JP2018197522A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】極低温の環境においても内燃機関を良好に始動させ得る制御装置を構成する。【解決手段】クランクシャフト１の回転に連係して往復作動するピストン４と燃焼室を開閉する吸気バルブＶａおよび排気バルブＶｂとを有する複数の気筒と、クランクシャフト１を駆動回転するスタータモータ１５と、電動アクチュエータＭの駆動により吸気バルブＶａの開閉時期を設定する弁開閉時期制御機構ＶＴとを備えて内燃機関Ｅが構成されている。環境温度センサ１４で検知される環境温度が氷点下１０度未満にある場合に、クランキングが行われ、複数の気筒のうち最初に燃焼するように順序が設定された気筒で最初の燃焼が行われる時点では、排気バルブＶｂの閉時期を、ピストンの上死点と異ならせるように電動アクチュエータＭを制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、排気側の可変バルブタイミング機構と、吸気側の可変バルブタイミング機構とを備え、冷間時に吸気バルブと、排気バルブとをマイナスオーバーラップに制御し、電子スロットルフェイルが発生した場合に、マイナスオーバーラップ状態を禁止する技術が記載されている。

この特許文献１では、冷間始動時に始動性の向上および排気エミッションの低減を目的として排気バルブの開閉タイミングを早め、排気バルブが排気上死点（ＢＴＤＣ）より以前に閉じる制御形態が示されている。特に、この特許文献１のバルブタイミング機構は油圧式に構成され、エンジンで駆動される油圧ポンプからの作動油が供給される。

特許文献２には、吸気バルブと排気バルブと少なくとも一方に可変動弁を備え、内燃機関の始動から始動後にかけて可変動弁を制御することで排気ガスの吹き返しを行わせる技術が記載されている。

この特許文献２では、吸気バルブと排気バルブとが同時に閉じ状態になるように設定するマイナスオーバーラップにより、排気ガスの吹き出しを行わせ、噴射燃料の微粒子化を行う点が記載されている。また、始動直後の低温、低速運転時に排気バルブ早閉じ制御を行う場合に、油圧式ＶＶＴと電動式ＶＶＴとの何れでも、バルブタイミング制御の応答性が低下することが記載されている。

特開２００８−２７４８２２号公報 特開２００９−２１６０３４号公報

レシプロ型の内燃機関では、冷熱状態で内燃機関を始動する際に、特許文献１、２にも記載されるように、吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップ量の設定により始動性を向上させることが考えられる。しかしながら、吸気バルブと排気バルブとの弁開閉時期制御機構が油圧によって作動するものでは、冷熱状態の環境で作動油の粘性が高いことに起因して適正な作動を期待できないものである。しかも、内燃機関の駆動力により作動油を供給するものでは、クランキング時に必要とする作動を行い難いものであった。

内燃機関は、比較的温暖な環境で始動する際に良好な始動性が求められると共に、氷点下１０度未満の極低温の環境においても良好な始動性が求められるものであり改善の余地がある。

このような理由から、極低温の環境においても内燃機関を良好に始動させ得る制御装置が求められる。

本発明の特徴は、クランクシャフトの回転に連係してシリンダ内で往復作動するピストンと前記クランクシャフトの回転に連係して燃焼室を開閉する吸気バルブおよび排気バルブとを有する複数の気筒と、前記クランクシャフトを駆動回転させるスタータモータと、電動アクチュエータの駆動により前記吸気バルブの開閉時期を設定する弁開閉時期制御機構と、を備えて内燃機関が構成され、
前記内燃機関の周囲の環境温度を検知する環境温度センサを備え、
前記環境温度センサで検知される前記環境温度が氷点下１０度未満にある場合には、前記スタータモータによってクランキングが行われる状況で、複数の前記気筒のうち最初に燃焼するように順序が設定された前記気筒の最初の燃焼が行われる時点で、前記排気バルブの閉時期であるＥＶＣを、前記燃焼室のピストンの上死点であるＴＤＣと異ならせるように前記電動アクチュエータを制御する点にある。

この特徴構成によると、氷点下１０度未満の極低温の環境でスタータモータによってクランキングが開始される状況では、複数の気筒のうち最初に燃焼するように設定された気筒の最初の燃焼が行われる時点で、電動アクチュエータの駆動により弁開閉時期制御機構を作動させる。この作動では、例えば、排気バルブの閉時期であるＥＶＣを、ピストンの上死点であるＴＤＣより後であるＡＴＤＣに設定することでオーバーラップによる内部ＥＧＲによる燃焼室の昇温が可能となる。これとは逆に、ＥＶＣを、ＴＤＣより前のＢＴＤＣに設定してネガティブオーバーラップによる燃焼ガスの一時的な閉じ込めによる昇温も可能となる。
つまり、極低温下であっても電動アクチュエータを制御することにより弁開閉時期制御機構によって排気バルブの開閉時期を任意に設定できると共に、このように排気バルブの開閉時期を設定しても、吸気量を変化させることもない。更に、この構成では弁開閉時期制御機構が電動アクチュエータの駆動力により排気バルブの開閉時期を設定する構成であるため、油圧によって作動する構成と比較してクランキング開始直後から閉時期を設定できる。
従って、極低温の環境においても内燃機関を良好に始動させ得る制御装置が構成された。

他の構成として、複数の前記気筒のうち最初に燃焼するように順序が設定された前記気筒の最初の燃焼が行われる時点では、前記ＥＶＣを、前記ＴＤＣより後であるＡＴＤＣに設定することにより、前記ＥＶＣと前記吸気バルブの開時期であるＩＶＣとを重複させるオーバーラップが設定されても良い。

これによると、排気バルブと吸気バルブとの間にオーバーラップを作り出し、吸気行程において燃焼ガスの一部を燃焼室に取り込む内部ＥＧＲにより、燃焼ガスをピストンの内壁に接触させて内壁の温度上昇を図り、極低温において良好な始動を実現する。

他の構成として、前記クランクシャフトの回転数が所定の設定値を超えた後に、前記オーバーラップのラップ量を低減させても良い。

これによると、燃焼室での燃焼が開始された後には、オーバーラップ量を低減することにより燃焼ガスによる影響を抑制して安定した燃焼を行える。

他の構成として、複数の前記気筒のうち最初に燃焼するように順序が設定された前記気筒の最初の燃焼が行われる時点では、前記ＥＶＣを前記ＴＤＣより前となるＢＴＤＣに設定することにより、前記ＥＶＣと前記吸気バルブの開時期であるＩＶＯとの間にネガティブオーバーラップを設定しても良い。

これによると、ネガティブオーバーラップを作り出すことにより、燃焼行程の燃焼ガスを一時的に燃焼室に閉じ込めて燃焼室のシリンダ内壁等の温度上昇を図り、極低温において良好な始動を実現する。

他の構成として、前記クランクシャフトの回転数が所定値を超えた後に、前記ネガティブオーバーラップのラップ量を低減しても良い。

これによると、燃焼室での燃焼が開始された後には、ネガティブオーバーラップ量を低減することにより吸気行程での吸気量を増大させて必要とする燃焼を行える。

他の構成として、複数の前記気筒のうち最初に燃焼するように順序が設定された前記気筒の最初の燃焼が行われる時点では、前記ＥＶＣを、前記吸気バルブの開時期であるＩＶＯより遅くしてオーバーラップを設定するように前記電動アクチュエータを制御しても良い。

これによると、排気バルブの閉時期であるＥＶＣを、吸気バルブの開時期であるＩＶＯより遅くしてオーバーラップを作り出すことが可能となる。

エンジンの断面と制御ユニットとを示す図である。 弁開閉時期制御機構の断面図である。 図２のIII−III線断面図である。 図２のIV−IV線断面図である。 弁開閉時期制御機構の分解斜視図である。 始動ルーチンのフローチャートである。 第１の極低温始動ルーチンのフローチャートである。 オーバーラップ状態を示すタイミングダイヤグラムである。 オーバーラップをなくした状態を示すタイミングダイヤグラムである。 第２の極低温始動ルーチンのフローチャートである。 ネガティブオーバーラップ状態を示すタイミングダイヤグラムである。 ネガティブオーバーラップをなくした状態を示すタイミングダイヤグラムである。 エンジン回転数とオーバラップとの関係を示すチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、内燃機関としてのエンジンＥの吸気バルブＶａの開閉時期を設定する吸気側の弁開閉時期制御機構ＶＴａと、排気バルブＶｂの開閉時期を設定する排気側の弁開閉時期制御機構ＶＴｂと、エンジンＥと、を制御するようにＥＣＵとして機能するエンジン制御装置４０が構成されている。

図１、図２に示すエンジンＥ（内燃機関の一例）は、乗用車等の車両に備えられるものを想定している。このエンジンＥは、クランクシャフト１を支持するシリンダブロック２の上部にシリンダヘッド３を連結し、シリンダブロック２に形成された複数のシリンダボアにピストン４を摺動自在に収容し、ピストン４をコネクティングロッド５によりクランクシャフト１に連結して４サイクル型に構成されている。

このエンジンＥでは一方の端部から他方に向けて＃１気筒、＃２気筒、＃３気筒、＃４気筒（図２では、＃１、＃２、＃３、＃４として示している）が配置され、シリンダの内部空間のうちピストン４とシリンダヘッド３との間に燃焼室が形成される。

シリンダヘッド３には、燃焼室への吸気時に開放する吸気バルブＶａと、燃焼室の燃焼ガスの排出時に開放する排気バルブＶｂとが備えられ、シリンダヘッド３の上部に吸気バルブＶａを制御する吸気カムシャフト７と、排気バルブＶｂを制御する排気カムシャフト８とが備えられている。また、クランクシャフト１の出力スプロケット１Ｓと、吸気側の弁開閉時期制御機構ＶＴａおよび排気側の弁開閉時期制御機構ＶＴｂの駆動ケース２１のスプロケット２１Ｓとに亘ってタイミングチェーン６が巻回されている。

更に、シリンダヘッド３には、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ９と点火プラグ１０とが備えられている。シリンダヘッド３には、吸気バルブＶａを介して燃焼室に空気を供給するインテークマニホールド１１と、排気バルブＶｂを介して燃焼室からの燃焼ガスを送り出すエキゾーストマニホールド１２とが連結する。

このエンジンＥでは、クランクシャフト１を駆動回転するスタータモータ１５を備え、クランクシャフト１の近傍位置には回転角と回転速度（単位時間あたりの回転数）とを検知するシャフトセンサ１６を備えている。吸気側の弁開閉時期制御機構ＶＴａの近傍には駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相を検知する吸気側位相センサ１７を備え、排気側の弁開閉時期制御機構ＶＴｂの近傍には駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相を検知する排気側位相センサ１８を備えている。

また、エンジンＥにはウォータジャケットの冷却水の水温を検知する温度センサ１４（環境温度センサの一例）を備えている。この温度センサ１４はエンジンＥの稼動時に水温を管理する制御に用いられるものであるが、エンジン制御装置４０ではエンジンＥの始動時においては、周囲の環境温度を検知すると共に、バルブの開閉時期の設定に利用される。温度センサ１４（環境温度センサ）として、車両のエンジンルーム内の温度を検知するもの等、エンジンＥから離間する空間の温度を検知するものを用いても良い。

尚、このエンジンＥでは、燃焼対象となる気筒を判別する気筒判別ユニット（図示せず）を備えており、この気筒判別ユニットの一部の構成を用いてシャフトセンサ１６が構成されている。

エンジン制御装置４０は、エンジンＥを制御するＥＣＵとして機能するものであり、始動制御部４１と、位相制御部４２とを備えている。始動制御部４１はエンジンＥの始動を制御する。位相制御部４２は、吸気側の弁開閉時期制御機構ＶＴａと排気側の弁開閉時期制御機構ＶＴｂとの相対回転位相を制御する。このエンジン制御装置４０の詳細と制御形態は後述する。

〔弁開閉時期制御機構〕
吸気側の弁開閉時期制御機構ＶＴａと、排気側の弁開閉時期制御機構ＶＴｂとは共通する構成であるため、これらの上位概念を弁開閉時期制御機構ＶＴと称する。また、弁開閉時期制御機構ＶＴは、電動アクチュエータとしての位相制御モータＭの駆動力により対応するバルブの開閉時期を制御する。

図２〜図５には吸気側の弁開閉時期制御機構ＴＶａを示しており、この弁開閉時期制御機構ＴＶａは、駆動ケース２１と、内部ロータ２２とを有すると共に、これらの相対回転位相を位相制御モータＭの駆動力により設定する位相調節部を備えている。

駆動ケース２１は、外周にスプロケット２１Ｓが形成されると共に、吸気カムシャフト７の回転軸芯Ｘと同軸芯に配置されている。内部ロータ２２は、駆動ケース２１に対して相対回転自在に内包され、連結ボルト２３により吸気カムシャフト７に連結固定されている。駆動ケース２１と内部ロータ２２との間に位相調節部が配置され、駆動ケース２１の開口部分を覆う位置にフロントプレート２４を配置し、これを複数の締結ボルト２５により駆動ケース２１に締結している。尚、排気側の弁開閉時期制御機構ＶＴｂでは、内部ロータ２２が排気カムシャフト８に連結する。

この弁開閉時期制御機構ＶＴａでは、図３に示すようにタイミングチェーン６からの駆動力により全体が駆動回転方向Ｓに回転する。また、位相制御モータＭの駆動力により駆動ケース２１に対する内部ロータ２２の相対回転位相が、駆動回転方向Ｓと同方向に変位する方向を進角方向Ｓａと称し、この逆方向への変位を遅角方向Ｓｂと称する。

〔弁開閉時期制御機構：位相調節部〕
位相調節部は、内部ロータ２２の内周に一体形成される複数の内歯部２６Ｔを有し、回転軸芯Ｘと同軸芯に配置されるリングギヤ２６を備えると共に、これに咬合するための複数の外歯部２７Ｔを有し、回転軸芯Ｘに平行する姿勢の偏心軸芯Ｙと同軸芯に配置されるインナギヤ２７を備え、偏心カム体２８と、継手部Ｊとを備えて構成される。

この位相調節部では、リングギヤ２６の内歯部２６Ｔの歯数に対して、インナギヤ２７の外歯部２７Ｔの歯数が１歯だけ少ないものが用いられる。

また、継手部Ｊは、駆動ケース２１に対して内部ロータ２２が回転軸芯Ｘに直交する方向への変位を許しつつ、駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転を阻止するオルダム継手として構成されている。

偏心カム体２８は、回転軸芯Ｘと同軸芯で回転するようにフロントプレート２４に対して第１軸受３１により支持されている。この偏心カム体２８には、回転軸芯Ｘに平行する姿勢の偏心軸芯Ｙを中心とする偏心カム面２８Ａが一体形成され、この偏心カム面２８Ａに対して第２軸受３２を介してインナギヤ２７が回転自在に支持される。また、偏心カム面２８Ａに形成した凹部にバネ体２９を嵌め込み、このバネ体２９の付勢力を、第２軸受３２を、介してインナギヤ２７に作用させている。

この偏心カム体２８は全体に筒状であり、内周には、一対の係合溝２８Ｂが回転軸芯Ｘと平行となる姿勢で形成されている。

これにより、リングギヤ２６の内歯部２６Ｔの一部にインナギヤ２７の外歯部２７Ｔの一部が咬合する。尚、第１軸受３１と第２軸受３２とはボールベアリングで構成されるものであるが、ブッシュで構成されるものでも良い。

継手部Ｊは、板材をプレス加工して成る継手部材３３を有しており、この継手部材３３に形成した一対の係合アーム３３Ａを駆動ケース２１の係合溝部２１Ｇに係合させ、この継手部材３３に形成した一対の係合凹部３３Ｂをインナギヤ２７の係合突部２７Ｕに係合させて構成されている。

つまり、継手部材３３は、中央部分が環状に形成されると共に、この環状の中央部分から外方に向けて一対の係合アーム３３Ａを突出形成し、環状の中央部分の空間と連なるように一対の係合凹部３３Ｂを形成した構造を有している。

この継手部Ｊでは、継手部材３３が、駆動ケース２１の一対の係合溝部２１Ｇを結ぶ直線方向に変位自在となり、この継手部材３３に対してインナギヤ２７が一対の係合突部２７Ｕを結ぶ直線方向に変位自在となる。

位相制御モータＭは、エンジンＥに支持されると共に、出力軸Ｍａに対して直交姿勢で備えた係合ピン３４を備えており、この係合ピン３４を、偏心カム体２８の内周の係合溝２８Ｂに嵌め込んでいる。尚、位相制御モータＭには、ブラシレス直流モータが使用されるが、ステッピングモータ等の同期モータを用いても良い。

これにより、エンジンＥが停止する状態で作動形態を考えると、位相制御モータＭの駆動力で偏心カム体２８が回転した場合には、偏心カム面２８Ａが回転軸芯Ｘを中心に回転し、この回転に伴いインナギヤ２７が回転軸芯Ｘを中心に公転を開始する。この公転時には、インナギヤ２７の外歯部２７Ｔとリングギヤ２６の内歯部２６Ｔとの咬合位置がリングギヤ２６の内周に沿って変位するためインナギヤ２７には偏心軸芯Ｙを中心に自転させる力が作用する。

つまり、インナギヤ２７が１回転だけ公転した場合には、リングギヤ２６の内歯部２６Ｔの歯数と、インナギヤ２７の外歯部２７Ｔの歯数との差（歯数差）に相当する角度（１歯に対応する角度）だけインナギヤ２７に対して回転させようとする回転力（自転力）が作用する。

前述したように、継手部Ｊは、駆動ケース２１に対するインナギヤ２７の回転を規制する構造であるため、駆動ケース２１に対してインナギヤ２７が回転することはなく、インナギヤ２７に作用する回転力により、駆動ケース２１に対してリングギヤ２６が回転し、このリングギヤ２６と一体的に内部ロータ２２が相対回転することになり、駆動ケース２１に対する吸気カムシャフト７の回転位相の調節が実現する。

特に、インナギヤ２７が、回転軸芯Ｘを中心に１回転だけ公転した場合には、駆動ケース２１に対して吸気カムシャフト７を、インナギヤ２７の外歯部２７Ｔの歯数と差（歯数差）に相当する角度だけ回転させるため大きい減速比で調節が実現する。

〔弁開閉時期制御機構：位相調節の概要〕
吸気側の弁開閉時期制御機構ＶＴａによる位相調節を例に挙げると、エンジン制御装置４０の位相制御部４２は、吸気カムシャフト７の回転速度と等速度で同じ方向に位相制御モータＭの出力軸Ｍａを駆動回転することで駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相が維持する。

また、吸気カムシャフト７の回転速度を基準にして、位相制御モータＭの回転速度を増大する又は低減することにより相対回転位相を進角方向Ｓａ又は遅角方向Ｓｂに変位させる。位相制御モータＭの回転速度の増大と低減とに対する相対回転位相の変位方向（進角方向Ｓａと遅角方向Ｓｂとの何れか）は、位相調節部のギヤ構成によって決まる。

特に、弁開閉時期制御機構ＶＴは、位相制御モータＭの駆動力により相対回転位相を変位させるため、油圧により変位を実現するものと比較して高速での作動が可能であり、エンジンＥの始動時のように油圧が充分でない状況においても、必要とする回転位相に迅速に設定することが可能である。

尚、弁開閉時期制御機構ＶＴは、電動モータ等のアクチュエータの駆動力により対応するバルブの開閉時期を制御すれば良いため、実施形態に示す構造に限るものではない。

〔制御構成〕
図１に示すように、エンジン制御装置４０は、温度センサ１４と、シャフトセンサ１６と、吸気側位相センサ１７と、排気側位相センサ１８とからの検知信号が入力すると共に、吸気側と排気側との位相制御モータＭと、スタータモータ１５とに制御信号を出力し、更に、インジェクタ９と、点火プラグ１０とを制御する燃焼管理部１９に制御信号を出力する。

始動制御部４１は、スタータモータ１５を制御することによりクランキングを実現する。位相制御部４２は、吸気側の弁開閉時期制御機構ＶＴａの位相制御モータＭと、排気側の弁開閉時期制御機構ＶＴｂの位相制御モータＭとを制御することにより、吸気バルブＶａの開閉時期の設定と、排気バルブＶｂの開閉時期の設定とを可能にする。

以下の制御では、図８、図９、図１１、図１２に示すように、吸気バルブＶａの開時期であるＩＶＯ、排気バルブＶｂの開時期であるＥＶＯを早める方向を進角方向（進角側）と称し、この逆の方向を遅角方向（遅角側）として説明している。

このエンジン制御装置４０の始動制御部４１と位相制御部４２とはソフトウエアで構成されるものを想定しているが、これらが、ロジック等を有する回路で成るハードウエアで構成されるものでも良く、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせによって構成されるものでも良い。

燃焼管理部１９は、インジェクタ９に対して燃料を供給するポンプ類の作動を管理すると共に、点火プラグ１０に電力を供給するイグニッション回路の制御により点火順序や点火タイミングを管理する。

〔制御形態〕
このような構成からエンジンＥを始動する制御信号を取得した場合には、図６フローチャートと、図８、図９等のタイミングダイヤグラムとに示すように、エンジン制御装置４０の始動制御部４１が以下の制御を実行する。

つまり、温度センサ１４の検知信号から環境の温度を取得し（＃１０１、＃１０２ステップ）、氷点下１０度未満（−１０℃未満）であることを判定した場合には図７又は図１０で示す極低温始動ルーチン（＃Ｓｕｂ）に移行する。

極低温始動ルーチン（＃Ｓｕｂ）での制御形態は後述するが、温度センサ１４で検知される温度が氷点下１０度以上（−１０℃以上）であることを判定した場合には、吸気側の弁開閉時期制御機構ＶＴａの制御により吸気バルブＶａの開閉時期を設定し、排気側の弁開閉時期制御機構ＶＴｂの制御により排気バルブＶｂの開閉時期を設定する（＃１０３、＃１０４ステップ）。

＃１０３、＃１０４ステップでは、図９のタイミングダイヤグラムに示すように吸気バルブＶａの開時期であるＩＶＯと、排気バルブＶｂの閉時期であるＥＶＣとをピストン４の上死点であるＴＤＣと一致させる制御が行われる。同図には、排気バルブＶｂで排気が行われる領域を排気領域Ｅｘとして示し、吸気バルブＶａで吸気が行われる領域を吸気領域Ｉｎとして示している。尚、開閉時期として吸気バルブＶａの開時期であるＩＶＯを進角方向に変位させる制御により、各々に僅かにオーバーラップを設定しても良い。

次に、スタータモータ１５の駆動によりクランキングを開始し、気筒判別を行い、クランクシャフト１の回転速度（単位時間あたりの回転数）所定のタイミングで燃焼管理部１９が設定された順序で各燃焼室の燃焼を開始する（＃１０５〜＃１０７ステップ）。そして、全ての気筒で燃焼が開始した後にスタータモータ１５を停止する。

〔制御形態：第１の極低温始動ルーチン〕
極低温始動ルーチン＃Ｓｕｂの一形態としての第１の極低温始動ルーチンを図７のフローチャートに示している。この第１の極低温始動ルーチンでは、吸気側の弁開閉時期制御機構ＶＴａの制御により吸気バルブＶａの開閉時期を設定し、排気側の弁開閉時期制御機構ＶＴｂの制御により排気バルブＶｂの開閉時期を設定する（＃２０１、＃２０２ステップ）。

この開閉時期の設定では、図８のタイミングダイヤグラムに示すように吸気バルブＶａの開時期であるＩＶＯとピストン４の上死点であるＴＤＣと一致させ、排気バルブＶｂの閉時期であるＥＶＣを、ＴＤＣより後となるＡＴＤＣの位相（この制御では最遅角位置）に設定することにより、閉時期であるＥＶＣと吸気バルブＶａの開時期であるＩＶＣとを重複させるオーバーラップが設定される。

つまり、この第１の極低温始動ルーチンでは、スタータモータ１５によってクランキングが行われる状況で、且つ複数の気筒のうち最初に燃焼するように順序が設定された気筒の最初の燃焼が行われる時点で、排気バルブＶｂの閉時期であるＥＶＣを、燃焼室のピストン４の上死点であるＴＤＣと異ならせる制御が行われる。その具体的な制御形態のタイミングダイヤグラムを図８に示している。

次に、スタータモータ１５の駆動によりクランキングを開始し、気筒判別を行い、所定のタイミングで、燃焼管理部１９が設定された順序で各燃焼室の燃焼を開始する（＃２０３〜＃２０５ステップ）。

燃焼の開始の後に、シャフトセンサ１６の検知に基づいてクランクシャフト１が所定量回転したことが判定されると、図９に示すように、オーバーラップを「０」に変更する制御（オーバーラップのラップ量を低減する制御の具体例）が行われ、スタータモータ１５を停止する制御が行われる（＃２０６、＃２０７）。

この制御ではクランクシャフト１が所定量（所定角度）だけ回転したことを判別したタイミングでオーバーラップを「０」に変更する制御が行われるが、これに代えて、例えば、４気筒の全て、あるいは、設定数の気筒で燃焼が行われたことを判定したタイミングでラップ量を「０」に変更する制御を行っても良い。

このオーバーラップを「０」に変更する制御では、排気側の弁開閉時期制御機構ＶＴｂの制御により、排気バルブＶｂの閉時期であるＥＶＣを吸気バルブＶａの開時期であるＩＶＯに一致（ＴＤＣにも一致）させる制御が行われる。尚、オーバーラップのラップ量を「０」に変更する制御に代えて、僅かにオーバーラップを設定しても良い。

このように、極低温の環境においてエンジンＥを始動する際には、排気バルブＶｂの閉時期であるＥＶＣを最遅角位置に設定することにより、このＥＶＣをＴＤＣより後となるＡＴＤＣの位相に設定してオーバーラップを作り出し、内部ＥＧＲによる昇温を可能にする。

つまり、極低温のエンジンＥでは、シリンダ内面も低温状態であるため、インジェクタ９で燃料を噴射した際には、シリンダ内面に接触した燃料が液滴化してシリンダ内面に付着し、燃焼性能の低下を招くこともあった。

これに対して、オーバーラップを作り出すことにより、燃焼が行われた際には吸気行程の初期において開放状態にある排気バルブＶｂを介して、高温の燃焼ガスの一部を燃焼室に取り込むことが可能となる。その結果、高温の燃焼ガスをシリンダの内壁に接触させて内壁の温度を上昇させ、燃料の液滴化を回避することにより、インジェクタ９で噴射された燃料の霧化状態を維持し、燃焼の初期から良好な燃焼を可能にする。

特にこの制御形態では、吸気バルブＶａの開閉時期を変更しないため、吸気行程での吸気量を変化させず、例えば、空燃比を変化させることのない燃焼を可能にする。更に、ＡＴＤＣの位相にオーバーラップを作り出すものでは、図１３に示すように、時間経過と共に、クランクシャフト１の回転数（エンジン回転数）が設定回転数を達し、この後にオーバーラップ「０」に変更した後にもエンジン回転数が滑らかに増大することになり、円滑な始動を実現する。

〔第１の極低温始動ルーチン〕の変形例
なお、この第１の極低温始動ルーチンでは、排気バルブＶｂの閉時期であるＥＶＣを、上死点であるＴＤＣより後となるＡＴＤＣの位相に設定してオーバーラップを形成するため、例えば、吸気バルブＶａの開時期であるＩＶＯを上死点であるＴＤＣより前（ＢＴＤＣの位相）に設定することや、ＴＤＣより後（ＡＴＤＣの位相）に設定することも可能である。

〔制御形態：第２の極低温始動ルーチン〕
極低温始動ルーチン＃Ｓｕｂの他の一形態としての第２の極低温始動ルーチンを図１０のフローチャートに示している。この第２の極低温始動ルーチンでは、吸気側の弁開閉時期制御機構ＶＴａの制御により吸気バルブＶａの開閉時期を設定し、排気側の弁開閉時期制御機構ＶＴｂの制御により排気バルブＶｂの開閉時期を設定する（＃３０１、＃３０２ステップ）。

この開閉時期の設定では、図１１のタイミングダイヤグラムに示すように吸気バルブＶａの開時期であるＩＶＯとピストン４の上死点であるＴＤＣと一致させ、排気バルブＶｂの閉時期であるＥＶＣを、ＴＤＣより前となるＢＴＤＣの位相（この制御では最進角位置）に設定することにより、閉時期であるＥＶＣと吸気バルブＶａの開時期であるＩＶＣとを重複させるネガティブオーバーラップが設定される。

つまり、この第２の極低温始動ルーチンでは、スタータモータ１５によってクランキングが行われる状況で、且つ複数の気筒のうち最初に燃焼するように順序が設定された気筒の最初の燃焼が行われる時点で、排気バルブＶｂの閉時期であるＥＶＣを、燃焼室のピストン４の上死点であるＴＤＣと異ならせる制御が行われる。その具体的な制御形態のタイミングダイヤグラムを図１１に示している。

次に、スタータモータ１５の駆動によりクランキングを開始し、気筒判別を行い、所定のタイミングで、燃焼管理部１９が設定された順序で各燃焼室の燃焼を開始する（＃３０３〜＃３０５ステップ）。

燃焼の開始の後に、シャフトセンサ１６の検知に基づいてクランクシャフト１が所定量回転したことが判定されると、図１２に示すように、ネガティブオーバーラップを「０」に変更する制御（ネガティブオーバーラップのラップ量を低減する制御の具体例）が行われ、スタータモータ１５を停止する制御が行われる（＃３０６、＃３０７）。

この制御ではクランクシャフト１が所定量（所定角度）だけ回転したことを判別したタイミングでネガティブオーバーラップを「０」に変更する制御が行われるが、これに代えて、例えば、４気筒の全て、あるいは、設定数の気筒で燃焼が行われたことを判定したタイミングでラップ量を「０」に変更する制御を行っても良い。

このネガティブオーバーラップを「０」に変更する制御では、排気側の弁開閉時期制御機構ＶＴｂの制御により、排気バルブＶｂの閉時期であるＥＶＣを吸気バルブＶａの開時期であるＩＶＯに一致（ＴＤＣにも一致）させる制御が行われる。尚、ネガティブオーバーラップのラップ量を「０」に変更する制御に代えて、僅かにネガティブオーバーラップを設定しても良い。

このように、極低温の環境においてエンジンＥを始動する際には、排気バルブＶｂの閉時期であるＥＶＣを最進角位置に設定することにより、このＥＶＣをＴＤＣより前となるＢＴＤＣの位相に設定してネガティブオーバーラップを作り出し、燃焼室に燃焼ガスを封じ込めることによる昇温が可能にする。

つまり、極低温のエンジンＥでは、シリンダ内面も低温状態であるため、インジェクタ９で燃料を噴射した際には、シリンダ内面に接触した燃料が液滴化してシリンダ内面に付着し、燃焼性能の低下を招くこともあった。

これに対して、ネガティブオーバーラップを作り出すことにより、燃焼が行われた際には、吸気行程において吸気バルブＶａが開時期であるＩＶＯに達するまで燃焼室に燃焼ガスを封じ込めることにより、高温の燃焼ガスを燃焼室のシリンダ内面に接触させて高温状態を維持し、温度上昇を図るようにしている。その結果、高温の燃焼ガスをシリンダ内面に接触させる時間を延長してシリンダ内面の温度を上昇させ、燃料の液滴化を回避することにより、インジェクタ９で噴射された燃料の霧化状態を維持し、燃焼の初期から良好な燃焼を可能にする。

特にこの制御形態では、吸気バルブＶａの開閉時期を変更しないため、吸気行程での吸気量を変化させず、例えば、空燃比を変化させることのない燃焼を可能にする。

〔第２の極低温始動ルーチン〕の変形例
なお、この第１の極低温始動ルーチンでは、排気バルブＶｂの閉時期であるＥＶＣを、上死点であるＴＤＣより以前となるＢＴＤＣの位相に設定してネガティブオーバーラップを形成するため、例えば、吸気バルブＶａの開時期であるＩＶＯを上死点であるＴＤＣより前（ＢＴＤＣの位相）に設定することや、上死点であるＴＤＣより後（ＡＴＤＣの位相）に設定することも可能である。

本発明は、内燃機関の制御装置に利用することができる。

１ クランクシャフト
４ ピストン
１４ 温度センサ（環境温度センサ）
１５ スタータモータ
Ｅ エンジン（内燃機関）
Ｍ 位相制御モータ（電動アクチュエータ）
Ｖａ 吸気バルブ
Ｖｂ 排気バルブ
ＶＴｂ 弁開閉時期制御機構
ＴＤＣ 上死点
ＥＶＣ 排気バルブの閉時期
ＩＶＣ 吸気バルブの開時期

Claims (6)

1. クランクシャフトの回転に連係してシリンダ内で往復作動するピストンと前記クランクシャフトの回転に連係して燃焼室を開閉する吸気バルブおよび排気バルブとを有する複数の気筒と、前記クランクシャフトを駆動回転させるスタータモータと、電動アクチュエータの駆動により前記吸気バルブの開閉時期を設定する弁開閉時期制御機構と、を備えて内燃機関が構成され、
   前記内燃機関の周囲の環境温度を検知する環境温度センサを備え、
   前記環境温度センサで検知される前記環境温度が氷点下１０度未満にある場合には、前記スタータモータによってクランキングが行われる状況で、複数の前記気筒のうち最初に燃焼するように順序が設定された前記気筒の最初の燃焼が行われる時点で、前記排気バルブの閉時期であるＥＶＣを、前記燃焼室のピストンの上死点であるＴＤＣと異ならせるように前記電動アクチュエータを制御する内燃機関の制御装置。
2. 複数の前記気筒のうち最初に燃焼するように順序が設定された前記気筒の最初の燃焼が行われる時点では、前記ＥＶＣを、前記ＴＤＣより後であるＡＴＤＣの位相に設定することにより、前記ＥＶＣと前記吸気バルブの開時期であるＩＶＣとを重複させるオーバーラップが設定される請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記クランクシャフトの回転数が所定の設定値を超えた後に、前記オーバーラップのラップ量を低減させる請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 複数の前記気筒のうち最初に燃焼するように順序が設定された前記気筒の最初の燃焼が行われる時点では、前記ＥＶＣを前記ＴＤＣより前となるＢＴＤＣに設定することにより、前記ＥＶＣと前記吸気バルブの開時期であるＩＶＯとの間にネガティブオーバーラップを設定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記クランクシャフトの回転数が所定値を超えた後に、前記ネガティブオーバーラップのラップ量を低減する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 複数の前記気筒のうち最初に燃焼するように順序が設定された前記気筒の最初の燃焼が行われる時点では、前記ＥＶＣを、前記吸気バルブの開時期であるＩＶＯより遅くしてオーバーラップを設定するように前記電動アクチュエータを制御する請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
   
   
   

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