JP4640120B2

JP4640120B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP4640120B2
Application number: JP2005323923A
Authority: JP
Inventors: 幸博中坂; 幸弘園田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2025-11-08
Also published as: JP2007132216A

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。更に具体的には、複数の気筒と、その内部で燃焼サイクルに従って移動するピストンとを備える内燃機関を制御する制御装置に関するものである。

特開２００２―６１５２２号公報には、吸気バルブの開弁特性を変更することができる可変動弁機構を有する内燃機関の制御システムが開示されている。このシステムにおいては、内燃機関の停止時に、吸気バルブを小リフト量、小作用角に制御し、吸気バルブの閉弁時期（ＩＶＣ）が下死点よりも大幅に早められるように制御する。内燃機関起動時には、このように制御された状態のままクランキングが開始される。このとき吸気バルブが早閉じに制御されているため、吸気行程における気筒内への吸入空気量が小さくなる。その結果、圧縮行程に入る気筒の筒内圧が低くなり、その気筒のピストンを押し上げるのに必要な圧縮圧力が小さくなる。これにより、上記従来技術によれば、内燃機関始動時のクランキングに伴う不快な振動の発生が抑制される。

また、ピストンが下死点付近にあるまま停止した場合、その気筒内に大気が流入するため、気筒内はそのピストンの位置に対応した大気圧下での空気量となる。この場合、吸気バルブを早閉じに制御しても、上記のような圧縮圧力を小さくする効果を得ることができない。しかし、上記従来技術のシステムは、力学的なバランス作用（コンプレッションによって押し返される力を受ける）によって、ピストンは行程の中央付近に停止する場合がほとんどであるとし、また、更に完璧を期するために、ピストンが中央付近に停止するように起動用モータを制御する場合もあるとしている。従って、上記従来技術のシステムによれば、吸気バルブの早閉じによる圧縮圧力の低減の効果を得られ、内燃機関始動時の振動が抑制される。

特開２００２−６１５２２号公報

上記従来技術においては、内燃機関始動直後の圧縮圧力を小さくするため、ピストンは上死点、下死点近傍で停止しないようにしている。しかしながら、上記従来技術は４気筒の内燃機関を基本とするものである。４気筒であれば、７２０度の燃焼サイクル中、気筒間の間隔を１８０度とすることができる。このため、全ての気筒内でピストンを、上死点、下死点から９０度離れた位置に停止させることができる。しかし、４気筒より多い場合、７２０度の燃焼サイクルの中での爆発の間隔は短くなり、これに伴いピストンの位置の間隔も短くなる。具体的に、例えば８気筒の場合には、７２０度の燃焼サイクルの中で各気筒内のピストンは９０度ずつの間隔を持つことになる。このような場合、全てのピストンを上死点、下死点から遠い位置に停止させることができず、いずれかの気筒のピストンは上死点および下死点から近い位置に停止することとなる。

内燃機関の停止中、気筒内には大気が侵入し気筒内は大気圧となり、そのピストン位置に対応した大気圧下での空気量が気筒内に吸入されることとなる。このためピストンが下死点付近で停止した場合、気筒内の空気量はそのピストンの停止位置に従って増大することとなる。その結果、吸気バルブを早閉じのタイミングとしても、停止時に吸入された空気により筒内圧はすでに大きくなっている。従って始動時における圧縮圧力が大きくなり、ピストンの押し上げのために大きなトルクが必要となる。その結果、内燃機関の始動時に振動が生することとなる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、気筒数が４気筒を越える場合にも、効果的に振動を抑えた始動を可能とする内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、複数の気筒と、
前記複数の気筒のそれぞれの内部に配置されたピストンと、
前記複数の気筒それぞれに配置され、前記ピストンの移動に連動して所定のタイミングで吸気ポートを開閉する吸気バルブと、
前記ピストンを、内燃機関の燃焼サイクルに従って、前記気筒内で移動させる正回転手段と、
前記ピストンを、前記燃焼サイクルとは逆回転に、前記気筒内で移動させる逆回転手段と、
前記内燃機関の始動直後に、前記ピストンが逆回転方向に移動するように前記逆回転手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第１の発明は、更に、前記制御手段が、前記複数の気筒のうち、前記内燃機関の始動直前、圧縮行程にある気筒であって、かつ、前記内燃機関の始動直前における前記ピストンの停止位置が、前記吸気バルブの閉弁タイミングにおける前記ピストンの停止位置よりも下死点に近い位置にある気筒を特定し、特定された該気筒が、少なくとも前記閉弁タイミングを越えるように逆回転の角度を制御することを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、前記複数の気筒のうち、前記内燃機関の始動直前に膨張行程にある気筒が、前記逆回転によっても上死点を越えない範囲となるように逆回転を制御することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、
前記複数の気筒のうち、前記内燃機関の始動直前に膨張行程にある気筒であって、前記内燃機関の始動直前における前記ピストンの停止位置が前記閉弁タイミングにおける前記ピストンの停止位置よりも下死点に近い位置にある気筒が、前記逆回転によっても上死点を越えない範囲となるように逆回転を制御することを特徴とする。

第１の発明によれば、内燃機関の始動前に、燃焼サイクルとは逆回転にピストンを移動させる。これにより内燃機関の始動直後、最初に圧縮終了点付近を通る気筒の筒内圧を小さく抑えることができ、内燃機関の始動時に発生する振動を小さく抑えることができる。

第１の発明によれば、逆回転の角度が、内燃機関の始動後、圧縮行程にある少なくとも１の気筒のピストンが、吸気バルブの閉弁時期を越えて逆回転する範囲で定められる。これにより、圧縮行程の気筒の筒内圧を小さくすることができ、内燃機関始動直後の圧縮圧力を小さく抑えることができる。

第２の発明によれば、逆回転の角度が、複数の気筒のうち、内燃機関の停止時に膨張行程にある気筒のピストンが、上死点を越えない範囲で定められる。これにより逆回転によるピストンの移動時に振動が発生するのを抑えることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
[実施の形態１のシステム構成について]
図１は、この発明の実施の形態１における内燃機関の制御システムを説明するための模式図である。図２は、実施の形態１の気筒４の上部を表すための模式図である。図１に示すように、実施の形態１のシステムは、内燃機関２を備えている。内燃機関２は気筒４を備えている。図１においては、１の気筒４の断面のみを表しているが、後述するように内燃機関２は第１〜第８の８つの気筒４を備えている。気筒４内部にはピストン６が配置されている。ピストン６は、コンロッド８を介して、クランクシャフト１０に接続されている。クランクシャフト１０の近傍には、その回転数を検出する回転数センサ１２が配置されている。

気筒４内のピストン６の上部には、燃焼室１４が設けられている。燃焼室１４には、吸気ポート１６および排気ポート１８が連通している。図１においては、１の気筒４に接続する１の吸気ポート１６と排気ポート１８が表されている。しかし、実際には図２に示すように、１つの気筒４の燃焼室１４には、２つの吸気ポート１６と２つの排気ポート１８が連通している。図１を参照して、燃焼室１４には、先端部が露出するように点火プラグ２０が組み付けられている。吸気ポート１６には、インジェクタ２２が組みつけられている。また、インジェクタ２２の上流には、電子制御式のスロットルバルブ２４およびエアフロメータ２６が配置されている。一方、排気ポート１８には、排気空燃比に応じた出力を発する空燃比センサ２８が配置されている。

内燃機関２は、吸気ポート１６のそれぞれを開閉する吸気バルブ３０と、排気ポート１８のそれぞれを開閉する排気バルブ３２とを備える。また、内燃機関２は、吸気バルブ３０を駆動する吸気カム３４と、排気バルブ３２を駆動する排気カム３６とを備える。吸気カム３４および排気カム３６は、カムプーリやタイミングベルト等を介して、クランクシャフト１０に接続されている。吸気カム３４および排気カム３６が、クランクシャフト１０の回転に連動して回転することにより、吸気バルブ３０および排気バルブ３２が稼動し、その結果、吸気ポート１６および排気ポート１８が開閉される。吸気カム３４は、カムシャフト等を介してＶＶＴ機構(Variable Valve Timing Mechanism)３８に連結されている。ＶＶＴ機構３８は、吸気カム３４を介して吸気バルブ３０の作用角およびリフト量を変化させ得るものとする。排気カム３６は、カムシャフト等を介してＶＶＴ機構４０に連結されている。ＶＶＴ機構４０は、排気カム３６を介して排気バルブ３２の作用角およびリフト量を変化させ得るものとする。なお、ＶＶＴ機構３８、ＶＶＴ機構４０の構造は特に新規なものではないため、ここではその詳細な説明は省略する。吸気カム３４の近傍には、カムの回転位置を検出するカムポジションセンサ４２が配置され、排気カム３６の近傍には、カムポジションセンサ４４が配置されている。

また、内燃機関２は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４６を備えている。ＥＣＵ４６は、回転数センサ１２、エアフロメータ２６、空燃比センサ２８、およびカムポジションセンサ４２、４４等の各種センサから、内燃機関２の制御に必要な情報を取得する。また、取得した情報に基づいて、クランクシャフト１０、点火プラグ２０、インジェクタ２２、スロットルバルブ２４、および、ＶＶＴ機構３８、４０の駆動を制御する。

[実施の形態１のシステムの特徴的な制御]
図３は、内燃機関２の停止時における各気筒４の状態を説明する模式図であり、図４は、内燃機関２の停止時における吸気バルブ３０および排気バルブ３２のバルブタイミングについて説明するためのバルブタイミングダイヤグラムである。また、図５は、内燃機関２の始動時における各気筒４の状態を説明する模式図であり、図６は、内燃機関２の始動時における吸気バルブ３０および排気バルブ３２のバルブタイミングについて説明するためのバルブタイミングダイヤグラムである。各図において、「ＩＶＯ」は吸気バルブの開弁タイミング、「ＩＶＣ」は吸気バルブの閉弁タイミング、「ＥＶＯ」は排気バルブの開弁タイミング、「ＥＶＣ」は排気バルブの閉弁タイミングを表している。なお、以下本実施の形態において、ピストン６のＴＤＣ(Top Dead Center;上死点)とＢＤＣ(Bottom Dead Center;下死点)との間に限らず、吸気バルブの閉弁（ＩＶＣ）から、爆発・膨張開始点付近のＴＤＣ（以下「圧縮ＴＤＣ」）までの間の行程を、「拡大圧縮行程」と称するものとする。

図３、図４に示すように、内燃機関２は第１〜第８気筒の８つの気筒４を有している。第１〜第８の各番号は燃焼順序を表すものであり、内燃機関２内で必ずしもこの番号順に配置されているものではない。なお、特に個別に各気筒４を表す場合には、第１〜第８気筒に対応して４ａ〜４ｈの符号を付すものとする。また各図において、○内に示す番号は第１〜第８気筒に対応して気筒番号を示すものとする。

内燃機関２の停止時は、第１〜第８気筒のピストン６は、ＴＤＣ、ＢＤＣと、その中間位置とに停止する。具体的に図３の例では、第４気筒４ｄのピストン６は吸気開始点付近のＴＤＣ（以下、「吸気ＴＤＣ」とする）で停止し、９０度ずつずれて、第３気筒４ｃのピストン６が吸気ＴＤＣと圧縮開始点付近のＢＤＣ（以下「圧縮ＢＤＣ」とする）との間で停止、第２気筒４ｂのピストン６が圧縮ＢＤＣで停止し、第１気筒４ａのピストン６が圧縮ＢＤＣと、圧縮ＴＤＣとの間で停止する。第８気筒４ｈのピストン６は、圧縮ＴＤＣの位置で停止し、９０度ずつずれて、第７気筒４ｇのピストン６が圧縮ＴＤＣと、爆発・膨張後のＢＤＣ（以下「排気ＢＤＣ」とする）との間で停止、第６気筒４ｆのピストン６が排気ＢＤＣで停止、第５気筒４ｅのピストン６が排気ＢＤＣと吸気ＴＤＣとの中間位置で停止している。

図４に示すように、吸気バルブ３０は早閉じのタイミングで、具体的には吸気ＴＤＣと圧縮ＢＤＣとの中間付近で閉じられる。一方、排気バルブ３２は早開きのタイミングで、具体的には排気ＢＤＣより早いタイミングで開かれる。停止時及び始動開始時には、このタイミングに設定された状態でＶＶＴ機構３８、４０がロックされ、吸気バルブ３０、排気バルブ３２は、クランクシャフト１０の回転、すなわちピストン６の動きに連動して稼動する。

上記の状態で内燃機関２が停止すると、各気筒４内には外部から徐々に大気が侵入する。これにより、筒内圧は大気圧となる。大気圧における気筒４それぞれの行程容量（排気量）を１、燃焼室１４の容量をαとすると、ピストン６がＢＤＣまで移動している第２、第６気筒４ｂ、４ｆの空気量は1+α、ＴＤＣにある第４、第８気筒４ｄ、４ｈの空気量はα、ＢＤＣとＴＤＣとの中間位置にピストン６が停止している第３、１、７、５気筒４ｃ、４ａ、４ｆ、４ｅの空気量は1/2+αとなる。なお、機械圧縮比をεとするとαは、α=1/(ε-1)となる。

実施の形態１において、内燃機関２の始動直前には、図３、図４の状態から、図５、６の状態となるようにクランクシャフト１０を９０度逆回転させる。この結果、図５、図６に示すように第１〜第８気筒４それぞれのピストン６、吸気バルブ３０、排気バルブ３２が、９０度逆回転した位置に戻される。具体的に、第３気筒４ｃは吸気行程開始点付近に戻される。ピストン６はＴＤＣとＢＤＣとの中間位置から吸気ＴＤＣ付近に戻り、これに連動してカムが逆回転する。第２気筒４ｂは吸気行程のＩＶＣより僅かに進角する位置に戻され、吸気バルブが開いた状態となる。また、第２気筒４ｂのピストン６はＴＤＣとＢＤＣとの中間位置まで上昇する。第１気筒４ａは拡大圧縮行程の中で逆回転され、ピストン６はＢＤＣに下降する。第８気筒４ｈは圧縮行程に戻され、ピストン６はＢＤＣとＴＤＣとの中間位置に下降する。第７気筒４ｇは膨張行程開始点付近に戻され、ピストン６はＴＤＣに上昇する。第６気筒４ｆは膨張行程に戻され、ピストン６はＴＤＣとＢＤＣとの中間位置に上昇する。第５気筒４ｅは排気行程の中で戻され、ピストン６はＢＤＣに下降する。第４気筒４ｄは排気行程に戻され、ピストン６はＴＤＣとＢＤＣとの中間位置にまで下降する。

上記のようにクランクシャフト１０を９０度逆回転すると、各気筒４内の空気量は以下のように変化する。第３気筒４ｃは、吸気バルブ３０が開いた状態で、ピストン６が元の位置から上昇して気筒内の容積が減少するため、気筒内の空気量はαに減少する。第２気筒４ｂについては、ピストン６が元の位置から上昇し、ＩＶＣにおいて吸気バルブ３０が開くため、気筒内の空気量は1/2+αに減少する。

第１気筒４ａについては、ピストン６がＢＤＣまで下降するため気筒４ａ内の容積は増加する。しかし、吸気バルブ３０、排気バルブ３２が共に閉じているため、気筒４ａ内の空気量1/2+αは変化せずそのまま維持される。この空気量1/2+αは大気圧下では、ピストン６がＢＤＣとＴＤＣとの中間位置にあるときの空気量であり、ピストン６がＢＤＣにある場合には大気圧下での気筒４ａ内の空気量は1+αである。従って、第１気筒４ａ内の筒内圧は低い状態となる。また、第８気筒４ｈについてもピストン６が圧縮ＴＤＣからストロークの中間位置まで下降するため、気筒４ｈの容積は増加する。しかし、吸気バルブ３０、排気バルブ３２が共に閉じているため、内燃機関２停止時の空気量αがそのまま維持される。この空気量αは、大気圧下では、ピストン６がＢＤＣに位置する場合の空気量であり、ピストン６がストロークの中間位置にある場合大気圧下での気筒４内の空気量は1/2+αである。従って、第８気筒４ｈ内は筒内圧の低い状態となる。

第７気筒４ｇについてはピストン６が停止時の位置から上昇し気筒４ｇ内の容積は減少するが、吸気バルブ３０、排気バルブ３２が共に閉鎖されているため空気量がそのまま維持され1/2+αとなる。第６気筒４ｆについては、もとの位置からピストン６が上昇し、気筒４ｆ内の容積が減少する。この上昇中しばらく排気バルブ３２が開いた状態となる。従って、第６気筒４ｆにおいては、ピストン６の上昇に連動して一部の空気が排出され、気筒４ｆ内の空気量は1/2+α程度に減少する。第５、第４気筒４ｅ、４ｄについては、もとの位置からピストン６が下降して気筒４ｅ、４ｆ内の容積が増加する。このとき排気バルブ３２が開いた状態となるため大気が吸引され、空気量はピストン６の位置にあわせて1+α、1/2+αに増加する。

ところで、内燃機関２の始動時に起きる振動の最も大きな原因となるのは、圧縮終了点付近（以下「圧縮端」とする）、すなわち実施の形態１においては、圧縮ＴＤＣ付近において、ピストン６を押し上げる力である。従って、圧縮端における筒内圧が大きい場合、ピストン６の押し上げに大きなトルクが必要となる。特に、始動直後のトルクが確保されていない状態にあっては、圧縮端において大きなトルクが必要となると、トルク変動が大きくなり、振動発生の原因となる。従って、圧縮端において必要となるトルクを減らすことにより、始動時の振動を抑えることができる。

この点、実施の形態１においては図３、４に示す状態で停止し、始動時においては図５、６のようにクランクシャフト１０の９０度の逆回転を行う。これにより、逆回転前には圧縮ＢＤＣ付近にあって、筒内の空気量が最大の1+αとなっていた第２気筒４ｂは、吸気行程のＩＶＣ直前に戻され、吸気バルブが開いた状態となり、空気量が1/2+αにまで減少する。その後、正回転で内燃機関２の始動を開始後、直ちに吸気バルブ３０が閉弁するため、第２気筒４ｂ内の空気量は1/2+αのまま拡大圧縮行程に入る。したがって、逆回転を行わずに、拡大圧縮行程に入った場合の第２気筒の空気量(1+α)と比較して、拡大圧縮行程において圧縮する空気量を大幅に減少させることができる。その結果、圧縮端における筒内圧を小さくすることができ、振動の発生を抑えることができる。

また、逆回転後正回転で内燃機関２の始動を開始した際、最初に圧縮行程の圧縮端を通過する気筒は第８気筒４ｈとなる。ここで、第８気筒４ｈは逆回転中も、吸気バルブ３０おにより気筒４ｈ内の空気量がαのまま増加することなく、ＴＤＣとＢＤＣとの中間位置にまでピストン６が引き戻された状態になっている。つまり、第８気筒４ｈの空気量(α)は、始動開始時のピストン位置の通常の空気量(1/2+α)に比較して小さい状態となっている。従って、第８気筒４ｈ内の圧縮端における筒内圧は小さく、振動の発生を抑えることができる。更に、第８気筒４ｈの後、続けて第１気筒４ａが圧縮端を通過する。第１気筒４ａは逆回転により気筒４ａ内の空気量が1/2+αの状態のまま増加することなく、圧縮のＢＤＣにまでピストン６が引き戻された状態となっている。従って、第１気筒４ａ内の筒内圧は小さくなっている。これにより、更に振動の低減を図ることができる。

また、始動後、最初に拡大圧縮行程に入る上記の第２、第８、第１気筒以外の気筒については、吸気バルブ３０のＩＶＣが早閉じのタイミングとなるように制御されることにより、振動の発生が抑えられている。つまり、吸気バルブ３０は、吸気ＴＤＣと圧縮ＢＤＣとの中間付近で閉じられるため、拡大圧縮行程前に気筒４内に吸入される空気量は1/2+αとなる。従って、圧縮行程の圧縮端における筒内圧は小さく抑えられ、圧縮端における振動の発生が抑えられる。

図７、図８は、この発明の実施の形態１の制御装置が実行する制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。図７のルーチンは内燃機関２の停止時に毎回実行されるルーチンである。図７のルーチンでは、まず内燃機関２の停止が指示されているか否かが判定される（ステップＳ１０２）。内燃機関２の停止指示の有無は、例えばＨＶ車であればＨＶ制御からの指示有無、アイドリング中の内燃機関２の停止制御がされていない場合にはドライバーによりイグニッションスイッチがOFFされたか否か等により判定される。ステップＳ１０２において内燃機関２の停止指示が認められない場合には、この処理を終了する。ステップＳ１０２において内燃機関２の停止指示が認められた場合、停止時の制御を行う（ステップＳ１０４）。具体的に停止時には、図３、図４に示すように、８つの気筒のうち２つの気筒４（図３においては第４、第８気筒）のピストン６がＴＤＣに、２つの気筒（図３においては第２、第６気筒）のピストン６がＢＤＣに、残りの気筒４（図３においては、第１、第３、第５、第７気筒）のピストン６が、それぞれＴＤＣとＢＤＣとの間に位置するように制御される。一方、吸気バルブ３０、排気バルブ３２は、早閉じのタイミングになるように吸気カム３４、排気カム３６の角度を調整することにより制御される。

図８のルーチンは内燃機関２の始動寺に毎回実行されるルーチンである。図８のルーチンでは、まず内燃機関２の始動が指示されているか否かが判定される（ステップＳ１０６）。内燃機関２の始動指示の有無は、例えば、ＨＶ車の場合にはＨＶ制御からの始動指示の有無、アイドリング時の内燃機関２の停止制御がされていない場合にはドライバーによりイグニッションスイッチがONされたか否か等により判定される。ステップＳ１０６において、内燃機関２の始動指示が認められない場合、この処理を終了する。

一方、ステップＳ１０６において内燃機関２の始動が認められた場合、内燃機関２のクランクシャフト１０が９０度逆回転される（ステップＳ１０８）。これにより内燃機関２始動時に拡大圧縮行程に入る気筒のうち、特に、ピストン６がＢＤＣ付近で停止しており、筒内の空気量が大きくなっている気筒（図５においては、第２気筒４ｂ）は、ＩＶＣにまで逆回転される。その結果吸気バルブ３０が開き、第２気筒４ｂ内の空気量は、そのときのピストン６位置（ＴＤＣとＢＤＣとの中間）に合わせて、1/2+αにまで減少する。また、同様に、内燃機関２の始動時に拡大圧縮行程に入る他の気筒４（図５においては、第８気筒４ｈ及び第１気筒４ａ）のピストン６は、内部の空気量が変化しないままに引き戻される。その結果、この気筒４内の空気量はピストン６の位置に対しては少なく、筒内圧が小さい状態となる。

次に、内燃機関２が始動される（ステップＳ１１０）。ここでは、始動後、拡大圧縮行程に入り、かつ、ＢＤＣ付近にピストン６が停止していた気筒（図５においては、第２気筒２ｂ）について、一旦ＩＶＣのタイミングにまで逆回転している。従って、気筒４内の空気量が小さくなっている。従って、この気筒４の圧縮端における圧力は小さくなっている。また、始動後に拡大圧縮行程に入る他の気筒（図５においては第１気筒４ａ、第８気筒４ｈ）についは、逆回転によっても空気量が増加していない。従って、筒内圧が小さい状態のまま圧縮端を通過することができる。従って、内燃機関２の始動後の拡大圧縮行程での圧縮端における圧力が小さくなる。その結果、内燃機関２の始動時に発生する振動を低減することができる。

なお、実施の形態１においては、８つの気筒のうち４つの気筒において、ピストン６がＴＤＣ、ＢＤＣで停止させ、始動時に９０度の逆回転を行う場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではない。停止位置とバルブタイミングは通常の走行状態を考慮して決定すればよく、始動時にはピストン６の停止位置およびバルブタイミングを考慮して逆回転の角度を決定し、その角度で始動直前にクランクシャフト１０の逆回転を行えばよい。すなわち、内燃機関２の停止時に、ピストン６が、ＩＶＣにおけるピストン６の位置よりもＢＤＣに近い位置に停止している気筒であって、逆回転をせずに始動した場合にＩＶＣを越える前に拡大圧縮行程に入る気筒において、逆回転により、始動後に拡大圧縮行程に入る気筒を特定して、その気筒がＩＶＣを越えるまで、逆回転するようにすればよい。

また、逆回転時に膨張行程にある気筒（図５では第６、第７気筒４ｆ、４ｇ）のピストン６の押し上げにより、圧縮ＴＤＣを超える場合、逆回転時に振動が発生することが考えられる。従って、逆回転する場合、膨張行程にある気筒がＴＤＣを越えない範囲とすることが好ましい。あるいは、膨張行程にある気筒がＴＤＣを越える場合であっても、内燃機関停止時のピストン６の停止位置が、ＩＶＣにおけるピストン位置よりもＢＤＣに近い位置に停止している気筒については、逆回転によりＴＤＣを越えない範囲に留めることが好ましい。これにより振動の発生をより効果的に抑えることができる。

また、実施の形態１においてはＶＶＴ機構３８、４０により吸気カム３４、排気カム３６を介してバルブタイミングが制御され、クランクシャフト１０の回転に連動して吸気バルブ３０、排気バルブ３２が開閉される場合について説明した。しかし、バルブタイミングの制御機構はこれに限るものではなく、例えば各吸気バルブ３０、排気バルブ３２を個別に稼動できるものなど、他の制御機構を用いてもよい。

実施の形態２．
実施の形態２のシステム構成は、内燃機関２の気筒４の数が４気筒である点を除き、実施の形態１と同じものである。図９は、実施の形態２における内燃機関２の停止時の気筒の状態を説明するための模式図である。また、図１０は、内燃機関２の停止時のバルブタイミングを説明するためのバルブタイミングダイヤグラムである。図９に示すように、実施の形態２の例では、内燃機関２は第１〜第４の４気筒４ａ〜４ｄを有している。内燃機関２の停止時には、各気筒４のピストン６のそれぞれを例えば、圧縮ＢＤＣ、吸気ＴＤＣ、排気ＢＤＣ、圧縮ＴＤＣに停止する。停止後、各気筒４内は空気に置換される。その結果、ピストン６がＴＤＣにある第２、第４気筒４ｂ、４ｄ内の空気量はαとなり、ピストン６がＢＤＣにある第１、第３気筒４ａ、４ｃ内の空気量は1+αとなる。図１０に示すように吸気バルブ３０は早閉じのタイミングで閉じられ、排気バルブ３２は早開きのタイミングで開閉されるように吸気カム３４、排気カム３６を介して制御される。

図１１は内燃機関２の始動時にクランクシャフト１０を９０度逆に回転させた場合の各気筒の状態を説明するための模式図であり、図１２は、始動時のバルブタイミングを説明するためのバルブタイミングダイヤグラムである。実施の形態２においては、実施の形態１と同様に、始動時にクランクシャフト１０を９０度逆回転させる。このとき図１１に示すように、各気筒４のピストン６のそれぞれはＴＤＣとＢＤＣとの中間位置に配置される。具体的に第１気筒４ａは吸気バルブ３０が閉じられる直前のタイミングにまで戻されることから、９０度逆回転した時点で吸気バルブ３０が開き、第１気筒４ａ内の圧力は大気圧となるとともに、気筒４ａ内の空気量は1+αから1/2+αにまで減少する。第４気筒４ｄは圧縮ＴＤＣからストローク中間付近に途中に戻される。この間、吸気バルブ３０、排気バルブ３２共に閉鎖されている。従って、第４気筒４ｄ内の空気量はαから変化せず、第４気筒４ｄの筒内圧は減少する。第３気筒４ｃは膨張行程の途中に戻される。このとき排気バルブ３２の開弁タイミングを進角して制御されているため、逆回転の途中排気バルブ３２が開いた状態にあり、第３気筒４ｃ内の空気は排気されながらピストン６が戻される。従って、第３気筒４ｃ内はほぼ大気圧に近く、空気量は1+αから1/2+α程度にまで減少する。第２気筒４ｂは排気行程の途中に戻される。このとき排気バルブ３２が開放された状態となるため、第２気筒４ｂの筒内圧は大気圧となり、空気量はαから1/2+αに増加する。

上述したように、内燃機関２の始動時において最も大きなトルクが必要となり、振動の原因となるのは、圧縮行程の圧縮端においてピストン６を押し上げる際の力である。ここで、逆回転により内燃機関２の始動直後に拡大圧縮行程に入る気筒は第４気筒４ｄ及び第１気筒４ａである。特に、第１気筒４ａは内燃機関２の停止時にピストンがＢＤＣにあるため、気筒内の空気量が大きくなっている。しかし、逆回転により第１気筒４ａはＩＶＣよりも進角して戻される。すなわち、第１気筒４ａは、逆回転によりピストン６がＴＤＣとＢＤＣとの中間位置付近に来た時点で、吸気バルブ３０が開放される。その結果、ピストン６内の空気は排出され、そのピストン６位置に対応した空気量1/2+αにまで減少する。従って、内燃機関２の始動後、第１気筒４ａが圧縮端を通過する際の筒内圧を小さくすることができ、内燃機関２の始動時における振動の発生を抑えることができる。また、実施の形態２において第４気筒４ｄは逆回転により空気量αのままピストン６の位置が戻されているため、筒内圧が小さく状態となっている。従って、内燃機関２全体として始動後の圧縮行程の圧縮端におけるトルク変動を小さく抑えることができ、始動時に発生する振動を小さく抑えることができる。上記のような実施の形態２における制御は、図７、図８と同様のルーチンで行われる。

なお、実施の形態２では、図９、図１０に示すように各気筒４のピストンをそれぞれ、ＴＤＣまたはＢＤＣで停止させる場合について説明した。しかしピストンの停止位置はこれに限るものではない。図１３は、この発明の実施の形態２における他の停止時の例を説明するためのバルブタイミングダイヤグラムである。図１３に示す例では、各気筒４のピストン６は、それぞれＴＤＣとＢＤＣとの間の各行程の中間位置付近に停止するように制御される。この場合、停止時に各気筒４内が空気に置換されることにより、第１〜第４気筒の筒内圧は大気圧となり、空気量は全て1/2+αとなる。この例の場合、ＩＶＣにおけるピストン６の位置とほぼ同位置において、全ての気筒４のピストン６が停止することになる。従って、仮に逆回転により、内燃機関２の始動後に拡大圧縮行程に入るいずれかの気筒を、ＩＶＣを越えて進角させたとしても、その気筒４内の空気量を停止時よりも減少させることができない。従って、このような場合、つまり、始動後に拡大圧縮行程に入る気筒のなかに、ピストン６の位置よりもＢＤＣに近くなる気筒４がないような場合には、特に逆回転をする効果を得ることができない。このような場合には、逆回転を行うことなく通常通りに内燃機関２の始動を開始すればよい。実施の形態２においては、逆回転を行うことなく始動する場合にも、ＩＶＣは、進角制御されているため、拡大圧縮行程における圧縮空気量は1/2+αとなる。従って、始動時の振動を抑えることができる。

また、上記の逆回転を行わない場合の制御を、逆回転を行う場合の制御と組み合わせて、例えば、図８のステップＳ１０６とステップＳ１０８との間に、ピストン６の停止位置から逆回転が必要か否かを判定するステップを加えて、逆回転が必要と判定された場合にのみ、ステップＳ１０８において逆回転をするような制御を行うこともできる。

上述したように、停止位置とバルブタイミング、始動時の逆回転の角度は、実施の形態２において説明した例に限るものではない。停止位置とバルブタイミングは通常の走行状態を考慮して決定すればよい。また、始動時にはピストン６の停止位置およびバルブタイミングを考慮して、逆回転の角度を決定する。すなわち、逆回転により、始動後に拡大圧縮行程に入る気筒であって、ＩＶＣのピストン位置よりもＢＤＣに近い位置にピストン６が停止している気筒を特定し、この気筒がＩＶＣを越えて進角されるような角度を算出して、逆回転するようにすればよい。これにより、気筒内の空気量を停止時の空気量より少なくすることができ、始動時の圧縮行程の圧縮端におけるその気筒の筒内圧を小さくし、トルク変動による振動の発生を抑えることができる。

また、以上の実施の形態では、４気筒、８気筒の場合について説明したが、これに限るものでもなく、例えば６気筒などの場合であっても同様に適用することができる。この場合であっても、内燃機関２の始動後に拡大圧縮行程の圧縮端を通る気筒内の空気を減少させることができるものであればよく、その結果、始動時の振動を小さく抑えることができる。

以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

この発明の実施の形態１におけるシステムの構成を説明するための模式図である。この発明の実施の形態１における内燃機関の１の気筒上部を表す図である。この発明の実施の形態１における内燃機関の停止時の各気筒の状態を表す図である。この発明の実施の形態１における内燃機関の停止時の各気筒の状態を表す図である。この発明の実施の形態１における内燃機関の始動時の各気筒の状態を表す図である。この発明の実施の形態１における内燃機関の始動時の各気筒の状態を表す図である。この発明の実施の形態１において制御装置が実行する制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。この発明の実施の形態１における制御装置が実行する制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。この発明の実施の形態２における内燃機関の停止時の各気筒の状態を表す図である。この発明の実施の形態２における内燃機関の停止時の各気筒の状態を表す図である。この発明の実施の形態２における内燃機関の始動時の各気筒の状態を表す図である。この発明の実施の形態２における内燃機関の始動時の各気筒の状態を表す図である。この発明の実施の形態２における内燃機関の他の停止時の各気筒の状態を表す図である。

符号の説明

２内燃機関
４気筒
６ピストン
８コンロッド
１０クランクシャフト
１２回転数センサ
１４燃焼室
１６吸気ポート
１８排気ポート
２０点火プラグ
２２インジェクタ
２４スロットルバルブ
２６エアフロメータ
２８空燃比センサ
３０吸気バルブ
３２排気バルブ
３４吸気カム
３６排気カム
３８ＶＶＴ機構
４０ＶＶＴ機構
４２カムポジションセンサ
４４カムポジションセンサ
４６制御装置

Claims

複数の気筒と、
前記複数の気筒のそれぞれの内部に配置されたピストンと、
前記複数の気筒それぞれに配置され、前記ピストンの移動に連動して所定のタイミングで吸気ポートを開閉する吸気バルブと、
前記ピストンを、内燃機関の燃焼サイクルに従って、前記気筒内で移動させる正回転手段と、
前記ピストンを、前記燃焼サイクルとは逆回転に、前記気筒内で移動させる逆回転手段と、
前記内燃機関の始動直後に、前記ピストンが逆回転方向に移動するように前記逆回転手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記複数の気筒のうち、前記内燃機関の始動直前、圧縮行程にある気筒であって、かつ、前記内燃機関の始動直前における前記ピストンの停止位置が、前記吸気バルブの閉弁タイミングにおける前記ピストンの停止位置よりも下死点に近い位置にある気筒を特定し、特定された該気筒が、少なくとも前記閉弁タイミングを越えるように逆回転の角度を制御する、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記制御手段は、前記複数の気筒のうち、前記内燃機関の始動直前に膨張行程にある気筒が、前記逆回転によっても上死点を越えない範囲となるように逆回転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。
前記制御手段は、
前記複数の気筒のうち、前記内燃機関の始動直前に膨張行程にある気筒であって、前記内燃機関の始動直前における前記ピストンの停止位置が前記閉弁タイミングにおける前記ピストンの停止位置よりも下死点に近い位置にある気筒が、前記逆回転によっても上死点を越えない範囲となるように逆回転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。