JP2006291940A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 始動時における吸気側可変バルブタイミング機構と排気側可変バルブタイミング機構との作動タイミングを最適化する。
【解決手段】 吸気側可変バルブタイミング機構と排気側可変バルブタイミング機構とを備えたエンジンの制御装置において、エンジンの始動開始から所定時間経過後（Ｔ０）に排気側可変バルブタイミング機構（ＥＸ ＶＶＴ）を遅角側に作動させ、その後（Ｔ１）、吸気側可変バルブタイミング機構（ＩＮ ＶＶＴ）を進角側に作動させるバルブタイミング機構制御手段を備える。排気側可変バルブタイミング機構の角度位置は吸入空気量に殆ど影響を与えない。よって排気側可変バルブタイミング機構を吸気側可変バルブタイミング機構より先に作動させ、早期から内部ＥＧＲを実行して噴霧微粒化及びＨＣ抑制を図る。
【選択図】 図４

Description

本発明はエンジンの制御装置に係り、特に、吸気側可変バルブタイミング機構と排気側可変バルブタイミング機構とを備えたエンジンの制御装置に関する。

エンジン始動時における排気エミッションを改善する要請は常に存在する。特に、始動時に排出されるＨＣを低減することや、触媒の暖機を促進して排ガス中に含まれる有害物質をできるだけ早期の段階から浄化処理することが望まれている。

一方、吸気側と排気側との両方に可変バルブタイミング機構を設け、始動時にこれら可変バルブタイミング機構を作動させて吸排気弁間のバルブオーバーラップを形成し、内部ＥＧＲを実行する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。これによれば、内部ＥＧＲにより燃料噴霧の微粒化が促進され、始動時ＨＣの低減に有利である。

特開２００３−３２８７８９号公報

ところで、始動初期に吸気側可変バルブタイミング機構を遅角させておき、吸気弁の閉弁時期遅角によるデコンプを実行して始動容易化を図る場合がある。この場合、燃焼が開始したらデコンプが終了され、吸気側可変バルブタイミング機構は進角される。吸気側可変バルブタイミング機構を進角させると、吸気弁の閉弁時期も進角するため、圧縮端温度が上がり噴霧微粒化に有利である。

このような吸気側可変バルブタイミング機構の進角作動に加え、排気側可変バルブタイミング機構を遅角作動させてバルブオーバーラップを形成すると、内部ＥＧＲが実行されて噴霧微粒化、ＨＣ低減により有利となる。

しかしながら、吸気側可変バルブタイミング機構の角度位置は吸入空気量に影響を与えるものであり、仮に不適切なタイミングで吸気側可変バルブタイミング機構を作動させてしまうと、吸入空気量が当初予定していた量からずれてしまい、始動時空燃比の変動が大きくなってしまう。

そこで、以上の事情に鑑みて本発明は創案されたものであり、その目的は、始動時における吸気側可変バルブタイミング機構と排気側可変バルブタイミング機構との作動タイミングを最適化することができるエンジンの制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態は、吸気側可変バルブタイミング機構と排気側可変バルブタイミング機構とを備えたエンジンの制御装置において、エンジンの始動開始から所定時間経過後に前記排気側可変バルブタイミング機構を遅角側に作動させ、その後、前記吸気側可変バルブタイミング機構を進角側に作動させるバルブタイミング機構制御手段を備えたことを特徴とする。

前述したように、吸気側可変バルブタイミング機構の角度位置は、吸入空気量に影響を与える。よって吸気側可変バルブタイミング機構を過度に早く進角作動させてしまうと、十分なデコンプを実行できなくなるばかりでなく、始動時空燃比ずれを生じさせて始動性を悪化させてしまう。これに対し、排気側可変バルブタイミング機構の角度位置は吸入空気量に殆ど影響を与えず、これを早く遅角作動させたからといって、上記のような悪影響は出にくい。そこで、排気側可変バルブタイミング機構を吸気側可変バルブタイミング機構に先だって作動させる本発明の第一の形態によれば、早期から内部ＥＧＲを行えて噴霧微粒化の促進及びＨＣ抑制に有利である。

好ましくは、前記バルブタイミング機構制御手段が、バルブオーバーラップを形成するように前記排気側可変バルブタイミング機構を遅角側に作動させる。このバルブオーバーラップにより内部ＥＧＲが実行可能となり、噴霧微粒化の促進及びＨＣ抑制が図られる。

本発明によれば、始動時における吸気側可変バルブタイミング機構と排気側可変バルブタイミング機構との作動タイミングを最適化することができるという、優れた効果が発揮される。

以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づき詳述する。

図１は、本実施形態に係るエンジンの制御装置を示す。図示されるエンジン１はいわゆるデュアル噴射式のエンジンであり、本実施形態では４気筒であるが（１気筒のみ図示）、気筒数に特に制限は無い。これら気筒毎に筒内噴射用インジェクタ１１と吸気通路噴射用インジェクタ６とが設けられている。このエンジン１に使用される燃料は、本実施形態ではガソリンであるが、アルコール又はこれとガソリンとの混合燃料、ＣＮＧ等の気体燃料、その他の燃料であってもよい。

エアクリーナ（図示せず）から吸入された空気は、吸気通路５を介して各気筒の燃焼室に分配供給される。吸気通路５は、上流側から順に配置された吸気管５１、吸気マニホールド５２及び吸気ポート４１により区画形成される。吸気マニホールド５２は、上流側に位置された集合部としてのサージタンク４と、各気筒の吸気ポート４１にそれぞれ接続された気筒毎の枝管５３とからなる。吸気管５１にはエアフローメータ２と電子制御式スロットル弁３とが設けられている。吸気通路噴射用インジェクタ６は、各気筒の吸気通路５特に吸気ポート４１の出口部に向けて燃料噴射を行うように気筒毎に配設されている。吸気通路噴射用インジェクタ６から噴射された燃料は空気と混合して筒内燃焼室に比較的均質な混合気を形成する。吸気通路噴射用インジェクタ６は、制御手段としての電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１００から出力されるオン信号により開弁し、燃料を噴射し、ＥＣＵ１００から出力されるオフ信号により閉弁し、燃料噴射を停止する。この吸気通路噴射の噴射期間は、吸気ポート４１の出口を開閉する吸気弁４２の開弁時期の前か、あるいは吸気弁４２の開弁期間と少なくとも一部重なるように、設定されている。

他方、筒内燃焼室に直接燃料を噴射するように、電磁式の筒内噴射用インジェクタ１１が気筒毎に設けられている。本実施形態の筒内噴射用インジェクタ１１は、吸気行程及び圧縮行程のいずれか一方又は両方で燃料噴射を行う。圧縮行程噴射の場合、図２に示されるように、上昇してくるピストン４３の頂部の凹部４４に向けて燃料Ｆを噴射し、凹部４４内面に沿って巻き上がるタンブル状の流れを生成する過程で燃料と空気とを混合させ、点火プラグ７付近に比較的リッチな混合気層を形成する。筒内噴射用インジェクタ１１も吸気通路噴射用インジェクタ６と同様、ＥＣＵ１００から出力されるオン信号により開弁し、燃料を噴射し、ＥＣＵ１００から出力されるオフ信号により閉弁し、燃料噴射を停止する。

かかる二つの噴射形態の一方又は両方により、燃焼室に形成された混合気は、ＥＣＵ１００からの点火信号に基づき、点火プラグ７により点火されて、燃焼する。エンジン１からの排気は排気通路８を通じて排出される。排気通路８は、エンジン１のシリンダヘッドに気筒毎に形成された排気ポート４５と、これら排気ポート４５に接続される排気マニホールド５４と、排気マニホールド５４の下流側に接続された排気浄化用の触媒９と、触媒９の下流側に接続された排気管５５とにより区画形成される。排気ポート４５の入口は排気弁４６により開閉される。排気マニホールド５４は、各気筒の排気ポート４５にそれぞれ接続された気筒毎の枝管と、枝管の下流側に位置された集合部とからなる。

各吸気通路噴射用インジェクタ６及び各筒内噴射用インジェクタ１１には、燃料タンク内の燃料が図示しない燃料供給装置を介して供給される。筒内噴射用インジェクタ１１には高圧の燃料が高圧ポンプによって供給され、噴射圧は筒内噴射の方が高圧である。

本実施形態において、吸気弁４２及び排気弁４６は、それぞれ吸気弁用カムシャフト１２及び排気弁用カムシャフト１３によって開閉駆動される。また、これら吸気弁４２及び排気弁４６の開閉時期を可変にすべく、吸気弁用カムシャフト１２及び排気弁用カムシャフト１３にはそれぞれ可変バルブタイミング機構（以下それぞれ吸気ＶＶＴ（或いはＩＮ ＶＶＴ）及び排気ＶＶＴ（或いはＥＸ ＶＶＴ）という）１４、１５が設けられる。これらＶＶＴ１４，１５は同様の構成であるので、吸気側のみ代表して説明すると、吸気ＶＶＴ１４は、クランク軸２３の角度に対する吸気弁用カムシャフト１２の角度を相対的に進角又は遅角させ、これにより、全気筒の吸気弁４２の開弁期間ないし作用角を一定に保ったまま、開閉時期を一斉に且つ同量ずつ進角又は遅角させるものである。ＶＶＴ１４の詳細な構成は、例えば特開平８−２１８８２３号公報に開示された従来のものと同様である。ＶＶＴ１４，１５の進角制御及び遅角制御はＥＣＵ１００により行われる。即ち、ＥＣＵ１００は、ＶＶＴ１４，１５に設けられた位置センサにより実際のＶＶＴ１４，１５の角度位置を検知しつつ、その実際の角度位置を所定の目標位置に一致させるようＶＶＴ１４，１５を制御する。ＥＣＵ１００は、後述のように設定した目標位置としての吸気ＶＶＴ位置ｉｖｔ及び排気ＶＶＴ位置ｅｖｔに実際の位置が一致するよう、吸気ＶＶＴ１４及び排気ＶＶＴ１５をそれぞれ制御する。本実施形態の吸気ＶＶＴ１４及び排気ＶＶＴ１５は油圧作動式である。ただし、電動式等を採用することも可能である。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサ類からの入力信号を受け、これに基づいて所定の処理を行い、筒内噴射用インジェクタ１１、吸気通路噴射用インジェクタ６、点火プラグ７、スロットル弁３の駆動モータ１９等を制御する。

前記センサ類には前述のエアフローメータ２が含まれる。エアフローメータ２は、これを通過する吸入空気の流量に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。ＥＣＵ１００は、エアフローメータ２の出力値に基づきエンジン負荷をも算出する。また、前記センサ類にはクランク軸２３の角度を検出するクランクセンサ２４が含まれる。クランクセンサ２４は、所定のクランク角度間隔でパルス信号を出力する。このパルス信号に基づいてＥＣＵ１００はエンジン１の実際のクランク角度を検知すると共に、回転速度を算出する。

また、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ２７、スロットル弁３の開度を検出するスロットルポジションセンサ２８、エンジン１の冷却水温（以下単にエンジン水温という）を検出する水温センサ２９、排気ガスの酸素濃度を検出する空燃比センサ３０が前記センサ類に含まれる。

スロットル弁３の開度はＥＣＵ１００によって制御される。即ち、ＥＣＵ１００は、通常、スロットルポジションセンサ２８の出力値がアクセル開度センサ２７の出力値に応じた値となるように駆動モータ１９を制御する。

本実施形態では、ある気筒で１噴射サイクル中に噴射される全燃料噴射量を所定の噴き分け率αに応じて吸気通路噴射用インジェクタ６及び筒内噴射用インジェクタ１１に分担させる噴き分けが行われる。このときＥＣＵ１００は、噴き分け率αに応じて、吸気通路噴射用インジェクタ６から噴射される燃料量（以下、適宜「吸気通路噴射量」という）と、筒内噴射用インジェクタ１１から噴射される燃料量（以下、適宜「筒内噴射量」という）とを設定し、これら燃料量に応じて各インジェクタ６，１１を通電制御する。噴き分け率αは、ここでは全燃料噴射量に対する吸気通路噴射量の比をいい、０〜１の値を持つ。全燃料噴射量をＱｔとした場合、吸気通路噴射量Ｑｐはα×Ｑｔで表され、筒内噴射量Ｑｄは（１−α）×Ｑｔで表される。αが吸気通路噴射の噴射比率に相当し、（１−α）が筒内噴射の噴射比率に相当する。

次に、本実施形態におけるエンジン始動時の制御について以下説明する。

本実施形態では、エンジン始動時に吸気ＶＶＴ１４により吸気弁４２の開閉タイミングが変更される。即ち、図３に示すように、始動初期には図示されるような基準開弁期間とされ、始動開始から所定時間経過後には、白抜き矢印で示す如く開弁期間が進角される。なお前述したように進角前と進角後とで開弁期間ないし作用角は等しい。基準開弁期間における開弁時期及び閉弁時期をθｏ０、θｃ０で示し、進角後の開弁時期及び閉弁時期をθｏ１、θｃ１で示す。基準開弁期間をなす吸気ＶＶＴ１４の位置ｉｖｔを基準である０とし、この位置から吸気ＶＶＴ１４が進角する側を＋とする。

吸気弁４２の閉弁時期は、始動初期即ちクランキング開始から所定時間経過前までは、進角後に比べ遅れている。これは、デコンプを実施し始動を容易にするためである。そして吸気弁４２の閉弁時期は、クランキング開始から所定時間が経過すると進角される。これは燃焼が開始された後は圧縮を強めて圧縮端温度を上昇させ、ＨＣを抑制するためである。

他方、本実施形態ではエンジン始動時に排気ＶＶＴ１５により排気弁４６の開閉タイミングも変更される。即ち、始動初期には進角側の基準開弁期間とされ、始動開始から所定時間経過後には開弁期間が遅角される。これは吸気ＶＶＴ１４の動作とは逆である。なお吸気ＶＶＴ１４と同様、遅角前と遅角後とで開弁期間ないし作用角は等しい。基準開弁期間をなす排気ＶＶＴ１５の位置ｅｖｔを基準の０とし、この位置から排気ＶＶＴ１５が遅角する側を−とする（図３及び図４（ｊ）参照）。

排気ＶＶＴ１５の遅角作動により排気弁４６の閉弁時期が遅角されると（図３のハッチング矢印参照）、排気弁４６の開弁期間と吸気弁４２の開弁期間とがオーバーラップするようになる。このバルブオーバーラップにより、内部ＥＧＲを実行し、燃料噴霧の微粒化を促進して始動時ＨＣを抑制できる。

かかる吸気ＶＶＴ１４及び排気ＶＶＴ１５の制御を伴う本実施形態の始動制御の具体的内容が図４に示される。時刻Ｔ＝０で始動即ちクランキングが開始されると、これに伴ってエンジン回転速度Ｎｅが上昇する（（ａ）参照）。そしてこの後燃焼が開始され、エンジン回転速度Ｎｅは所定のアイドル速度Ｎｉに落ち着く。なお図示例はハイブリッド車においてモータジェネレータによりクランキングを行った場合であり、エンジン回転速度Ｎｅは時間に比例して上昇するようになる。ただし本発明は通常のスタータにより始動を行う場合にも適用可能である。

ＥＣＵ１００は、内部のカウンタ又はタイマにより、始動開始時からの時間を計測する（（ｂ）参照）。そしてカウンタ値ＣＴが第１所定値ＣＴ０を超えた時（Ｔ＝Ｔ０）、排気ＶＶＴ１５の基準位置（ｅｖｔ＝０）からの遅角制御を開始する（（ｊ）参照）。排気ＶＶＴ１５の遅角は最終的に排気ＶＶＴ位置ｅｖｔがｅｖｔ０になるまで行われる。この排気ＶＶＴ１５の作動開始後、カウンタ値ＣＴが第２所定値ＣＴ１を超えた時（Ｔ＝Ｔ１）、吸気ＶＶＴ１４の基準位置（ｉｖｔ＝０）からの進角制御が開始される（（ｃ）参照）。このように始動開始から吸気ＶＶＴ１４の進角開始までの間に時間差を設けるのは、始動初期のデコンプを行うためと、吸気ＶＶＴ１４が正確に作動できるような駆動油圧の上昇を待つためである。なお、吸気ＶＶＴ１４の進角が開始されるタイミングＴ１は、クランキングにより燃焼が開始する直前かそれより後に設定されるのが好ましい。

このように、まず排気ＶＶＴ１５が遅角側に作動され、その後吸気ＶＶＴ１４が進角側に作動される。こうする理由は次の通りである。吸気ＶＶＴ１４の位置は、吸気弁４２の開閉タイミングを決定するものであるため、吸入空気量に影響を与える。そして仮に吸気ＶＶＴ１４を前記例より早く作動させてしまうと、吸入空気量が予定されていた量からずれ、始動時空燃比のずれや変動を生じさせたり始動性を悪化させたりしてしまう。もちろん、デコンプの実行を確保することと、駆動油圧の上昇を待って吸気ＶＶＴ１４の正確な作動を確保することからも、吸気ＶＶＴ１４を前記例より早く作動させることはできない。

これに対し、排気ＶＶＴ１５の位置は吸入空気量に殆ど影響を与えず、また、これを早く遅角作動させたからといって、始動時空燃比ずれを生じさせたり始動性を悪化させたりすることは実質上ない。またデコンプへの影響も皆無である。一方、排気ＶＶＴ１５は早く遅角作動させた方が、早期から内部ＥＧＲを行えて噴霧微粒化の促進及びＨＣ抑制に有利である。よって、排気ＶＶＴ１５の遅角作動を吸気ＶＶＴ１４の進角作動よりも先に行うようにしている。

図４（ｋ）には始動時の空燃比Ａ／Ｆの変化の様子が示される。空燃比Ａ／Ｆは、クランキング開始から減少し続け、燃焼開始時付近で極小値まで下がった後、一定の所定値に落ち着く。始動開始直後にはこのような空燃比の変動（荒れ）が見られるが、この予定されている変動カーブから空燃比がずれないように、吸気ＶＶＴ１４の進角作動は、図示の如く、空燃比の変動が終了して安定してから開始するのが好ましい。他方、排気ＶＶＴ１５の位置は空燃比ずれと無関係なので、排気ＶＶＴ１５の遅角作動は図示の如く空燃比の変動中に開始しても構わない。

以上の吸気ＶＶＴ１４及び排気ＶＶＴ１５に対する制御をフローチャートで示すと図１５の通りとなる。なお図示されるルーチンはＥＣＵ１００が所定のクランク角度毎に実行する。

ＥＣＵ１００は、始動開始時からの時間Ｔ（具体的にはカウンタ値ＣＴ）を読み込み（ステップＳ６０１）、この読み込んだ時間Ｔを第１所定値Ｔ０と比較する（ステップＳ６０２）。時間Ｔが第１所定値Ｔ０以下であれば終了し、時間Ｔが第１所定値Ｔ０を超えていれば排気ＶＶＴ１５を遅角側に作動させる（ステップＳ６０３）。次に、時間Ｔを第２所定値Ｔ１と比較する（ステップＳ６０４）。時間Ｔが第２所定値Ｔ１以下であれば終了し、時間Ｔが第２所定値Ｔ１を超えていれば吸気ＶＶＴ１４を進角側に作動させる（ステップＳ６０５）。

なお、本実施形態ではＥＣＵ１００が本発明にいうバルブタイミング機構制御手段を構成する。

ところで、本実施形態では、このような吸気ＶＶＴ１４及び排気ＶＶＴ１５の制御に以下のような燃料噴射制御が組み合わされ、内部ＥＧＲによる噴霧微粒化と相俟って、始動時排気エミッションの一層の向上を図れるような種々の対策が施されている。

ここでまず、吸気通路噴射と筒内噴射との各噴射形態が有する課題について説明を加えておく。まず、吸気通路噴射の場合、特に冷間始動時におけるいわゆるポートウェットの問題がある。即ち、クランキング中にインジェクタから噴射された燃料は、その一部が吸気通路内壁に付着し、そのまま燃焼室に入らない。そこで確実に着火を行えるよう、付着分を見込んで多めの燃料を噴射するが、一旦着火がなされると、過剰の燃料が一気に燃焼してしまって未燃ＨＣを排出させる。一方、点火時期の大幅遅角により燃焼行程で燃焼しきれなかった未燃成分を燃焼室から排出後、排気ポートや排気マニホールド内で後燃えさせ、これによってできた高温の排気ガスを利用して触媒の暖機を促し、ＨＣの排出を抑制するという技術がある。しかしながら、吸気通路噴射の場合、混合気の均質性が筒内噴射に比べて高く、よって遅角量をそれほど大きくとれず、逆に過度に大きくしてしまうと失火してしまう。つまり、吸気通路噴射は後燃えを実行しようとした場合に不利である。

次に、筒内噴射の場合、噴射圧が吸気通路噴射に比べて高いため、クランキングにより高圧ポンプを駆動して燃料圧を高めてからでないと燃料噴射が開始できず、クランキング時間さらには始動時間が長くなる。クランキング時間は短い方が好ましい。なぜならクランキング時のエンジンの空回しによっても前回の運転で筒内に残っていた燃料分やオイルに溶け込んでいた燃料分が未燃燃料として排出されるからである。一方、デコンプ終了後に吸気弁の開閉時期を進角し、筒内噴射により燃焼室内に成層混合気或いは弱成層混合気を形成し、点火時期を大幅遅角して後燃えを実行する技術がある。ここで成層混合気とは、点火プラグ周辺のリッチな混合気層とその周りの極めてリーンな層（例えば空気層に近いもの）とからなる混合気をいい、弱成層混合気とは、点火プラグ周辺のリッチな混合気層とその周りの比較的リーンな混合気層とからなる混合気をいう。成層混合気は、圧縮行程で筒内噴射を行うことによって形成される。また弱成層混合気は、吸気行程と圧縮行程とで筒内噴射を行ったり、デュアル噴射方式の場合では吸気通路噴射と圧縮行程筒内噴射とを行うことによって形成される。圧縮行程筒内噴射は、点火プラグ周辺にリッチな混合気層を作ることができるので、失火限界が高く、点火時期の大幅遅角が可能であり、後燃えに有利である。しかしながら、この技術においても、デコンプ中には実圧縮が弱くなり、即ち圧縮端温度が低くなり、混合気が微粒化し難く、燃焼が悪化してＨＣ排出量が多くなる傾向がある。

一方、可変バルブタイミング機構が油圧作動式である場合、クランキング開始から油圧が十分に立ち上がるまでの間、可変バルブタイミング機構が正確に作動しないことがある。このため、かかる時間内に吸気弁開閉時期の進角を行おうとした場合、オイル切れに起因するギヤ鳴り等の異音が発生したり、吸気弁開閉時期の不正確に起因する空燃比荒れが生じたりしてしまう。

かかる状況の下でデュアル噴射方式のエンジンを採用する場合、エンジン始動時における各噴射形態の利点を活かしつつ、欠点を回避することが重要である。特にデュアル噴射方式の場合、始動時における各噴射の噴射比率を最適化することが望まれる。そしてさらに始動時のデコンプを実施する場合、可変バルブタイミング機構等の作動状態を考慮して各噴射の噴射比率を最適設定することが望まれる。

以上の事情に鑑み、本実施形態では以下のような燃料噴射の噴き分け制御が実行される。

図４に示すように、燃料噴射に関し、噴き分け率αは始動開始からα１＝１に設定され、燃料噴射は最初は吸気通路噴射のみによって行われる（（ｄ）参照）。しかしながら、吸気ＶＶＴ１４の進角が進んでその位置が所定位置ｉｖｔ１（＜ｉｖｔ０、例えば＋２０°ＣＡ）を超えた時点（Ｔ＝Ｔ２）で、噴き分け率αは、その前の値α１より小さい値α０（本実施形態ではα０＝０．５）に変更される。これにより全燃料噴射量のうちの５０％ずつが吸気通路噴射と筒内噴射とで噴射されるようになる。ここでの筒内噴射は前記弱成層燃焼を実行するために圧縮行程噴射とされる。

このように、エンジンの始動開始（Ｔ＝０）から所定時間の経過後（Ｔ＝Ｔ１）に、吸気弁４２の閉弁時期の基準時期θｃ０からの進角が開始され、この進角量が所定値ｉｖｔ１以下の場合（Ｔ≦Ｔ２）に、進角量がその所定値より大きい場合に比べ、吸気通路噴射の噴射比率αが大きい値α１に設定される。また、噴射比率α１は、変更後の値α０より大きいだけでなく、変更前の筒内噴射の噴射比率（１−α１）よりも大きい値とされ、吸気通路噴射を多い割合で行うようになっている。本実施形態の場合α１＝１であるが、例えばα１を０．６〜１の範囲の任意の値に設定することができる。また変更前と変更後との噴射比率α１、α０の関係について言えば、例えばα１を０．７、α０を０．３などとすることもできる。変更後の噴射比率α０は一定値のみならず、エンジン運転状態に応じて変えるようにしてもよい。

このように、本実施形態においては、エンジンの始動開始から所定時間経過後に吸気弁の閉弁時期を進角させる進角手段（吸気ＶＶＴ１４）と、その進角量が所定値（ｉｖｔ１）以下の場合に、進角量が前記所定値より大きい場合に比べ、吸気通路噴射の噴射比率（α）を大きい値に設定する噴射比率設定手段（ＥＣＵ１００）とが備えられている。

この制御（制御１とする）をフローチャートで示すと図５の通りとなる。なお図示されるルーチンはＥＣＵ１００が各噴射サイクル毎に実行する。

まずＥＣＵ１００は、吸気ＶＶＴ１４の位置センサから実際の吸気ＶＶＴ１４の位置ｉｖｔを読み込む（ステップＳ１０１）。そしてこの読み込んだ吸気ＶＶＴ位置ｉｖｔを予め記憶しておいた所定値ｉｖｔ１と比較する（ステップＳ１０２）。吸気ＶＶＴ位置ｉｖｔが所定値ｉｖｔ１以下の場合、噴き分け率αを、吸気通路噴射の割合が大きい噴き分け率α１に設定する（ステップＳ１０３）。他方、吸気ＶＶＴ位置ｉｖｔが所定値ｉｖｔ１より大きい場合、噴き分け率αを前記所定の噴き分け率α０に設定する（ステップＳ１０４）。

かかる制御によれば、吸気弁４２の閉弁時期が基準時期θｃ０に遅角されているデコンプの実行中、吸気通路噴射の噴射比率が多く設定される。従って、デコンプの実行によって圧縮端温度が低くても、筒内混合気が多くの割合（本実施形態では全割合）で均質混合気であり、未燃ＨＣの排出が抑制される。また、筒内噴射の噴射比率が少ない（本実施形態では皆無）ので、クランキング時間さらには始動時間を短くできる可能性がある。他方、吸気弁４２の閉弁時期が進角されるデコンプ終了後は、その実行時に比べ筒内噴射の噴射比率が多く設定される。従って、筒内混合気をより多くの割合で成層化或いは弱成層化でき、こうしても、圧縮端温度が高いのでＨＣ排出を抑制できる。また、こうなれば大幅点火遅角も可能であり、後燃えを実行して触媒９の暖機を促進できる。吸気ＶＶＴ１４が進角作動されれば直ちに筒内噴射の噴射比率がより多く設定されるので、その進角前の吸気通路噴射の噴射比率が多い時間を可及的に短くすることができ、吸気通路内壁への付着燃料量を減少し、これに起因する未燃ＨＣ排出の問題を緩和することができる。

次に、前記制御１の変形例（制御１‘とする）について説明する。図４（ｅ）に示されるように、噴き分け率αは、始動開始（Ｔ＝０）から、吸気ＶＶＴ位置が所定位置ｉｖｔ１を超えるまでは、前記同様にα１’＝１に設定されるが、吸気ＶＶＴ位置が所定位置ｉｖｔ１を超えた後は、所定値α０＝０．５まで徐々に変化される。こうすると、各噴射の噴射比率を急激に変更することに伴う始動時空燃比荒れを抑制することができる可能性がある。このように、各噴射の噴射比率の変更を制御１のようにステップ状に行うか、制御１‘のように徐々に行うかは、任意の選択事項であり、実機等に応じて適宜決定すればよい。

次に、前記制御１に代わる制御２について説明する。この制御２では、吸気弁４２の閉弁時期の進角量が所定値ｉｖｔ１以下の場合（Ｔ≦Ｔ２）に、噴き分け率αが時間の経過に応じて減少するように設定される。

これを具体的に図６のフローチャートに基づいて説明する。なお図示されるルーチンもＥＣＵ１００が各噴射サイクル毎に実行する。

ステップＳ２０１，Ｓ２０２は図５のステップＳ１０１，Ｓ１０２と同様である。そしてＥＣＵ１００は、吸気ＶＶＴ位置ｉｖｔが所定値ｉｖｔ１以下の場合、始動開始時からの時間Ｔ（具体的にはカウンタ値ＣＴ）を読み込み（ステップＳ２０３）、噴き分け率αをその時間Ｔに応じた噴き分け率α２に設定する（ステップＳ２０４）。他方、吸気ＶＶＴ位置ｉｖｔが所定値ｉｖｔ１より大きい場合、噴き分け率αを前記所定の噴き分け率α０に設定する（ステップＳ２０５）。

ステップＳ２０４において、噴き分け率α２は図７に示す所定のマップから求められる。実線で示すように、噴き分け率α２は、０≦Ｔ≦ｔ１の範囲では１とされ、ｔ１＜Ｔ≦ｔ２の範囲では１から徐々に減少され、ｔ２＜Ｔの範囲では一定値α２１とされる。ここではα２１＝α０＝０．５とされる。なお、実線は噴き分け率α２が徐々に減少される例であるが、一点鎖線で示すようにステップ状に減少されてもよい。後述の例も同様である。

図４（ｆ）にこの制御２を採用した場合の噴き分け率の変化の一例が示される。噴き分け率αは、始動開始時から時刻ｔ１までα２＝１であるが、時刻ｔ１を超えると１から徐々に減少されていく。図示例では、時刻ｔ２に達する前に吸気ＶＶＴ位置が所定位置ｉｖｔ１を超え、これと同時に噴き分け率αがα０に変更されるが、この前後関係は逆であってもよい。この変更時、図示例では変更がステップ状であるが、制御１‘と同様に徐々に変更させるようにしても構わない（後述の例も同様）。噴き分け率α２の減少開始時期ｔ１は、吸気ＶＶＴ位置が所定位置ｉｖｔ１を超える前の時期に確実に設定される。これにより吸気通路噴射の噴射比率αを、吸気ＶＶＴ位置が所定位置ｉｖｔ１を超えたときの値α０に、より早い時期から近づけることができ、噴射比率の変更をスムーズに行うことができる。またこの制御２によっても前記同様の作用効果が発揮できる。

次に、この制御２の変形例である制御２‘について説明する。この制御２‘は前記制御２と同様の考え方に基づく。即ち、制御２における時間Ｔに代わって、始動開始時からの燃料噴射回数Ｃが採用されている。つまり、吸気弁４２の閉弁時期の進角量が所定値ｉｖｔ１以下の場合（Ｔ≦Ｔ２）に、噴き分け率αが噴射回数Ｃの増大に応じて減少するように設定されている。

これを図８のフローチャートに基づいて具体的に説明すると、ステップＳ３０１，Ｓ３０２，Ｓ３０５は前記制御２のステップＳ２０１，Ｓ２０２，Ｓ２０５と同様であり、異なるのは、ステップＳ３０３，Ｓ３０４において、前記制御２のステップＳ２０３，Ｓ２０４の時間Ｔ及び噴き分け率α２が、噴射回数Ｃ及び噴き分け率α２‘に置き換えられる点のみである。ステップＳ３０３で読み込まれる噴射回数Ｃは、ＥＣＵ１００に設けられているカウンタでカウントされた値である。

ステップＳ３０４において求められる噴き分け率α２‘も、図７のマップと同様の図９のマップから求められる。この図９のマップにおいては、図７のマップにおける時刻ｔ１，ｔ２及び噴き分け率α２１が、それらに対応するような噴射回数Ｃ１，Ｃ２及び噴き分け率α２１’（＝α２１）に置き換えられている。この制御２‘によっても前記同様の作用効果が得られる。

次に、制御２のさらなる変形例である制御２“について説明する。この制御２”も制御２と同様の考え方に基づく。即ち、制御２における時間Ｔに代わって、エンジン水温ｔｈｗが採用されている。つまり、吸気弁４２の閉弁時期の進角量が所定値ｉｖｔ１以下の場合（Ｔ≦Ｔ２）に、噴き分け率αがエンジン水温ｔｈｗの増大につれ減少するように設定されている。

これを図１０のフローチャートに基づいて具体的に説明すると、ステップＳ４０１，Ｓ４０２，Ｓ４０５は前記制御２のステップＳ２０１，Ｓ２０２，Ｓ２０５と同様であり、異なるのは、ステップＳ４０３，Ｓ４０４において、前記制御２のステップＳ２０３，Ｓ２０４の時間Ｔ及び噴き分け率α２が、エンジン水温ｔｈｗ及び噴き分け率α２“に置き換えられる点のみである。ステップＳ４０３で読み込まれるエンジン水温ｔｈｗは、水温センサ２９によって検出される値である。

ステップＳ４０４において求められる噴き分け率α２“も、図７のマップと同様の図１１のマップから求められる。この図１１のマップにおいては、図７のマップにおける時刻ｔ１，ｔ２及び噴き分け率α２１が、それらに対応するような噴射回数ｔｈｗ１，ｔｈｗ２及び噴き分け率α２１”（＝α２１）に置き換えられている。この制御２“によっても前記同様の作用効果が得られる。

次に、前記制御１〜２“に代わる制御３について説明する。この制御３では、吸気弁４２の閉弁時期の進角量が所定値ｉｖｔ１以下の場合（Ｔ≦Ｔ２）に、噴き分け率αが、吸気弁４２の閉弁時期の進角量の増大に応じて少なくなるように設定されている。つまり噴き分け率αは吸気弁４２の閉弁時期の進角量と協調される。

これを具体的に図１２のフローチャートに基づいて説明する。なお図示されるルーチンもＥＣＵ１００が各噴射サイクル毎に実行する。

ステップＳ５０１，Ｓ５０２，Ｓ５０４は図５のステップＳ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０４と同様である。そしてＥＣＵ１００は、吸気ＶＶＴ位置ｉｖｔが所定値ｉｖｔ１以下の場合、噴き分け率αを、その吸気ＶＶＴ位置ｉｖｔに応じた噴き分け率α３に設定する（ステップＳ２０３）。

このステップＳ２０３において、噴き分け率α３は図１３に示す所定のマップから求められる。示されるように、噴き分け率α３は、０≦ｉｖｔ≦ｉｖｔ２の範囲では１とされ（ただしｉｖｔ２＜ｉｖｔ１）、ｉｖｔ２＜ｉｖｔ≦ｉｖｔ３の範囲では１から徐々に減少され、ｉｖｔ３＜ｉｖｔの範囲では一定値α３１とされる。α３１＝α０＝０．５である。

図４（ｇ）にこの制御３を採用した場合の噴き分け率の変化の一例が示される。噴き分け率αは、始動開始時から、吸気ＶＶＴ位置ｉｖｔがｉｖｔ２に達する時までα３＝１であるが、その時を超えると１から徐々に減少されていく。図示例では、吸気ＶＶＴ位置ｉｖｔがｉｖｔ３に達する前にｉｖｔ１を超え、これと同時に噴き分け率αがα０に変更される。このように、吸気ＶＶＴ位置が所定位置ｉｖｔ１に達する前に噴き分け率α３の減少が確実に開始されるよう、ｉｖｔ２の値が比較的小さめに設定される。一方、ｉｖｔ３の値は、所定位置ｉｖｔ１との大小関係に応じて、図示例のように使用しないようにしてもよく、また使用するようにしてもよい。この制御３によっても前記同様の作用効果が得られる。特に、吸気ＶＶＴ４１の進角量が大きいほど吸気弁４２の閉弁時期が進角され、圧縮端温度が上がるので、この圧縮端温度の上昇度に応じて筒内噴射の噴射比率を高め、両噴射の噴射比率を最適化することができる。

なお、ここでは噴き分け率αを吸気弁４２の閉弁時期の進角量と協調させたが、噴き分け率αを排気弁４６の閉弁時期の遅角量と協調させるようにしてもよい。その遅角量が大きいほど、噴き分け率αは小さくされるのが好ましい。遅角量が大きいほど内部ＥＧＲ量が増加し噴霧微粒化が図られるので、筒内噴射の噴射比率を高めることができるからである。

次に、制御４について説明する。この制御４では、点火時期Ｔｉｇが噴き分け率αと協調され、点火時期Ｔｉｇは、噴き分け率αの減少につれ遅角されるように設定される。
これを具体的に説明すると、点火時期Ｔｉｇは図１４に示す所定のマップから求められる。点火時期Ｔｉｇは、０≦α≦α４の範囲では、所定の基準点火時期（Ｔｉｇ＝０）から大きく遅角されたＴｉｇ２とされ、α４＜α≦α５の範囲ではＴｉｇ２から徐々に進角され、α５＜α≦１の範囲では、基準点火時期から少なく遅角されたＴｉｇ１とされる。ここで、α４＝α０＝０．５である。

この制御４は前記制御１〜２“のいずれとも組み合わせることができる。図４（ｈ）には、制御１と組み合わせた場合の点火時期Ｔｉｇの変化が示される。点火時期Ｔｉｇは、噴き分け率がα１＝１である間は、少ない遅角値であるＴｉｇ１とされ、その後噴き分け率がα０＝０．５になると、これに応じて大きい遅角値であるＴｉｇ２に変更される。

また、図４（ｉ）には、制御２と組み合わせた場合の点火時期Ｔｉｇの変化が示される。点火時期Ｔｉｇは、噴き分け率がα２＝１である間はＴｉｇ１とされ、その後噴き分け率α２が減少を開始しても、α２がα５に達するまではＴｉｇ１とされる。その減少過程で噴き分け率α２がα５を下回ると、これに応じて点火時期Ｔｉｇが徐々に遅角されていき、噴き分け率がα０になると点火時期Ｔｉｇがその値に対応したＴｉｇ２となる。

この制御４によれば、筒内噴射の噴射比率が大きいほど点火時期を遅角し、後燃えをより積極的に実行することができる。前述したように、吸気通路噴射より筒内噴射の方が後燃えに適しているので、このように点火時期を遅角することにより後燃えに好ましい点火時期を得られ、触媒暖機性を向上することができる。特に、噴き分け率αが１又は０以外の場合、即ち吸気通路噴射と筒内噴射との併用時にも、通常の筒内噴射と同等の点火遅角値としており、触媒の暖機促進に有利である。そして図４（ｉ）に示した如く、筒内噴射の噴射比率増大が早期に開始（ｔ２の時点）すれば、これに応じて点火時期遅角も早期に開始されるので、より早く触媒を暖機することができる。

このように、本実施形態においては、吸気通路噴射の噴射比率（α）の減少に応じて点火時期（Ｔｉｇ）が遅角するように点火時期を設定する点火時期設定手段が備えられている。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、他にも様々な実施形態を採り得る。

本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置を示すシステム平面図である。 圧縮行程筒内噴射の様子を示す断面図である。 吸気ＶＶＴの作動を説明するための図である。 エンジン始動時の各値の変化を示すタイムチャートである。 制御１のフローチャートである。 制御２のフローチャートである。 噴き分け率α２の算出マップである。 制御２‘のフローチャートである。 噴き分け率α２‘の算出マップである。 制御２“のフローチャートである。 噴き分け率α２“の算出マップである。 制御３のフローチャートである。 噴き分け率α３の算出マップである。 点火時期Ｔｉｇの算出マップである。 吸気ＶＶＴ及び排気ＶＶＴの制御のためのフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
６ 吸気通路噴射用インジェクタ
９ 触媒
１１ 筒内噴射用インジェクタ
１４ 吸気側可変バルブタイミング機構（吸気ＶＶＴ）
１５ 排気側可変バルブタイミング機構（排気ＶＶＴ）
２９ 水温センサ
４２ 吸気弁
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
ＣＴ カウンタ値
Ｔ 始動開始からの時間
Ｔ０ カウンタ値が第１所定値を超えた時の時間
Ｔ１ カウンタ値が第２所定値を超えた時の時間
ｉｖｔ 吸気ＶＶＴ位置
ｅｖｔ 排気ＶＶＴ位置

Claims (2)

1. 吸気側可変バルブタイミング機構と排気側可変バルブタイミング機構とを備えたエンジンの制御装置において、
   エンジンの始動開始から所定時間経過後に前記排気側可変バルブタイミング機構を遅角側に作動させ、その後、前記吸気側可変バルブタイミング機構を進角側に作動させるバルブタイミング機構制御手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記バルブタイミング機構制御手段が、バルブオーバーラップを形成するように前記排気側可変バルブタイミング機構を遅角側に作動させることを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
   

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