(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、排気弁の高温時に排気弁を効果的に冷却することを目的とする。【解決手段】本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関１０の排気通路１４に設けられた触媒と、内燃機関１０のモータリング時に吸気弁３６および排気弁３８を共に閉状態に保持する弁制御手段と、内燃機関の所定部位の温度を測定または推定する温度取得手段と、上記モータリング時に上記温度取得手段により測定または推定された温度が所定値以上であった場合には、吸気弁３６を一時的に開状態に保持することにより、新気を気筒内に繰り返し出入りさせて排気弁３８を冷却する排気弁冷却手段とを備える。【選択図】図６
2008215303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のモータリング時に吸気弁および排気弁を共に閉状態に保持する弁制御手段と、
前記内燃機関の所定部位の温度を測定または推定する温度取得手段と、
前記モータリング時に前記温度取得手段により測定または推定された温度が所定値以上であった場合には、前記吸気弁を一時的に開状態に保持することにより、新気を気筒内に繰り返し出入りさせて前記排気弁を冷却する排気弁冷却手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記排気弁冷却手段は、前記吸気弁を一時的に開状態に保持した後、前記吸気弁を上死点付近で閉じることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記モータリング時は、エンジンブレーキ時であり、
前記排気弁冷却手段が前記吸気弁を一時的に開状態に保持しているときの前記吸気弁のリフト量を、エンジンブレーキ要求度に応じて制御するエンジンブレーキ制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
内燃機関と電動機とのハイブリッドシステムであって、前記電動機を運転し前記内燃機関を燃焼停止する場合に前記内燃機関の回転を停止可能なハイブリッドシステムと、
前記内燃機関の所定部位の温度を測定または推定する温度取得手段と、
前記内燃機関の燃焼停止時に、前記温度取得手段により測定または推定された温度が所定値以上であった場合には、気筒内に閉じ込めた空気が膨張するように、吸気弁、排気弁およびピストンの動きを制御することにより、気筒内空気が膨張する際の温度低下を利用して前記排気弁を冷却する排気弁冷却手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記排気弁冷却手段は、
前記排気弁を閉状態に保持する排気弁制御手段と、
前記吸気弁を一旦開き、上死点付近で閉じた後に閉状態に保持する吸気弁制御手段と、
前記吸気弁が上死点付近で閉じた後に、前記ピストンを下死点付近へ移動させた状態で所定時間保持するピストン位置制御手段と、
を含むことを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記排気弁冷却手段は、前記吸気弁制御手段および前記ピストン位置制御手段による制御動作を、所定の時間間隔を空けて、複数サイクル繰り返し実行することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記所定部位は、前記排気弁であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関の排気通路に触媒を備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項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する。
【背景技術】
【０００２】
特許３２０９０４６号公報には、内燃機関と電動機（回転電機）とが機械的に連結されたハイブリッド車において、内燃機関の運転を停止して電動機のみで走行するとき、つまり内燃機関がモータリング状態となるときに、内燃機関の引きずり損失を軽減するため、吸気弁を閉状態に、排気弁を開状態にそれぞれ固定することにより、内燃機関のポンプロスを低減するようにしたシステムが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特許３２０９０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関が高回転高負荷で運転されると、排気弁は高温となる。上記従来のシステムにおいて、排気弁が高温のときに内燃機関の運転が停止されると、新気が気筒内に吸入されないので、排気弁の温度がなかなか下がらない。そして、排気弁の温度が下がらないうちに内燃機関の運転が再開された場合には、高温の排気弁がノッキングを誘発し易いという問題がある。
【０００５】
上記の事情は、電動機のみで走行するときに内燃機関の回転を停止可能なタイプのハイブリッド車でも同様である。
【０００６】
更に、内燃機関のみを駆動源とする通常の車両においても、排気浄化触媒の劣化を抑制するべく、減速時の燃料カット中に吸気弁あるいは排気弁を閉状態で停止させる制御を行う車両の場合には、燃料カット中に排気弁の温度が下がりにくいので、上記と同様の問題がある。
【０００７】
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、排気弁の高温時に排気弁を効果的に冷却することの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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関のモータリング時に吸気弁および排気弁を共に閉状態に保持する弁制御手段と、
前記内燃機関の所定部位の温度を測定または推定する温度取得手段と、
前記モータリング時に前記温度取得手段により測定または推定された温度が所定値以上であった場合には、前記吸気弁を一時的に開状態に保持することにより、新気を気筒内に繰り返し出入りさせて前記排気弁を冷却する排気弁冷却手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記排気弁冷却手段は、前記吸気弁を一時的に開状態に保持した後、前記吸気弁を上死点付近で閉じることを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記モータリング時は、エンジンブレーキ時であり、
前記排気弁冷却手段が前記吸気弁を一時的に開状態に保持しているときの前記吸気弁のリフト量を、エンジンブレーキ要求度に応じて制御するエンジンブレーキ制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関と電動機とのハイブリッドシステムであって、前記電動機を運転し前記内燃機関を燃焼停止する場合に前記内燃機関の回転を停止可能なハイブリッドシステムと、
前記内燃機関の所定部位の温度を測定または推定する温度取得手段と、
前記内燃機関の燃焼停止時に、前記温度取得手段により測定または推定された温度が所定値以上であった場合には、気筒内に閉じ込めた空気が膨張するように、吸気弁、排気弁およびピストンの動きを制御することにより、気筒内空気が膨張する際の温度低下を利用して前記排気弁を冷却する排気弁冷却手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第４の発明において、
前記排気弁冷却手段は、
前記排気弁を閉状態に保持する排気弁制御手段と、
前記吸気弁を一旦開き、上死点付近で閉じた後に閉状態に保持する吸気弁制御手段と、
前記吸気弁が上死点付近で閉じた後に、前記ピストンを下死点付近へ移動させた状態で所定時間保持するピストン位置制御手段と、
を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第５の発明において、
前記排気弁冷却手段は、前記吸気弁制御手段および前記ピストン位置制御手段による制御動作を、所定の時間間隔を空けて、複数サイクル繰り返し実行することを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記所定部位は、前記排気弁であることを特徴とする。
【００１５】
また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関の排気通路に触媒を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、内燃機関のモータリング時に排気通路への新気の漏出を確実に防止することができるとともに、モータリング時に測定または推定された所定部位の温度が所定値以上であった場合には、吸気弁を一時的に開状態に保持することにより、新気を気筒内に繰り返し出入りさせて排気弁を冷却することができる。このため、排気弁が高温である場合に、排気通路への新気の漏出を防止しつつ、排気弁の温度を効果的に低下させることができる。その結果、内燃機関の燃焼が再開された後、排気弁によってノッキングが誘発されることを確実に防止することができる。
【００１７】
第２の発明によれば、排気弁冷却時に、吸気弁を一時的に開状態に保持した後、吸気弁を上死点付近で閉じることができる。これにより、次に吸気弁が開いたときに高圧の空気が筒内から吸気マニホールドに噴き戻されることを確実に防止することができるので、異音や振動の発生を防止することができる。
【００１８】
第３の発明によれば、エンジンブレーキ時に排気弁を冷却する場合において、吸気弁を一時的に開状態に保持しているときの吸気弁のリフト量を、エンジンブレーキ要求度に応じて制御することができる。これにより、運転者の期待に沿ったエンジンブレーキ力を発生することができ、優れたドライバビリティが得られる。
【００１９】
第４の発明によれば、ハイブリッドシステムにおける内燃機関の燃焼停止時に、測定または推定された所定部位の温度が所定値以上であった場合には、気筒内に閉じ込めた空気が膨張するように、吸気弁、排気弁およびピストンの動きを制御することにより、気筒内空気が膨張する際の温度低下を利用して排気弁を冷却することができる。このため、排気弁が高温である場合に、排気通路への新気の漏出を防止しつつ、排気弁の温度を効果的に低下させることができる。その結果、内燃機関の燃焼が再開された後、排気弁によってノッキングが誘発されることを確実に防止することができる。特に、第４の発明によれば、筒内空気温度を外気温より大幅に低い温度とすることができるので、排気弁を高い効率で冷却することができる。
【００２０】
第５の発明によれば、排気弁を冷却する際、排気弁を閉状態に保持するとともに、吸気弁を一旦開き、上死点付近で閉じた後に閉状態に保持しつつ、ピストンを下死点付近へ移動させた状態でピストン位置を所定時間保持することができる。これにより、筒内空気の膨張による温度低下をより高い効率で利用して、排気弁の温度を迅速に低下させることができる。
【００２１】
第６の発明によれば、排気弁冷却時の制御動作を、所定の時間間隔を空けて、複数サイクル繰り返し実行することができる。これにより、排気弁の温度を十分に低下させることができる。
【００２２】
第７の発明によれば、排気弁の温度を推定または検出し、その推定または検出された排気弁温度が所定温度以上である場合に、排気弁冷却のための制御を実行することができる。第７の発明によれば、排気弁そのものの温度に応じて、排気弁冷却制御の実行の要否を判断することができるので、排気弁冷却制御を過不足なく実行することができる。
【００２３】
第８の発明によれば、内燃機関のモータリング時に新気が排気通路に流れて触媒に流入することを確実に防止することができる。このため、触媒の劣化を確実に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００２５】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を示す図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、車両に搭載されているものとする。本実施形態の内燃機関１０は、直列４気筒型のものであり、図１には、そのうちの一つの気筒の断面が表されている。
【００２６】
内燃機関１０には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６の下流側には、吸気通路１２を流れる空気量を検出するエアフロメータ２０が配置されている。
【００２７】
エアフロメータ２０の下流側には、スロットル弁２２が設けられている。スロットル弁２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルポジションセンサ２４が配置されている。スロットル弁２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。サージタンク２８の下流では、吸気通路１２が気筒数に分割されて各気筒と接続されている。
【００２８】
内燃機関１０の各気筒には、燃焼室内（筒内）に燃料を噴射する燃料インジェクタ３０が設けられている。なお、燃料インジェクタ３０は、吸気ポートに燃料を噴射するように配置されていても良い。一方、排気通路１４の途中には、排気ガスを浄化するための触媒３２が設置されている。
【００２９】
また、各気筒には、吸気弁３６および排気弁３８が備えられている。そして、内燃機関１０は、吸気弁３６を駆動する吸気可変動弁装置４８と、排気弁３８を駆動する排気可変動弁装置５０とを備えている。
【００３０】
また、各気筒には、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ（図示せず）が設けられている。更に、筒内には、その内部を往復運動するピストン４４が設けられている。
【００３１】
本実施形態のシステムは、更に、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサに加え、クランク軸の回転角を検出するクランク角センサ７０や、上述した燃料インジェクタ３０、吸気可変動弁装置４８、排気可変動弁装置５０などの各アクチュエータが接続されている。
【００３２】
図２は、図１に示すシステムが備える吸気可変動弁装置４８の構成を示す図である。以下、この図を参照して、吸気可変動弁装置４８について更に説明する。
【００３３】
図２に示すように、内燃機関１０は、１気筒当たり２つの吸気弁３６を備えている。そして、内燃機関１０は、前述したように４つの気筒（＃１〜＃４）を備えており、＃１→＃３→＃４→＃２の順で燃焼が行われる。吸気可変動弁装置４８は、２つの装置、すなわち吸気可変動弁装置４８Ａと吸気可変動弁装置４８Ｂとで構成されている。吸気可変動弁装置４８Ａは＃２気筒および＃３気筒の吸気弁３６を駆動し、吸気可変動弁装置４８Ｂは＃１気筒および＃４気筒の吸気弁３６を駆動する。
【００３４】
吸気可変動弁装置４８Ａは、モータ５４Ａと、モータ５４Ａの回転運動を伝達するギヤ列５６Ａと、吸気弁３６をリフトさせるカム６２を有するカムシャフト５８Ａとを備えている。同様に、吸気可変動弁装置４８Ｂは、モータ５４Ｂと、ギヤ列５６Ｂと、カムシャフト５８Ｂとを備えている。
【００３５】
モータ５４Ａ，５４Ｂは、それぞれ、回転速度および回転角度の制御が可能なサーボモータである。このモータ５４Ａ，５４Ｂとしては、例えばＤＣブラシレスモータ等が好ましく用いられる。このモータ５４Ａ，５４Ｂには、その回転位置（回転角度）を検出するためのレゾルバ、ロータリーエンコーダ等の回転角検出センサが内蔵されている。ＥＣＵ４０は、その回転角検出センサにより検出されるモータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度および回転角度が目標値に一致するように、モータ５４Ａ，５４Ｂの作動をフィードバック制御する。
【００３６】
カムシャフト５８Ａは、＃２，＃３気筒の吸気弁３６の上部に配置されている。このカムシャフト５８Ａは、中空状をなしている。一方、カムシャフト５８Ｂは、２つに分割された状態で、＃１，＃４気筒の吸気弁３６の上部に配置されている。２つに分割されたカムシャフト５８Ｂは、カムシャフト５８Ａの中空部に挿通された連結軸を介して連結され、一体となって回転するように構成されている。カムシャフト５８Ａ，５８Ｂには、それぞれ、カム駆動ギヤ６０Ａ，６０Ｂが設置されている。
【００３７】
ギヤ列５６Ａは、モータ５４Ａの出力軸に取り付けられたモータギヤ６４Ａの回転を、中間ギヤ６６Ａを介してカム駆動ギヤ６０Ａに伝達することにより、カムシャフト５８Ａを回転させる。同様に、ギヤ列５６Ｂは、モータ５４Ｂの出力軸に取り付けられたモータギヤ６４Ｂの回転をカム駆動ギヤ６０に伝達することにより、カムシャフト５８Ｂを回転させる。
【００３８】
図３は、カム６２によって吸気弁３６が駆動される様子を示す模式図である。カム６２は、吸気弁３６の弁軸端に設置されたタペット６８と対向している。吸気弁３６は、図示しないバルブスプリングにより、カム６２側に付勢されている。カム６２のベース円部分６２ｂがタペット６８と対向しているときには、バルブスプリングの付勢力により、吸気ポートに形成された弁座に吸気弁３６が密着し、吸気弁３６は閉状態となる。一方、カム６２のノーズ６２ａ付近がタペット６８と対向してタペット６８を押し下げると、吸気弁３６がリフトし、開状態となる。
【００３９】
また、図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、カム６２の２つの駆動モードを示している。図３（Ａ）は、カム６２を一方向に回転させる正転駆動モードである。図３（Ｂ）は、カム６２を揺動運動させる揺動駆動モードである。揺動駆動モードでは、吸気弁３６が最大リフトに達する前にカム６２を逆回転させることにより、吸気弁３６を閉じる。
【００４０】
このような吸気可変動弁装置４８では、モータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度および回転角度をクランク角度との関係において制御することにより、各気筒の吸気弁３６の開時期および閉時期を任意の時期に制御することができる。更に、揺動駆動モードの場合には、カム６２が揺動角度を制御することにより、吸気弁３６の最大リフト量を任意に制御することもできる。
【００４１】
このため、吸気可変動弁装置４８によれば、運転状態に応じた最適な作用角およびリフト量で吸気弁３６を駆動することが可能となる。図４は、内燃機関１０の機関回転数および負荷（トルク）と、カム６２の駆動モードとの関係を示す模式図である。図４に示すように、カム６２の駆動モードは、機関回転数と負荷とに関連付けて使い分けられる。基本的に低回転域では揺動駆動モードが選択され、高回転域では正転駆動モードが選択される。そして、低回転域では吸気弁３６の作用角およびリフト量を少なくし、高回転域では吸気弁３６の作用角およびリフト量を大きくする。これにより、機関回転数と負荷に応じた最適な空気量を気筒内に送ることが可能となる。
【００４２】
また、吸気可変動弁装置４８によれば、モータ５４Ａ，５４Ｂの回転を停止させて、カムシャフト５８Ａ，５８Ｂの回転を停止させることにより、各気筒の吸気弁３６の作動を停止（休止）させることができる。
【００４３】
図５は、カムシャフト５８Ａに設けられた２つのカム６２を示す図である。図５に示すように、カムシャフト５８Ａには、＃２気筒の吸気弁３６を駆動するためのカム６２と、＃３気筒の吸気弁３６を駆動するためのカム６２とが、１８０°の角度位置だけ離間して設けられている。このため、＃２気筒用のカム６２のノーズ６２ａと＃３気筒用のカム６２のノーズ６２ａとを結ぶ直線がタペット６８の上面にほぼ平行になった状態でカムシャフト５８Ａの回転を停止させると、＃２気筒の吸気弁３６と＃３気筒の吸気弁３６とを共に閉じた状態で停止させることができる。
【００４４】
一方、カムシャフト５８Ｂにも、図示を省略するが、＃１気筒の吸気弁３６を駆動するためのカム６２と、＃４気筒の吸気弁３６を駆動するためのカム６２とが、１８０°の角度位置だけ離間して設けられている。このため、＃１気筒用のカム６２のノーズ６２ａと＃４気筒用のカム６２のノーズ６２ａとを結ぶ直線がタペット６８の上面にほぼ平行になった状態でカムシャフト５８Ｂの回転を停止させると、＃１気筒の吸気弁３６と＃４気筒の吸気弁３６とを共に閉じた状態で停止させることができる。従って、吸気可変動弁装置４８によれば、全気筒の吸気弁３６を閉状態で停止させることができる。
【００４５】
以上、吸気可変動弁装置４８について説明したが、排気可変動弁装置５０も、吸気可変動弁装置４８とほぼ同様の構成となっている。このため、排気可変動弁装置５０については、詳細な図示および説明を省略する。また、排気可変動弁装置５０によれば、吸気可変動弁装置４８の場合と同様にして、全気筒の排気弁３８を閉状態で停止させることができる。
【００４６】
［実施の形態１の特徴］
（燃料カット時の吸排気弁停止制御）
本実施形態のシステムでは、エンジンブレーキ時、つまり内燃機関１０の減速時、燃料インジェクタ３０からの燃料噴射を停止する燃料カットを実行する。燃料カットの実行中、吸気弁３６および排気弁３８を通常通り作動させた場合には、新気（空気）がそのまま排気通路１４に流通する。触媒３２には、高温時に空気に触れると、劣化が進むという性質がある。このため、燃料カット時に吸気弁３６および排気弁３８を通常通り作動させると、触媒３２に新気が流入して、触媒３２が劣化し易いという問題がある。
【００４７】
そこで、本実施形態では、燃料カット時、吸気弁３６および排気弁３８の双方を閉状態で停止するように、吸気可変動弁装置４８および排気可変動弁装置５０の作動を制御することとした。これにより、燃料カット時に吸気弁３６および排気弁３８が共に閉状態に保持されるので、排気通路１４に新気が流れることを防止することができる。このため、触媒３２の劣化を十分に抑制することができる。
【００４８】
特に、本実施形態では、燃料カット時に吸気弁３６および排気弁３８の双方を閉状態に保持するので、触媒３２に新気が流れることを確実に防止することができる。すなわち、吸気弁３６および排気弁３８の一方しか閉状態に保持せず、他方の作動を停止しなかった場合には、排気通路１４への新気の漏出を完全に防止することは困難である。これに対し、本実施形態では、燃料カット時に吸気弁３６および排気弁３８の双方を閉状態に保持するので、排気通路１４への新気の漏出を極めて確実に防止することができる。よって、触媒３２の劣化を確実に抑制することができる。
【００４９】
また、本実施形態によれば、燃料カット時に、スロットル弁２２を閉じることなく、排気通路１４への新気の漏出を防止することができる。このため、気筒内に大きな負圧が作用することがないので、オイル上がりやオイル下がりの発生を確実に防止することができる。よって、内燃機関１０のオイル消費量が増加することもない。
【００５０】
（燃料カット中の排気弁冷却制御）
内燃機関１０が高回転高負荷で運転されると、排気弁３８は高温となる。排気弁３８が高温であると、ノッキングが誘発され易い。本実施形態では、上述したように、燃料カット中、吸気弁３６および排気弁３８を閉状態に保持するので、排気弁３８が新気に接触することがなく、排気弁３８が冷却されにくい。このため、排気弁３８が高温だった場合、燃料カットから復帰して燃料噴射を再開したときに、ノッキングが発生し易い。
【００５１】
上記のようなノッキングの発生を防止するため、本実施形態では、燃料カット中、排気弁３８が高温であると推定される場合には、吸気弁３６を一時的に開状態に保持して新気を気筒内に繰り返し出入りさせることにより排気弁３８を冷却する排気弁冷却制御を実施することとした。
【００５２】
図６は、本実施形態における排気弁冷却制御実行時の内燃機関１０を模式的に示す図である。図６に示すように、排気弁冷却制御の実行時には、吸気弁３６が一時的に開状態に保持されるので、ピストン４４の昇降に伴い、吸気通路１２内の新気が気筒内に繰り返し入ったり出たりする。その結果、排気弁３８が新気によって効率良く冷却され、排気弁３８の温度を迅速に低下させることができる。このため、燃料カットから復帰して燃料噴射を再開したときに、排気弁３８によってノッキングが誘発されることを確実に防止することができる。
【００５３】
また、排気弁冷却制御の実行時、排気弁３８は常に閉状態に保持されるので、吸気弁３６を一時的に開いても、排気通路１４への新気の漏出は十分に防止することができる。また、排気弁３８が高温であると推定される場合に限って排気弁冷却制御を実行するので、排気通路１４への新気の漏出は最小限に抑えることができる。このようなことから、本実施形態によれば、触媒３２の劣化を確実に抑制することができる。
【００５４】
図７は、本実施形態における排気弁冷却制御実行時の各気筒の吸気弁３６の開弁期間を示す図である。図７に示すように、本実施形態では、排気弁冷却制御の実行時、内燃機関１０の各気筒のそれぞれについて、吸気弁３６を一時的に開状態に保持する。よって、各気筒の排気弁３８をバラツキなく冷却することができる。
【００５５】
また、図７に示す例では、爆発順序と同じく＃１→＃３→＃４→＃２の順に各気筒の排気弁冷却制御を実施している。ただし、吸気可変動弁装置４８の構造上、カムシャフト５８Ｂを共用する＃１気筒および＃４気筒の吸気弁３６を同時に開くことはできないので、＃１気筒の吸気弁３６が閉じた後に、＃４気筒の吸気弁３６を開くようにしている。同様に、カムシャフト５８Ａを共用する＃３気筒および＃２気筒の吸気弁３６を同時に開くことはできないので、＃３気筒の吸気弁３６が閉じた後に＃２気筒の吸気弁３６を開くようにしている。なお、図７に示すように、＃１または＃４気筒の吸気弁３６と、＃３または＃２気筒の吸気弁３６とを同時に開くことは可能である。
【００５６】
また、図７に示す排気弁冷却制御では、各気筒の吸気弁３６をクランク角で７２０°の期間に渡って開状態に保持しているが、この期間は更に長くてもよい。
【００５７】
また、図７に示す排気弁冷却制御では、一時的に開状態に保持した吸気弁３６を閉じるとき、上死点（ＴＤＣ）付近で吸気弁３６を閉じることとしている。これにより、次に吸気弁３６が開いたとき（通常運転に戻ったとき）に高圧の空気が筒内から吸気マニホールド（吸気通路１２）に噴き戻されることを確実に防止することができる。
【００５８】
一方、本実施形態と異なり、排気弁冷却制御において吸気弁３６を通常時のように下死点（ＢＤＣ）付近で閉じることとすると、排気弁３８が閉状態に保持されているので、筒内に閉じ込められた空気が繰り返し圧縮され、次に吸気弁３６が開いたときに高圧の空気が筒内から吸気マニホールドに噴き戻される。その際に、異音や振動が発生するおそれがある。
【００５９】
［実施の形態１における具体的処理］
図８は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。
【００６０】
図８に示すルーチンによれば、アクセルペダルがＯＦＦされた場合、燃料カットを実行するとともに、吸気弁３６および排気弁３８を共に閉状態で停止させる弁停止制御が実行される（ステップ１００）。
【００６１】
続いて、内燃機関１０の運転履歴から、排気弁３８の温度を推定する処理が実行される（ステップ１０２）。具体的には、過去所定時間内における燃料噴射量、アクセル開度、機関回転数NEなどの履歴に基づき、予め記憶された所定の算出方法に従って、排気弁３８の推定温度が算出される。
【００６２】
次いで、上記ステップ１０２で算出された排気弁３８の温度が基準値以上であるか否かが判別される（ステップ１０４）。その判別の結果、排気弁３８の温度が基準値を超えていない場合には、排気弁３８がノッキングを誘発するおそれはないと判断できる。そこで、この場合には、排気弁冷却制御を実行することなく、そのまま今回のルーチンの処理が終了される。
【００６３】
一方、上記ステップ１０４において、排気弁３８の温度が基準値以上であると判別された場合には、排気弁３８がノッキングを誘発するおそれがあると判断できる。そこで、この場合には、排気弁３８の温度を低下させるべく、排気弁冷却制御が実行される（ステップ１０６）。この排気弁冷却制御の内容は、既述した通りであるので、ここではその説明を省略する。
【００６４】
続いて、弁停止制御が未だ継続しているか否かが判別される（ステップ１０８）。その判別の結果、弁停止制御が継続している場合には、上記ステップ１０２以下の処理が再度実行される。この場合、ステップ１０２では、排気弁冷却制御の実行回数なども考慮して、排気弁３８の推定温度が再度算出される。
【００６５】
以上のようにして、図８に示すルーチンの処理によれば、排気弁３８の温度が基準値未満に下がるまで、排気弁冷却制御を繰り返し実行することができる。このため、燃料カットから復帰して燃料噴射が再開された後、排気弁３８がノッキングを誘発することを確実に防止することができる。
【００６６】
ところで、排気弁冷却制御の実行時は、一時的に開状態に保持している吸気弁３６のリフト量に応じて、エンジンブレーキの強さが変化する。つまり、吸気弁３６のリフト量が小さいほど、吸気弁３６付近の通気抵抗が大きくなり、ポンピングロスが増大するので、エンジンブレーキが強く作用する。そこで、本実施形態では、運転者からのエンジンブレーキ要求度に応じて、その要求度が高い場合ほど、排気弁冷却制御実行時の吸気弁３６のリフト量を小さくするように制御するようにしてもよい。これにより、運転者の期待に沿ったエンジンブレーキ力を発生することができ、優れたドライバビリティが得られる。なお、エンジンブレーキ要求度は、変速機のシフト位置などに基づいて判断することができる。
【００６７】
なお、上述した実施の形態１では、排気弁３８の温度を運転履歴から推定するようにしているが、温度センサによって排気弁３８の温度を検出するようにしてもよい。また、排気弁３８の以外の部位であって、排気弁３８の温度と相関を有する部位の温度を推定または検出し、その温度に基づいて排気弁冷却制御の実行の必要性を判断するようにしてもよい。
【００６８】
また、上述した実施の形態１では、内燃機関１０の減速燃料カット時に排気弁冷却制御を実施する場合について説明したが、本発明では、減速燃料カット時以外でも、内燃機関１０がモータリング状態となる状況であれば、同様の排気弁冷却制御を実施することができる。例えば、内燃機関１０と機械的に連結された電動機を有するハイブリッド車両において、内燃機関１０の運転を停止して電動機のみで走行する際の内燃機関１０のモータリング時に、排気弁冷却制御を実施するようにしてもよい。
【００６９】
また、上述した実施の形態１における可変動弁装置は、カムシャフトをモータで駆動する構成であったが、本発明における可変動弁装置は、これに限定されるものではなく、例えば他に、電磁駆動弁を用いた構成とすることもできる。
【００７０】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「弁制御手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「温度取得手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「排気弁冷却手段」が、排気弁冷却制御時の吸気弁３６のリフト量をエンジンブレーキ要求度に応じて制御することにより前記第３の発明における「エンジンブレーキ制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００７１】
実施の形態２．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
【００７２】
［システム構成の説明］
図９は、本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。なお、図９において、図１に示す構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００７３】
図９に示す本実施形態のシステムは、内燃機関１０の出力と第１モータジェネレータ８０の出力とを組み合わせて車両のドライブシャフト８２を駆動可能なハイブリッドシステムである。このハイブリッドシステムは、前述した図１に示すシステムに加えて、第１モータジェネレータ８０と、動力分配統合機構８４と、第２モータジェネレータ８６と、インバータ８８と、バッテリ９０とを更に備えている。
【００７４】
第１モータジェネレータ８０および第２モータジェネレータ８６は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されている。動力分配統合機構８４は、遊星歯車機構で構成されている。動力分配統合機構８４のサンギアは第２モータジェネレータ８６と連結されている。動力分配統合機構８４のプラネタリーキャリアは、内燃機関１０のクランク軸と連結されている。動力分配統合機構８４のリングギアは、第１モータジェネレータ８０と連結されているとともに、トランスファー９２を介して、車両のドライブシャフト８２にも連結されている。
【００７５】
内燃機関１０の運転時、内燃機関１０の動力は、動力分配統合機構８４により二つに分割され、ドライブシャフト８２と第２モータジェネレータ８６とにそれぞれ伝達される。また、ドライブシャフト８２には、第１モータジェネレータ８０の動力も伝達される。
【００７６】
本ハイブリッドシステムにおいては、内燃機関１０により第２モータジェネレータ８６を駆動して発電し、その発電された電力をインバータ８８を介してバッテリ９０に充電することができる。また、バッテリ９０に蓄えられた電気エネルギーを、インバータ８８を介して第１モータジェネレータ８０に供給することにより、第１モータジェネレータ８０を電動機として作動させることができる。また、第２モータジェネレータ８６で発電された電力を、インバータ８８を介して第１モータジェネレータ８０に供給することによって、第１モータジェネレータ８０を電動機として作動させることもできる。更に、車両の減速時には、ドライブシャフト８２から伝わる動力によって第１モータジェネレータ８０を発電機として作動させ、その発電された電力をインバータ８８を介してバッテリ９０に充電することにより、制動エネルギーを回収することができる。
【００７７】
本ハイブリッドシステムでは、内燃機関１０の燃焼を停止させ、第１モータジェネレータ８０の動力のみで走行することが可能である。そして、走行中に内燃機関１０の燃焼を停止する場合、内燃機関１０の回転を停止することも可能である。また、内燃機関１０を再始動する際には、第２モータジェネレータ８６を電動機として作動させることによって内燃機関１０をクランキングし、始動させることができる。
【００７８】
［実施の形態２の特徴］
本実施形態のシステムでは、車両のアクセルがＯＦＦされた場合、内燃機関１０の燃焼が停止され、内燃機関１０の回転が停止する。本実施形態では、この内燃機関１０の停止中に、排気弁３８の温度が基準値以上であった場合には、第２モータジェネレータ８６を電動機として作動させて内燃機関１０をモータリングしながら、吸気弁３６および排気弁３８を実施の形態１と同様に制御して、同様の排気弁冷却制御を実施する。これにより、内燃機関１０の再始動後、排気弁３８によってノッキングが誘発されることを確実に防止することができる。
【００７９】
本実施の形態２は、上記の点以外は実施の形態１と同様であるので、ここではこれ以上の説明を省略する。
【００８０】
実施の形態３．
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、前述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
【００８１】
本実施形態のシステム構成は、前述した実施の形態２のハイブリッドシステムと同様であるものとする。本実施形態では、実施の形態２と同様に、車両のアクセルがＯＦＦされた場合、内燃機関１０の燃焼が停止され、内燃機関１０の回転が停止する。そして、この内燃機関１０の停止中に、排気弁３８の温度が基準値以上であった場合には、以下に説明するような排気弁冷却制御を実行する。
【００８２】
図１０は、本実施形態における排気弁冷却制御実行時の内燃機関１０を模式的に示す図である。本実施形態の排気弁冷却制御では、吸気弁３６を一旦開いて気筒内の空気を排出した後、図１０に示すように、吸気弁３６および排気弁３８を共に閉じた状態でピストン４４を上死点から下死点に移動させる。これにより、気筒内に閉じ込めた空気を断熱膨張させる。
【００８３】
このようにして筒内の空気を断熱膨張させると、空気の温度は大きく低下する。例えば、内燃機関１０の圧縮比をε＝１２．５とし、筒内空気の初期温度２０℃とした場合には、断熱膨張後の筒内空気温度は、理論上、−１６６℃となる。このように、本実施形態では、筒内空気温度を外気温より大幅に低い温度とすることができるので、排気弁３８を高い効率で冷却することができる。
【００８４】
図１１は、本実施形態における排気弁冷却制御実行時の各気筒の吸気弁３６の開弁期間を示す図である。以下、同図を参照して、本実施形態の排気弁冷却制御について更に詳細に説明する。本実施形態の排気弁冷却制御において、ＥＣＵ４０は、第２モータジェネレータ８６の回転角度を制御することにより、各気筒のピストン４４の位置を制御する。
【００８５】
排気弁冷却制御の実行中、排気弁３８は常に閉状態に保持される。一方、図１１に示すように、まず＃１気筒の吸気弁３６が一旦開かれ、＃１および＃４気筒のピストン４４が上死点付近に来たタイミングで、＃１気筒の吸気弁３６が閉じられる。これにより、＃１気筒内の空気のほとんどは吸気通路１２に排出され、＃１気筒内には大気圧下で燃焼室容積相当の体積となる量の空気が残存するのみとなる。続いて、＃４気筒の吸気弁３６が一旦開かれた後、クランク軸が１回転し、＃１および＃４気筒のピストン４４が再び上死点付近に来たタイミングで、＃４気筒の吸気弁３６が閉じられる。これにより、＃４気筒内の空気のほとんどは吸気通路１２に排出され、＃１気筒内には大気圧下で燃焼室容積相当の体積となる量の空気が残存するのみとなる。なお、クランク軸が上記のように１回転する間、＃１気筒内の空気は、一旦膨張した後に圧縮され、元の状態に戻る。
【００８６】
以上のようにして、＃１および＃４気筒内の空気の多くが吸気通路１２へ排出され、＃１および＃４気筒内には僅かな量の空気が残存する。この状態から、＃１および＃４気筒のピストン４４を下死点付近に移動させることによって両気筒内の空気を断熱膨張させた後、クランク軸の回転を停止して、所定時間保持する。この間に、膨張によって低温になった筒内空気により、＃１および＃４気筒の排気弁３８が冷却される。
【００８７】
なお、筒内空気が断熱膨張によって大きく負圧になった状態でピストン４４を停止していると、各部の隙間から気筒内へガスが漏れて、筒内の負圧が例えば１０〜１５秒程度で低下する。このため、上記所定時間、つまり断熱膨張後にピストン４４を下死点付近に保持する時間は、例えば数秒程度であるのが適切である。
【００８８】
上記所定時間の経過後、図１１に示すように、＃２および＃３気筒についても同様に排気弁冷却制御が実行され、＃２および＃３気筒の排気弁３８が冷却される。
【００８９】
本実施形態の排気弁冷却制御では、図１１に示す動作を１サイクルとして、このサイクルを必要に応じて複数サイクル繰り返し実行してもよい。
【００９０】
以上説明したように、本実施形態の排気弁冷却制御によれば、筒内空気温度を外気温より大幅に低い温度とすることができるので、排気弁３８を高い効率で冷却することができる。このため、内燃機関１０の再始動後に排気弁３８がノッキングを誘発することを確実に防止することができる。また、排気弁冷却制御の実行中、排気弁３８は常に閉状態に保持されるので、新気が触媒３２に流れることを確実に防止することができる。このため、触媒３２の劣化を確実に抑制することができる。
【００９１】
更に、本実施形態では、上述したように、２気筒ずつをまとめて排気弁３８の冷却を行うことができ、効率が良い。また、本実施形態によれば、吸気系（吸気通路１２）の周辺も同時に冷却される。このため、内燃機関１０の再始動後、吸入空気を冷却することができるので、充填効率を向上することができる。
【００９２】
なお、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ４０が、上述したような排気弁冷却制御を実行することにより前記第４の発明における「排気弁冷却手段」が、排気弁冷却制御実行時に排気弁３８を閉状態に保持することにより前記第５の発明における「排気弁制御手段」が、吸気弁３６を図１１に示すように制御することにより前記第５の発明における「吸気弁制御手段」が、第２モータジェネレータ８６の回転角度を制御することによって各気筒のピストン４４の位置を制御することにより前記第５の発明における「ピストン位置手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を示す図である。
【図２】実施の形態１のシステムが備える吸気可変動弁装置の構成を示す図である。
【図３】カムによって吸気弁が駆動される様子を示す模式図である。
【図４】内燃機関の機関回転数、出力トルクと、カムの駆動モードとの関係を示す模式図である。
【図５】カムシャフトに設けられた２種類のカムを示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態１における排気弁冷却制御実行時の内燃機関を模式的に示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１における排気弁冷却制御実行時の各気筒の吸気弁の開弁期間を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における排気弁冷却制御実行時の内燃機関を模式的に示す図であるである。
【図１１】本発明の実施の形態３における排気弁冷却制御実行時の各気筒の吸気弁の開弁期間を示す図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０  内燃機関
２０  エアフロメータ
３０  燃料インジェクタ
３６  吸気弁
３８  排気弁
４０  ＥＣＵ
４８  吸気可変動弁装置
５０  排気可変動弁装置
５４Ａ，５４Ｂ  モータ
５６Ａ，５６Ｂ  ギヤ列
５８Ａ，５８Ｂ  カムシャフト
６２  カム
６２ａ  ノーズ
６２ｂ  ベース円部分
８０  第１モータジェネレータ
８２  ドライブシャフト
８４  動力分配統合機構
８６  第２モータジェネレータ
【図１】
2008215303.tif 000003
【図２】
2008215303.tif 000004
【図３】
2008215303.tif 000005
【図４】
2008215303.tif 000006
【図５】
2008215303.tif 000007
【図６】
2008215303.tif 000008
【図７】
2008215303.tif 000009
【図８】
2008215303.tif 000010
【図９】
2008215303.tif 000011
【図１０】
2008215303.tif 000012
【図１１】
2008215303.tif 000013