１０の特性により図８に示す特性により得られる吸気バルブ８の目標開位置を補正しても良い。このように、筒内圧力や吸気流速に着目し、上述のような関係を利用して吸気バルブ８の目標開位置を最適な開タイミングに制御する。このとき、最適な吸気バルブ８の目標開位置を設定するが、これら上述の特性図により進角側に補正しても良く、この吸気バルブ８の目標位置を吸気ＴＤＣよりも遅角側に設定しているときに、これらの特性図に応じて進角側に補正する手段が進角制御手段に相当する。
【００７２】
ステップ３０２にて、吸気バルブ８が目標の開位置に到達したと判定されると、ステップ３０４に進み、エンジン回転速度Ｎｅから初爆時のピークが検出されたか否かが判定される。初爆時のピークが検出されていなければ、ステップ３０５へ進み、排気バルブ９を目標閉位置に設定し、本ルーチンを終了する。
【００７３】
ステップ３０４にて、エンジン回転速度Ｎｅの初爆時のピークが検出されると、ステップ３０６へ進み、図３の点火時期算出ルーチンにて算出された触媒早期暖機のための目標点火時期と現在の点火時期を比較し、現在の目標点火時期が目標点火時期に達しているか否かが判定される。ここで、目標点火時期に達していなければ、ステップ３０７に進み、触媒早期暖機のための点火時期制御を行って、本ルーチンを終了する。
【００７４】
一方、点火時期が目標点火時期に到達していると判定されると、ステップ３０８に進み、点火時期が目標点火時期に到達してから所定期間が経過したか否かが判定される。所定期間が経過していなければ、ステップ３１１へ進み、アイドル運転状態がオフされたか否かが判定される。ここで否定判断されると、つまり、アイドル運転状態が継続されていると判定されると、ステップ３１２へ進む。
【００７５】
ステップ３１２では、ＮＤシフトが行われたか否かが判定され、ＮＤシフトが行われていないと判定されると、そのまま本ルーチンを終了する。一方、ステップ３０８，ステップ３１１，ステップ３１２のいずれかの判定処理がｙｅｓと判定されると、ステップ３０９へ進み、吸気バルブ８と排気バルブ９とを通常の運転状態に適した位置に戻して本ルーチンを終了する。なお、排気バルブ９を通常の運転状態に適した位置に戻してから、吸気バルブ８を通常の運転状態に適した位置に戻すのが好ましい。
【００７６】
ここで、排気バルブ９を通常の運転状態に適した位置に戻してから、吸気バルブ８を通常の運転状態に適した位置に戻す理由を説明する。
【００７７】
排気バルブの閉タイミングを進角することで燃焼室内に残る排気ガスが増量するために、本来であれば燃焼状態が悪化する虞がある。ところが、本実施例では、排気バルブ９の進角を吸気バルブの開タイミングが遅角されている際に行うので、吸気流速の向上により燃焼室内に残留する排気ガスをより攪拌することができる。
【００７８】
このように、排気バルブ９を通常の運転状態に適した位置に戻してから、吸気バルブ９を通常の運転状態に適した位置に戻すことで、燃焼室内に残留する排気ガスによる燃焼悪化を低減することができる。また、さらに排気ガスを再び燃焼に寄与させることができるので、燃費の低減も可能となる。
【００７９】
本実施例のタイミングチャートを、図１１（ａ）乃至図１１（ｆ）を用いて説明する。図１１（ａ）は、エンジン回転速度Ｎｅを示している。イグニッションスイッチがオン（図中では、ＩＧ−ＯＮと記す。）されると、図示しないスタータが駆動され、回転速度Ｎｅがスタータにより上昇する。そして、初爆により始動判定レベルとして、回転速度Ｎｅが例えば１０００ｒｐｍを越えたときにエンジンが始動したと判定される。
【００８０】
このときに、図１１（ｃ）に示すように吸気バルブ８の開タイミングを遅角させて、吸気通路の圧力と燃焼室内の圧力とに差圧を発生させることにより吸気流速を向上させる。吸気流速の向上に併せて図１１（ｅ）に示すように燃料到達タイミングを遅角させる。なお、燃料到達タイミングは、インジェクタ１６の燃料噴射により、燃焼室内に燃料噴射された燃料が到達するタイミングを示している。よって、燃料噴射タイミングを変更することによって燃料到達タイミングを調整することができる。なお、吸気バルブ８が吸気ＴＤＣよりも遅角されているときに、前述の特性図に従って進角制御手段よる進角補正をしたときには、吸気流速が遅くなる。このため、燃焼室内での燃料の霧化が低下するので、燃料噴射量を増量補正すると良い。この場合、排気バルブ９を進角させることにより燃焼室内に排気ガスを多く残留させて、吸気バルブ８の遅角により吸気流速が向上したことを利用して燃焼の悪化を低減している。
【００８１】
吸気バルブ８とインジェクタ１６の燃料噴射タイミングとの制御が行われると、排気バルブ９の閉タイミングを図１１（ｄ）に示すように進角させる。排気バルブ９を始動時の閉タイミングよりも進角させることで、燃焼による排気ガスの一部を燃焼室内に残留させることができる。吸気バルブ８を遅角させることにより、吸気流速が向上しているので、燃焼室内に残留した排気ガスが燃焼室内にて攪拌され、排気ガス中に含まれる未燃ガス成分が再び燃焼に寄与する。このことで、排気バルブ９を進角させても燃焼悪化を防止することができ、燃費の低減などの効果が得られる。
【００８２】
そして、エンジン回転速度が初爆してからピークを迎えると、図１１（ｂ）に示すように点火時期を、触媒早期暖機のために遅角する。点火時期が目標点火時期に到達すると、そこから所定期間が経過するまで、吸気バルブ８と排気バルブ９とのタイミングを継続させる。所定期間が経過すると、排気バルブ９を始動時のタイミングに戻し、次に吸気バルブ８の開タイミングを始動時のタイミングに戻す。
【００８３】
このように制御することで、良好な燃焼が得られ、図１１（ｆ）に示すようにＡ／Ｆが乱れることを防止することができる。
【００８４】
本実施例において、始動判定手段は図６のステップ３００に、遅角制御手段は図３に、燃料噴射制御手段は図４に、第１のバルブタイミング制御手段は図６のステップ３０３に、遅角時燃料制御手段は吸気流速の向上に併せて燃料到達タイミングを遅角する手段に、第２のバルブタイミング制御手段は図６のステップ３０５に、水温検出手段は図１の水温センサ７５にそれぞれ相当し、機能する。
【００８５】
（第２実施例）
次に本発明の第２実施例を説明する。
【００８６】
まず、第２実施例では、排気バルブ９の閉タイミングを吸気バルブ８の開タイミングに応じて制御する。具体的には、吸気バルブ８の開タイミングが遅角されている期間、排気バルブ９の閉弁後、所定クランク角（例えば２０°ＣＡ）経過後に吸気バルブが開弁するように排気バルブ９の閉タイミングを設定することに特徴を有する。
【００８７】
通常、排気バルブが閉弁しても所定の期間は排気バルブとシリンダとの間にわずかな隙間が生じるが、このように制御することにより、確実に排気バルブとシリンダとが密閉した状態を作ることができるので、吸気バルブの閉タイミングを遅角することにより、効率良くシリンダ内に負圧を発生させることができる。
【００８８】
以下、詳細に説明する。全体構成、ＥＣＵの構成等は第１実施例と同じであるため説明を省略する。まず、図１２のフローチャートを用いて本実施例の制御について、プログラムの内容を説明する。このプログラムは、エンジン１の図示しないクランク軸の所定クランク角度毎に起動されるプログラムである。まず、ステップＳ４０１にて、クランキングによりエンジン１が駆動されてからエンジンの始動が完了したかが判定される。始動完了の判定としては、例えば、エンジン回転速度Ｎｅが所定回転数として、４００ｒｐｍ、若しくは１０００ｒｐｍを越えたかが判定条件となる。ここで、エンジン回転速度Ｎｅが４００ｒｐｍを越えていない場合にはステップＳ４０２へ進む。ステップＳ４０２では、始動時の制御として、排気バルブ９の閉タイミングを進角側に設定するとともに、吸気バルブ８の開タイミングとして、固定位置を設定する。本実施例の場合、吸気可変バルブタイミング機構２５ａには図示しない中間位置ストッパが設けられており、吸気バルブ８の開タイミングを、例えば吸気ＢＴＤＣ５°ＣＡに機械的に固定する。
【００８９】
排気バルブ９の閉タイミングを進角側に設定する理由は次の通りである。吸気バルブ８と排気バルブ９とが同時に開弁していることによって、排気通路７に排出された燃焼ガスを再び燃焼室内に供給させる制御が知られている。この制御は、排気通路中に排出された燃焼ガスを再び燃焼に寄与させる所謂ＥＧＲ制御である。しかしながら、ＥＧＲ制御による再吸入燃焼ガス量は、吸気通路中の圧力と排気通路中の圧力との差圧によってその再吸入量が決まるため、始動時のように、吸気通路中の圧力として大きな負圧が得られない運転状態では、燃焼室内に十分な燃焼ガスを再吸入させることができず、燃焼ガスに含まれる未燃ＨＣガスを再度燃焼に寄与させるというＥＧＲ効果を得ることができない。このため、吸気通路中の圧力として大きな負圧が得られない始動時には、排気バルブ９の閉タイミングを吸気ＴＤＣよりも進角側に設定することによって燃焼ガスを燃焼室内に閉じ込めてＥＧＲ効果を得ることを目的としている。また、このとき、始動時の点火時期としては通常の点火時期がセットされて本ルーチンを終了する。
【００９０】
一方、ステップＳ４０１にて、始動が完了したと判定される場合にはステップＳ４０３へ進む。ステップＳ４０３では触媒早期暖機の実行条件が成立しているかが判定される。この実行条件としては、エンジン水温Ｔｈｗが所定温度範囲であるかである。この所定温度範囲としては、例えば、極低温ではない冷却水温度として、例えば−１０℃から、暖機状態としての８０℃までの温度範囲が好ましい。ここで、早期暖機実行条件が成立するとステップＳ４０４へ進む。ステップＳ４０４では、点火時期として所定量遅角させる値をセットし、ステップＳ４０５へ進む。ステップＳ４０５では、エンジン１が始動してから所定時間▲１▼内であるかが判定される。ここで、所定時間▲１▼は、燃焼が改善して後燃えが発生する期間である。
【００９１】
後燃えが成立する条件とは、排気温度が所定温度以上として、例えば８００℃以上であり、空燃比が所定リーンとして、例えば１５以上である。なお、燃料噴射制御については後述する。このような条件が成立する場合、排気通路中には高い酸素濃度と、高い温度とが存在するため、排気通路に排出される燃焼ガスに含まれる未燃ＨＣガスが酸化反応を起こして浄化される。
【００９２】
ここで、所定期間▲１▼内であると、ステップＳ４０６へ進み、オーバラップ制御を実行する。オーバラップ制御とは、ＥＧＲ効果を得るための制御であり上述のＥＧＲ制御と同一の制御である。すなわち、吸気バルブ８と排気バルブ９とが同時に開弁している期間を設定することによって、排気通路中に一度排出された燃焼ガスを再び燃焼室内に再吸入させる。一度排出された燃焼ガスを燃焼室内に再吸入させることによって燃焼ガス中に含まれる未燃ＨＣガスを再び燃焼に寄与させることによってエミッションが悪化することを抑制することができるというものである。特に、エンジン水温Ｔｈｗが冷間運転状態である場合には、燃焼室内の温度が低いことから燃焼が不安定であり、未燃ＨＣガスが多量に発生する。そして、更に三元触媒１９が暖機状態に達成していないときには、有害ガス成分の浄化率が低い為にそのまま大気に未燃ＨＣガスを排出してしまう。このことからも、ＥＧＲ効果によって大気に排出される未燃ＨＣを抑制して、エミッションの悪化を抑制することができる。
【００９３】
次に、この吸気バルブ８と排気バルブ９との具体的な設定方法を以下に示す。まず、吸気バルブ８の目標開タイミングとしては始動時に設定された開タイミングが継続してセットされる。一方、排気バルブ９の閉タイミングは、オーバラップ量を考慮して、例えば、吸気ＡＴＤＣ１０°ＣＡに設定する。すなわち、ここでは、吸気通路中の圧力がオーバラップによるＥＧＲ効果を得るのに必要な負圧となるため、排気バルブ９を遅角してオーバラップ量を設定することによるＥＧＲ効果を利用している。そして、始動後から所定時間▲１▼が経過するまでは、以上のようにして点火時期が遅角されて、排気バルブ９の閉タイミングがオーバラップ量を考慮して遅角される。これにより、ＥＧＲ効果により、燃焼ガスに含まれる未燃ＨＣを低減できるので、エミッションの悪化を抑制することができる。
【００９４】
一方、所定時間▲１▼が経過した場合には、後燃え条件が成立し、排気通路中の燃焼ガスに含まれる未燃ＨＣガスが酸化反応によって浄化されるので、ＥＧＲ効果による未燃ＨＣガス低減効果を必要としない。そこで、ステップＳ４０９へ進み、アンダーラップ制御を実行する。図１３に示すフローチャートは、アンダーラップ制御のサブルーチンであり、このステップＳ４０９の処理が実行される毎に呼び出されるプログラムである。この制御では、次の理由により吸気バルブ８と排気バルブ９とのタイミングを目標アンダーラップ量に基づいて設定する。
【００９５】
まず、所定期間▲１▼が経過して後燃え条件が成立すると空燃比をリーンにすることが必要になる。しかしながら、オーバラップによるＥＧＲ制御実行時に空燃比をリーンに制御すると、燃焼が安定していないために回転変動を発生させてしまう。このため、燃焼室内での燃焼が安定させるために、吸気バルブの開タイミングを吸気ＴＤＣよりも遅角側に設定する。このように、吸気バルブ８の目標閉タイミングを遅角することで吸気通路中の圧力と燃焼室内の圧力とに差圧を生じさせる。この差圧を生じさせることで、吸気バルブ８が開弁したときの吸気流速を向上させることができるので、インジェクタ１６により噴射される燃料の霧化を促進させて燃焼が改善される。故に、後述する燃料噴射制御により燃焼空燃比をリーンに設定しても燃焼安定性が悪化することを防止することができる。
【００９６】
さらに、排気バルブ９の閉タイミングを目標アンダーラップに基づいて設定する。吸気流速を向上させるために吸気バルブ８の開タイミングを遅角させても排気弁の閉じタイミングが閉タイミングと近い場合には排気バルブ９とシリンダ壁面との密閉状態が確保されていない虞があるため、燃焼室内と吸気通路との差圧を十分に確保できない問題がある。そのため、所定のアンダーラップ量を設定することによって、燃焼室内と吸気通路とに十分な差圧を確保することができる。
【００９７】
以下、図１３のフローチャートを用いてアンダーラップ制御の処理について説明する。まず、ステップＳ５０１の処理を実行する。このステップＳ５０１の処理では、エンジンの負荷として、吸気圧力ＰＭやエンジン回転速度Ｎｅや冷却水温Ｔｈｗ等をＥＣＵ８０内のＲＡＭから呼び出す。そして、ステップＳ５０２では、吸気バルブ８の開タイミングＶＴとして、目標開タイミングＶＴ２を図１６に示すマップに基づいて演算する。このマップによれば、吸気圧力ＰＭとして絶対圧が高いほど遅角側に目標開タイミングＶＴ２が設定され、絶対圧が小さいほど進角側に設定される。すなわち、このマップでは、燃焼室内と吸気通路内との差圧として、例えば６００ｍｍＨｇとなるように吸気バルブ８の開タイミングの遅角量が設定されている。
【００９８】
次に、ステップＳ５０３にて、目標アンダーラップ量ＵＬＴを演算により求める。目標アンダーラップ量は、上述したように吸気バルブ８の開タイミングと排気バルブ９の閉タイミングとが近い場合に、燃焼室内を十分に密閉することができない虞があるので、吸気流速を十分に向上させることができずに燃焼が悪化してしまう可能性がある。このため、目標アンダーラップ量ＵＬＴの設定では、図１７に示すマップのように、回転変動ΔＮｅにより、燃焼安定性が悪化していることを代用する。すなわち、回転変動ΔＮｅが大きくなったときには、吸気バルブ８の開タイミングと排気バルブ９の閉タイミングとの位置が近いために燃焼室を十分に密閉することができず、燃焼室内と吸気通路との差圧が十分にはならない。ゆえに、吸気流速が向上せずに燃焼が悪化していると判断する。このため、ΔＮｅが大きくなった場合には、目標アンダーラップ量ＵＬＴを大きく設定し、ΔＮｅが小さい場合には、燃焼室の十分な密閉が確保されていると判断して小さな目標アンダーラップ量ＵＬＴを設定する。
【００９９】
さらに、図１８に示すマップのように空燃比に応じて所定の係数１を設定しても良い。この係数１は前述の回転速度変動ΔＮｅに応じて設定される目標アンダーラップ量ＵＬＴに対する補正係数である。図１８によれば、係数１は空燃比がリーンなほど大きな値に設定され、一方、空燃比がリッチなほど小さな値に設定される。すなわち、空燃比がリーンであるほど燃焼安定性が悪化するために、アンダーラップ量ＵＬＴを大きく設定することによって、シリンダ内の密閉性を空燃比がリッチであるときに比して高くしても良い。
【０１００】
また、図１９のマップに示すように吸気バルブ８の吸気ＴＤＣからの遅角量に基づいて係数２を設定しても良く、このマップによれば、遅角量が小さいほど係数２は小さな値に設定され、大きな遅角量であるほど大きな係数２に設定される。この係数２も係数１と同様に目標アンダーラップ量ＵＬＴを補正するための補正係数である。この係数２は、吸気バルブ８の開タイミングとして、吸気ＴＤＣからの遅角量が大きいほど、シリンダ内の圧力が大きく負圧になるためによりシリンダの密閉性を確保する必要がある。そこで、上述のように遅角量に応じて係数２を設定しても良い。
【０１０１】
なお、この係数１および／または係数２を図１７で設定する目標アンダーラップ量ＵＬＴに対する補正係数として用い、実際の演算ではこれらの係数を乗じる、若しくは加算することによって目標アンダーラップ量ＵＬＴを演算しても良い。
【０１０２】
そして、ステップＳ５０２にて設定された、吸気バルブ８の目標開タイミングＶＴ２に、ステップＳ５０３にて設定された、目標アンダーラップ量ＵＬＴを加算することによって排気バルブ９の閉タイミングＶＨとして、上述の演算によって求めた目標閉タイミングＶＨ２を設定し、本ルーチンを終了する。
【０１０３】
以上示した図１２のステップＳ４０９にて呼び出されるアンダーラップ制御は、ステップＳ４０３にて触媒早期暖機が実行されておらず、ステップＳ４０７にて燃焼が悪化したとき、若しくは燃焼安定化制御が実行されているときにも実行される。例えば、燃焼空燃比をリーン限界付近で制御するような場合に、リーンな空燃比ではトルク変動が大きいためにエンジンの回転速度変動を生じやすい。このため燃焼安定化制御では、燃焼を安定させるために、回転速度変動を抑制するように燃料噴射量、点火時期等を制御する。すなわち、燃焼が悪化した場合、若しくは、前述の燃焼悪化制御の実行中には、ステップＳ４０８にて点火時期を設定し、ステップＳ４０９にてアンダーラップ制御を実行して本ルーチンを終了する。
【０１０４】
一方、燃焼悪化しておらず、かつ、燃焼悪化制御を実行していなければ、ステップＳ４０７の判定が否定（ＮＯ）されて、ステップＳ４１０へ進む。ステップＳ４１０では、触媒の早期暖機制御を実行したかを判定する。ここで、早期早期暖機制御を実行していないと判定されると、ステップＳ４１０の判定は否定（ＮＯ）されて、ステップＳ４１２へ進み、始動後通常制御を実行し本ルーチンを終了する。一方、早期暖機制御が実行されたと判定されると、ステップＳ４１１へ進み、早期暖機制御からの通常の制御への復帰制御を完了したかが判定される。復帰制御が完了していれば、ステップＳ４１１の判定が肯定（ＹＥＳ）されて、ステップＳ４１２へ進む。
【０１０５】
ステップＳ４１２に示す始動後通常制御は、吸気バルブ８の開タイミングと排気バルブ９との閉タイミングとを、それぞれ図１４と図１５とに示すマップにより演算する制御である。まず、吸気バルブ８の目標開タイミングＶＴ１の設定方法では、吸気通路中の圧力ＰＭと回転速度Ｎｅとのパラメータにより予め図１４に示すマップにより目標開タイミングＶＴ１を設定する。このマップによれば、運転状態に応じた吸気バルブ８の目標開タイミングＶＴ１を設定することができる。また、排気バルブ９の目標閉タイミングＶＨ１の設定方法では、吸気バルブ８の設定方法と同様に、吸気通路中の圧力ＰＭと回転速度Ｎｅとのパラメータにより予め図１５に示すマップにより目標閉タイミングＶＨ１を設定する。このマップでも同様に、運転状態に応じた最適な閉タイミングＶＨとして、目標閉タイミングＶＨ１を設定することができる。また、点火時期として、従来より知られる機関暖機後の点火時期の設定方法により点火時期を設定する。具体的な点火時期の設定方法としては、運転状態に応じて最もトルクが発生する点火時期が設定されるとともに、ノックが発生する領域ではノックの発生に基づいて点火時期を所定角度遅角し、その後徐々に進角する従来より知られるノック制御も同時に行う。
【０１０６】
一方、ステップＳ４１１にて、早期暖機から通常運転への復帰制御が完了していなければ、ステップＳ４１１の判定は否定（ＮＯ）されて、ステップＳ４１３へ進み、復帰制御を実施する。復帰制御では、触媒早期暖機時の点火時期と吸気バルブ８の目標開タイミングＶＴ２と排気バルブ９の閉タイミングＶＨとして、目標閉タイミングＶＨ２から、始動後通常制御で設定される点火時期と吸気バルブ８の目標開タイミングＶＴ１と排気バルブ９の目標閉タイミングＶＨ１へと徐々に切り換える制御を実施する。具体的には、切換え前のそれぞれの目標値に所定値ずつ加算・若しくは減算して、切換え後の目標値に到達するように始動後の通常制御への復帰中の目標値を設定し、本ルーチンを終了する。
【０１０７】
次に、本実施の形態の燃料噴射制御について、図２０に示すフローチャートを用いて説明する。図２０に示すルーチンは、燃料噴射時間ＴＡＵと燃料噴射時期を演算するプログラムの処理を示している。まず、ステップＳ６０１にて始動完了したかが判定される。始動完了の判定としては、エンジン回転速度Ｎｅが例えば、４００ｒｐｍや１０００ｒｐｍなど、所定の回転速度に達したかを判定する。ここで、例えば、始動完了されていない、すなわち始動時であると判定されるとステップＳ６０２へ進む。ステップＳ６０２では、始動時の制御として燃料噴射時期と燃料噴射時間ＴＡＵとに始動時の始動性を考慮して固定値を設定し、本ルーチンを終了する。
【０１０８】
一方、エンジンが始動完了したと判定されるとステップＳ６０１の判定が肯定（ＹＥＳ）されてステップＳ６０３へ進む。ステップＳ６０３では、運転状態として例えば、吸入空気量Ｑとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて例えばマップにより基本噴射時間Ｔｐを演算し、ステップＳ６０４へ進む。ステップＳ６０４でも同様に、吸入空気量Ｑとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて燃料噴射終了時期をマップ等により演算してステップＳ６０５へ進む。ステップＳ６０５では、触媒の早期暖機制御の実行中であるかが判定される。ここで、触媒早期暖機制御実行中であると判定されると、ステップＳ６０６に進み、エンジンが始動完了してから所定時間▲１▼内であるかが判定される。所定時間▲１▼は図１２のフローチャートのステップＳ４０５と同一のため説明は省略する。
【０１０９】
ここで、所定時間▲１▼内である場合にはステップＳ６０７にて触媒早期暖機制御実行中の燃料噴射時間ＴＡＵを演算する。燃料噴射時間ＴＡＵは、ステップＳ６０３にて演算された基本燃料噴射時間Ｔｐに、エンジン水温Ｔｈｗ等に基づく補正係数を乗じることによって燃料噴射時間ＴＡＵを求める。これと同時に燃料噴射終了時期と燃料噴射時間ＴＡＵとが求まることから、最終的に燃料噴射開始時期を設定して、燃料噴射制御を実行する。
【０１１０】
一方、エンジンの始動完了が判定されてから所定時間▲１▼が経過したと判定される場合にはステップＳ６０６へ進む。ステップＳ６０６では、所定時間▲１▼が経過、すなわち後燃え条件が成立しているので、吸気バルブ８の開タイミングが遅角されるので、燃焼室内と吸気通路中とに差圧が生じる。このため、吸気流速が通常の吸気バルブの開タイミングよりも向上する。そこで、燃料噴射開始時期を吸気バルブ８の開タイミングに応じて設定する。具体的にはステップＳ６０４にて設定された燃料噴射終了時期を吸気バルブ８の目標タイミングに基づいて変更し、ステップＳ６０９へ進む。
【０１１１】
ステップＳ６０９では後燃え条件成立後の燃料噴射時間ＴＡＵを演算する。この噴射時間ＴＡＵの演算では、ステップＳ６０３にて演算された基本噴射時間Ｔｐにエンジン水温Ｔｈｗ等の補正係数を乗じ、更に燃焼空燃比がリーンとなるように燃料噴射量が減量補正されるようにリーン化補正係数を乗じて本ルーチンを終了する。このように、所定時間▲１▼が経過した後には燃料噴射時間ＴＡＵを通常時の時間よりも小さな値に設定し燃焼空燃比をリーンに制御するとともに、燃料噴射開始時期を吸気バルブ８の開タイミングに基づいて設定することでインジェクタにより噴射される燃料の霧化が促進されて燃焼が安定する。さらに、運転状態として、排気温度が所定温度（８００℃）より高く、かつ空燃比がリーンであると、排気通路中にて燃焼により排出される未燃ＨＣガス成分が酸化反応により消費されるので、ＥＧＲ制御（オーバラップ制御）を実施しなくともエミッションが悪化するのを抑制することができる。
【０１１２】
一方、触媒の早期暖機制御が実行されていないと判定されるとステップＳ６０５の処理が否定（ＮＯ）されて、ステップＳ６１０へ進む。ステップＳ６０１の処理では、早期暖機制御が実行されたかが判定される。ここで、早期暖機が実行されていない場合にはステップＳ６１０の判定が否定（ＮＯ）されてステップＳ６１２へ進み、始動後通常時の燃料噴射時間ＴＡＵを演算して本ルーチンを終了する。燃料噴射時間ＴＡＵの演算では、ステップＳ６０３にて演算された基本噴射時間Ｔｐにエンジン冷却水温Ｔｈｗ等の補正係数を乗じて燃料噴射時間ＴＡＵを演算により求める。
【０１１３】
早期暖機制御が実行したと判定されるとステップＳ６１０の判定が肯定（ＹＥＳ）されて、ステップＳ６１１に進み、復帰制御を実行中か否かが判定される。こここで、復帰制御とは、図１２のステップＳ４１４で実行する復帰制御と同一であり、前述の復帰制御が実行されていなければ、ステップＳ６１２へ進み、始動後通常時の燃料噴射時間ＴＡＵを演算し、本ルーチンを終了する。一方、復帰制御中であると判定されると、ステップＳ６１１の判定が否定（ＮＯ）されて、ステップＳ６１３の処理を実行する。ステップＳ６１３では図１２の復帰制御にて設定する吸気バルブ８の目標開タイミングに応じて、燃料噴射時期を徐々に始動後通常時の燃料噴射時期となるように変更し、ステップＳ６１４へ進む。
【０１１４】
ステップＳ６１４では、復帰時の燃料噴射時間ＴＡＵを演算により求める。この演算では、ステップＳ６０９にて設定されたリーン空燃比での燃料噴射時間ＴＡＵから、始動後通常時の燃料噴射時間ＴＡＵに徐々に追従するように燃料噴射時間ＴＡＵを設定し、本ルーチンを終了する。
【０１１５】
つぎに、以上のようにして制御される吸気バルブ８の目標開タイミングと排気バルブ９の目標閉タイミングと点火時期制御と燃料噴射制御とについて図２１のタイムチャートを用いて以下に説明する。
【０１１６】
まず、時刻ｔ０にてドライバによりクランキングが開始されるとエンジン回転速度Ｎｅが初爆し、エンジン回転速度Ｎｅが上昇する。このとき、点火時期と吸気バルブ８の開タイミングＶＴは始動性を考慮した固定値に設定される。一方、排気バルブ９は、ＥＧＲ効果により未燃ＨＣガス成分を低減するが、始動時には吸気通路中の圧力と大気圧との差圧が小さいためにオーバラップ量を設定しても燃焼ガスを燃焼室内に再吸入させることが困難となる。そこで、排気バルブ９の始動時には閉タイミングＶＨを吸気ＴＤＣよりも進角させることで燃焼ガスを燃焼室内に閉じ込めることによってＥＧＲ効果を得ている。なお、この排気バルブ９の閉タイミングＶＨは、吸気バルブ８の開タイミングＶＴと目標アンダーラップ量ＵＬＴとによって設定される。
【０１１７】
そして、エンジン回転速度Ｎｅが例えば４００ｒｐｍとなると時刻ｔ１にてエンジンの始動完了が判定される。エンジンの始動完了が判定され、かつ、エンジン冷却水温Ｔｈｗが所定温度範囲であると、触媒早期暖機制御の実行条件が成立する。時刻ｔ１にて触媒早期暖機制御の実行条件が成立すると、点火時期θｉｇが吸気ＴＤＣよりも遅角されてＡＴＤＣ１０°ＣＡに設定される。点火時期θｉｇが遅角されると、燃焼が緩慢になることで通常の燃焼温度のピークよりも小さなピークになるが、排気バルブ９が開弁されても通常の燃焼温度に比して燃焼温度が高く維持されるので排気通路中の燃焼ガス温度を高くすることができる。
【０１１８】
吸気バルブの開タイミングＶＴは始動時の固定値が設定されるが、排気バルブ９の閉タイミングＶＨは、時刻ｔ１以降では吸気通路中の圧力が所定負圧に達しているので、オーバラップ量を設定することで燃焼ガスを燃焼室内に再吸入させることができる。そこで、排気バルブ９の閉タイミングＶＨは吸気バルブ８の開タイミングＶＴよりも遅角側に設定される。このときの、排気バルブ９の閉タイミングＶＨは目標アンダーラップ量ＵＬＴを−１５°ＣＡ、すなわち１５°ＣＡのオーバラップ量を設定し、ＥＧＲ効果を得る。
【０１１９】
エンジン始動から所定時間▲１▼が経過して時刻ｔ３になると、排気通路中の燃焼ガス温度が８００℃程度になるので、燃料噴射量を減量補正して空燃比をリーンに制御する。これにより、排気通路中の未燃ＨＣガスが排気通路中の酸素と酸化反応するのでＥＧＲ制御を必要としない。このため、時刻ｔ３から時刻ｔ４では燃焼を安定させるために吸気バルブ８の開タイミングＶＴを吸気ＴＤＣよりも遅角させる。これは吸気行程になってからピストンがＴＤＣから下方に下がるときに、吸気バルブ８が閉弁しているので燃焼室内の圧力が大きく負圧となる。このため、吸気バルブ８が開弁する際には、吸気通路と燃焼室内とに大きな差圧ができるため吸気流速が向上する。本実施例では、吸気バルブ８の開タイミングに応じて吸気流速が高いタイミングで燃料噴射タイミングを設定するので、インジェクタにより噴射される燃料の霧化が促進されて燃焼を安定化させることができる。
【０１２０】
このとき、排気バルブ９の閉タイミングＶＨは、吸気バルブ８の開タイミングＶＴと目標アンダーラップ量ＵＬＴとに基づいて設定される。吸気バルブ８の開タイミングＶＴを吸気ＴＤＣよりも遅角することで、燃焼室内の圧力を大きく負圧にするが、排気バルブ９の閉タイミングＶＨが吸気バルブ８の開タイミングＶＴに近いと燃焼室の密閉性を保つことができず、燃焼室内を大きく負圧とすることができない。このため、目標アンダーラップ量ＵＬＴを所定クランクアングルとして、２０°ＣＡに設定し、これに基づいて排気バルブ８の閉タイミングＶＨを設定する。これにより、燃焼室内を密閉化することができ、吸気流速の向上を維持することができ、燃焼安定性を悪化させることを防止することができる。
【０１２１】
時刻ｔ５にて触媒の早期暖機制御が終了すると点火時期θｉｇを時刻ｔ６までに徐々に通常の点火時期へと復帰させる。なお、吸気バルブ８の開タイミングＶＴと排気バルブ９の閉タイミングＶＨとは時刻ｔ５において図２１のタイムチャートのようにステップ的に通常の制御に復帰しても良いし、復帰制御により徐々に通常の制御に復帰させても良い。
【０１２２】
また、本実施例の燃料噴射制御としては図２１のＡ／Ｆに示すように、始動完了から徐々に空燃比をリーン化して、触媒の早期暖機制御が終了する時刻ｔ５にて目標空燃比として理論空燃比に制御しても良い。
【０１２３】
本実施例では、吸気対応制御手段は図１３のステップＳ５０３に相当する。
【０１２４】
（その他の実施例）
本実施例では、第１，２の実施例において暖機状態を検出する暖機状態検出手段を備えて、内燃機関の始動時にこの暖機状態検出手段により内燃機関が半暖機状態であることが検出されたときに内燃機関の始動時に吸気バルブ８の開タイミングＶＴを吸気ＴＤＣよりも遅角するようにしても良い。
【０１２５】
また、この暖機状態検出手段は、三元触媒１９が暖機しておらず、かつ、内燃機関がほぼ暖機状態であるとき、内燃機関が半暖機状態であることを検出する。この具体的な手法としては、エンジン水温Ｔｈｗやエンジン始動後の経過時間、吸気温度Ｔｈａ、エンジン回転速度Ｎｅの積算値の少なくとも一つに基づいて半暖機状態を検出すると良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の概略構成図。
【図２】第１実施例のＥＣＵ等の構成を示すブロック図。
【図３】第１実施例の点火時期制御を示すフローチャート。
【図４】第１実施例の燃料噴射制御を示すフローチャート。
【図５】第１実施例において、吸気バルブの開位置に応じた燃料噴射量補正値を算出するためのマップ。
【図６】第１実施例のメインのフローチャート。
【図７】第１実施例の吸気バルブの目標開位置を設定するためのタイミングチャート。
【図８】吸気バルブの開位置と吸気流速との関係を示した図。
【図９】吸気バルブの開位置と吸気管内温度との関係を示した特性図。
【図１０】吸気流速とエンジンが排出するＨＣガスとの関係を示した特性図。
【図１１】第１実施例のタイミングチャート。
【図１２】第２実施例のメインのフローチャート。
【図１３】第２実施例のアンダーラップ量ＵＬＴ設定のフローチャート。
【図１４】第２実施例の吸気通路の圧力と回転速度とに応じた吸気バルブの開タイミングを設定するためのマップ。
【図１５】第２実施例の吸気通路の圧力と回転速度とに応じた排気バルブの閉タイミングを設定するためのマップ。
【図１６】第２実施例の吸気通路の圧力に応じた吸気バルブの開タイミングを設定するためのマップ。
【図１７】第２実施例の回転速度変動に応じて設定される目標アンダーラップ量を設定するためのマップ。
【図１８】第２実施例の空燃比に応じて目標アンダーラップ量を補正する為の係数１を設定するためのマップ。
【図１９】第２実施例の吸気バルブの遅角量に応じて目標アンダーラップ量を補正するための係数２を設定するためのマップ。
【図２０】第２実施例の燃料噴射制御を示すフローチャート。
【図２１】第２実施例の制御動作を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…内燃機関としてのエンジン、
４…燃焼室、
６…吸気通路、
７…排気通路、
８…吸気バルブ、
９…排気バルブ、
２５ａ…吸気側可変バルブタイミング機構、
２５ｂ…排気側可変バルブタイミング機構、
５６ａ…第１のオイルコントロールバルブ、
５６ｂ…第２のオイルコントロールバルブ、
７４…スロットルセンサ、
７５…水温センサ、
７６…回転速度センサ、
７８…回転角センサ、
７９…油温センサ、
８０…ＥＣＵ、
８９…電源回路。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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