JP2006125334A

JP2006125334A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2006125334A
Application number: JP2004316542A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kitaura; 浩一北浦; 衛 ▲吉▼岡; Mamoru Yoshioka; Yasuyuki Takama; 康之高間
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】内燃機関の制御装置において、内燃機関の状態に拘らず始動性の向上を図る。
【解決手段】エンジン１０の運転状態に応じて吸気弁２１を最適な開閉タイミングに制御する電動式吸気可変動弁機構２７を有し、エンジン１０に対してイグニッションＯＦＦ信号により停止指令があったときには、このエンジン１０の停止前に、現在の大気圧に最適な目標進角位置を算出し、吸気可変動弁装置２７により吸気弁２１の開閉タイミングをこの目標進角位置に進角し、その後、エンジン１０を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の始動時における吸気弁の開閉タイミングを適正位置に位置させることで始動性の向上を図った内燃機関の制御装置に関するものである。

内燃機関の動弁系にて、吸気弁や排気弁の開閉タイミングや開放時間を変更できるようにした可変動弁装置が各種提案されている。このような可変動弁装置では、例えば、吸気カムシャフトや排気カムシャフトの軸端部にＶＶＴコントローラが設けられて構成され、このＶＶＴコントローラによりカムスプロケットに対するカムシャフトの位相を変更することで、吸気弁や排気弁の開閉タイミングを進角または遅角するものである。

従って、内燃機関の運転状態に基づいて、例えば、エンジン始動時やアイドル運転時には、排気弁の閉止時期と吸気弁の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポートまたは燃焼室に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、吸気弁の開閉タイミングを進角すると共に排気弁の開閉タイミングを遅角してオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷には、吸気弁の開閉タイミングを進角することで、吸気が吸気ポートに吹き返す量を少なくして体積効率を向上させる。

内燃機関では、吸気カムシャフトが回転し、吸気カムがローラロッカアームを介して吸気弁を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポートが所定期間だけ開放し、この吸気ポートの空気が燃焼室に吸入され、同時に所定量の燃料が噴射されて混合気が生成され、燃焼室内の混合気がピストンにより圧縮された後点火されて爆発・膨張するように構成されている。この場合、燃焼室に導入される吸入空気量に応じて燃料噴射量が決定するものであり、この吸入空気量は、検出した体積流量が大気圧や外気温度に基づいて空気密度の変化が補正され、空気質量に対して燃料噴射量が決定される。

ところが、内燃機関の始動時には、この吸入空気量が少なくて不安定であるため、空気質量を高精度に推定することができず、エンジン冷却水温などに依存した始動時燃料噴射量が設定される。そして、吸入空気量の空気密度変化による空気質量の増減量は、スロットル弁の開度や可変動弁機構による吸気弁の開閉タイミングを調整することで、燃焼室に吸入される吸入空気量（体積流量）を調整している。

なお、このような可変動弁装置として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された内燃機関のバルブタイミング制御装置は、バルブタイミングを最遅角位置よりも進角した所定位置にロックするロック手段を設け、内燃機関の停止時に、始動する際の環境が低始動性環境であると推定されたときに、バルブタイミングを最遅角位置よりも進角した所定位置にロックするものである。従って、内燃機関の停止時に始動環境を反映して事前にバルブタイミングを設定し、始動性を良好とすることができる。

特開２００３−２０１８７２号公報

ところが、上述した内燃機関のバルブタイミング制御装置にあっては、油圧式であってロックピンがベーンのロック孔に突出することで最遅角位置よりも進角した所定位置にロックしており、この所定の進角位置は一箇所となっている。この場合、内燃機関が始動するための環境は刻一刻と変化するものであり、バルブタイミングの進角位置を内燃機関の始動環境に応じて常時最適な位置に設定することができず、内燃機関の良好な始動性を十分に確保することができない。また、この内燃機関のバルブタイミング制御装置は、イグニッションスイッチがオフ操作されたときに実行するものであり、エンジンストールなどの突発的な内燃機関の停止時に対応することができない。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、内燃機関の状態に拘らず始動性の向上を図った内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の状態を検出する状態検出手段と、前記内燃機関の停止指令を検出する停止指令検出手段と、吸気弁の開閉タイミングを変更可能な電動式可変動弁手段と、前記状態検出手段が検出した前記内燃機関の状態に応じて前記吸気弁の開閉タイミングにおける最適な目標進角位置を設定する目標進角位置設定手段と、前記停止指令検出手段が停止指令を検出したときに前記内燃機関の停止前に前記電動式可変動弁手段により前記吸気弁の開閉タイミングを前記目標進角位置に進角させる制御手段とを具えたことを特徴とするものである。

また、本発明の内燃機関の制御装置では、前記状態検出手段は、大気圧または外気温の少なくともいずれか一つを検出可能であり、前記目標進角位置設定手段は、前記大気圧または前記外気温に応じて前記吸気弁の開閉タイミングにおける前記目標進角位置を設定することを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置では、前記吸気弁の開閉タイミングにおける実際の進角位置を検出する実進角位置検出手段を設け、前記制御手段は、前記実進角位置が前記目標進角位置に設定されると、該実進角位置を記憶した後に前記内燃機関を停止することを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置では、前記制御手段は、予め設定された所定時間内に前記実進角位置が前記目標進角位置に設定されないと、前記所定時間経過時の前記実進角位置を記憶した後に前記内燃機関を停止することを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置では、前記停止指令検出手段は、イグニッションキースイッチのオフ信号またはエンジンストールが予測されるときに出力されるエンスト推定信号を前記停止指令として認識することを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置では、前記内燃機関の始動指令を検出する始動指令検出手段を設け、該始動指令検出手段が始動指令を検出したとき、前記制御手段は、前記状態検出手段の検出結果に基づいて前記内燃機関における前回の停止時の状態と現在の状態との変化度合を検出し、該変化度合が予め設定された所定値よりも大きいときに、前記目標進角位置設定手段により前記内燃機関の現在の状態に応じて目標進角位置を設定し、該目標進角位置に基づいて前記可変動弁手段を制御することを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置では、前記変化度合が前記内燃機関が始動しやすい側の状態に変化したときだけ、前記制御手段は、前記目標進角位置設定手段により前記内燃機関の現在の状態に応じて目標進角位置を設定し、前記可変動弁手段により前記吸気弁の開閉タイミングを新たに設定された前記目標進角位置に遅角させることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置では、前記内燃機関の始動指令を検出する始動指令検出手段を設け、該始動指令検出手段が始動指令を検出したとき、前記制御手段は、前記内燃機関の停止時における前記内燃機関の状態及び前記吸気弁の開閉タイミングにおける進角位置に基づいて燃料噴射量を補正することを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の停止指令があったときに、この内燃機関の停止前に可変動弁手段により吸気弁の開閉タイミングを内燃機関の状態に応じて設定された目標進角位置に進角させるので、内燃機関の始動時には、すでに吸気弁の開閉タイミングが最適位置に進角されており、始動時に可変動弁手段を制御する必要はなく、始動時の消費トルクの増大や制御遅れを抑制して迅速にエンジンを始動することができ、エンジンの始動性を向上することができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図、図２は、実施例１の内燃機関の制御装置におけるエンジン停止制御を表すフローチャート、図３は、実施例１の内燃機関の制御装置におけるエンジン始動制御を表すフローチャート、図４は、吸気弁の開閉タイミングを表す概略図、図５は、ＶＶＴ進角量に対する始動時の充填効率を表すグラフ、図６は、大気圧に対するＶＶＴ進角量を表すグラフ、図７は、大気圧に対する空気密度（始動時の吸入空気量）を表すグラフである。

実施例１の内燃機関の制御装置において、図１に示すように、この内燃機関としてのエンジン１０は筒内噴射式の多気筒型であって、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。

燃焼室１８は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とピストン１４により構成されており、この燃焼室１８は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が図示しないローラロッカアームを介して吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。

従って、エンジン１０に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６がローラロッカアームを作動させ、吸気弁２１及び排気弁２２が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。

また、このエンジン１０の動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２１を最適な開閉タイミングに制御する電動式吸気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２７となっている。この吸気可変動弁機構２７は、例えば、吸気カムシャフト２３の軸端部に図示しないＶＶＴコントローラが設けられて構成され、電動モータ２８によりカムスプロケットに対する吸気カムシャフト２３の位相を変更することで、吸気弁２１の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、吸気可変動弁機構２７は、吸気弁２１の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト２３には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ２９が設けられている。

吸気ポート１９には、インテークマニホールド３１を介してサージタンク３２が連結され、このサージタンク３２に吸気管３３が連結されており、この吸気管３３の空気取入口にはエアクリーナ３４が取付けられている。そして、このエアクリーナ３４の下流側にスロットル弁３５を有する電子スロットル装置３６が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射するインジェクタ３７が装着されており、このインジェクタ３７は、吸気ポート１９側に位置して上下方向に所定角度傾斜している。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ３８が装着されている。

一方、排気ポート２０には、エギゾーストマニホールド３９を介して排気管４０が連結されており、この排気管４０には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する触媒装置４１，４２が装着されている。

ところで、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）４３が搭載されており、このＥＣＵ４３は、インジェクタ３７や点火プラグ３８などを制御可能となっている。即ち、吸気管３３の上流側にはエアフローセンサ４４及び吸気温センサ４５が装着され、また、車両の所定の位置に大気圧センサ４６が設けられており、計測した吸入空気量、吸気温度、大気圧をＥＣＵ４３に出力している。また、電子スロットル装置３６にはスロットルポジションセンサ４７が装着されており、現在のスロットル開度をＥＣＵ４３に出力している。更に、クランク角センサ４８は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ４３に出力し、このＥＣＵ４３は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、シリンダヘッド１２にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ４９が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ４３に出力している。従って、ＥＣＵ４３は、検出した吸入空気量、吸気温度、大気圧、スロットル開度(またはアクセル開度)、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて、燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。

また、ＥＣＵ４３は、エンジン運転状態に基づいて吸気可変動弁機構２７を制御可能であり、カムポジションセンサ２９の検出結果に基づいてフィードバック制御している。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁２２の閉止時期と吸気弁２１の開放時期とのオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート１９または燃焼室１８に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁２１の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート１９に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁２１の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。

また、ＥＣＵ４３は、エンジン停止前に、この吸気可変動弁機構２７を制御することで、吸気弁２１の開閉タイミングを、次にエンジン１０が始動するときに最適な開閉タイミングとなるように進角制御している。即ち、エンジン１０の状態を検出する状態検出手段として大気圧センサ４６を用い、エンジン１０に停止指令を検出する停止指令検出手段としてイグニッション（ＩＧ）キースイッチを用い、ＩＧ−ＯＦＦ信号が入力されたとき、制御手段としてのＥＣＵ４３は、大気圧センサ４６が検出した現在の大気圧（ＰＡ）に応じて吸気弁２１の開閉タイミングにおける最適な目標進角位置を設定（目標進角位置設定手段）し、エンジン１０の停止前に、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の開閉タイミングをこの目標進角位置に進角させるようにしている。

ここで、吸気可変動弁機構２７による吸気弁２１の開閉タイミングにおける進角制御について詳細に説明する。

エンジン１０では、通常、ＥＣＵ４３が、検出した吸入空気量としての空気の体積流量を、吸気温度や大気圧に基づいて密度を補正して空気質量として換算し、この空気質量に対して適正な燃料噴射量が決定される。ところが、エンジン１０の始動時には、吸入空気量が少なくて不安定であるため、エアフローセンサ４４により吸入空気量を高精度に検出することができず、エンジン冷却水温などに依存した始動時燃料噴射量が設定される。そのため、始動時の燃料噴射量に対して、吸気温度や大気圧の変化による空気質量の増減を加味することができず、実際に燃焼室１８に導入された空気質量と燃料噴射量との間にアンバランスが生じてしまう。この場合、大気圧が低いほど空気密度が低いため、始動時の吸入空気量が減少して十分な始動トルクを確保することができない。

そこで、本実施例では、エンジン１０の始動時において、大気圧により変化する吸入空気量の補正を、吸気可変動弁機構２７を用いて行うようにしている。ところが、この吸気可変動弁機構２７は、電動モータ２８によりカムスプロケットに対する吸気カムシャフト２３の位相を変更することで、吸気弁２１の開閉タイミングを進角または遅角するものであることから、進角位置や遅角位置を高精度に制御することができる一方、作動時に大きな駆動トルクを必要として始動性に大きな影響を与えてしまう。そのため、本実施例では、エンジン１０の停止前に、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の開閉タイミングを大気圧に応じて進角させるようにしている。

吸気可変動弁機構２７による進角制御において、図４に示すように、アイドル運転時は、同図に二点鎖線で示すような吸気弁２１の開放タイミングであり、始動時は、このアイドル運転時から所定角度進角することで、同図に実線で示すような吸気弁２１の開放タイミングに変更する。ＶＶＴ進角量が大きくなると、吸気弁２１の開放時期及び閉止時期が早まることで、図５に示すように、始動時の吸入空気の充填効率が向上する。この場合、大気圧が低いほど空気密度が低くなって吸入空気量が低下するため、図６に示すように、大気圧に対するＶＶＴ進角量を表すマップが予め設定されている。このマップでは、大気圧が低下するのに伴ってＶＶＴ進角量が所定の範囲内で増加するものとなっている。

ここで、上述した実施例１の内燃機関の制御装置による停止制御及び始動制御について、図２及び図３のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

エンジン１０の停止制御において、図２に示すように、ステップＳ１では、大気圧センサ４６により現在の大気圧ＰＡを取り込み、ステップＳ２では、ＥＣＵ４３がこの大気圧ＰＡに応じたエンジン停止時の目標進角位置を算出する。そして、ステップＳ３にて、ＥＣＵ４３は、エンジン１０の停止指令としてイグニッション（ＩＧ）キースイッチのＯＦＦ信号が入力されたかどうかを判定する。ここで、イグニッションＯＦＦ信号が入力されていなければ、何もしないでこのルーチンを抜ける。なお、ステップＳ１にて、大気圧センサ４６による大気圧ＰＡの取込は、所定のサンプリング周期で実行しており、ステップＳ２では、常時、検出した大気圧ＰＡに応じたエンジン停止時の目標進角位置を算出している。

一方、ステップＳ３にて、ＥＣＵ４３がイグニッションＯＦＦ信号の入力を確認すると、ステップＳ４にて、ＥＣＵ４３は、吸気弁２１の開閉タイミングが目標進角位置となるように吸気可変動弁機構２７を制御する。即ち、吸気弁２１の開閉タイミングを最遅角位置から目標進角位置まで進角させる。

ステップＳ５では、ＥＣＵ４３は、カムポジションセンサ２９が検出した吸気弁２１の開閉タイミングの実際の進角位置と目標進角位置とを比較し、実進角位置が目標進角位置に移行していなければ、ステップＳ６に移行する。ここで、ＥＣＵ４３は、イグニッションＯＦＦ信号の入力から所定時間ｔが経過したかどうかを判定し、所定時間ｔが経過していなければ、何もしないでこのルーチンを抜ける。

そして、この所定時間ｔの経過前に、ステップＳ５で実進角位置が目標進角位置に移行していれば、ステップＳ７にて、この目標進角位置を実進角位置として記憶し、ステップＳ８にて、イグニッションＯＦＦを実行、つまり、インジェクタ３７による燃料噴射を停止すると共に、点火プラグ３８による点火を停止し、エンジン１０を停止する。一方、所定時間ｔが経過しても実進角位置が目標進角位置に移行していなければ、ステップＳ７にて、現在の実進角位置を記憶し、ステップＳ８にて、イグニッションＯＦＦを実行してエンジン１０を停止する。

従って、エンジン１０の停止前に吸気可変動弁機構２７を制御し、吸気弁２１の開閉タイミングにおける実進角位置を、現在の大気圧に応じた目標進角位置となるように設定すると共に、この目標進角位置を実進角位置として記憶することができる。また、何らかの原因により、吸気可変動弁機構２７による吸気弁２１の開閉タイミングにおける進角制御に所定時間ｔ以上を要した場合には、所定時間ｔ経過時点の実進角位置を記憶してエンジン１０を停止することで、イグニッションＯＦＦからエンジン停止までに長時間を消費することもない。

また、エンジン１０の始動制御において、図３に示すように、ステップＳ１１では、ＥＣＵ４３は、エンジン１０の始動指令としてイグニッション（ＩＧ）キースイッチのＯＮ信号が入力されたかどうかを判定する。ここで、イグニッションＯＮ信号が入力されていなければ、何もしないでこのルーチンを抜ける。一方、ステップＳ１１にて、イグニッションＯＮ信号が入力されていれば、ステップＳ１２にて、エンジン１０が既に始動しているかどうかを判定する。ここで、エンジン１０が始動していれば、ステップＳ１８に移行し、ここで、エンジン始動後に対応した吸気可変動弁機構２７の制御を実行する。つまり、エンジン負荷に応じて吸気弁２１の開閉タイミングの目標進角位置を設定し、実進角位置がこの目標進角位置となるように吸気可変動弁機構２７を制御する。

ステップＳ１２にて、ＥＣＵ４３が、エンジン１０がまだ始動していないと判定されると、ステップＳ１３にて、現在の大気圧と停止前の大気圧とを比較し、現在の大気圧が停止前の大気圧より高いかどうかを判定する。ここで、現在の大気圧が停止前の大気圧以下であれば、ステップＳ１７に移行し、エンジン停止前に設定された吸気弁２１の開閉タイミングの進角位置にてエンジン１０を始動する。即ち、インジェクタ３７から始動時における所定の燃料量が噴射されると共に、点火プラグ３８による点火が実行される。

一方、ステップＳ１３にて、ＥＣＵが、現在の大気圧が停止前の大気圧より高いと判定したときには、ステップＳ１４にて、ＥＣＵ４３は現在の大気圧ＰＡに応じたエンジン始動時の目標進角位置を算出する。そして、ステップＳ１５にて、クランキング中であることを確認してから、ステップＳ１６にて、ＥＣＵ４３は、吸気弁２１の開閉タイミングがステップＳ１４で算出した目標進角位置となるように吸気可変動弁機構２７を制御する。即ち、吸気弁２１の開閉タイミングを、エンジン停止時の大気圧に適した目標遅角位置から、現在の大気圧に適した目標進角位置まで遅角させる。その後、ステップＳ１７に移行し、新たに設定された吸気弁２１の開閉タイミングの進角位置にてエンジン１０を始動する。

従って、エンジン１０の始動前に、吸気弁２１の開閉タイミングが現在の大気圧に応じた最適な進角位置に設定され、この状態でエンジン１０を始動させることができる。また、エンジン１０の始動時に、大気圧が高くなっていたときには、吸気弁２１の開閉タイミングを現在の大気圧に応じた最適な進角位置に遅角してエンジン１０を始動させることができる。

このように実施例１の内燃機関の制御装置にあっては、エンジン１０に対してイグニッションＯＦＦ信号により停止指令があったときには、このエンジン１０の停止前に、現在の大気圧に最適な目標進角位置を算出し、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の開閉タイミングをこの目標進角位置に進角し、その後、エンジン１０を停止するようにしている。

従って、エンジン１０の始動時には、吸気弁２１の開閉タイミングが大気圧に応じた最適な進角位置に設定されることとなり、エンジン１０の始動直前に、吸気可変動弁機構２７を制御して吸気弁２７の開閉タイミングを調整する必要はなく、始動時の吸気可変動弁機構２７の作動によるに消費トルクの増大や制御遅れを抑制し、迅速に、且つ、確実にエンジン１０を始動することができ、エンジン１０の始動性を向上することができる。

また、エンジン１０の停止前に、吸気弁２１の開閉タイミングを大気圧に応じた最適な進角位置に設定するとき、吸気可変動弁機構２７の作動に必要以上時間を要した場合には、所定時間ｔ経過時点の実進角位置を記憶してエンジン１０を停止している。従って、イグニッションＯＦＦからエンジン停止までに長時間を消費することはなく、エンジン停止時にドライバに違和感を感じさせることもない。

そして、エンジン１０の始動時に、現在の大気圧がエンジン停止時の大気圧よりも高くなっていたときには、吸気弁２１の開閉タイミングを現在の大気圧に応じた最適な進角位置に遅角した後、エンジン１０を始動させるようにしている。従って、エンジン１０の停止後に、天候が急変したり、車両が移動されたりすることが要因して大気圧が変化した場合であっても、吸気弁２１の開閉タイミングを現在の大気圧に応じた最適な進角位置に設定してからエンジン１０を始動することができる。この場合、吸気可変動弁機構２７にあっては、開閉タイミングを進角させる動作に比べて遅角させる動作には、電動モータ２８の駆動トルクを比較的低レベルに抑えることができることから、現在の大気圧がエンジン停止時の大気圧よりも高い場合だけ、開閉タイミング（進角位置）を補正するようにしている。

以上のように、エンジン１０の始動時に、吸気弁２１の開閉タイミングを大気圧に応じた最適な進角位置に進角することから、大気圧の変化に拘らず、エンジン始動時の吸入空気量を一定に維持することができる。即ち、エンジン始動時に吸気弁２１の開閉タイミングが常時最遅角位置にあると、図７に二点鎖線で表すように、大気圧が低いほど空気密度が低くなり、始動時の吸入空気量が減少して十分な始動トルクを確保することができなくなる。一方、エンジン始動時に吸気弁２１の開閉タイミングを大気圧に応じた最適な進角位置に設定すると、図７に実線で表すように、大気圧の変化に拘らず空気密度を一定とし、始動時に必要な吸入空気量を導入して十分な始動トルクを確保することができる。

図８は、本発明の実施例２に係る内燃機関の制御装置におけるエンジン停止制御を表すフローチャート、図９は、外気温度に対する始動時のフリクションを表すグラフ、図１０は、外気温度に対するＶＶＴ進角量を表すグラフ、図１１は、外気温度に対する空気密度（始動時の吸入空気量）を表すグラフである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２の内燃機関の制御装置において、エンジン１０の概略構成は、前述した実施例１とほぼ同様であるため、図１を用いて説明する。本実施例では、前述した実施例１と同様に、エンジン停止前に、吸気可変動弁機構２７を制御することで、吸気弁２１の開閉タイミングを、次にエンジン１０が始動するときに最適な開閉タイミングとなるように進角制御するものである。そして、エンジン１０の状態を検出する状態検出手段として吸気温センサ４５を用い、ＩＧ−ＯＦＦ信号が入力されたとき、ＥＣＵ４３は、吸気温センサ４５が検出した現在の吸気温度（外気温度）Ｔに応じて吸気弁２１の開閉タイミングにおける最適な目標進角位置を設定し、エンジン１０の停止前に、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の開閉タイミングをこの目標進角位置に進角させるようにしている。

エンジン１０にて、イグニッションキースイッチによる始動指令に対して、スタータモータによりクランキングが開始され、燃焼室に吸入空気が導入されると共に所定量の燃料が噴射され、ピストンの上昇により混合気が圧縮された後、この混合気に点火されて始動する。この場合、エンジン１０の始動時には、機関の潤滑油が低温状態であって粘度が高いため、図９に示すように、吸気温度が低いほどフリクションが高くなってピストンスピードが低下し、大きな始動トルクを確保する必要がある。

そこで、本実施例では、エンジン１０の始動時において、吸気温度により変化するフリクションの増加を、吸気可変動弁機構２７を用いて行うようにしている。この吸気可変動弁機構２７による進角制御において、吸気弁２１の開閉タイミングを進角させると、吸気弁２１の開放時期及び閉止時期が早まり、始動時の吸入空気の充填効率が向上する。この場合、吸気温度が低いほどフリクションが大きくなるため、図１０に示すように、吸気温度に対するＶＶＴ進角量を表すマップが予め設定されている。このマップでは、吸気温度が低下するのに伴ってＶＶＴ進角量が所定の範囲内で増加するものとなっている。

ここで、上述した実施例１の内燃機関の制御装置による停止制御について、図８のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

エンジン１０の停止制御において、図８に示すように、ステップＳ２１では、吸気温センサ４５により現在の吸気温度Ｔを取り込み、ステップＳ２２では、ＥＣＵ４３がこの吸気温度Ｔに応じたエンジン停止時の目標進角位置を算出する。そして、ステップＳ２３にて、ＥＣＵ４３は、イグニッションＯＦＦ信号が入力されたかどうかを判定し、ここで、イグニッションＯＦＦ信号が入力されていなければ、何もしないでこのルーチンを抜ける。なお、ステップＳ２１にて、吸気温センサ４５による吸気温度Ｔの取込は、所定のサンプリング周期で実行しており、ステップＳ２２では、常時、検出した吸気温度Ｔに応じたエンジン停止時の目標進角位置を算出している。

一方、ステップＳ２３にて、ＥＣＵ４３がイグニッションＯＦＦ信号の入力を確認すると、ステップＳ２４にて、吸気弁２１の開閉タイミングが目標進角位置となるように、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の開閉タイミングを最遅角位置から目標進角位置まで進角させる。ステップＳ２５では、吸気弁２１の開閉タイミングの実際の進角位置と目標進角位置とを比較し、実進角位置が目標進角位置に移行していなければ、ステップＳ２６に移行し、イグニッションＯＦＦ信号の入力から所定時間ｔが経過したかどうかを判定する。

そして、ステップＳ２６にて、所定時間ｔが経過していなければ、何もしないでこのルーチンを抜け、ステップＳ２５にて、この所定時間ｔの経過前に実進角位置が目標進角位置に移行していれば、ステップＳ２７にて、この目標進角位置を実進角位置として記憶し、ステップＳ２８にて、イグニッションＯＦＦを実行してエンジン１０を停止する。一方、所定時間ｔが経過しても実進角位置が目標進角位置に移行していなければ、ステップＳ２７にて、現在の実進角位置を記憶し、ステップＳ２８にて、イグニッションＯＦＦを実行してエンジン１０を停止する。

従って、エンジン１０の停止前に吸気可変動弁機構２７を制御し、吸気弁２１の開閉タイミングにおける実進角位置を、現在の吸気温度に応じた目標進角位置となるように設定すると共に、この目標進角位置を実進角位置として記憶ことができる。また、何らかの原因により、吸気可変動弁機構２７による吸気弁２１の開閉タイミングにおける進角制御に所定時間ｔ以上を要した場合には、所定時間ｔ経過時点の実進角位置を記憶してエンジン１０を停止することで、イグニッションＯＦＦからエンジン停止までに長時間を消費することもない。

なお、エンジン１０の始動制御は、上述した実施例１と同様であるため、説明は省略する。

このように実施例２の内燃機関の制御装置にあっては、エンジン１０に対してイグニッションＯＦＦ信号により停止指令があったときには、このエンジン１０の停止前に、現在の吸気温度に最適な目標進角位置を算出し、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の開閉タイミングをこの目標進角位置に進角し、その後、エンジン１０を停止するようにしている。

従って、エンジン１０の始動時には、吸気弁２１の開閉タイミングが吸気温度に応じた最適な進角位置に設定されることとなり、エンジン１０の始動直前に、吸気可変動弁機構２７を制御して吸気弁２７の開閉タイミングを調整する必要はなく、始動時の吸気可変動弁機構２７の作動による消費トルクの増大や制御遅れを抑制し、迅速に、且つ、確実にエンジン１０を始動することができ、エンジン１０の始動性を向上することができる。

以上のように、エンジン１０の始動時に、吸気弁２１の開閉タイミングを吸気温度に応じた最適な進角位置に進角することから、吸気温度の変化に拘らず、エンジン始動時の吸入空気量を増加させることができる。即ち、エンジン始動時に吸気弁２１の開閉タイミングが常時最遅角位置にあると、図１１に二点鎖線で表すように、大気圧が低いほど空気密度が若干高くなるものの、フリクションが発生して十分な始動トルクを確保することができなくなる。一方、エンジン始動時に吸気弁２１の開閉タイミングを吸気温度に応じた最適な進角位置に設定すると、図１１に実線で表すように、吸気温度が低いほど空気密度を更に増加させることとなり、始動時に必要な吸入空気量を導入して十分な始動トルクを確保することができる。

図１２は、本発明の実施例３に係る内燃機関の制御装置におけるエンジン停止制御を表すフローチャートである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３の内燃機関の制御装置において、エンジン１０の概略構成は、前述した実施例１とほぼ同様であるため、図１を用いて説明する。本実施例では、前述した実施例１と同様に、エンジン停止前に、吸気可変動弁機構２７を制御することで、吸気弁２１の開閉タイミングを、次にエンジン１０が始動するときに最適な開閉タイミングとなるように進角制御するものである。そして、エンジン１０に停止指令を検出する停止指令検出手段としてイグニッションＩＧ−ＯＦＦ信号と、エンジンストールを検出するエンスト信号が入力されたとき、ＥＣＵ４３は、大気圧センサ４６が検出した現在の大気圧（ＰＡ）に応じて吸気弁２１の開閉タイミングにおける最適な目標進角位置を設定し、エンジン１０の停止前に、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の開閉タイミングをこの目標進角位置に進角させるようにしている。この場合、ＥＣＵ４３は、クランク角センサ４８が検出したエンジン回転数ＮＥが予め設定された所定回転数Ａ（例えば、アイドル回転数以下）より低いときに、エンジン１０がストールすると推定し、エンスト信号を出力する。

ここで、実施例３の内燃機関の制御装置による停止制御について、図１２のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

エンジン１０の停止制御において、図１１に示すように、ステップＳ３１では、大気圧センサ４６により現在の大気圧ＰＡを取り込み、ステップＳ３２では、この大気圧ＰＡに応じたエンジン停止時の目標進角位置を算出する。そして、ステップＳ３３にて、イグニッションＯＦＦ信号が入力されたかどうかを判定する。ここで、イグニッションＯＦＦ信号が入力されると、ステップＳ３４にて、吸気弁２１の開閉タイミングが目標進角位置となるように、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の開閉タイミングを最遅角位置から目標進角位置まで進角させる。

ステップＳ３５では、吸気弁２１の開閉タイミングにおける実進角位置が目標進角位置になっていれば、ステップＳ３７にて、この目標進角位置を実進角位置として記憶し、一方、所定時間ｔが経過しても実進角位置が目標進角位置に移行していれば、ステップＳ３７にて、現在の実進角位置を記憶し、ステップＳ３８にて、イグニッションＯＦＦを実行してエンジン１０を停止する。

一方、ステップＳ３３にて、イグニッションＯＦＦ信号が入力されないと、ステップＳ３９にて、クランク角センサ４８が検出した現在のエンジン回転数ＮＥと予め設定された所定回転数Ａとを比較する。ここで、現在のエンジン回転数ＮＥが所定回転数Ａ以上であれば、エンジン１０は正常に運転されているものとして何もしないでこのルーチンを抜ける。しかし、現在のエンジン回転数ＮＥが所定回転数Ａより低いときには、エンジン１０がストールするものと推定してエンスト信号を出力する。

このとき、ＥＣＵ４３は、ステップＳ４０にて、吸気弁２１の開閉タイミングが目標進角位置となるように、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の開閉タイミングを最遅角位置から目標進角位置まで進角させる。そして、ステップＳ４１にて、現在の実進角位置を記憶し、ステップＳ３８にて、イグニッションＯＦＦを実行してエンジン１０を停止する。

従って、イグニッションキースイッチのオフ操作だけでなく、エンジンストール時にも、エンジン１０の停止前に吸気可変動弁機構２７を制御し、吸気弁２１の開閉タイミングにおける実進角位置を、現在の大気圧に応じた目標進角位置となるように設定すると共に、この目標進角位置を実進角位置として記憶することができる。

このように実施例３の内燃機関の制御装置にあっては、エンジン１０のストールが予想されるときにも、このエンジン１０のストール前に、現在の大気圧に最適な目標進角位置を算出し、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の開閉タイミングをこの目標進角位置に進角し、その後、エンジン１０を停止するようにしている。

従って、同様な状況下でエンジン１０が停止したとしても、エンジン１０の始動時には、吸気弁２１の開閉タイミングが大気圧に応じた最適な進角位置に設定されることとなり、エンジン１０の始動直前に、吸気可変動弁機構２７を制御して吸気弁２７の開閉タイミングを調整する必要はなく、始動時の吸気可変動弁機構２７の作動によるに消費トルクの増大や制御遅れを抑制し、迅速に、且つ、確実にエンジン１０を始動することができ、エンジン１０の始動性を向上することができる。

なお、エンジン回転数ＮＥが所定回転数Ａより低いときには、エンジン１０がストールするものと推定してエンスト信号を出力するようにしたが、回転変動や燃焼状態または失火によりエンジンストールを推定しても良い。

図１３は、本発明の実施例４に係る内燃機関の制御装置におけるエンジン始動制御を表すフローチャート、図１４は、冷却水温に対する燃料噴射量の基本始動増量を表すグラフ、図１５は、大気圧に対する大気圧補正係数を表すグラフ、図１６は、ＶＶＴ進角量に対するＶＶＴ補正係数を表すグラフである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例４の内燃機関の制御装置において、エンジン１０の概略構成は、前述した実施例１とほぼ同様であるため、図１を用いて説明する。本実施例では、前述した実施例１と同様に、エンジン停止前に、吸気可変動弁機構２７を制御することで、吸気弁２１の開閉タイミングを、次にエンジン１０が始動するときに最適な開閉タイミングとなるように大気圧に基づいて進角制御するものであると共に、エンジン始動時に、この大気圧、冷却水温、進角位置に基づいて燃料噴射量を補正するものである。

ここで、実施例４の内燃機関の制御装置による始動制御について、図１３のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

エンジン１０の始動制御において、図１３に示すように、ステップＳ５１では、ＥＣＵ４３は、エンジン１０の始動指令としてイグニッション（ＩＧ）キースイッチのＯＮ信号が入力されたかどうかを判定する。ここで、イグニッションＯＮ信号が入力されていなければ、何もしないでこのルーチンを抜ける。一方、ステップＳ５１にて、イグニッションＯＮ信号が入力されていれば、まず、ステップＳ５２にて、エンジン停止時またはエンジン始動時における吸気可変動弁機構２７の実進角位置を取り込み、ステップＳ５３にて、大気圧センサ４６により現在の大気圧ＰＡを取り込み、ステップＳ５４にて、水温センサ４９により現在のエンジン冷却水温Ｗを取り込む。

次に、ステップＳ５５にて、エンジン冷却水温Ｗに応じた燃料噴射量の基本始動増量Ｑ_Bを求めるが、この場合、図１４に示すような冷却水温に対する基本始動増量のマップを用いる。このマップは、冷却水温の上昇に伴って基本始動増量が減少するものとなっている。また、ステップＳ５６にて、大気圧ＰＡに応じた始動時の補正係数Ｋ_Pを求めるが、この場合、図１５に示すような大気圧に対する補正係数のマップを用いる。このマップは、大気圧の上昇に伴って補正係数が１．０まで増加するものとなっている。更に、ステップＳ５７にて、実進角位置に応じた始動時の補正係数Ｋ_Vを求めるが、この場合、図１６に示すようなＶＶＴ進角量に対する補正係数のマップを用いる。このマップは、ＶＶＴ進角量の増加に伴って補正係数が１．０から増加するものとなっている。

そして、ステップＳ５８にて、最終的なエンジン始動時の燃料噴射量の増量分Ｑを下記式より算出する。
Ｑ＝Ｑ_B×Ｋ_P×Ｋ_V
このエンジン始動時の燃料噴射量の増量分Ｑが決定すると、ステップＳ５９にて、始動時の基本燃料噴射量にこの増量分Ｑを加算して燃料噴射を実行することで、エンジン１０を始動する。

従って、エンジン１０の始動前に、吸気弁２１の開閉タイミングが現在の大気圧に応じた最適な進角位置に設定され、この状態でエンジン１０を始動させることができる。また、エンジン１０の始動時に、この大気圧や進角位置に基づいて燃料噴射量を適正に補正することができる。

このように実施例４の内燃機関の制御装置にあっては、エンジン１０の停止前に、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の開閉タイミングを現在の大気圧に応じて最適な目標進角位置に進角し、エンジン１０の始動時に、この大気圧や進角位置に基づいて燃料噴射量を適正に補正するようにしている。

従って、エンジン１０の始動時には、吸気弁２１の開閉タイミングが大気圧に応じた最適な進角位置に設定されることとなり、燃料噴射量がこの大気圧や進角位置に応じて適正に補正されることとなり、迅速に、且つ、確実にエンジン１０を始動することができ、エンジン１０の始動性を向上することができる。

なお、上述した各実施例では、本発明の内燃機関の制御装置を筒内噴射式の多気筒エンジンに適用して説明したが、この形式のエンジンに限らず、ポート噴射式のエンジンに適用することもできる。

以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、停止前に吸気弁の開閉タイミングを運転状態に応じた最適位置に進角して始動性を向上させるものであり、吸気可変動弁機構を有するエンジンであれば、いずれの種類のエンジンに用いても好適である。

本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図である。実施例１の内燃機関の制御装置におけるエンジン停止制御を表すフローチャートである。実施例１の内燃機関の制御装置におけるエンジン始動制御を表すフローチャートである。吸気弁の開閉タイミングを表す概略図である。ＶＶＴ進角量に対する始動時の充填効率を表すグラフである。大気圧に対するＶＶＴ進角量を表すグラフである。大気圧に対する空気密度（始動時の吸入空気量）を表すグラフである。本発明の実施例２に係る内燃機関の制御装置におけるエンジン停止制御を表すフローチャートである。外気温度に対する始動時のフリクションを表すグラフである。外気温度に対するＶＶＴ進角量を表すグラフである。外気温度に対する空気密度（始動時の吸入空気量）を表すグラフである。本発明の実施例３に係る内燃機関の制御装置におけるエンジン始動制御を表すフローチャートである。本発明の実施例４に係る内燃機関の制御装置におけるエンジン始動制御を表すフローチャートである。冷却水温に対する燃料噴射量の基本始動増量を表すグラフである。大気圧に対する大気圧補正係数を表すグラフである。ＶＶＴ進角量に対するＶＶＴ補正係数を表すグラフである。

符号の説明

１０エンジン
１８燃焼室
１９吸気ポート
２０排気ポート
２１吸気弁
２２排気弁
２３吸気カムシャフト
２４排気カムシャフト
２７吸気可変動弁機構（電動式可変動弁手段）
２８電動モータ
２９カムポジションセンサ（実進角位置検出手段）
３７インジェクタ
３８点火プラグ
４３電子制御ユニット、ＥＣＵ（停止指令検出手段、始動指令検出手段、目標進角位置設定手段、制御手段）
４５吸気温センサ（状態検出手段）
４６大気圧センサ（状態検出手段）
４８クランク角センサ（クランク角度検出手段）
４９水温センサ

Claims

内燃機関の状態を検出する状態検出手段と、前記内燃機関の停止指令を検出する停止指令検出手段と、吸気弁の開閉タイミングを変更可能な電動式可変動弁手段と、前記状態検出手段が検出した前記内燃機関の状態に応じて前記吸気弁の開閉タイミングにおける最適な目標進角位置を設定する目標進角位置設定手段と、前記停止指令検出手段が停止指令を検出したときに前記内燃機関の停止前に前記電動式可変動弁手段により前記吸気弁の開閉タイミングを前記目標進角位置に進角させる制御手段とを具えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記状態検出手段は、大気圧または外気温の少なくともいずれか一つを検出可能であり、前記目標進角位置設定手段は、前記大気圧または前記外気温に応じて前記吸気弁の開閉タイミングにおける前記目標進角位置を設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸気弁の開閉タイミングにおける実際の進角位置を検出する実進角位置検出手段を設け、前記制御手段は、前記実進角位置が前記目標進角位置に設定されると、該実進角位置を記憶した後に前記内燃機関を停止することを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、前記制御手段は、予め設定された所定時間内に前記実進角位置が前記目標進角位置に設定されないと、前記所定時間経過時の前記実進角位置を記憶した後に前記内燃機関を停止することを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記停止指令検出手段は、イグニッションキースイッチのオフ信号またはエンジンストールが予測されるときに出力されるエンスト推定信号を前記停止指令として認識することを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の始動指令を検出する始動指令検出手段を設け、該始動指令検出手段が始動指令を検出したとき、前記制御手段は、前記状態検出手段の検出結果に基づいて前記内燃機関における前回の停止時の状態と現在の状態との変化度合を検出し、該変化度合が予め設定された所定値よりも大きいときに、前記目標進角位置設定手段により前記内燃機関の現在の状態に応じて目標進角位置を設定し、該目標進角位置に基づいて前記可変動弁手段を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項６に記載の内燃機関の制御装置において、前記変化度合が前記内燃機関が始動しやすい側の状態に変化したときだけ、前記制御手段は、前記目標進角位置設定手段により前記内燃機関の現在の状態に応じて目標進角位置を設定し、前記可変動弁手段により前記吸気弁の開閉タイミングを新たに設定された前記目標進角位置に遅角させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の始動指令を検出する始動指令検出手段を設け、該始動指令検出手段が始動指令を検出したとき、前記制御手段は、前記内燃機関の停止時における前記内燃機関の状態及び前記吸気弁の開閉タイミングにおける進角位置に基づいて燃料噴射量を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。