JP5067026B2

JP5067026B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5067026B2
Application number: JP2007153691A
Authority: JP
Inventors: 茂樹木野村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2012-11-07
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Description

本発明は、内燃機関の運転状態に拘わりなくクランク軸の回転速度を制御可能な内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の始動時にモータジェネレータにて圧縮行程の上死点近傍でクランク軸の回転速度を一瞬過渡的に増速させて点火圧縮上死点近傍でのピストン速度を速くし、これにより完爆し易くさせて始動性を向上させる始動制御装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２００４−４４４９１号公報特開２００４−８４６０７号公報

特許文献１の装置では内燃機関の始動時に圧縮行程の上死点近傍でクランク軸の回転速度を増速させているが、内燃機関の始動時に限らず内燃機関の運転中においても圧縮行程時にクランク軸の回転速度を増速させることにより、内燃機関の燃焼状態を改善することができる。ところで、周知のように複数の気筒を有する内燃機関では、いずれかの気筒が圧縮行程のときに他の気筒が膨張行程となる。そのため、圧縮行程の上死点近傍でクランク軸の回転速度を増速させると、膨張行程にある気筒ではその膨張行程の時間が短縮されて得られる仕事率が小さくなり、機関効率が低下する。

そこで、本発明は、機関効率を低下させることなく燃焼状態を改善することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の制御装置は、複数の気筒を備えた内燃機関に適用され、前記内燃機関のクランク軸の回転速度を変更可能な回転速度変更手段と、前記複数の気筒のうちの一の気筒が圧縮行程となる期間内に設定され、かつ前記一の気筒とは別の気筒であって前記一の気筒の圧縮行程と膨張行程が重なるとともにその膨張行程の開始時期が前記一の気筒の圧縮行程の開始時期よりも先又は前記一の気筒の圧縮行程の開始時期と同時である他の気筒の排気弁が開弁された後に設定される加速期間において前記クランク軸の回転速度が上昇するように前記回転速度変更手段の動作を制御する動作制御手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の制御装置によれば、複数の気筒のうちの一の気筒が圧縮行程のときにクランク軸の回転速度を上昇させるので、圧縮行程にある一の気筒においてその内部の燃料混合気の乱れを大きくすることができる。そのため、燃焼状態を改善することができる。また、膨張行程にある他の気筒の排気弁が開弁されてからクランク軸の回転速度を上昇させるので、他の気筒の膨張行程の期間を確保し、燃料の燃焼によって生じた圧力を他の気筒のピストンに十分に作用させることができる。従って、機関効率を低下させることなく内燃機関の燃焼状態を改善することができる。

本発明の制御装置の一形態において、前記動作制御手段は、前記加速期間と交互に設けられる減速期間において前記クランク軸の回転速度を低下させ、前記加速期間における前記クランク軸の回転速度と前記減速期間における前記クランク軸の回転速度とを平均した平均回転速度が前記内燃機関のアクセル開度に基づいて設定される目標回転速度に調整されるように前記回転速度変更手段の動作を制御してもよい（請求項２）。この場合、クランク軸の回転速度の上昇及び低下を行ってもクランク軸の回転速度を運転者が内燃機関に要求した回転速度に適切に調整することができる。

この形態において、前記動作制御手段は、前記複数の気筒のいずれかの気筒が膨張行程であり、かつその膨張行程の気筒の排気弁が開弁される前までの期間に前記減速期間の少なくとも一部が設定されるように前記回転速度変更手段の動作を制御してもよい（請求項３）。このように膨張行程のうち排気弁が開弁される前までの期間にクランク軸の回転速度を低下させることにより、筒内圧力が仕事に変換される膨張行程の時間を長くすることができる。そのため、得られる仕事率を上昇させ、機関効率を向上させることができる。

本発明の制御装置の一形態において、前記内燃機関は、前記クランク軸と接続されて発電機及び電動機として機能するモータジェネレータを備えたハイブリッド車両に搭載され、前記回転速度変更手段は、前記モータジェネレータであってもよい（請求項４）。この場合、新たに装置を設けることなくクランク軸の回転速度を容易、かつ精度良く変更することができる。

以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、圧縮行程にある一の気筒の燃料混合気の乱れを大きくできる。また、そのときに膨張行程になる他の気筒においては、その気筒のピストンに筒内圧力を十分に作用させて筒内圧力を仕事に十分に変換することができる。そのため、機関効率を低下させることなく燃焼状態を改善することができる。

（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関の要部を示す概略図である。図１に示した内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１Ａは、車両に走行用動力源として搭載され、３つの気筒２が一方向に向かって並べられた火花点火式の４サイクル内燃機関である。なお、各気筒２にはそれらの並び方向一端から他端に向かって＃１〜＃３の気筒番号を付して互いに区別する。一般に３気筒の４サイクル内燃機関では、互いの爆発間隔が２４０°ＣＡ（クランク角を意味する。）ずつずらされることにより、２４０°ＣＡ毎の等間隔爆発が実現されている。なお、＃２の気筒２と＃３の気筒２との爆発時期の前後は適宜に定められるが、エンジン１Ａでは＃３の気筒２の爆発時期が＃２の気筒２の爆発時期よりも先とする。従って、エンジン１Ａにおける爆発順序は、＃１、＃３、＃２の順となる。各気筒２には吸気通路３及び排気通路４がそれぞれ接続され、吸気通路３には吸入空気量に対応する信号を出力するエアフローメータ５と、吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ６とが設けられる。

図２は、エンジン１Ａの気筒２の断面を示している。なお、図２には＃１の気筒２の断面を示すが、他の気筒２も同様の構造である。図２に示したように各気筒２にはクランク軸７にコンロッド８を介して連結されたピストン９が往復運動可能な状態で挿入されている。また、各気筒２には点火プラグ１０がその電極部を気筒２内に突出させるようにして気筒２の略中心線上に設けられている。各気筒２に形成される燃焼室１１と吸気通路３とは吸気弁１２にて開閉され、燃焼室１１と排気通路４とは排気弁１３にて開閉される。吸気弁１２及び排気弁１３の開閉駆動は周知の動弁機構によって実行される。また、各気筒２の吸気ポート３ａにはインジェクタ１４がそれぞれ設けられている。なお、これらは周知のエンジンと同様のものでよいため、詳細な説明は省略する。

エンジン１Ａの運転状態は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０にて制御される。ＥＣＵ２０は、マイクロプロセッサ、及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、エンジン１Ａに設けられた各種センサの出力信号に基づいてエンジン１Ａの運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ２０は、例えばエンジン１Ａの回転数及び負荷などに基づいて各気筒２に供給すべき燃料量を算出し、算出した燃料量の燃料が各気筒２の供給されるように各インジェクタ１４の動作を制御する。また、各気筒２内の燃料混合気に適切な時期に点火されるように各点火プラグ１０の動作を制御する。ＥＣＵ２０に接続されるセンサとしては、例えばクランク軸７の角度（以下、クランク角と略称することがある。）に対応する信号を出力するクランク角センサ２１、アクセル開度に対応する信号を出力するアクセル開度センサ２２、排気弁１３を開閉するカムの位置に対応する信号を出力するカムポジションセンサ２３、及びエアフローメータ５等がある。その他にもＥＣＵ２０には各種センサが接続されるが、それらの図示は省略した。

エンジン１Ａが搭載された車両は、電動機及び発電機として機能する２台のモータジェネレータ（ＭＧ）３０、３１を備えたハイブリッド車両である。エンジン１Ａのクランク軸７、ＭＧ３０の出力軸、及びＭＧ３１の出力軸はそれぞれ動力分割機構３２に接続されている。動力分割機構３２は、エンジン１Ａ、ＭＧ３０、及びＭＧ３１の接続状態を切り替えてエンジン１Ａ、ＭＧ３０、及びＭＧ３１の出力の伝達先を切り替える周知のものである。動力分割機構３２には、例えば遊星歯車機構などが用いられる。動力分割機構３２からの出力は、伝達機構３３を介して車両の駆動輪３４に伝達される。

ＭＧ３０、ＭＧ３１、及び動力分割機構３２の動作はそれぞれモータジェネレータコントロールユニット（ＭＧＣＵ）４０にてそれぞれ制御される。ＭＧＣＵ４０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、例えば要求される駆動力及びＭＧ３０、ＭＧ３１に接続されたバッテリ４２の充電状態などに基づいてＭＧ３０及びＭＧ３１が電動機又は発電機として機能するようにその動作を切り替える。この際、ＭＧＣＵ４０は、インバータ４１を介して各ＭＧ３０、３１の動作を制御する。ＭＧＣＵ４０は、例えば車両の加速時にエンジン１Ａの出力及びＭＧ３０の出力の両方が駆動輪３４に伝達されるように動力分割機構３２の動作を制御するとともにＭＧ３０を電動機として機能させる。その他、ＭＧＣＵ４０は車両の走行状態などに応じてＭＧ３０、ＭＧ３１の動作を制御するが、これらの制御方法は周知の制御方法と同様でよいため、詳細な説明は省略する。また、図１に示したようにＭＧＣＵ４０は、ＥＣＵ２０と互いの情報を共有可能なように接続されている。

このような車両においては、ＭＧ３０及びＭＧ３１によってエンジン１Ａの運転状態に拘わらずクランク軸７の回転速度を変更することができる。例えば、ＭＧ３１の出力軸とクランク軸７とが接続されるように動力分割機構３２の動作を制御し、ＭＧ３１を電動機として機能させてＭＧ３１の出力軸を駆動することによりクランク軸７の回転速度を上昇させることができる。一方、動力分割機構３２の動作を同様に制御し、ＭＧ３１を発電機として機能させて発電を行わせることによりクランク軸７の回転速度を低下させることができる。なお、このようなクランク軸７の回転速度の変更は、ＭＧ３０によっても同様に行うことができる。そのため、ＭＧ３０及びＭＧ３１が本発明の回転速度変更手段に相当する。

また、エンジン１Ａの燃焼状態を改善する方法として圧縮行程時にクランク軸７の回転速度を上昇させ、圧縮行程時におけるピストン９の移動速度を増速させて気筒２内の燃料混合気の乱れを大きくする方法が知られている。そこで、ＭＧＣＵ４０は、エンジン１Ａの燃焼状態を改善するべく図３に示したクランク軸加減速制御ルーチンをエンジン１Ａの運転中に所定の周期で繰り返し実行する。

図３の制御ルーチンにおいてＭＧＣＵ４０は、まずステップＳ１１においてエンジン１の運転状態を取得する。エンジン１の運転状態としては、例えばエンジン１の回転数及び負荷、各気筒の行程などが取得される。また、この処理ではバッテリ４２の残量も取得される。次のステップＳ１２においてＭＧＣＵ４０は、所定の燃焼改善条件が成立したか否か判定する。エンジン１の運転状態やバッテリ４２の残量などによってはクランク軸７の回転速度を変更するとエンジン１の運転に支障が生じる場合がある。そこで、例えばクランク軸７の回転速度を変更してもエンジン１の運転状態に支障がなく、またバッテリ４２の残量が十分にある場合に燃焼改善条件が成立したと判断される。燃焼改善条件が不成立と判断された場合は今回の制御ルーチンを終了する。

一方、燃焼改善条件が成立したと判断された場合はステップＳ１３に進み、ＭＧＣＵ４０は３つの気筒２のうちのいずれかの気筒が圧縮行程か否か判断する。周知のように＃１〜＃３の各気筒２の吸気、圧縮、膨張、排気の各行程は、クランク角と対応関係を有している。そのため、この判断は、例えばクランク角センサ２１の出力信号を参照して行えばよい。３つの気筒２のうちのいずれかの気筒が圧縮行程と判断した場合はステップＳ１４に進み、ＭＧＣＵ４０はそのときに膨張行程にある気筒２の排気弁１３が開弁しているか否か判断する。なお、この判断は、カムポジションセンサ２３の出力信号に基づいて行えばよい。膨張行程の気筒２の排気弁１３が開弁していると判断した場合はステップＳ１５に進み、ＭＧＣＵ４０はクランク軸７の回転速度が上昇する、すなわちクランク軸７が加速されるようにＭＧ３１及び動力分割機構３２の動作を制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１３が否定判断された場合、又はステップＳ１４が否定判断された場合はステップＳ１６に進み、ＭＧＣＵ４０はクランク軸７の回転速度が低下する、すなわちクランク軸７が減速されるようにＭＧ３１及び動力分割機構３２の動作を制御する。この際、クランク軸７をどの程度減速させるかは、アクセル開度に基づいて設定される。周知のようにエンジン１Ａの回転数すなわちクランク軸７の回転速度の目標値（以下、目標回転速度と称することがある。）Ｎｔは、アクセル開度に応じて設定される。そこで、ＭＧＣＵ４０は、クランク軸７の加速及び減速を行ったときのクランク軸７の回転速度の平均値（以下、平均回転速度と称することがある。）Ｎａが、目標回転速度Ｎｔに調整されるようにクランク軸７を減速させる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

図４は、クランク軸加減速制御ルーチンによってクランク軸７の加速及び減速が行われた場合におけるクランク軸７の回転速度の時間変化の一例を示している。また、図４にはエンジン１Ａの各気筒２における吸気、圧縮、膨張、排気の各行程のタイムチャートの一例を示す。なお、図４は７２０°ＣＡ分のタイムチャートである。図４に示したように各気筒２の点火時期Ｉはピストン９が圧縮上死点に到達した時点に設定され、各気筒２の排気弁１３の開弁が開始される時期（以下、開弁開始時期と称することがある。）ＥＶＯは膨張行程の後半に設定される。図４に示したようにクランク軸加減速制御の実行時は、３つの気筒２のいずれかの気筒が圧縮行程であり、かつそのときに膨張行程になる気筒２の排気弁１３の開弁開始時期ＥＶＯからその圧縮行程の終了時点までの加速期間Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３においてクランク軸７の加速が行われる。そして、これら加速期間Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３以外の期間ではクランク軸７の減速が行われる。そのため、各加速期間Ｕの間にクランク軸７を減速させる減速期間Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４が設けられる。すなわち、加速期間Ｕと減速期間Ｄとが交互に設けられる。また、図４に示したように減速期間Ｄは、３つの気筒２のいずれかの気筒２が膨張行程となる期間に設けられる。

この第１の形態によれば、各気筒２が圧縮行程のときにクランク軸７の回転速度を上昇させる、すなわちクランク軸７を加速させるので、気筒２内の燃料混合気の乱れを大きくして燃焼状態を改善することができる。このクランク軸７の加速は、その圧縮行程と膨張行程が重なる気筒２の排気弁１３の開弁開始時期ＥＶＯから行うので、膨張行程の気筒２において筒内圧力をピストン９に十分に作用させることができる。また、各気筒２の膨張行程時で排気弁１３の開弁開始時期ＥＶＯよりも前の期間ではクランク軸７の減速が行われるので、筒内圧力が仕事に変換される膨張行程の時間を長くすることができる。そのため、機関効率を向上させることができる。さらに、平均回転速度Ｎａが目標回転速度Ｎｔに調整されるため、クランク軸加減速制御の実行時においてもクランク軸７の回転速度を運転者の要求する回転速度に適切に制御することができる。

（第２の形態）
次に図５及び図６を参照して第２の形態に係る制御装置について説明する。図５は、第２の形態に係る制御装置が組み込まれたエンジン１Ｂの概略図を示している。図５に示したようにエンジン１Ｂは、４つの気筒２が一方向に向かって並べて配置される直列４気筒内燃機関である。それ以外は、第１の形態と同様であるため、共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。なお、各気筒２には、それらの並び方向一端から他端に向かって＃１〜＃４の気筒番号を付して互いに区別する。一般に４気筒の４サイクル内燃機関では、外側の一対の気筒（＃１、＃４）２の爆発間隔が３６０°ＣＡずらされ、内側の一対の気筒（＃２、＃３）２の爆発時期が＃１の気筒２の爆発時期を基準として１８０°ＣＡ、５４０°ＣＡずらされることにより、１８０°ＣＡ毎の等間隔爆発が実現されている。なお、＃２の気筒２と＃３の気筒２との爆発時期の前後は適宜に定められるが、エンジン１Ｂでは＃３の気筒２の爆発時期が＃２の気筒２の爆発時期よりも先とする。従って、エンジン１Ｂにおける爆発順序は、＃１、＃３、＃４、＃２の順となる。

第２の形態のＭＧＣＵ４０も第１の形態と同様に、エンジン１Ｂの運転中に図３のクランク軸加減速制御ルーチンを所定の周期で繰り返し実行する。図６は、第１の形態の図４に対応する図であり、クランク軸加減速制御ルーチンにてクランク軸７の加速及び減速が行われた場合におけるクランク軸７の回転速度の時間変化の一例を示している。また、図６にはエンジン１Ｂの各気筒２における吸気、圧縮、膨張、排気の各行程のタイムチャートの一例を示す。なお、図６は７２０°ＣＡ分のタイムチャートである。なお、図６に示したようにエンジン１Ｂにおいても第１の形態と同様に各気筒２の点火時期Ｉはピストン９が圧縮上死点に到達した時点に設定され、各気筒２の排気弁１３の開弁開始時期ＥＶＯは膨張行程の後半に設定される。

図６に示したようにクランク軸加減速制御の実行時は、４つの気筒２のいずれかの気筒が圧縮行程であり、かつそのときに膨張行程になる気筒２の排気弁１３の開弁開始時期ＥＶＯからその圧縮行程の終了時点までの加速期間Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３、Ｕ１４においてクランク軸７の加速が行われる。また、各加速期間Ｕの間に設けられる減速期間Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４においてクランク軸７の減速が行われる。図６に示したように減速期間Ｄは、４つの気筒２のいずれかの気筒２の膨張行程の開始時期からその膨張行程の排気弁１３の開弁開始時期ＥＶＯまでの期間が設定される。すなわち、膨張行程の開始時期からその膨張行程の気筒２の排気弁１３が開弁されるまでクランク軸７の減速が行われる。

このように４気筒のエンジン１Ｂにおいてもクランク軸加減速制御ルーチンを実行して図６に示したようにクランク軸７の回転速度を変更することにより、圧縮行程時に気筒２内の燃料混合気の乱れを大きくして燃焼状態を改善することができる。また、膨張行程の気筒２においては、筒内圧力をピストン９に十分に作用させることができる。そして、各気筒２の膨張行程時で排気弁１３の開弁開始時期ＥＶＯより前の期間ではクランク軸７の回転速度を低下させるので、膨張行程の時間を長くし、機関効率を向上させることができる。

（第３の形態）
図７及び図８を参照して第３の形態に係る制御装置について説明する。図７は、第３の形態に係る制御装置が組み込まれたエンジン１Ｃの概略図を示している。図７に示したようにエンジン１Ｃは、６つの気筒２が一方向に向かって並べて配置される直列６気筒内燃機関である。それ以外は、他の形態と同様であるため、共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。なお、各気筒２には、それらの並び方向一端から他端に向かって＃１〜＃６の気筒番号を付して互いに区別する。エンジン１Ｃにおいては、＃１の気筒２と＃６の気筒２の爆発間隔が３６０°ＣＡずらされ、＃２の気筒２と＃４の気筒２の爆発間隔が３６０°ＣＡずらされ、＃３の気筒２と＃５の気筒２の爆発間隔が３６０°ＣＡずらされることにより、１２０°ＣＡ毎の等間隔爆発が実現されている。そして、エンジン１Ｃでは、各気筒２の爆発順序が＃１、＃２、＃５、＃６、＃４、＃３の順に設定される。

第３の形態のＭＧＣＵ４０も他の形態と同様に、エンジン１Ｃの運転中に図３のクランク軸加減速制御ルーチンを所定の周期で繰り返し実行する。図８は、クランク軸加減速制御ルーチンにてクランク軸７の加速及び減速が行われた場合におけるクランク軸７の回転速度の時間変化の一例を示している。また、図８にはエンジン１Ｃの各気筒２における吸気、圧縮、膨張、排気の各行程のタイムチャートの一例を示す。なお、図８は７２０°ＣＡ分のタイムチャートである。なお、図８に示したようにエンジン１Ｃにおいても他の形態と同様に各気筒２の点火時期Ｉはピストン９が圧縮上死点に到達した時点に設定され、各気筒２の排気弁１３の開弁開始時期ＥＶＯは膨張行程の後半に設定される。

図８に示したように６気筒のエンジン１Ｃにおいては、一つの気筒２の圧縮行程には、他の２つの気筒の膨張行程が重なる。例えば＃１の気筒２の圧縮行程には、＃４の気筒２の膨張行程と＃３の気筒２の膨張行程が重なる。そこで、図８に示したようにエンジン１Ｃでは、６つの気筒２のいずれかの気筒が圧縮行程であり、かつその圧縮行程よりも先に膨張行程にある気筒２の排気弁１３の開弁開始時期ＥＶＯから圧縮行程の終了時点までの期間が加速期間Ｕに設定される。例えば、＃１の気筒２が圧縮行程のときは＃４の気筒２の排気弁１３の開弁開始時期ＥＶＯから＃１の気筒２の圧縮行程の終了時期までが加速期間Ｕに設定される。この対応関係は予めＭＧＣＵ４０のＲＯＭに記憶させておき、それを参照して図３のステップＳ１４を判定すればよい。このように対応関係を設定しておくことにより、６気筒のエンジン１Ｃにおいても加速期間Ｕ２１〜Ｕ２６においてクランク軸７を加速させ、各加速期間Ｕの間に設けられる減速期間Ｄ２１〜Ｄ２６においてクランク軸７を減速させることができる。

このように６気筒のエンジン１Ｃにおいてもクランク軸加減速制御ルーチンを実行して図８に示したようにクランク軸７の回転速度を変更することにより、圧縮行程時に気筒２内の燃料混合気の乱れを大きくして燃焼状態を改善することができる。また、膨張行程の気筒２においては、筒内圧力をピストン９に十分に作用させることができる。そして、各気筒２の膨張行程時で排気弁１３の開弁開始時期ＥＶＯより前の期間ではクランク軸７の回転速度を低下させるので、膨張行程の時間を長くし、機関効率を向上させることができる。

図６のエンジン１Ｃでは、＃１の気筒２と＃６の気筒２の爆発間隔、＃２の気筒２と＃４の気筒２の爆発間隔、及び＃３の気筒２と＃５の気筒２の爆発間隔がそれぞれ３６０°ＣＡずつずらされたが、本発明の制御装置は＃１の気筒２と＃６の気筒２の爆発間隔、＃２の気筒２と＃５の気筒２の爆発間隔、及び＃３の気筒２と＃４の気筒２の爆発間隔がそれぞれ３６０°ＣＡずつずらされた内燃機関に適用してもよい。この場合、各気筒２の爆発順序は、＃１、＃５、＃３、＃６、＃２、＃４の順でもよいし、＃１、＃４、＃２、＃６、＃３、＃５の順でもよい。

本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関は、火花点火内燃機関に限定されない。本発明はディーゼル内燃機関に適用してもよい。また、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関に限らず、気筒内に直接燃料を噴射する筒内直噴式の内燃機関に本発明を適用してもよい。さらに、気筒が一方向に向かって並べられた直列式の内燃機関に限らず、Ｖ型内燃機関に本発明を適用してもよい。気筒数も３、４、６気筒に限らず、８、１０、１２気筒などの複数の気筒を有する内燃機関に本発明を適用してよい。

本発明の制御装置は、排気弁の開弁開始時期を変更可能、すなわち排気弁の開弁開始時期を進角させたり遅角させることが可能な可変動弁機構を備えた内燃機関に適用してもよい。このような内燃機関に適用する場合、排気弁の開弁開始時期の変更に伴ってクランク軸の加速を開始する時期を変更する。

本発明が適用される内燃機関は、ハイブリッド車両に搭載されるエンジンに限定されない。例えば始動モータがクランク軸の回転速度を変更可能なように設けられた内燃機関に本発明を適用してもよい。また、始動モータに限らず、内燃機関の運転状態に拘わらずにクランク軸の回転速度を変更可能な電動機を備えた内燃機関に適用してもよい。この場合、電動機や始動モータが本発明の回転速度変更手段となる。

本発明の制御装置では、クランク軸加減速制御ルーチンを実行してクランク軸７の回転速度を変更する場合、クランク軸７の加速及び減速を高速に切り替えるため、ＭＧ３１とバッテリ４２との間で高速に充電及び放電が繰り返し行われる。そこで、図９に示したようにバッテリ４２とは別にバッテリ４２よりも充放電ロスの小さいキャパシタ（コンデンサ、蓄電器とも呼ばれる。）５０と、ＭＧ３１の接続先をキャパシタ５０及びバッテリ４２との間で切り替える切替スイッチ５１とをさらに設けてもよい。なお、図９において図１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。また、図９ではインバータの図示は省略した。図１０は、ＭＧＣＵ４０が切替スイッチ５１の動作を制御するべくエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行する切替スイッチ制御ルーチンを示している。図１０の制御ルーチンにおいてＭＧＣＵ４０は、まずステップＳ２１においてクランク軸７の加減速制御を実行中、すなわち図３のステップＳ１５及びＳ１６が実行されているか否か判断する。加減速制御が実行中ではないと判断した場合はステップＳ２２に進み、ＭＧＣＵ４０はＭＧ３１とバッテリ４２とが接続されるように切替スイッチ５１を動作させる。一方、加減速制御が実行中であると判断した場合はステップＳ２３に進み、ＭＧＣＵ４０はＭＧ３１とキャパシタ５０とが接続されるように切替スイッチ５１を動作させる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

このようにクランク軸７の加減速制御の実行中はＭＧ３１とキャパシタ５０とを接続させることにより、充放電ロスを低減できる。なお、キャパシタ５０の代わりにバッテリ４２よりも充放電ロスの小さいバッテリを設けてもよい。

本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関の要部を示す概略図。図１のエンジンの気筒の断面を示す図。図１のＭＧＣＵが実行するクランク軸加減速制御ルーチンを示すフローチャート。クランク軸加減速制御ルーチンによってクランク軸の加速及び減速が行われた場合におけるクランク軸の回転速度の時間変化の一例を示す図。本発明の第２の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関の要部を示す概略図。第２の形態においてクランク軸加減速制御ルーチンによってクランク軸の加速及び減速が行われた場合におけるクランク軸の回転速度の時間変化の一例を示す図。本発明の第３の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関の要部を示す概略図。第３の形態においてクランク軸加減速制御ルーチンによってクランク軸の加速及び減速が行われた場合におけるクランク軸の回転速度の時間変化の一例を示す図。バッテリとは別にキャパシタを設けた変形例の概略を示す図。図９のＭＧＣＵが実行する切替スイッチ制御ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ内燃機関
２気筒
７クランク軸
９ピストン
１３排気弁
３０モータジェネレータ（回転速度変更手段）
３１モータジェネレータ（回転速度変更手段）
４０モータジェネレータコントロールユニット（動作制御手段）
Ｕ加速期間
Ｄ減速期間

Claims

複数の気筒を備えた内燃機関に適用され、
前記内燃機関のクランク軸の回転速度を変更可能な回転速度変更手段と、
前記複数の気筒のうちの一の気筒が圧縮行程となる期間内に設定され、かつ前記一の気筒とは別の気筒であって前記一の気筒の圧縮行程と膨張行程が重なるとともにその膨張行程の開始時期が前記一の気筒の圧縮行程の開始時期よりも先又は前記一の気筒の圧縮行程の開始時期と同時である他の気筒の排気弁が開弁された後に設定される加速期間において前記クランク軸の回転速度が上昇するように前記回転速度変更手段の動作を制御する動作制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記動作制御手段は、前記加速期間と交互に設けられる減速期間において前記クランク軸の回転速度を低下させ、前記加速期間における前記クランク軸の回転速度と前記減速期間における前記クランク軸の回転速度とを平均した平均回転速度が前記内燃機関のアクセル開度に基づいて設定される目標回転速度に調整されるように前記回転速度変更手段の動作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。
前記動作制御手段は、前記複数の気筒のいずれかの気筒が膨張行程であり、かつその膨張行程の気筒の排気弁が開弁される前までの期間に前記減速期間の少なくとも一部が設定されるように前記回転速度変更手段の動作を制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関は、前記クランク軸と接続されて発電機及び電動機として機能するモータジェネレータを備えたハイブリッド車両に搭載され、
前記回転速度変更手段は、前記モータジェネレータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。