JP6992730B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

少なくとも吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを可変とする可変動弁装置を備える内燃機関に適用される制御装置に関する。
特許文献１には、内燃機関の始動時における排気中のＨＣ（炭化水素）の排出量を低減することを目的に、吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを制御する制御装置が開示されている。特許文献１で開示された制御装置では、内燃機関の回転速度に基づいて、内燃機関の始動を検出した場合に、吸気弁と排気弁との開閉タイミングを制御している。
特許第３７７１１０１号公報
内燃機関の始動時において、筒内に未気化状態の燃料が多くなるほど、排気中のＨＣやＰＮ（Particulate Number）が増加する。特許文献１では、筒内の燃料の状態を考慮することなく、内燃機関に対して開閉タイミングの制御が実施されるため、燃料の状態によっては、排出中のＨＣやＰＮを十分に低減できないことが懸念される。
本発明は上記課題に鑑みたものであり、筒内の燃料状態に合わせて、排気中のＨＣやＰＮの低減効果を高めることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明では、筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、吸気弁及び排気弁のうち少なくとも吸気弁の開閉タイミングを可変とする可変動弁装置と、を備える内燃機関に適用される制御装置に関するものである。制御装置は、前記内燃機関の吸入空気量に基づいて燃料噴射量を制御するとともに、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記可変動弁装置により前記吸気弁の開閉タイミングを制御する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の始動時において、筒内が燃料ウエットの懸念の大きいウエット懸念状態であるか、筒内が燃料の浮遊液滴の多い浮遊液滴状態であるかを判定する判定部と、前記判定部により前記ウエット懸念状態であると判定された場合に、前記可変動弁装置による前記開閉タイミングの制御として、前記吸入空気量を低減させる第１制御を実施する第１制御部と、前記判定部により前記浮遊液滴状態であると判定された場合に、前記可変動弁装置による前記開閉タイミングの制御として、筒内温度を上昇させる第２制御を実施する第２制御部と、を備える。
筒内において燃料が十分に気化されていない状態として、燃料ウエットの懸念の大きいウエット懸念状態と、燃料の浮遊液滴の多い浮遊液滴状態とがあり、いずれも、ＨＣやＰＮの排出量を増加させる要因となる。ここで、燃料ウエット懸念状態は、燃料噴射量が適正値よりも多いことが原因で生じ、浮遊液滴状態は、気筒の温度が低いことが原因で生じる。上記構成では、内燃機関の始動時において、筒内が燃料ウエットの懸念の大きいウエット懸念状態であるか、筒内が燃料の浮遊液滴の多い浮遊液滴状態であるかが判定される。そして、ウエット懸念状態であると判定された場合に、可変動弁装置による開閉タイミングの制御として吸入空気量を低減させる第１制御が実施される。これにより、燃料噴射量が低減するため、筒内のウエット状態が改善し、排気中のＨＣ及びＰＮを低減することができる。一方で、浮遊液滴状態であると判定された場合に、可変動弁装置による開閉タイミングの制御として筒内温度を上昇させる第２制御が実施される。以上により、筒内の燃料が気化し易くなることで燃料の浮遊液滴が減少し、排気中のＨＣやＰＮを低減することができる。そのため、筒内の液体の状態に応じて、ＨＣやＰＮを低減するための適正な開閉タイミングの制御を実施することができるため、排気中のＨＣやＰＮの低減効果を高めることができる。
エンジンシステムの構成図。 気筒内の未気化状態の燃料の状態を示す図。 未気化状態の燃料の発生量の算出を説明する図。 第１制御及び第２制御を説明する図。 エンジンの始動制御の手順を示すフローチャート。 エンジンの始動時における運転状態の推移を説明するタイミングチャート。 変形例に係る第２制御を説明する図。 第２実施形態に係るエンジンの運転状態の推移を示すタイミングチャート。 エンジンの始動制御の手順を示すフローチャート。 エンジン回転速度の変化を説明するタイミングチャート。 第３実施形態に係るエンジンの始動制御の手順を示すフローチャート。
（第１実施形態）
以下、本発明に係る内燃機関を具体化した一実施形態としてのエンジン制御システムを図面を用いて説明する。エンジン制御システムは、内燃機関としての車両に搭載されるエンジンを備え、このエンジンの運転を制御する。
図１に示すエンジン１０は、筒内噴射式の４サイクルガソリンエンジンである。具体的には、エンジン１０は、４気筒エンジンであり、シリンダブロック１１Ａには、４つの気筒２１が設けられている。なお、図１では、１つの気筒２１のみを図示し、他の気筒については図示を省略している。気筒２１には、ピストン３５が往復運動可能に配置されている。ピストン３５が往復運動することにより、シリンダブロック１１Ａ内に設けられたクランク軸２８（出力軸）が回転する。本実施形態では、気筒２１の内壁とピストン３５の上面（頂部）とにより区画形成される空間を筒内と称す。
エンジン１０は、吸気ポートと連通し、筒内に吸気される吸入空気が流れる吸気通路１２と、排気ポートと連通し、気筒２１から排気される排気が流れる排気通路２３とを備えている。
吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ図示しないカム軸の回転に応じて開閉動作する吸気弁３１及び排気弁３２が設けられている。吸気弁３１及び排気弁３２それぞれには、吸気弁３１及び排気弁３２の開閉タイミングを可変とする可変動弁装置３３，３４が設けられている。可変動弁装置３３，３４は、クランク軸２８と吸排気の各カム軸との相対回転位相を調整するものであり、所定の基準位置に対して進角側及び遅角側への位相調整が可能となっている。可変動弁装置３３，３４としては、油圧駆動式又は電動式の可変動弁装置が用いられればよい。
エンジン１０には気筒２１ごとに燃料噴射弁としてのインジェクタ３０が設けられており、筒内にはインジェクタ３０から燃料が直接噴射される。不図示の燃料容器からインジェクタ３０へ燃料が流れる流路には、インジェクタ３０に供給される燃料の圧力（以下、燃圧と称す）を検知する燃圧センサ３７が設けられている。
エンジン１０のシリンダヘッドには点火プラグ２２が取り付けられており、点火プラグ２２には、図示しない点火コイル等を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、点火プラグ２２の対向電極間に火花放電が発生し、筒内の燃料に着火する。
エンジン１０には、エンジン１０の運転時に所定クランク角ごとにクランク角信号を出力するクランク角度センサ２９が設けられている。クランク角度センサ２９からのクランク角信号により、クランク軸２８の回転速度をエンジン回転速度Ｎｅとして検出できる。シリンダブロック１１Ａには、冷却水の水温を検出する水温センサ３８が設けられている。
吸気通路１２には筒内に吸気される空気量を吸入空気量Ｇａとして検出するエアフロメータ１３が設けられている。吸気通路１２において、エアフロメータ１３よりも下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５によって開度調節されるスロットル弁１６が設けられている。吸気通路１２において、スロットル弁１６よりも下流側にはサージタンク１８が設けられている。
排気通路２３には、触媒コンバータ２５，２６が設けられている。触媒コンバータ２５，２６は、排気浄化触媒を備える三元触媒や、排気中のＰＮを除去するガソリン・パティキュレートフィルタや、ＧＰＦに触媒を担持した４ｗａｙ－ＧＰＦ等により構成されている。
排気通路２３において、触媒コンバータ２５，２６よりも上流側には、排気の空燃比を検知するＡ／Ｆセンサ２４が設けられている。
エンジン制御システムは、制御装置としてのＥＣＵ４０を備えている。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを備えている。マイクロコンピュータがＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することにより、エンジン運転状態に応じて、インジェクタ３０の燃料噴射量Ｑの制御や、吸気弁３１及び排気弁３２の開閉タイミングの制御、更には点火プラグ２２の点火時期の制御が実施される。
ＥＣＵ４０は、エアフロメータ１３により検出された吸入空気量Ｇａや、エンジン回転速度Ｎｅに応じて燃料噴射量Ｑを算出し、その燃料噴射量Ｑに基づいて、インジェクタ３０による燃料噴射を実施させる。
ＥＣＵ４０は、エンジン１０の始動制御として、再始動条件の成立に伴うＩＳＳ再始動制御を実施する。ＩＳＳ再始動制御は、所定の自動停止条件の成立によりエンジン１０を自動停止させ、その自動停止状態下において所定の再始動条件の成立により始動装置としてのスタータ５０によりエンジン１０を再始動させるものである。ＥＣＵ４０は、再始動制御部に相当する。
ここで、エンジン１０の筒内に未気化状態の燃料量が多い場合、排気中のＨＣやＰＭが多くなり易い。特に、エンジン１０の始動時は、触媒コンバータ２５，２６が備える触媒が活性化しておらず、排気が触媒コンバータ２５，２６を通過しても、ＨＣやＰＭが十分に浄化されることなく大気中に放出されることが懸念される。
図２は、気筒２１内の未気化燃料の状態を説明する図である。図２（ａ）は、気筒２１内において燃料ウエットが生じた状態を示している。燃料ウエットとは、筒内に、内部壁面やピストン３５の上部に液膜状に付着した燃料が多い状態である。また、図２（ｂ）では、筒内に浮遊液滴状である燃料量が多い浮遊液滴状態を示している。浮遊液滴状の燃料は、筒内において、混合気中に液滴として浮遊する燃料である。いずれの状態においても、筒内での混合気の燃焼が悪化するため、排気中のＨＣやＰＭを増大させる要因となる。
本実施形態では、筒内において、燃料ウエットの燃料量と、浮遊液滴状の燃料量とが共に少ない状態を、ウエット懸念状態及び浮遊液滴状態を加味してなくともよい正常状態と定めている。なお、燃料ウエットの燃料量が多く、かつ浮遊液滴状の燃料量が多い場合は、ウエット懸念状態と定めている。
ＥＣＵ４０は、エンジン１０の始動時において、筒内がウエット懸念状態であるか、又は筒内が浮遊液滴状態であるかを判定する。ＥＣＵ４０は、筒内における未気化状態の燃料の発生量を示す指標値である未気化燃料量ＷＥを算出し、この未気化燃料量ＷＥに基づいて、筒内がウエット懸念状態であるか、又は浮遊液滴状態であるかを判定する。具体的には、水温センサ３８により検出された冷却水の温度を示す冷却水温Ｔｗ、燃料噴射量Ｑ、及び燃圧センサ３７により検出された燃圧Ｐｆの少なくともいずれかを用いて未気化燃料量ＷＥを算出する。ＥＣＵ４０は、ウエット量算出部に相当する。
図３（ａ）は、冷却水温Ｔｗを用いた未気化燃料量ＷＥの算出を説明する図であり、横軸を冷却水温Ｔｗとし、縦軸を未気化燃料量ＷＥとしている。冷却水温Ｔｗが低くなるほど、筒内において燃料が気化しにくくなる。そのため、冷却水温Ｔｗが低いほど、未気化燃料量ＷＥを大きな値に定めている。本実施形態では、未気化燃料量ＷＥが第１温度判定値ＴＨａよりも大きい場合、筒内がウエット懸念状態であると判定する。未気化燃料量ＷＥが第１温度判定値ＴＨａ以下であり、かつ第２温度判定値ＴＨｂよりも大きい場合、筒内が浮遊液滴状態であると判定する。なお、第２温度判定値ＴＨｂは、第１温度判定値ＴＨａよりも小さい値である。未気化燃料量ＷＥが第２温度判定値ＴＨｂ以下である場合、筒内が正常状態であると判定する。
図３（ｂ）は、燃料噴射量Ｑを用いた未気化燃料量ＷＥの算出を説明する図であり、横軸を燃料噴射量Ｑとし、縦軸を未気化燃料量ＷＥとしている。燃料噴射量Ｑが多くなるほど、筒内においてウエット状の燃料量が多くなり易い。そのため、燃料噴射量Ｑが大きな値であるほど、未気化燃料量ＷＥを大きな値に定めている。本実施形態では、未気化燃料量ＷＥが第１噴射量判定値ＴＨｃよりも大きい場合、筒内がウエット懸念状態であると判定する。未気化燃料量ＷＥが第１噴射量判定値ＴＨｃ以下であり、かつ第２噴射量判定値ＴＨｄよりも大きい場合、筒内が浮遊液滴状態であると判定する。なお、第２噴射量判定値ＴＨｄは、第１噴射量判定値ＴＨｃよりも小さな値である。未気化燃料量ＷＥが第２噴射量判定値ＴＨｄ以下である場合、筒内が正常状態であると判定する。
図３（ｃ）は、燃圧Ｐｆを用いた未気化燃料量ＷＥの算出を説明する図であり、横軸を燃圧Ｐｆとし、縦軸を未気化燃料量ＷＥとしている。燃圧Ｐｆが低くなるほど、燃料の気化が生じにくくなる。そのため、燃圧Ｐｆが低いほど、未気化燃料量ＷＥを大きな値に定めている。本実施形態では、未気化燃料量ＷＥが第１燃圧判定値ＴＨｅよりも大きい場合に、筒内がウエット懸念状態であると判定する。未気化燃料量ＷＥが第１燃圧判定値ＴＨｅ以下であり、かつ第２燃圧判定値ＴＨｆよりも大きい場合、筒内は浮遊液滴状態であると判定する。なお、第２燃圧判定値ＴＨｆは、第１燃圧判定値ＴＨｅよりも小さな値である。未気化燃料量ＷＥが第２燃圧判定値ＴＨｆ以下である場合、筒内は正常状態であると判定する。ＥＣＵ４０は判定部に相当する。
なお、図３（ａ）～図３（ｃ）に示す未気化燃料量ＷＥを個別に用いて、筒内の状態を判定することに換えて、各未気化燃料量ＷＥの和を用いて筒内の状態を判定するものであってもよい。この場合、冷却水温Ｔｗ、燃料噴射量Ｑ、及び燃圧Ｐｆにより算出した各未気化燃料量ＷＥに重みを付与するものであってもよい。また、未気化燃料量ＷＥを算出するパラメータとして、インジェクタ３０の噴射タイミングや、エンジン回転速度Ｎｅを用いるものであってもよい。インジェクタ３０の噴射タイミングが、ＢＤＣから遠いほど、筒内においてインジェクタ３０の噴射口からピストン３５までの距離が近くなるため、ピストン３５の上面に付着する燃料が多くなり、未気化燃料量ＷＥが大きくなる。エンジン回転速度Ｎｅが高いほど、筒内に噴射された燃料が蒸発するまでの猶予時間が短くなるため、未気化燃料量ＷＥが大きくなる。
次に、図４を用いて、筒内をウエット懸念状態又は浮遊液滴状態と判定した場合の、吸排気弁３１，３２の開閉タイミングの制御を説明する。図４は、吸気弁３１の開弁量ＩＮ及び排気弁３２の開弁量ＥＸの推移を示しており、縦軸は開弁量を示し、横軸は時間の推移を示している。
筒内が、ウエット懸念状態及び浮遊液滴状態を加味してなくともよい通常状態である場合、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、吸気弁３１の開き時期Ａ１を上死点（以下、ＴＤＣと称す）よりも進角側に設定し、閉じ時期Ａ２を下死点（以下、ＢＤＣと称する）よりも遅角側に設定する。また、通常状態である場合、本実施形態では、排気弁３２の開き時期Ｂ１をＢＤＣよりも遅角側に設定し、閉じ時期Ｂ２をＴＤＣよりも進角側に設定している。以下、通常状態で実施される吸気弁３１及び排気弁３２の開閉タイミングの制御を通常制御と称す。
ウエット懸念状態は未気化燃料量ＷＥが高い状態であるため、燃料噴射量Ｑを低減させることがウエット懸念状態の改善に効果がある。そこで、ＥＣＵ４０は、筒内がウエット懸念状態であると判定した場合に、可変動弁装置３３，３４による吸気弁３１又は排気弁３２の開閉タイミングの制御として、吸入空気量Ｇａを低減させる第１制御を実施する。ＥＣＵ４０は、第１制御部に相当する。
本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、第１制御として、可変動弁装置３３に、吸気弁３１の閉じ時期Ａ２を通常制御での閉じ時期Ａ２よりもＢＤＣから遠ざけるように遅角させる遅閉じ制御を実施する。これにより、吸気行程において筒内に充填する吸入空気量Ｇａが第１制御を実施しない場合よりも低下し、吸入空気量Ｇａを用いて算出される燃料噴射量Ｑが低下する。なお、第１制御として、可変動弁装置３３に吸気弁３１の閉じ時期Ａ２を通常制御での閉じ時期Ａ２よりもＢＤＣから遠ざけるように進角させる早閉じ制御を実施するものであってもよい。
混合気内に含まれる浮遊液滴は、筒内温度が高くなるほど気化が促進されるため、筒内温度を高くすることが浮遊液滴状態の改善に効果がある。そのため、ＥＣＵ４０は、可変動弁装置３３，３４による吸排気弁３１，３２の開閉タイミングの制御として、筒内温度を上昇させる第２制御を実施する。ＥＣＵ４０は、第２制御部に相当する。
図４（ｃ）に示すように、ＥＣＵ４０は、第２制御として、可変動弁装置３３に吸気弁３１の閉じ時期Ａ２を通常制御での閉じ時期Ａ２よりもＢＤＣに近づけるように吸気弁３１の開閉タイミングを変更させる。本実施形態では、吸気弁３１の閉じ時期Ａ２が、通常制御での閉じ時期Ａ２よりもＢＤＣに近づけるように進角されている。これにより、エンジン１０の圧縮行程において実圧縮比が増加することにより、筒内温度が上昇し、浮遊液滴を気化させ易くすることができる。
次に、図５を用いて、エンジン１０に対する始動制御の手順を説明する。図５に示す処理は、ＥＣＵ４０により所定周期で繰り返し実施される。
ステップＳ１１では、エンジン１０の始動開始から所定期間が経過するまでの始動期間であるか否かを判定する。具体的には、エンジン１０のＩＧオンに伴いスタータ５０によりクランキングが開始されてから、触媒コンバータ２５，２６の暖機が終了するまでの期間であるか否かを判定する。例えば、触媒コンバータ２５，２６の暖機が終了したか否かの判定は、エンジン１０の始動開始から予め定められた時間を経過したか否かを判定すればよい。
ステップＳ１２では、図３（ａ）～（ｃ）で示したように、未気化燃料量ＷＥを算出する。ステップＳ１３では、ステップＳ１３で算出した未気化燃料量ＷＥを用いて、筒内がウエット懸念状態であるか否かを判定する。
筒内がウエット懸念状態であると判定すると、ステップＳ１４に進み、第１制御を実施する。第１制御により、可変動弁装置３３，３４により吸気弁３１の閉じ時期Ａ２が通常制御での閉じ時期Ａ２よりもＢＤＣから遅角され、吸入空気量Ｇａが低下する。これにより、燃料噴射量Ｑが減少し、筒内の燃料ウエットが低減される。
ステップＳ１３において、筒内がウエット懸念状態でないと判定すると、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、ステップＳ１２で算出した未気化燃料量ＷＥを用いて、筒内が浮遊液滴状態であるか否かを判定する。ステップＳ１５において、筒内が浮遊液滴状態であると判定すると、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、第２制御を実施する。第２制御により、吸気弁３１の閉じ時期Ａ２が通常制御による閉じ時期Ａ２よりもＢＤＣに近づけられ、エンジン１０の圧縮行程での実圧縮比が増加する。これにより、筒内温度Ｔｃが上昇し、筒内の浮遊液滴の量が低下する。本実施形態では、エンジン１０の始動開始から、スタータ５０によるクランキングが終了するまでの期間に、最初のウエット懸念状態又は浮遊液滴状態の判定、及び判定結果に応じた第１，第２制御の実施までを実施している。これにより、エンジン１０の初爆が生じるまでに第１，第２制御を開始することができるため、ウエット懸念状態又は浮遊液滴状態の改善効果を高めることができる。
ステップＳ１５において、筒内が浮遊液滴状態でないと判定すると、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７に進む場合、筒内は通常状態であるため、吸気弁３１の開閉タイミングを固定する通常制御を実施する。そして、図５の処理を一旦終了する。
次に、図６を用いて、エンジン１０の始動開始時における運転状態の推移を説明する。
時刻ｔ１で、運転者によるＩＧオン操作に伴い、ＥＣＵ４０に始動要求命令が入力すると、時刻ｔ１－ｔ２の期間では、スタータ５０のクランキングによりクランク軸２８に初期回転が付与される。エンジン回転数Ｎｅ（クランキング回転数）に応じて、吸気通路１２内の空気の流れにより、吸入空気量Ｇａが増加する。
図６では、時刻ｔ１－ｔ２の期間において、筒内がウエット懸念状態であると判定されている。そのため、第１制御により、吸気弁３１の閉じ時期Ａ２が通常制御での閉じ時期Ａ２よりもＢＤＣから遅角されている。時刻ｔ２では、エンジン１０の初爆が起こり、エンジン回転速度Ｎｅが上昇する。
エンジン１０の初爆後は、エンジン回転数Ｎｅがクランキング回転数よりも上昇し、吸入空気量Ｇａが上昇する。このとき、吸気弁３１の閉じ時期Ａ２がＢＤＣよりも遅角されているため、吸入空気量Ｇａの増加が抑制される。図６（ｃ）において、破線で示す吸入空気量Ｇａは、通常制御による吸気弁３１の閉じ時期Ａ２での吸入空気量Ｇａを示している。吸入空気量Ｇａの増加が抑制されることにより、ＥＣＵ４０が算出する燃料噴射量Ｑが、通常制御での燃料噴射量Ｑよりも少なくなる。そのため、排気中のＨＣ，ＰＮの量が通常制御を実施する場合よりも減少する。なお、図６（ｅ）において、破線で示すＨＣ及びＰＮの排出量は、通常制御でのＨＣ及びＰＮの排出量を示している。
その後、吸入空気量Ｇａがスロットル弁１６の調整量になることにより、燃料噴射量Ｑが少なくなり、未気化燃料量ＷＥが減少する。本実施形態では、時刻ｔ３以後では、筒内が浮遊液滴状態と判定されている。そのため、吸気弁３１の閉じ時期が通常制御での閉じ時期Ａ２よりもＢＤＣに近づけられる第２制御が実施される。これにより、エンジン１０の圧縮行程において実圧縮比が増加し、筒内温度Ｔｃが上昇する。その結果、排気中のＨＣ，ＰＮの量が、通常制御を実施する場合よりも減少する。なお、実圧縮比の増加により、吸入空気量Ｇａが増加することが考えられるが、スロットル弁１６の開度の減補正により吸入空気量Ｇａの増加は抑制される。なお、図６（ｃ）では、説明の都合上、時刻ｔ３以降の通常制御における吸入空気量Ｇａと、第２制御における吸入空気量Ｇａをずらした状態で図示している。
その後、筒内温度Ｔｃが上昇することにより筒内の浮遊液滴の量が減少する。そして、時刻ｔ４において、触媒コンバータ２５，２６の暖機が完了することにより、エンジン１０に対する始動制御が終了する。
以上説明した本実施形態では以下の効果を奏することができる。
・ＥＣＵ４０は、エンジン１０の始動時において、筒内が燃料ウエットの懸念の大きいウエット懸念状態であるか、又は筒内が燃料の浮遊液滴の多い浮遊液滴状態であるかを判定する。そして、ウエット懸念状態であると判定した場合に、可変動弁装置３３，３４による開閉タイミングの制御として吸入空気量Ｇａを低減させる第１制御を実施する。これにより、燃料噴射量Ｑが低減するため、筒内のウエット状の燃料が減少し、排気中のＨＣ及びＰＮを低減することができる。また、浮遊液滴状態であると判定した場合に、可変動弁装置３３，３４による開閉タイミングの制御として筒内温度Ｔｃを上昇させる第２制御を実施する。これにより、筒内の燃料が気化し易くなることにより浮遊液滴状の燃料が減少し、排気中のＨＣやＰＮを低減することができる。以上により、筒内の燃料の状態に応じて、ＨＣやＰＮを低減するための適正な処理を実施することができるため、排気中のＨＣやＰＮの低減効果を高めることができる。
・ＥＣＵ４０は、エンジン１０の温度、燃料噴射量Ｑ、及び燃圧Ｐｆの少なくともいずれかに基づいて、筒内の未気化燃料量ＷＥを算出する。そして、算出した未気化燃料量ＷＥに基づいて、ウエット懸念状態と、浮遊液滴状態とを判定する。これにより、エンジン１０の運転状態に応じて、ウエット懸念状態と浮遊液滴状態とを容易に判定することができる。
（第１実施形態の変形例）
・ＥＣＵ４０は、第２制御として、吸気弁３１及び排気弁３２が共に開放されるバルブオーバーラップ期間を増加させる制御を実施してもよい。
図７は、通常制御での吸排気弁３１，３２の開弁量の推移を破線で示し、第２制御により開閉タイミングが変更された後の開弁量の推移を実線で示している。図７（ａ）では、ＥＣＵ４０は、第２制御として、吸気弁３１の開き時期Ａ１を通常制御での開き時期Ａ１よりもＴＤＣから進角させることにより、吸気弁３１と排気弁３２とが共に開放されるバルブオーバーラップ期間ＯＲ１を増加させている。このバルブオーバーラップ期間ＯＲ１において、筒内から排気通路２３に流出した排気が、排気ポートから再び筒内に流入する内部ＥＧＲが生じる。これにより、筒内温度Ｔｃが上昇し、筒内の浮遊液滴を気化させ易くする。
図７（ｂ）では、ＥＣＵ４０は、第２制御として、排気弁３２の閉じ時期Ｂ２を通常制御での閉じ時期Ｂ２よりもＴＤＣから遅角させることにより、吸気弁３１と排気弁３２とが共に開放されるバルブオーバーラップ期間ＯＲ２を増加させている。このバルブオーバーラップ期間ＯＲ２において、筒内から排気通路２３に出た排気が再び筒内に戻る内部ＥＧＲが生じる。これにより、筒内温度Ｔｃが上昇し、筒内の浮遊液滴を気化させ易くする。
以上説明した本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
・ＥＣＵ４０は、エンジン１０の停止後であって、始動までの期間において、筒内がウエット懸念状態であるか、又は筒内が浮遊液滴状態であるかを判定してもよい。この場合、例えば、ＥＣＵ４０は、ＩＳＳ再始動制御による自動停止後において、冷却水温Ｔｗ又は燃圧Ｐｆを用いて未気化燃料量ＷＥを算出し、かつ算出した未気化燃料量ＷＥを用いて筒内がウエット懸念状態であるか、又は浮遊液滴状態であるかを判定する。そして、ＩＳＳ再始動時において、すでに判定している筒内の状態に応じて、第１，第２制御を実施すればよい。本実施形態では、第１，第２制御をエンジン１０の始動開始とともに行うことができるため、ウエット懸念状態又は浮遊液滴状態の改善効果を高めることができる。
（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態と異なる構成を主に説明する。なお、第１実施形態と同一の符号を付した構成は同一の構成を示し、その説明は繰り返さない。
エンジン１０の始動開始時からしばらくの間は、吸気通路１２の圧力が大気圧相当であるため、吸入空気量Ｇａが多くなり、その後、吸入空気量Ｇａがスロットル弁１６の調整量になると、吸入空気量Ｇａが減少する。図８では、エンジン１０のクランキング期間Ｐ０では、吸気通路１２の圧力が大気圧Ｐａとなっており、ｔ１１で初爆が発生した後、吸気通路１２の圧力が大気圧から減少している。そこで、本実施形態では、ＥＣＵ４０は、吸入空気量Ｇａが多くなる始動開始時を含む第１期間Ｐ１である場合に、ウエット懸念状態であると判定し、この第１期間Ｐ１に続く第２期間Ｐ２である場合に浮遊液滴状態であると判定する。
次に、図９を用いて、本実施形態に係るエンジン１０に対する始動制御の手順を説明する。図９に示す処理は、ＥＣＵ４０により所定周期で繰り返し実施される。
ステップＳ１１において、エンジン１０の始動期間であることを判定すると、ステップＳ２０に進み、第１期間Ｐ１であるか否かを判定する。第１制御は、エンジン１０の吸入空気量Ｇａを低下させるため、エンジン１０の始動期間において、エンジン回転速度Ｎｅにおけるクランキング回転速度からの上昇に悪影響を与える。そのため、第１制御の実施は、できるだけ短い期間に限定することが望ましい。そこで、スタータ５０によりエンジン１０に初期回転が付与された後、エンジン１０に初爆が生じてから１燃焼サイクルの期間を、第１制御を実施する第１期間Ｐ１として定めている。クランキング終了後の最初の１燃焼サイクルの期間は、初爆から７２０°ＣＡの期間であり、この期間において各気筒で１回ずつの燃焼が行われる。本実施形態では、クランキング終了後の最初の１燃焼サイクルの期間が第１期間Ｐ１に相当する。
ステップＳ１１において、第１期間Ｐ１であると判定すると、ステップＳ１４に進み、吸気弁３１の開閉タイミングを制御する第１制御を実施する。そのため、本実施形態では、エンジン１０の始動当初において、第１制御が必ず実施される。
ステップＳ２０において、第１期間Ｐ１でないと判定すると、ステップＳ２１に進み、第２期間Ｐ２として初爆後の２番目の燃焼サイクルの期間であるか否かを判定する。ステップＳ２１を肯定判定すると、ステップＳ１６に進み第２制御を実施する。
また、ステップＳ２１において、クランキング終了後の２番目の燃焼サイクルの期間でないと判定すると、ステップＳ１７に進み、吸気弁３１及び排気弁３２の開閉タイミングを変化させない通常制御を実施する。そして、図９の処理を一旦終了する。
以上説明した本実施形態では、以下の効果を奏することができる。
・ＥＣＵ４０は、エンジン１０の始動開始時を含む第１期間Ｐ１である場合に、ウエット懸念状態であると判定し、第１期間Ｐ１に続く第２期間である場合に、浮遊液滴状態であると判定する。これにより、第１制御と第２制御とを順番に実施するため、筒内のウエット状態の改善効果を高めることができる。
・ＥＣＵ４０は、スタータ５０によりエンジン１０に初期回転が付与された後、エンジン１０に初爆が生じてから最初の１燃焼サイクルの期間を第１期間Ｐ１として、ウエット懸念状態を判定する。また、エンジン１０に初爆が生じてから１燃焼サイクルの期間に続く期間を第２期間Ｐ２として、浮遊液滴状態を判定する。これにより、第１制御を実施する期間を、エンジン１０の初爆後の１燃焼サイクルの期間に限定することができるため、エンジン１０の始動時において、エンジン回転速度Ｎｅが所定値まで上昇するのに要する時間を短くし、エンジン１０の始動性を高めることができる。
（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態と異なる構成を主に説明する。なお、第１実施形態と同一の符号を付した構成は同一の構成を示し、その説明は繰り返さない。
ＩＳＳ再始動制御によりエンジン１０を再始動させる場合、始動期間におけるエンジン１０の振動をできるだけ小さくする必要がある。例えば、ＩＳＳ再始動制御による再始動中に、エンジン回転速度Ｎｅが大きく変動すると、この変動を運転者が意識し易くなることが懸念される。図１０では、初爆後のエンジン回転速度Ｎｅの上昇期間内において、時刻ｔ２１で第２制御により実圧縮比を増加させている。そのため、その後に、エンジン回転速度Ｎｅのオーバーシュートが生じている。
一方で、ＩＳＳ再始動制御によりエンジン１０が再始動する場合、既に触媒コンバータ２５，２６は暖機により活性化している可能性が高い。そこで、本実施形態では、ＩＳＳ再始動制御によりエンジン１０を再始動する場合は、エンジン回転速度Ｎｅの変動を抑制することを優先し、エンジン回転速度Ｎｅの安定を待った後（図１０では、時刻ｔ２２）に第２制御を実施する。
図１１を用いて、本実施形態に係るエンジン１０に対する始動制御の手順を説明する。図１１に示す処理は、ＥＣＵ４０により所定周期で繰り返し実施される。
ステップＳ１１において、エンジン１０の始動期間であることを判定すると、ステップＳ２０に進み、第１期間Ｐ１であるか否かを判定する。本実施形態においても、クランキング終了後の１燃焼サイクルの期間を第１期間Ｐ１として定めている。第１期間Ｐ１である場合、ステップＳ１４に進み、吸気弁３１の開閉タイミングを制御する第１制御を実施する。
ステップＳ２０において、第１期間Ｐ１でない場合、ステップＳ３１に進み、ＩＳＳ再始動制御によりエンジン１０を再始動させているか否かを判定する。ＩＳＳ再始動制御によりエンジン１０を始動させていない場合は、ステップＳ１６に進み、第２制御を実施する。この場合、初爆が生じてから１燃焼サイクルの期間に続く期間を第２期間Ｐ２として定めている。
ステップＳ３１を肯定判定すると、ステップＳ３２に進み、エンジン回転速度Ｎｅが安定しているか否かを判定する。本実施形態では、前回の演算周期で取得したエンジン回転速度Ｎｅ（ｎ－１）と、今回の演算周期で取得したエンジン回転速度Ｎｅ（ｎ）との差を、回転速度差ΔVとして演算する。そして、演算した回転速度差ΔVが所定の速度差判定値以下である場合に、エンジン回転速度Ｎｅが安定していると判定する。一方、回転速度差ΔVが速度判定値よりも大きい場合に、エンジン回転速度Ｎｅが安定していないと判定する。
ステップＳ３２を否定判定すると、ステップＳ１４に進み、第１制御を実施する。そのため、第１制御によるエンジン１０の吸入空気量Ｇａの低減を継続する。第１制御によるエンジン１０の吸入空気量Ｇａの低減を継続することにより、エンジン回転速度Ｎｅの上昇を抑制することができるため、エンジン回転速度Ｎｅの安定化を早めることができる。
その後、図１１の処理を実施する毎に、ステップＳ３２において、エンジン回転速度Ｎｅが安定しているか否かが判定される。そして、ステップＳ３２において、エンジン回転速度Ｎｅが安定していると判定すると、ステップＳ１６に進み、第２制御を実施する。そして、図１１の処理を一旦終了する。
以上説明した本実施形態では、以下の効果を奏することができる。
・ＥＣＵ４０は、エンジン１０のクランク軸２８を回転させるスタータ５０によりエンジン１０に初期回転が付与された後、エンジン１０の回転速度が安定状態になるまでの期間を第１期間Ｐ１として、ウエット懸念状態を判定し、エンジン回転速度Ｎｅが安定状態になった後の期間を第２期間Ｐ２として、浮遊液滴状態を判定する。これにより、エンジン１０の始動時におけるエンジン回転速度Ｎｅの過度の変動を抑制しつつ、ＨＣ及びＰＮの排出量を削減することができる。
・ＥＣＵ４０は、ＩＳＳ再始動制御によりエンジン１０を再始動した場合は、エンジン回転速度Ｎｅが安定状態になるまでの期間を第１期間Ｐ１として、ウエット懸念状態を判定し、エンジン回転速度Ｎｅが安定状態になった後の期間を第２期間Ｐ２として、浮遊液滴状態を判定する。また、エンジン１０の始動がＩＳＳ再始動制御による再始動でない場合は、エンジン１０に初爆が生じてから１燃焼サイクルの期間を第１期間Ｐ１として、ウエット懸念状態を判定し、初爆が生じてから１燃焼サイクルの期間に続く期間を第２期間Ｐ２として、浮遊液滴状態を判定する。これにより、再始動制御時のエンジン回転速度Ｎｅの過度の変動に起因して、運転者が違和感を覚えることの抑制と、ＨＣ及びＰＮの排出量の削減とを両立させることができる。
（第３実施形態の変形例）
ＥＣＵ４０は、ＩＳＳ再始動制御の実施の有無に係わらず、エンジン１０を再始動した場合は、エンジン回転速度Ｎｅが安定状態になるまでの期間を第１期間Ｐ１として、ウエット懸念状態を判定し、エンジン回転速度Ｎｅが安定状態になった後の期間を第２期間Ｐ２として、浮遊液滴状態を判定してもよい。この場合において、図１１のステップＳ３１を抹消すればよい。そのため、ステップＳ２０を否定判定する場合は、ステップＳ３２に進み、エンジン回転速度Ｎｅが安定状態であるか否かを判定すればよい。
（その他の実施形態）
・エンジン１０は、吸気弁３１の開閉タイミングのみを制御する可変動弁装置３３のみを備える構成であってもよい。この場合、ＥＣＵ４０は、第２制御として、吸気弁３１の閉じ時期をＢＤＣに近づける制御、又は吸気弁３１の開き時期Ａ１を進角することにより、吸気弁３１及び排気弁３２が共に開放されるバルブオーバーラップ期間ＯＲ１を増加させる制御を実施すればよい。
・ＥＣＵ４０が第１制御と第２制御とを実施する始動期間は、スタータ５０によりクランキングが開始されてから、触媒コンバータ２５，２６の活性の有無に依らず予め定められた期間が経過するまでであってもよい。この場合において、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１１で、スタータ５０によるクランキングが開始されてからの時間の経過により始動期間であるか否かを判定すればよい。
・ＥＣＵ４０は、エンジン１０が冷間始動していることを条件に、筒内がウエット懸念状態であるか、筒内が浮遊液滴状態であるかを判定してもよい。
・エンジン１０は、ポート噴射式の内燃機関であってもよい。
１０…エンジン、３１…吸気弁、３２…排気弁、３３，３４…可変動弁装置、４０…ＥＣＵ、５０…スタータ。

Claims (4)

  1. 筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁（３０）と、吸気弁（３１）及び排気弁（３２）のうち少なくとも吸気弁の開閉タイミングを可変とする可変動弁装置（３３，３４）と、を備える内燃機関（１０）に適用され、
    前記内燃機関の吸入空気量に基づいて燃料噴射量を制御するとともに、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記可変動弁装置により前記吸気弁の開閉タイミングを制御する内燃機関の制御装置（４０）であって、
    前記内燃機関の温度、前記燃料噴射弁の燃料噴射量、及び前記燃料噴射弁に供給される燃料の燃圧の少なくともいずれかに基づいて、前記筒内の未気化状態の燃料の発生量を算出する算出部と、
    前記内燃機関の始動時において、前記算出部により算出された前記筒内の未気化状態の燃料の発生量に基づいて、筒内が燃料ウエットの懸念の大きいウエット懸念状態であるか、又は筒内が燃料の浮遊液滴の多い浮遊液滴状態であるかを判定する判定部と、
    前記判定部により前記ウエット懸念状態であると判定された場合に、前記可変動弁装置による前記開閉タイミングの制御として、前記吸入空気量を低減させる第１制御を実施する第１制御部と、
    前記判定部により前記浮遊液滴状態であると判定された場合に、前記可変動弁装置による前記開閉タイミングの制御として、筒内温度を上昇させる第２制御を実施する第２制御部と、
    を備える内燃機関の制御装置。
  2. 筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁（３０）と、吸気弁（３１）及び排気弁（３２）のうち少なくとも吸気弁の開閉タイミングを可変とする可変動弁装置（３３，３４）と、を備える内燃機関（１０）に適用され、
    前記内燃機関の吸入空気量に基づいて燃料噴射量を制御するとともに、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記可変動弁装置により前記吸気弁の開閉タイミングを制御する内燃機関の制御装置（４０）であって、
    前記内燃機関の始動時において、筒内が燃料ウエットの懸念の大きいウエット懸念状態であるか、又は筒内が燃料の浮遊液滴の多い浮遊液滴状態であるかを判定する判定部と、
    前記判定部により前記ウエット懸念状態であると判定された場合に、前記可変動弁装置による前記開閉タイミングの制御として、前記吸入空気量を低減させる第１制御を実施する第１制御部と、
    前記判定部により前記浮遊液滴状態であると判定された場合に、前記可変動弁装置による前記開閉タイミングの制御として、筒内温度を上昇させる第２制御を実施する第２制御部と、
    を備え、
    前記内燃機関の出力軸（２８）を回転させる始動装置（５０）により前記内燃機関に初期回転が付与された後、前記内燃機関に初爆が生じてから１燃焼サイクルの期間を、第１期間とし、前記初爆が生じてから１燃焼サイクルの期間に続く期間を、第２期間として、
    前記判定部は、前記第１期間である場合に、前記ウエット懸念状態であると判定し、前記第２期間である場合に、前記浮遊液滴状態であると判定する、
    内燃機関の制御装置。
  3. 筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁（３０）と、吸気弁（３１）及び排気弁（３２）のうち少なくとも吸気弁の開閉タイミングを可変とする可変動弁装置（３３，３４）と、を備える内燃機関（１０）に適用され、
    前記内燃機関の吸入空気量に基づいて燃料噴射量を制御するとともに、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記可変動弁装置により前記吸気弁の開閉タイミングを制御する内燃機関の制御装置（４０）であって、
    前記内燃機関の始動時において、筒内が燃料ウエットの懸念の大きいウエット懸念状態であるか、又は筒内が燃料の浮遊液滴の多い浮遊液滴状態であるかを判定する判定部と、
    前記判定部により前記ウエット懸念状態であると判定された場合に、前記可変動弁装置による前記開閉タイミングの制御として、前記吸入空気量を低減させる第１制御を実施する第１制御部と、
    前記判定部により前記浮遊液滴状態であると判定された場合に、前記可変動弁装置による前記開閉タイミングの制御として、筒内温度を上昇させる第２制御を実施する第２制御部と、
    所定の自動停止条件が成立した場合に前記内燃機関を自動停止させ、その後に所定の再始動条件が成立した場合に、前記内燃機関を自動で始動させる再始動制御部と、
    を備え、
    前記再始動制御部により前記内燃機関が始動された場合は、前記内燃機関の出力軸（２８）を回転させる始動装置（５０）により前記内燃機関に初期回転が付与された後、前記内燃機関の回転速度が安定状態になるまでの期間を、第１期間とするとともに、前記内燃機関の回転速度が前記安定状態になった後の期間を、第２期間とし、
    前記内燃機関の始動が前記再始動制御部による始動でない場合は、前記内燃機関に初爆が生じてから１燃焼サイクルの期間を前記第１期間とするとともに、前記初爆が生じてから前記１燃焼サイクルの期間に続く期間を前記第２期間として、
    前記判定部は、前記第１期間である場合に、前記ウエット懸念状態であると判定し、前記第２期間である場合に、前記浮遊液滴状態であると判定する、
    内燃機関の制御装置。
  4. 前記第１制御部は、前記第１制御として、前記吸気弁の閉じ時期を下死点から離す早閉じ又は遅閉じの制御を実施し、
    前記第２制御部は、前記第２制御として、前記吸気弁の閉じ時期を下死点に近づける制御、又は前記吸気弁及び前記排気弁が共に開放されるバルブオーバーラップを増加させる制御を実施する、
    請求項１～３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
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