JP5382236B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用エンジンとして好適に用いられ、弁停止機構を備えた内燃機関の制御装置に関する。

従来技術として、例えば特許文献１（日本特開２００１−１８２５７０号公報）に開示されているように、バルブを閉弁状態で停止（閉弁停止）させる弁停止機構を備えた内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、燃料カットを実行するときに、吸気バルブと排気バルブのうち少なくとも一方のバルブを閉弁停止させる構成としている。これにより、従来技術では、燃料カット中に吸込まれた新気（酸素）が触媒に到達するのを防止し、触媒を劣化から保護するようにしている。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。

日本特開２００１−１８２５７０号公報 日本特開２００７−９７７９号公報 日本特開平７−１１９５０２号公報 日本特開２００７−１０７４３３号公報 日本特開平６−３４６７１１号公報

ところで、従来技術では、燃料カット時にバルブを閉弁停止させる構成としている。しかしながら、例えば吸気バルブを閉弁停止させた場合には、排気行程が終了して排気バルブが閉弁する毎に、筒内が密閉状態となる。この状態では、ピストンが下降するときに筒内に大きな負圧が生じるので、クランクケースから筒内に吸い上げられるオイルの量が増加する。このため、従来技術では、オイル消費量が増加して早期の補充が必要となるばかりでなく、吸い上げられたオイルが排気ガスに混入することにより排気エミッションが悪化するという問題がある。

また、例えばハイブリッド車においては、車両の走行中にエンジンを停止させる場合があるので、エンジンを停止させる燃料カットの実行時にも、従来技術の制御を実行し、触媒を保護したいという要求がある。しかし、エンジンの停止時に吸気バルブを閉弁停止させた場合には、そのままの状態でエンジンが再始動されることがある。この場合には、吸気ポートが閉じた状態でクランキングが行われるので、ピストンが往復動するときの抵抗が大きくなり、クランキングの負荷が増加する。このため、従来技術の制御をエンジン停止時の燃料カットに適用すると、始動時にスタータの消費電力が増加したり、クランキング時の振動が増加するという問題がある。しかも、クランキング時には、吸気バルブの閉弁停止により実圧縮比が高くなるので、噴射燃料が点火前に自着火し易くなり、クランキングショック等の衝撃が発生する虞れがある。

一方、従来技術の制御では、燃料カット時に排気バルブを閉弁停止させる構成も考えられる。しかし、この場合には、吸気バルブが開弁したときに、燃料カットの直前に生じた排気ガスが吸気通路に吹き返す虞れがある。この結果、燃料カットからの復帰時に排気ガスの掃気不良が生じて排気エミッションが悪化したり、エンジンの再始動時に始動性が悪化するという問題が生じる。

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、本発明の目的は、内燃機関の停止時を含めて燃料カットを行う場合において、吸気バルブを閉弁停止した状態でも、オイル消費量を低減し、クランキング時の消費電力や振動を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

第１の発明は、吸気バルブを閉弁状態で弁停止させることが可能な吸気閉弁停止機構と、
排気バルブを開弁状態で弁停止させることが可能な排気開弁停止機構と、
内燃機関の停止時を含めて燃料カットが実行される場合に、前記吸気閉弁停止機構により全ての気筒において全ての吸気バルブを閉弁状態で弁停止させ、かつ、前記排気開弁停止機構により全ての気筒において少なくとも１つの排気バルブを開弁状態で弁停止させる弁停止制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明によると、前記弁停止制御手段は、前記吸気バルブを閉弁状態で弁停止させた後に、前記排気バルブを開弁状態で弁停止させる構成としている。

第３の発明によると、前記弁停止制御手段は、前記吸気バルブを閉弁状態で弁停止させる動作と前記排気バルブを開弁状態で弁停止させる動作とを同一の燃焼サイクル中に実行する構成としている。

第４の発明によると、前記弁停止制御手段は、前記吸気バルブを閉弁状態で弁停止させた後に前記排気バルブを開弁状態で弁停止させる第１の弁停止制御手段と、前記吸気バルブを閉弁状態で弁停止させる動作と前記排気バルブを開弁状態で弁停止させる動作とを同一の燃焼サイクル中に実行する第２の弁停止制御手段とにより構成し、
クランク軸の回転が継続する燃料カットが実行される場合に、前記第１の弁停止制御手段を作動させ、前記クランク軸が停止する燃料カットが実行される場合に、前記第２の弁停止制御手段を作動させる制御切換手段を備える。

第５の発明は、前記吸気バルブの作動状態が反映されるパラメータを検出するバルブ状態検出手段と、
前記吸気バルブが閉弁状態で弁停止したと推定される時点から前記排気バルブが開弁状態で弁停止するまでの間に、前記バルブ状態検出手段により前記吸気バルブの故障検出を行う吸気故障検出手段と、を備える。

第６の発明は、内燃機関のクランク軸が回転した状態で燃料カットから復帰する場合に、前記排気バルブを弁停止から復帰させた後に、前記吸気バルブを弁停止から復帰させる運転時弁復帰制御手段を備える。

第７の発明は、前記排気バルブの作動状態が反映されるパラメータを検出するバルブ状態検出手段と、
前記排気バルブが弁停止から復帰したと推定される時点から前記吸気バルブが弁停止から復帰するまでの間に、前記バルブ状態検出手段により前記排気バルブの故障検出を行う排気故障検出手段と、を備える。

第８の発明は、内燃機関を再始動する場合に、前記吸気バルブを弁停止から復帰させ、当該吸気バルブの復帰時点またはそれ以後に前記排気バルブを弁停止から復帰させる始動時弁復帰制御手段を備える。

第９の発明によると、前記始動時弁復帰制御手段は、クランキングが開始された後に前記排気バルブを弁停止から復帰させる構成としている。

第１の発明によれば、弁停止制御手段は、燃料カットを実行する場合に、各気筒の吸気バルブを閉弁状態で弁停止（閉弁停止）させ、かつ、各気筒の少なくとも１つの排気バルブを開弁状態で弁停止（開弁停止）させることができる。これにより、燃料カットの実行時には、吸気バルブの閉弁停止により触媒を吸入空気との接触による劣化から保護しつつ、排気バルブの開弁停止により無駄なコンプレッションを回避することができる。従って、内燃機関のオイル消費量を抑制することができ、また再始動時には、スタータの消費電力や、クランキング時の振動、自着火傾向等を改善することができる。

第２の発明によれば、弁停止制御手段は、吸気バルブを閉弁停止させた後に、排気バルブを開弁停止させることができる。これにより、例えば動弁系の応答ばらつき等が存在する場合でも、吸気バルブの閉弁停止を排気バルブの開弁停止よりも先に実行することができる。従って、動弁系の応答ばらつき等により開弁停止が先に実行されるのを防止し、燃料カット時に吸入空気が排気側に流出するのを確実に阻止することができる。

第３の発明によれば、弁停止制御手段は、吸気バルブを閉弁停止させる動作と排気バルブを開弁停止させる動作とを同一の燃焼サイクル中に（即ち、可能な限り早期に）実行することができる。これにより、例えば内燃機関が停止すると作動しない油圧式の弁停止機構を用いる場合でも、内燃機関の停止時に燃料カットが行われるときには、吸気バルブの閉弁停止と排気バルブの開弁停止の両方を確実に完了することができる。従って、弁停止制御手段を用いることによる再始動時の効果を安定的に発揮することができる。また、吸気バルブだけが弁停止される期間を１サイクル未満に短縮することができ、オイルの吸い上げ（オイル消費量）を最小限に抑えことができる。

第４の発明によれば、制御切換手段は、燃料カットの実行時にクランク軸の回転が継続するか否かに応じて、前記第２の発明に対応する第１の弁停止制御手段と、前記第３の発明に対応する第２の弁停止制御手段とを適切に使い分けることができる。これにより、個々の運転状態において、弁停止制御手段により得られる効果を最大限に発揮することができる。

第５の発明によれば、吸気故障検出手段は、吸気バルブが閉弁停止したと推定される時点から排気バルブが開弁停止するまでの間に、吸気バルブの故障検出を行うことができる。従って、例えば故障検出用のバルブ制御等を実行しなくても、弁停止時の遅延期間を利用してバルブの故障を容易に検出することができ、システムの信頼性を向上させることができる。

第６の発明によれば、運転時弁復帰制御手段は、クランク軸が回転した状態で燃料カットから復帰する場合に、排気バルブを開弁停止から復帰させた後に、吸気バルブを閉弁停止から復帰させることができる。これにより、燃料カットからの復帰時にも、吸気バルブが先に開弁して吸入空気が触媒に到達するのを確実に防止することができる。

第７の発明によれば、排気故障検出手段は、排気バルブが開弁停止から復帰したと推定される時点から吸気バルブが閉弁停止から復帰するまでの間に、排気バルブの故障検出を行うことができる。従って、弁復帰時の遅延期間を利用してバルブの故障を容易に検出することができ、システムの信頼性を向上させることができる。

第８の発明によれば、始動時弁復帰制御手段は、再始動時に排気バルブが閉弁する以前に吸気バルブを開弁させることができ、クランキング時に筒内が密閉状態となるのを回避することができる。この結果、クランキングの負荷を軽減することができるので、スタータの消費電力を節約し、クランキング時の振動を低減することができる。

第９の発明によれば、少なくともクランキングの初期段階では、排気バルブを開弁させておくことができ、ピストン（クランク軸）の抵抗が小さい状態でフライホイール等に十分な回転慣性力を付与することができる。従って、排気バルブが閉弁してクランク軸の回転抵抗が増加しても、フライホイール等の回転慣性力を利用してスタータの負荷を軽減し、スタータの消費電力を更に節約することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。 本発明の実施の形態１において、燃料カットが実行される場合の各バルブの作動状態を示す説明図である。 燃料カット時における各バルブの制御状態を示すタイミングチャートである。 吸気バルブが閉弁停止した状態での筒内圧と筒内容積との関係を示す特性線図である。 吸気バルブが閉弁停止した状態において、クランキングに必要なトルクを示す特性線図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、第１の弁停止制御を示すタイミングチャートである。 第２の弁停止制御を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３において、燃料カットからの復帰時に行われる運転時弁復帰制御を示すタイミングチャートである。 エンジンの再始動時に行われる始動時弁復帰制御を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図６を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０の各気筒には、ピストン１２により燃焼室１４が形成されており、ピストン１２は、エンジンのクランク軸１６に連結されている。また、エンジン１０は、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路１８と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路２０とを備えている。吸気通路１８には、吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２２が設けられている。また、排気通路２０には、排気ガスを浄化する三元触媒等の触媒２４が設けられている。

また、各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁２６と、筒内の混合気に点火する点火プラグ２８と、吸気ポートを筒内に対して開，閉する吸気バルブ３０と、排気ポートを筒内に対して開，閉する排気バルブ３２とが設けられている。また、エンジン１０は、吸気バルブ３０の開弁特性を可変に設定する吸気可変動弁機構３４と、排気バルブ３２の開弁特性を可変に設定する排気可変動弁機構３６とを備えている。

吸気可変動弁機構３４は、例えば日本特開２００８−４５４６０号公報に記載されているような公知の構成を有している。具体的に説明すると、吸気可変動弁機構３４は、それぞれ揺動可能に支持された２本のアームと、該各アームの連結及び連結解除を実行する連結機構とを備えている。２本のアームは、エンジンの吸気側カムシャフトに設けられた駆動カムと、吸気バルブ３０のロッカーアームとの間に配置されている。そして、各アームが連結された状態では、駆動カムの入力が一方のアームから他方のアームに伝達されるので、吸気バルブ３０が開，閉する。これに対し、アームの連結を解除した場合には、一方のアームの揺動が他方のアームに伝達されなくなり、吸気バルブ３０が閉弁状態で弁停止される。これにより、吸気可変動弁機構３４は、吸気行程であっても、各気筒の吸気バルブ３０を閉弁状態で弁停止（以下、閉弁停止と称す）させる機能を備えており、本実施の形態の吸気閉弁停止機構を構成している。

一方、排気可変動弁機構３６は、例えば日本特開２００７−１６７１０号公報に記載されているような電磁駆動式の動弁機構等により構成され、排気バルブ３２を磁力により開弁させることが可能なソレノイドを備えている。そして、排気可変動弁機構３６は、ソレノイドへの通電時期、印加電圧等を制御することにより、排気バルブ３２の開弁特性（開弁及び閉弁のタイミング、リフト量）を可変に設定することができる。これにより、排気可変動弁機構３６は、排気行程以外のタイミングであっても、各気筒の排気バルブ３２を開弁状態で弁停止（以下、開弁停止と称す）させる機能を備えており、本実施の形態の排気開弁停止機構を構成している。

なお、本実施の形態では、電磁駆動式の排気可変動弁機構３６を例示したが、本発明はこれに限らず、排気開弁停止機構として、油圧式の可変動弁機構を用いる構成としてもよい。一例を挙げると、本発明に適用される油圧式の排気可変動弁機構は、例えば１つの排気バルブに対応して排気側カムシャフトに２つの駆動カムが設けられており、これら２つの駆動カムにより１つの排気バルブを開，閉するように構成されている。２つの駆動カムは、互いに位相がずれた作用角を有し、油圧アクチュエータにより相互に連結及び連結解除が可能となっている。排気バルブを開弁停止させるときには、２つの駆動カムを連結することにより、各駆動カムの作用角を合成してカム全体の作用角を増加させる。これにより、排気バルブの開弁期間を拡大し、実質的な開弁停止を実現することができる。

次に、システムの制御系統について説明する。本実施の形態のシステムは、各センサ３８，４０，４２を含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサ３８は、クランク軸１６の回転に同期した信号を出力するもので、エアフローセンサ４０は、エンジンの吸入空気量を検出する。また、吸気圧センサ４２は、吸気通路１８内の圧力（吸気圧）を検出する。吸気圧は、吸気バルブ３０及び排気バルブ３２の作動状態が反映されるパラメータの一つであり、吸気圧センサ４２は、本実施の形態のバルブ状態検出手段を構成している。

また、センサ系統には、エンジン１０やこれを搭載する車両の制御に必要な各種のセンサ（例えばエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ、運転者のアクセル操作量を検出するアクセルセンサ等）が含まれている。これらのセンサは、前記各センサ３８，４０，４２を含めて、ＥＣＵ５０の入力側に接続されている。一方、ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルバルブ２２、燃料噴射弁２６、点火プラグ２８、可変動弁機構３４，３６等を含む各種のアクチュエータが接続されている。

ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路と入出力ポートとを備えた演算処理装置により構成されている。そして、ＥＣＵ５０は、センサ系統により検出したエンジンの運転情報に基いて、各アクチュエータを駆動することにより、エンジン１０の運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ３８の出力に基いてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローセンサ４０により検出した吸入空気量と、エンジン回転数とに基いて負荷を算出する。また、エンジン回転数、負荷等に基いて燃料噴射量を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期及び点火時期を決定する。そして、各気筒において、燃料噴射時期が到来した時点で燃料噴射弁２６を駆動し、点火時期が到来した時点で点火プラグ２８を駆動する。

これにより、ＥＣＵ５０は、各気筒の燃焼室１４内で混合気を燃焼させ、エンジン１０を運転することができる。なお、上記運転制御には、エンジンの減速時や停止時等に燃料噴射弁２６からの燃料噴射を停止する燃料カットが含まれている。また、エンジンの運転状態に基いて可変動弁機構３４，３６を駆動することにより、吸気バルブ３０と排気バルブ３２の開弁特性を制御するバルブタイミング制御も含まれている。

［実施の形態１の特徴］
図２は、本発明の実施の形態１において、燃料カットが実行される場合の各バルブの作動状態を示す説明図である。また、図３は、燃料カット時における各バルブの制御状態（リフト量）を示すタイミングチャートである。これらの図に示すように、本実施の形態では、燃料カットが実行される場合に、吸気可変動弁機構３４により各気筒の全ての吸気バルブ３０を閉弁停止させ、かつ、排気可変動弁機構３６により全ての気筒において少なくとも１つの排気バルブ３２を開弁停止させる構成としている。以下の説明では、この制御を「弁停止制御」と称するものとする。弁停止制御の対象となる燃料カットには、エンジンの減速時に実行される燃料カットだけでなく、エンジンの停止時に実行される燃料カットも含まれている。

次に、弁停止制御の作用効果について説明する。まず、燃料カットの実行時には、吸気バルブ及び排気バルブが通常の開閉動作を行うと、エンジンに吸込まれた空気が筒内を通過して触媒２４に到達し、触媒２４が酸素と接触して劣化する虞れがある。このため、燃料カット時には、吸気バルブや排気バルブを閉弁停止して空気の流通を遮断するのが好ましい。しかし、従来技術のように、単にバルブを閉弁停止した場合には、燃焼サイクル中に吸気バルブと排気バルブの両方が閉弁するタイミングが生じ、このときに筒内が密閉状態となる。図４は、吸気バルブが閉弁停止した状態での筒内圧と筒内容積との関係を示す特性線図である。この図に示すように、吸気バルブを閉弁停止させた場合には、吸気行程において、密閉状態となった筒内に大きな負圧が生じる。この結果、クランクケース側のオイルが筒内に強く吸い上げられ、オイル消費量が増加する。

これに対し、本実施の形態では、吸気バルブ３０を閉弁停止し、排気バルブ３２を開弁停止するので、触媒２４への空気流を吸気バルブ３０により遮断しつつ、筒内の圧力を排気バルブ３０により解放することができる。これにより、燃料カット時には、図４中に示す吸気行程においても、筒内の圧力を排気行程と同様のレベル（大気圧に近いレベル）に保持することができる。この結果、オイルの吸い上げを抑制し、オイル消費量を低減することができると共に、排気エミッションを向上させることができる。また、吸気バルブ３０を閉弁停止させるので、筒内に残留した排気ガスが吸気通路１８に吹き返すのを防止し、排気ガスの掃気性を向上させることができる。

一方、本実施の形態では、エンジンの運転中に行われる燃料カットだけでなく、エンジンを停止させる燃料カットの実行時にも、弁停止制御を実行する。これは次の理由によるものである。一般に、エンジンを停止させる燃料カットの実行後には、クランク軸１６の回転が停止するので、吸入空気が触媒２４に到達することはない。しかし、例えば下り坂等の走行中にエンジンを停止させた場合には、燃料カットの実行後にも、車両の慣性力に引き摺られてクランク軸１６が回転し続けることがある（以下、エンジン停止後のクランク軸の回転を「空転」と称する）。また、例えばエンジンとモータとを併用するハイブリッド車においては、燃料カットの実行後に、モータによりクランク軸１６を空転させる場合がある。これらの場合には、エンジンが停止した状態でも、クランク軸１６の空転に伴って吸入空気が触媒２４に供給される虞れがある。

これに対し、弁停止制御によれば、エンジンの停止時にも、吸気バルブ３０を閉弁停止させることできる。従って、クランク軸１６の空転に伴って吸入空気が触媒２４に供給されるのを防止し、触媒２４を酸素との接触から保護することができる。また、エンジンの停止時に吸気バルブ３０を閉弁停止させると、再始動時には、この閉弁停止状態が保持されたままの状態でクランキングが行なわれる場合がある。特に、油圧式の可変動弁機構においては、油圧供給が不十分な始動時に閉弁停止の解除が遅れるので、吸気バルブ３０が閉弁停止した状態でクランキングを開始することになり易い。図５は、吸気バルブが閉弁停止した状態において、クランキングに必要なトルクを示す特性線図である。この図に示すように、始動時に吸気バルブ３０が閉弁停止していると、吸気ポートが閉じた状態でピストンが往復動するので、筒内の空気反力によりクランキングの負荷が増加する。

しかし、弁停止制御によれば、エンジンの停止時に排気バルブ３２を開弁停止させるので、再始動時には、筒内の圧力を排気バルブ３２により解放しつつ、クランキングを円滑に行うことができる。これにより、吸気バルブ３０が閉弁停止した状態でも、クランキングの負荷を軽減し、スタータの消費電力やクランキング時の振動を抑制することができる。また、排気バルブ３２の開弁停止により、クランキング時の実圧縮比を減少させることができ、噴射燃料の自着火やクランキングショック等の発生を回避することができる。

さらに、弁停止制御によれば、エンジンの停止時に吸気バルブ３０を閉弁停止させるので、吸気負圧の残圧等により生じた排気ガスの吹き返しが吸気通路１８に残留するのを防止することができる。これにより、再始動時には、吹き返しガスの残留が原因で始動不良が生じるのを防止し、始動性を向上させることができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図６を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図６は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中（停止時点も含む）に繰り返し実行されるものとする。図６に示すルーチンでは、まず、ステップ１００において、燃料カットを実行するタイミングであるか否かを、センサ系統の出力に基いて判定する。そして、この判定が成立した場合には、ステップ１０２において、吸気可変動弁機構３４により吸気バルブ３０を閉弁停止させる。また、ステップ１０４では、排気可変動弁機構３６により排気バルブ３２を開弁停止させる。

以上詳述した通り、本実施の形態によれば、燃料カットの実行時には、触媒２４を劣化から保護しつつ、排気バルブ３２の開弁停止により無駄なコンプレッションを回避することができる。これにより、エンジンのオイル消費量や、クランキング時の消費電力、振動、自着火傾向等を改善することができる。特に、ハイブリッド車では、モータを補助動力として用いることにより、エンジン１０の停止及び再始動や燃料カットを実行する頻度が高い。また、アイドルストップ制御を行う車両でも、エンジン１０の停止及び再始動が高頻度で繰り返される。従って、これらの車両では、弁停止制御の効果を顕著に発揮することができる。なお、アイドルストップ制御とは、アイドル運転時にエンジンを一旦停止させ、通常運転への復帰時にエンジンを自動的に再始動する公知の制御である。

上述した実施の形態１では、図６中のステップ１００，１０２，１０４が弁停止制御手段の具体例を示している。また、図６では、制御の一例として、吸気バルブ３０を閉弁停止させるステップ１０２の後に、排気バルブ３２を開弁停止させるステップ１０４を記載した。しかし、本発明は、ステップ１０２，１０４を一連の動作として実行すればよいものであり、その順序を限定するものではない。即ち、本発明では、弁停止制御をステップ１０２，１０４の順番で実行してもよいし、排気バルブ３２を開弁停止させてから吸気バルブ３０を閉弁停止させてもよい。さらには、閉弁停止と開弁停止とを同時に実行してもよいものである。

また、本発明は、燃料カットを実行する場合に、各バルブ３０，３２の弁停止を行うことを意図するものであり、燃料カットの実行タイミング（燃料噴射の停止タイミング）と弁停止との時間的な前後関係を限定するものではない。即ち、本発明では、燃料カットを実行する場合に、燃料噴射を停止してから弁停止を実行してもよいし、これと逆に弁停止を実行してから燃料噴射を停止してもよいし、さらには両者を同時に実行してもよい。

また、実施の形態１では、図２において、４気筒エンジンの各気筒に吸気ポート及び排気ポートが２つずつ設けられた構成を例示した。しかし、本発明は、図２の構成に限定されるものではなく、１気筒を含む任意の気筒数、任意の吸気ポート数及び排気ポート数をもつ内燃機関に適用されるものである。

実施の形態２．
次に、図７乃至図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１と同様の構成において、燃料カット中の運転状態に応じて各バルブの弁停止タイミングを設定することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態２の特徴］
図７は、本発明の実施の形態２において、第１の弁停止制御を示すタイミングチャートであり、図８は、第２の弁停止制御を示すタイミングチャートである。本実施の形態では、クランク軸１６が空転する燃料カットが実行される場合に、第１の弁停止制御を実行し、クランク軸１６が停止する燃料カットを実行する場合に、第２の弁停止制御を実行する構成としている。以下、これらの弁停止制御について説明する。

（第１の弁停止制御）
クランク軸１６が空転する燃料カットとは、（１）エンジンを停止しても、車両の慣性力によりクランク軸１６が引き摺られて回転が継続する場合に行われる燃料カット、（２）ハイブリッド車において、エンジンを停止した状態でモータによりクランク軸１６の回転を継続させる場合に行われる燃料カット、などを含んでいる。第１の弁停止制御では、これらの燃料カットが実行される場合に、図７に示す順序で弁停止等を実行する。

詳しく述べると、第１の弁停止制御では、燃料カットを実行する判定がなされた場合に、まず、燃料カットと同期して吸気バルブ３０を閉弁停止させる。そして、閉弁停止から一定の期間が経過した後に、例えば図７中の遅延位置（ａ）において、排気バルブ３２を開弁停止させる。この遅延位置は、燃料カットの判定がなされてから理論的に開弁停止を最も早く実行することが可能な最速位置に対して、例えばエンジンの燃料サイクル（７２０°ＣＡ）で１〜数サイクル程度遅れたタイミングとして設定される。

これにより、吸気バルブ３０が閉弁停止した時点から排気バルブ３２が開弁停止するまでの間には、遅延期間が設けられる（図７参照）。この遅延期間中には、後述のように、吸気バルブ３０の故障検出制御を実行する構成としてもよい。なお、図７中の遅延位置（ａ）は、開弁停止のタイミングを１サイクル遅らせた場合を例示したもので、遅延位置（ｂ）は、２サイクル遅らせた場合を例示したものであるが、本発明は、これらの遅延位置に限定されるものではない。また、排気可変動弁機構３６等を含めてシステム上の制約がない場合には、遅延位置を燃焼サイクル単位で設定する必要はない。

上記第１の弁停止制御によれば、次のような効果を得ることができる。まず、吸気動弁系と排気動弁系との間には、機構の違いや個体差等により応答ばらつきが生じることがあり、特に油圧式の可変動弁機構を用いる場合には、この傾向が顕著となる。このため、例えば吸気可変動弁機構３４として、油圧式のものを採用した場合には、吸気バルブ３０を閉弁停止させるときに応答遅れが生じることがある。しかし、このような場合でも、第１の弁停止制御によれば、吸気バルブ３０の閉弁停止を排気バルブ３２の開弁停止よりも先に実行することができる。従って、可変動弁機構３４，３６を含む動弁系の応答ばらつき等により開弁停止が先に実行されるのを防止し、燃料カット時に吸入空気が排気側に流出するのを確実に阻止することができる。

また、クランク軸１６が空転する燃料カット中には、油圧式の排気可変動弁機構であっても、油圧供給を受けて作動することができる。即ち、弁停止制御の実行時には、吸気バルブ３０を閉弁停止させた時点でクランク軸１６が急に停止して、排気バルブ３２の開弁停止が実行不能となることがない。このため、排気バルブ３２の開弁停止を意図的に遅らせたり、開弁停止の遅れを許容することができる。これにより、第１の弁停止制御では、開弁停止の遅れに応じて遅延期間を設け、この遅延期間を利用して吸気バルブの故障検出制御を実行することができ、システムの信頼性を向上させることができる。

また、上述の理由により、排気バルブ３２を最速位置で開弁停止させる必要がないので、排気可変動弁機構３６には、ある程度の応答遅れを許容することができる。これにより、例えば応答性がそれほど高くない安価な排気可変動弁機構を採用することができ、システムのコストダウンを図ることができる。なお、上述した遅延期間中には、筒内の負圧が増大するので、オイルの吸い上げが進行し易い。しかし、オイルの吸い上げは比較的緩慢に進行するので、数サイクル程度の短時間においては、無視することができる。

（吸気バルブの故障検出制御）
故障検出制御は、前記遅延期間中において、吸気圧センサ４２により検出した吸気圧に基いて実行される。吸気バルブ３０が正常に閉弁停止した場合には、通常の開閉動作が行われている場合と比較して吸気負圧が減少し、吸気圧は大気圧とほぼ等しくなる。ＥＣＵ５０には、例えば閉弁停止中の吸気圧が判定値として予め記憶されている。そして、故障検出制御では、閉弁停止が完了したと推定される遅延期間中において、吸気圧の検出値が前記判定値よりも低い場合に、吸気バルブ３０が閉弁停止しない故障が生じたものと判定する。また、吸気圧の検出値が前記判定値とほぼ等しい場合には、吸気バルブ３０が正常であると判定する。なお、上記故障検出制御の実行時には、排気バルブ３２が正常であることを他の故障検出制御により予め確認しておくのが好ましい。

このように、本実施の形態では、例えば故障検出用のバルブ制御等を実行しなくても、弁停止時の遅延期間を利用して吸気バルブ３０の故障を容易に検出することができる。なお、故障検出制御を正確に行うためには、例えば遅延期間を３〜５サイクル程度の長さに設定するのが好ましい。これにより、故障の誤検出を防止しつつ、オイルの吸い上げを最小限に抑えることができる。

（第２の弁停止制御）
一方、クランク軸１６が停止する燃料カットが実行される場合には、図８に示す第２の弁停止制御が実行される。ここで、クランク軸１６が停止する燃料カットとは、（１）車両の慣性力がクランク軸１６に作用しない状態（車両が停止した状態等）において、エンジンを停止させる場合に行われる燃料カット、（２）ハイブリッド車において、車両の走行中にクランク軸１６を動力系統から切り離して回転を停止させる場合に行われる燃料カット、（３）アイドルストップ制御において、イグニッションキーをＯＦＦしていない状態で、エンジンをクランク軸１６と共に停止させる場合に行われる燃料カット、などを含んでいる。

クランク軸１６が停止する燃料カットが実行される場合には、閉弁停止と開弁停止のうち一方の弁停止だけを実行した時点でクランク軸１６が停止し、弁停止制御が不完全となる虞れがある。特に、油圧式の可変動弁機構等においては、クランク軸１６の停止により油圧が供給されなくなると作動しないので、クランク軸１６の回転中に弁停止制御を出来るだけ早く完了する必要がある。このため、第２の弁停止制御では、燃料カットを実行する判定がなされた場合に、前述の最速位置で排気バルブ３２を開弁停止させると共に、吸気バルブ３０の閉弁停止も可能な限り早いタイミングで実行する。これにより、吸気バルブの閉弁停止と排気バルブの開弁停止とは、同一の燃焼サイクル中に実行される。

上記第２の弁停止制御によれば、次のような効果を得ることができる。まず、油圧式の可変動弁機構等を用いる場合でも、エンジンの停止時に弁停止制御（閉弁停止と開弁停止の両方）を確実に完了することができ、弁停止制御による再始動時の効果を安定的に発揮することができる。また、吸気バルブだけが弁停止される期間を１サイクル未満に短縮することができ、オイルの吸い上げ（オイル消費量）を最小限に抑えことができる。

［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
次に、図９を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図９は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中（停止時点も含む）に繰り返し実行されるものとする。図９に示すルーチンでは、まず、ステップ２００において、燃料カットを実行するタイミングであるか否かを判定する。そして、この判定が成立した場合には、ステップ２０２において、クランク軸１６の回転が継続する燃料カットであるか否かを判定する。

ステップ２０２の具体的な判定処理を例示すると、次のようになる。（１）ハイブリッド車においては、例えばエンジンとモータの動力配分を制御する走行制御用のＥＣＵから入力される信号に基いて、燃料カット中にモータによりクランク軸１６が空転されるのか否かを判定する。（２）非ハイブリッド車等における走行中の燃料カットでは、クランク軸１６が空転するものと判定する。（３）イグニッションキーがＯＦＦにされた場合や、アイドルストップ制御によりエンジン停止要求が発生した場合には、クランク軸１６が停止するものと判定する。

ステップ２０２において、クランク軸１６の回転が継続すると判定した場合には、第１の弁停止制御を実行する。この場合には、まず、ステップ２０４において、吸気バルブ３０を閉弁停止させる。そして、ステップ２０６では、吸気バルブ３０の故障検出制御を実行する。次に、ステップ２０８では、排気バルブ３２を開弁停止させる。一方、ステップ２０２において、クランク軸１６が停止すると判定した場合には、第２の弁停止制御を実行する。この場合には、ステップ２１０，２１２において、吸気バルブ３０の閉弁停止と排気バルブ３２の開弁停止とを同一の燃焼サイクル中に実行する。

このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、燃料カット時のクランク軸１６の回転状態に応じて第１，第２の弁停止制御を適切に使い分けることができ、個々の運転状態において弁停止制御の効果を最大限に発揮することができる。

なお、上述した実施の形態２では、図９中のステップ２０２，２０８が請求項２における弁停止制御手段の具体例、及び請求項４における第１の弁停止制御手段の具体例を示している。また、ステップ２１０，２１２は、請求項３における弁停止制御手段の具体例、及び請求項４における第２の弁停止制御手段の具体例を示している。また、ステップ２００，２０２は、請求項４における制御切換手段の具体例を示し、ステップ２０６は、請求項５における吸気故障検出手段の具体例を示している。

また、実施の形態２では、第１，第２の弁停止制御を使い分ける構成としたが、本発明では、これらの弁停止制御を必ずしも一緒に用いる必要はない。即ち、本発明では、燃料カット時のクランク軸１６の回転状態に関係なく、第１，第２の弁停止制御のうち何れか一方の制御だけを実行し、他方の制御は採用しない構成としてもよい。

また、実施の形態２では、吸気バルブ３０の故障検出制御を吸気圧に基いて実行する場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、吸気バルブ３０の作動状態が反映されるパラメータであれば、吸気圧以外の任意のパラメータに基いて故障検出制御を実行する構成としてもよい。一例を挙げれば、本発明では、エンジンのトルクに基いて吸気バルブ３０の故障を検出してもよい。吸気バルブ３０が正常に閉弁停止した場合には、通常の開閉動作が行われている場合と比較してトルクが減少するので、この傾向に基いて故障を検出することができる。なお、トルクは、エンジン回転数や負荷等に基いて算出してもよいし、センサにより検出してもよい。

実施の形態３．
次に、図１０乃至図１２を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１と同様の構成及び制御に加えて、燃料カットから復帰する場合に弁復帰制御を実行することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態３の特徴］
図１０は、本発明の実施の形態３において、燃料カットからの復帰時に行われる運転時弁復帰制御を示すタイミングチャートであり、図１１は、エンジンの再始動時に行われる始動時弁復帰制御を示すタイミングチャートである。本実施の形態では、クランク軸１６が空転する燃料カットから復帰する場合に、運転時弁復帰制御を実行し、クランク軸１６が停止する燃料カットから復帰する場合（即ち、エンジンを再始動する場合）に、始動時弁復帰制御を実行する構成としている。以下、これらの弁復帰制御について説明する。

（運転時弁復帰制御）
燃料カットから復帰する場合には、吸気バルブ３０と排気バルブ３２を弁停止から復帰させる。しかし、クランク軸１６が回転（空転）している場合には、吸気バルブ３０の復帰を先に行うと、両方のバルブ３０，３２が開弁した状態となるので、ピストンの往復動によって吸入空気が触媒２４に供給されてしまう。このため、運転時弁復帰制御では、図１０に示すように、クランク軸１６が空転した状態で燃料カットから復帰する場合に、まず、排気バルブ３２を開弁停止から復帰（＝閉弁）させた後に、燃料噴射と同期して吸気バルブ３０を閉弁停止から復帰（＝開弁）させる。これにより、燃料カットからの復帰時にも、吸気バルブ３０が先に開弁して吸入空気が触媒２４に到達するのを確実に防止することができる。

（排気バルブの故障検出制御）
上述した運転時弁復帰制御では、排気バルブ３２が復帰したと推定される時点から吸気バルブ３０が復帰するまでの間に、遅延期間が生じる（図１０参照）。この遅延期間中には、以下に述べる排気バルブ３２の故障検出制御を実行する構成としてもよい。この故障検出制御は、実施の形態１で述べた故障検出制御と同様に、吸気圧センサ４２により検出した吸気圧に基いて実行される。排気バルブ３２が正常に復帰（閉弁）した場合には、開弁停止が維持されている場合と比較して吸気負圧が増大する。ＥＣＵ５０には、例えば排気バルブ３２が正常に開，閉している状態での吸気圧（負圧）が判定値として予め記憶されている。

そして、故障検出制御では、開弁停止からの復帰が完了したと推定される遅延期間中において、吸気圧の検出値が前記判定値よりも高い場合に、排気バルブ３２が開弁停止から復帰しない故障が生じたものと判定する。また、吸気圧の検出値が前記判定値とほぼ等しい場合には、排気バルブ３２が正常であると判定する。このように、本実施の形態では、故障検出用のバルブ制御等を実行しなくても、弁復帰時の遅延期間を利用して排気バルブ３２の故障を容易に検出することができる。なお、上記故障検出制御の実行時には、吸気バルブ３０が正常であることを他の故障検出制御により予め確認しておくのが好ましい。

（始動時弁復帰制御）
一方、エンジンを再始動する場合には、図１１に示す始動時弁復帰制御が実行される。この図に示すように、始動時弁復帰制御では、まず、吸気バルブ３０を閉弁停止から復帰させる。そして、吸気バルブ３０の復帰と同時または当該復帰が行われた以降に、排気バルブ３２を開弁停止から復帰させる。これにより、再始動時には、排気バルブ３２が閉弁する以前に吸気バルブ３０を開弁させることができ、クランキング時に筒内が密閉状態となるのを回避することができる。この結果、クランキングの負荷を軽減することができるので、スタータの消費電力を節約し、クランキング時の振動を低減することができる。

また、始動時弁復帰制御では、クランキングが開始された後（好ましくは、クランキングによりエンジン回転数が適度に上昇した後）に、排気バルブ３２を開弁停止から復帰させる。これにより、少なくともクランキングの初期段階では、排気バルブ３２を開弁させておくことができ、ピストン（クランク軸）の抵抗が小さい状態でフライホイール等に十分な回転慣性力を付与することができる。従って、排気バルブ３２が閉弁してクランク軸１６の回転抵抗が増加しても、フライホイール等の回転慣性力を利用してスタータの負荷を軽減し、スタータの消費電力を更に節約することができる。

［実施の形態３を実現するための具体的な処理］
次に、図１２を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図１２は、本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、前述の図６または図９に示すルーチンと並行して、エンジンの運転中（始動時も含む）に繰り返し実行されるものとする。図１２に示すルーチンでは、まず、ステップ３００において、燃料カットから復帰するタイミングであるか否かを、センサ系統の出力に基いて判定する。そして、この判定が成立した場合には、ステップ３０２において、エンジンの再始動時であるか否かを判定する。

エンジンの再始動時ではない場合、即ち、クランク軸１６が空転する燃料カットからの復帰である場合には、まず、ステップ３０４において、排気バルブ３２を開弁停止から復帰させる。そして、ステップ３０６では、排気バルブ３２の故障検出制御を実行する。次に、ステップ３０８では、吸気バルブ３０を閉弁停止から復帰させる。一方、エンジンの再始動時には、ステップ３１０において、クランキングを開始し、ステップ３１２では、吸気バルブ３０を閉弁停止から復帰させる。そして、ステップ３１４では、排気バルブ３２を開弁停止から復帰させる。

このように、本実施の形態によれば、実施の形態１で述べた燃料カット時の作用効果に加えて、燃料カットからの復帰時にも、上述した各種の効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、燃料カットからの復帰形態（クランク軸１６が空転する通常の復帰なのか、またはエンジンの再始動なのか）に応じて、運転時弁復帰制御と始動時弁復帰制御とを適切に使い分けることができ、個々の運転状態において弁復帰制御の効果を最大限に発揮することができる。

なお、上述した実施の形態３では、図１２中のステップ３０４，３０８が請求項６における運転時弁復帰手段の具体例を示し、ステップ３１０，３１２，３１４が請求項８及び９における始動時弁復帰手段の具体例を示している。また、ステップ３０６は、請求項７における排気故障検出手段の具体例を示している。

また、実施の形態３では、運転時弁復帰制御と始動時弁復帰制御とを使い分ける構成としたが、本発明では、これらの弁復帰制御を必ずしも一緒に用いる必要はない。即ち、本発明では、通常の燃料カットからの復帰時に運転時弁復帰制を実行し、始動時弁復帰制御は採用しない構成としてもよいし、エンジンの再始動時に始動時弁復帰制御を実行し、運転時弁復帰制は採用しない構成としてもよい。

また、実施の形態３では、排気バルブ３２の故障検出制御を吸気圧に基いて実行する場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、前述した吸気バルブの故障検出制御の場合と同様に、例えばトルク等を含む他のパラメータに基いて故障検出制御を実行する構成としてもよい。

さらに、実施の形態３では、実施の形態１の制御に対して、燃料カットから復帰する場合の制御を追加するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、実施の形態２の制御に対して、実施の形態３の運転時弁復帰制御または始動時弁復帰制御を追加してもよい。

１０ エンジン（内燃機関）
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１６ クランク軸
１８ 吸気通路
２０ 排気通路
２２ スロットルバルブ
２４ 触媒
２６ 燃料噴射弁
２８ 点火プラグ
３０ 吸気バルブ
３２ 排気バルブ
３４ 吸気可変動弁機構（吸気閉弁停止機構）
３６ 排気可変動弁機構（排気開弁停止機構）
３８ クランク角センサ
４０ エアフローセンサ
４２ 吸気圧センサ（バルブ状態検出手段）
５０ ＥＣＵ

Claims (7)

1. 吸気バルブを閉弁状態で弁停止させることが可能な吸気閉弁停止機構と、
   排気バルブを開弁状態で弁停止させることが可能な排気開弁停止機構と、
   内燃機関の停止時を含めて燃料カットが実行される場合に、前記吸気閉弁停止機構により全ての気筒において全ての吸気バルブを閉弁状態で弁停止させ、かつ、前記排気開弁停止機構により全ての気筒において少なくとも１つの排気バルブを開弁状態で弁停止させる弁停止制御手段と、を備え、
   前記弁停止制御手段は、前記吸気バルブを閉弁状態で弁停止させた後に、少なくとも１燃焼サイクル以上遅らせて前記排気バルブを開弁状態で弁停止させる構成としたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記弁停止制御手段は、前記吸気バルブを閉弁状態で弁停止させた後に少なくとも１燃焼サイクル以上遅らせて前記排気バルブを開弁状態で弁停止させる第１の弁停止制御手段と、前記吸気バルブを閉弁状態で弁停止させる動作と前記排気バルブを開弁状態で弁停止させる動作とを同一の燃焼サイクル中に実行する第２の弁停止制御手段とにより構成し、
   内燃機関の停止後にクランク軸に作用する外力によりクランク軸の回転が継続する燃料カットが実行される場合に、前記第１の弁停止制御手段を作動させ、内燃機関の停止後に外力がクランク軸に作用せずに前記クランク軸が停止する燃料カットが実行される場合に、前記第２の弁停止制御手段を作動させる制御切換手段を備えてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記吸気バルブの作動状態が反映されるパラメータを検出するバルブ状態検出手段と、
   前記吸気バルブが閉弁状態で弁停止したと推定される時点から前記排気バルブが開弁状態で弁停止するまでの間に存在する少なくとも１燃焼サイクル以上の遅延期間中に、前記バルブ状態検出手段により前記吸気バルブの故障検出を行う吸気故障検出手段と、
   を備えてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 内燃機関のクランク軸が回転した状態で燃料カットから復帰する場合に、前記排気バルブを弁停止から復帰させた後に、前記吸気バルブを弁停止から復帰させる運転時弁復帰制御手段を備えてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記排気バルブの作動状態が反映されるパラメータを検出するバルブ状態検出手段と、
   前記排気バルブが弁停止から復帰したと推定される時点から前記吸気バルブが弁停止から復帰するまでの間に、前記バルブ状態検出手段により前記排気バルブの故障検出を行う排気故障検出手段と、
   を備えてなる請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 内燃機関を再始動する場合に、前記吸気バルブを弁停止から復帰させ、当該吸気バルブの復帰時点またはそれ以後に前記排気バルブを弁停止から復帰させる始動時弁復帰制御手段を備えてなる請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記始動時弁復帰制御手段は、クランキングが開始された後に前記排気バルブを弁停止から復帰させる構成としてなる請求項６に記載の内燃機関の制御装置。

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