(57)【要約】【課題】クランキングの初期から良好な燃焼を得、内燃機関の速やかなる始動を実現する。【解決手段】吸気バルブの開弁タイミングまたは閉弁タイミングを変化させることのできる可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御するものであって、内燃機関を始動するに際し、内燃機関のクランクシャフトを電動機により回転駆動するクランキングを実行するとともに、そのクランキング中に可変バルブタイミング機構を介して吸気バルブの開弁タイミングまたは閉弁タイミングを変化させ、かつ変化する吸気バルブの開弁タイミングまたは閉弁タイミングに応じてクランキング中の燃料噴射量及び点火タイミングを調整する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図２
2016125364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブの開弁タイミングまたは閉弁タイミングを変化させることのできる可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御するものであって、
内燃機関を始動するに際し、内燃機関のクランクシャフトを電動機により回転駆動するクランキングを実行するとともに、
そのクランキング中に可変バルブタイミング機構を介して吸気バルブの開弁タイミングまたは閉弁タイミングを変化させ、
かつ変化する吸気バルブの開弁タイミングまたは閉弁タイミングに応じてクランキング中の燃料噴射量及び点火タイミングを調整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、吸気バルブの開弁タイミング及び／または閉弁タイミングを変化させることのできる可変バルブタイミング（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ）機構が付帯した内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載される内燃機関について、吸気バルブの開閉タイミングを可変制御できるＶＶＴ機構を備えたものが公知である（例えば、下記特許文献を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０６６２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関を始動する際には、電動機により内燃機関を回転駆動するクランキングを実行しつつ燃料を燃焼させてエンジン回転を加速させるが、この始動処理に費やす時間は短いほどよい。
【０００５】
本発明は、クランキングの初期から良好な燃焼を得、内燃機関の速やかなる始動を実現することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するべく、本発明では、吸気バルブの開弁タイミング及び／または閉弁タイミングを変化させることのできる可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御するものであって、内燃機関のクランクシャフトを電動機により回転駆動するクランキングを伴う内燃機関の始動に際し、エンジン回転数が所定回転数未満の時期における吸気バルブの開弁タイミング及び／または閉弁タイミングを、エンジン回転数が所定回転数以上となった時期におけるそれと比較して進角させるとともに、前者の時期における吸気バルブの開弁タイミング及び／または閉弁タイミングの進角量を、内燃機関の温度及び／または吸気の温度に応じて変更する内燃機関の制御装置を構成した。
【０００７】
なお、アイドルストップ条件が成立して内燃機関のアイドルストップ処理を開始した後、エンジン回転が完全に停止する前にアイドルストップ終了条件が成立して内燃機関を再始動する場合には、エンジン回転数が所定回転数未満の時期における吸気バルブの開弁タイミング及び／または閉弁タイミングと、エンジン回転数が所定回転数以上となった時期におけるそれとを同等とすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、クランキングの初期から良好な燃焼を得られ、内燃機関の速やかなる始動を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。
【図２】同実施形態の制御装置が実施する制御の内容を説明するタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１１】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１２】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させたことで生じる排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１３】
排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、特にサージタンク３３に接続している。
【００１４】
本実施形態の内燃機関には、各気筒１の吸気バルブの開閉タイミングを可変制御できるＶＶＴ機構６が付随している。ＶＶＴ機構６は、各気筒１の吸気バルブを駆動する吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を電動機によって変化させる既知のもの（モータドライブＶＶＴ）である。周知の通り、内燃機関の吸気カムシャフトは、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトから回転駆動力の供給を受け、クランクシャフトに従動して回転する。クランクシャフトと吸気カムシャフトとの間には、回転駆動力を伝達するための巻掛伝動装置（図示せず）が介在している。巻掛伝動装置は、クランクシャフト側に設けたクランクスプロケット（または、プーリ）と、吸気カムシャフト側に設けたカムスプロケット（または、プーリ）と、これらスプロケット（または、プーリ）に巻き掛けるタイミングチェーン（または、ベルト）とを要素とする。ＶＶＴ機構６は、吸気カムシャフトをカムスプロケットに対し相対的に回動させることを通じて、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変化させ、以て吸気バルブの開閉タイミングを変更する。
【００１５】
本実施形態における内燃機関は、必要に応じ、吸気バルブの閉弁タイミングを吸気下死点よりも大きく（例えば、５５°ＣＡ（クランク角度）以上）遅らせてミラーサイクル（アトキンソンサイクル）運転を行うことができる。ミラーサイクル運転を行うときの吸気バルブの開弁タイミングは、排気上死点近傍ないし排気上死点から若干（例えば、５°ＣＡ程度）遅れたタイミングまで遅角する。
【００１６】
本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００１７】
ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｄ、車載のバッテリの端子電流及び／または端子電圧を検出する電流／電圧センサから出力されるバッテリ電流／電圧信号ｅ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｆ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、ブレーキペダルが踏まれていることまたはブレーキペダルの踏込量を検出するセンサ（ブレーキスイッチやマスタシリンダ圧センサ等）から出力されるブレーキ信号ｈ等が入力される。
【００１８】
クランク角センサは、クランクシャフトの軸端部に固定されクランクシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングするものである。そのロータには、クランクシャフトの回転方向に沿った所定角度毎に、歯または突起が形成されている。典型的には、クランクシャフトが１０°回転する都度、歯または突起が配置される。クランク角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯または突起が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度クランク角信号ｂとしてパルス信号を発信する。尤も、クランク角センサは、クランクシャフトが一回転する間に三十六回のパルスを出力するわけではない。クランクシャフトのロータの歯または突起は、その一部が欠損している。欠歯部分はそれぞれ、クランクシャフトの特定の回転位相角に対応する。そして、欠歯部分に起因して、クランク角信号ｂのパルス列もまた一部が欠損する。このパルスの欠損を基にして、クランクシャフトの絶対的な角度（姿勢）、換言すれば各気筒１のピストンの現在位置を知ることが可能である。
【００１９】
また、カム角センサは、吸気カムシャフトの軸端部に固定され吸気カムシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングするものである。そのロータには、吸気カムシャフトの回転方向に沿った所定角度毎に、歯または突起が形成されている。カム角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯または突起が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度カム角信号ｇとしてパルス信号を発信する。クランク角信号ｂ及びカム角信号ｇをともに参照すれば、各気筒１の現在の行程を判別して知得できることに加えて、ＶＶＴ機構６が具現している現在の吸気バルブタイミング（の進角量）が明らかとなる。
【００２０】
ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、イグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ＶＶＴ機構６に対して吸気バルブタイミングの制御信号ｎ等を出力する。
【００２１】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）、吸気バルブの開閉タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。
【００２２】
ＥＣＵ０は、所定のアイドルストップ条件が成立したときに、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実行する。ＥＣＵ０は、ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧が閾値以上であり（ブレーキペダルが踏まれた）、内燃機関の冷却水温が所定以上に高く、車載のバッテリの充電量または端子電圧が所定以上に高く、エアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサが稼働しておらず、シフトレンジが走行レンジであり、前回のアイドルストップ終了からある車速以上まで加速した経歴があり、かつ現在の車速がある車速以下である（例えば、車速が１３．５ｋｍ／ｈ以上から１３ｋｍ／ｈまで低下した、または９．５ｋｍ／ｈ以上から７ｋｍ／ｈまで低下した）、といった諸条件がおしなべて成立したことを以て、アイドルストップ条件が成立したものと判断する。
【００２３】
アイドルストップ条件の成立後、所定のアイドルストップ終了条件が成立したときには、内燃機関を再始動する。ＥＣＵ０は、ブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧が０または０に近い閾値未満となった（ブレーキペダルが踏まれなくなった）、逆にブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧がさらに増大した（ブレーキペダルがさらに強く踏み込まれた）、アクセル開度が増大した（アクセルペダルが踏まれた）、アイドルストップ状態で所定時間（３分）が経過した等のうち何れかを以て、アイドルストップ終了条件が成立したものと判断する。
【００２４】
停止した内燃機関を始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある）するに際し、ＥＣＵ０は、電動機（スタータモータまたはＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｔａｒｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）。図示せず）に制御信号ｏを入力し、当該電動機によりクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数即ちクランクシャフトの回転速度が冷却水温等に応じて定まる判定値を超えたときに（完爆したものと見なして）終了する。
【００２５】
しかして、本実施形態では、内燃機関の始動のためのクランキング中にＶＶＴ機構６を介して吸気バルブの開閉タイミングを変化させるとともに、その変化する吸気バルブタイミングに応じてクランキング中の燃料噴射量及び点火タイミングを変更するようにしている。
【００２６】
図２に、停止した内燃機関の始動に際してＥＣＵ０が実行する制御の模様を例示する。内燃機関の停止中、ＶＶＴ機構６は、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を最も遅角した位置に戻す。これにより、吸気バルブの開閉タイミングは最も遅角したタイミングとなる。この最遅角タイミングでは、吸気バルブが排気上死点近傍ないし排気上死点から若干遅れたタイミングで開弁し、吸気下死点から大きく遅れたタイミングで閉弁する。
【００２７】
ＥＣＵ０は、内燃機関のクランクシャフトを回転駆動する電動機を起動すると略同時にＶＶＴ機構６の制御を開始し、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を、最も遅角した位置からある程度以上（例えば、２０°ＣＡないし２５°ＣＡ）進角した位置まで変位させてゆく。図２において、時点ｔ0がクランキングの開始時点である。当該時点ｔ0以降、クランキング中の吸気バルブの開閉タイミングは、最遅角タイミングから徐々に進角してゆく。
【００２８】
吸気バルブタイミングを最遅角タイミングから進角すると、吸気バルブの開弁タイミングが排気上死点よりも早くなる。さらに、吸気バルブタイミングが最遅角タイミングから進角するほど、吸気バルブの閉弁タイミングが吸気下死点に近づくことから、気筒１に充填される吸気量が増加する。従って、ＥＣＵ０は、クランキング中に吸気行程を迎える気筒１に対してインジェクタ１１から噴射する燃料の量を、吸気バルブタイミングの最遅角タイミングからの進角量が大きいほど増量する。既に述べた通り、現在の吸気バルブタイミングの進角量は、クランク角信号ｂ及びカム角信号ｇを参照して知得できる。インジェクタ１１からの燃料噴射量は、対象の気筒１の排気上死点またはその直前のタイミングにおける吸気バルブタイミングの進角量を基に決定する。
【００２９】
なお、対象の気筒１の排気上死点またはその直前のタイミングにおける吸気バルブタイミングの進角量及びエンジン回転数等から、当該気筒１の今回の吸気行程により充填される吸気量を予想し、その予想した吸気量に見合った量の燃料を噴射するようにしてもよい。例えば、ＥＣＵ０のメモリに、吸気バルブタイミングの進角量及びエンジン回転数等と、吸気行程を通じて気筒１に充填される吸気量の予想値（あるいは、予想吸気量に見合う燃料噴射量）との関係を規定したマップデータまたは関数式を予め格納しておく。その上で、ある気筒１の排気上死点またはその直前のタイミングにおいて、現在の吸気バルブタイミングの進角量及びエンジン回転数をキーとして当該マップを検索することによりその気筒１に充填される吸気量の予想値（あるいは、燃料噴射量）を知得し、または、現在の吸気バルブタイミングの進角量及びエンジン回転数を当該関数式に代入してその気筒１に充填される吸気量の予想値（あるいは、燃料噴射量）を演算する。そして、当該気筒１に対してインジェクタ１１から噴射する燃料の量を決定する。
【００３０】
このとき、現在の内燃機関の温度や吸気の温度の高低に応じて、インジェクタ１１からの燃料噴射量を補正することも好ましい。具体的には、冷却水温信号ｄを参照して知得される内燃機関の冷却水温が低いほど、ポートウェット（インジェクタ１１から噴射された燃料が液状となって吸気ポートの内壁面に付着する現象）の量が多くなるので、燃料噴射量を増量補正する。及び／または、吸気温信号ｆを参照して知得される吸気温が低いほど、気筒１に充填される吸気に含まれる酸素量が多くなる（酸素の密度が高くなる）ので、燃料噴射量を増量補正する。
【００３１】
また、吸気バルブタイミングが最遅角タイミングから進角するほど、気筒１に充填される吸気量及び燃料噴射量が増加するため、当該気筒１の膨張行程における燃焼速度が速くなる、従って、ＥＣＵ０は、クランキング中に膨張行程を迎える気筒１に対して点火プラグ１２による火花点火を行うタイミングを、吸気バルブタイミングの最遅角タイミングからの進角量が大きいほど遅角する。火花点火タイミングは、対象の気筒１の排気上死点またはその直前のタイミングにおける吸気バルブタイミングの進角量を基に決定する。
【００３２】
なお、対象の気筒１の排気上死点またはその直前のタイミングにおける吸気バルブタイミングの進角量及びエンジン回転数等から、当該気筒１の今回の吸気行程により充填される吸気量を予想し、その予想した吸気量に見合ったタイミングで火花点火を実行するようにしてもよい。例えば、ＥＣＵ０のメモリに、吸気バルブタイミングの進角量及びエンジン回転数等と、吸気行程を通じて気筒１に充填される吸気量の予想値（あるいは、予想吸気量に対して適当な点火タイミング）との関係を規定したマップデータまたは関数式を予め格納しておく。その上で、ある気筒１の排気上死点またはその直前のタイミングにおいて、現在の吸気バルブタイミングの進角量及びエンジン回転数をキーとして当該マップを検索することによりその気筒１に充填される吸気量の予想値（あるいは、点火タイミング）を知得し、または、現在の吸気バルブタイミングの進角量及びエンジン回転数を当該関数式に代入してその気筒１に充填される吸気量の予想値（あるいは、点火タイミング）を演算する。そして、当該気筒１に付設した点火プラグ１２により火花点火を行うタイミングを決定する。
【００３３】
このとき、現在の吸気の温度の高低に応じて、点火プラグ１２による火花点火のタイミングを補正することも好ましい。具体的には、吸気温信号ｆを参照して知得される吸気温が低いほど、気筒１に充填された混合気の燃焼速度が遅くなるので、点火タイミングを進角補正する。
【００３４】
図２に示しているように、エンジン回転数が所定回転数に上昇した時点、またはエンジン回転数が完爆判定値を超えてクランキングを終了する時点ｔ1以降は、アイドル運転領域またはアイドル運転に近い低負荷運転領域での吸気バルブの開閉タイミングを、平常のタイミング、即ち最遅角タイミングからある程度以上（例えば、２０°ＣＡないし２５°ＣＡ）進角したタイミングに制御する。
【００３５】
本実施形態では、吸気バルブの開閉タイミングを変化させることのできるＶＶＴ機構６が付帯した内燃機関を制御するものであって、内燃機関を始動するに際し、内燃機関のクランクシャフトを電動機により回転駆動するクランキングを実行するとともに、そのクランキング中にＶＶＴ機構６を介して吸気バルブの開閉タイミングを変化させ、かつ変化する吸気バルブの開閉タイミングに応じてクランキング中の燃料噴射量及び点火タイミングを調整する内燃機関の制御装置０を構成した。
【００３６】
本実施形態によれば、始動のためのクランキング中に実際に気筒１に充填される吸気量に合わせて燃料噴射量及び点火タイミングを設定できるため、クランキングの初期から終期に亘って良好な燃焼を得られる。そして、燃焼が安定化する結果、エンジン回転を速やかに加速でき、クランキングの期間を短縮することが可能となる。
【００３７】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。特に、内燃機関の各気筒１の吸気バルブの開弁タイミング及び／または閉弁タイミングを変化させるためのＶＶＴ機構６の具体的態様は任意であり、一意に限定されない。吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を進角／遅角させるもの以外にも、吸気バルブを開弁駆動するカムを複数用意しておきそれらカムを適宜使い分けるもの、ロッカーアームのレバー比を電動機を介して変化させるもの、吸気バルブを電磁ソレノイドバルブとしたもの等が知られており、それら種々の機構の中から選択して採用することが許される。
【００３８】
吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を進角／遅角させる態様のＶＶＴ機構６では、吸気バルブの開弁タイミングと閉弁タイミングとが同期して変化するが、これ以外の態様のＶＶＴ機構６を内燃機関に実装している場合には、吸気バルブの開弁タイミングと閉弁タイミングとを非同期に変化させたり、開弁タイミングのみまたは閉弁タイミングのみを変化させたりすることが可能である。それ故、吸気バルブの開弁タイミングの最遅角タイミングからの進角量と、同じ吸気バルブの閉弁タイミングの最遅角タイミングからの進角量とは、相異なることがある。
【００３９】
吸気バルブの閉弁タイミングのみを進角／遅角させても、気筒１の燃焼室に充填される吸気量を増量／減量することは可能である。また、吸気バルブの開弁タイミングを排気上死点よりも大きく遅らせてミラーサイクル運転を行うことのできる内燃機関であれば、吸気バルブの開弁タイミングのみを進角／遅角させることで、気筒１の燃焼室に充填される吸気量を増量／減量することが可能である。これらの場合にも、上記実施形態と同様、クランキング中に変化する吸気バルブの開弁タイミングまたは閉弁タイミング（の進角量）に応じて、クランキング中の燃料噴射量及び点火タイミングを調整すればよい。即ち、吸気バルブの開弁タイミングまたは閉弁タイミングが進角するほど、換言すれば気筒１に充填される吸気量が多くなるほど、燃料噴射量を増量し、点火タイミングを遅らせる。
【００４０】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
１２…点火プラグ
６…可変バルブタイミング（ＶＶＴ）機構
ｂ…クランク角信号
ｇ…カム角信号
ｉ…点火信号
ｊ…燃料噴射信号
ｎ…吸気バルブタイミングの制御信号
ｏ…クランキング用電動機の制御信号
【図１】
2016125364.tif 000003
【図２】
2016125364.tif 000004