(57)【要約】【課題】  内燃機関の始動性を向上する。【解決手段】内燃機関１０は、気筒内に形成した混合気を燃焼させて動力をクランク軸から取り出す内燃機関である。内燃機関１０は、気筒ごとに備えられた吸気バルブ３０と排気バルブ４０と、排気バルブ４０の開閉時期を調整可能な可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）４６とを備えている。内燃機関１０を制御するＥＣＵ１００は、排気側ＶＶＴ４６を制御して、内燃機関１０の自動始動時の初爆気筒において、最初の燃焼後におとずれる最初の排気バルブの開弁時期を遅角させる。この結果、初爆の燃焼圧を、効率良く、動力として取り出し、内燃機関１０の始動性を向上させることができる。【選択図】  図４
2005337110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に形成した混合気を燃焼させて動力をクランク軸から取り出す内燃機関であって、
前記気筒ごとに備えられた吸気バルブおよび排気バルブと、
前記排気バルブが開閉する時期を調整可能な可変バルブタイミング機構と、
前記可変バルブタイミング機構を制御する制御手段であって、前記内燃機関の始動時に混合気が最初に燃焼する初爆気筒において、最初の燃焼後におとずれる最初の排気バルブの開弁時期を遅角させる制御手段とを備える内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関において、
前記可変バルブタイミング機構によって、最遅角化された排気バルブの開弁時期が、膨張行程における下死点前である場合には、
前記制御手段は、前記最初の排気バルブの開弁時期を最遅角させる内燃機関。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関において、
前記可変バルブタイミング機構によって、前記排気バルブの開弁時期を膨張行程における下死点以後まで遅角可能である場合には、
前記制御手段は、前記最初の排気バルブの開弁時期を前記下死点まで遅角させる内燃機関。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内燃機関において、
前記制御手段は、前記最初の排気バルブの開弁後に、各気筒の排気バルブの開弁時期を前記最初の排気バルブの開弁時期より進角させる内燃機関。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関において、
前記制御手段による進角量は、前記吸気バルブと前記排気バルブが同時に開弁されているオーバーラップ期間が生じないように決定される内燃機関。
【請求項６】
請求項４に記載の内燃機関は、さらに、
前記クランク軸の角速度であるクランク角速度を検出する検出手段を備え、
前記制御手段による進角量は、前記検出されたクランク角速度に応じて決定される内燃機関。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の内燃機関は、さらに、
前記内燃機関の停止前に、停止時に圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒を予測する予測手段と、
前記内燃機関の停止時における前記予測された停止時圧縮行程気筒を燃料が充填された状態にする燃料充填手段と、
前記クランク軸を回転駆動する電動機とを備え、
前記停止時圧縮行程気筒における圧縮上死点まで前記クランク軸を回転させた後、前記停止時圧縮行程気筒を前記初爆気筒として始動する内燃機関。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の内燃機関は、さらに、
前記気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の停止時に、圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒を検出する検出手段と、
前記燃料噴射弁を制御して、前記検出された停止時圧縮行程気筒に燃料を充填する噴射弁制御手段と、
前記クランク軸を回転駆動する電動機とを備え、
前記停止時圧縮行程気筒における圧縮上死点まで前記クランク軸を回転させた後、前記停止時圧縮行程気筒を前記初爆気筒として始動する内燃機関。
【請求項９】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の内燃機関は、さらに、
前記内燃機関の停止前に、停止時に膨張行程にある停止時膨張行程気筒を予測する予測手段と、
前記内燃機関の停止時における前記予測された停止時膨張行程気筒を燃料が充填された状態にする燃料充填手段とを備え、
前記停止時膨張行程気筒を前記初爆気筒として始動する内燃機関。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の内燃機関は、さらに、
前記気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の停止時に、膨張行程にある停止時膨張行程気筒を検出する検出手段と、
前記燃料噴射弁を制御して、前記検出された停止時膨張行程気筒に燃料を充填する噴射弁制御手段とを備え、
前記停止時膨張行程気筒を前記初爆気筒として始動する内燃機関。
【請求項１１】
排気バルブが開閉する時期を調整可能な可変バルブタイミング機構を有し、気筒内に形成した混合気を燃焼させて動力をクランク軸から取り出す内燃機関の排気バルブ制御方法であって、
前記内燃機関の始動時に混合気が最初に燃焼する初爆気筒において、最初の燃焼後におとずれる最初の排気バルブの開弁時期を遅角させる排気バルブ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、特に、内燃機関の始動性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料消費量および大気汚染物質の排出量を低減するため、運転者の意思によらず、内燃機関を停止・始動する制御が実用化されている。例えば、運転中に車両が一時的に停車すると内燃機関を自動的に停止し、走行開始前に内燃機関を自動的に始動させる（いわゆるアイドリングストップ）制御が実用化されている。また、動力としてモータと内燃機関の両方を備えるハイブリッド車両では、走行モードに応じて走行中にも内燃機関の停止・始動させる制御が行われている。
【０００３】
このように運転者の意思によらず内燃機関を自動的に停止・始動する車両では、自動始動時の振動や騒音によって、運転者に違和感が生じやすく、内燃機関を迅速かつスムーズに始動する技術が従来車両以上に重要になっている。
【０００４】
内燃機関の始動時におけるバルブタイミング制御技術として、安定した着火・燃焼を実現するために、吸気バルブの閉弁時期を最適制御する技術（例えば、特許文献１）や、大気汚染物質（例えば、未燃ＨＣ）低減のために、排気バルブの閉弁時期を最適制御する技術（例えば、特許文献２）が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４０６６３号公報
【特許文献２】特開２００３−１２０３４８号公報
【特許文献３】特開２００１−２８９０８６号公報
【特許文献４】特開２００１−３４２８７６号公報
【特許文献５】特開２００３−３２８７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記技術では、内燃機関の始動時における排気バルブの開弁時期については考慮されておらず、内燃機関の始動性が十分でない場合があった。
【０００７】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、内燃機関の始動性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第１の態様は、気筒内に形成した混合気を燃焼させて動力をクランク軸から取り出す内燃機関を提供する。本発明の第１の態様に係る内燃機関は、前記気筒ごとに備えられた吸気バルブおよび排気バルブと、前記排気バルブが開閉する時期を調整可能な可変バルブタイミング機構と、前記可変バルブタイミング機構を制御する制御手段であって、前記内燃機関の始動時に混合気が最初に燃焼する初爆気筒において、最初の燃焼後におとずれる最初の排気バルブの開弁時期を遅角させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第１の態様に係る内燃機関によれば、排気バルブの可変バルブタイミング機構を制御して、内燃機関の始動時に混合気を最初に燃焼させる初爆気筒において、最初の燃焼後における最初の排気バルブの開弁時期を遅角させる。この結果、膨張行程において燃焼圧が排気バルブから早期に開放されることを防ぎ、初爆気筒の燃焼圧を動力として効率良くクランク軸に取り出すことができる。したがって、内燃機関を迅速に始動することができる。
【００１０】
本発明の第１の態様に係る内燃機関において、前記可変バルブタイミング機構によって、最遅角化された排気バルブの開弁時期が、膨張行程における下死点前である場合には、前記制御手段は、前記最初の排気バルブの開弁時期を最遅角させても良い。かかる場合には、最遅角時における排気バルブの開弁時期が膨張行程の下死点前である可変バルブタイミング機構を有する内燃機関において、初爆気筒の燃焼圧が排気バルブから開放される時期を最も遅らせることができる。この結果、初爆気筒の燃焼圧を動力として効率良くクランク軸に取り出すことができる。
【００１１】
本発明の第１の態様に係る内燃機関において、前記可変バルブタイミング機構によって、前記排気バルブの開弁時期を膨張行程における下死点以後まで遅角可能である場合には、前記制御手段は、前記最初の排気バルブの開弁時期を前記下死点まで遅角させても良い。かかる場合には、初爆気筒の排気バルブの開弁時期を膨張行程の下死点に設定することによって、初爆気筒の燃焼圧を最も効率良くクランク軸に取り出すことができる。
【００１２】
本発明の第１の態様に係る内燃機関において、前記制御手段は、前記最初の排気バルブの開弁後に、各気筒の排気バルブの開弁時期を前記最初の排気バルブの開弁時期より進角させても良い。排気バルブの開弁時期を遅角することで燃焼圧を有効に動力として取り出した結果、クランク角速度（回転数）が急激に上昇する（いわゆる吹き上がり）現象が生じ得る。初爆気筒の排気バルブの開弁後は、排気バルブの開弁時期を進角させることによって、以後の燃焼圧の取り出しを抑制し、いわゆる吹き上がりを防止することができる。
【００１３】
本発明の第１の態様に係る内燃機関において、前記制御手段による進角量は、前記吸気バルブと前記排気バルブが同時に開弁されているオーバーラップ期間が生じないように決定されても良い。内燃機関の始動時に、オーバーラップ期間があると排気ガスが気筒内に逆流して燃焼が不安定になるおそれがある。進角制御時にオーバーラップ期間が生じないように進角することで、吹き上がり防止に加えて、排気ガスの筒内逆流を防止し、燃焼を安定させることができる。
【００１４】
本発明の第１の態様に係る内燃機関は、さらに、前記クランク軸の角速度であるクランク角速度を検出する検出手段を備え、前記制御手段による進角量は、前記検出されたクランク角速度に応じて決定されても良い。かかる場合には、いわゆる吹き上がりの程度に応じて、適切な進角量を決定するので、吹き上がりを効果的に防止することができる。
【００１５】
本発明の第１の態様に係る内燃機関は、さらに、前記内燃機関の停止前に、停止時に圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒を予測する予測手段と、前記内燃機関の停止時における前記予測された停止時圧縮行程気筒を燃料が充填された状態にする燃料充填手段と、前記クランク軸を回転駆動する電動機とを備え、前記停止時圧縮行程気筒における圧縮上死点まで前記クランク軸を回転させた後、前記停止時圧縮行程気筒を前記初爆気筒として始動しても良い。また、前記気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記内燃機関の停止時に、圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒を検出する検出手段と、前記燃料噴射弁を制御して、前記検出された停止時圧縮行程気筒に燃料を充填する噴射弁制御手段と、前記クランク軸を回転駆動する電動機とを備え、前記停止時圧縮行程気筒における圧縮上死点まで前記クランク軸を回転させた後、前記停止時圧縮行程気筒を前記初爆気筒として始動しても良い。
【００１６】
かかる場合には、内燃機関の停止中に圧縮行程にある気筒が燃料を充填された状態にされるので、内燃機関の始動時に、この気筒の圧縮上死点までクランク軸を回転させるだけで、最初の燃焼が開始できる。この結果、より速やかに内燃機関を始動することができる。
【００１７】
本発明の第１の態様に係る内燃機関は、さらに、前記内燃機関の停止前に、停止時に膨張行程にある停止時膨張行程気筒を予測する予測手段と、前記内燃機関の停止時における前記予測された停止時膨張行程気筒を燃料が充填された状態にする燃料充填手段とを備え、前記停止時膨張行程気筒を前記初爆気筒として始動しても良い。また、前記気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記内燃機関の停止時に、膨張行程にある停止時膨張行程気筒を検出する検出手段と、前記燃料噴射弁を制御して、前記検出された停止時膨張行程気筒に燃料を充填する噴射弁制御手段とを備え、前記停止時膨張行程気筒を前記初爆気筒として始動しても良い。
【００１８】
かかる場合には、内燃機関の停止中に膨張行程にある気筒が燃料を充填された状態にされるので、内燃機関の始動時に、この気筒内の混合気を即時に燃焼させることができる。この結果、より速やかに内燃機関を始動することができる。さらに、始動時において、燃焼圧以外のクランク軸を回転駆動する動力（電動機等）を不要とすることができる。
【００１９】
本発明の第２の態様は、排気バルブが開閉する時期を調整可能な可変バルブタイミング機構を有し、気筒内に形成した混合気を燃焼させて動力をクランク軸から取り出す内燃機関の排気バルブ制御方法を提供する。本発明の第２の態様に係る排気バルブ制御方法は、前記内燃機関の始動時に混合気が最初に燃焼する初爆気筒において、最初の燃焼後におとずれる最初の排気バルブの開弁時期を遅角させることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第２の態様に係る排気バルブ制御方法によれば、本発明の第１の態様に係る内燃機関と同様の作用効果を得ることができる。本発明の第２の態様に係る排気バルブ制御方法は、本発明の第１の態様に係る４サイクル内燃機関と同様にして種々の態様にて実現され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る内燃機関について、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。
【００２２】
Ａ．実施例
・構成：
図１は、本発明の実施例に係る内燃機関周りの概略構成を示す説明図である。本実施例に係る内燃機関１０は、いわゆる４気筒ガソリンエンジンである。
【００２３】
本実施例に係る内燃機関１０は、内部に＃１ないし＃４の４つの気筒（シリンダ）を有するシリンダブロック２０、シリンダブロック２０の上面に配置されたシリンダヘッド２２、各気筒内を上下に摺動するように内接するピストン（図示しない）、エンジン１０全体を制御する制御装置（ＥＣＵ）１００を備えている。また、内燃機関１０周りには、電動機２００、インバータ３００、バッテリ４００が備えられている。
【００２４】
ピストンは、図示しないコネクティングロッドを介して、クランク軸６０と連結されている。クランク軸６０近傍には、クランク角センサ１０２が取り付けられており、これによって、エンジン回転速度Ｎe、クランク角θcr、クランク角速度Ｖθを検出することができる。
【００２５】
シリンダヘッド２２には、各気筒ごとに吸気ポートおよび排気ポート（図示しない）が形成されている。各吸気ポートには吸気管１２の分岐端が接続され、吸気管１２を介して各気筒に空気が供給される。吸気管１２には、スロットルバルブ７０、エアクリーナ６４、吸気圧センサ１１０が配置されている。スロットルバルブ７０の開度を電動アクチュエータ７２によって調整することで各気筒に供給される空気量を調整でき、吸気圧センサ１１０によって吸気圧Ｐinを検出することができる。各排気ポートには、排気管１６の分岐端が接続され、排気管１６を介して各気筒から燃焼ガスが排出される。排気管１６には、触媒装置８０が配置されている。
【００２６】
シリンダヘッド２２には、各気筒ごとに、吸気ポートを開閉する吸気バルブ３０、排気ポートを開閉する排気バルブ４０、吸気バルブ３０を駆動するための吸気側カムシャフト３４、排気バルブ４０を駆動するための排気側カムシャフト４４、燃料を吸気ポートに噴射するための燃料噴射弁５０、火花点火のための点火プラグ２５が配置されている。
【００２７】
ここで、排気バルブ４０の動弁機構について説明する。排気側カムシャフト４４は、クランク軸６０の回転がチェーン等を介して伝達されることによって、回転駆動されるよう構成されている。排気側カムシャフト４４には、排気側カム４２が各排気バルブ４０と当接する位置に形成されており、排気側カムシャフト４４が排気側カム４２と一体となって回転すると、排気バルブ４０が開閉駆動される。従って、クランク軸６０と排気側カムシャフト４４を、互いに位相が適切となるように組み付けることによって、クランク軸６０の回転にあわせて適切なタイミングで排気バルブ４０を開閉駆動することができる。
【００２８】
排気側カムシャフト４４とクランク軸６０との位相は、排気側可変バルブタイミング機構（以下、排気側ＶＶＴという。）４６によって、所定の変更可能範囲において連続的に変更可能となっている。本実施例では、排気側ＶＶＴ４６の変更可能範囲は、排気バルブ４０の開弁時期でみて、膨張行程の下死点前６０度（最進角時）から膨張行程の下死点（最遅角時）までの範囲である。排気側ＶＶＴ４６は周知のＶＶＴの構成を用いている。ＶＶＴとしては、例えば、油圧機構によって、あるいは、ステップモータや電磁ソレノイド等の電動機構によって、カムシャフトとクランク軸との位相を変更する機構が知られているが、詳細な説明は省略する。
【００２９】
吸気バルブ３０の動弁機構は、排気バルブ４０の動弁機構と同様に、吸気側カム３２が形成された吸気側カムシャフト３４と、吸気側ＶＶＴ３６とによって構成され、排気バルブ４０は、クランク軸６０の回転が吸気側カムシャフト３４に伝達されることによって開閉駆動される。本実施例において、吸気側ＶＶＴ３６の変更可能範囲は、吸気バルブ３０の開弁時期でみて、吸気上死点前３５度（最進角時）から吸気上死点前５度（最遅角時）までの範囲となっている。
【００３０】
吸気側カムシャフト３４および排気側カムシャフト４４近傍には、それぞれカム角センサ１０６、１０８が取り付けられており、これによって、吸気側カム角θincam 、および、排気側カム角θexcamを検出することができる。
【００３１】
電動機２００は、Ｖリブドベルト２０４を介して、クランク軸６０と互いに動力を伝達可能に構成されている。すなわち、電動機２００の動力出力軸には電動機プーリー２０２が装着され、クランク軸６０にはクランクプーリー６２装着されている。そして、Ｖリブドベルト２０４が電動機プーリー２０２とクランクプーリー６２とに架装されている。電動機２００は、内燃機関１０の始動時にはクランク軸６０を駆動する動力源として機能し、内燃機関１０の運転時にはクランク軸６０によって駆動されて発電する発電機として機能する。電動機２００は、インバータ３００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００の指令に基づきインバータ３００によって駆動制御される。
【００３２】
インバータ３００は、バッテリ４００とも電気的に接続されている。バッテリ４００は、内燃機関１０の始動時には電動機２００を駆動する電源として機能し、内燃機関１０の運転時には電動機２００により発電された電力を蓄電する。
【００３３】
ＥＣＵ１００は、周知のマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ１００は、各センサ（クランク角センサ１０２、アクセル開度センサ１０４、カム角センサ１０６、１０８、吸気圧センサ１１０）からの電気信号を取得して、各種情報（エンジン回転速度Ｎe、クランク角θcr、クランク角速度Ｖθ、アクセル開度θac、吸気側および排気側カム角θincam、θexcam、吸気圧Ｐin）を検出する。
【００３４】
ＥＣＵ１００は、検出したこれらの情報に基づいて、吸気側および排気側ＶＶＴ３６、４６、燃料噴射弁５０、スロットルバルブ７０、点火プラグ２５、インバータ３００等を制御することで、点火時期制御、燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御、吸入空気量制御、吸気バルブ３０および排気バルブ４０の開閉時期制御（バルブタイミング制御）を実行し、内燃機関１０を運転する。以下の説明においては、本実施例の特徴部分であるバルブタイミング制御を中心に説明し、特徴的部分ではない制御については、適宜説明を省略する。
【００３５】
動作：
図２〜図８を参照して、第１の実施例に係る内燃機関１０の動作（制御）について説明する。図２は、本実施例に係る内燃機関１０の運転条件と、吸排気バルブの開閉時期（以下、バルブタイミングともいう。）との対応関係の一例を示すマップである。図２において、ＴＤＣとは、ピストンが上死点の位置となるタイミングを示し、ＢＤＣとは、ピストンが下死点の位置となるタイミングを示している。また、ＩＮは吸気バルブ３０の開弁期間を示し、ＥＸは排気バルブ４０の開弁期間を示している。ここでは、エンジン回転数Ｎｅおよび要求負荷に応じてＡ〜Ｄの４つのバルブタイミングを例示した。Ａは、低温時、軽負荷時、アイドリング時のバルブタイミングである。Ｂは高負荷低中回転域、Ｃは中負荷域、Ｄは高負荷高回転域におけるバルブタイミングである。
【００３６】
内燃機関１０は、アイドリング時および車両走行中は、図２に示すマップに基づいて運転（以下、通常運転という。）される。すなわち、ＥＣＵ１００は、図２に示すようなマップを記憶しており、検出したエンジン回転速度Ｎe、アクセル開度θac（要求負荷）に基づいて、マップを参照して吸気側ＶＶＴ３６および排気側ＶＶＴ４６を制御（以下、通常運転制御という。）する。これによって、吸気バルブ３０および排気バルブ４０の開閉時期が進角または遅角され、内燃機関１０は、走行状態に応じた適切なバルブタイミングで運転される。ここで、進角とは、吸気バルブ３０または排気バルブ４０の開閉時期を早めることをいい、遅角とは、吸気バルブ３０または排気バルブ４０の開閉時期を遅らせることをいう。また、進角および遅角させる変化量をクランク角度で表したものをそれぞれ進角量、遅角量という。
【００３７】
一方で、内燃機関１０は、いわゆるアイドリングストップを実現するための自動停止・始動制御がなされる。ＥＣＵ１００は、通常運転制御と自動停止・始動制御とを、車両の状態等に応じて切換えながら、内燃機関１０を運転制御する。
【００３８】
図３は、アイドリングストップ実施時の、内燃機関１０の制御処理ルーチンを示すフローチャートである。図４は、アイドリングストップ実施時において、クランク角に対する吸気バルブ３０および排気バルブ４０の開閉時期を模式的に示した説明図である。説明の都合上、内燃機関１０を搭載した車両が運転中に一時停止し、内燃機関１０がアイドリング状態になった時点から、内燃機関１０を自動停止および自動始動し、再びアイドリング状態に戻るまでを、順を追って説明する。
【００３９】
ＥＣＵ１００は、車両が運転中に一時停止した時点では、通常運転制御処理を実行している（ステップＳ１１０）。すなわち、ＥＣＵ１００は、図２に示すマップに従い、図２のＡに示されているバルブタイミングで内燃機関１０をアイドリングさせる。図４（ａ）は、アイドリング時におけるバルブタイミング（図２のＡと同じである。）を示している。
【００４０】
ＥＣＵ１００は、通常運転制御（アイドリング状態）を維持しながら、所定のエンジン停止条件が成立したか否かを監視する（ステップＳ１２０）。エンジン停止条件は、例えば、（１）内燃機関１０が十分暖気されている（冷却水温が基準値以上であること）。（２）バッテリ４００にある程度の蓄電量がある（電圧が基準値以上であること）。（３）アクセル開度θac＝０である。（４）ブレーキが踏まれている。（５）車速＝０であるとの５つの条件が用いられ、５つの条件が全て満たされた場合にエンジン停止条件が成立したと判断しても良い。ＥＣＵ１００は、エンジン停止条件が成立しないと判断した場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）には、通常運転制御を維持する（ステップＳ１１０）。ＥＣＵ１００は、エンジン停止条件が成立した場合（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）には、通常運転制御から自動停止制御に移行し、エンジン自動停止処理を実行する（ステップＳ１３０）。
【００４１】
図５は、エンジン自動停止処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。ＥＣＵ１００は、エンジン自動停止処理を開始すると、排気側ＶＶＴ４６を制御して、排気バルブ４０の開閉時期を遅角させる（ステップＳ２１０）。遅角量は、排気バルブ４０の開弁時期が、ピストンが膨張行程における下死点に位置するタイミング（以下、膨張行程の下死点ともいう。）となるまで遅角されるように設定される。本実施例に係る内燃機関１０の排気側ＶＶＴ４６の変更可能範囲は、排気バルブ４０の開弁時期でみて、膨張行程の下死点前６０度から膨張行程の下死点までの範囲であるから、ＥＣＵ１００は、排気バルブ４０の開閉時期を最遅角させる。図４（ｂ）は、本制御により遅角されたバルブタイミングを示している。
【００４２】
続いて、ＥＣＵ１００は、燃料噴射弁５０を制御して燃料噴射を停止すると共に、点火プラグ２５を制御して点火を停止する（ステップＳ２２０）。これによって、内燃機関１０における混合気の燃焼が停止される。燃料噴射および点火を停止が停止されても、その時点でいずれかの気筒は、膨張行程にあり、また、慣性力も働くため、実際にはクランク軸６０は、直ぐには停止せず、数行程分回転した後に完全に停止する。
【００４３】
ＥＣＵ１００は、燃料噴射および点火を停止すると、直ちに内燃機関１０のクランク軸６０が完全に停止した時点におけるクランク角度（以下、停止クランク角度という。）θcr_stop（停止クランク角度）を推定する処理を実行する（ステップＳ２３０）。この推定処理の一例を説明すると、先ず、ＥＣＵ１００は、燃料噴射および点火停止時の吸気圧Ｐin、エンジン回転数Ｎｅおよびクランク角度θcrを検出する。ＥＣＵ１００は、検出した吸気圧Ｐin、エンジン回転数Ｎｅおよびクランク角度θcrに基づいて、３次元マップを参照して、停止クランク角度θcr_stopを取得する。３次元マップは、予め実験により求められた燃料噴射および点火停止時における吸気圧Ｐin、エンジン回転数Ｎｅおよびクランク角度θcrと、停止クランク角度θcr_stopとの対応関係を示すものであり、ＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。
【００４４】
ＥＣＵ１００は、次回、内燃機関１０を始動するときに最初に混合気を燃焼させる気筒（以下、初爆気筒という。）に、燃料を充填して（ステップＳ２４０）、本処理を終了する。具体的には、ＥＣＵ１００は、取得した停止クランク角度θcr_stopから、クランク軸６０が完全に停止した時点でピストン位置が圧縮行程を迎える気筒（以下、停止時圧縮行程気筒という。）を予測する。図６は、内燃機関１０におけるクランク角θcrと各気筒の行程との関係を説明する概略図である（バルブタイミングを正確に表す図ではない）。図示するように、４気筒エンジンである内燃機関１０においては、各気筒間で、クランク角度にして１８０度ずつ位相を異にしながら４つの行程が繰り返されている。したがって、停止クランク角度θcr_stopが、どこに位置しても必ず１つの気筒が圧縮行程にあることがわかる。例えば、図６に示すように、停止クランク角度θcr_stopが０度から１８０度の間に位置すると推定された場合には、＃２の気筒が停止時圧縮行程気筒になると予測される。
【００４５】
燃料噴射弁５０は、ＥＣＵ１００の制御に基づき、クランク軸６０が停止する直前の吸気行程において停止時圧縮行程気筒内に混合気が供給されるように、タイミングを計って停止時圧縮行程気筒の吸気ポートに燃料を噴射する。内燃機関１０の次回の始動時には、停止時圧縮行程気筒（図６に示す例では、＃２の気筒）が、初爆気筒となる。
【００４６】
その後、クランク軸６０は完全に停止する。すなわち、ステップＳ２３０およびＳ２４０の各処理は、燃料噴射および点火が停止されてからクランク軸６０が完全に停止するまでの短期間内に実行される。
【００４７】
内燃機関１０が自動停止された状態になると、ＥＣＵ１００は、所定のエンジン始動条件が成立したか否かを監視する（ステップＳ１４０）。所定のエンジン始動条件は、上述した５つのエンジン停止条件をそのまま用い、５つの条件のうち、１つでも満たされない状態になった場合にエンジン始動条件が成立したと判断しても良い。ＥＣＵ１００は、エンジン始動条件が成立しない場合（ステップＳ１４０：ＮＯ）には、内燃機関１０を自動停止状態にしたまま、エンジン始動条件の監視を続ける。ＥＣＵ１００は、エンジン始動条件が成立した場合（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）には、エンジン自動始動処理を実行する（ステップＳ１５０）。
【００４８】
図７は、エンジン自動始動処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。ＥＣＵ１００は、エンジン自動始動処理を開始すると、インバータ３００を制御して電動機２００の駆動を開始する（ステップＳ３１０）。電動機２００の動力によって、クランク軸６０が回転駆動され、初爆気筒（燃料が充填された停止時圧縮気筒）のピストン位置が、圧縮上死点に到達する付近で、点火プラグ２５により初爆気筒内の混合気が点火される（ステップＳ３２０）。初爆気筒内の燃焼圧と電動機２００の動力によって、クランク軸６０の角速度Ｖθ（以下、クランク角速度Ｖθという。）は、速やかに上昇する。
【００４９】
ＥＣＵ１００は、初爆気筒の排気バルブ４０が開弁したか否かを判断する（ステップＳ３３０）。エンジン自動停止処理における遅角制御（図５：ステップＳ２１０）によって、排気バルブ４０の開弁時期は、膨張行程の下死点時に設定されているので、ＥＣＵ１００は、クランク角θcrを検出して、クランク角θcrが初爆気筒における膨張行程の下死点に到達したか否かを判断することになる。
【００５０】
ＥＣＵ１００は、クランク角θcrが初爆気筒における膨張行程に到達すると、すなわち、初爆気筒において排気バルブ４０が開弁されると（ステップＳ３３０：ＹＥＳ）、排気バルブ４０の開閉時期を進角させる排気バルブ開閉時期進角処理を実行する（ステップＳ３４０）。
【００５１】
図８は、排気バルブ開閉時期進角処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。ＥＣＵ１００は、先ず、排気側ＶＶＴ４６を制御して、排気バルブ４０の開閉時期をオーバーラップ期間が生じない位置まで進角させる（ステップＳ４１０）。図４（ｃ）は、本ステップにおける進角制御後のバルブタイミングを示している。オーバーラップ期間とは、一の気筒において、吸気バルブ３０と排気バルブ４０とが同時に開弁されている期間をいう。図４（ａ）に示すように、本ステップにおける進角制御前のバルブタイミングでは、オーバーラップ期間ＯＬが生じているが、図４（ｃ）に示す進角制御後のバルブタイミングではオーバーラップ期間ＯＬが生じていないことがわかる。
【００５２】
ＥＣＵ１００はさらに、クランク角速度Ｖθを検出して、クランク角速度Ｖθが基準クランク角速度Ｖθ_refより大きいか否かを判断する（ステップＳ４２０）。基準クランク角速度Ｖθ_refは、予め実験により定められた値であり、この時点におけるクランク角速度が、基準クランク角速度Ｖθ_ref以上であると、図４（ｃ）に示すバルブタイミングのままでは、エンジン回転数Ｎｅが上昇しすぎていわゆる吹き上がりが生じてしまう値である。本実施例では、基準クランク角速度Ｖθ_refは、エンジン回転数に換算すると２００ｒｐｍ（回転数／分）程度に設定されている。
【００５３】
ここで、クランク角速度Ｖθ（例えば、ラジアン／秒）は、クランク角センサ１０２からの電気信号に基づいて算出されるクランク軸６０の回転速度を表す値であり、本質的にはエンジン回転数Ｎｅと同じである。ステップＳ４２０における回転速度の検出は、クランク軸６０が半回転する程度の短い期間において、連続的に変化していく瞬間的な回転速度を検出するものである。このため、ステップＳ４２０において検出されるクランク軸６０の回転速度については、エンジン回転数Ｎｅではなく、クランク角速度Ｖθという用語を用いている。
【００５４】
ＥＣＵ１００は、検出したクランク角速度Ｖθが基準クランク角速度Ｖθ_refより大きい場合（ステップＳ４２０：ＹＥＳ）には、排気側ＶＶＴ４６を制御して、排気バルブ４０の開閉時期を、更に進角させる（ステップＳ４３０）。図４（ｄ）は、本ステップにおける追加の進角制御後のバルブタイミングを示している。この際の追加の進角量Δθfwdは、検出したクランク角速度Ｖθに応じて決定される。例えば、クランク角速度Ｖθに対応する進角量Δθfwdを予め実験的に決定して記録したマップを、ＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶しておき、このマップを参照して進角量Δθfwdを決定しても良い。
【００５５】
ＥＣＵ１００は、検出したクランク角速度Ｖθが基準クランク角速度Ｖθ_refより小さい場合（ステップＳ４２０：ＮＯ）、あるいは、ステップＳ４３０における追加の進角制御を実行した後に、２爆気筒の排気バルブ４０が開弁したか否かを判断する（ステップＳ４４０）。２爆気筒は、初爆気筒の次に、混合気を燃焼させる気筒をいう。図６に示す例において、初爆気筒が＃２の気筒である場合には、２爆気筒には＃１の気筒が該当する。ＥＣＵ１００は、クランク角θcrが２爆気筒における排気バルブ４０の開弁時期に対応するクランク角度に到達したか否かによって、２爆気筒の排気バルブ４０が開弁したか否かを判断することになる。
【００５６】
ＥＣＵ１００は、２爆気筒において排気バルブ４０が開弁されると（ステップＳ４４０：ＹＥＳ）、本処理を終了して、図７に示す処理ルーチンに戻る。ＥＣＵ１００は、２爆気筒において排気バルブ４０が開弁されるまでは、ステップＳ４２０〜ステップＳ４３０の処理を繰り返す（ステップＳ４４０：ＮＯ）。以上のように、図８に示す排気バルブ４０の開閉時期の進角処理は、図６中において記号ｔで示すように、初爆気筒の排気行程開始時期から２爆気筒の排気行程開始時期までの極めて短期間の間に実行される。
【００５７】
図７に戻って説明を続けると、ＥＣＵ１００は、排気バルブ開閉時期進角処理（ステップＳ３４０）が終了すると、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ_ref に到達したか否かを監視する（ステップＳ３５０）。ＥＣＵ１００は、エンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎｅ_ref 到達すると（ステップＳ３５０：ＹＥＳ）、インバータ３００を制御して電動機２００の駆動を終了し、エンジン自動始動処理を終了する。所定回転数Ｎｅ_ref は、電動機２００によりクランク軸６０の回転駆動を補助しなくても、内燃機関１０が確実にアイドリング状態に移行できる回転数であり、経験的に定められる。本実施例では、所定回転数Ｎｅ_ref は、４００ｒｐｍ程度に設定されている。
【００５８】
図３に戻って説明を続けると、ＥＣＵ１００は、エンジン始動処理（ステップＳ１５０）から、通常運転制御処理に移行する（ステップＳ１６０）。この通常運転制御処理は、内燃機関１０の自動停止前のアイドリング状態における通常運転制御処理（ステップＳ１１０）と同じである。すなわち、ＥＣＵ１００は、図２に示すマップに従い、図２のＡに示されているバルブタイミングで内燃機関１０をアイドリングさせる。
【００５９】
以上のように構成された本実施例に係る内燃機関１０によれば、自動始動時において初爆気筒において最初に混合気を燃焼させた直後に排気バルブ４０が開弁される時期が、従来の内燃機関より遅角され、膨張行程の下死点に設定されている。この結果、初爆の燃焼圧が、早期に排気バルブ４０から開放されることなく、ピストンを押し下げるために用いられるため、初爆の燃焼圧を、効率良く、動力としてクランク軸６０から取り出すことができる。したがって、クランク軸６０のクランク角速度を迅速に上昇させることができ、内燃機関１０の始動性を改善することができる。
【００６０】
さらに、初爆気筒において排気バルブ４０が開弁された後に、排気バルブ４０の開弁時期が進角されるため、２爆以降の燃焼圧が排気バルブ４０から早めに開放される。この結果、２爆以降の燃焼圧については、動力としての取り出しが抑制され、いわゆる吹き上がりを防止することができる。また、かかる進角制御における進角量は、クランク角速度に応じて決定されるため、吹き上がりの程度に応じた適切な進角制御が可能である。
【００６１】
さらに、排気バルブ４０の開弁時期が進角されると共に、排気バルブ４０の閉弁時期がオーバーラップ期間が生じないように進角される。この結果、気筒内から一旦排出された排気ガスがオーバーラップ期間中に気筒内に逆流することを防止し、燃焼を安定させることができる。
【００６２】
また、自動停止時において、停止時圧縮行程気筒を予測し、停止時圧縮行程気筒内に燃料を充填した状態で内燃機関１０を停止させる。そして、停止時圧縮行程気筒を初爆気筒として、内燃機関１０を始動させる。この結果、停止時圧縮行程気筒は、直後の圧縮上死点において直ちに点火することができるため、内燃機関１０は、始動時においてクランク軸６０が少なくとも１８０度回転する前に、最初の燃焼を開始できる。このため、内燃機関１０の始動性がより改善することができる。
【００６３】
Ｂ．変形例：
上記実施例では、排気側ＶＶＴ４６は、排気バルブ４０の開弁時期でみて、膨張行程の下死点前６０度から膨張行程の下死点までの範囲であるから、ＥＣＵ１００は、エンジン停止処理において、排気バルブ４０の開弁時期を膨張行程の下死点まで最遅角させている（図５：ステップＳ２１０）。変更可能範囲が狭く、排気バルブの開弁時期を膨張行程の下死点まで、遅角させることができない排気側ＶＶＴを搭載している内燃機関の場合は、ステップＳ２１０において、排気バルブの開弁時期を膨張行程の下死点に設定することはできないが、排気バルブの開弁時期を最遅角させ、極力、排気弁の開弁時期を膨張行程の下死点に近付ける。初爆の燃焼圧が排気バルブから開放される時期を、極力遅らせることで、できる限り効率良く、燃焼圧を動力として取りだし、内燃機関の始動性を向上させることができる。
【００６４】
一方、変更可能範囲が広く、排気バルブの開弁時期を膨張行程の下死点を越えて遅角させることができる排気側ＶＶＴを搭載している内燃機関の場合は、ステップＳ２１０において、排気バルブの開弁時期を最遅角させず、膨張行程の下死点まで遅角させる。膨張行程の下死点を越えて遅角させると、ピストンが下死点に達して上昇に転じた後も燃焼圧が排気バルブから開放されないことになり、燃焼圧がクランク軸６０の回転を妨げてしまうからである。
【００６５】
上記実施例では、停止時圧縮行程気筒を予測して、予測した気筒に燃料を充填している（図５：ステップＳ２３０〜Ｓ２４０）が、クランク軸６０が完全に停止した時点でピストン位置が膨張行程を迎える気筒（以下、停止時膨張行程気筒という。）を予測して、予測した気筒に燃料を充填しても良い。停止時膨張行程気筒の予測は、停止時圧縮行程気筒の予測と同様に、予め作成された３次元マップを用いて実行することができる。かかる場合には、上記実施例と同様の作用効果を奏することができる。加えて、内燃機関１０の始動時において、停止時膨張行程気筒に直ちに点火することによって内燃機関１０を始動することができるので、電動機２００等のようなクランク軸６０の駆動を補助する動力を用いずに内燃機関１０を始動することができる。
【００６６】
上記実施例に係る内燃機関１０では、燃料噴射弁５０は、吸気ポート内に燃料を噴射するように配置されているが、燃料噴射弁が、気筒内に直接燃料を噴射するように配置された内燃機関を用いても良い。かかる場合には、停止時圧縮行程気筒または停止時膨張行程気筒をクランク軸６０が完全に停止する前に予測する必要がなくなり、クランク軸６０が完全に停止した直後に、停止時圧縮行程気筒または停止時膨張行程気筒を検出して、検出した気筒に燃料を充填することができる。
【００６７】
上記実施例に係る内燃機関１０は、排気側カムシャフト４４を回転駆動することによって排気バルブ４０を開閉駆動し、排気側ＶＶＴ４６によって排気側カムシャフト４４とクランク軸６０との回転位相を変更することによって、排気バルブ４０の開閉時期を変更しているが、任意のタイミングで排気バルブ４０を駆動できる機構を可変バルブタイミング機構として用いても良い。例えば、排気バルブ４０ごとに、円盤状の電歪素子を複数枚積み重ねた構造とからなる電動アクチュエータを備えても良い。ＥＣＵ１００から電気信号を出力して、電歪素子に印加する電圧を変更することにより、排気バルブ４０を任意のタイミングで開閉することができる。これによって、上記実施例において説明したものと同様のバルブタイミング制御を実行すれば、上記実施例と同様の作用・効果を実現することができる。
【００６８】
以上、本発明の実施例および変形例について説明したが、本発明はこれらの実施例および変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関周りの概略構成を示す説明図。
【図２】実施例に係る内燃機関１０の運転条件と、吸排気バルブの開閉時期との対応関係の一例を示すマップ。
【図３】アイドリングストップ実施時の、内燃機関１０の制御処理ルーチンを示すフローチャート。
【図４】アイドリングストップ実施時において、クランク角に対する吸気バルブ３０および排気バルブ４０の開閉時期を模式的に示した説明図。
【図５】エンジン自動停止処理の処理ルーチンを示すフローチャート。
【図６】内燃機関１０におけるクランク角θcrと各気筒の行程との関係を説明する概略図。
【図７】エンジン自動始動処理の処理ルーチンを示すフローチャート。
【図８】排気バルブ開閉時期進角処理の処理ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７０】
１０…内燃機関
１２…吸気管
１６…排気管
２０…シリンダブロック
２２…シリンダヘッド
２５…点火プラグ
３０…吸気バルブ
３２…吸気側カム
３４…吸気側カムシャフト
３６…吸気側ＶＶＴ（可変バルブタイミング機構）
４０…排気バルブ
４２…排気側カム
４４…排気側カムシャフト
４６…排気側ＶＶＴ（可変バルブタイミング機構）
５０…燃料噴射弁
５２…燃料供給ポンプ
６０…クランク軸
６２…クランクプーリー
７０…スロットルバルブ
７２…電動アクチュエータ
８０…触媒装置
９０…エアクリーナ
１００…ＥＣＵ
１０２…クランク角センサ
１０４…アクセル開度センサ
１０６…吸気側カム角センサ
１０８…排気側カム角センサ
１１０…吸気圧センサ
２００…電動機
２０２…電動機プーリー
２０４…Ｖリブドベルト
３００…インバータ
４００…バッテリ
ＯＬ…オーバーラップ期間
ＩＮ…吸気バルブ開弁期間
ＥＸ…排気バルブ開弁期間
【図１】
2005337110.tif 000003
【図２】
2005337110.tif 000004
【図３】
2005337110.tif 000005
【図４】
2005337110.tif 000006
【図５】
2005337110.tif 000007
【図６】
2005337110.tif 000008
【図７】
2005337110.tif 000009
【図８】
2005337110.tif 000010