JP5056980B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射式の内燃機関において始動時におけるＨＣの排出を抑制する機能を備えた制御装置に関する。

ポート噴射式の内燃機関の始動時におけるＨＣの排出を抑制するための技術としては、例えば、特開２００８−２９１６８６号公報に記載された技術が知られている。この公報に記載の技術は、可変バルブタイミング機構を操作して排気弁の閉じタイミングを吸気ＴＤＣよりも進角側とし、排気弁が閉じた後の吸気ＴＤＣの近傍で吸気弁を開くとともに、それに先立って吸気非同期噴射を行うものである。排気弁を吸気ＴＤＣよりも進角側の早いタイミングで閉じることで、燃焼ガスの一部を燃焼室内に閉じ込めることができる。そして、吸気非同期噴射によってポート内に燃料を噴射した後、吸気ＴＤＣの近傍で吸気弁を開くことで、燃焼室内から吸気ポートへ吹き返される燃焼ガスによって燃料の気化を促進することができる。

しかしながら、特開２００８−２９１６８６号公報に記載の技術にも未だ改良の余地は残っている。各気筒の始動１サイクル目、すなわち、初爆前は、吸気ポートへ吹き返されるガス中には燃焼ガスが含まれていない。また、内燃機関の始動時における吸気ポートの負圧は小さく、特に、初爆前の場合にはほぼ大気圧になっている。このため、吸気弁が開いたときの吸気ポートと燃焼室との間の圧力差は小さく、吹き返されるガス量自体も多くはない。したがって、始動１サイクル目に関しては吸気ポートに噴射された初爆用の燃料が十分に気化しない可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の始動時、初爆用の燃料の気化或いは微粒化を促進し、それによりＨＣの排出を抑制できるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる制御装置は、燃料を吸気ポート内に噴射する燃料噴射弁と、気筒毎に閉じた状態で停止可能な排気弁とを有する内燃機関の制御装置である。本発明にかかる制御装置の特徴は、前記のアクチュエータ、すなわち、燃料噴射弁と排気弁の始動時における制御の内容にある。

排気弁を制御する手段は、初爆前の気筒が排気行程にある場合、当該気筒の排気弁を閉じた状態で停止させる。排気弁を停止させるタイミングとしては、遅くとも初爆前の排気行程までに停止していればよいのであって、クランキングの開始前から排気弁を停止させてもよいし、クランキングの開始から初爆までに数サイクルがある場合には初爆の直前になって排気弁を停止させるのでもよい。当該気筒の排気弁を開弁させるのは、好ましくは初爆の直後の排気行程である。なお、排気弁を停止させるための手段には限定はない。例えば、カムと排気弁とを切り離す、カムをモータ駆動式にしてカムの回転を停止させる、排気弁そのものを電磁駆動式にするといった手段を用いることができる。

燃料噴射弁を制御する手段は、噴射時期が吸気弁の開タイミングよりも前になるか或いはそれに重なるように、燃料噴射弁に燃料を噴射させる。ただし、燃料噴射を開始するには条件があって、排気弁が閉じた状態で排気行程を経ること、つまり、排気行程で排気弁が閉じた状態で停止されている気筒であることが燃料噴射の開始の条件である。なお、燃料噴射弁によって噴射される燃料の種類には限定はないが、本発明は低温下で気化しにくい燃料、例えば重質のガソリンやアルコール燃料が用いられる内燃機関に用いて好適である。

本発明にかかる制御装置によれば、排気行程において排気弁が閉じた状態で停止されることで、燃焼室内のガスはピストンによって圧縮され、燃焼室内の圧力が高まったときに吸気弁が開かれることになる。このため、吸気弁が開いたときには、初爆前で燃焼ガスが存在しないにもかかわらず、吸気ポートと燃焼室との間の圧力差によって燃焼室から吸気ポートへガスの吹き返しが発生する。一方、初爆用の燃料は、その噴射期間が吸気弁の開タイミングよりも前になるか或いはそれに重なるように噴射されるので、吸気弁が開くタイミングでは、燃料は吸気弁に向って霧状になっているか、或いは、吸気弁の近傍に液滴になって溜まっている。したがって、吸気弁が開いたときには、燃焼室から吸気ポートへ吹き返されるガスによって吸気ポート内の燃料は吹き飛ばされて攪拌され、より気化が進んだ燃料蒸気或いはより微粒化が進んだ霧状燃料となる。本発明が有する燃料の気化或いは微粒化の促進効果は、燃料が気化しにくいものであるほど、特に、アルコールを含む燃料において特に顕著なものとなる。

また、本発明にかかる制御装置において、ある条件が満たされる場合にのみ、初爆前の気筒の排気弁を閉じた状態で停止させるようにしてもよい。条件が満たされないのであれば、通常のように排気弁を動作させるようにする。その条件の一つは、アルコールを含む燃料が用いられる場合の条件であって、燃料のアルコール濃度が所定の基準濃度以上であることである。アルコール濃度が高いほど燃料は気化し難いので、アルコール濃度が基準濃度以上であれば、初爆前の気筒の排気弁を閉じた状態で停止させて筒内ガスの吹き返しを発生させる。また、条件のもう一つは、燃料の性状にはよらない条件であって、内燃機関の水温が所定の基準温度以下であることである。水温が低いほど吸気ポート壁面の温度も低く燃料は気化し難いので、水温が基準温度以下であれば、初爆前の気筒の排気弁を閉じた状態で停止させて筒内ガスの吹き返しを発生させる。

本発明のより好ましい態様では、点火を制御する手段によって、初爆前の各気筒において、初爆用の燃料が噴射されてから１又は複数のサイクル数が経過するまでの間、当該気筒の点火を停止させる。また、排気弁を制御する手段によって、前記の点火を停止させるサイクル数が経過するまでの間、当該気筒の排気弁を閉じた状態で停止させる。つまり、初爆用の燃料を噴射した後も点火することなく、排気弁を閉じたままでのクランキングを１又は複数サイクル行うようにする。このような動作を内燃機関に行なわせることで、筒内で圧縮されたガスの吸気ポートへの吹き返しが繰り返されることになって、初爆用の燃料の気化或いは微粒化は促進される。

なお、何らかの理由により点火制御や排気弁制御の何れかに不具合が生じることが考えられる。また、点火制御と排気弁制御との間の協調が上手くいかなかいことも考えられる。例えば、前記の点火を停止させるサイクル数が経過していないにもかかわらず、排気弁が開弁してしまうこともありうる。また、前記の点火を停止させるサイクル数が経過したにもかかわらず、点火が実行されないこともありうる。前者のような事態が発生した場合には、排気弁が誤って開弁してしまった直後の点火タイミングにおいて当該気筒の点火を実行する。後者のような事態が発生した場合には、点火が実行されるまで継続して当該気筒の排気弁を閉じた状態で停止させる。これらの対策を実施することで、未燃ガスがそのまま内燃機関から排気されてしまうことを防止することができる。

本発明のさらに好ましい態様では、燃料噴射弁を制御する手段によって、前記の点火を停止させるサイクル数に応じた回数に初爆用燃料の噴射を分割する。そして、各噴射における噴射時期が吸気弁の開タイミングに重なるように、当該気筒の燃料噴射弁に燃料を噴射させる。つまり、筒内で圧縮されたガスの吸気ポートへの吹き返しが繰り返されるのに合わせて、吹き返されるガスと噴射された燃料とがぶつかるように燃料噴射を実施する。このような動作を内燃機関に行なわせることで、吹き返される高圧のガスから燃料に与えられるエネルギーは大きくなり、初爆用の燃料の気化或いは微粒化はさらに促進される。

また、本発明のさらに好ましい態様として、燃料噴射弁から噴射される燃料がアルコールを含む燃料であるならば、点火を停止させるサイクル数を燃料のアルコール濃度に応じて変更するのでもよい。さらに、燃料のアルコール濃度が所定の基準濃度より低い場合には、各気筒の最初のサイクルから点火を開始するのでもよい。その場合、排気弁を制御する手段によって、各気筒の最初のサイクルから排気弁を開弁させる。このような動作を内燃機関に行なわせることで、アルコールを含む燃料が使用される場合において、燃料の気化或いは微粒化の促進によるＨＣの排出の抑制と、内燃機関の始動性とをうまく両立させることができる。

また、本発明の別のさらに好ましい態様として、点火を停止させるサイクル数を内燃機関の水温に応じて変更するのでもよい。さらに、内燃機関の水温が所定の基準濃度より高い場合には、各気筒の最初のサイクルから点火を開始するのでもよい。その場合、排気弁を制御する手段によって、各気筒の最初のサイクルから排気弁を開弁させる。このような動作を内燃機関に行なわせることで、内燃機関の冷間始動時において、燃料の気化或いは微粒化の促進によるＨＣの排出の抑制と、内燃機関の始動性とをうまく両立させることができる。

本発明の実施の形態１としての制御装置が適用された内燃機関の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態１にかかる排気弁停止機構の構成を示す断面図である。 図２に示す排気弁停止機構の第１ロッカーアームの側面図である。 図２に示す排気弁停止機構の第２ロッカーアームの側面図である。 図２に示す排気弁停止機構における排気弁停止時の状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態１において実行される始動制御をフローチャートで示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる吸気弁及び排気弁の開閉タイミングと燃料噴射時期とを示す図である。 本発明の実施の形態１において実行される始動制御の内容を示すクランク角度線図である。 エタノール濃度及び始動時水温に対する排気弁停止制御の実施／禁止の判定方法について説明する図である。 本発明の実施の形態２において実行される始動制御をフローチャートで示す図である。 本発明の実施の形態３において実行される始動制御の内容を示すクランク角度線図である。 エタノール濃度及び始動時水温に対する排気弁停止サイクル数の設定について説明する図である。 本発明の実施の形態３において実行される始動制御をフローチャートで示す図である。 本発明の実施の形態４において実行される始動制御の内容を示すクランク角度線図である。 本発明の実施の形態４において実行される始動制御をフローチャートで示す図である。 本発明の実施の形態５において実行される始動制御の内容を示すクランク角度線図である。 本発明の実施の形態５において実行される始動制御をフローチャートで示す図である。 始動時水温に対する始動時燃料増量の設定について説明する図である。 本発明の実施の形態６において実行される始動制御をフローチャートで示す図である。 本発明の実施の形態７において実行される始動制御の内容を示すクランク角度線図である。 本発明の実施の形態７において実行される始動制御をフローチャートで示す図である。 本発明の実施の形態８において実行される排気弁制御の異常診断をフローチャートで示す図である。 本発明の実施の形態８において実行される点火制御の異常診断をフローチャートで示す図である。 本発明の実施の形態９において実行される始動制御をフローチャートで示す図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図１乃至図８の各図を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態１としての制御装置が適用された内燃機関（以下、単にエンジンという）の構成を示す概略図である。本実施形態にかかるエンジンは自動車等の車両に搭載される火花点火式の４ストローク１サイクルエンジンである。また、図には示されていないが、本実施の形態にかかるエンジンは４つのシリンダを備えた４気筒エンジンでもある。エンジンのシリンダブロック６の内部には気筒毎にピストン８が配置されている。ピストン８の上面からシリンダヘッド４までの空間は燃焼室１０を形成している。燃焼室１０の頂部には、点火プラグ１６が取り付けられている。また、シリンダヘッド４には、燃焼室１０に連通する吸気ポート３６と排気ポート４０が形成されている。

吸気ポート３６と燃焼室１０との接続部には、吸気ポート３６と燃焼室１０との連通状態を制御する吸気弁１２が設けられている。吸気弁１２は各気筒に２個設けられている。吸気弁１２の駆動系には、クランクシャフトに対する吸気側カムシャフトの位相を変化させることによって吸気弁１２の開閉タイミングを変更する吸気弁タイミング可変機構２２が備えられている。そのようなバルブタイミング可変機構（ＶＶＴ）の構造や動作に関しては広く知られているので、本明細書での詳細な説明は省略する。

吸気ポート３６には吸気管３０が接続されている。吸気管３０にはスロットル３２が配置されている。吸気管３０はスロットル３２の下流において気筒毎に分岐し、各気筒の吸気ポート３６に接続されている。吸気管３０の吸気ポート３６との接続部の近傍には、燃料を吸気ポート３６から吸気弁１２に向けて噴射する燃料噴射弁３４が取り付けられている。燃料としては、ガソリンの他、エタノール等のアルコールや、アルコールとガソリンの混合燃料を使用することができる。

排気ポート４０と燃焼室１０との接続部には、排気ポート４０と燃焼室１０との連通状態を制御する排気弁１４が設けられている。排気弁１４は各気筒に２個設けられている。排気弁１４の駆動系には、排気弁１４を閉状態で停止させることができる排気弁停止機構２４が備えられている。この排気弁停止機構２４は気筒毎に備えられていて、本実施の形態にかかるエンジンは排気弁１４を気筒毎に停止させることができる。排気弁停止機構２４の構成や動作に関しては、追って図面を用いて詳細に説明する。

本実施の形態にかかるエンジンは、その制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の出力側には前述の吸気弁タイミング可変機構２２、排気弁停止機構２４、燃料噴射弁３４、スロットル３２、点火プラグ１６の他、スタータ２０等の種々の機器が接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、クランク角センサ５２、水温センサ５４、アルコール濃度センサ５６等の種々のセンサや、スタートスイッチ５８等の種々のスイッチが接続されている。クランク角センサ５２は、クランク軸１８の回転角度に応じた信号を出力するセンサである。水温センサ５４はエンジンの冷却水温に応じた信号を出力するセンサである。アルコール濃度センサ５６は、燃料に含まれるアルコールの濃度に応じた信号を出力するセンサである。そして、スタートスイッチ５８は運転者からエンジンへの始動要求を受け付けるスイッチである。ＥＣＵ５０は、これらセンサ及びスイッチの各出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を操作するようになっている。

ここで、図２及び図５は、それぞれ、本実施の形態にかかる排気弁停止機構２４の構成を示す断面図である。図２或いは図５に示すように、排気弁停止機構２４は、第１ロッカーアーム３４１と、その両側に配置された一対の第２ロッカーアーム３４２，３４３とを備えている。これらのロッカーアーム３４１，３４２，３４３は、共通のロッカーシャフト３４４を中心として揺動可能になっている。ロッカーシャフト３４４は、一対の油圧ラッシュアジャスタ３４５を介してシリンダヘッドに支持されている。

図３は第１ロッカーアーム３４１の側面図である。この図に示すように、排気弁停止機構２４はカムシャフト３４６を有している。カムシャフト３４６は、タイミングチェーン等を介してクランクシャフトと連結され、クランクシャフトの２分の１の速度で回転する。カムシャフト３４６はカム３４７を備えている。一方、第１ロッカーアーム３４１にはローラ３４８が設けられている。第１ロッカーアーム３４１は捩じりコイルばね３４９によって図３中で反時計回りに付勢されている。この付勢力によりローラ３４８はカム３４７に押し当てられている。このような構成により、カム３４７の回転に伴って第１ロッカーアーム３４１は揺動する。

図４は第２ロッカーアーム３４２，３４３の側面図である。この図に示すように、第２ロッカーアーム３４２，３４３の可動端は、２つの排気弁１４のバルブステムの端部にそれぞれ当接している。排気弁１４はバルブスプリング３５０により閉じ方向に付勢されている。カムシャフト３４６は前述のカム３４７の両側に一対のゼロリフトカム３５１を備えている。ゼロリフトカム３５１はカム３４７のベース円と等しい半径を有する真円をなしている。第２ロッカーアーム３４２，３４３には、それぞれ、ローラ３５２が設けられている。このローラ３５２の外径は、第１ロッカーアーム３４１に設けられたローラ３４８（図３に示す）の外径に等しい。また、ロッカーシャフト３４４の中心とローラ３５２の中心との距離は、ロッカーシャフト３４４の中心とローラ３４８の中心との距離に等しい。排気弁１４が閉じているときには、ローラ３５２はゼロリフトカム３５１に当接している。

排気弁停止機構２４は、第１ロッカーアーム３４１と第２ロッカーアーム３４２，３４３とが分離された状態と、第１ロッカーアーム３４１と第２ロッカーアーム３４２，３４３とが連結された状態とを切り替えることによって、排気弁１４の作動状態と停止状態とを切り替えることができる。以下、この切り替えの仕組みについて説明する。

図２或いは図５に示すように、第１ロッカーアーム３４１はローラ３４８と同心的に設置されたスリーブ３５３を有している。第２ロッカーアーム３４２，３４３は、それぞれ、ローラ３５２と同心的に設置されたスリーブ３５４，３５５を有している。各スリーブ３５３，３５４，３５５の中には、それぞれピン３５７，３５６，３５８が挿入されている。ピン３５８の外側の先端は、第２ロッカーアーム３４３の側面を超えて突出している。この突出したピン３５８の先端は、アクチュエータ３５９の変位部材３６０に当接している。アクチュエータ３５９は、ＥＣＵ５０の指令に従って変位部材３６０を図２，図５中の左右方向に変位させることができる。一方、第２ロッカーアーム３４２のスリーブ３５４の外側は閉じられており、その中にはばね３６１が設置されている。このばね３６１は、ピン３５６を図２，図５中で右方向へ押圧している。これにより、ピン３５６，３５７，３５８は、図２，図５中で右方向へ付勢されている。

図２は第１ロッカーアーム３４１と第２ロッカーアーム３４２，３４３とが分離された状態を示している。この分離状態では、ピン３５６は第２ロッカーアーム３４２のスリーブ３５４にのみ係合していて、隣接するスリーブ３５３からは外れている。また、ピン３５７は第１ロッカーアーム３４１のスリーブ３５３にのみ係合していて、隣接するスリーブ３５４，３５５からは外れている。そして、ピン３５８は第２ロッカーアーム３４３のスリーブ３５５にのみ係合していて、隣接するスリーブ３５３から外れている。このため、カム３４７（図３を参照）の回転によって第１ロッカーアーム３４１が揺動しても、その揺動は第２ロッカーアーム３４２，３４３へは伝達されない。そして、第２ロッカーアーム３４２，３４３のローラ３５２は、カム山を有しないゼロリフトカム３５１（図４を参照）と接触している。このため、カムシャフト３４６（図３，図４を参照）が回転しても、第２ロッカーアーム３４２，３４３は揺動せず、排気弁１４（図４を参照）は閉じた状態で停止したままになる。

第１ロッカーアーム３４１と、第２ロッカーアーム３４２，３４３とが分離された状態において、第１ロッカーアーム３４１のローラ３４８がカム３４７のベース円に接触しているときには、ピン３５６，３５７，３５８の中心が一致する。このときに、アクチュエータ３５９を作動させ、ピン３５６，３５７，３５８を図２中で左方向に移動させることにより、図５に示す連結状態に切り替えることができる。

図５に示す状態では、ピン３５７の一部が第２ロッカーアーム３４２のスリーブ３５４に挿入され、ピン３５８の一部が第１ロッカーアーム３４１のスリーブ３５３に挿入されている。これにより、第１ロッカーアーム３４１と第２ロッカーアーム３４２とがピン３５７を介して連結され、第１ロッカーアーム３４１と第２ロッカーアーム３４３とがピン３５８を介して連結される。したがって、カム３４７（図３を参照）の回転によって第１ロッカーアーム３４１が揺動すると、これに伴って第２ロッカーアーム３４２，３４３も揺動するので、排気弁１４（図４を参照）はカムシャフト３４６（図３，図４を参照）の回転に同期して開閉動作を行うようになる。

第１ロッカーアーム３４１と、第２ロッカーアーム３４２，３４３との連結を解除する際には、アクチュエータ３５９により、変位部材３６０を図５中の右方向に変位させる。そうすると、ピン３５６，３５７，３５８は、ばね３６１の付勢力によって、図５中の右方向に変位する。その結果、図２に示す分離状態、すなわち排気弁停止状態に切り替えることができる。このように、排気弁停止機構２４は、第１ロッカーアーム３４１と第２ロッカーアーム３４２，３４３とが連結された状態（図５に示す状態）と、分離された状態（図２に示す状態）とを切り替えることによって、排気弁１４を作動させる状態と排気弁１４を閉じて停止させる状態とを瞬時に切り替えることができる機構である。

以上説明した排気弁停止機構２４は、エンジンの始動制御において用いられる。図６は、本実施の形態においてＥＣＵ５０により実行される始動制御の内容をフローチャートで示したものである。エンジンの始動制御は、スタートスイッチ５８がオンにされてスタータ２０によりエンジンのクランキングが開始されると同時に実行される。

図６のフローチャートによれば、最初のステップＳ１００では、クランク角センサ５２から発せられる信号に基づいて最初に爆発行程となる気筒が判定される。ここでは、第１気筒が最初爆発行程気筒として判定されたものとする。

次のステップＳ１０２では、最初爆発行程気筒から点火順に排気弁停止制御が行われる。排気弁停止制御では、ＥＣＵ５０によるアクチュエータ３５９の操作によって第１ロッカーアーム３４１と第２ロッカーアーム３４２，３４３とが分離された状態（図２に示す状態）に切り替えられる。この操作は、対象気筒が排気行程に入る前に、つまり、排気弁１４が開き始める前に行われる。その結果、排気弁１４は排気行程になっても開かず、閉状態のまま停止される。４気筒エンジンにおける点火順序は、第１気筒、第３気筒、第４気筒そして第２気筒の順であるので、排気弁停止制御もその順序で気筒毎に行われる。

次のステップＳ１０４では、最初爆発行程気筒から点火順に、すなわち、第１気筒、第３気筒、第４気筒そして第２気筒の順に初爆用燃料の吸気非同期噴射が行われる。吸気非同期噴射とは、公知のように、吸気弁１２が開く前に実施される燃料噴射である。本実施の形態では、燃料噴射期間の終了時期が吸気弁１２の開タイミングに重なるように、初爆用燃料の吸気非同期噴射が行われるものとする。燃料噴射弁３２から噴射された燃料は、吸気弁１２に向けて飛散し、吸気ポート３６の壁面や吸気弁１２の傘部に液滴となって付着するか、霧状となって吸気ポート３６内に漂う。

以上のステップＳ１０２，Ｓ１０４の処理の内容を図で表したのが図７である。図７には吸気弁１２及び排気弁１４の開閉タイミングと燃料噴射期間とが併せて示されている。左側の（Ａ）は排気弁停止制御時の各タイミングを示し、右側の（Ｂ）は通常の排気弁制御時の各タイミングを示している。通常の排気弁制御とは、排気弁停止制御を実施しないこと、すなわち、クランクシャフト１８に同期させて排気弁１４を開閉させることを意味する。図７中、ＩＶＯは吸気弁１２の開タイミング、ＩＶＣは吸気弁１２の閉タイミング、ＥＶＯは排気弁１４の開タイミング、ＥＶＣは排気弁１４の閉タイミングをそれぞれ表している。また、図中に黒い円弧で示すクランク角の範囲が、吸気非同期噴射による燃料噴射期間である。

次のステップＳ１０６では、最初爆発行程気筒から点火順に、すなわち、第１気筒、第３気筒、第４気筒そして第２気筒の順に点火が行われる。点火時期は圧縮上死点近傍とされている。

そして、ステップＳ１０８では、点火の実施後、第１気筒、第３気筒、第４気筒そして第２気筒の順に排気弁停止制御が解除される。排気弁停止制御が解除されると、自動的に通常の排気弁制御が行われることになる。通常の排気弁制御では、ＥＣＵ５０によるアクチュエータ３５９の操作によって第１ロッカーアーム３４１と第２ロッカーアーム３４２，３４３とが連結された状態（図５に示す状態）に切り替えられる。この操作は、点火後、対象気筒が排気行程に入る前、すなわち、爆発行程にある間に行われる。

図８は、本実施の形態にかかる始動制御の内容をクランク角度線図で示したものである。この図では、クランキングの開始時点からの第１気筒における吸気弁１２及び排気弁１４の各リフト量と筒内圧力の各変化と、初爆用燃料の噴射期間及び点火時期とを横軸を共通にして示している。また、排気弁１４のリフト量と筒内圧力に関しては、排気弁停止制御を実施しなかった場合、すなわち、最初から通常の排気弁制御を実施した場合を比較例として破線で示している。

図８からも分かるように、本実施の形態にかかる始動制御によれば、排気行程において排気弁１４が閉じた状態で停止されることで、燃焼室１０内のガスはピストン８によって圧縮され、燃焼室１０内の圧力（筒内圧力）が高まったときに吸気弁１２が開かれることになる。このため、吸気弁１２が開いたときには、吸気ポート３６と燃焼室１０との間の圧力差によって燃焼室１０から吸気ポート３６へのガスの吹き返しが発生する。このとき吹き返されるガスは高速であると同時に、筒内でのポリトロープ圧縮によって高温になってもいる。排気弁停止制御が実施されない場合には、破線で示すように排気行程での筒内圧力の上昇はないことから、このような吹き返しを生じさせることはできない。

また、本実施の形態にかかる始動制御によれば、初爆用の燃料は吸気非同期噴射によって噴射されるので、吸気弁１２が開くタイミングでは、燃料の多くは吸気ポート３６の吸気弁１２の近傍に液滴になって溜まり、一部の燃料は吸気弁１２に向かって霧状になっている。そして、吸気弁１２が開いたときには、前述のように、燃焼室１０から吸気ポート３６へのガスの吹き返しが発生する。このとき吹き返された高速高温のガスによって吹き飛ばされて攪拌されることで、吸気ポート３６内の初爆用燃料はより気化が進んだ燃料蒸気、或いは、より微粒化が進んだ霧状燃料となる。

以上に説明したように、本実施の形態にかかる制御装置によれば、初爆用燃料の気化或いは微粒化を促進することができる。したがって、始動時、特に冷間始動時における未燃ＨＣの排出を抑制することができる。また、燃料として気化しにくい重質ガソリンが用いられている場合や、アルコール或いはアルコール混合ガソリンが用いられている場合には、燃料の気化或いは微粒化の促進による未燃ＨＣの抑制という点において、より顕著な効果を得ることができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図９及び図１０を参照して説明する。

本発明の実施の形態２としての制御装置は、実施の形態１と同様に図１に示す構成のエンジンに適用される。したがって、以下の説明では、実施の形態１と同じく図１に示すエンジンを前提にして説明を行うものとする。

本実施の形態はＥＣＵ５０により実行されるエンジンの始動制御に特徴がある。本実施の形態にかかる始動制御の特徴は、ある条件が満たされた場合にのみ、前述の排気弁停止制御を実施し、その条件が満たされない場合には最初から通常の排気弁制御を実施することにある。その条件とは、燃料に含まれるアルコール（ここではエタノールとする）の濃度と始動時のエンジン水温とに関する条件である。具体的には、図９に示す判定図にしたがって排気弁停止制御の実施／禁止が判定される。図９において、エタノール濃度と始動時水温との関係が排気弁停止制御の実施領域にあるならば、実施の形態１と同様に排気弁停止制御が実施される。しかし、エタノール濃度と始動時水温との関係が排気弁停止制御の禁止領域にあるならば、通常の排気弁制御が実施される。

図９に示すように、本実施の形態では、始動時水温を一定とした場合、エタノール濃度がそのときの水温から決まる基準濃度以上であれば排気弁停止制御を実施する。エタノール濃度が高いほど燃料は気化し難いからである。また、エタノール濃度を一定とした場合、始動時水温がそのときのエタノール濃度から決まる基準温度以下であれば排気弁停止制御を実施する。水温が低いほど吸気ポート３６の壁面の温度も低く燃料は気化し難くなるからである。本実施の形態では、燃料の気化或いは微粒化の促進のための排気弁停止制御は燃料が気化し難い環境下でのみ実施し、燃料が比較的気化し易い環境下では、始動性を優先して通常の排気弁制御を選択する。

本実施の形態にかかる始動制御は、実施の形態１に係る始動制御がベースとなっている。図１０は、本実施形態においてＥＣＵ５０により実行される始動制御の内容をフローチャートで示したものである。図１０のフローチャートに示す各処理のうち実施の形態１と共通する処理については、それぞれ実施の形態１のものと同一のステップ番号を付している。以下では、実施の形態１と共通する処理についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態１とは異なる処理について重点的に説明するものとする。

図１０のフローチャートによれば、最初のステップＳ２００では、アルコール濃度センサ５６によって燃料のエタノール濃度が取得される。また、水温センサ５４によって始動時のエンジン水温が取得される。なお、ステップＳ２００の処理は初回のみ実施され、次回以降はスキップされる。

次のステップＳ２０２では、ステップＳ２００で取得されたエタノール濃度と始動時水温とを図１０に示す判定図に照らすことによって排気弁停止制御の実施／禁止が判定される。判定の結果、排気弁停止制御が実施される場合には、そのままステップＳ２０６に進む。一方、排気弁停止制御が禁止される場合には、ステップＳ２０４の処理を経てステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０４では、排気弁停止制御が禁止されていることを示す排気弁作動フラグが１にセットされる。排気弁作動の初期値は０であって、そのままステップＳ２０６に進む場合には排気弁作動フラグは０になっている。

次のステップＳ２０６では、排気弁作動フラグが０かどうか判定される。この判定は、気筒毎に行われる。ある気筒における排気弁作動フラグが０の場合には、当該気筒に関しては実施の形態１と同様にステップＳ１００乃至Ｓ１０８の処理が行われる。この一連の処理によって初爆用燃料の気化或いは微粒化が促進され、エタノール濃度が高い或いは始動時水温が低い状況での未燃ＨＣの排出が抑制される。そして、ステップＳ１００乃至Ｓ１０８の処理が完了した気筒から順に、最後のステップＳ２１０にて排気弁作動フラグが１にセットされる。

一方、ある気筒における排気弁作動フラグが１の場合には、当該気筒に関してはステップＳ２０８の処理が行われる。ステップＳ２０８では、通常の排気弁制御が行われるとともに、通常の燃料噴射時期制御と点火制御とが行われる。つまり、エタノール濃度が比較的低いときや、始動時水温が比較的高いときには、初爆の段階から通常のエンジン制御が行われる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図１１乃至図１３の各図を参照して説明する。

本発明の実施の形態３としての制御装置は、実施の形態１と同様に図１に示す構成のエンジンに適用される。したがって、以下の説明では、実施の形態１と同じく図１に示すエンジンを前提にして説明を行うものとする。

本実施の形態はＥＣＵ５０により実行されるエンジンの始動制御に特徴がある。本実施の形態にかかる始動制御の特徴は、初爆用の燃料の噴射後、そのサイクルでは点火を実施せず、排気弁１４を停止させたままでのクランキングを１又は複数サイクル行ってから点火を実施することにある。排気弁停止制御から通常の排気弁制御への移行は、点火の実施後、点火が済んだ気筒から順次行うようにする。

図１１は、本実施の形態にかかる始動制御の内容をクランク角度線図で示したものである。この図では、排気弁１４を閉じたままでのクランキングを２サイクル行ってから点火を実施している。このような動作をエンジンに行なわせることで、筒内で圧縮されたガスの吸気ポート３６への吹き返しが繰り返されることになって、初爆用の燃料の気化或いは微粒化はさらに促進される。具体的には、吸気ポート３６に噴射された燃料は、燃焼室１０からの最初の吹き返しによって吹き飛ばされて攪拌される。攪拌によって気化或いは微粒化が促進された燃料は、吸気行程にて吸気ポート３６内のガスとともに燃焼室１０に吸入され、次に吸気弁１２が開いたときには、高温高圧の筒内ガスとともに燃焼室１０から吸気ポート３６へ吹き返される。これにより、筒内ガス中の燃料のさらなる気化或いは微粒化が進むと同時に、吸気ポート３６内に残留していた燃料の気化或いは微粒化も促進される。

排気弁１４を停止させたままクランキングを行うサイクル数（以下、停止サイクル数という）は、一定のサイクル数に固定してもよい。しかし、本実施の形態にかかる始動制御では、燃料に含まれるアルコール（ここではエタノールとする）の濃度と始動時のエンジン水温とに応じて停止サイクル数を変更する。具体的には、図１２に示す判定図にしたがって停止サイクル数が決定される。図１２においてエタノール濃度と始動時水温との関係がＮサイクル実施領域にあるならば、停止サイクル数はＮとなる。その場合、排気弁１４を停止させたままでのクランキングはＮサイクル行われ、燃焼室１０から吸気ポート３６への吹き返しはＮ回発生する。エタノール濃度と始動時水温との関係が排気弁停止制御の禁止領域にあるならば、排気弁１４を停止させたままでのクランキングは行われず、通常の排気弁制御が実施される。

図１２に示すように、本実施の形態では、始動時水温を一定とした場合、エタノール濃度が高くなるにしたがって停止サイクル数も多くする。また、エタノール濃度を一定とした場合、始動時水温が低くなるにしたがって停止サイクル数も多くする。このようにエタノール濃度や始動時水温に応じて停止サイクル数を変更するのは、停止サイクル数を単に多くしたのでは、燃料の気化或いは微粒化の促進に関しては有利であるものの、エンジンの速やかな始動という点では不利になってしまうからである。図１２に示す判定図にしたがって停止サイクル数を決定することで、冷間始動時における燃料の気化或いは微粒化の促進によるＨＣの排出の抑制と、エンジンの始動性とをうまく両立させることが可能になる。

本実施の形態にかかる始動制御は、実施の形態２に係る始動制御がベースとなっている。図１３は、本実施形態においてＥＣＵ５０により実行される始動制御の内容をフローチャートで示したものである。図１３のフローチャートに示す各処理のうち実施の形態２と共通する処理については、それぞれ実施の形態２のものと同一のステップ番号を付している。以下では、実施の形態２と共通する処理についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態２とは異なる処理について重点的に説明するものとする。

図１３のフローチャートによれば、ステップＳ２０２における判定の結果、排気弁停止制御が実施される場合、ステップＳ３００の処理を経てステップＳ２０６に進む。ステップＳ３００では、ステップＳ２００で取得されたエタノール濃度と始動時水温とを図１２に示す判定図に照らすことによって停止サイクル数が決定される。なお、ステップＳ３００の処理は初回のみ実施され、次回以降はスキップされる。

ステップＳ２０６の判定の結果、排気弁作動フラグが０であれば、ステップＳ１００に進んでステップＳ１００乃至Ｓ１０４の処理が行われる。そして、本実施の形態では、ステップＳ１０４において吸気非同期噴射が実施された後、ステップＳ３０２及びＳ３０４の処理を経てからステップＳ１０６に進む。ステップＳ３０２では、ステップＳ３００で決定された停止サイクル数が経過したかどうか判定される。未だ停止サイクル数が経過していないのであれば、ステップＳ３０４を経てから再びステップＳ３００に戻って判定が行われる。ステップＳ３０４では、点火を停止したままクランキングが継続される。

ステップＳ３０２及びステップＳ３０４の処理は停止サイクル数が経過するまで繰り返し行われる。その間、筒内で圧縮されたガスの吸気ポート３６への吹き返しが繰り返され、ステップＳ１０４で噴射された燃料の気化或いは微粒化が促進される。そして、停止サイクル数が経過したところでステップＳ１０６に進み、点火が行われる。その直ぐ後、ステップＳ１０８において排気弁停止制御が解除される。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について図１４及び図１５を参照して説明する。

本発明の実施の形態４としての制御装置は、実施の形態１と同様に図１に示す構成のエンジンに適用される。したがって、以下の説明では、実施の形態１と同じく図１に示すエンジンを前提にして説明を行うものとする。

本実施の形態はＥＣＵ５０により実行されるエンジンの始動制御に特徴がある。本実施の形態にかかる始動制御の特徴は、排気弁１４を停止させたままでのクランキングを１又は複数サイクル行ってから点火を実施するとともに、排気弁１４を停止させるサイクル数に合わせて初爆用の燃料を分割して噴射することにある。各分割噴射における燃料の噴射タイミングは、燃料噴射期間の終了時期が吸気弁１２の開タイミングと重なるタイミングとする。つまり、筒内で圧縮されたガスの吸気ポート３６への吹き返しが繰り返されるのに合わせて、吹き返されるガスと噴射された燃料とがぶつかるように燃料噴射を実施する。排気弁停止制御から通常の排気弁制御への移行は、点火の実施後、点火が済んだ気筒から順次行うようにする。

図１４は、本実施の形態にかかる始動制御の内容をクランク角度線図で示したものである。この図では、排気弁１４を閉じたままでのクランキングを２サイクル行ってから点火を実施している。また、各サイクルにおいて発生する筒内ガスの吹き返しと燃料噴射弁３４から噴射された燃料とがぶつかるように、各サイクルにおける吸気弁１２の開タイミングに合わせて燃料を分割噴射している。このような動作をエンジンに行なわせることで、全ての燃料を最初のサイクルで噴射する場合に比較して、吹き返される高圧のガスから燃料に与えられるエネルギーを大きくすることができ、初爆用の燃料の気化或いは微粒化をさらに促進することが可能になる。

排気弁１４を停止させたままクランキングを行う停止サイクル数は、一定のサイクル数に固定してもよい。しかし、本実施の形態にかかる始動制御では、実施の形態２と同様に、前掲の図１２に示す判定図にしたがって停止サイクル数が決定される。そして、決定された停止サイクル数に合わせて初爆用の燃料が分割される。例えば、停止サイクル数がＮであれば、燃料もＮ分割されて噴射される。

総燃料噴射量に対する噴射毎の燃料噴射割合は、各噴射間で均等にすることができる。図１４に示す例では、１サイクル目の燃料噴射割合と２サイクル目の燃料噴射割合とは等しくされている。ただし、噴射順位によって噴射毎の燃料噴射割合に差をつけることも可能である。例えば、１サイクル目の燃料噴射割合を大きくして、後のサイクルほど燃料噴射割合を小さくするようにしてもよい。そうすることで、燃料を吹き返しに直接ぶつけることで得られる気化の促進効果と、燃料を繰り返して吹き返しに巻き込ませることで得られる気化の促進効果とを両立させることができる。

本実施の形態にかかる始動制御は、実施の形態３に係る始動制御がベースとなっている。図１５は、本実施形態においてＥＣＵ５０により実行される始動制御の内容をフローチャートで示したものである。図１５のフローチャートに示す各処理のうち実施の形態３と共通する処理については、それぞれ実施の形態３のものと同一のステップ番号を付している。以下では、実施の形態３と共通する処理についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態３とは異なる処理について重点的に説明するものとする。

図１５のフローチャートによれば、ステップＳ１０２において排気弁停止制御が実施された後、まず、ステップＳ４００の処理が行われる。ステップＳ４００では、ステップＳ３００で決定された停止サイクル数に合わせてサイクル毎の燃料噴射量が計算される。なお、ステップＳ４００の処理は初回のみ実施され、次回以降はスキップされる。

次のステップＳ４０２では、最初爆発行程気筒から点火順に、ステップＳ４００で計算された燃料噴射量に従って燃料噴射が行われる。各気筒における燃料噴射のタイミングは、当該気筒の吸気弁１２の開タイミングに燃料噴射期間の終了時期が重なるように設定される。

そして、ステップＳ３０２及びＳ３０４の処理を経てから再びステップＳ４０２の処理が行われる。この一連の処理は停止サイクル数が経過するまで繰り返し行われる。その間、吸気弁１２が開くたびに発生する筒内ガスの吹き返しに向けて燃料が噴射され、燃料の気化或いは微粒化が促進される。そして、停止サイクル数が経過したところでステップＳ１０６に進み、点火が行われる。その直ぐ後、ステップＳ１０８において排気弁停止制御が解除される。

実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５について図１６及び図１７を参照して説明する。

本発明の実施の形態５としての制御装置は、実施の形態１と同様に図１に示す構成のエンジンに適用される。したがって、以下の説明では、実施の形態１と同じく図１に示すエンジンを前提にして説明を行うものとする。

実施の形態３では、ＥＣＵ５０によって排気弁制御と点火制御とを協調させることで、排気弁１４を停止させたままでのクランキングを１又は複数サイクル行ってから点火を実施している。しかし、排気弁制御と点火制御との間に連携がないと、一方の制御において異常が発生した場合に、エンジン全体としての制御に不具合が発生してしまうおそれがある。例えば、排気弁制御の異常によって排気弁１４が停止せずに開いてしまった場合、点火は停止されているので、次の排気行程において未燃ガスが燃焼室１０から排気ポート４０へ排出されてしまう。

本実施の形態はＥＣＵ５０により実行されるエンジンの始動制御に特徴がある。本実施の形態にかかる始動制御の特徴は、排気弁１４を停止させたままでのクランキングを１又は複数サイクル行ってから点火を実施する場合のフェイルセーフである。点火を停止させるサイクル数が経過していないにもかかわらず、ある気筒において排気弁１４が開弁したときには、その直後の点火タイミングにおいて当該気筒の点火を実行する。また、排気弁停止制御は即刻中止し、排気弁停止制御から通常の排気弁制御へ移行する。このようなフェイルセーフ機能を始動制御に組み込むことで、排気弁１４の誤制御によって未燃ガスが排出されることを防止することができる。

図１６は、本実施の形態にかかる始動制御の内容をクランク角度線図で示したものである。この図では、破線で示すように排気弁１４を閉じたままでのクランキングを２サイクル行ってから点火を実施する予定のところ、１サイクル目から排気弁１４が開いてしまった場合を示している。この場合は、すぐさま通常の制御へ切り替えて１サイクル目の点火タイミングにおいて点火を実行する。ここでいう通常の制御へ切り替えには、排気弁停止制御から通常の排気弁制御への切り替えも含まれる。排気弁停止制御自体が有効になっている場合には、１サイクル目は排気弁１４が開いたとしても、２サイクル目で排気弁１４が閉じる可能性があるからである。点火を実行したにもかかわらず排気弁１４が開かなかった場合、内部ＥＧＲの増大を招き次回の燃焼に悪影響を及ぼしてしまう。排気弁制御も含めて通常の制御へ切り替えることで、排気弁制御の異常がエンジン全体としての不具合に波及するのを防止することができる。

なお、排気弁１４が停止しているかどうかは、アクチュエータ３５９の動作状態から判定することができる。その判定のタイミングは、点火を実行するのに間に合うタイミングよりも前であればよい。排気弁１４を閉じたままでのクランキングをＮサイクル行ってから点火を実施する場合には、１サイクル目から（Ｎ−１）サイクル目までの毎回、点火タイミングに先立って排気弁１４が停止しているかどうか判定する。

本実施の形態にかかる始動制御は、実施の形態３に係る始動制御がベースとなっている。図１７は、本実施形態においてＥＣＵ５０により実行される始動制御の内容をフローチャートで示したものである。図１７のフローチャートに示す各処理のうち実施の形態３と共通する処理については、それぞれ実施の形態３のものと同一のステップ番号を付している。また、ステップＳ１０４よりも前の処理やステップＳ１０６よりも後の処理については実施の形態３と共通であるので、それらに関してはフローチャートにおける表示も省略している。以下では、実施の形態３と共通する処理についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態３とは異なる処理について重点的に説明するものとする。

図１７のフローチャートによれば、ステップＳ１０４において吸気非同期噴射が実施された後、ステップＳ５００の処理を経てからステップＳ３０２に進む。ステップＳ５００では、排気行程において実際に排気弁１４が停止したかどうか気筒毎に判定される。排気弁１４が間違いなく停止していれば、ステップＳ３０２に進み、停止サイクル数が経過するまで点火を停止したままクランキングが継続される。

ステップＳ５００の判定の結果、排気弁１４が停止していなかった場合には、ステップＳ５０２及びステップＳ５０４の処理が実施される。ステップＳ５０２では、排気弁停止制御が中止されて排気弁作動フラグが１にセットされる。排気弁停止制御を中止するのは、排気弁１４が停止しなかった気筒のみでもよいし、全ての気筒について一律に中止するのでもよい。前者によれば、排気弁１４が停止した他の気筒では、クランキングの継続によって燃料の気化或いは微粒化を促進することができる。後者によれば、気筒間での燃焼開始タイミングのばらつきを防止し、良好な始動性を担保することができる。

次のステップＳ５０４では、排気弁停止制御が中止された気筒において通常の排気弁制御が行われるとともに、通常の燃料噴射時期制御と点火制御とが行われる。

実施の形態６．
次に、本発明の実施の形態６について図１８及び図１９を参照して説明する。

本発明の実施の形態６としての制御装置は、実施の形態１と同様に図１に示す構成のエンジンに適用される。したがって、以下の説明では、実施の形態１と同じく図１に示すエンジンを前提にして説明を行うものとする。

本実施の形態はＥＣＵ５０により実行されるエンジンの始動制御に特徴がある。図１８は、始動時の水温と必要な燃料増量との関係を示すグラフである。エンジンの始動時には、燃料の気化が不十分なために、目標空燃比から定まる燃料量よりも多くの燃料の供給が必要となる。必要な燃料増量は水温が低いほど多くなる。ただし、通常の排気弁制御を行う場合と排気弁停止制御を行う場合とでは差があり、燃料の気化或いは微粒化を促進できる後者の場合には燃料増量を少なくすることができる。このため、排気弁停止制御が実施される前提のもとでは、初爆用燃料の噴射量は通常よりも低く抑えられている。

実施の形態５によれば、誤制御によって排気弁１４が停止しなかった場合、すぐさま通常の制御へ移行して点火が実行される。この場合、未燃ガスの排出は防止されるが、燃料の気化或いは微粒化が不十分なために燃焼に寄与する燃料は不足する。つまり、排気弁停止制御が実施されたのであれば図１８中に白丸で示す燃料増量で足りるはずであったのが、通常制御に変更されたために黒丸で示す燃料増量が必要となり、その差分だけ燃料供給量が不足してしまうのである。

本実施の形態にかかる始動制御は、実施の形態５にかかる始動制御のさらなる改良にあたる。本実施の形態では、点火を停止させるサイクル数が経過していないにもかかわらず、ある気筒において排気弁１４が開弁したときには、その直後の吸気行程の間に追加の燃料噴射を実行してから当該気筒の点火を実行する。追加噴射する燃料の量は、通常の排気弁制御時の始動時燃料増量と排気弁停止制御時の始動時燃料増量との差分（図１８中に矢印で示す）であって、始動時水温から計算する。このような機能をフェイルセーフ機能と併せて始動制御に組み込むことで、燃料の供給不足による始動性の悪化を防止することができる。

本実施の形態にかかる始動制御は、実施の形態５に係る始動制御がベースとなっている。図１９は、本実施形態においてＥＣＵ５０により実行される始動制御の内容をフローチャートで示したものである。図１９のフローチャートに示す各処理のうち実施の形態５と共通する処理については、それぞれ実施の形態５のものと同一のステップ番号を付している。以下では、実施の形態５と共通する処理についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態３とは異なる処理について重点的に説明するものとする。

図１９のフローチャートによれば、ステップＳ５００の判定の結果、ある気筒において排気弁１４が停止していなかった場合、ステップＳ５０２の処理に続いてステップＳ６００の処理が実施される。ただし、本実施の形態は始動性を課題にしているので、一部の気筒において排気弁１４が停止しなかった場合でも、全ての気筒について一律に排気弁停止制御が中止される。

ステップＳ６００では、排気弁１４が停止しなかった気筒において追加の燃料噴射が実施される。排気弁停止制御が正しく実施された気筒についてはこの限りではない。追加の燃料噴射のタイミングは、当該気筒の吸気弁１２が閉じるまでの間である。つまり、追加の燃料噴射は吸気同期噴射でよい。ステップＳ６００の処理の実施タイミングがステップＳ１０４で実施される吸気非同期噴射の終了時期に間に合うならば、吸気非同期噴射の噴射期間を追加の燃料量の分だけ延長することで対応してもよい。ステップＳ６００の処理の後、続いてステップＳ５０４の処理が実施される。

実施の形態７．
次に、本発明の実施の形態７について図２０及び図２１を参照して説明する。

本発明の実施の形態７としての制御装置は、実施の形態１と同様に図１に示す構成のエンジンに適用される。したがって、以下の説明では、実施の形態１と同じく図１に示すエンジンを前提にして説明を行うものとする。

前述のとおり、排気弁制御と点火制御との間に連携がないと、一方の制御において異常が発生した場合に、エンジン全体としての制御に不具合が発生してしまうおそれがある。排気弁制御の異常に関しては実施の形態５にて述べたが、異常は点火制御にも発生する可能性がある。例えば、排気弁１４を停止させたままでのクランキングを１又は複数サイクル行ってから点火を実施する際、最後のクランキングが完了したにもかかわらず、点火制御の異常によって点火が実行されない場合が考えられる。その場合、次回の排気行程では排気弁１４が開弁するので、未燃ガスがそのままエンジンから排出されてしまう。

本実施の形態はＥＣＵ５０により実行されるエンジンの始動制御に特徴がある。本実施の形態にかかる始動制御の特徴は、排気弁停止制御を実施する場合のフェイルセーフ、より詳しくは点火制御の異常に対するフェイルセーフである。点火を停止させる最後のサイクルが完了したにもかかわらず、ある気筒において点火が実行されなかったときには、当該気筒に関しては排気弁停止制御を継続する。排気弁停止制御が継続されるのは当該気筒において点火が実行されるまでの間であり、その間は燃料噴射も中止される。このようなフェイルセーフ機能を始動制御に組み込むことで、点火制御の異常によって未燃ガスが排出されることを防止することができる。

図２１は、本実施の形態にかかる始動制御の内容をクランク角度線図で示したものである。この図では、破線で示すように排気弁停止制御を１サイクルのみ実施して２サイクル目では排気弁１４を開弁する予定のところ、１サイクル目の点火タイミングにおいて点火が実行されなかった場合を示している。この場合は、実線で示すように排気弁停止制御を延長するとともに、次サイクルの燃料噴射も中止する。排気弁停止制御から通常の排気弁制御への切り替えは、点火が間違いなく実行されてからとする。また、点火が間違いなく実行されてから、燃料噴射を開始する。点火が実行されたかどうかは、点火プラグ１６に供給される電流から判定することができる。また、クランク角センサの信号の変化から判定することもできる。

本実施の形態にかかる始動制御は、実施の形態１に係る始動制御がベースとなっている。図２１は、本実施形態においてＥＣＵ５０により実行される始動制御の内容をフローチャートで示したものである。図２１のフローチャートに示す各処理のうち実施の形態１と共通する処理については、それぞれ実施の形態１のものと同一のステップ番号を付している。また、ステップＳ１０６よりも前の処理については実施の形態１と共通であるので、それらに関してはフローチャートにおける表示も省略している。以下では、実施の形態１と共通する処理についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態１とは異なる処理について重点的に説明するものとする。なお、詳細な説明は省略するが、本実施の形態にかかる始動制御の特徴、すなわち、点火制御の異常に対するフェイルセーフは、実施の形態２乃至６の何れの始動制御とも組み合わせることができる。

図２１のフローチャートによれば、ステップＳ１０６において点火が行われた後、ステップＳ７００の処理を経てからステップＳ１０８に進む。ステップＳ７００では、実際に点火が実行されたかどうか気筒毎に判定される。点火が実際には実行されていなかった場合には、ステップＳ７０２を経てから再びステップＳ７００に戻って判定が行われる。ステップＳ７０２では、排気弁１４を閉じた状態で停止し、且つ、燃料噴射を中止したままクランキングが継続される。

ステップＳ７００の判定の結果、点火が間違いなく実行されていれば、ステップＳ１０８に進み、当該気筒における排気弁停止制御が解除される。また、ステップＳ１０８において燃料噴射の中止も解除される。

実施の形態８．
次に、本発明の実施の形態８について図２２及び図２３を参照して説明する。

本発明の実施の形態８としての制御装置は、実施の形態１と同様に図１に示す構成のエンジンに適用される。したがって、以下の説明では、実施の形態１と同じく図１に示すエンジンを前提にして説明を行うものとする。

本実施の形態はＥＣＵ５０により実行されるエンジンの異常診断に特徴がある。前述のように、エンジンの始動時、排気弁制御や点火制御に何らかの異常が生じる場合がある。実施の形態５や実施の形態７にかかる始動制御にはフェイルセーフ機能が組み込まれているので、異常が一時的な場合にはそれによって対処することができる。しかし、異常が恒常的な場合にはエンジンのメンテナンス等の一時的ではない何らかの処置を施す必要がある。本実施の形態にかかる異常診断は、排気弁制御や点火制御の異常を早期に発見し、車両の運転者に対してメンテナンス等の適切な処置を促すために実施される。

図２２は、本実施の形態においてＥＣＵ５０により実行される排気弁制御の異常診断の内容をフローチャートで示したものである。排気弁制御の異常診断は、エンジンの始動時、実施の形態５或いは実施形態６の始動制御と並行して実行される。また、排気弁制御の異常診断は気筒毎に行われる。

図２２のフローチャートによれば、最初のステップＳ８００では、排気弁停止制御の実施中かどうか判定される。排気弁停止制御が実施されていない場合（例えば、始動時水温やエタノール濃度の関係で排気弁停止制御が禁止された場合）には、本ルーチンは終了する。

排気弁停止制御が実施中であれば、ステップＳ８０２に進んで次の判定が行われる。ステップＳ８０２では、排気弁ＮＧフラグが０かどうか判定される。排気弁ＮＧフラグは、排気弁停止制御を実施したにもかかわらず排気弁１４が停止しなかった場合に１にセットされるフラグである。排気弁ＮＧフラグの値はエンジンの停止後（イグニッションオフ後）も保持され、エンジンの始動時にはメモリに保持されている値が読み出されるようになっている。

排気弁ＮＧフラグが０であるということは、少なくとも前回の始動までは排気弁１４が正常に停止していたことを意味する。その場合には、ステップＳ８０４に進んで次の判定が行われる。ステップＳ８０４では、今回の始動において排気弁１４が正常に停止しなかったかどうか判定される。

ステップＳ８０４の判定の結果、今回、排気弁１４が正常に停止しなかったのであれば、ステップＳ８０６の処理が行われる。ステップＳ８０６では、排気弁ＮＧフラグが１にセットされる。この値はエンジンの停止後も保持される。

前回の始動において排気弁ＮＧフラグが１にセットされた場合、今回のステップＳ８０２の判定結果は否定判定（Ｎｏ）となる。その場合には、ステップＳ８０８に進んで次の判定が行われる。ステップＳ８０８では、今回の始動において再び排気弁１４が正常に停止しなかったかどうか判定される。つまり、排気弁１４が正常に停止しない事態が複数回発生したかどうか判定される。

ステップＳ８０８の判定の結果、今回も排気弁１４が正常に停止しなかったのであれば、ステップＳ８１０の処理が行われる。ステップＳ８１０では、排気弁制御に異常が生じているとの診断結果が下される。その診断結果は、メンテナンス用のフラグの値に反映されるとともに、インパネ内の警報ランプ等の手段を介して運転者に知らされるようになっている。ステップＳ８０８の判定の結果、今回は排気弁１４が正常に停止している場合には、診断は次回に持ち越される。

また、過去に排気弁１４が停止しなかったことがなく、且つ、今回も排気弁１４が正常に停止した場合、すなわち、ステップＳ８０４の判定結果が否定判定の場合には、ステップＳ８１２に進んで次の判定が行われる。ステップＳ８１２では、排気弁１４が正常に停止している状態が一定トリップ継続したかどうか判定される。

ステップＳ８１２の判定の結果、排気弁１４が一定トリップ継続して正常に停止したのであれば、ステップＳ８１４の処理が行われる。ステップＳ８１４では、排気弁制御は正常との診断結果が下される。その診断結果は、メンテナンス用のフラグの値に反映されるようになっている。ステップＳ８１２の判定の結果、一定トリップ数に達していない場合には、診断は次回に持ち越される。

図２３は、本実施の形態においてＥＣＵ５０により実行される点火制御の異常診断の内容をフローチャートで示したものである。点火制御の異常診断は、エンジンの始動時、実施の形態７の始動制御と並行して実行される。また、点火制御の異常診断は気筒毎に行われる。

図２３のフローチャートによれば、最初のステップＳ８２０では、排気弁停止制御の実施中かどうか判定される。排気弁停止制御が実施されていない場合（例えば、始動時水温やエタノール濃度の関係で排気弁停止制御が禁止された場合）には、本ルーチンは終了する。

排気弁停止制御が実施中であれば、ステップＳ８２２に進んで次の判定が行われる。ステップＳ８２２では、点火ＮＧフラグが０かどうか判定される。点火ＮＧフラグは、点火の停止期間が終了したにもかかわらず点火が実行されなかった場合に１にセットされるフラグである。点火ＮＧフラグの値はエンジンの停止後も保持され、エンジンの始動時にはメモリに保持されている値が読み出されるようになっている。

点火ＮＧフラグが０であるということは、少なくとも前回の始動までは点火が正常に実行されていたことを意味する。その場合には、ステップＳ８２４に進んで次の判定が行われる。ステップＳ８２４では、今回の始動において点火が正常に実行されなかったかどうか判定される。

ステップＳ８２４の判定の結果、今回、点火が正常に実行されなかったのであれば、ステップＳ８２６の処理が行われる。ステップＳ８２６では、点火ＮＧフラグが１にセットされる。この値はエンジンの停止後も保持される。

前回の始動において点火ＮＧフラグが１にセットされた場合、今回のステップＳ８２２の判定結果は否定判定となる。その場合には、ステップＳ８２８に進んで次の判定が行われる。ステップＳ８２８では、点火が正常に実行されない事態が一定のサイクル数発生したかどうか判定される。

ステップＳ８２８の判定の結果、点火が正常に実行されなかったサイクル数が一定サイクル数に達した場合には、ステップＳ８３０の処理が行われる。ステップＳ８３０では、点火制御に異常が生じているとの診断結果が下される。その診断結果は、メンテナンス用のフラグの値に反映されるとともに、インパネ内の警報ランプ等の手段を介して運転者に知らされるようになっている。ステップＳ８２８の判定の結果、一定サイクル数に達していない場合には、診断は次回に持ち越される。

また、過去に点火が実行されなかったことがなく、且つ、今回も点火が正常に実行された場合、すなわち、ステップＳ８２４の判定結果が否定判定の場合には、ステップＳ８３２に進んで次の判定が行われる。ステップＳ８３２では、点火が正常に実行されている状態が一定トリップ継続したかどうか判定される。

ステップＳ８３２の判定の結果、点火が一定トリップ継続して正常に実行されたのであれば、ステップＳ８３４の処理が行われる。ステップＳ８３４では、点火制御は正常との診断結果が下される。その診断結果は、メンテナンス用のフラグの値に反映されるようになっている。ステップＳ８３２の判定の結果、一定トリップ数に達していない場合には、診断は次回に持ち越される。

実施の形態９．
最後に、本発明の実施の形態９について図２４を参照して説明する。

本発明の実施の形態９としての制御装置は、実施の形態１と同様に図１に示す構成のエンジンに適用される。したがって、以下の説明では、実施の形態１と同じく図１に示すエンジンを前提にして説明を行うものとする。

本実施の形態はＥＣＵ５０により実行されるエンジンの始動制御に特徴がある。実施の形態１乃至７では最初爆発行程気筒から順次排気弁１４を停止させ、最初爆発行程気筒を基準にしてその後の制御を実施している。しかし、排気弁停止機構２４の応答性能によっては必ずしも最初爆発行程気筒で排気弁１４が停止できるとは限らない。本実施の形態にかかる始動制御では、実際に排気弁１４を停止できたかどうか最初爆発行程気筒から順に確認し、最初に排気弁１４を停止できた気筒を基準にしてその後の制御を実施する。

本実施の形態にかかる始動制御は、実施の形態１に係る始動制御がベースとなっている。図２４は、本実施形態においてＥＣＵ５０により実行される始動制御の内容をフローチャートで示したものである。図２４のフローチャートに示す各処理のうち実施の形態１と共通する処理については、それぞれ実施の形態１のものと同一のステップ番号を付している。以下では、実施の形態１と共通する処理についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態１とは異なる処理について重点的に説明するものとする。なお、詳細な説明は省略するが、本実施の形態の特徴、すなわち、最初に排気弁１４を停止できた気筒を基準にした始動制御は、実施の形態２乃至７の何れの始動制御とも組み合わせることができる。

図２４のフローチャートによれば、ステップＳ１０２において最初爆発行程気筒から点火順に排気弁停止制御が行われた後、まず、ステップＳ９００の判定が行われる。ステップＳ９００では、最初爆発行程気筒の排気弁１４の停止が当該気筒の排気行程に間に合ったかどうか判定される。ここでは、最初爆発行程気筒を第１気筒（図では＃１と表記する）とし、第３気筒（＃３）、第４気筒（＃４）そして第２気筒（＃２）の順に点火が行われるものとする。

第１気筒において排気弁１４の停止が間に合ったのであれば、ステップＳ１０４乃至Ｓ１０８の処理が順次行なわれる。すなわち、ステップＳ１０４において第１気筒から順に吸気非同期噴射が実施され、ステップＳ１０６において第１気筒から順に圧縮上死点近傍での点火が実施され、ステップＳ１０８において第１気筒から順に排気弁停止制御の解除が実施される。

ステップＳ９００の判定の結果、第１気筒の排気弁１４の停止が間に合わなかった場合には、ステップＳ９０２の処理が行われる。ステップＳ９０２では、第１気筒における燃料噴射が禁止される。そして、次のステップＳ９０４では、第３気筒の排気弁１４の停止が当該気筒の排気行程に間に合ったかどうか判定される。

第３気筒において排気弁１４の停止が間に合ったのであれば、ステップＳ９０６乃至Ｓ９１０の処理が順次行なわれる。すなわち、ステップＳ９０６において第３気筒から順に吸気非同期噴射が実施され、ステップＳ９０８において第３気筒から順に圧縮上死点近傍での点火が実施され、ステップＳ９１０において第３気筒から順に排気弁停止制御の解除が実施される。

ステップＳ９０４の判定の結果、第３気筒の排気弁１４の停止が間に合わなかった場合には、ステップＳ９１２の処理が行われる。ステップＳ９１２では、第３気筒における燃料噴射が禁止される。そして、次のステップＳ９１４では、第４気筒の排気弁１４の停止が当該気筒の排気行程に間に合ったかどうか判定される。

第４気筒において排気弁１４の停止が間に合ったのであれば、ステップＳ９１６乃至Ｓ９２０の処理が順次行なわれる。すなわち、ステップＳ９１６において第４気筒から順に吸気非同期噴射が実施され、ステップＳ９１８において第４気筒から順に圧縮上死点近傍での点火が実施され、ステップＳ９２０において第４気筒から順に排気弁停止制御の解除が実施される。

ステップＳ９１４の判定の結果、第４気筒の排気弁１４の停止が間に合わなかった場合には、ステップＳ９２２の処理が行われる。ステップＳ９２２では、第４気筒における燃料噴射が禁止される。そして、次のステップＳ９２４では、第２気筒の排気弁１４の停止が当該気筒の排気行程に間に合ったかどうか判定される。

第２気筒において排気弁１４の停止が間に合ったのであれば、ステップＳ９２６乃至Ｓ９３０の処理が順次行なわれる。すなわち、ステップＳ９２６において第２気筒から順に吸気非同期噴射が実施され、ステップＳ９２８において第２気筒から順に圧縮上死点近傍での点火が実施され、ステップＳ９３０において第２気筒から順に排気弁停止制御の解除が実施される。

ステップＳ９２４の判定の結果、第２気筒の排気弁１４の停止も間に合わなかった場合には、ステップＳ９３２及びステップＳ９３４の処理が行われる。ステップＳ９３２では、排気弁停止制御が中止され、ステップＳ９３４では、通常の排気弁制御が行われるとともに、通常の燃料噴射時期制御と点火制御とが行われる。つまり、何れの気筒においても排気弁１４の停止が最初の排気行程に間に合わなかった場合には、エンジンの始動性を優先して通常の制御に切り替えられる。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。

上述の実施の形態では、クランキングが開始されてから排気弁停止機構２４を操作して排気弁１４を停止させているが、クランキングの開始前から排気弁１４を停止させておいてもよい。つまり、エンジンを停止させるときに排気弁停止機構２４を操作して排気弁１４を停止させるようにしてもよい。

上述の実施の形態では、図２乃至図５に示す構造の排気弁停止機構２４を用いているが、カムと排気弁１４とを切り離すことができる機構であれば、排気弁１４を閉じた状態で停止させることができる。つまり、排気弁停止機構の構造は図２乃至図５に示されるものには限定されない。また、排気弁１４を閉じた状態で停止させるための手段としては、カムをモータ駆動式にし、カムの回転を停止させることで排気弁１４を停止させるのでもよい。或いは、排気弁１４を電磁駆動式にして、ソレノイドの操作によって排気弁１４を停止させるのでもよい。

符号の説明

１０ 燃焼室
１２ 吸気弁
１４ 排気弁
１６ 点火プラグ
１８ クランク軸
２０ スタータ
２２ 吸気弁タイミング可変機構
２４ 排気弁停止機構
３０ 吸気管
３２ スロットル
３４ 燃料噴射弁
３６ 吸気ポート
４０ 排気ポート
５０ ＥＣＵ
５２ クランク角センサ
５４ 水温センサ
５６ アルコール濃度センサ
５８ スタートスイッチ

Claims (12)

1. 燃料を吸気ポート内に噴射する燃料噴射弁と、気筒毎に閉じた状態で停止可能な排気弁とを有する内燃機関の制御装置において、
   初爆前の気筒が排気行程にある場合、当該気筒の排気弁を閉じた状態で停止させる排気弁制御手段と、
   排気行程で排気弁が閉じた状態で停止されている気筒の燃料噴射弁に、噴射時期が吸気弁の開タイミングよりも前になるか或いはそれに重なるように初爆用の燃料を噴射させる燃料噴射弁制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 初爆前の各気筒において、初爆用の燃料が噴射されてから１又は複数のサイクル数が経過するまでの間、当該気筒の点火を停止させる点火制御手段
   をさらに備え、
   前記排気弁制御手段は、前記の点火を停止させるサイクル数が経過するまでの間、当該気筒の排気弁を閉じた状態で停止させる
   ことを特徴とする請求の範囲１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記点火制御手段は、前記の点火を停止させるサイクル数が経過していないにもかかわらず当該気筒の排気弁が開弁したときには、その直後の点火タイミングにおいて当該気筒の点火を実行する
   ことを特徴とする請求の範囲２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記燃料噴射弁制御手段は、前記の点火を停止させるサイクル数に応じた回数に初爆用燃料の噴射を分割し、各噴射における噴射時期が吸気弁の開タイミングに重なるように当該気筒の燃料噴射弁に燃料を噴射させる
   ことを特徴とする請求の範囲２又は３記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記燃料噴射弁から噴射される燃料はアルコールを含む燃料である
   ことを特徴とする請求の範囲１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記排気弁制御手段は、燃料のアルコール濃度が所定の基準濃度以上の場合に、初爆前の気筒の排気弁を閉じた状態で停止させる
   ことを特徴とする請求の範囲５記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記燃料噴射弁から噴射される燃料はアルコールを含む燃料であって、
   前記点火制御手段は、前記の点火を停止させるサイクル数を燃料のアルコール濃度に応じて変更する
   ことを特徴とする請求の範囲２乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記点火制御手段は、燃料のアルコール濃度が所定の基準濃度より低い場合、各気筒の最初のサイクルから点火を開始し、
   前記排気弁制御手段は、燃料のアルコール濃度が所定の基準濃度以下の場合、各気筒の最初のサイクルから排気弁を開弁させる
   ことを特徴とする請求の範囲７記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記排気弁制御手段は、内燃機関の水温が所定の基準温度以下の場合に、初爆前の気筒の排気弁を閉じた状態で停止させる
   ことを特徴とする請求の範囲１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記点火制御手段は、前記の点火を停止させるサイクル数を内燃機関の水温に応じて変更する
    ことを特徴とする請求の範囲２乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記点火制御手段は、内燃機関の水温が所定の基準温度より高い場合、各気筒の最初のサイクルから点火を開始し、
    前記排気弁制御手段は、内燃機関の水温が所定の基準温度より高い場合、各気筒の最初のサイクルから当該気筒の排気弁を開弁させる
    ことを特徴とする請求の範囲１０記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記排気弁制御手段は、初爆の直後の排気行程において当該気筒の排気弁を開弁させる
    ことを特徴とする請求の範囲１乃至１１の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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