(57)【要約】【課題】減筒運転時に稼動気筒の１気筒あたりに要求される出力を適切に制御し、排気エミッションを悪化させることなく内燃機関の始動時に減筒運転を実行することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】多気筒内燃機関１の各気筒２に設けられた吸気弁１０及び排気弁１１の動作特性をそれぞれ変更可能な動弁装置２０Ａ、２０Ｂを備えた内燃機関に適用される制御装置において、モータ制御装置５０は、内燃機関１の始動時から所定の減筒運転条件が成立している減筒運転期間の間に休止気筒で燃焼が行われず、かつ稼動気筒で燃焼が行われるように動弁装置２０Ａ、２０Ｂの動作を制御して減筒運転を実行するとともに、内燃機関１の始動時に内燃機関１のクランク軸を回転させるために要する始動トルクを推定し、推定された始動トルクが大きい場合、推定された始動トルクが小さい場合よりも稼動気筒の数を増加させる。【選択図】図７
2007309266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃機関の各気筒に設けられた気筒開閉用の弁手段の動作特性をそれぞれ変更可能な可変動弁機構と、前記内燃機関の始動時から所定の減筒運転条件が成立している減筒運転期間の間に休止気筒に設定される一部の気筒で燃焼が行われず、かつ稼動気筒に設定される残りの気筒で燃焼が行われるように前記可変動弁機構の動作を制御して減筒運転を実行する減筒運転手段と、前記内燃機関の始動時に前記内燃機関のクランク軸を回転させるために要するトルクである始動トルクを推定する始動トルク推定手段と、を備え、
前記減筒運転手段は、前記始動トルク推定手段により推定された始動トルクが大きい場合、推定された始動トルクが小さい場合よりも前記内燃機関の始動時に前記稼動気筒に設定される気筒の数を増加させる稼動気筒数変更手段を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の冷却水の温度を取得する冷却水温取得手段を備え、
前記始動トルク推定手段は、前記冷却水温取得手段により取得された冷却水の温度に基づいて前記始動トルクを推定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】
前記稼動気筒数変更手段は、前記減筒運転期間中に前記内燃機関の回転数が予め設定した所定回転数以上になった場合、前記稼動気筒の数を増加させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記稼動気筒数変更手段は、前記減筒運転期間中に前記内燃機関への要求出力が増加した場合、前記稼動気筒の数を増加させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記可変動弁機構は、電動モータと、前記電動モータの回転運動が伝達されるカム軸と、前記内燃機関の各気筒にそれぞれ設けられて前記カム軸の回転運動を各気筒に設けられた前記弁手段を開閉駆動する直線運動に変換するカム機構と、前記電動モータを制御する電動モータ制御手段と、を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記電動モータ制御手段は、前記弁手段のリフト中に前記カム軸の回転方向を切り替える揺動駆動モードにて前記電動モータを駆動可能であるとともに、前記揺動駆動モード時に前記電動モータに要求されるトルクが大きい場合、前記電動モータに要求されるトルクが小さい場合よりも前記弁手段のリフト量の最大値を減少させるべく前記カム機構にて前記弁手段をリフトしていないときの前記カム軸の回転速度が前記カム機構にて前記弁手段をリフトしているときの前記カム軸の回転速度よりも大きくなるように前記電動モータを制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記可変動弁機構は、前記内燃機関の各気筒のうち開弁期間が重ならない複数の気筒によって構成される気筒群に対して前記電動モータが前記弁手段の駆動源として共用されるように前記電動モータを複数備えるとともに、前記電動モータの回転運動を前記気筒群のそれぞれの前記カム機構に伝達する伝達機構を備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関は外側の一対の気筒間の爆発間隔がクランク角にして３６０°ずれるように爆発順序が設定された等間隔爆発式の直列４気筒４サイクル内燃機関として構成され、
前記内燃機関の各気筒のカム機構のカムが同一のカム軸に設けられ、
前記可変動弁機構は、前記カム軸に設けられたカムのうち前記外側の一対の気筒のいずれか一方の気筒に対して設けられたカムと残りのカムとの相対的な角度位置を変化させることが可能なカム角可変手段を備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記減筒運転手段は、減筒運転時に前記外側の一対の気筒を前記休止気筒として設定し、
前記電動モータ制御手段は、前記弁手段のリフト中に前記カム軸の回転方向を切り替える揺動駆動モードにて前記電動モータを駆動可能であるとともに、前記減筒運転手段による減筒運転時に前記揺動駆動モードにて前記電動モータを駆動する場合、前記カム軸に前記外側の一対の気筒に対応して設けられた各カムの位置が、前記外側の一対の気筒の各弁手段がそれぞれ最大リフトに到達しない位置に変更されるように前記カム角可変手段を動作させることを特徴とする請求項８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、可変動弁機構を備えるとともに内燃機関の始動時に一部の気筒を休止させる減筒運転を実行する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間始動時などの触媒早期暖機制御時に減筒運転を行うとともに、この減筒運転で燃焼を行わせる気筒を点火遅角制御し、排気通路内で排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等を燃焼させる後燃えを発生させて触媒を早期に暖機する内燃機関が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８２６０１号公報
【特許文献２】特開２００４−２３９０７１号公報
【特許文献３】特開平７−２０８１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関のオイルの粘度が高いとき、例えば内燃機関の温度が周囲の気温程度まで低下した状態で内燃機関を始動する冷間始動時などに減筒運転を行う場合、燃焼を行わせる稼動気筒の数が少ないと稼動気筒の１気筒あたりに要求されるトルクが大きくなり、稼動気筒の燃焼状態が不安定になるおそれがある。また、このように燃焼状態が不安定になると排気中のＨＣなどの量が増加し、排気エミッションが悪化するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、減筒運転時に稼動気筒の１気筒あたりに要求される出力を適切に制御し、排気エミッションを悪化させることなく内燃機関の始動時に減筒運転を実行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目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の制御装置は、多気筒内燃機関の各気筒に設けられた気筒開閉用の弁手段の動作特性をそれぞれ変更可能な可変動弁機構と、前記内燃機関の始動時から所定の減筒運転条件が成立している減筒運転期間の間に休止気筒に設定される一部の気筒で燃焼が行われず、かつ稼動気筒に設定される残りの気筒で燃焼が行われるように前記可変動弁機構の動作を制御して減筒運転を実行する減筒運転手段と、前記内燃機関の始動時に前記内燃機関のクランク軸を回転させるために要するトルクである始動トルクを推定する始動トルク推定手段と、を備え、前記減筒運転手段は、前記始動トルク推定手段により推定された始動トルクが大きい場合、推定された始動トルクが小さい場合よりも前記内燃機関の始動時に前記稼動気筒に設定される気筒の数を増加させる稼動気筒数変更手段を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明の制御装置によれば、内燃機関の始動時に必要な始動トルクを推定し、この始動トルクが大きい場合は稼動気筒の数を増加させるので、稼動気筒の１気筒あたりに要求される出力を適切に制御できる。これにより、例えば稼動気筒の１気筒あたりに要求される出力を稼動気筒の燃焼状態が良好に維持される出力以下に抑えることができる。そのため、排気エミッションを悪化させることなく、内燃機関の始動時に減筒運転を実行することができる。
【０００８】
本発明の制御装置の一形態においては、前記内燃機関の冷却水の温度を取得する冷却水温取得手段を備え、前記始動トルク推定手段は、前記冷却水温取得手段により取得された冷却水の温度に基づいて前記始動トルクを推定してもよい（請求項２）。内燃機関の温度が低いほど内燃機関のオイルの粘度が高くなるため、クランク軸を回転させるために要するトルクが大きくなる。また、内燃機関の温度が低い場合は温度が高い場合と比較して内燃機関の摺動部分のクリアランスが小さくなるので、これら摺動部分のフリクションが増加し、始動トルクが大きくなる。周知のように内燃機関の温度は内燃機関の冷却水温と相関しているため、冷却水温に基づいて始動トルクを推定できる。
【０００９】
本発明の制御装置の一形態において、前記稼動気筒数変更手段は、前記減筒運転期間中に前記内燃機関の回転数が予め設定した所定回転数以上になった場合、前記稼動気筒の数を増加させてもよい（請求項３）。内燃機関の回転数が上昇した場合に稼動気筒の数が少ないと、内燃機関の振動が悪化する。この形態では、内燃機関の回転数が所定回転数以上になった場合に、稼動気筒の数を増加させるので、内燃機関の振動を抑制できる。
【００１０】
本発明の制御装置の一形態において、前記稼動気筒数変更手段は、前記減筒運転期間中に前記内燃機関への要求出力が増加した場合、前記稼動気筒の数を増加させてもよい（請求項４）。このように内燃機関への要求出力が増加した場合に稼動気筒の数を増加させることにより稼動気筒の１気筒あたりに要求される出力を抑えることができる。そのため、排気エミッションを悪化させることなく、内燃機関の始動時に減筒運転を実行することができる。
【００１１】
本発明の一形態において、前記可変動弁機構は、電動モータと、前記電動モータの回転運動が伝達されるカム軸と、前記内燃機関の各気筒にそれぞれ設けられて前記カム軸の回転運動を各気筒に設けられた前記弁手段を開閉駆動する直線運動に変換するカム機構と、前記電動モータを制御する電動モータ制御手段と、を備えていてもよい（請求項５）。このような可変動弁機構であれば、電動モータの回転数、回転方向などを制御することにより、内燃機関のクランク軸の回転数、回転方向などに拘わりなく各気筒の弁を開閉駆動できる。
【００１２】
この形態において、前記電動モータ制御手段は、前記弁手段のリフト中に前記カム軸の回転方向を切り替える揺動駆動モードにて前記電動モータを駆動可能であるとともに、前記揺動駆動モード時に前記電動モータに要求されるトルクが大きい場合、前記電動モータに要求されるトルクが小さい場合よりも前記弁手段のリフト量の最大値を減少させるべく前記カム機構にて前記弁手段をリフトしていないときの前記カム軸の回転速度が前記カム機構にて前記弁手段をリフトしているときの前記カム軸の回転速度よりも大きくなるように前記電動モータを制御してもよい（請求項６）。このように弁手段のリフト量の最大値を減少させることにより、電動モータの負荷を軽減できるので、電動モータの消費電力を低減できる。
【００１３】
これらの形態において、前記可変動弁機構は、前記内燃機関の各気筒のうち開弁期間が重ならない複数の気筒によって構成される気筒群に対して前記電動モータが前記弁手段の駆動源として共用されるように前記電動モータを複数備えるとともに、前記電動モータの回転運動を前記気筒群のそれぞれの前記カム機構に伝達する伝達機構を備えていてもよい（請求項７）。このように電動モータを共用させることにより、設けるべき電動モータの個数を抑えつつ各気筒の弁の動作特性の自由度を向上させることができる。
【００１４】
電動モータにて弁を開閉駆動する形態において、前記内燃機関は外側の一対の気筒間の爆発間隔がクランク角にして３６０°ずれるように爆発順序が設定された等間隔爆発式の直列４気筒４サイクル内燃機関として構成され、前記内燃機関の各気筒のカム機構のカムが同一のカム軸に設けられ、前記可変動弁機構は、前記カム軸に設けられたカムのうち前記外側の一対の気筒のいずれか一方の気筒に対して設けられたカムと残りのカムとの相対的な角度位置を変化させることが可能なカム角可変手段を備えていてもよい（請求項８）。このような内燃機関においては、同一のカム軸に各気筒のカムが９０°ずつずれて設けられる。また、これらのカムのうち外側の一対の気筒のうちの一方の気筒に対して設けられるカムと他方の気筒に対して設けられるカムとが１８０°ずれてカム軸に設けられる。この形態では、外側の一対の気筒のうちの一方の気筒に対して設けられたカムと残りのカムとの相対的な角度位置を変更できるので、例えば外側の一対の気筒に対して設けられたカムをほぼ同じ向きに向かせることができる。そのため、例えばこの状態のカム軸を揺動させることにより、内側の一対の気筒の弁のみを開閉駆動することができる。
【００１５】
この形態において、前記減筒運転手段は、減筒運転時に前記外側の一対の気筒を前記休止気筒として設定し、前記電動モータ制御手段は、前記弁手段のリフト中に前記カム軸の回転方向を切り替える揺動駆動モードにて前記電動モータを駆動可能であるとともに、前記減筒運転手段による減筒運転時に前記揺動駆動モードにて前記電動モータを駆動する場合、前記カム軸に前記外側の一対の気筒に対応して設けられた各カムの位置が、前記外側の一対の気筒の各弁手段がそれぞれ最大リフトに到達しない位置に変更されるように前記カム角可変手段を動作させてもよい（請求項９）。外側の一対の気筒に対応して設けられた各カムの位置をこのような位置に変更することにより、減筒運転時に休止気筒となる気筒の弁手段の開閉動作を抑えることができる。そのため、休止気筒を介して吸気通路から排気通路に無駄な空気を導入することを抑制できる。例えば、排気通路に排気浄化触媒が設けられている場合は、無駄な空気の導入を抑制することにより、この触媒を速やかに目標温度に昇温することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、内燃機関の始動トルクに応じて稼動気筒の数を変更するので、減筒運転時に稼動気筒の１気筒あたりに要求される出力を適切に制御し、稼動気筒の燃焼状態を良好に維持できる。そのため、排気エミッションを悪化させることなく内燃機関の始動時に減筒運転を実行できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の形態）
図１〜図８を参照して本発明の第１の形態について説明する。図１は、本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関を示している。図１の内燃機関１は車両に走行用動力源として搭載される直列４気筒４サイクルエンジンであり、４つ（図２参照）の気筒２が形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上部に取り付けられるシリンダヘッド４とを備えている。なお、以下では内燃機関１をエンジンと呼ぶこともある。各気筒２には、ピストン５が往復動可能にそれぞれ挿入され、このピストン５と気筒２の壁面とシリンダヘッド４とによって各気筒２に燃焼室６がそれぞれ形成される。なお、図２に示したように各気筒２にはそれらの並び方向一端から他端側に向かって＃１〜＃４の気筒番号を付して互いに区別する。ピストン５は、コンロッド７を介して不図示のクランク軸と連結されている。各気筒２には吸気通路８及び排気通路９がそれぞれ接続され、各燃焼室６には、吸気通路８及び排気通路９を燃焼室６に対して開閉するために弁手段としての吸気弁１０及び排気弁１１がそれぞれ２本ずつ設けられるとともに、燃焼室６内の燃料混合気に点火するための点火プラグ１２がそれぞれ設けられている。吸気通路８には、エンジン１の吸入空気量に対応した信号を出力する吸入空気量センサ１３とスロットル弁１４と燃料噴射弁としてのインジェクタ１５とが設けられ、排気通路９には、三元触媒などの排気浄化触媒を備えた排気浄化装置１６が設けられている。吸気通路８は４つに分岐して各気筒２に接続しており、インジェクタ１５はこれら分岐後の吸気通路８にそれぞれ設けられている。すなわち、インジェクタ１５は、各気筒２内にそれぞれ燃料を噴射可能なように各気筒２に対応して設けられている。また、エンジン１は、始動モータ１８を備えている。なお、始動モータ１８は、エンジン１のクランク軸を駆動してエンジン１を始動する周知の始動モータと同様でよいため、詳細な説明は省略する。なお、この始動モータ１８にてエンジン１を始動することを、エンジン１をクランキングすると呼ぶこともある。
【００１８】
一般に直列４気筒の４サイクルエンジンでは、外側の一対の気筒（＃１、＃４）２の爆発間隔が３６０°ＣＡ（クランク角を意味する。）ずらされ、内側の一対の気筒（＃２、＃３）２の爆発時期が＃１の気筒２の爆発時期を基準として１８０°ＣＡ、５４０°ＣＡずらされることにより１８０°ＣＡ毎の等間隔爆発が実現されている。なお、＃２の気筒２と＃３の気筒２の爆発時期の前後は適宜に定めてよい。エンジン１では、爆発間隔が３６０°ＣＡずれる一対の気筒２をまとめて一つの気筒群とする。そこで、以降、４つの気筒２のうち外側の一対の気筒（＃１、＃４）２をまとめて第１の気筒群、内側の一対の気筒（＃２、＃３）２をまとめて第２の気筒群とする。
【００１９】
エンジン１は、各気筒２の吸気弁１０を開閉駆動する可変動弁機構としての動弁装置２０Ａと、各気筒２の排気弁１１を開閉駆動する可変動弁機構としての動弁装置２０Ｂとを備えている。吸気側の動弁装置２０Ａと排気側の動弁装置２０Ｂとは基本的に同一の構成を有しているので、以下では吸気側の動弁装置２０Ａについて説明する。周知のように、吸気弁１０はそのステム１０ａ（図２及び図３参照）の軸線方向に往復運動可能にシリンダヘッド４に設けられている。吸気弁１０の上端にはバルブリフター１７が吸気弁１０と一体的に往復運動可能に設けられ、このバルブリフター１７とシリンダヘッド４との間に装着されたバルブスプリング（不図示）によって吸気弁１０が閉弁方向に付勢される。
【００２０】
図２及び図３は、吸気側の動弁装置２０Ａの詳細を示している。なお、図２は動弁装置２０Ａの斜視図を示し、図３は動弁装置２０Ａの断面図を示している。図２及び図３に示したように、動弁装置２０Ａは、第１の気筒群の弁駆動源としての第１の電動モータ２１及び第２の気筒群の弁駆動源としての第２の電動モータ２２と、吸気弁１０毎に設けられるカム機構２３と、各モータ２１、２２の回転運動を対応する気筒群のカム機構２３に伝達する動力伝達機構としての第１及び第２の伝達機構２４、２５とを備えている。各電動モータ２１、２２には、回転速度の制御が可能なＤＣブラシレスモータ等が使用される。また、各電動モータ２１、２２には、その回転位置を検出するためのレゾルバ、ロータリエンコーダ等の位置検出センサ５２がそれぞれ内蔵されている。カム機構２３は、全て同一構成である。カム機構２３は回転体としてのカム２６を有し、そのカム２６によりバルブリフター１７を押し込んで吸気弁１０を開弁方向に駆動する。カム２６の外周のプロファイルは、図４に示したようにベース円２６ａの一部にこれを膨らませたノーズ２６ｂが設けられた周知の形状に設定され、このノーズ２６ｂによりバルブリフター１７が押し込まれる。
【００２１】
第１の伝達機構２４は、外側の気筒（＃１及び＃４）２のそれぞれのカム２６を相互に連結する第１のカム軸２７と、その第１のカム軸２７に対して第１の電動モータ２１の回転を伝達する減速機構２８とを有している。減速機構２８はモータ２１の出力軸２１ａに組み合わされるモータギア２９と、第１のカム軸２７の一端に一体回転可能に取り付けられてモータギア２９と噛み合うドリブンギア３０とを有している。第１のカム軸２７は＃１の気筒２のカム２６を駆動する第１軸部３１と、＃４の気筒２のカム２６を駆動する第２軸部３２とを組み合わせた連結構造を有している。第１軸部３１には＃２の気筒２及び＃３の気筒２の上方を通過して＃４の気筒２まで延びる連結軸部３３が同軸かつ一体に形成されている。その連結軸部３３の先端の軸継部３４は第２の軸部３２の軸継穴３５に同軸的に嵌り、これら軸継部３４及び軸継穴３５の間には回り止め手段が施される。それにより、第１軸部３１と第２軸部２３とが一体回転可能に連結される。なお、カム２６は第１軸部３１及び第２軸部３２に対して一体に形成されている。
【００２２】
第２の伝達機構２５は、内側の気筒（＃２及び＃３）２のそれぞれのカム２６を相互に連結する第２のカム軸４０と、その第２のカム軸４０に対して第２のモータ２２の回転を伝達する減速機構４１とを有している。減速機構４１は第２のモータ２２の出力軸２２ａに組み合わされるモータギア４２と、そのモータギア４２と噛み合う中間ギア４３と、第２のカム軸４０の中間部に一体回転可能に設けられて中間ギア４３と噛み合うドリブンギア４４とを有している。第２のカム軸４０は軸方向に延びる貫通孔４０ａを備えた中空軸状に形成され、その外周にカム２６が一体に形成されている。第２のカム軸４０の貫通孔４０ａには第１のカム軸２７の連結軸部３３が回転自在に挿入される。これにより第２のカム軸４０は第１のカム軸２７の外周に回転自在な状態で同軸的に配置される。なお、第２のカム軸４０の外径は第１のカム軸２７の第１軸部３１及び第２軸部３２の外径と同じである。
【００２３】
＃１の気筒２のカム２６と＃４の気筒２のカム２６とは、それぞれのノーズ２６ｂの頂点が周方向に互いに１８０°ずれるようにして第１のカム軸２７に設けられている。＃２の気筒２のカム２６と＃３の気筒２のカム２６も同様に、それぞれのノーズ２６ｂの頂点が周方向に互いに１８０°ずれるようにして第２のカム軸４０に設けられている。
【００２４】
動弁装置２０Ａ、２０Ｂの各電動モータ２１、２２の動作は、電動モータ制御手段としてのモータ制御装置５０によってそれぞれ制御される。モータ制御装置５０は、マイクロプロセッサ、及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットである。モータ制御装置５０はこの他に点火プラグ１２、インジェクタ１５、始動モータ１８などの動作を制御する。このような制御において参照されるべき各種の物理量、及び状態量の検出手段として、モータ制御装置５０には、吸入空気量センサ１３、クランク角に対応した信号を出力するクランク角センサ５１、位置検出センサ５２、エンジン１の冷却水温度に対応した信号を出力する冷却水温取得手段としての冷却水温センサ５３、排気浄化触媒の温度（以下、触媒床温と呼ぶこともある。）に対応した信号を出力する触媒床温センサ５４などの複数のセンサが接続されている。なお、モータ制御装置５０は動弁装置２０Ａ、２０Ｂの制御専用に設けられてもよいし、他の用途と併用されてもよい。例えば、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）をモータ制御装置として兼用してもよい。
【００２５】
次にモータ制御装置５０による動弁装置２０Ａの各電動モータ２１、２２の制御について説明する。なお、以下では、第２の電動モータ２２について説明するが、第１の電動モータ２１も同様に制御される。また、動弁装置２０Ｂの各電動モータも同様に制御される。
【００２６】
第２の電動モータ２２の駆動モードには、第２の電動モータ２２を一方向に連続回転させて図４に示すようにカム２６を吸気弁１０のリフト量が最大となる位置、すなわちカム２６のノーズ２６ｂの頂点がバルブリフター１７と接する位置を越えて正転方向（図４中の矢印方向）に連続的に回転させる正転駆動モードと、吸気弁１０がリフトされている途中に第２の電動モータ２２の回転方向を切り替えて図５に示すようにカム２６を揺動させる揺動駆動モードとがある。
【００２７】
揺動駆動モードには、＃２の気筒２の吸気弁１０のみを開閉駆動する１気筒揺動駆動モードと、＃２及び＃３の両方の気筒２の吸気弁１０を開閉駆動する２気筒揺動駆動モードとがある。図６を参照してこれら各揺動駆動モードについて説明する。図６は、第２のカム軸４０を図３の左側から見た図である。なお、図６では各カム２６がいずれの気筒２に対応するか図中に括弧付きで気筒番号を示した。１気筒揺動駆動モードでは、図６に角度αで示した範囲で第２のカム軸４０を揺動させる。角度αには、例えば図６に示したように＃２の気筒２のカム２６と＃３の気筒２のカム２６との中間となる位置から正転方向に９０°が設定される。このように設定された角度αで第２のカム軸４０を揺動させることにより、＃２の気筒２の吸気弁１０のみを開閉駆動することができる。一方、２気筒揺動駆動モードでは、図６に角度βで示した範囲で第２カム軸４０を揺動させる。角度βには、例えば＃２の気筒２のカム２６の頂点から＃３の気筒２のカム２６の頂点までの１８０°が設定される。このように設定された角度βで第２のカム軸４０を揺動させると、＃２の気筒２の吸気弁１０と＃３の気筒２の吸気弁１０とを交互に開閉駆動できる。なお、１気筒揺動駆動モードでは、＃３の気筒２の吸気弁１０のみが開閉駆動されるように第２の電動モータ２２の動作を制御してもよい。揺動駆動モードでは、第２の電動モータ２２の回転方向を切り替えるタイミングによって吸気弁１０が最もリフトされたときのリフト量（以下、最大リフト量と呼ぶこともある。）を変化させることができる。例えば、各カム２６のノーズの頂点がバルブリフター１７と接触する前に第２の電動モータ２２の回転方向を切り替えてもよい。そのため、角度α及び角度βは、揺動駆動モードにおける各吸気弁１０の最大リフト量に応じて適宜変更してよい。
【００２８】
なお、第１の電動モータ２１の動作を制御する場合も同様に第１のカム軸２７を揺動させる角度を変化させることにより、＃１又は＃４の気筒２の吸気弁１０のみを開閉駆動したり、＃１及び＃４の両方の気筒２の吸気弁１０を開閉駆動することができる。
【００２９】
図７は、モータ制御装置５０がエンジン１の始動時にエンジン１の状態に応じて燃焼を行わせる気筒２の数を調整するために実行する減筒始動制御ルーチンを示している。図７の制御ルーチンは、エンジン１が運転中か否かに拘わりなくモータ制御装置５０の動作中は所定の周期で繰り返し実行される。また、図７の制御ルーチンは、モータ制御装置５０が実行する他のルーチンと並行して実行される。図７の制御ルーチンを実行することにより、モータ制御装置５０は本発明の減筒運転手段として機能する。
【００３０】
図７の制御ルーチンにおいてモータ制御装置５０は、まずステップＳ１１において所定の始動条件が成立しているか否か判断する。所定の始動条件は、例えば運転者によってイグニッションキーが所定の始動位置に回されるなどイグニッションスイッチがオンの状態に変更された場合に成立したと判断される。また、エンジン１が、所定の機関停止条件が満たされた場合に運転中のエンジン１を停止させる制御、いわゆるアイドルストップ制御の対象の場合、この所定の機関停止条件が満たされてエンジン１を停止させているときに例えば運転者によってアクセルペダル又はシフトギアが操作された場合にも所定の始動条件が成立したと判断される。所定の始動条件が不成立と判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３１】
一方、所定の始動条件が成立したと判断した場合はステップＳ１２に進み、モータ制御装置５０は接続されているセンサの出力信号を参照してエンジン１の状態を取得する。エンジン１の状態としては、例えば、冷却水温、触媒床温などが取得される。続くステップＳ１３においてモータ制御装置５０は、触媒床温が所定の基準温度未満か否か判断する。所定の基準温度は排気浄化触媒が活性化しているか否か判断するための温度である。周知のように排気浄化触媒には排気の浄化に適した活性温度域が設けられている。そこで、所定の基準温度には例えばこの活性温度域内の下限温度が設定される。触媒床温が所定の基準温度未満と判断した場合はステップＳ１４に進み、モータ制御装置５０はエンジン１の始動時にクランク軸を回転させるために必要なトルクである始動トルクをエンジン１の冷却水温に基づいて算出する。図８は、冷却水温と始動トルクとの関係の一例を示している。エンジン１の温度が低いほどオイルの粘度が高くなる。また、エンジン１の温度が低い場合は温度が高い場合と比較してエンジン１の各摺動部のクリアランスが狭くなる。そのため、エンジン１の温度が低いほどピストン５を往復動させる際のフリクション及びエンジン１のクランク軸を回転させる際のフリクションがそれぞれ大きくなり、始動トルクは大きくなる。周知のようにエンジン１の温度は冷却水温と相関している。そのため、図８に一例を示したように冷却水温が低いほど始動トルクが高くなる。そこで、例えば図８に一例を示した関係を予め実験などにより求めてモータ制御装置５０にマップとして記憶させておき、このマップを参照して始動トルクを算出する。
【００３２】
次のステップＳ１５においてモータ制御装置５０は、算出した始動トルクが所定の基準値より大きいか否か判断する。この所定の基準値は、エンジン１の始動時に減筒運転を行う場合、燃焼を行わせる気筒２の数を１気筒とするか、又は２気筒とするか判断するために設定されている。始動トルクが大きい場合、燃焼を行わせる気筒２の数が１気筒ではこの気筒２に要求される出力が大きくなり、この気筒２の燃焼状態が不安定になるおそれがある。そこで、所定の基準値には、減筒運転時に１気筒のみで運転してもこの気筒２の燃焼状態を安定に維持可能な始動トルクが設定される。なお、このような始動トルクは、エンジン１の性能、諸元などによって異なるので、所定の基準値はエンジン１の性能、諸元などに応じて適宜変更してよい。
【００３３】
始動トルクが所定の基準値よりも大きいと判断した場合はステップＳ１６に進み、モータ制御装置５０は始動モータ１８を動作させてエンジン１のクランキングを開始する。また、この処理においてモータ制御装置５０は、クランキング時に第１の気筒群又は第２の気筒群のいずれか一方の気筒群にて燃焼が行われるように各動弁装置２０Ａ、２０Ｂの動作及び各インジェクタ１５の動作をそれぞれ制御する。より詳しく説明すると、モータ制御装置５０は、第１の気筒群又は第２の気筒群のいずれか一方の気筒群の吸気弁１０及び排気弁１１を開閉駆動すべく各動弁装置２０Ａ、２０Ｂの第１の電動モータ２１又は第２の電動モータ２２のいずれか一方を２気筒揺動駆動モードで駆動する。なお、モータ制御装置５０は、エンジン１の回転数がエンジン１が継続して燃焼を続けられる完爆状態を得られたときの回転数以上になると始動モータ１８を停止させる。続くステップＳ１７においてモータ制御装置５０は、始動モータ１８の停止後もエンジン１が２気筒で運転されるように各動弁装置２０Ａ、２０Ｂ及び各インジェクタ１５の動作を制御する。
【００３４】
次のステップＳ１８においてモータ制御装置５０は、４気筒のうち燃焼を行わせる２気筒を所定の周期で変更させる稼動気筒ローテーション制御を行う。ステップＳ１６に示したように燃焼を行わせる２気筒は、第１の気筒群又は第２の気筒群のいずれか一方の気筒群に設定されるので、他方の気筒群が休止している。休止している気筒群では燃焼が行われないので、燃焼が行われている気筒群の気筒２と比較して休止している気筒群の気筒２の温度が低くなる。そこで、エンジン１の各気筒２の温度を揃えるべく燃焼を行わせる気筒群を所定の周期で変更する。より具体的に説明すると、例えば第１の気筒群の各気筒２が休止し、第２の気筒群の各気筒２で燃焼が行われている場合、次は第１の気筒群の各気筒２で燃焼を行わせ、第２の気筒群の各気筒２が休止するように各動弁装置２０Ａ、２０Ｂ及び各インジェクタ１５の動作を制御する。以降、所定の周期毎に燃焼を行わせる気筒群を交互に切り替える。
【００３５】
また、モータ制御装置５０はこのステップＳ１８において、休止させている気筒群の各気筒２の吸気弁１０及び排気弁１１の動作を制御し、これら休止している気筒群の気筒２を介して吸気通路８から排気通路９に空気を導入する。この際、休止している各気筒２を介して排気通路９に導入される空気の量が燃焼を行わせている気筒群の各気筒２から排出される排気中のＨＣなどを排気通路９にて燃焼させるために必要な最低限の量に調整されるように休止している各気筒２の吸気弁１０及び排気弁１１の動作を制御する。以下、この制御を非稼動気筒新気流出制御と呼ぶ。
【００３６】
次のステップＳ１９においてモータ制御装置５０は、エンジン１に対して出力の増加が要求されたか否か判断する。エンジン出力の増加は、例えばスロットルバルブ１４の開度を大きくするべく運転者によってアクセルが踏まれた場合などに要求されたと判断する。エンジン出力の増加が要求されたと判断した場合はステップＳ２０をスキップしてステップＳ２１に進む。エンジン出力の増加が要求されていないと判断した場合はステップＳ２０に進み、モータ制御装置５０は触媒床温が所定の基準温度以上か否か判断する。なお、この所定の基準温度には、ステップＳ１３の所定の基準温度と同一の温度が設定される。触媒床温が所定の基準温度未満と判断した場合はステップＳ１８に戻る。一方、触媒床温が所定の基準温度以上と判断した場合はステップＳ２１に進む。
【００３７】
ステップＳ２１においてモータ制御装置５０は、４気筒の全てで燃焼が行われるように各動弁装置２０Ａ、２０Ｂの動作及び各インジェクタ１５の動作をそれぞれ制御する。以下、このようにエンジン１の全気筒で燃焼を行わせることを全筒運転と呼ぶこともある。この場合、モータ制御装置５０は、動弁装置２０Ａ、２０Ｂの各電動モータ２１、２２を正転駆動モードで駆動させ、全気筒の吸気弁１０及び排気弁１１を開閉駆動する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３８】
ステップＳ１３で否定判定した場合はステップＳ２２に進み、モータ制御装置５０は始動モータ１８を動作させてエンジン１のクランキングを開始する。また、この処理においてモータ制御装置５０は、クランキング時にエンジン１の全気筒で燃焼が行われるように各動弁装置２０Ａ、２０Ｂの動作及び各インジェクタ１５の動作をそれぞれ制御する。この場合、各動弁装置２０Ａ、２０Ｂの各電動モータ２１、２２は、正転駆動モードで駆動される。なお、この処理でもモータ制御装置５０は、エンジン１の回転数が完爆状態を得られたときの回転数以上になると始動モータ１８を停止させる。その後ステップＳ２１に進み、モータ制御装置５０はエンジン１が全筒運転で運転されるように各動弁装置２０Ａ、２０Ｂ及び各インジェクタ１５の動作をそれぞれ制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３９】
ステップＳ１５で否定判定した場合はステップＳ２３に進み、モータ制御装置５０は始動モータ１８を動作させてエンジン１のクランキングを開始する。また、この処理においてモータ制御装置５０は、４気筒のうちの１気筒のみで燃焼が行われるように各動弁装置２０Ａ、２０Ｂの動作及び各インジェクタ１５の動作をそれぞれ制御する。この場合、モータ制御装置５０は、４気筒のうちのいずれか１気筒、例えば＃２の気筒２のみの吸気弁１０及び排気弁１１が開閉駆動されるように各動弁装置２０Ａ、２０Ｂの第１の電動モータ２１又は第２の電動モータ２２のいずれか一方を１気筒揺動駆動モードで駆動する。この処理でもモータ制御装置５０は、エンジン１の回転数が完爆状態を得られたときの回転数以上になると始動モータ１８を停止させる。続くステップＳ２４においてモータ制御装置５０は、始動モータ１８の停止後も継続してエンジン１が１気筒のみで運転されるように各動弁装置２０Ａ、２０Ｂ及び各インジェクタ１５の動作を制御する。
【００４０】
次のステップＳ２５においてモータ制御装置５０は、エンジン１の回転数が所定の判定回転数以下か否か判断する。エンジン１の振動は、燃焼を行わせている気筒の数が少ないほど、かつ回転数が高いほど増加する。そこで、減筒運転時にエンジン１の振動を抑制するべくエンジン１の回転数に応じて燃焼を行わせる気筒数を変更する。従って、所定の判定回転数には、燃焼を行わせる気筒の数を１気筒から２気筒に変更すべきエンジン１の回転数が設定される。このような回転数としては、例えば５００ｒｐｍが設定される。エンジン１の回転数が所定の判定回転数以下と判断した場合は、ステップＳ２５を繰り返す。一方、エンジン１の回転数が所定の判定回転数より大きいと判断した場合はステップＳ１７に進み、以降ステップＳ１７〜ステップＳ２１の処理を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００４１】
以上に説明したように、図７の制御ルーチンでは、エンジン１の始動トルクに応じて始動時の稼動気筒の数を変更するので、エンジン１の始動時に必要な始動トルクを確保しつつ稼動気筒の１気筒あたりに要求される出力をその気筒が燃焼状態を良好に維持可能な出力に適切に制御できる。そのため、排気エミッションを悪化させることなくエンジン１の始動時に減筒運転を実行することができる。
【００４２】
また、エンジン１の回転数が所定の回転数以上に到達すると稼動気筒の数を１気筒から２気筒に増加させるので、減筒運転時のエンジン１の振動を抑制できる。さらに、２気筒でエンジン１を運転する際は稼動気筒に設定される２気筒を所定の周期で切り替えるので、各気筒の温度を略同じ温度に昇温させることができる。減筒運転時は、非稼動気筒新気流出制御を実行して休止気筒を介して排気通路９に導入される新気の量を排気通路９内で稼動気筒から排出された排気中のＨＣが燃える最低限の量に調整するので、排気通路９内で排気中のＨＣを燃焼させて排気温度を上昇させことができる。また、排気通路９への過剰な新気の導入を防止できるので、新気による排気浄化触媒の冷却を抑制できる。そのため、速やかに排気浄化触媒を暖機することができる。
【００４３】
なお、図７のステップＳ１４を実行することにより、モータ制御装置５０は本発明の始動トルク推定手段として機能する。また、図７のステップＳ１５〜Ｓ１７及びステップＳ２３〜Ｓ２５の処理を実行することにより、モータ制御装置５０は本発明の稼動気筒変更手段として機能する。
【００４４】
（第２の形態）
次に図９〜図１６を参照して本発明の第２の形態について説明する。この形態では各気筒２の排気弁１１を開閉駆動するための動弁装置２０Ｂに動弁装置２０Ａと異なる動弁装置が設けられる点が第１の形態と異なり、その他の部分は第１の形態と同一である。そのため、第２の形態において第１の形態と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。以下、第２の形態の動弁装置２０Ｂについて説明する。
【００４５】
図９は、第２の形態の動弁装置２０Ｂを示している。図９に示したように動弁装置２０Ｂは、電動モータ６１と、伝達機構としてのギア列６２と、カム機構６３とを備えている。ギア列６２は、電動モータ６１の出力軸と一端に回転するモータギア６４と、カム軸６６と一体回転するように設けられるとともにモータギア６４と噛み合うカム駆動ギア６５とを備えている。カム機構６３は、カム軸６６と、カム軸６６上にカム軸６６と一体に回転するように設けられるカム６７、…、６７とを備えている。カム軸６６には、＃１〜＃３の気筒２の排気弁１１を開閉駆動するカム６７に対して＃４の気筒２の排気弁１１を開閉駆動するカム６７の位置を変化させることが可能なようにカム角可変手段としての位相切替機構７０が設けられている。なお以降、＃１の気筒２の排気弁１１を開閉駆動するカム６７を＃１のカム６７と呼ぶこともある。＃２〜＃４の各気筒２に対応するカム６７も同様に呼ぶことがある。
【００４６】
図１０〜図１４を参照して位相切替機構７０について説明する。なお、図１０はカム軸６６の位相切替機構７０を拡大して示す斜視図であり、図１１及び図１２は位相切替機構７０を図１０のＸ方向から見た図である。また、図１３及び図１４は、図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線における位相切替機構７０の断面図をそれぞれ示している。図１０〜図１４では、各カム６７がいずれの気筒２に対応するか図中に括弧付きで気筒番号を示した。図１０に示したようにカム軸６６は、第１カム軸６６ａと第２カム軸６６ｂとによって構成されている。なお、図１０では、カム軸６６を第１カム軸６６ａと第２カム軸６６ｂとに離した状態で示す。図１０に示したように、位相切替機構７０は、第１カム軸６６ａの端部に設けられる第１フランジ部７１と、第２カム軸６６ｂの端部に設けられる第２フランジ部７２とを備えている。なお、第１フランジ部７１はその中心が第１カム軸６６ａの中心と同一になるように第１カム軸６６ａに設けられ、第２フランジ部７２はその中心が第２カム軸６６ｂの中心と同一になるように第２カム軸６６ｂに設けられている。第１フランジ部７１の中心には穴７３が設けられ、第２フランジ部７２の中心にはその中心から第１カム軸６６ａに向かって突出する軸７４が設けられている。第１カム軸６６ａと第２カム軸６６ｂとは、第２フランジ部７２の軸７４が第１フランジ部７１の穴７３に回転自在に嵌り、第１フランジ部７１及び第２フランジ部７２の端面同士が当接することによりカム軸６６を形成する。第１フランジ部７１の端面は、基準面７１ａと、基準面７１ａよりも第２フランジ部７２側に突出する段差部７１ｂとを備えている。第２フランジ部７２の端面も同様に、基準面７２ａと、基準面７２ａよりも第１フランジ部７１ａ側に突出する段差部７２ｂとを備えている。
【００４７】
図１３及び図１４に示したように、第２フランジ部７２の基準面７２ａには、ロックピン７５が設けられている。ロックピン７５は、図１３に示したように先端が第２フランジ部７２の基準面７２ａよりも突出する突出位置と、図１４に示したように先端が第２フランジ部７２の内部に収容される収容位置とに切り替え可能なように設けられている。また、図１１に示したように第１フランジ部７１の基準面７１ａには、第２フランジ部７２のロックピン７５が突出位置に切り替えられた際に嵌る第１ロック穴７６及び第２ロック穴７７が設けられている。図１３に示したように、ロックピン７５の内部にはロックピン７５を第１フランジ部７１側に付勢するバネ７８が設けられている。図１１〜図１４に示したように第１ロック穴７６及び第２ロック穴７７にオイルを供給すべく第１フランジ部７１にオイル通路７９が、第２フランジ部７２にオイル通路８０、８１が設けられる。ロックピン７５の位置の切り替えは、これらオイル通路７９、８０、８１を介して第１ロック穴７６又は第２ロック穴７７に供給されるオイルの油圧制御によって行われる。例えば、第１ロック穴７６に供給されるオイルの油圧を低く制御することにより、図１３に示したようにロックピン７５をバネ７８によって突出位置に切り替える。一方、第１ロック穴７６に供給されるオイルの油圧を高く制御することにより、図１４に示したようにロックピン７５をこのオイルの油圧によって収容位置に切り替える。第２ロック穴７７においても第１ロック穴７６と同様の油圧制御が行われる。
【００４８】
第１ロック穴７６と第２ロック穴７７とは、カム軸６６の中心を中心とした同一円上に角度θ離して設けられている。この形態では、角度θに１５０°が設定される。なお、角度θは、ロックピン７５と第２ロック穴７７とを嵌合させた際に＃４のカム６７のノーズを移動させるべき位置に応じて適宜設定してよい。第１フランジ部７１の段差部７１ｂと第２フランジ部７２の段差部７２ｂとは、ロックピン７５を収容位置に切り替えて第１カム軸６６ａを第２カム軸６６ｂに対して相対的に回転させた際、第１カム軸６６ａと第２カム軸６６ｂとのずれが角度θに制限されるように設けられる。これにより、ロックピン７５を収容位置に切り替えて第１カム軸６６ａを図１１の矢印Ｒ方向に回転させても、第１カム軸６６ａはロックピン７５が第２ロック穴７７と対向する位置までしか第２カム軸６６ｂに対して回転しない。また、ロックピン７５を収容位置に切り替えて第１カム軸６６ａを図１１の矢印Ｌ方向に回転させても、第１カム軸６６ａはロックピン７５が第１ロック穴７７と対向する位置までしか第２カム軸６６ｂに対して回転しない。以降、図１１の矢印Ｒ方向を逆転方向、図１１の矢印Ｌ方向を正転方向と呼ぶこともある。
【００４９】
図１１は、ロックピン７５が第１ロック穴７６に嵌合した状態のカム軸６６を示している。図１１に示したようにこの状態のカム軸６６には、＃１のカム６７のノーズが向いている角度を０°とすると、＃４のカム６７のノーズが１８０°の方向を向き、＃２、＃３の各カム６７のノーズがそれぞれ９０°、２７０°の方向を向くように各カム６７が設けられる。この場合、カム軸６６をエンジン１のクランク軸の回転数の半分の回転数で回転させることにより、＃１〜＃４の気筒２の各排気弁１１を１８０°ＣＡ毎に開閉駆動できるので、各気筒２の爆発間隔が１８０°ＣＡ毎に設定できる。以降、ロックピン７５が第１ロック穴７６に嵌合した状態を通常状態と呼ぶこともある。
【００５０】
図１２は、ロックピン７５が第２ロック穴７７に嵌合した状態のカム軸６６を示している。上述したように第１ロック穴７６と第２ロック穴７７とは角度θ分、すなわち１５０°ずれて設けられている。そのため、ロックピン７５が第２ロック穴７７に嵌合すると、第１カム軸６６ａと第２カム軸６６ｂとが図１１に示した状態と比較して第２カム軸６６ｂが第１カム軸６６ａに対して右回りに１５０°回転した状態で接続される。この状態では図１２に示したように＃１のカム６７のノーズが向いている角度を０°とすると、＃４のカム６７のノーズが３３０°の方向を向く。これにより、＃４のカム６７を＃３のカム６７よりも＃１のカム６７寄りに移動させることができる。そのため、カム軸６６周りのうち＃２のカム６７のノーズが向いている９０°から＃３のカム６７のノーズが向いている２７０°の範囲内から他のカム６７のノーズを無くすことができる。以降、ロックピン７５が第２ロック穴７７に嵌合した状態を位相変更状態と呼ぶこともある。
【００５１】
各動弁装置２０Ａ、２０Ｂの各電動モータ２１、２２、６１の動作はモータ制御装置５０によって制御される。また、モータ制御装置５０は、ロックピン７５の位置を制御するべく第１ロック穴７６及び第２ロック穴７７に供給される油圧も制御する。なお、動弁装置２０Ｂの電動モータ６１にも、その回転位置を検出するためのレゾルバ、ロータリエンコーダ等の位置検出センサ５２が内蔵されている。この電動モータ６１の位置検出センサ５２もモータ制御装置５０に接続されている。
【００５２】
次に、動弁装置２０Ｂの電動モータ６１の駆動モードについて説明する。この形態においても電動モータ６１は、正転駆動モード及び揺動駆動モードにて駆動される。正転駆動モードでは、通常状態すなわち図１１に示した状態のカム軸６６を一方向に連続的に回転させる。一方、揺動駆動モードでは、まずカム軸６６を位相変更状態すなわち図１２に示した状態に変更する。図１２に示したように位相変更状態のカム軸６６では、カム軸６６の周囲のうち９０°〜２７０°の範囲に各カム６７のノーズが無いため、カム軸６６を９０°〜２７０°の範囲で揺動させることにより、＃２の気筒２の排気弁１１及び＃３の気筒２の排気弁１１のみを開閉駆動することができる。以下、位相変更状態のカム軸６６をこの範囲で揺動させることを２気筒揺動駆動モードと呼ぶこともある。また、位相変更状態のカム軸６６を１８０°〜２７０°の範囲で揺動させることにより、＃２の気筒２の排気弁１１のみを開閉駆動することができる。以下、位相変更状態のカム軸６６をこの範囲で揺動させることを１気筒揺動駆動モードと呼ぶこともある。
【００５３】
図１５及び図１６は、モータ制御装置５０が各電動モータ２１、２２、６１の動作及びロックピン７５の位置をそれぞれ制御するために実行する制御ルーチンを示している。図１５の制御ルーチンは、エンジン１の始動時に動弁装置２０Ｂのカム軸６６を揺動駆動モードにて動作させることが可能なようにエンジン１を停止させるときにカム軸６６を位相変更状態に変更するべく実行される。図１６は、エンジン１の始動時に減筒運転を実行するべく実行される。図１５の制御ルーチンはエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行され、図１６の制御ルーチンはエンジン１が運転中か否かに拘わりなく所定の周期で繰り返し実行される。図１６の制御ルーチンは、モータ制御装置５０が実行する他のルーチンと並行に実行される。なお、図１６において図７と同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００５４】
図１５の制御ルーチンにおいてモータ制御装置５０は、まずステップＳ３０においてエンジン１を停止させる所定のエンジン停止条件が成立したか否か判断する。エンジン停止条件は、例えばイグニッションスイッチがオフの状態に切り替えられた場合に成立したと判断される。また、エンジン１がアイドルストップ制御の対象の場合は、例えば車速が０で、かつエンジン１が所定時間連続してアイドル運転されるなどアイドルストップ制御を実行する所定の条件が成立した場合にもエンジン停止条件が成立したと判断される。エンジン停止条件が不成立と判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。
【００５５】
一方、エンジン停止条件が成立したと判断した場合はステップＳ３１に進み、モータ制御装置５０は＃４の気筒２の排気終了後、例えば＃４の気筒２の排気弁１１が＃４のカム６７にて最もリフトされた直後にカム軸６６を停止させ、その後ロックピン７５の位置を収容位置に切り替える。これにより第１カム軸６６ａと第２カム軸６６ｂとの接続が解除される。続くステップＳ３２においてモータ制御装置５０は、第１カム軸６６ａが図１１の矢印Ｒ方向、すなわち逆転方向に回転（以下、逆回転と略称する。）するように電動モータ６１を動作させる。この第１カム軸６６ａの逆回転により、第１カム軸６６ａを第２カム軸６６ｂに対して相対的に回転させ、＃４のカム６７のノーズが向いている方向を１８０°の位置から３３０°の位置に切り替えることができる。すなわち、カム軸６６の各カム６７のノーズの位置を図１２に示した位置にそれぞれ変更できる。
【００５６】
次のステップＳ３３においてモータ制御装置５０は、ロックピン７５を突出位置に切り替える。これにより、ロックピン７５が第２ロック穴７７に嵌合し、カム軸６６が位相変更状態に切り替わる。続くステップＳ３４においてモータ制御装置５０は、電動モータ６１を揺動駆動モードで動作させることにより＃２及び＃３の少なくともいずれか一方の気筒２の排気弁１１を開閉駆動可能な位置にカム軸６６の停止位置を調整する。このような停止位置としては、例えばカム軸６６の周囲のうち９０°〜２７０°の範囲内で、かつ各気筒２の排気弁１１が閉弁状態に維持される位置が設定される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００５７】
このように図１５の制御ルーチンを実行することにより、エンジン１を停止させるときに動弁装置２０Ｂのカム軸６６を図１２に示した位相変更状態に変更できる。
【００５８】
次に図１６の制御ルーチンについて説明する。図１６の制御ルーチンにおいてモータ制御装置５０は、ステップＳ１１で所定の始動条件が成立したか否か判断する。始動条件が不成立と判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、始動条件が成立したと判断した場合、モータ制御装置５０はステップＳ１２でエンジン１の運転状態を取得し、その後ステップＳ１４で始動トルクを算出する。次のステップＳ１５においてモータ制御装置５０は算出した始動トルクが所定の基準値よりも大きいか否か判断する。
【００５９】
始動トルクが所定の基準値よりも大きいと判断した場合はステップＳ４１に進み、モータ制御装置５０は、始動モータ１８を動作させてエンジン１のクランキングを開始する。また、モータ制御装置５０は、＃２及び＃３の両方の気筒２で燃焼が行われるように各動弁装置２０Ａ、２０Ｂの動作及び各インジェクタ１５の動作をそれぞれ制御する。各動弁装置２０Ａ、２０Ｂの動作について詳しく説明すると、モータ制御装置５０は、エンジン１の＃１及び＃４の気筒２の吸気弁１０が閉弁状態に維持されるように動弁装置２０Ａの第１の電動モータ２１を停止させるとともに、＃２及び＃３の各気筒２の吸気弁１０が開閉駆動されるように第２の電動モータ２２を２気筒揺動駆動モードで駆動させる。また、モータ制御装置５０は、＃２及び＃３の各気筒２の排気弁１１が開閉駆動されるように電動モータ６１を２気筒揺動駆動モードで駆動させる。なお、カム軸６６は、エンジン１を停止させるときに図１５の制御ルーチンにより既に図１２の状態に切り替えられているので、電動モータ６１を２気筒揺動駆動モードで駆動させることにより、＃２及び＃３の気筒２の排気弁１１をそれぞれ開閉駆動することができる。なお、モータ制御装置５０は、エンジン１の回転数が完爆状態を得られたときの回転数以上になると始動モータ１８を停止させる。続くステップＳ４２においてモータ制御装置５０は、始動モータ１８の停止後もエンジン１が２気筒のみで運転されるように各動弁装置２０Ａ、２０Ｂの動作及び各インジェクタ１５の動作を制御する。すなわち、第２の電動モータ２２を２気筒揺動駆動モードで駆動させるとともに、電動モータ６１を２気筒揺動駆動モードで駆動させる。
【００６０】
次のステップＳ４３においてモータ制御装置５０は、エンジン１を４気筒で運転する所定の４気筒運転条件が成立したか否か判断する。所定の４気筒運転条件は、例えば触媒床温が活性温度域の下限温度以上に上昇した場合、又は運転者によってアクセルが踏み込まれてエンジン１の出力の増加が要求された場合などに成立したと判断される。この処理は所定の４気筒運転条件が成立するまで繰り返し実行される。
【００６１】
所定の４気筒運転条件が成立したと判断した場合はステップＳ４４に進み、カム軸６６の状態を通常状態に切り替える。通常状態への切り替えは、まず２気筒揺動駆動モードで駆動させていたカム軸６６を停止させ、次にロックピン７５の位置を収容位置に切り替える。これにより、第１カム軸６６ａと第２カム軸６６ｂとが切り離される。その後、第１カム軸６６ａを図１１の矢印Ｌ方向、すなわち正転方向に回転させる。これにより、第１カム軸６６ａを第２カム軸６６ｂに対して回転させ、各カム６７のノーズの位置を図１１に示した位置にそれぞれ変更する。各カム６７のノーズが図１１に示した位置にそれぞれ変更された後は、ロックピン７５を突出位置に切り替えて第１カム軸６６ａと第２カム軸６６ｂとを接続させる。これにより、カム軸６６を通常状態に切り替えることができる。
【００６２】
次のステップＳ４５においてモータ制御装置５０は、エンジン１が全筒運転で運転されるように各動弁装置２０Ａ、２０Ｂ及び各インジェクタ１５の動作をそれぞれ制御する。各動弁装置２０Ａ、２０Ｂの制御を具体的に説明すると、各気筒２の吸気弁１０及び排気弁１１が各気筒２で燃焼を行わせるのに適切な時期に開閉するように動弁装置２０Ａの各電動モータ２１、２２を正転駆動モードで駆動させるとともに、動弁装置２０Ｂの電動モータ６１を正転駆動モードで駆動させる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００６３】
ステップＳ１５で否定判断した場合はステップＳ４６に進み、モータ制御装置５０は、始動モータ１８を動作させてエンジン１のクランキングを開始する。また、この処理においてモータ制御装置５０は＃２の気筒２のみで燃焼が行われるように各動弁装置２０Ａ、２０Ｂの動作及び各インジェクタ１５の動作を制御する。各動弁装置２０Ａ、２０Ｂの動作について詳しく説明すると、モータ制御装置５０は、エンジン１の＃１及び＃４の気筒２の吸気弁１０が閉弁状態に維持されるように動弁装置２０Ａの第１の電動モータ２１を停止させるとともに、＃２の気筒２の吸気弁１０のみが開閉駆動されるように第２の電動モータ２２を１気筒揺動駆動モードで駆動させる。また、モータ制御装置５０は、＃２の気筒２の排気弁１１のみが開閉駆動されるように電動モータ６１を１気筒揺動駆動モードで駆動させる。この処理においてもモータ制御装置５０は、エンジン１の回転数が完爆状態を得られたときの回転数以上になると始動モータ１８を停止させる。続くステップＳ４７においてモータ制御装置５０は、始動モータ１８の停止後もエンジン１が１気筒のみで運転されるように各動弁装置２０Ａ、２０Ｂの動作及び各インジェクタ１５の動作を制御する。
【００６４】
次のステップＳ２５においてモータ制御装置５０は、エンジン１の回転数が所定の判定回転数以下か否か判断する。この処理は、エンジン１の回転数が所定の判定回転数より大きくなるまで繰り返し実行される。エンジン１の回転数が所定の判定回転数より大きいと判断した場合はステップＳ４２に進み、以降モータ制御装置５０はステップＳ４２〜Ｓ４５の処理を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００６５】
以上に説明したように、この形態においても、始動トルクに応じて始動時に燃焼を行わせる気筒２の数を変更するので、燃焼が行われる気筒２に対して要求される出力をその気筒２の燃焼状態が悪化しない出力以下に抑えることができる。そのため、排気エミッションを悪化させることなくエンジン１の始動時に減筒運転を実行できる。また、この形態では、排気弁１１を開閉駆動する動弁装置２０Ｂの電動モータの数を低減できる。
【００６６】
電動モータ６１を揺動駆動モードで駆動する場合、エンジン１の温度が低いときなどカム軸６６のフリクションが大きく電動モータ６１に要求されるトルクが大きいときは、電動モータ６１への要求トルクが小さいときよりも最大リフト量が減少するように動弁装置２０Ｂのカム６７にて排気弁１１をリフトしているとき、すなわちカム６７のノーズがバルブリフター１７と接触しているときのカム軸６６の回転速度を小さくしてもよい。この際、カム６７にて開閉される排気弁１１の作用角が大きくなるため、エンジン１のクランク軸の回転数と排気弁１１の開閉タイミングとの関係を排気弁１１が開閉される気筒２にて燃焼が行われる適切な関係に維持すべくカム６７にて排気弁１１をリフトしていないとき、すなわちカム６７のベース円がバルブリフター１７と接触しているときのカム軸６６の回転速度を大きくする。すなわち、揺動駆動モード時に電動モータ６１に要求されるトルクが大きい場合は、カム６７のベース円がバルブリフター１７と接触しているときのカム軸６６の回転速度がカム６７のノーズがバルブリフター１７と接触しているときのカム軸６６の回転速度よりも大きくなるように電動モータ６１を制御する。このように最大リフト量を減少させることにより、電動モータ６１の負荷を軽減し、電動モータ６１の消費電力を低減できる。なお、このカム軸６６の速度制御は、電動モータ６１を２気筒揺動駆動モードで動作させる際に行ってもよい。また、動弁装置２０Ａに対してこの速度制御を行ってもよい。
【００６７】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関の動弁装置は上述したものに限定されない。例えば電磁石で吸排気弁を開閉駆動する電磁駆動式の動弁装置など、複数の気筒に設けられた吸気弁及び排気弁の動作特性をそれぞれ変更可能な動弁装置であればよい。また、例えば、本発明は気筒内に直接燃料を噴射する、いわゆる筒内直噴型エンジンに適用してもよいし、ディーゼルエンジンに適用してもよい。
【００６８】
本発明が適用されるエンジンは直列４気筒に限定されない。減筒運転が可能、かつ燃焼を行わせる気筒の数を変更可能なエンジンであればよい。例えば、本発明は６気筒や８気筒のエンジンに適用してよい。また、直列型のエンジンの他にＶ型エンジンなどにも本発明を適用してよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関を示す図。
【図２】図１の吸気側の動弁装置の斜視図。
【図３】図１の吸気側の動弁装置の断面図。
【図４】正転駆動モードにおけるカムの動作を示す図。
【図５】揺動駆動モードにおけるカムの動作を示す図。
【図６】１気筒揺動駆動モード及び２気筒揺動駆動モードにおけるカム軸の揺動範囲を示す図。
【図７】モータ制御装置が実行する減筒始動制御ルーチンを示すフローチャート。
【図８】エンジンの冷却水温と始動トルクとの関係の一例を示す図。
【図９】本発明の第２の形態に係る内燃機関に設けられる排気側の動弁装置を示す図。
【図１０】図９の動弁装置に設けられる位相切替機構を拡大して示す図。
【図１１】ロックピンが第１ロック穴に嵌合した状態のカム軸を図１１のＸ方向から見た図。
【図１２】ロックピンが第２ロック穴に嵌合した状態のカム軸を図１１のＸ方向から見た図。
【図１３】ロックピンが突出位置に切り替えられた状態の位相切替機構の断面を示す図。
【図１４】ロックピンが収容位置に切り替えられた状態の位相切替機構の断面を示す図。
【図１５】第２の形態のモータ制御装置が実行する停止時カム位置制御ルーチンを示すフローチャート。
【図１６】第２の形態のモータ制御装置が実行する減筒始動制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７０】
１  内燃機関
２  気筒
１０  吸気弁（弁手段）
１１  排気弁（弁手段）
２０Ａ  動弁装置（可変動弁機構）
２０Ｂ  動弁装置（可変動弁機構）
２１  第１の電動モータ
２２  第２の電動モータ
２３  カム機構
２４  第１の伝達機構
２５  第２の伝達機構
２６  カム
２７  第１のカム軸
４０  第２のカム軸
５０  モータ制御装置（減筒運転手段、始動トルク推定手段、稼動気筒数変更手段、電動モータ制御手段）
５３  冷却水温センサ（冷却水温取得手段）
６１  電動モータ
６２  ギア列（伝達機構）
６３  カム機構
６６  カム軸
６７  カム
７０  位相切替機構（カム角可変手段）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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