JP2007315355A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルコール混合燃料を使用する内燃機関において始動性を効率的且つ効果的に向上させる。
【解決手段】エンジンシステム１０において、ＥＣＵ１００は始動制御処理を実行する。始動制御処理では、エンジン２００が始動期間である場合に、燃料中のアルコール濃度に応じて吸気バルブ２０８のリフト量が決定される。この際、アルコール濃度が高い程リフト量が小さくなるようにリフト量が決定されることにより、アルコールに起因して始動性が低下する分が発熱によって効果的に補償され、始動性が向上する。また、吸気バルブ２０８の開弁時期は基準特性と比較して遅角され、ポンピングロスによって吸入空気が暖められる。更には、アルコール濃度に応じたリフト量も、係る基準特性におけるリフト量よりも小さい範囲で決定されるため、バルブ面積の減少によって吸入空気の衝突及び干渉が生じ、吸入空気が暖められる。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば内燃機関の始動性を向上させるための、内燃機関の制御装置の技術分野に関する。

この種の装置として、バルブのリフト量を変化させ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に開示された動弁装置（以下、「従来の技術」と称する）によれば、機関低温時に吸気弁のリフト量を小さくし、ポンピング摩擦により混合気を発熱させることによって、始動性を向上させることが可能であるとされている。

特開２００３−３１４２３３号公報

従来の技術では、リフト量を変化させるのに伴い、予め設定されたカムプロフィールによって一義的にバルブの開弁期間或いは作用角が変化する。この際、開弁期間を規定する開弁時期によってはポンピング摩擦による発熱が十分に得られないから、実現可能なリフト量は実質的に制限されることとなり、内燃機関の温度を精細に制御することが困難となる。即ち、従来の技術には、内燃機関の始動性を効率的且つ効果的に向上させ難いという技術的な問題点がある。特に、アルコール混合燃料を使用する内燃機関においては、アルコールがガソリンに比較して揮発性が悪く且つ気化潜熱が大きいことに起因して係る問題が顕在化し易い。

本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、アルコール混合燃料を使用する内燃機関において始動性を効率的且つ効果的に向上させ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。

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、アルコール混合燃料を使用可能であり、且つ吸気弁の開弁特性のうち少なくとも開弁時期、リフト量及び作用角を夫々相互に独立して変化させることが可能な可変動弁手段を備えた内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の暖機期間における前記リフト量を、前記開弁特性の基準を与える基準開弁特性における前記リフト量よりも小さい範囲で、前記内燃機関における所定種類の機関運転条件に応じて設定するリフト量設定手段と、前記暖機期間において、前記吸気弁の開弁時期が前記基準開弁特性における前記開弁時期と比較して遅角側となるように、且つ前記設定されたリフト量が維持されるように前記可変動弁手段を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。

本発明における「内燃機関」とは、燃料の燃焼を動力に変換する機関であって、特に燃料としてエタノールやメタノール等の各種アルコールと例えばガソリンとを混合してなるアルコール混合燃料を使用する機関を包括する概念である。尚、本発明に係る内燃機関は特に、アルコール燃料におけるアルコール濃度が少なくとも単一な値に限定されない、好適にはアルコール濃度が例えば０％から１００％の範囲で変化しても動作に支障のない、所謂ＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle）用の内燃機関として構成される。

また、本発明に係る内燃機関には、燃焼室内に吸入される吸入空気に係る吸入空気量を規定する吸気弁の開弁特性を変化させることが可能な可変動弁手段が備わる。ここで、本発明に係る「可変動弁手段」とは、係る開弁特性のうち少なくとも開弁時期、リフト量及び作用角を夫々相互に独立して変化させることが可能な、例えば電気的、物理的、機械的又は機構的な或いはそれらが適宜組み合わされた手段を包括する概念であり、例えば、少なくとも一部に、所謂「カムバイワイヤ」又は「電磁駆動弁」或いはそれらに準じる機構、装置又はシステム等を含んでいてもよい。

尚、吸気弁自体は物理的な構成を有するから、「リフト量」とは厳密には連続的に可変に変化する類のものであるが、本発明においては特に、内燃機関の一サイクルにおける吸気弁のリフト量の最大値を「リフト量」と定義することとする。

尚、本発明に係る可変動弁手段は、吸気弁における上述した開弁特性を変化させ得る限りにおいて、排気弁についても、吸気弁と同様に、又は吸気弁よりも簡素に或いは精細に、その開弁特性を変化させることが可能に構成されていてもよい。

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、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されるリフト量設定手段により、内燃機関の暖機期間におけるリフト量（以下、適宜「暖機用リフト量」と称する）が決定される。この際、リフト量設定手段は、暖機用リフト量を、開弁特性の基準を与える基準開弁特性におけるリフト量（以下、適宜「基準リフト量」と称する）よりも小さい範囲で、内燃機関における所定種類の機関運転条件に応じて設定する。

ここで、「暖機期間」とは、例えばエミッション、トルク変動又はドライバビリティ等の観点から、内燃機関を暖機せしめるべきものとして規定される期間を包括する概念であり、例えば内燃機関の始動時を含む始動期間等を指す。

また、「基準開弁特性」とは、吸気弁の開弁特性の基準を与える特性を包括する概念であり、例えば暖機期間の終了後に相当する期間、内燃機関が定常状態にある期間或いは内燃機関が通常の使用に供される期間等における開弁特性を指す。基準開弁特性におけるリフト量は、例えば内燃機関の要求出力、要求トルク若しくは機関回転数、又は必要とされる吸入空気量等に応じて連続的に、段階的に或いは二値的に決定される。

暖機用リフト量を基準リフト量よりも小さい範囲で設定した場合、実際に吸気弁が開弁せしめられる際に、吸気弁を介して燃焼室内に流入する吸入空気同士が相互に干渉し合う比率が高まるため、吸入空気の発熱量は増加し、内燃機関における気筒内温度の上昇を介して内燃機関が早期に暖機せしめられ、内燃機関の始動性が向上する。また、暖機期間、とりわけ始動期間においては総じて要求出力が低いから、吸入空気量は相対的に見て少なくて済み、リフト量を小さくすることによる影響は、実践的にみて顕在化しない程度に抑制され得る。

ここで、暖機用リフト量を決定する指標となる内燃機関の機関運転条件とは、内燃機関の暖機状態或いは内燃機関の暖機性能等、内燃機関において暖機制御の必要性の度合いを規定し得る指標である。従って、機関運転条件に応じて暖機用リフト量を決定するとは、例えば低温始動時等、暖機状態が比較的悪い場合、或いは例えば内燃機関が暖機されにくい状態にある場合等に、それらの度合いに応じて連続的に、多段階に或いは二値的に暖機用リフト量を小さくすること等を指す。尚、このような機関運転条件に応じた暖機用リフト量の設定態様は、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、内燃機関を効率的且つ効果的に暖機せしめ得るように決定されていてもよい。

一方、暖機期間においては、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成される制御手段の作用により可変動弁手段が制御される。この際、制御手段は、吸気弁の開弁時期が前述した基準開弁特性における開弁時期と比較して遅角側となるように、且つリフト量設定手段により設定された暖機用リフト量が維持されるように可変動弁手段を制御する。

基準開弁特性における開弁時期よりも遅角側に開弁時期が設定された場合、燃焼室内は、基準開弁特性に従って開弁時期が設定されるよりも高い負圧で満たされるから、ピストンのポンピングロスが相対的に増加して熱が発生し、より吸入空気の加熱に供されることとなる。また、負圧が上昇することに伴い、吸気弁の開弁時における吸入空気の流入速度が上昇し、より吸入空気同士の干渉が促進される。

ここで特に、圧縮行程への影響を考えれば、実践的にみて吸気弁の閉弁時期には限界があり、リフト量と作用角との相互関係が一義的である場合、リフト量を暖機用リフト量に設定すれば、実際に開弁時期として採り得る値は対応する作用角によって必然的に決定されてしまう。また、上述したようにポンピングロスによる発熱を暖機に効果的に供するために必要な遅角量を考えれば、結局、リフト量として採り得る範囲は著しく限定されることになる。

しかしながら、本発明に係る可変動弁手段は、開弁時期、リフト量及び作用角が夫々相互に独立して可変であり、例えば内燃機関の暖機に供し得るポンピングロスによる発熱を得られる程度に開弁時期を遅角し、且つ上述したように機関運転条件に応じて適切に設定された暖機用リフト量を実現することが可能となる。この際、更には設定された暖機用リフト量が維持されるため、初爆或いは暖機期間における燃焼に必要な吸入空気量を得るために必要となるリフト量の下限が拡大され、暖機用リフト量として採り得る範囲が拡大される。従って、内燃機関を、個別具体的な機関運転条件に応じて最適に暖機せしめ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、効率的且つ効果的に内燃機関の始動性を向上させることが可能となるのである。尚、「維持されるように」とは、作用角によって規定される吸気弁の開弁期間の少なくとも一部において固定されることを含む広い概念である。

本発明に係る内燃機関の制御装置の一の形態では、前記制御手段は、前記暖機期間において前記作用角が所定値に維持されるように前記可変動弁手段を制御する。

この態様によれば、暖機期間において吸気弁の作用角が維持されるため、開弁時期が遅角されることによる吸入空気の発熱量の増大効果を担保しつつ制御手段の処理負荷を軽減することが可能となる。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記アルコール混合燃料におけるアルコール濃度を特定する濃度特定手段を更に具備し、前記リフト量設定手段は、前記機関運転条件の少なくとも一部として、前記特定された濃度に応じて前記暖機期間におけるリフト量を設定する。

この態様によれば、先に述べた機関運転条件の少なくとも一部としてアルコール混合燃料中のアルコール濃度が特定され、係るアルコール濃度に応じて暖機用リフト量が設定される。アルコール混合燃料においては、アルコールはガソリンと比較して揮発性が悪く、且つ気化潜熱が大きいため、アルコール混合燃料中のアルコール濃度が高い程、内燃機関は暖機されにくい、即ち暖機性能が低下している状態となる。従って、アルコール濃度に応じて暖機用リフト量を設定することによって、効率的且つ効果的に内燃機関を暖機することが可能となる。

尚、アルコール濃度に応じた暖機用リフト量の設定態様は特に限定されず、例えば予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいてアルコール濃度が暖機性能に与える影響を補償し得るように決定されていてもよい。

尚、本発明における「特定」とは、例えば電気的、物理的、化学的、機械的又は機構的な検出手段により直接的に又は間接的に検出することに限定されず、例えばこれら直接的に又は間接的に検出された値を例えば電気的な信号又はデータとして取得することを含み、更には、このように取得された信号又はデータ等から予め設定されたアルゴリズムや算出式に基づいて算出又は導出することをも含む広い概念である。

尚、この他の態様では、前記リフト量設定手段は、前記特定された濃度が高い場合に小さくなるように前記暖機期間におけるリフト量を設定してもよい。

アルコール濃度が高い程内燃機関の暖機性能は低下する傾向にあり、このようにアルコール濃度が高い場合に小さくなるように暖機用リフト量が設定される場合には効果的である。尚、「濃度が高い場合に小さくなるように」とは、濃度の増加に応じて連続的に、段階的に或いは二値的に暖機用リフト量を減少せしめることを包括する概念である。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記内燃機関における吸入空気の温度を特定する温度特定手段を更に具備し、前記リフト量設定手段は、前記機関運転条件の少なくとも一部として、前記特定された温度に応じて前記暖機期間におけるリフト量を設定する。

この態様によれば、先に述べた機関運転条件の少なくとも一部として吸入空気の温度（以下、適宜「吸気温」と称する）が特定され、係る吸気温に応じて暖機用リフト量が設定される。吸気温が高い場合、例えば内燃機関における気筒内温度が低下していても暖機状態としては吸気温が低い場合よりは良好であると言える。従って、吸気温に応じて暖機用リフト量を設定することによって、効率的且つ効果的に内燃機関を暖機することが可能となる。

尚、この態様では、前記リフト量設定手段は、前記特定された温度が高い場合に大きくなるように前記暖機期間におけるリフト量を設定してもよい。

吸気温が高い程内燃機関の暖機状態は良好であり、このように吸気温が高い場合に大きくなるように暖機用リフト量が設定される場合には効果的である。尚、「吸気温が高い場合に大きくなるように」とは、吸気温の上昇に応じて連続的に、段階的に或いは二値的に暖機用リフト量を増加せしめることを包括する概念である。

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。

＜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。

＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０のブロック図である。

図１において、エンジンシステム１０は、ＥＣＵ１００及びエンジン２００を備える。

ＥＣＵ１００は、図示せぬＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を含み、エンジン２００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。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、後述する始動制御処理を実行することが可能に構成されている。

エンジン２００は、燃料としてアルコール混合燃料を使用可能に構成されたエンジンであり、本発明に係る「内燃機関」の一例である。エンジン２００は、シリンダ２０１内において点火装置２０２の一部として燃焼室内に一部が露出した点火プラグ（符号は省略）の点火動作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。尚、点火装置２０２は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており（制御ラインは省略）、点火装置２０２に係る点火動作及び点火時期等の点火特性は、ＥＣＵ１００によって制御される構成となっている。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。

シリンダ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。燃料は、燃料タンク２２３に貯留されており、低圧ポンプ２２５の作用によりデリバリパイプを介してインジェクタ２０７に圧送供給されている。この際、燃料は、デリバリパイプに設けられたフィルタ２２４によって不純物が濾過された状態でインジェクタ２０７に供給される。インジェクタ２０７は、この供給される燃料を、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。

尚、本実施形態においてエンジン２００に供給される燃料は、ガソリンとエタノールとの混合燃料（即ち、本発明に係る「アルコール混合燃料」の一例）である。エンジン２００は、燃料中のアルコール濃度が０％から１００％の間で変化しても動作に影響がないように構成されている。燃料中のアルコール濃度は、デリバリパイプに設置されたアルコール濃度センサ２２７によって検出される。アルコール濃度センサ２２７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、インジェクタ２０７へ供給される燃料中のアルコール濃度Ｄａは、ＥＣＵ１００によって絶えず把握される構成となっている。

シリンダ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。シリンダ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。

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、吸入空気の温度である吸気温Ｔｑを検出するための吸気温センサ２１３が設置されている。吸気温センサ２１３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており（制御ラインは省略）、検出された吸気温Ｔｑは、ＥＣＵ１００によって絶えず把握される構成となっている。

吸気管２０６におけるエアフローメータ２１２の下流側には、シリンダ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、ＥＣＵ１００によって把握される構成となっている。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の駆動状態を制御し、係るスロットルバルブモータ２１７によってスロットルバルブ２１４が駆動される構成となっている。

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、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、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、点火装置２０２に係る点火時期や吸気バルブ２０８及び排気バルブ２０９の開閉タイミング等を制御するように構成されている。また、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。

シリンダ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。

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。

エンジン２００では、吸気バルブ２０８及び排気バルブ２０９の開弁特性が可変に構成される。

吸気バルブ２０８の開閉特性のうち、リフト量と作用角は、基本的にクランクシャフ２０５に連動して回転する吸気カムシャフト２２８に回転可能に設けられた断面視楕円形状を有する吸気カム２２９のカムプロフィールによって決定される。但し、本実施形態では特に、吸気カム２２９と吸気カムシャフト２２８との相対的な回転位相が、吸気カム２２９に連結された吸気カム用アクチュエータ２３０によって自由に変更可能である。吸気カム用アクチュエータ２３０は、図示せぬ電源ユニットを電力源とする電動アクチュエータであり、吸気カム２２９に対し、吸気カム２２９を吸気カムシャフト２２８に対し相対的に進角、遅角又は固定するための駆動力を付与することが可能に構成される。このため、エンジン２００では、吸気カム２２９のカムプロフィールに何ら制約を受けることなく、吸気バルブ２０８のリフト量、作用角及び開弁時期が連続的に変化せしめられる。また、吸気カム用アクチュエータ２３０はＥＣＵ１００と電気的に接続されており、吸気バルブ２０８におけるリフト量、作用角及び開弁時期を含む開弁特性は、吸気カム用アクチュエータ２３０を介してＥＣＵ１００により制御される構成となっている。尚、吸気バルブ２０８の開閉特性を制御するためのこのような駆動機構は、所謂カムバイワイヤと称される電気的なカム駆動機構の一例となっている。

排気バルブ２０９の開閉特性のうち、リフト量と作用角は、基本的にクランクシャフト２０５に連動して回転する排気カムシャフト２３１に回転可能に設けられた断面視楕円形状を有する排気カム２３２のカムプロフィールによって決定される。但し、本実施形態では特に、排気カム２３２と排気カムシャフト２３１との相対的な回転位相が、排気カム２３２に連結された排気カム用アクチュエータ２３３によって自由に変更可能である。排気カム用アクチュエータ２３３は、図示せぬ電源ユニットを電力源とする電動アクチュエータであり、排気カム２３２に対し、排気カム２３２を排気カムシャフト２３１に対し相対的に進角、遅角又は固定するための駆動力を付与することが可能に構成される。このため、エンジン２００では、排気カム２３２のカムプロフィールに何ら制約を受けることなく、排気バルブ２０９のリフト量、作用角及び開弁時期が連続的に変化せしめられる。また、排気カム用アクチュエータ２３３はＥＣＵ１００と電気的に接続されており、排気バルブ２０９におけるリフト量、作用角及び開弁時期を含む開弁特性は、排気カム用アクチュエータ２３３を介してＥＣＵ１００により制御される構成となっている。尚、排気バルブ２０９の開閉特性を制御するためのこのような駆動機構は、所謂カムバイワイヤと称される電気的なカム駆動機構の一例となっている。

尚、吸気バルブ２０８及び排気バルブ２０９の開弁特性を制御するための機構は、上述したものに限定されない。例えば、吸気バルブ２０８（以下、特に断りのない限り、排気バルブ２０９についても同様に適用可能であるとする）をソレノイド等の電磁石による電磁力によって開閉させる、所謂電磁駆動弁のような機構が採用されてもよい。この場合、例えばソレノイドの電磁力を可変に制御することによって、開弁時期、閉弁時期、リフト量、作用角及び開閉速度等、開閉特性を自由に且つ高速に制御することが可能である。

＜実施形態の動作＞
＜始動時における基本制御＞
エンジン２００は、燃料としてアルコール混合燃料を使用するため、例えば、エンジン２００が低温である始動期間（即ち、本発明に係る「暖機期間」の一例）等では、アルコールの揮発性の低さ及び気化潜熱の大きさ等に起因して、始動性の低下が問題となりかねない。このような始動性の低下を防止するために、エンジン２００では、係る始動期間において、吸気バルブ２０８の開弁特性を変化させている。

ここで、図２を参照して、始動期間における吸気バルブ２０８の基本的な開弁特性について説明する。ここに、図２は、吸気バルブ２０８の開弁特性の模式図である。

図２において、縦軸及び横軸には、夫々吸気バルブ２０８のリフト量及びクランク角が表される。始動期間における吸気バルブ２０８の開弁特性は、図示始動時特性ＳＴＡとして例示される。即ち、始動時特性ＳＴＡに従った場合、吸気バルブ２０８は、吸気ＴＤＣ（Top Death Center：上死点）と吸気ＢＤＣ（Bottom Death Center：下死点）との中間付近にあたるクランク角ＣＡ１（即ち、本発明に係る「開弁時期」の一例）において開弁を開始し、リフト量ＬＦ１（即ち、本発明に係る「暖機用リフト量」の一例）に到達した後、係るリフト量ＬＦ１が維持された状態となり、吸気ＢＤＣを通過した後に閉弁を開始してクランク角ＣＡ２において閉弁する。即ち、その概略形状は、図示する通り略台形状となる。

一方、このような始動期間に該当しない、例えば定常期間における吸気バルブ２０８の開弁特性が、図示基準特性ＢＳＥ（破線参照）として示される。基準特性ＢＳＥに従った場合、吸気バルブ２０８は、吸気ＴＤＣ付近から開弁を開始し、リフト量ＬＦｍａｘ（ＬＦｍａｘ＞＞ＬＦ１）に到達した後、閉弁を開始して、概ねクランク角ＣＡ２において閉弁する。このように、始動時特性ＳＴＡは、開弁時期が基準特性ＢＳＥと比較して遅角されている。

ここで、図３を参照して、開弁時期を遅角することによる効果について説明する。ここに、図３は、エンジン２００のＰＶ線の模式図である。

図３において、縦軸及び横軸には、夫々シリンダ２０１の筒内圧Ｐ及びシリンダ２０１内壁とピストン２０３上面とによって規定される体積Ｖとが表される。図２における基準特性ＢＳＥに従って吸気バルブ２０８の開弁特性が制御された場合、ＰＶ線は、図示基準ＰＶ線（実線）のような軌跡を辿る。即ち、吸気行程（図示点線で囲われた部分）初期における筒内圧Ｐは、大気圧未満の負圧Ｐ０である。

一方で、図２における始動時特性ＳＴＡに従って吸気バルブ２０８の開弁特性が制御された場合、ＰＶ線は、吸気行程に係る部分が、図示始動ＰＶ線（破線）の如く変化する。即ち、吸気バルブ２０８の開弁時期が遅角されるため、吸気行程初期においては未だ吸気バルブ２０８を閉じたままであり、筒内圧Ｐは、負圧Ｐ１（Ｐ０＞Ｐ１）まで低下する。従って、始動時特性ＳＴＡに従った場合、ポンピングロスＰＬＳ、即ち図示斜線部分に相当する負の仕事量が発生する。このポンピングロスＰＬＳは、熱に変換され、吸入空気の発熱に供される。従って、吸入空気が加熱され、エンジン２００の暖機が促進されることによってエンジン２００の始動性が向上する。

図２に戻り、始動時特性ＳＴＡでは、リフト量も基準特性ＢＳＥと比較して小さく制御されている。このようにリフト量が小さく制御された場合、吸気バルブ２０８を介して吸入される吸入空気に係る吸入空気量を規定するバルブ有効面積が小さくなるため、吸気バルブ２０８の開口部分において、吸入空気同士の衝突及び干渉が発生する。このような衝突及び干渉により、シリンダ２０１内に導かれる吸入空気の温度が上昇し、エンジン２００の暖機が促進せしめられる。

ここで特に、始動時特性ＳＴＡでは、吸気カム用アクチュエータ２３０の作用によって、吸気バルブ２０８の開弁期間の一部においてリフト量ＬＦ１が維持される。従って、必要な発熱量を効率的且つ効果的に得ることが可能となっている。また、吸気バルブ２０８の開閉に係る開閉速度は、吸気カム用アクチュエータ２３０の作用によって基準特性ＢＳＥと同等に制御されている。

ここで特に、本実施形態の比較例として、吸気バルブ２０８のリフト量と作用角とが一義的な関係を有する場合の開弁特性を比較特性ＣＭＰ（細い破線）として示す。比較特性ＣＭＰは、例えば、吸気カムのカムプロフィールを吸気カムシャフトのシャフト方向に連続的に変化させること等によって得られる。この場合、リフト量と作用角とは、選択された一のカムプロフィールにより一義的な関係となるため、比較特性ＣＭＰは、リフト量を所望の値で維持することが困難となり、図示の通り放物線状となる。このように、リフト量を最適値（ここでは、ＬＦ１）に固定できず、また作用角の自由度が低いため、上述したように開弁時期を基準特性に対し遅角せしめた場合、比較特性ＣＭＰにおけるリフト量はＬＦ１’（ＬＦ１’＞ＬＦ１）となる。尚、この際、ポンピングロスは始動時特性ＳＴＡに従った場合よりも小さくなるため、吸入空気の加熱に供される発熱量は小さくなり暖機の効果が停滞する。

また、この際、設定されたリフト量に到達するまでの時間が遅いため、吸気行程における最大負圧は、図３に示すＰ１よりも高く（即ち、圧力としては低く）なり、例えばクランクシャフトを収容するクランクケース等からの潤滑油の逆流等が懸念される。更に、上述した吸入空気同士の衝突及び干渉による発熱効果を得ようとする場合、リフト量は小さい程良いが、比較特性ＣＭＰに従った場合、リフト量をピークに固定できないため、吸入空気量を担保する必要から実現可能なリフト量が始動時特性ＳＴＡに従った場合よりも大きくなり、暖機の効果が阻害される。このように、始動時特性ＳＴＡに従った場合には、エンジン２００の始動性を効率的且つ効果的に向上させることが可能となる。

＜始動制御処理の詳細＞
本実施形態では、始動期間における吸気バルブ２０８の開弁特性を上述した始動時特性ＳＴＡの如く制御することによって、エンジン２００を効率的且つ効果的に暖機することが可能であるが、既に述べたように、エンジン２００の暖機性能は、燃料中のアルコール濃度によって変化するため、始動期間における吸気バルブ２０８の開弁特性が固定された場合、真に効率的に始動性を向上させることが困難である。また、必要以上の熱量、即ち本来不要な発熱を生じさせることによって、エンジン２００の燃費が低下する懸念もある。そこで、本実施形態では、ＥＣＵ１００が、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って始動制御処理を実行することによって、効率的且つ効果的な始動性の向上が実現されている。ここで、図４を参照して、始動制御処理の詳細について説明する。ここに、図４は、始動制御処理のフローチャートである。

図４において、ＥＣＵ１００は、始めにエンジン２００が始動期間であるか否かを判別する（ステップＡ１０）。始動期間であるか否かの判別基準は特に限定されないが、例えばエンジン２００の始動後経過時間が所定時間以内である場合や、エンジン２００の機関回転数の変動量が所定の基準を満たさない場合等に、エンジン２００が始動期間であると判別される。エンジン２００が始動期間ではない場合（ステップＡ１０：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は始動制御処理を終了する。

エンジン２００が始動期間にある場合（ステップＡ１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、アルコール濃度センサ２２７によって検出される燃料中のアルコール濃度Ｄａを取得する（ステップＡ１１）。アルコール濃度Ｄａを取得すると、ＥＣＵ１００は、予めＲＯＭに格納された、アルコール濃度Ｄａとリフト量との対応関係を表すマップに従って、取得されたアルコール濃度Ｄａに対応するリフト量を取得し、吸気バルブ２０８の開弁特性を決定する（ステップＡ１２）。尚、この際、アルコール濃度Ｄａが高い程リフト量が小さくなるように、即ち、より吸入空気が発熱せしめられるようにリフト量が決定される。

尚、本実施形態においては、吸気バルブ２０８のリフト量のみをアルコール濃度Ｄａに応じて変化させ、作用角及び開弁時期は始動期間において固定される。従ってマップにはリフト量のみが設定されているが、マップの形態は必ずしもこのようなものに限定されず、アルコール濃度Ｄａに応じて作用角及び開弁時期等が適宜定められていてもよい。

吸気バルブ２０８の開弁特性が決定されると、ＥＣＵ１００は、係る決定された開弁特性に従って吸気バルブ２０８の動作を制御する（ステップＡ１３）。尚、開弁時期及び作用角は、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、暖機効果が十分に得られ且つ吸気カム用アクチュエータ２３０が過負荷とならない範囲で決定されている。このように吸気バルブ２０８の開弁特性が制御されると、ＥＣＵ１００は処理をステップＡ１０に戻し、一連の処理を繰り返す。

ここで、図５を参照して、始動制御処理の効果について説明する。ここに、図５は、吸気バルブ２０８の開閉特性の他の模式図である。尚、同図において、図２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。

図５において、始動時特性ＳＴＡは、図４におけるステップＡ１２に係る処理によって決定されたリフト量に応じて変化する。即ち、アルコール濃度Ｄａが比較的低い領域では、リフト量はＬＦ３（ＬＦ３＞ＬＦ１）に制御され、アルコール濃度がＤａが上昇するのに応じて、リフト量は段階的にＬＦ２（ＬＦ３＞ＬＦ２＞ＬＦ１）、ＬＦ１、ＬＦｍｉｎ（ＬＦｍｉｎ＜ＬＦ１）に制御される。リフト量ＬＦｍｉｎは、吸入空気量を担保し得る最小のリフト量である。尚、図５では、図面の煩雑化を防ぐ目的からリフト量が４段階に制御されているが、リフト量を変化させる態様は無論何ら限定されず、アルコール濃度Ｄａに応じてより多段階に或いは連続的に制御されてもよい。このようなリフト量の設定基準は、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、始動性の向上に対する寄与に有意な差が生じる範囲内で精細に決定されていてもよい。

このように、本実施形態に係るエンジンシステム１０によれば、始動制御処理により、始動期間において、吸気バルブ２０８のリフト量が基準特性と比較して小さい範囲で燃料中のアルコール濃度に応じて変化するように、且つ吸気バルブ２０８の開弁時期が遅角されるように、吸気カム用アクチュエータ２３０が制御されるため、エンジン２００を常に最適に暖機せしめることが可能となり、始動性を効率的且つ効果的に向上させることが可能となるのである。

＜第２実施形態＞
吸気バルブ２０８のリフト量は、アルコール濃度Ｄａのみならず、他の指標値に基づいて決定してもよい。ここで、図６を参照して、そのような本発明の第２実施形態に係る始動制御処理について説明する。ここに、図６は、第２実施形態に係る始動制御処理のフローチャートである。尚、同図において、図４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。

図６において、エンジン２００が始動期間にある場合（ステップＡ１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、吸気温センサ２１３によって検出される吸気温Ｔｑを取得する（ステップＢ１０）。吸気温Ｔｑを取得すると、ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納されたマップを参照して、吸気温Ｔｑに応じた吸気バルブ２０８のリフト量を取得し、吸気バルブ２０８の開弁特性を決定する（ステップＢ１１）。

ここで、吸気温Ｔｑは、高ければそれだけエンジン２００が暖機されているとみなしてよいから、ステップＢ１１に係る処理では、吸気温Ｔｑが高い程リフト量が高くなるように、連続的又は段階的にリフト量が設定される。このように、第２実施形態によれば、暖機状態を規定する吸気温Ｔｑに応じて始動期間におけるリフト量が設定されるため、第１実施形態と同様に、効率的且つ効果的にエンジン２００の始動性を向上させることが可能となる。

尚、第１実施形態及び第２実施形態は、相互に相容れないものではなく、無論一の始動制御処理中に、アルコール濃度Ｄａ及び吸気温Ｔｑに応じて最適なリフト量が決定されてもよい。この際、リフト量を決定するためのマップは、アルコール濃度Ｄａ及び吸気温Ｔｑを変数とする二次元マップとして構成されていてもよいし、夫々相互に独立したマップに基づいて決定されたリフト量を、相互間の重み付け等に応じて適宜補正すること等によって、最終的に、その都度最適なリフト量が算出されてもよい。

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。

本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムの模式図である。 図１のエンジンシステムに含まれるエンジンにおける吸気バルブの一開弁特性を説明する模式図である。 図２の開弁特性に従った場合のエンジンのＰＶ線を表す模式図である。 ＥＣＵが実行する始動制御処理のフローチャートである。 始動制御処理の効果を説明するための、吸気バルブの開閉特性を表す他の模式図である。 本発明の第２実施形態に係る始動制御処理のフローチャートである。

符号の説明

１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０１…シリンダ、２０２…点火装置、２０８…吸気バルブ、２１３…吸気温センサ、２２７…アルコール濃度センサ、２２８…吸気カムシャフト、２２９…吸気カム、２３０…吸気カム用アクチュエータ。

Claims (6)

1. アルコール混合燃料を使用可能であり、且つ吸気弁の開弁特性のうち少なくとも開弁時期、リフト量及び作用角を夫々相互に独立して変化させることが可能な可変動弁手段を備えた内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の暖機期間における前記リフト量を、前記開弁特性の基準を与える基準開弁特性における前記リフト量よりも小さい範囲で、前記内燃機関における所定種類の機関運転条件に応じて設定するリフト量設定手段と、
   前記暖機期間において、前記吸気弁の開弁時期が前記基準開弁特性における前記開弁時期と比較して遅角側となるように、且つ前記設定されたリフト量が維持されるように前記可変動弁手段を制御する制御手段と
   を具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記暖機期間において前記作用角が所定値に維持されるように前記可変動弁手段を制御する
   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。
3. 前記アルコール混合燃料におけるアルコール濃度を特定する濃度特定手段を更に具備し、
   前記リフト量設定手段は、前記機関運転条件の少なくとも一部として、前記特定された濃度に応じて前記暖機期間におけるリフト量を設定する
   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。
4. 前記リフト量設定手段は、前記特定された濃度が高い場合に小さくなるように前記暖機期間におけるリフト量を設定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関における吸入空気の温度を特定する温度特定手段を更に具備し、
   前記リフト量設定手段は、前記機関運転条件の少なくとも一部として、前記特定された温度に応じて前記暖機期間におけるリフト量を設定する
   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。
6. 前記リフト量設定手段は、前記特定された温度が高い場合に大きくなるように前記暖機期間におけるリフト量を設定する
   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。

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