JP5929795B2 - 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係り、特に、筒内での燃焼により始動する機能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（特開２００６−１８３６３０号公報）に開示されているように、クランキング無しで始動する機能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、膨張行程で停止している気筒（膨張行程停止気筒）で初爆を行うことにより、内燃機関をクランキング無しで始動する構成としている。また、従来技術では、内燃機関が停止してから経過した経過時間が長いほど、膨張行程停止気筒に燃料を噴射してから点火を行うまでの遅延時間を減少させるようにしている。

特開２００６−１８３６３０号公報 特開２００９−１３８６６２号公報 特開２００５−１８０２０７号公報 特開２０１０−１６３８９８号公報 特開２００７−２７０７７３号公報

従来技術のように、膨張行程停止気筒に点火して始動を行う場合には、当該気筒のピストンを始動トルクが最大となる適正な位置に停止した状態で点火するのが好ましい。しかし、内燃機関の停止時には、膨張行程を迎える気筒のピストンを適正な位置で停止しようとしても、圧縮行程を迎える他の気筒の圧縮圧等がブレーキとして作用するので、ピストンの停止位置にばらつきが生じ易い。このため、従来技術では、ピストンを適正な位置に停止した状態で初爆を実行するのが難しいという問題がある。

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、本発明の目的は、内燃機関を筒内での燃焼により始動する構成において、始動時に初爆を行う気筒のピストンを適正な位置に停止することができ、始動性を向上させ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、筒内圧を気筒毎に検出する筒内圧センサと、
内燃機関の停止時にクランク軸を駆動することが可能なアクチュエータと、
内燃機関を自動的に停止することが可能な停止装置と、
前記停止装置により内燃機関を停止したときに、圧縮行程で停止している気筒である制御対象気筒を前記筒内圧に基いて選択すると共に、前記制御対象気筒の筒内圧が予め設定された判定圧力以下に低下したときに、前記アクチュエータにより前記制御対象気筒のピストンを始動時の初爆に適した初爆適正停止位置に移動する停止位置制御手段と、
内燃機関を始動するときに、前記制御対象気筒で初爆を行うことにより、前記初爆の燃焼を利用して前記クランク軸を回転させる着火始動制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明によると、停止位置制御手段は、内燃機関が停止してから前記制御対象気筒で圧縮漏れが生じるまでの予想時間に対応する圧縮漏れ発生時間が経過した後に、前記制御対象気筒の筒内圧が前記判定圧力以下に低下したか否かを判定する構成としている。

第３の発明によると、停止位置制御手段は、内燃機関が停止した時点において前記制御対象気筒の筒内圧が前記判定圧力以下である場合に、前記圧縮漏れ発生時間の経過を待たずに前記アクチュエータを駆動する構成としている。

第４の発明は、前記制御対象気筒のピストンの停止位置と当該停止位置での筒内圧とに基いて、前記ピストンを前記停止位置から前記初爆適正停止位置まで移動するのに必要な前記アクチュエータの駆動電流を算出する電流算出手段を備え、
前記停止位置制御手段は、前記電流算出手段により算出した駆動電流を前記アクチュエータに通電する構成としている。

第５の発明は、前記制御対象気筒に設けられた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電気的に駆動する電動式動弁機構を備え、
前記停止位置制御手段は、内燃機関が停止したときに、前記電動式動弁機構により少なくとも前記一方のバルブを開弁してから前記アクチュエータを駆動する構成としている。

第１の発明によれば、内燃機関の停止時には、初爆適正停止位置に停止するのが必ずしも容易ではない膨張行程停止気筒に代えて、圧縮行程停止気筒を制御対象気筒として選択することができる。そして、制御対象気筒のピストンをアクチュエータにより移動し、当該ピストンの停止位置を初爆適正停止位置に制御することができる。これにより、始動時には、ピストンが初爆適正停止位置に停止した制御対象気筒で初爆を実行し、初爆の成功率及び燃焼安定性を向上させることができる。従って、初爆により始動に必要なトルクを安定的に発生し、始動性を向上させることができる。しかも、圧縮行程停止気筒の筒内圧が判定圧力以下に低下してから、アクチュエータを駆動するので、高い圧縮圧に抗してアクチュエータを駆動する必要がなくなり、アクチュエータの駆動エネルギを抑制することができる。そして、圧縮行程停止気筒のピストンを小さな駆動力で移動することにより、当該ピストンの停止位置を正確に調整することができる。

第２の発明によれば、内燃機関の停止時には、圧縮漏れ発生時間が経過するまで待機した後に、筒内圧が判定圧力以下に低下したか否かを判定することができる。従って、圧縮漏れにより筒内圧が低下した時点で、筒内圧の判定処理を開始するので、判定処理が繰返される頻度を低下させ、制御の効率を向上させることができる。

第３の発明によれば、高地等では、圧縮漏れ発生時間が経過するまで待機する必要がないので、制御対象気筒のピストンを初爆適正停止位置に速やかに移動することができ、また、ピストンを初爆適正停止位置に精度よく停止することができる。

第４の発明によれば、制御対象気筒のピストンの停止位置と当該停止位置での筒内圧とに基いて、ピストンを停止位置から初爆適正停止位置まで移動するのに必要なアクチュエータの駆動電流を正確に算出することができる。これにより、ピストンの移動に必要なアクチュエータの消費電力を最小限に抑制することができる。

第５の発明によれば、内燃機関の停止時には、制御対象気筒の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電動式動弁機構により開弁し、筒内圧を外部に逃がすことができる。これにより、筒内圧を即座に低下させることができ、圧縮漏れ発生時間が経過するまで待機する必要がないので、制御対象気筒のピストンを初爆適正停止位置に速やかに移動することができ、制御に必要な時間を短縮することができる。

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構成図である。 直列４気筒エンジンにおいて、初爆時のピストンの適正な停止位置を例示するための説明図である。 Ｖ型８気筒エンジンにおいて、初爆時のピストンの適正な停止位置を例示するための説明図である。 本発明の実施の形態１において、エンジン停止時の制御対象気筒の圧力変動を示す特性線図である。 本発明の実施の形態１において、高地でのエンジン停止時の制御対象気筒の圧力変動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の一例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、エンジン停止時の制御対象気筒の圧力変動を示す特性線図である。 ピストンの逆回転停止位置と同位置での筒内圧とに基いてアクチュエータの駆動電流を設定するための特性線図である。 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の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３のシステム構成を説明するための構成図である。 本発明の実施の形態３において、エンジン停止時の制御対象気筒の圧力変動を示す特性線図である。 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の一例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構成図である。本実施の形態のシステムは、多気筒型の内燃機関としてのエンジン１０を備えている。なお、図１では、エンジン１０の１気筒のみを例示している。また、本発明は、単気筒を含む任意の気筒数のエンジンに適用されるものである。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１０のクランク軸１６に連結されている。

また、エンジン１０は、各気筒の燃焼室１４内（筒内）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、アクセル開度等に基いて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。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、筒内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、本実施の形態のシステムは、エンジン１０の停止時にクランク軸１６を駆動することが可能なアクチュエータ４０を備えている。アクチュエータ４０は、例えば電動モータにより構成され、バッテリから給電されることでクランク軸１６を回転させる。アクチュエータ４０は、例えばエンジン１０の始動に用いられるスタータモータ、あるいは、アイドルストップ制御（アイドリングストップ）に用いられる公知のモータ付きオルタネータにより構成してもよい。また、本発明をハイブリッド車両に適用する場合には、エンジン１０の動力をアシストする電動モータをアクチュエータ４０として用いてもよい。なお、アイドルストップ制御は、アイドル運転が開始されたときにエンジン１０を一旦停止し、運転者のアクセル操作等によりエンジン１０を再始動する公知の制御である。

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、センサ５０〜５４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）６０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５０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５２は吸入空気量を検出する。なお、クランク角センサ５０は、少なくとも１℃Ａの高い分解性能を有する高分解型のセンサにより構成するのが好ましい。また、筒内圧センサ５４は、筒内圧を気筒毎に検出するためのもので、圧力センサ等により構成され、各気筒にそれぞれ設けられている。センサ系統には、この他にも、エンジン制御に必要な各種のセンサ（スロットルバルブ２２の開度を検出するスロットルセンサ、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等）が含まれている。

ＥＣＵ６０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等を含む記憶回路と、記憶回路に予め記憶されたプログラムに基いて演算処理を行う演算処理装置（ＣＰＵ）と、演算処理装置に対して信号を入出力する入出力ポートとを備えている。ＥＣＵ６０の入力側には、センサ系統の各センサ５０〜５４等が接続されており、ＥＣＵ６０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、アクチュエータ４０等を含む各種のアクチュエータが接続されている。

そして、ＥＣＵ６０は、エンジン１０の運転情報をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動して運転状態を制御する。具体的には、クランク角センサ５０の出力に基いてエンジン回転数（機関回転数）とクランク角とを検出し、エアフローセンサ５２の出力に基いて吸入空気量を算出する。また、吸入空気量、エンジン回転数等に基いてエンジン１０の負荷（負荷率）を算出する。そして、クランク角に基いて燃料噴射時期や点火時期を決定し、これらの時期が到来したときには、燃料噴射弁２６や点火プラグ２８を駆動する。これにより、筒内で混合気を燃焼させ、エンジン１０を運転する。

また、ＥＣＵ６０は、本実施の形態の停止装置を構成しており、エンジン１０を必要に応じて自動的に停止及び再始動する自動停止制御を実行する。自動停止制御の具体例としては、前述のアイドルストップ制御が挙げられる。また、ハイブリッド車においては、例えば走行負荷が小さい場合にエンジン１０を停止して電動モータにより走行し、加速時にエンジン１０を再始動するＨＶ制御も、自動停止制御に含まれる。また、ＥＣＵ６０は、後述する停止位置制御の制御精度を向上させるために、クランク角センサ５０の出力に基いてクランク角を高い分解精度で検出し、また、クランク軸１６の逆回転を即座に検出することが可能に構成されている。

[実施の形態１の特徴]
本実施の形態では、自動停止制御において、エンジン１０を停止したときに後述の停止位置制御を実行し、エンジン１０を再始動するときに着火始動制御を実行する。着火始動制御とは、始動を行うときに、各気筒のうち膨張行程で停止している気筒で初爆（最初の燃料噴射及び点火）を行うことにより、初爆で発生するトルクを利用してクランク軸１６を回転させるものである。なお、着火始動制御では、クランキングを実行せずに、初爆の燃焼のみを利用して始動を行う構成としてもよいが、クランキングを補助的に併用する構成としてもよい。また、着火始動制御では、少なくとも１気筒目での初爆を利用してクランク軸１６を回転させるが、２気筒目以降の気筒でも必要に応じて膨張行程中の燃料噴射及び点火を行う構成としてもよい。

着火始動制御では、膨張行程で停止している気筒（以下、膨張行程停止気筒と称する）で初爆を実行する。このため、エンジン停止時には、膨張行程停止気筒のピストン１２を、初爆時に生じる始動トルクが最大となる適正な位置に停止しておくのが好ましい。しかしながら、膨張行程停止気筒では、圧縮行程を迎える他気筒の圧縮圧やフリクション等の影響によりピストン１２の停止位置にばらつきが生じ易いので、ピストン１２を適正な位置で停止させるのが難しい。

また、例えば特開２００５−１８０２０７号公報に記載された従来技術では、エンジン停止時に、圧縮行程停止で停止する気筒（以下、圧縮行程停止気筒と称する）で燃焼を実行し、クランク軸を逆回転させる。これにより、上記従来技術では、クランク軸を逆回転させて膨張行程停止気筒での圧力を高め、始動トルクを確保するようにしている。しかしながら、圧縮行程停止気筒での燃焼は、トルクの制御が難しく、ピストンの停止位置にばらつきが生じ易い。また、過大なトルクの発生により部品の損傷や騒音の増大等を招く虞れがある。一方、例えば特開２００７−２７０７７３号公報に記載された従来技術では、エンジン停止時にオルタネータ等の発電装置を作動させることにより、エンジン回転数の低下の度合いを調整するようにしている。しかしながら、この方法では、発電状態に応じてピストンの停止位置にばらつきが生じ易く、また、バッテリの容量によってはエンジンの停止時間が変動し易い。

（ピストンの停止位置制御）
上述した問題を解決するために、本実施の形態では、エンジン１０を停止したときに、ピストン１２の停止位置制御を実行する。停止位置制御は、アクチュエータ４０を用いてクランク軸１６を回転させることにより、圧縮行程停止気筒のピストン１２を膨張行程中の適正な停止位置に移動するものである。始動時には、ピストン１２が適正な停止位置で停止している気筒において初爆を行うことにより、始動を円滑に行うことができる。

図２及び図３は、直列４気筒エンジン及びＶ型８気筒エンジンについて、初爆時のピストンの適正な停止位置を例示するための説明図である。なお、これらの図では、圧縮上死点を「圧縮ＴＤＣ」と表記し、排気バルブ３２の開弁位置を「ＥＶＯ」と表記している。また、以下の説明では、始動時の初爆に適したピストン１２の適正な停止位置を「初爆適正停止位置」と表記する。着火始動制御において、初爆を失火なく確実に燃焼させる（即ち、初爆により十分な始動トルクを発生させる）ためには、初爆を行う気筒のピストン１２の停止位置が以下の条件（１）〜（３）の全てを満たしているのが好ましい。

（１）ピストン１２の停止位置が圧縮上死点よりも進んだ側（膨張行程側）の位置であって、かつ、ＥＶＯよりも手前側の位置であること。この条件は、筒内の空気量を十分に確保するために必要なものである。なお、ＥＶＯは、一般的な例を述べると、ＡＴＤＣ１００℃Ａ程度に設定される。
（２）ピストン１２の停止位置が圧縮上死点から離れていること。この条件は、初爆させた気筒の次に圧縮行程を迎える気筒の圧縮圧によるブレーキ作用を考慮したもので、次の気筒をより圧縮上死点に近い位置で停止させるために必要なものである。
（３）ピストン１２の停止位置がモータリングフリクション等に抗してクランク軸１６を回転させるトルクを発生可能な位置であること。

初爆適正停止位置は、これらの条件（１）〜（３）を満たすように設定される。具体例を挙げると、４気筒における初爆適正停止位置は、図２に示す如く、ＡＴＤＣ１０〜９０℃Ａの範囲に含まれるように設定される。また、８気筒における初爆適正停止位置は、図３に示す如く、ＡＴＤＣ１０〜６０℃Ａの範囲に含まれるように設定される。なお、初爆適正停止位置の範囲が４気筒よりも８気筒で狭くなるのは、フリクションの影響等によるものである。

次に、停止位置制御の制御対象気筒について説明する。エンジン停止時には、図２及び図３に示すように、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡと、膨張行程停止気筒ＣｙｌＢとが存在する。しかし、膨張行程停止気筒ＣｙｌＢは、４気筒及び８気筒の何れにおいても、始動時の初爆に適していない気筒となる。何故なら、エンジン停止時には、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡの圧縮圧がブレーキとして作用するので、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡのピストン１２は、ＢＴＤＣ９０℃Ａから圧縮上死点までの間に停止することが多い。この結果、膨張行程停止気筒ＣｙｌＢのピストン１２の位置は、初爆適正停止位置の範囲からクランク軸１６の回転方向に外れた状態となる。特に、４気筒では、膨張行程停止気筒ＣｙｌＢのピストン１２がＥＶＯよりも進んだ位置で停止し、筒内に排気ガスが流入するので、始動時に膨張行程停止気筒ＣｙｌＢで初爆を行うと、燃焼性が不安定になり易い。

このため、停止位置制御では、エンジン１０が停止したときに、制御対象気筒として圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡを選択し、当該圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡのピストン１２を圧縮上死点よりも膨張行程側に位置する初爆適正停止位置まで移動する。即ち、本実施の形態では、エンジン停止時に制御対象気筒として選択した圧縮行程停止気筒を、始動時の初爆に適した膨張行程停止気筒に変化させるものである。これにより、始動時には、ピストン１２が初爆適正停止位置に保持された制御対象気筒で初爆を安定的に実行し、始動に十分なトルクを発生することができる。なお、停止位置制御では、エンジン１０が停止するときに、筒内圧センサ５４により検出した各気筒の筒内圧に基いて圧縮行程停止気筒を判別し、当該圧縮行程停止気筒を制御対象気筒として選択する。

また、停止位置制御では、制御対象気筒の筒内圧が予め設定された判定圧力以下まで低下したときに、アクチュエータ４０を駆動してピストン１２の移動を開始する。以下、この処理について詳しく説明する。図４は、本発明の実施の形態１において、エンジン停止時の制御対象気筒の圧力変動を示す特性線図である。なお、この図において、実線はエンジン停止時の筒内圧を示し、点線は、エンジン運転中の筒内圧を示している。

図４に示すように、制御対象気筒（この時点では、圧縮行程停止気筒）では、エンジン１０が停止すると、圧縮圧Ｐ１がブレーキとして作用することにより、ピストン１２が自由状態での停止位置であるクランク角θ０で停止する。クランク角θ０は、前述したように、ＢＴＤＣ９０℃Ａから圧縮上死点までの範囲に含まれることが多い。この時点では、まだ筒内に残留している圧縮圧が高いので、アクチュエータ４０を駆動すると、アクチュエータ４０の要求駆動力が大きくなり、その消費電力が増加する。但し、エンジン停止時には、筒内のガスがピストンリングの位置等から外部に抜ける圧縮漏れの影響が顕著となるので、筒内圧は大気圧に向けて徐々に低下する。

このため、停止位置制御では、制御対象気筒の筒内圧を監視し、当該筒内圧が予め設定された判定圧力Ｐａ以下の圧力（例えば、図４中の筒内圧Ｐ２）まで低下したときに、アクチュエータ４０の駆動を開始する。ここで、判定圧力Ｐａは、例えば圧縮行程で生じ得る圧縮圧の最大値と比較して、アクチュエータ４０の負荷を十分に軽減可能な低い圧力値として設定されている。また、筒内圧の監視は、予め設定された時間にわたって継続的に実行される。アクチュエータ４０が作動すると、制御対象気筒のピストン１２は、アクチュエータ４０の駆動力によりクランク角θ０から圧縮上死点を乗り越えて移動し、前述の初爆適正停止位置θ１（ＡＴＤＣ）に到達して停止する。

なお、アクチュエータ４０の駆動時には、次のような駆動制御を採用してもよい。この駆動制御では、まず、クランク軸１６をクランク角θ０からクランク角θ１まで移動するのに必要な要求駆動力を算出する。そして、予め設定されたデータマップ等に基いて要求駆動力から駆動電流を算出し、当該算出結果に対応した電流をアクチュエータ４０に通電する。なお、上記データマップは、例えばエンジン１０の温度（冷却水温等）の影響を補正しつつ、前記要求駆動力をアクチュエータ４０の駆動電流に変換するものである。

また、エンジン停止直後には、制御対象気筒の筒内圧が判定圧力Ｐａよりも高い場合が多い。このため、上述した筒内圧の判定処理は、エンジン１０が停止してから所定の圧縮漏れ発生時間Ｔａが経過した時点で実行するのが好ましい。ここで、圧縮漏れ発生時間Ｔａは、エンジン１０が完全に停止（即ち、クランク軸１６の回転が停止）してから圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡで圧縮漏れが生じるまでの予想時間として予め設定され、実測等により決定された上で、ＥＣＵ６０に記憶されている。

この制御によれば、エンジン停止時には、圧縮漏れ発生時間Ｔａが経過するまで待機した後に、筒内圧が判定圧力Ｐａ以下に低下したか否かを判定することができる。従って、圧縮漏れにより筒内圧が低下した時点で、筒内圧の判定処理を開始するので、判定処理が繰返される頻度を低下させ、制御の効率を向上させることができる。

一方、例えば高地等においてエンジン停止が行われる場合には、図５に示すように、エンジン停止の時点から制御対象気筒の筒内圧が低いことがある。図５は、本発明の実施の形態１において、高地でのエンジン停止時の制御対象気筒の圧力変動を示す特性線図である。このような高地でのエンジン停止を考慮して、本実施の形態では、エンジン停止時における制御対象気筒の筒内圧が判定圧力Ｐａ以下の場合に、圧縮漏れ発生時間Ｔａが経過するまで待機することなく、アクチュエータ４０を即座に駆動する構成としてもよい。この制御によれば、高地等では、圧縮漏れ発生時間Ｔａが経過するまで待機する必要がなくなり、ピストン１２の移動及びエンジン制御を速やかに終了することができる。また、高地等においても、制御対象気筒のピストン１２を初爆適正停止位置に精度よく停止することができる。

［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の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、前述の自動停止制御によりエンジン１０が停止される場合の処理を示している。図６に示すルーチンでは、まず、ステップ１００において、自動停止制御によりエンジン停止（燃料噴射及び点火の停止）を実行し、ステップ１０２では、エンジン（クランク軸１６）が完全に停止したことを確認する。

次に、ステップ１０４では、ピストンの停止位置制御を実行するために、制御対象気筒となる圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡを各気筒の筒内圧に基いて選択する。続いて、ステップ１０６では、エンジン停止時点において、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡの筒内圧が前記判定圧力Ｐａ以下であるか否かを判定する（高地判定処理）。この判定が成立した場合には、エンジン停止が高地で行われたことにより圧縮行程停止気筒の筒内圧が低いものと判断し、圧縮漏れ発生時間Ｔａが経過するまで待機せずに、後述のステップ１１０に移行する。

一方、ステップ１０６の判定が不成立の場合には、ステップ１０８に移行することにより、エンジン停止から圧縮漏れ発生時間Ｔａが経過するまで待機した後に、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡの筒内圧が判定圧力Ｐａ以下に低下したか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップ１１０に移行する。また、ステップ１０８の判定が不成立の場合には、ステップ１０６，１０８の何れかで判定が成立するまで、ステップ１０６，１０８の判定処理を繰返す。

次に、ステップ１１０では、アクチュエータ４０を駆動する。そして、ステップ１１２では、アクチュエータ４０により圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡのピストン１２を圧縮行程から膨張行程へと圧縮上死点を乗り越えて移動させ、当該ピストン１２を初爆適正停止位置に停止させる。この場合、初爆適正停止位置は、前述した所定の範囲（４気筒であればＡＴＤＣ１０〜９０℃Ａの範囲、８気筒であればＡＴＤＣ１０〜６０℃Ａの範囲）に収まればよい。また、ステップ１１２では、例えばクランク角、筒内圧等を監視しつつ、アクチュエータ４０の駆動電流を変化させることにより、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡのピストン１２が初爆適正停止位置で停止するように駆動電流を制御する構成としてもよい。

以上詳述した通り、本実施の形態によれば、エンジン停止時には、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡのピストン１２をアクチュエータ４０により移動し、当該ピストン１２の停止位置を初爆適正停止位置に制御することができる。これにより、始動時には、上述した４気筒及び８気筒を含む任意の気筒数において、ピストン１２が初爆適正停止位置に停止した制御対象気筒で初爆を実行し、初爆の成功率及び燃焼安定性を向上させることができる。従って、初爆により始動に必要なトルクを安定的に発生し、始動性を向上させることができる。また、初爆適正停止位置を実現することで、始動時の燃料噴射量を最適化することができる。

更に言えば、停止位置制御では、初爆適正停止位置に停止するのが必ずしも容易ではない膨張行程停止気筒ＣｙｌＢに代えて、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡを制御対象気筒として用いることができる。これにより、エンジン停止時の状態（クランク角、温度条件等）が変化する場合でも、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡのピストン１２を初爆適正停止位置に安定的に停止し、従来技術のようなピストンの停止位置のばらつきを抑制することができる。また、エンジン停止時に過大なトルクや停止時間のばらつきが生じるのを回避することができる。

しかも、停止位置制御では、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡの筒内圧が判定圧力Ｐａ以下に低下してから、アクチュエータ４０を駆動する。これにより、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡのピストン１２が圧縮上死点を乗り越えるときにも、高い圧縮圧に抗してアクチュエータ４０を駆動する必要がなくなり、アクチュエータ４０の駆動力を低減することができる。従って、アクチュエータの駆動エネルギを抑制し、省エネルギ性を高めることができる。また、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡのピストン１２を小さな駆動力で移動することにより、当該ピストン１２の停止位置を正確に調整し、停止位置制御の精度を向上させることができる。

なお、前記実施の形態１では、図６中のステップ１０４〜１１２が請求項１乃至３における停止位置制御手段の具体例を示している。また、前述した着火始動制御は、着火始動制御手段の具体例を示している。

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。本実施の形態は、前記実施の形態１と同様の構成に加えて、エンジン停止時にピストンの揺り返し（クランク軸の逆転）が発生した場合の処理を行う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、エンジン停止時の制御対象気筒の圧力変動を示す特性線図である。前述したように、エンジン停止時には、ピストン１２が圧縮上死点の手前で停止した状態で圧縮漏れが生じることが多いので、停止位置制御は、このタイミングを利用して実行するのが好ましい。しかし、場合によっては、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡの筒内圧が圧縮漏れにより低下する前に、当該気筒のピストン１２が圧縮上死点を乗り越えることができずに反動で逆戻りする現象（揺り返し）が生じることがある。図７では、揺り返しが発生することにより、ピストン１２が自由状態での停止位置θ０から逆戻りして逆回転停止位置θ０′に停止した場合を例示している。

本実施の形態では、このようにピストン１２が逆戻りした場合に、まず、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡのピストン１２が最初に停止した停止位置θ０と、当該ピストン１２が逆戻りして停止した逆回転停止位置θ０′との大小関係に基いて、揺り返しが発生したことを検出する。そして、逆回転停止位置θ０′と、当該位置θ０′での筒内圧Ｐ２とに基いてアクチュエータ４０に通電すべき適切な駆動電流を算出する。この場合、適切な駆動電流とは、ピストン１２を逆回転停止位置θ０′から初爆適正停止位置θ１まで移動するのに必要な最小の駆動電流として定義される。

上述した適切な駆動電流と、逆回転停止位置θ０′と、筒内圧Ｐ２との間には、図８に示すような関係が存在する。図８は、ピストンの逆回転停止位置と同位置での筒内圧とに基いてアクチュエータの駆動電流を設定するための特性線図である。この図に示すデータは、例えば２次元のデータマップとしてＥＣＵ６０に予め記憶されている。以下、このデータマップを電流制御マップと表記する。そして、ＥＣＵ６０は、逆回転停止位置θ０′と筒内圧Ｐ２とに基いて電流制御マップから駆動電流を算出し、算出した駆動電流をアクチュエータ４０に通電する。これにより、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡのピストン１２は、逆回転停止位置θ０′から圧縮上死点を乗り越えて初爆適正停止位置θ１に到達する。

［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の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、前述の自動停止制御によりエンジン１０が停止される場合の処理を示している。図９に示すルーチンでは、まず、ステップ２００〜２０４において、実施の形態１（図６）のステップ１００〜１０４と同様の処理を実行する。

次に、ステップ２０６では、ピストン１２の揺り返しが発生したか否かを判定する。具体的には、例えば圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡのピストン１２が最初に停止した停止位置θ０と比較して、当該ピストン１２が最終的に停止した位置である逆回転停止位置θ０′が小さいか否かを判定する。なお、本実施の形態では、クランク軸１６の回転方向を正方向として各停止位置θ０，θ′，θ１等を設定している。ステップ２０６の判定が不成立の場合には、ピストン１２の揺り返しが発生していないので、ステップ２０８〜２１４の処理を実行する。これらの処理は、実施の形態１におけるステップ１０６〜１１２の処理と同様であるため、説明を省略する。

一方、ステップ２０６の判定が成立した場合には、ピストン１２の揺り返しが発生したので、ステップ２１６に移行し、逆回転停止位置θ０′と筒内圧Ｐ２とに基いて前記電流制御マップにより駆動電流を算出する。そして、ステップ２１２に移行し、算出した駆動電流を通電してアクチュエータ４０を駆動する。

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。特に、本実施の形態では、逆回転停止位置θ０′、筒内圧Ｐ２及び電流制御マップを用いて必要最小限の駆動電流を正確に算出することができる。これにより、ピストン１２の揺り返しが発生した場合でも、圧縮上死点から離れた逆回転停止位置θ０′で停止したピストン１２を初爆適正停止位置θ１まで精度よく移動することができ、この移動に必要なアクチュエータ４０の消費電力を最小限に抑制することができる。

なお、前記実施の形態２では、図９中のステップ２０４〜２１６が請求項１乃至４における停止位置制御手段の具体例を示している。また、ステップ２１６及び図８は、電流算出手段の具体例を示している。

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。本実施の形態は、前記実施の形態１と同様の構成に加えて、エンジン停止時に電動式動弁機構を用いてバルブを開弁することにより、筒内圧を低下させ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のシステム構成を説明するための構成図である。この図に示すように、本実施の形態のシステムは、吸気バルブ３０を電気的に駆動する電動式動弁機構３４と、排気バルブ３２を電気的に駆動する電動式動弁機構３６とを備えている。これらの電動式動弁機構３４，３６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、電磁力によりバルブを開弁させることが可能なソレノイドを備えている。ＥＣＵ６０は、電動式動弁機構３４，３６に制御信号を出力し、この制御信号に基いて電動式動弁機構３４，３６を駆動することにより、各気筒の吸気バルブ３０及び排気バルブ３２を個別に開閉する。

図１１は、本発明の実施の形態３において、エンジン停止時の制御対象気筒の圧力変動を示す特性線図である。本実施の形態では、エンジン停止後に停止位置制御を行うときに、まず、制御対象気筒（圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡ）の吸気バルブ３０と排気バルブ３２のうち少なくとも一方のバルブを電動式動弁機構３４，３６の何れかにより開弁する。これにより、制御対象気筒の筒内圧は、図１１に示すように急激に低下する。そして、ＥＣＵ６０は、制御対象気筒の筒内圧が判定圧力Ｐａ以下に低下した後に、アクチュエータ４０を駆動して当該気筒のピストン１２を初爆適正停止位置に移動する。

［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の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、前述の自動停止制御によりエンジン１０が停止される場合の処理を示している。図１２に示すルーチンでは、まず、ステップ３００〜３０４において、実施の形態１（図６）のステップ１００〜１０４と同様の処理を実行する。

次に、ステップ３０６では、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡの電動式動弁機構３４，３６の何れかを作動させ、バルブを開弁する。この処理では、時間制御により、吸気バルブ３０のみを開弁するか、または、吸気バルブ３０及び排気バルブ３２を同時に開弁するのが好ましい。続いて、ステップ３０８〜３１４では、実施の形態１（図６）のステップ１０６〜１１２の処理と同様の処理を実行する。

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。特に、本実施の形態では、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡの電動式動弁機構３４，３６によりバルブを開弁して筒内圧を低下させてからアクチュエータ４０を駆動する構成としている。これにより、エンジン停止時には、圧縮行程停止気筒ＣｙｌＡの筒内圧をバルブから逃がして即座に低下させることができる。従って、圧縮漏れ発生時間Ｔａが経過するまで待機する必要がないので、ピストン１２の移動及びエンジン制御を速やかに終了することができ、停止位置制御に必要な時間を短縮することができる。

なお、前記実施の形態４では、図１２中のステップ３０４〜３１４が請求項１乃至５における停止位置制御手段の具体例を示している。また、本発明では、停止位置制御でバルブから筒内圧を逃がすときに、必ずしも吸気バルブ３０と排気バルブ３２の両方を開弁する必要はなく、何れか一方のバルブのみを開弁する構成としてもよい。この場合、電動式動弁機構としては、停止位置制御で開弁させるバルブに対応した電動式動弁機構のみを備えていればよく、必ずしも電動式動弁機構３４，３６の両方を備える必要はない。

また、前記実施の形態２では、停止位置制御でアクチュエータ４０に通電する駆動電流の大きさを電流制御マップにより算出する構成としたが、この構成は、実施の形態１及び３において、ピストン１２の揺り返しが発生していない場合に適用してもよい。即ち、実施の形態１，３では、停止位置制御において、ピストン１２を停止位置θ０から初爆適正停止位置θ１まで移動するのに必要な最小の駆動電流を前記電流制御マップにより算出し、この駆動電流をアクチュエータ４０に通電する構成としてもよい。

また、前記実施の形態１では、エンジン停止時の制御対象気筒の筒内圧が判定圧力Ｐａ以下である場合に、圧縮漏れ発生時間Ｔａの経過を待たずにアクチュエータ４０を駆動する構成としたが、本発明では、この制御を必ずしも採用しなくてもよい。即ち、本発明では、どのような場合でも、エンジン停止後に圧縮漏れ発生時間Ｔａから経過してからアクチュエータ４０を駆動する構成としてもよい。

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
３４，３６ 電動式動弁機構
４０ アクチュエータ
５０ クランク角センサ
５２ エアフローセンサ
５４ 筒内圧センサ
６０ ＥＣＵ（停止装置）

Claims (5)

1. 筒内圧を気筒毎に検出する筒内圧センサと、
   内燃機関の停止時にクランク軸を駆動することが可能なアクチュエータと、
   内燃機関を自動的に停止することが可能な停止装置と、
   前記停止装置により内燃機関を停止したときに、圧縮行程で停止している気筒である制御対象気筒を前記筒内圧に基いて選択すると共に、前記制御対象気筒の筒内圧が予め設定された判定圧力以下に低下したときに、前記アクチュエータにより前記制御対象気筒のピストンを始動時の初爆に適した初爆適正停止位置に移動する停止位置制御手段と、
   内燃機関を始動するときに、前記制御対象気筒で初爆を行うことにより、前記初爆の燃焼を利用して前記クランク軸を回転させる着火始動制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記停止位置制御手段は、内燃機関が停止してから前記制御対象気筒で圧縮漏れが生じるまでの予想時間に対応する圧縮漏れ発生時間が経過した後に、前記制御対象気筒の筒内圧が前記判定圧力以下に低下したか否かを判定する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記停止位置制御手段は、内燃機関が停止した時点において前記制御対象気筒の筒内圧が前記判定圧力以下である場合に、前記圧縮漏れ発生時間の経過を待たずに前記アクチュエータを駆動する構成としてなる請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御対象気筒のピストンの停止位置と当該停止位置での筒内圧とに基いて、前記ピストンを前記停止位置から前記初爆適正停止位置まで移動するのに必要な前記アクチュエータの駆動電流を算出する電流算出手段を備え、
   前記停止位置制御手段は、前記電流算出手段により算出した駆動電流を前記アクチュエータに通電する構成としてなる請求項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. 前記制御対象気筒に設けられた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電気的に駆動する電動式動弁機構を備え、
   前記停止位置制御手段は、内燃機関が停止したときに、前記電動式動弁機構により少なくとも前記一方のバルブを開弁してから前記アクチュエータを駆動する構成としてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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