(57)【要約】【課題】機関始動時に実膨張比を実圧縮比より大きくして一部気筒だけで運転を実施する内燃機関において、休止気筒から排気系に排出される空気による触媒装置の暖気の遅れを抑制するための制御装置を提供する。【解決手段】機関始動時に実膨張比を実圧縮比より大きくして一部気筒だけで運転する内燃機関の制御装置であって、可変バルブタイミング機構によって機関始動時には少なくとも休止気筒の排気弁の開弁時期ＥＶＯを下死点側ＥＶＯ２へ遅角する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関始動時に実膨張比を実圧縮比より大きくして一部気筒だけで運転する内燃機関の制御装置であって、可変バルブタイミング機構によって機関始動時には少なくとも休止気筒の排気弁の開弁時期を下死点側へ遅角することを特徴とする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する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダブロックとクランクケースとを相対移動させてシリンダブロックとクランク軸との間の距離を変化させることにより機械圧縮比（（上死点シリンダ容積＋行程容積）／上死点シリンダ容積）を可変とする内燃機関が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
このような圧縮比可変内燃機関において、機関低負荷時には、熱効率を高めるために機械圧縮比を高くして実膨張比（（上死点シリンダ容積＋排気弁開弁時までの行程容積）／上死点シリンダ容積）を高くしている。その一方で、可変バルブタイミング機構によって吸気弁の閉弁時期を遅角して吸入空気量を少なくし、実圧縮比（（上死点シリンダ容積＋吸気弁閉弁時からの行程容積）／上死点シリンダ容積）をそれほど高めないようにして圧縮仕事の増大を抑制している。
【０００４】
ところで、機関始動時及び機関始動直後においては、排気系の触媒装置が未暖機のために十分に機能せず、そのままでは大気中への未燃燃料の排出量が増大してしまう。それにより、機関始動時及び機関始動直後においては、一部の気筒の運転を休止して残り一部の気筒だけで運転する減筒運転を実施することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３０３４２３
【特許文献２】特開２００４−２３９０７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、一部の気筒だけで運転すると、内燃機関全体から排出される未燃燃料量を低減させることができる。しかしながら、休止気筒から排出される低温の空気は、運転気筒から排出される排気ガスの温度を低下させ、それにより、触媒装置の暖機を遅らせることとなり、結果的に、大気中へ放出される未燃燃料を十分に低減することができないことがある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、機関始動時に実膨張比を実圧縮比より大きくして一部気筒だけで運転を実施する内燃機関において、休止気筒から排気系に排出される空気による触媒装置の暖気の遅れを抑制するため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】
【０００８】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の制御装置は、機関始動時に実膨張比を実圧縮比より大きくして一部気筒だけで運転する内燃機関の制御装置であって、可変バルブタイミング機構によって機関始動時には少なくとも休止気筒の排気弁の開弁時期を下死点側へ遅角することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の制御装置によれば、機関始動時に実膨張比を実圧縮比より大きくして一部気筒だけで運転する内燃機関の制御装置であって、可変バルブタイミング機構によって機関始動時には少なくとも休止気筒の排気弁の開弁時期を下死点側へ遅角するようになっており、それにより、休止気筒の膨張行程においてピストンにより気筒内の空気へ与えられる仕事量が増大するために、休止気筒から排気系に排出される空気の温度が高められ、触媒装置の暖気の遅れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】内燃機関の圧縮比可変機構を説明するための図である。
【図２】本発明の制御装置による内燃機関の制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、内燃機関の圧縮比を可変とするためにシリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させる圧縮比可変機構を説明するための図である。同図において、１０はシリンダブロック、２０はクランクケース、３０は圧縮上死点位置のピストンである。本内燃機関は直列気筒配置型である。
【００１２】
図１に示す正面視において、シリンダブロック１０の下部の一方側には第一サポート１１が設けられ、シリンダブロック１０の下部の他方側には第二サポート１２が設けられ、クランクケース２０の上部の一方側には第三サポート２１が設けられ、クランクケース２０の上部の他方側には第四サポート２２が設けられている。図１（Ａ）で示すシリンダブロック１０の最下位置において、第一サポート１１及び第三サポート２１には同心の第一穴及び第三穴が形成され、第二サポート１２及び第四サポート２２には、同心の第二穴及び第四穴が形成されている。第一穴、第二穴、第三穴、及び第四穴は同一径を有している。
【００１３】
第一穴、第二穴、第三穴、及び第四穴には、それぞれ回動可能に第一ボス１３、第二ボス１４、第三ボス、及び第四ボスが配置されている。第一ボス１３、第二ボス１４、第三ボス、及び第四ボスには同一位置に同一径の偏心穴が形成され、第一ボス１３の偏心穴及び第三ボスの偏心穴には回動可能に第一軸１５が挿入され、第二ボス１４の偏心穴及び第四ボスの偏心穴には回転可能に第二軸１６が挿入されている。
【００１４】
このように構成された圧縮比可変機構により、シリンダブロック１０の最下位置(Ａ)において、第一ボス１３（反時計方向）及び第二ボス１４（時計方向）を互いに反対方向に９０度回動させると、シリンダブロック１０はクランクケース２０に対して中間位置（Ｂ）へ上昇する。その結果、上死点シリンダ容積が大きくなってシリンダブロック１０の最下位置(Ａ)に比較して機械圧縮比（（上死点シリンダ容積＋行程容積）／上死点シリンダ容積）を小さくすることができる。
【００１５】
さらに、シリンダブロック１０の中間位置(Ｂ)において、第一ボス１３を図１において反時計方向に９０度回動させると同時に第二ボス１４を図１において時計方向に９０度回動させると、シリンダブロック１０はクランクケース２０に対して最上位置（Ｃ）へ上昇する。その結果、上死点シリンダ容積がさらに大きくなってシリンダブロック１０の中間位置(Ｂ)に比較して機械圧縮比（（上死点シリンダ容積＋行程容積）／上死点シリンダ容積）を小さくすることができる。こうして、第一ボス１３及び第二ボス１４を互いに反対方向に任意の角度だけ回動させることにより所望機械圧縮比を実現することができる。
【００１６】
内燃機関には、このような圧縮比可変機構に加えて、少なくとも吸気弁の閉弁時期と排気弁の開弁時期とを可変とする可変バルブタイミング機構も設けられている。例えば、吸気弁及び排気弁が直接的に電磁又は油圧アクチュエータにより開閉されられる場合には、アクチュエータを可変バルブタイミング機構として使用して任意の気筒の吸気弁及び排気弁の開弁時期及び閉弁時期を自由に制御することができる。また、可変バルブタイミング機構として吸気弁用カムシャフトの位相を変化させるものであれば、対応気筒の吸気弁の開弁時期及び閉弁時期は同時に制御される。また、可変バルブタイミング機構として排気弁用カムシャフトの位相を変化させるものであれば、対応気筒の排気弁の開弁時期及び閉弁時期は同時に制御される。
【００１７】
本発明による内燃機関の制御装置は、電子制御装置であり、図２に示すフローチャートに従って、このような内燃機関の始動時の制御を実施し、未燃燃料の大気放出量を十分に低減することを意図している。
【００１８】
先ず、ステップ１０１において、スタータスイッチがオンされることにより機関始動が意図されているか否かが判断される。この判断が否定される時には、機関始動時ではないために、そのまま終了する。一方、ステップ１０１の判断が肯定される時には、ステップ１０２へ進む。
【００１９】
ステップ１０２において、機関始動時に最適な機械圧縮比Ｅ１が予め設けられたマップ等を使用して決定される。機関負荷が低いほど熱効率が低下するために、機械圧縮比Ｅを高めて実膨張比（（上死点シリンダ容積＋排気弁開弁時までの行程容積）／上死点シリンダ容積）を高くすることが好ましい。また、機関負荷が高いほどノッキングが発生し易くなるために機械圧縮比を低くすることが好ましい。それにより、機関始動時に最適な機械圧縮比Ｅ１は例えば最大機械圧縮比（図１（Ａ）により示されるシリンダブロック１０の最下位置の機械圧縮比）とされる。
【００２０】
次いで、ステップ１０３において、ステップ１０２において決定された機械圧縮比Ｅ１に対して所望実圧縮比（（上死点シリンダ容積＋吸気弁閉弁時からの行程容積）／上死点シリンダ容積）を実現するための吸気弁の閉弁時期ＩＶＣ１が決定される。実圧縮比を高めると、圧縮仕事が増大するために、吸気弁の閉弁時期ＩＶＣ１は吸気下死点より十分に遅角側とされる。
【００２１】
次いで、ステップ１０４において、ステップ１０２において決定された機械圧縮比Ｅ１に対して所望実膨張比（（上死点シリンダ容積＋排気弁開弁時までの行程容積）／上死点シリンダ容積）を実現するための排気弁の開弁時期ＥＶＯ１が決定される。排気弁の開弁時期ＥＶＯ１は、実膨張比が実圧縮比より大きくなるように設定される。
【００２２】
次いで、ステップ１０５において、今回の機関始動は、一部の気筒の運転を休止する減筒運転が可能であるか否かが判断される。減筒運転は、例えば、六気筒及び八気筒のような多気筒内燃機関において、一部の気筒（例えば点火時期が連続しない半数の気筒）の運転を休止させ、残り一部の気筒だけにより運転を実施するものである。例えば、冷間始動のようにエンジンフリクションが高い時には、減筒運転により機関出力が低下すると機関始動が困難となるために、減筒始動は不許可とされる。
【００２３】
ステップ１０５の判断が否定される時には、圧縮比可変機構によりステップ１０２において決定された機械圧縮比Ｅ１を実現すると共に、可変バルブタイミング機構によりステップ１０３において決定された吸気弁の閉弁時期ＩＶＣ１及びステップ１０４において決定された排気弁の開弁時期ＥＶＯ１を実現して、ステップ１１２において全気筒運転を実施して機関始動を開始する。
【００２４】
一方、ステップ１０５の判断が肯定される時には、ステップ１０６において、休止気筒の排気弁の開弁時期ＥＶＯをステップ１０４において決定された開弁時期ＥＶＯ１より下死点側に遅角したＥＶＯ２（例えば、下死点）として、ステップ１０７において減筒運転を実施する。
【００２５】
それにより、休止気筒において吸気行程で気筒内に吸入された空気は、排気弁の開弁時期の変更前（ＥＶＯ１）においても実膨張比が実圧縮比より高くされているために膨張行程において負圧とされるが、膨張行程の排気弁の開弁時期ＥＶＯがさらに下死点側に遅角（ＥＶＯ２）されているために、排気弁の開弁直前の気筒内の負圧の絶対値が大きくなり、こうして、膨張行程においてピストンにより与えられる仕事量が多くなって、より高い温度となり気筒内から排出される。
【００２６】
そのままでは、休止気筒から排出される低温の空気が、運転気筒から排出される排気ガスの温度を低下させ、機関排気系に配置された酸化触媒装置又は三元触媒装置の暖機を遅らせることとなって、減筒運転を実施しても、結果的に大気中へ放出される未燃燃料量を十分に低減することができないことがあるが、ステップ１０６の排気弁の開弁時期の遅角によって休止気筒から排出される空気の温度を高めて触媒装置の暖機の遅れを抑制することができる。こうして、触媒装置の暖機が促進され、早期に触媒装置が活性化して未燃燃料を浄化することができる。
【００２７】
各気筒の排気弁が電磁又は油圧アクチュエータにより直接的に開閉させられる場合、又は、バンク毎の排気弁の開弁時期の制御が可能なＶ型内燃機関において一方のバンクを休止気筒として他方のバンクを運転気筒とする場合には、運転気筒の排気弁の開弁時期はステップ１０４において決定されたＥＶＯ１とし、休止気筒の排気弁の開弁時期だけを下死点側のＥＶＯ２とすることができるが、可変バルブタイミング機関が全気筒の排気弁の開弁時期を同時に制御するものである場合には、ステップ１０６において休止気筒の排気弁の開弁時期と共に運転気筒の排気弁の開弁時期も下死点側のＥＶＯ２とされることとなる。
【００２８】
このような減筒運転が設定サイクル繰り返されて、機関回転数が設定回転数を超えて機関始動が完了し、触媒装置の暖機が完了又は完了直前となると、ステップ１０８の判断が肯定されてステップ１０９に進む。ステップ１０９において、休止気筒（及び運転気筒）の排気弁の開弁時期ＥＶＯはａだけ進角され、ステップ１１０において、排気弁の開弁時期ＥＶＯがステップ１０４において決定された開弁時期ＥＶＯ１となったか否かが判断される。ステップ１１０の判断が肯定されるまで休止気筒（及び運転気筒）の排気弁の開弁時期ＥＶＯはａだけ徐々に進角させられる。
【００２９】
こうして、休止気筒の排気弁の開弁時期は下死点側のＥＶＯ２からＥＶＯ１まで徐々に進角させられるために、休止気筒において気筒内の空気を加熱するためのエネルギは徐々に減少させられ、休止気筒の排気弁の開弁時期を下死点側のＥＶＯ２からＥＶＯ１へ瞬間的に変化させる場合に発生する大きなトルクショックを抑制することができる。
【００３０】
ステップ１１０の判断が肯定されると、触媒装置の暖機は完了しており、ステップ１１２において全気筒運転を開始する。しかしながら、減筒運転から全気筒運転へ切り換える時の運転気筒数の増大に伴う大きなトルクショックが発生することがあるために、ステップ１１１において、減筒運転から全気筒運転へ切り換え時の全気筒運転の機械圧縮比Ｅは、ステップ１０２において決定された機械圧縮比Ｅ１より小さなＥ２とするようになっている。その後、機械圧縮比Ｅは徐々に大きくされて最終的にステップ１０２において決定された機械圧縮比Ｅ１とされる。
【００３１】
本フローチャートのステップ１０６の休止気筒における排気弁の開弁時期ＥＶＯ２は、例えば、冷却水温が低いほどエンジンオイルの粘性が高くなってエンジンフリクションが増大するために、機関始動性を確保するには休止気筒において気筒内の空気を加熱するためのエネルギを小さくすることが好ましく、冷却水温が低いほど、進角側としてステップ１０４において決定されたＥＶＯ１との差を小さくするようにしても良い。
【００３２】
また、本フローチャートにおいて、減筒運転時に休止気筒の吸気弁の閉弁時期ＩＶＣはステップ１０３において決定されたＩＶＣ１としたが、可変バルブタイミング機構によりＩＶＣ１より遅角側の閉弁時期ＩＶＣ２としても良い。それにより、休止気筒の膨張行程における吸気への仕事量をさらに増大することができ、休止気筒から排出される空気温度をさらに高めることができる。この場合において、休止気筒の吸気弁の閉弁時期だけを遅角させることが好ましいが、可変バルブタイミング機構によっては運転気筒の吸気弁の閉弁時期も同時に遅角されることとなる。
【００３３】
また、本フローチャートにおいて、減筒運転から全気筒運転に切り換える際に、数サイクル毎に一気筒ずつ休止気筒の運転を開始させるようにしてトルクショックを抑制するようにしても良い。この場合には、ステップ１１１の機械圧縮比の変更を省略しても良い。
【００３４】
本実施形態の制御装置は、圧縮比可変内燃機関を制御対象としたが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の制御装置の制御対象は、機関始動時に実膨張比を実圧縮比より大きくして一部気筒だけで運転する内燃機関であって、少なくとも排気弁の開弁時期が可変とされていれば良い。
【符号の説明】
【００３５】
１０    シリンダブロック
２０    クランクケース
３０    ピストン
【図１】
2011220152.tif 000003
【図２】
2011220152.tif 000004