(57)【要約】【課題】内燃機関を効果的に暖機する。【解決手段】エンジンＥＣＵ１００は、点火時期が遅角制御される触媒暖機制御時において、各気筒のピストンの動作速度を可変に制御する。係る制御は、クランクシャフト２０５を介してモータ５００から駆動力を付与することにより実行される。この際、例えば膨張行程内で設定される点火ピストン位置から例えばクランク角にして９０°まで進んだピストン位置までの減速期間ΔＴｄにおいてピストン速度が低下せしめられ、燃焼時間が担保される。また、減速期間ΔＴｄの終了位置たる切換え位置ＴｃからＢＤＣまでの増速期間ΔＴｉにおいてピストン速度が増加せしめられ、未燃焼燃料の排気が促進される。【選択図】図４
2007211650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン及び該ピストンに接続されたクランク軸を有する内燃機関を動力源の少なくとも一部とする車両において前記内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記ピストンに対して駆動力を付与可能である駆動力付与手段と、
前記内燃機関の少なくとも一部を暖機すべき期間として規定される暖機期間の少なくとも一部において、前記ピストンに対し、その運動方向の正方向及び負方向の少なくとも一方向に前記駆動力を付与するように前記駆動力付与手段を制御する駆動力制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の点火時期を所定の基準時期に対して遅角させることにより前記内燃機関の少なくとも一部を暖機する暖機手段を更に具備し、
前記駆動力制御手段は、前記暖機期間の少なくとも一部として前記点火時期が遅角される期間において前記駆動力を付与する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記暖機手段は、前記点火時期が前記内燃機関の膨張行程内となるように前記点火時期を遅角し、
前記駆動力制御手段は、前記膨張行程において前記点火時期に対応する前記ピストンの位置と前記内燃機関の下死点とによって規定される範囲における、前記点火時期に対応するピストンの位置近傍を含む少なくとも一部の範囲において前記ピストンの速度が低下するように前記駆動力を付与する
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記駆動力制御手段は、下死点近傍を含む前記内燃機関の膨張行程の少なくとも一部において前記ピストンの速度が増加するように前記駆動力付与手段を制御する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、（i）夫々が前記ピストンを含む複数の気筒及び（ii）該複数の気筒各々に燃料を供給する燃料供給手段を備え、
前記内燃機関の制御装置は、前記暖機期間の少なくとも一部として規定される始動期間において前記複数の気筒における一部の気筒及び該一部の気筒を除く他の気筒各々における空燃比が夫々理論空燃比よりも高いリーン側空燃比及び理論空燃比よりも低いリッチ側空燃比となるように前記燃料供給手段を制御する供給制御手段を更に具備し、
前記駆動力制御手段は、前記空燃比がリーン側空燃比に設定される気筒における膨張行程の少なくとも一部において前記ピストンの速度が低下するように前記駆動力付与手段を制御する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記駆動力付与手段は、前記クランク軸を介して前記ピストンに前記駆動力を付与し且つ前記内燃機関と共に前記車両の動力源の一部として機能する電動機を含む
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関の少なくとも一部は、前記内燃機関の排気経路に設置された触媒を含む
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に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の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術分野において、触媒を暖機するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたエンジンの制御装置（以下、「従来の技術」と称する）によれば、エンジン冷間始動時に点火時期を遅角して排気温度を高める際、エンジンの実際の回転変動状態に応じてエンジンの燃焼状態を制御することにより点火時期を最大限に遅角して触媒の昇温効果を最大限に高めることが可能であるとされている。
【０００３】
尚、非ノック領域において圧縮上死点後のピストン速度をモータにより減速させ、その後加速させることによりエンジン効率を向上させる技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、エンジン始動時に圧縮上死点のピストン速度をモータにより増速させ、始動性を向上させる技術も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０７８３８号公報
【特許文献２】特開２００４−８４６０７号公報
【特許文献３】特開２００４−４４４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
内燃機関の暖機を目的として点火時期を遅角する場合、燃焼中に膨張行程が終了してしまうと燃焼が不十分となるため、排気温度を高めるための点火時期の遅角量には自ずと限界がある。一方、暖機を促進する目的を優先した場合には、燃焼中に膨張行程が終了し、燃焼安定性が悪化してトルク変動が大きくなりかねない。即ち、従来の技術には、内燃機関の暖機が不十分になりかねないという技術的な問題点がある。
【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関を効果的に暖機することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、ピストン及び該ピストンに接続されたクランク軸を有する内燃機関を動力源の少なくとも一部とする車両において前記内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、前記ピストンに対して駆動力を付与可能である駆動力付与手段と、前記内燃機関の少なくとも一部を暖機すべき期間として規定される暖機期間の少なくとも一部において、前記ピストンに対し、その運動方向の正方向及び負方向の少なくとも一方向に前記駆動力を付与するように前記駆動力付与手段を制御する駆動力制御手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る内燃機関の制御装置において、「内燃機関」とは、ピストン及びクランク軸を有し、燃料の燃焼を動力に変換する機関を包括する概念であり、例えば当該ピストンにコネクティングロッドを介して接続されたクランク軸を有する４サイクル型のレシプロエンジン等を指す。無論、本発明に係る内燃機関は、４サイクル型の他、２サイクル型等の他の燃焼形式を有していてもよい。
【００１０】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、例えば、クランク軸を介してピストンに対して駆動力を付与可能な、例えばモータ等を含む電動式の駆動力付与手段を備える。更に、この駆動力付与手段を制御する例えばマイコン等を含んでなる駆動力制御手段を備える。
【００１１】
本発明に係る「駆動力付与手段」とは、ピストンに対し、その運動方向の正方向及び負方向の少なくとも一方向に駆動力を付与可能である手段を包括する概念である。この際、例えばクランク軸を介して、更には例えばコネクティングロッドを介して、ピストンに対して回転力或いはトルクとして駆動力を付与する駆動力付与手段であれば、既存の機構技術により比較的容易にして当該駆動力付与手段を構築可能である。例えば、ハイブリッド型の動力出力装置に設けられたモータ装置又はモータジェネレータ装置を構成するモータ又はモータジェネレータを兼用で、或いは、このようなモータ又はモータジェネレータを専用に設けることで、当該駆動力付与手段を構築可能となる。
【００１２】
尚、駆動力付与手段は、クランク軸からコネクティングロッドを介してピストンに駆動力を伝えるものに限られない。更に、クランク軸或いはコネクティングロッドを介して駆動力を付与する構造の他、ピストンに対し直接的に又は他の機構を介して間接的に駆動力を付与するように構成されてもよい。
【００１３】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、その動作時には、駆動力付与手段は、駆動力制御手段による制御下で、暖機期間の少なくとも一部においてピストンに対しその運動方向の正方向及び負方向の少なくとも一方向に駆動力を付与する。即ち、ピストン速度は、内燃機関の機関回転数とクランク角（或いは、クランク位置）によって一義的に定められることなく可変とされる。
【００１４】
ここで、本発明に係る「暖機期間」とは、始動期間、触媒暖機期間又は低温（冷間）始動期間等、内燃機関の少なくとも一部、例えば触媒装置や触媒装置に連通する排気管等を暖機すべきものとして規定される期間を包括する概念である。このような暖機期間は、例えば、内燃機関の冷却水温が所定値以下（又は未満）である期間や、外気温が所定値以下（又は未満）である期間の少なくとも一部として規定されてもよいし、予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいて暖機対象を暖機せしめるべき期間を効果的に規定し得るものとして設定された何らかの指標によって規定される期間であってもよい。
【００１５】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、駆動力付与手段によって、例えば、膨張行程初期（例えば、上死点近傍又は点火位置近傍を含むピストン位置の範囲）においてピストン速度を相対的に低下させ、火炎の成長時間を十分に担保することが可能となり、例えば点火時期を、何らこのような制御がなされない場合と比較して一層遅角側に制御することが可能となる。この場合、排気系に対し比較的高温の排気を供給することが可能となり、暖機期間において内燃機関の暖機を促進することが可能となる。
【００１６】
或いは、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、駆動力付与手段によって、例えば、膨張行程後期（例えば、下死点近傍を含むピストン位置の範囲）においてピストン速度を相対的に増加させ、例えば未燃焼状態の混合気の排出量を、何らこのような制御がなされない場合と比較して増加させることが可能となる。従って、未燃焼状態の混合気を排気系で燃焼させる所謂「あと燃え」が促進され、暖機期間における内燃機関の暖機を促進することが可能となる。即ち、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、内燃機関を効果的に暖機することが可能となるのである。
【００１７】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記内燃機関の点火時期を所定の基準時期に対して遅角させることにより前記内燃機関の少なくとも一部を暖機する暖機手段を更に具備し、前記駆動力制御手段は、前記暖機期間の少なくとも一部として前記点火時期が遅角される期間において前記駆動力を付与する。
【００１８】
この態様によれば、内燃機関の制御装置には、点火時期を、所定の基準時期に対して遅角させることにより、例えば排気ポート、排気マニホールド又は排気管等を含む排気系に排出される排気の温度（排気温）を上昇せしめ、もって例えば触媒装置等を暖機せしめる暖機手段が備わる。駆動力制御手段は、暖機期間の少なくとも一部として、係る暖機手段によって点火時期が遅角される期間においてピストンに駆動力が付与されるように駆動力付与手段を制御する。
【００１９】
このように点火時期が遅角される場合、既に述べたように遅角量には燃焼安定性に起因する限界が生じ得るが、この態様では、駆動力制御手段により、例えば、火炎成長時間或いは燃焼時間を長く採り得るようピストン速度が低下せしめられる等、ピストンに適切な駆動力が付与されるため、内燃機関を効果的に暖機することが可能となる。
【００２０】
尚、この態様では、前記暖機手段は、前記点火時期が前記内燃機関の膨張行程内となるように前記点火時期を遅角し、前記駆動力制御手段は、前記膨張行程において前記点火時期に対応する前記ピストンの位置と前記内燃機関の下死点とによって規定される範囲における、前記点火時期に対応するピストンの位置近傍を含む少なくとも一部の範囲において前記ピストンの速度が低下するように前記駆動力を付与してもよい。
【００２１】
この場合、点火時期は膨張行程内に設定され、ピストン速度は、ピストン位置が、係る点火時期に対応するピストン位置（以下、適宜「点火位置」と称する）と下死点（以下、適宜ＢＤＣ（Bottom Death Center）と称する）とによって規定される範囲における、点火位置近傍を含む少なくとも一部の範囲において低下するように制御される。
【００２２】
従って、火炎の成長時間が担保され、暖機手段による点火時期の遅角量を、何らこのような制御がなされない場合と比較して更に大きく設定することが可能となる。或いは遅角量を維持した状態で、燃焼状態を向上させることが可能となる。従って、例えば触媒装置等の暖機が好適に促進される。
【００２３】
尚、「点火時期に対応するピストン位置近傍を含む少なくとも一部の範囲」とは、点火位置を含み、点火位置からＢＤＣまでの全域であってもよいし、圧縮工程におけるＴＤＣ（Top Death Center：上死点）とＢＤＣとによって規定される膨張行程の半分程度のピストン位置の範囲であってもよい。このような、ピストン速度を低下せしめるピストン位置の範囲については、予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいて、十分に燃料を燃焼せしめ得る期間として定められていてもよい。
【００２４】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記駆動力制御手段は、下死点近傍を含む前記内燃機関の膨張行程の少なくとも一部において前記ピストンの速度が増加するように前記駆動力付与手段を制御する。
【００２５】
この場合、下死点近傍を含む膨張行程の少なくとも一部においてピストン速度が増加せしめられ、未燃焼の混合気の排気が促進される。従って、例えば、排気ポート、排気マニホールド又は排気管等において燃焼する未燃焼の混合気が増加せしめられ、触媒装置等の暖機が好適に促進される。
【００２６】
尚、本発明における「下死点を含む膨張行程の少なくとも一部」とは、例えば点火位置からＢＤＣまでの広い範囲であってもよいし、例えばＢＤＣ近傍の極一部の範囲であってもよい。このようにピストン速度を増加せしめるピストン位置の範囲については、予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいて、排気系に未燃焼燃料を十分に共有し得る範囲として定められていてもよい。
【００２７】
また、上述した如きピストンの減速制御と係るピストンの増速制御とを組み合わせ、点火位置からＢＤＣまでの範囲のうち比較的前半に類する範囲においてピストンを減速せしめ、十分に燃料を燃焼させた後、連続的に或いは一定又は不定のインタバルを経て、比較的後半に類する範囲においてピストンを増速せしめ、未燃焼燃料を迅速に排気系に供給してもよい。
【００２８】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記内燃機関は、（i）夫々が前記ピストンを含む複数の気筒及び（ii）該複数の気筒各々に燃料を供給する燃料供給手段を備え、前記内燃機関の制御装置は、前記暖機期間の少なくとも一部として規定される始動期間において前記複数の気筒における一部の気筒及び該一部の気筒を除く他の気筒各々における空燃比が夫々理論空燃比よりも高いリーン側空燃比及び理論空燃比よりも低いリッチ側空燃比となるように前記燃料供給手段を制御する供給制御手段を更に具備し、前記駆動力制御手段は、前記空燃比がリーン側空燃比に設定される気筒における膨張行程の少なくとも一部において前記ピストンの速度が低下するように前記駆動力付与手段を制御する。
【００２９】
この態様によれば、内燃機関は夫々がピストンを含んでなる複数の気筒及びこれら各気筒に対し燃料を噴射するインジェクタ等の燃料供給手段を有する。内燃機関の制御装置は、暖気期間の少なくとも一部として規定される始動期間において、これら複数の気筒の一部における空燃比がリッチ側空燃比に、また係る一部を除く残りの気筒の空燃比がリーン側空燃比となるように燃料供給手段を制御する供給制御手段を具備する。
【００３０】
リーン側空燃比に設定される、即ち希薄燃焼が行われる気筒は、リッチ側空燃比に設定される気筒と較べて燃焼時間が長く必要となるため、特に冷間始動時等において出力トルクが低下し易い。この態様によれば、リーン側空燃比に設定される気筒について、駆動力制御手段により膨張行程の少なくとも一部におけるピストン速度が低下せしめられるため、時間領域で見た膨張行程が相対的に長くなり、燃焼安定性が好適に担保される。その結果、リッチ側空燃比に設定される気筒との間のトルク差、即ち、内燃機関全体として見た場合のトルク変動が低減される。即ち、効果的に内燃機関が暖機せしめられる。
【００３１】
内燃機関が気筒を複数有する場合の、各気筒の空燃比のバランスは特に限定されないが、例えば、リーン側空燃比に設定される気筒及びリッチ側空燃比に設定される気筒の総数は、相互に等しく設定されるのが望ましい。この場合、内燃機関全体として見た場合の空燃比がストイキ（即ち、理論空燃比）近傍に収束するように空燃比が制御されてもよい。
【００３２】
また、リーン側空燃比に設定される気筒では、燃焼時間を担保する必要から、点火時期がＴＤＣ以前に（即ち、ＴＤＣよりも進角側で）設定されることが多い。このような場合、厳密に言えば、膨張行程の前段階である圧縮行程後期において燃焼が始まっているから、膨張行程の少なくとも一部においてピストン速度が低下せしめられる限りにおいて、減速制御がなされるピストン位置の範囲は、圧縮行程の一部に跨っていてもよい。但し、このようにピストンの速度特性を変化させる範囲が二行程に跨る場合、他の気筒へ影響を及ぼす可能性があるから、このような懸念を回避するために、リーン側に設定される気筒とリッチ側に設定される気筒とは、交互に燃焼行程を迎えるように気筒間の機械的なサイクルが設定されるのが好適である。
【００３３】
本発明に係る内燃機関の制御装置の態様では、前記駆動力付与手段は、前記クランク軸を介して前記ピストンに前記駆動力を付与し且つ前記内燃機関と共に前記車両の動力源の一部として機能する電動機を含む。
【００３４】
この態様によれば、駆動力付与手段が、車両の動力源の一部として機能する電動機の形態を有するため、効率的且つ効果的に内燃機関を暖機せしめることが可能となる。
【００３５】
尚、この態様における車両とは、即ちハイブリッド車両であるが、動力源の機械的或いは電気的な構成は何ら限定されず、更に電動機及び内燃機関相互間の動力配分も何ら限定されない。例えば、内燃機関の動力を適宜電動機によってアシストする構成であってもよいし、主として電動機によって走行し、過渡期間等電動機の出力では要求出力が満たし得ない場合等に内燃機関の動力により電動機をアシストする構成であってもよい。或いは、電動機が、電動機としての機能の他に発電機としての機能を有する所謂モータジェネレータの構成を採り、係るモータジェネレータを含むモータジェネレータ装置により適宜動力の入出力を伴う構成であってもよい。
【００３６】
更にこの場合、モータジェネレータ装置は、ピストンに対して駆動力を付与する第１モータジェネレータと、ハイブリッド車両の駆動軸に対して他の駆動力を付与する第２モータジェネレータとを含んでなるように構成してもよい。このように構成すれば、所謂パラレル方式のハイブリッド車両等において、クランク軸側に接続された第１モータジェネレータを駆動力付与手段として利用することで、本発明に係る内燃機関の制御装置を比較的容易に構築できる。
【００３７】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記内燃機関の少なくとも一部は、前記内燃機関の排気経路に設置された触媒を含む。
【００３８】
この態様によれば、暖機の対象が、排気系に連通する、例えば三元触媒、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒又はＨＣ吸着筒等の諸形態を採り得る触媒装置を含むため、ピストン速度が可変に制御されることに伴う排気温の上昇等によって効果的に暖機がなされる。
【００３９】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
＜発明の実施形態＞
以下、適宜図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
【００４１】
＜１：第１実施形態＞
＜１−１：実施形態の構成＞
＜１−１−１：ハイブリッドシステムの構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るハイブリッドシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、ハイブリッドシステム１０のブロック図である。
【００４２】
図１において、ハイブリッドシステム１０は、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１００、エンジン２００、ハイブリッドＥＣＵ３００、インバータ４００、モータ５００及びバッテリ６００を備え、ハイブリッド車両２０を制御するシステムである。
【００４３】
エンジンＥＣＵ１００は、図示せぬＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を含み、ハイブリッドシステム１０の動作全体を制御する電子制御ユニットであり、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例である。
【００４４】
エンジン２００は、ハイブリッド車両１０の動力源の一つとして機能する４気筒ガソリンエンジンであり、本発明に係る「内燃機関」の一例である。エンジン２００の後述するクランクシャフト２０５は、車軸、トランスミッション及びデファレンシャル等を含むハイブリッド車両２０の伝達機構２１に連結されており、エンジン２００によって発生した動力は、最終的に伝達機構２１に接続された車輪２２へ駆動力として伝達される。尚、エンジン２００の詳細な構成については後述する。
【００４５】
ハイブリッドＥＣＵ３００は、エンジンＥＣＵ１００によって上位に制御される電子制御ユニットであり、モータ５００を使用したハイブリッド車両２０の走行を制御することが可能に構成されている。
【００４６】
インバータ４００は、バッテリ６００から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ５００へ供給する直流交流変換機である。インバータ４００は、ハイブリッドＥＣＵ３００と電気的に接続されており、ハイブリッドＥＣＵ３００によってその動作が制御される構成となっている。
【００４７】
モータ５００は、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータと（いずれも不図示）を備えた、本発明に係る「電動機」の一例である。モータ５００における不図示の出力軸は、エンジン２００のクランクシャフトと同心の回転軸として構成されており、モータ５００の出力もエンジン２００と同様にハイブリッド車両２０の動力源として機能するように構成されている。尚、ハイブリッドシステム１０では、モータ５００の出力を、クランクシャフト２０５を介してエンジン２００における後述するピストン２０３に付与することが可能に構成される。即ち、モータ５００は、本発明に係る「駆動力付与手段」の一例である。
【００４８】
尚、モータ５００とエンジン２００との電気的、物理的及び機械的な相互関係は、本実施形態のものに限定されない。例えば、モータ５００の出力は、適当なギア機構を介してクランクシャフト２０５或いは車軸に伝達されてもよい。また、本発明に係る電動機は、発電機としての機能を備えた所謂モータジェネレータであってもよく、その一部の動作期間においてエンジン２００の出力の一部を利用して発電を行ってもよい。或いは、エンジン２００と二種類のモータジェネレータとをプラネタリギア機構を介して相互に連結し、適宜それらの動力の入出力を伴いつつハイブリッド車両２０を駆動する構成であってもよい。
【００４９】
バッテリ６００は、モータ５００を駆動するための電力供給源として機能する蓄電池である。バッテリ６００は、ハイブリッドＥＣＵ３００と電気的に接続されており、例えば、ＳＯＣ（State Of Charge：充電状態）センサや温度センサ（いずれも不図示）等を介して得られるバッテリ６００のＳＯＣやバッテリ６００の温度等の各種バッテリ情報が、ハイブリッドＥＣＵ３００へと出力される構成となっている。
【００５０】
＜１−１−２：エンジンの詳細構成＞
次に、図２を参照して、エンジン２００の詳細な構成を、その基本動作と共に説明する。ここに、図２は、エンジン２００の半断面システム系統図である。
【００５１】
図２において、エンジン２００は、気筒２０１内において点火プラグ２０２により混合気を爆発させると共に、爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクションロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換することが可能に構成されている。以下に、エンジン２００の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。尚、エンジン２００は既に述べた通り４気筒エンジンであるから、本来気筒２０１は４本（本実施形態では、便宜的に第１気筒、第２気筒、第３気筒及び第４気筒と称する）存在するが、説明の煩雑化を防ぐ目的から個別の図示を省略することとする。
【００５２】
気筒２０１内における燃料の燃焼に際し、外部から吸入された空気は吸気管２０６を通過し、インジェクタ２０７から噴射された燃料と混合されて前述の混合気となる。インジェクタ２０７には、燃料タンク２２３から燃料が供給されており、インジェクタ２０７は、この供給される燃料を、エンジンＥＣＵ１００の制御に従って吸気管２０６内に噴射することが可能に構成されている。
【００５３】
燃料タンク２２３には、燃料残量を検出するための燃料センサ２２５が設置されている。また、燃料タンク２２３とインジェクタ２０７とを繋ぐデリバリパイプには燃料を濾過するための燃料フィルタ２２４が設置されている。
【００５４】
気筒２０１内部と吸気管２０６とは、吸気バルブ２０８の開閉によって連通状態が制御されている。気筒２０１内部で燃焼した混合気は排気ガスとなり吸気バルブ２０８の開閉に連動して開閉する排気バルブ２０９を通過して排気管２１０を介して排気される。
【００５５】
吸気管２０６上には、クリーナ２１１が配設されており、外部から吸入される空気が浄化される。クリーナ２１１の下流側（シリンダ側）には、エアフローメータ２１２が配設されている。エアフローメータ２１２は、ホットワイヤー式と称される形態を有しており、吸入された空気の質量流量を直接測定することが可能に構成されている。吸気管２０６には更に、吸入空気の温度を検出するための吸気温センサ２１３が設置されている。
【００５６】
吸気管２０６におけるエアフローメータ２１２の下流側には、気筒２０１内部への吸入空気量を調節するスロットルバルブ２１４が配設されている。このスロットルバルブ２１４には、スロットルポジションセンサ２１５が電気的に接続されており、その開度が検出可能に構成されている。一方、運転者によるアクセルペダル２２６の踏み込み量は、アクセルポジションセンサ２１６によって検出され、エンジンＥＣＵ１００によって把握される構成となっている。エンジンＥＣＵ１００は、係るアクセルペダル２２６の踏み込み量に基づいてスロットルバルブモータ２１７を制御し、係るスロットルバルブモータ２１７によりスロットルバルブ２１４が駆動される構成となっている。
【００５７】
クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２１８が設置されている。クランクポジションセンサ２１８は、エンジンＥＣＵ１００と電気的に接続されており、エンジンＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２１８によって検出されたクランクシャフト２０５の回転位置に基づいてピストン２０３の位置を取得し、点火プラグ２０２の点火時期及び吸気バルブ２０８及び排気バルブ２０９の開閉タイミング等を制御することが可能に構成されている。また、エンジンＥＣＵ１００は、クランクシャフト２０５の回転位置に基づいてエンジン２００の機関回転数Ｎｅを算出することが可能に構成されている。
【００５８】
気筒２０１を収容するシリンダブロックには、エンジン２００のノック強度を測定可能なノックセンサ２１９が配設されており、係るシリンダブロック内のウォータージャケット内には、エンジン２００の冷却水温度を検出するための水温センサ２２０が配設されている。
【００５９】
排気管２１０には、三元触媒２２２が設置されている。三元触媒２２２は、エンジン２００から排出されるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、及びＮＯｘ（窒素酸化物）を夫々浄化することが可能な触媒である。排気管２１０における三元触媒２２２の上流側には、空燃比センサ２２１が配設されている。空燃比センサ２２１は、排気管２１０から排出される排気ガスから、エンジン２００の空燃比を検出することが可能に構成されている。
【００６０】
＜１−２：実施形態の動作＞
＜１−２−１：触媒暖機制御の概要＞
エンジン２００では、三元触媒２２２が触媒活性温度に達していない場合、三元触媒２２２が効果的に作用しないため、三元触媒２２２を暖機するための触媒暖機制御が実行される。触媒暖機制御を実行するか否かの判断は、エンジンＥＣＵ１００が水温センサ２２０を介してエンジン２００の冷却水温を取得し、係る冷却水温が所定値以下（或いは未満）であるか否かを判別することにより行われる。係る触媒暖機制御が実行される期間とは、即ち本発明に係る「暖機期間」の一例であるが、触媒暖機制御を実行するか否かの判断基準は、例えば、冷却水温に限定されず、例えば、外気温や触媒温度等であってもよい。より実践的な態様としては、エンジン２００の始動時に係る触媒暖機制御が実行されるよう設定されていてもよい。
【００６１】
本実施形態において、触媒暖機制御時には点火プラグ２０２の点火時期（即ち、点火すべきピストン位置）が基準時期に対し遅角制御される。基準時期は、無論エンジン２００の仕様、性能又は環境条件等諸条件等に鑑みて個別具体的に設定される。従って、このように点火時期が遅角制御された場合の厳密な点火時期（点火位置或いは点火クランク角）は、一義に規定されないが、点火時期が遅角制御されることに伴い、必然的に排気温度は上昇するため、排気管２１０に設置された三元触媒２２２の昇温が促進される。
【００６２】
一方、点火時期が遅角制御される場合、一般的には点火時期が圧縮ＴＤＣを越えた膨張行程内で設定される。然るに、点火時期の遅角量を過度に大きく設定すると、膨張行程内で燃焼プロセスが終了せず、失火サイクルの発生等燃焼安定性が悪化しかねないため、一般的に点火時期の遅角量には限界がある。
【００６３】
このような問題に対処するため、本実施形態では、触媒暖機制御時にエンジン２００における各気筒のピストン速度を制御し、三元触媒２２２を効果的に暖機がせしめることが可能となっている。
【００６４】
＜１−２−２：ピストン速度の制御＞
ここで、図３を参照して、本実施形態に係るピストン度の制御態様の詳細について説明する。ここに、図３は、エンジン２００を構成する各気筒の触媒暖機制御時における行程表である。
【００６５】
図３において、第１気筒、第２気筒、第３気筒及び第４気筒各々の行程内容が、クランク角に対応付けられて横系列に表されている。エンジン２００は、４気筒４サイクルエンジンであり、各行程は、夫々ＴＤＣ及びＢＤＣによって規定される１８０°のクランク角毎に順次繰り返される。尚、図３では、第１気筒における、圧縮行程の終了点たる圧縮ＴＤＣが便宜的に０°として表されている。
【００６６】
図３において、白丸で表示される部分が、各気筒の点火時期を表している。本実施形態では、各気筒の点火時期が各気筒における圧縮ＴＤＣからα°（α＞０）遅角されたクランク角、即ち、「１８０×ｉ＋α°」（但し、ｉ＝０，１，２，・・・，ｎ）によって規定されるクランク位置に設定される。即ち、エンジン２００では、触媒暖機制御時に点火時期が膨張行程内で設定される。
【００６７】
ここで、エンジンＥＣＵ１００は、ハイブリッドＥＣＵ３００を制御し、インバータ４００の制御を介してモータ５００の動力により係る膨張行程の一部における各気筒のピストン速度を低下せしめる。即ち、この場合、本発明における「ピストンの運動方向の負方向に駆動力が付与された」状態の一例となる。このようなピストン速度の減速制御は、クランク角が「１８０×ｉ＋β°」（但し、α＜β＜１８０）となるクランク位置まで継続される。
【００６８】
このようにピストンが減速制御される結果、燃料の燃焼時間が十分に担保され、燃焼安定性が向上し、トルク変動等の発生が抑制される。また、燃焼時間が確保され得ることから、点火時期自体を、何らこのような制御がなされない場合と比較して更に遅角することが可能となり、排気温が効率的に上昇せしめられる。即ち、三元触媒２２２の暖機が促進される。
【００６９】
一方、係る減速制御の終了位置から膨張行程が終了するクランク位置までは、ピストン速度が増加せしめられる。即ち、この場合、本発明における「ピストンの運動方向の正方向に駆動力が付与された」状態の一例となる。
【００７０】
このようにピストンが増速制御される結果、未燃焼燃料の排出が促進され、排気管２１０における、係る未燃焼燃料のあと燃えが促進される。この結果、排気温が効率的に上昇せしめられ、三元触媒２２２の暖機が促進される。
【００７１】
ここで更に、図４を参照して、このようなピストン速度制御の詳細について説明する。ここに、図４は、図３の行程表に準拠した一の気筒におけるタイミングチャートである。尚、同図において、図３と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００７２】
図４において、圧縮ＴＤＣ及びＢＤＣまでの膨張行程及びそれに繋がる排気行程が示される。点火時期Ｔｐは、上述したようにクランク角にして０＋α°のクランク位置に設定されている。ここで、本実施形態において、ピストン２０３の減速制御と増速制御との切替え時期Ｔｃを規定する値βは、α＋９０°に設定されており、ピストンが減速制御される期間を表すピストン減速期間ΔＴｄは、クランク角にして９０°となっている。即ち、ピストンの減速期間ΔＴｄは、「点火時期に対応するピストンの位置近傍を含む膨張行程の少なくとも一部」の一例である。
【００７３】
一方、本実施形態では、全気筒についてこのようなピストン速度の制御が行われるため、他の気筒に対する同様な制御を阻害しないように、減速及び増速のサイクルは、膨張行程内で終了するように設定される。従って、切替え時期Ｔｃから始まるビストン増速期間ΔＴｉは、クランク角にして、（９０−α）°に設定される。即ち、ピストンの増速期間ΔＴｉは、「下死点近傍を含む膨張行程の少なくとも一部」の一例である。
【００７４】
尚、本実施形態に示したピストン減速期間ΔＴｄ及びピストン増速期間ΔＴｉの設定態様は一例である。従って、何らこのようなピストン減速制御がなされない場合と比較して膨張行程における燃焼時間を幾らかなりとも拡大せしめることが可能となる限りにおいて、ピストン減速期間の開始位置及び終了位置は何ら限定されない。例えば、これらの位置は、予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいて、排気温が効果的に上昇し得るように設定されていてもよい。
【００７５】
同様に、何らピストン増速制御がなされない場合と比較して未燃焼燃料の排気を幾らかなりとも促進し得る限りにおいて、ピストン増速期間の開始位置及び終了位置は何ら限定されない。例えば、これらの位置は、予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいて、未燃焼燃料のあと燃えを効果的になし得るように設定されていてもよい。
【００７６】
以上説明したように、本実施形態に係るハイブリッドシステム１０によれば、動力源の一つであるモータ５００を使用し、クランクシャフト２０５を介して各気筒のピストン速度をその運動方向の正方向及び負方向へ適宜可変に制御し、ピストンを増速及び減速させることによってエンジン２００、とりわけ三元触媒２２２を効果的に暖機することが可能である。
【００７７】
＜２：第２実施形態＞
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。ここに、図５は、エンジン２００を構成する各気筒の触媒暖機制御時における他の行程表である。尚、同図において、図３と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００７８】
図５において、エンジン２００は、その始動時（即ち、本発明に係る「暖機期間」の一例）において、第１気筒及び第４気筒の空燃比が理論空燃比よりも低い空燃比（即ち、本発明に係る「リッチ側空燃比」の一例）となるように制御され、第２気筒及び第３気筒の空燃比が理論空燃比よりも高い空燃比（即ち、本発明に係る「リーン側空燃比」の一例）となるように制御される。この際、エンジンＥＣＵ１００は、空燃比センサ２２１によって検出される空燃比に基づいて、全気筒を合わせた全体的な空燃比が理論空燃比近傍となるように、インジェクタ２０７を介して噴射される燃料を制御している。
【００７９】
このように、第２実施形態では、第１及び第４気筒と、第２及び第３気筒とで始動時の空燃比が異なるため、これら気筒群で相互に点火時期が異なっている。即ち、リッチ側空燃比に制御される第１及び第４気筒では、燃料量が十分であることから、点火時期は圧縮ＴＤＣ近傍に設定され、第２及び第３気筒では、燃焼時間が比較的長く必要となるため、圧縮ＴＤＣよりも進角側のクランク位置に設定され、早期着火が実行される。
【００８０】
一方、リーン側空燃比に制御される第２及び第３気筒では、リッチ側空燃比に制御される第１及び第４気筒と比較して燃焼安定性が悪い為出力トルクが低く、各気筒間でトルク差が発生し易くなっている。従って、暖機期間の一例たる始動時において、必ずしも暖機が効果的になされない場合がある。そこで、本実施形態では、リーン側空燃比に設定される第２及び第３気筒について、ピストン速度制御を実行し、効果的な暖機が実現されている。
【００８１】
即ち、図５において、第２及び第３気筒では、着火時期（圧縮行程内）から圧縮ＴＤＣを超えて膨張行程に至るピストン位置の範囲について、ピストン速度が低下せしめられる。これに伴い、第２及び第３気筒における燃焼時間を担保することが可能となる。従って、燃焼安定性が向上し、出力トルクが向上する。即ち、各気筒間のトルク差が低減され、始動時のトルク変動が低減することにより、効果的にエンジン２００を暖機せしめることが可能となるのである。
【００８２】
ここで、図６を参照して、第２実施形態に係るピストンの速度制御の詳細について説明する。ここに、図６は、図５の行程表におけるリーン側空燃比に対応する気筒のタイミングチャートである。尚、同図において、図５と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
【００８３】
図６において、減速期間ΔＴｄは、点火時期に対応するピストン位置からクランク角にして９０°までの範囲として設定される。この減速期間ΔＴｄにおいてピストンの減速制御がなされ、火炎の成長時間が担保される。尚、図６において明らかなように、本実施形態では、ピストンの減速期間が二行程に跨って設定される。従って、プロセス上の順序が、第１気筒、第３気筒、第４気筒及び第２気筒のように、ピストンが減速制御される気筒が相互に隣接することのないように設定される。
【００８４】
尚、リッチ側空燃比に設定される第１及び第４気筒では、第１実施形態に係る減速及び増速の組み合わせ制御が実行されてもよい。この場合には、排気温上昇の効果が得られ、一層効果的にエンジン２００を暖機せしめることが可能となる。
【００８５】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の一実施形態に係るハイブリッドシステムの模式図である。
【図２】図１のハイブリッドシステムにおけるエンジンの半断面システム系統図である。
【図３】図２のエンジンの触媒暖機時における各気筒の行程表である。
【図４】図３の行程表に準拠した一の気筒におけるタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る各気筒の行程表である。
【図６】図５においてリーン側空燃比に設定された気筒におけるタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００８７】
１０…ハイブリッドシステム、１００…エンジンＥＣＵ、２００…エンジン、２０１…気筒、２０２…点火プラグ、２０３…ピストン、２２０…水温センサ、２２２…三元触媒、３００…ハイブリッドＥＣＵ、４００…インバータ、５００…モータ、６００…バッテリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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