JP5962840B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、減筒運転が実施可能な内燃機関に適用される内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の停止時のピストン位置を圧縮上死点に制御し、再始動時のクランキングに要するトルクを低減する内燃機関の制御装置が知られている（特許文献１）。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及び３が存在する。

特許第４０７５５０８号公報 特開２０１０−７１１８８号公報 特開２００４−２２５５６１号公報

燃費向上のために複数の気筒のうちの一部の気筒を吸気弁及び排気弁を閉じ状態で停止することによって休止し、残りの気筒を稼働する減筒運転と、複数の気筒の全ての気筒を稼働する全筒運転とを実施可能な内燃機関が知られている。このような内燃機関は、減筒運転の実施中に停止してから減筒運転で再始動する場合、休止気筒は吸気弁及び排気弁が閉じ状態であるためクランキング開始時のピストン位置で定まる容積の空気に対する圧縮と膨張とがクランキング中に繰り返される。

このような内燃機関に対して特許文献１の制御装置を適用し、内燃機関の停止時に稼働気筒のピストン位置を圧縮上死点に制御すると、休止気筒のピストン位置が下死点に位置する場合がある。休止気筒のピストン位置が下死点に位置する場合は気筒内容積が最大となるので、再始動時には最大の容積の空気を圧縮しながらクランキングすることが必要になる。そのため、下死点から離れた位置でクランキングを開始する場合に比べて、クランキングの抵抗となるトルク（フリクショントルク）が大きく、かつ圧縮反力によるトルク変動も大きくなるので振動が大きくなる。

そこで、本発明は、再始動時の振動を抑制できる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、４以上の複数の気筒を有し、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を吸気弁及び排気弁を閉じ状態で停止することによって休止し、残りの気筒を稼働する減筒運転と、前記複数の気筒の全ての気筒を稼働する全筒運転とを実施でき、かつ電動機によるクランキングにて始動される内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、前記電動機の制御によって前記クランキングの開始時における初期クランク角を制御するクランク角制御手段を備え、前記クランク角制御手段は、前記減筒運転の実施中に前記内燃機関が停止され、共通の前記気筒を休止気筒として前記内燃機関が前記減筒運転で再始動される場合、前記休止気筒のうち、少なくとも一つの気筒でピストン位置が上死点付近となるように前記初期クランク角を制御するものである。

この制御装置によれば、減筒運転での再始動時に少なくとも一つの休止気筒の気筒内容積が最大容積よりも十分に小さい状態でクランキングが開始される。つまり、少なくとも一つの休止気筒は気筒内容積が最小容積又はそれに近い容積でクランキングが開始される。したがって、気筒内容積が最大容積の状態でクランキングが開始される場合と比べてフリクショントルク及びトルク変動が小さくなる。これにより、減筒運転での再始動時に発生する振動を抑制できる。なお、休止気筒は完璧に密封されている訳ではないので、減筒運転中に内燃機関が停止すると再始動までの時間が極めて短時間でない限り休止気筒内の圧力は大気圧へ変化する。

本発明の制御装置の一態様として、前記内燃機関は、前記減筒運転時において前記休止気筒と運転気筒との間でピストン位置が同じであり、前記クランク角制御手段は、前記クランキングを開始した場合に、前記休止気筒のピストン位置が始めに上死点に到達した後に前記運転気筒のピストン位置が吸気行程を経て下死点に至るように前記初期クランク角を制御してもよい。運転気筒のトルク変動が大きくなるタイミングは吸気下死点を経た後の圧縮行程である。この態様によれば、クランキングの開始後に休止気筒のピストン位置が始めに上死点に到達するタイミングと、運転気筒のトルク変動が大きくなるタイミングとが一致する場合に比べて、運転気筒のトルク変動が大きくなるタイミングが遅れる。したがって、クランキング開始から共振帯通過までの期間を長くすることができるので、共振帯通過までに必要なトルクを少なくできる。

本発明の制御装置の一態様として、前記内燃機関は、前記減筒運転時において前記休止気筒と運転気筒との間でピストン位置が異なっており、前記クランク角制御手段は、前記運転気筒のピストン位置が下死点付近となるように前記初期クランク角を制御してもよい。この態様によれば、休止気筒と運転気筒との間でピストン位置がずれているため、運転気筒のピストン位置が下死点付近となるように初期クランク角を制御することによって休止気筒のピストンが下死点から離れて位置することになる。これにより、休止気筒の気筒内容積が最大容積よりも小さくなる。

本発明の制御装置の一態様として、前記クランキング開始後に、前記休止気筒の前記吸気弁を開閉させることにより前記休止気筒に対して少なくとも一回吸気行程を実施させる弁制御手段を更に備えてもよい。この態様によれば、クランキング開始後に休止気筒に対して吸気行程を実施させることにより、大気圧からの膨張と圧縮とが繰り返される負圧のサイクルから、大気圧からの圧縮と膨張とが繰り返される正圧のサイクルに変化する。このため、内燃機関の再始動後に休止気筒内を正圧に維持できるので、休止気筒内にオイルが吸引されることを抑制できる。

本発明の制御装置の一態様として、前記内燃機関が停止する過程で、前記休止気筒の前記排気弁を開閉させることにより前記休止気筒に対して少なくとも一回排気行程を実施させる弁制御手段を更に備えてもよい。この態様によれば、内燃機関が停止する過程で休止気筒に対して排気行程を実施させることにより、大気圧からの圧縮と膨張とが繰り返される正圧のサイクルから、大気圧からの膨張と圧縮とが繰り返される負圧のサイクルに変化する。このため、休止気筒のピストン位置が下死点から離れた位置にあるときのフリクショントルクの変化が正圧のサイクルの場合よりも小さくなる。したがって、休止気筒のピストン位置を下死点から離れた位置で停止させる制御が容易になる。

この態様において、前記弁制御手段は、燃料噴射停止後に前記休止気筒に対して少なくとも一回排気行程を実施させてもよい。燃料噴射停止前に排気行程を実施させると、運転気筒から排出された燃焼後の排気と休止気筒から排出された空気とが混合して排気の酸素濃度が増加し、排気浄化触媒による浄化が有効に機能しないおそれがある。したがって、燃料噴射停止後に休止気筒に対して排気行程を実施させることによりこのような問題を回避することができる。

なお、本発明において、上死点付近とは上死点側に偏った上死点を含むピストン位置の範囲を意味し、下死点付近とは下死点側に偏った下死点を含むピストン位置の範囲を意味する。

本発明の一形態に係る制御装置が適用された内燃機関を含む車両の全体構成を示した図。 本発明の一形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 図２の制御ルーチンで定義された機関停止処理の一例を示したフローチャート。 図２の制御ルーチンで定義された機関始動処理の一例を示したフローチャート。 機関停止処理でモータトルクを算出するために参照される算出マップの一例を示した図。 機関停止処理でスロットル開度を算出するために参照される算出マップの一例を示した図。 機関始動処理でモータトルクを算出するために参照される算出マップの一例を示した図。 機関始動処理でスロットル開度を算出するために参照される算出マップの一例を示した図。 機関始動処理で燃料噴射量を算出するために参照される算出マップの一例を示した図。 機関始動処理で点火時期を算出するために参照される算出マップの一例を示した図。 再始動時のクランキング中における筒内圧の時間的変化を示した図。 再始動時のクランキング中におけるフリクショントルクの時間的変化を示した図。 比較例の筒内圧の時間的変化を示した図。 比較例のフリクショントルクの時間的変化を示した図。 第２の形態に係る筒内圧の時間的変化を示した図。 第２の形態に係るフリクショントルクの時間的変化を示した図。 比較例の筒内圧の時間的変化を示した図。 比較例のフリクショントルクの時間的変化を示した図。 第３の形態に係る筒内圧の時間的変化を示した図。 第３の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 第４の形態に係る筒内圧の時間的変化を示した図。 第４の形態に係るフリクショントルクの時間的変化を示した図。 第４の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 第５の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 第６の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 第６の形態の制御を実施した場合のエンジン回転数及びトルク変動周波数の時間的変化を示した図。

（第１の形態）
図１に示すように、車両１は複数の動力源を組み合わせたハイブリッド車両として構成されている。車両１は、内燃機関３と、２つのモータ・ジェネレータ４、５とを走行用の動力源として備えている。内燃機関３は４つの気筒６を備えた直列４気筒型の火花点火型内燃機関である。内燃機関３の点火は、一般的な直列４気筒型の内燃機関と同様に、１番気筒、３番気筒、４番気筒、２番気筒の順番で実施される。各気筒６には吸気弁７及び排気弁８がそれぞれ２つずつ設けられており、これらの弁７、８は動弁機構９にて操作される。動弁機構９は気筒休止機能を有している。内燃機関３は、動弁機構９の操作により、４つの気筒６のうち、１番気筒と４番気筒とを休止し、残りの２番気筒と３番気筒とを稼働する減筒運転と、４つの気筒６の全ての気筒を稼働する全筒運転とを実施できる。減筒運転を実施する場合は動弁機構９が休止気筒となる１番気筒及び４番気筒のそれぞれに設けられた吸気弁７及び排気弁８を閉じ状態で停止させる。動弁機構９のこのような機能を実現する機械的な構成は周知であるので詳細な説明を省略する。各気筒６には吸気通路１１と排気通路１２とがそれぞれ接続されている。吸気通路１１には、空気濾過用のエアクリーナ１３及び空気流量を調整可能なスロットルバルブ１４がそれぞれ設けられている。排気通路１２には、内燃機関３の空燃比（Ａ／Ｆ）に対応した信号を出力するＡ／Ｆセンサ１５が設けられている。また、排気通路１２には、排気中の有害成分を浄化する三元触媒１６及びＮＯｘ触媒１７が設けられている。

内燃機関３と第１モータ・ジェネレータ４とは動力分割機構２０に接続されている。動力分割機構２０の出力は出力ギア２１に伝達される。出力ギア２１と第２モータ・ジェネレータ５とは互いに連結されていて一体回転する。出力ギア２１から出力した動力は減速装置２２及び差動装置２３を介して駆動輪２４に伝達される。第１モータ・ジェネレータ４はステータ４ａとロータ４ｂとを有する。第１モータ・ジェネレータ４は、動力分割機構２０にて分割された内燃機関３の動力を受けて発電する発電機として機能するとともに、交流電力にて駆動される電動機としても機能する。同様に、第２モータ・ジェネレータ５はステータ５ａとロータ５ｂとを有し、電動機及び発電機としてそれぞれ機能する。各モータ・ジェネレータ４、５はモータ用制御装置２５を介してバッテリ２６に接続される。モータ用制御装置２５は各モータ・ジェネレータ４、５が発電した電力を直流変換してバッテリ２６に蓄電するとともにバッテリ２６の電力を交流変換して各モータ・ジェネレータ４、５に供給する。詳細は後述するが、第１モータ・ジェネレータ４を駆動することによって、内燃機関３をクランキングして始動できる。また、第１モータ・ジェネレータ４を制御することによって、クランキングの開始時における初期クランク角を制御することができる。したがって、第１モータ・ジェネレータ４は本発明に係る電動機として機能する。

動力分割機構２０はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されており、サンギアＳと、リングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオンＰを自転及び公転可能な状態で保持するプラネタリキャリアＣとを有している。サンギアＳは第１モータ・ジェネレータ４のロータ４ａに連結され、リングギアＲは出力ギア２１に連結され、プラネタリキャリアＣは内燃機関３のクランク軸３ａに連結される。クランク軸３ａにはクランク角に対応した信号を出力するクランク角センサ２９が設けられている。

車両１の制御は電子制御装置（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は内燃機関３及び各モータ・ジェネレータ４、５に対して各種の制御を行う。ＥＣＵ３０には、上述したクランク角センサ２９が電気的に接続されるとともに、アクセルペダル３２の踏み込み量に応じた信号を出力するアクセル開度センサ３１や車速に応じた信号を出力する車速センサ３３等の各種センサが電気的に接続される。以下、本発明に関連してＥＣＵ３０が行う主要な制御について説明する。ＥＣＵ３０は、運転者が要求する要求パワーに対するシステム効率が最適となるように各種のモードを切り替えながら車両１を制御する。例えば、内燃機関３の熱効率が低下する低負荷領域では内燃機関３の燃焼を停止して第２モータ・ジェネレータ５を駆動するＥＶモードが選択される。また、内燃機関３だけではトルクが不足する場合は、内燃機関３とともに第１モータ・ジェネレータ４及び第２モータ・ジェネレータ５の少なくとも一方を走行用駆動源とするハイブリッドモードが選択される。ハイブリッドモードが選択された場合には要求パワーに応じて内燃機関３の運転を減筒運転と全筒運転との間で切り替える。

図２〜図４はＥＣＵ３０が本発明に関連して実施する制御ルーチンの一例を示している。図２の制御ルーチンはメインルーチンであり、このルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に記憶されており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップＳ１において、ＥＣＵ３０は車両情報を取得する。ＥＣＵ３０が取得する車両情報としては、車速、アクセル開度及びバッテリ残量等がある。なお、バッテリ残量は不図示のＳＯＣセンサの出力信号に基づいて取得される。ステップＳ２において、ＥＣＵ３０は機関運転中か否か、すなわち内燃機関３が運転中か否かを判定する。機関運転中の場合はステップＳ３に進み、機関運転中でない場合、つまりＥＶモード中はステップＳ６に進む。

ステップＳ３において、ＥＣＵ３０は機関停止条件の成否を判定する。機関停止条件は要求パワーやバッテリ残量等の各種パラメータ毎に設定された条件が肯定された場合に成立する。機関停止条件が成立した場合は内燃機関３の運転を停止するためステップＳ４に進んで後述する機関停止処理を実行する。一方、機関停止条件が成立しない場合はステップＳ５に進んで内燃機関３の運転を継続する。すなわちハイブリッドモードを続行する。

ステップＳ６において、ＥＣＵ３０は機関始動条件の成否を判定する。機関始動条件は機関停止条件と同様に要求パワーやバッテリ残量等の各種パラメータ毎に設定された条件が肯定された場合に成立する。機関始動条件が成立した場合は内燃機関３を始動するためステップＳ７に進んで後述する機関始動処理を実行する。一方、機関始動条件が成立しない場合はステップＳ８に進んで内燃機関３の停止を継続する。すなわちＥＶモードを続行する。

機関停止処理は、第１モータ・ジェネレータ４を制御することによって、所望のクランク角で内燃機関３のクランク軸３ａを停止させて、再始動のクランキングの開始時における初期クランク角を制御するものである。このような機関停止処理は従来から種々提案されており、例えば図３に示す制御ルーチンにて実施される。このルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に記憶されており機関停止処理の実行時に読み出されて実行される。

ステップＳ４１において、ＥＣＵ３０はエンジン回転数等の車両情報を取得する。ステップＳ４２において、ＥＣＵ３０はエンジン回転数に応じたモータトルクを算出し、そのモータトルクをモータ用制御装置２５に指示することにより第１モータ・ジェネレータ４を制御する。このモータトルクの算出は図５に示すようなデータ構造を持つ算出マップＭ１を参照し、現在のエンジン回転数に応じたモータトルクを特定することにより実施される。なお、負のモータトルクは内燃機関３から第１モータ・ジェネレータ４に向かう方向のトルクである。換言すれば、負のモータトルクはエンジン回転数を引き下げる方向に働くトルクである。

ステップＳ４３において、ＥＣＵ３０はエンジン回転数に応じたスロットル開度を算出し、そのスロットル開度となるようにスロットル弁１４を制御する。このスロットル開度の算出は図６に示すようなデータ構造を持つ算出マップＭ２を参照し、現在のエンジン回転数に応じたスロットル開度を特定することにより実施される。ステップＳ４４において、ＥＣＵ３０は内燃機関３の燃料噴射を停止させる。ステップＳ４５において、ＥＣＵ３０は内燃機関３の点火を停止させる。ステップＳ４２〜ステップＳ４５の処理を実施することにより、エンジン回転数は次第に低下し、最終的にクランク軸３ａは停止する。

ステップＳ４６において、ＥＣＵ３０はクランク軸３ａの停止時のピストン位置が所定の位置に制御されて機関停止処理が完了したか否かを判定する。停止処理が完了していない場合はステップＳ４１に処理を戻し、停止処理が完了するまでステップＳ４１〜ステップＳ４５の処理を繰り返し実行する。ここで、クランク軸３ａの停止時のピストン位置は減筒運転の場合と全筒運転の場合とで異なる。減筒運転の場合は、クランク軸３ａの停止時に休止気筒である１番気筒及び４番気筒の各ピストン位置が上死点付近にある場合に停止処理が完了したものと判断する。休止気筒と運転気筒とは位相が１８０°ずれているので、この時の運転気筒のピストン位置は下死点付近にある。一方、全筒運転の場合は、クランク軸３ａの停止時に運転気筒である２番気筒及び３番気筒の各ピストン位置が上死点付近にある場合に停止制御が完了したものと判断する。このように機関停止処理が行われてから内燃機関３が再始動する場合は、所定の位置にピストンが位置する状態でクランキングが開始されるので、この状態でのクランク角が初期クランク角に相当する。

機関始動処理は、第１モータ・ジェネレータ４を制御して内燃機関３をクランキングして始動させるものであり、例えば図４に示す制御ルーチンにて実施される。このルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に記憶されており機関始動処理の実行時に読み出されて実行される。

ステップＳ７１において、ＥＣＵ３０は車両情報を取得する。ここで取得する車両情報としては、エンジン回転数や大気圧がある。なお、大気圧は不図示の圧力センサの出力信号に基づいて取得される。ステップＳ７２において、ＥＣＵ３０はエンジン回転数に応じたモータトルクを算出し、そのモータトルクをモータ用制御装置２５に指示することにより第１モータ・ジェネレータ４を制御する。このモータトルクの算出は図７に示すようなデータ構造を持つ算出マップＭ３を参照し、現在のエンジン回転数に応じたモータトルクを特定することにより実施される。

ステップＳ７３において、ＥＣＵ３０は大気圧に応じたスロットル開度を算出し、そのスロットル開度となるようにスロットル弁１４を制御する。このスロットル開度の算出は図８に示すようなデータ構造を持つ算出マップＭ４を参照し、現在の大気圧に応じたスロットル開度を特定することにより実施される。ステップＳ７４において、ＥＣＵ３０はエンジン回転数に応じた燃料噴射量を算出し、その燃料噴射量の燃料が噴射されるように内燃機関３を制御する。燃料噴射量の算出は図９に示すようなデータ構造を持つ算出マップＭ５を参照し、現在のエンジン回転数に応じた燃料噴射量を特定することにより実施される。ステップＳ７５において、ＥＣＵ３０はエンジン回転数に応じた点火時期を算出し、その点火時期に点火されるように内燃機関３を制御する。点火時期の算出は図１０に示すようなデータ構造を持つ算出マップＭ６を参照し、現在のエンジン回転数に応じた点火時期を特定することにより実施される。

ステップＳ７６において、ＥＣＵ３０は始動処理が完了したか否かを判定し、始動処理が完了していない場合はステップＳ７１に処理を戻し、始動処理が完了するまでステップＳ７１〜ステップＳ７５の処理を繰り返し実行する。始動処理が完了したか否かは、エンジン回転数が自律運転可能となる判定閾値に到達したか否かによって判定される。

上述した図２〜図４の制御をＥＣＵ３０が実行することにより、ＥＣＵ３０は本発明に係るクランク角制御手段として機能し、以下に説明する効果が得られる。減筒運転中に内燃機関３を停止し、その後、減筒運転で再始動した場合、各気筒６のクランキング時の筒内圧力及びフリクショントルクのそれぞれの時間的変化は図１１及び図１２に示すようになる。これらの図並びに図１３及び図１４において、細線の曲線は全筒運転で始動した場合の筒内圧力とフリクショントルクとを示している。上述したように、機関停止処理は各休止気筒のピストン位置を上死点付近に制御している。したがって、図１１に示すように各休止気筒の筒内圧の変動が小さく、かつ図１２に示すように各休止気筒のフリクショントルクの変動も小さい。そして、図１２に示すように、各気筒６のフリクショントルクを合成した合成フリクショントルクについて全筒運転で始動した場合と比較すると合成フリクショントルクのピーク値及び変動幅は変らない。

これに対して、図１３及び図１４に示した比較例は機関停止処理で各休止気筒のピストン位置を下死点付近に制御している。そのため、休止気筒内の容積が大きい状態からクランキングが開始されるので、クランキング時の休止気筒の筒内圧力及びフリクショントルクの変動がいずれも大きい。そして、図１４に示すように、合成フリクショントルクについて全筒運転で始動した場合と比較すると、合成フリクショントルクのピーク値は大きくなりその変動幅も大きくなる。

このように、本形態の制御によれば、合成フリクショントルクのピーク値及びその変動幅のいずれも比較例と比べて小さくなるので、減筒運転での再始動時に発生する振動を抑制できる。

（第２の形態）
次に、図１５〜図１８を参照しながら本発明の第２の形態を説明する。第２の形態はバンク角６０°のＶ型６気筒の内燃機関に本発明を適用したものである。この内燃機関の点火は、１番気筒、２番気筒、３番気筒、４番気筒、５番気筒、６番気筒の順番で実施される。その他の事項は第１の形態と共通するので重複する説明を省略する。第２の形態に係る内燃機関は減筒運転と全筒運転とが実施可能であり、減筒運転時の休止気筒と運転気筒との間でピストン位置が同じである。すなわち、図１５に示すように、減筒運転時には１番気筒、３番気筒及び５番気筒がそれぞれ休止気筒となり、残りは運転気筒となる。休止気筒と運転気筒とはピストン位置で運動する。第２の形態の制御では、ＥＣＵ３０は休止気筒である１番気筒のピストン位置が圧縮上死点付近となるように初期クランク角を制御する。これにより、休止気筒である３番気筒及び５番気筒のそれぞれのピストン位置は下死点に近いが下死点とは一致しない。したがって、休止気筒である３番気筒及び５番気筒のそれぞれの筒内容積は最大容積よりも小さい。第２の形態は、停止時のピストン位置がこのような状態となるように初期クランク角が制御されるため、減筒運転で再始動する際に、クランキングを開始した場合に、休止気筒である３番気筒のピストン位置が始めに上死点に到達した後に、３番気筒と同じピストン位置の６番気筒のピストン位置が吸気行程を経て下死点に至る。これにより、ＥＣＵ３０は本発明に係るクランク角制御手段として機能する。

これにより、休止気筒である３番気筒が上死点に到達する時期と運転気筒である６番気筒が圧縮上死点に到達する時期とが重なる時期ｔが、３番気筒が始めに上死点に到達する時期ｔ０よりも１サイクル後になる。換言すれば、運転気筒である６番気筒が吸気行程を経て下死点に至る時期ｔ′が３番気筒が始めに上死点に到達する時期ｔ０の後になる。したがって、図１６に示した合成フリクショントルクの変動が大きくなる時期ｔが遅くなる。これに対して、図１７及び図１８に示した比較例の場合は、休止気筒が始めに上死点に到達する時期ｔ０と運転気筒が圧縮上死点に到達する時期ｔとが重なるため、図１８に示した合成フリクショントルクの変動が大きくなる時期が早くなる。なお、図１７及び図１８に示した比較例は、減筒運転時に２番気筒、４番気筒及び６番気筒が休止気筒となり、残りが運転気筒となる形態である。

第２の形態によれば、クランキングの開始後に休止気筒のピストン位置が始めに上死点に到達するタイミングと、運転気筒のトルク変動が大きくなるタイミングとが一致する場合に比べて、運転気筒のトルク変動が大きくなるタイミングが遅れる。したがって、再始動時のクランキング開始から共振帯通過までの期間を長くすることができるので、共振帯通過までに必要なトルクを少なくできる。

（第３の形態）
次に、図１９及び図２０を参照しながら本発明の第３の形態を説明する。第３の形態は第１の形態の制御とともに実施する制御に特徴を持つ。すなわち、第３の形態の制御は、内燃機関３の再始動時のクランキング開始後に、休止気筒の吸気弁７を開閉させることにより休止気筒に対して少なくとも一回吸気行程を実施させるものである。

図１９に示したように、ＥＣＵ３０は休止気筒である１番気筒の吸気弁７をｔａ１〜ｔａ２の間に、休止気筒である４番気筒の吸気弁７をｔｂ１〜ｔｂ２の間にそれぞれ開閉させ、各休止気筒に吸気行程を実施させる。クランキング開始後に休止気筒に対して吸気行程を実施させることにより、大気圧からの膨張と圧縮とが繰り返される負圧のサイクルから、大気圧からの圧縮と膨張とが繰り返される正圧のサイクルに変化する。これにより、内燃機関３の再始動後に休止気筒内を正圧に維持できるので、休止気筒内にオイルが吸引されることを抑制できる。なお、休止気筒に対する吸気行程の実施は２回以上実施してもよい。

ＥＣＵ３０は図２０の制御ルーチンを実施することにより本発明に係る弁制御手段として機能する。図２０の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に記憶されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップＳ１０１において、ＥＣＵ３０は休止気筒が負圧のサイクルで運転されているか否かを判定する。この判定は筒内圧センサを設けて筒内圧を測定し、その測定値に基づいて実施される。なお、この判定はフリクショントルクや筒内圧に相関する他のパラメータから筒内圧を推定し、その推定値に基づいて実施することもできる。休止気筒が負圧のサイクルで動作している場合はステップＳ１０２に進み、休止気筒が負圧のサイクルで動作していない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終える。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ３０はクランク角センサ２９の信号を参照してエンジン回転数を取得する。ステップＳ１０３において、ＥＣＵ３０はエンジン回転数が共振帯を通過したか否かを判定する。なお、この共振帯は正圧のサイクルで運転されている状態で共振を励起するエンジン回転数の回転域を意味し、負圧のサイクルで運転されている状態で共振を励起するエンジン回転数の回転域ではない。共振帯を通過した場合はステップＳ１０４に進み、共振帯を通過していない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終える。ステップＳ１０４において、ＥＣＵ３０は吸気通路１１に設けられた圧力センサ３４（図１参照）の出力信号を参照して吸気圧を取得する。ステップＳ１０５において、ＥＣＵ３０は吸気圧が所定値以上か否か、すなわち、吸気圧が所定値と同一又は所定値よりも大気圧に近い値か否かを判定する。吸気弁７を開いた場合に休止気筒に空気が確実に取り込まれる値として設定されている。吸気圧が所定値以上の場合はステップＳ１０６に進み、吸気圧が所定値未満の場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。ステップＳ１０６において、ＥＣＵ３０は休止気筒の吸気弁７を開閉する。より詳しくは吸気弁７を開き、吸気弁７が開かれてから所定時間後に吸気弁７を閉じる。これにより、休止気筒に対して吸気行程を実施させることができる。

第３の形態によれば、上述のように負圧のサイクルから正圧のサイクルに切り替えられるので再始動後のオイルの吸引を抑制できる。特に、図２０の制御ルーチンでは、正圧のサイクル時の共振帯を通過してから休止気筒に吸気行程を実施させるので、負圧のサイクルから正圧のサイクルに切り替わった後に共振することを回避できる。

（第４の形態）
次に、図２１〜図２３を参照しながら本発明の第４の形態を説明する。第４の形態は第１の形態又は第３の制御とともに実施する制御に特徴を持つ。すなわち、第４の形態の制御は、内燃機関３が停止する過程で、休止気筒の排気弁８を開閉させることにより休止気筒に対して少なくとも一回排気行程を実施させるものである。

図２１に示したように、ＥＣＵ３０は休止気筒である１番気筒の排気弁８をｔｃ１〜ｔｃ２の間に、休止気筒である４番気筒の排気弁８をｔｄ１〜ｔｄ２の間にそれぞれ開閉させ、各休止気筒に排気行程を実施させる。内燃機関が停止する過程で休止気筒に対して排気行程を実施させることにより、大気圧からの膨張と圧縮とが繰り返される負圧のサイクルから、大気圧からの圧縮と膨張とが繰り返される正圧のサイクルに変化する。

第１の形態で説明したように、休止気筒のピストン位置を上死点付近で停止させるには、休止気筒のピストン位置が圧縮行程の終了直前から膨張行程の開始直後の期間でクランク軸３ａを停止させる必要がある。図２２に示したように、休止気筒が正圧のサイクルで運転している場合、例えば、期間Ｔ１でクランク軸３ａを停止させようとしても、合成フリクショントルクの変動が大きいので、上死点通過後に休止気筒のピストンが加速してしまう。そのため、期間Ｔ１でクランク軸３ａを停止させることが困難である。これに対して、休止気筒が負圧のサイクルで運転している場合は、休止気筒のピストン位置が圧縮行程の終了直前から膨張行程の開始直後の期間における合成フリクショントルクの変動が小さいため、例えば期間Ｔ２でクランク軸３ａを容易に停止させることができる。したがって、第４の形態の制御を第１の形態の機関停止処理とともに実施することにより、当該処理が容易になる利点がある。なお、休止気筒に対する排気行程の実施は２回以上実施してもよい。

ＥＣＵ３０は図２３の制御ルーチンを実施することにより本発明に係る弁制御手段として機能する。図２３の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に記憶されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップＳ１１１において、ＥＣＵ３０は機関停止条件の成否を判定する。この処理は図２のステップＳ３と同じ処理である。機関停止条件が成立した場合はステップＳ１１２に進み、機関停止条件が成立しない場合はステップＳ１１２をスキップして今回のルーチンを終える。ステップＳ１１２において、ＥＣＵ３０は休止気筒の排気弁８を開閉する。すなわち、排気弁８を開き、排気弁８が開かれてから所定時間後に排気弁８を閉じる。これにより、休止気筒に対して排気行程を実施させることができる。

（第５の形態）
次に、図２４を参照しながら本発明の第５の形態を説明する。第５の形態の制御は第４の形態の改良に相当する。すなわち、第５の形態の制御は排気弁８の開閉を内燃機関３の燃料噴射停止後に実施するものである。図２４の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に記憶されており適時に読み出されて繰り返し実行される。ステップＳ１２１において、ＥＣＵ３０は機関停止条件の成否を判定する。この処理は図２３のステップＳ１１１と同じである。機関停止条件が成立した場合はステップＳ１２２に進み、機関停止条件が成立しない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終える。ステップＳ１２２において、ＥＣＵ３０は内燃機関３の燃料噴射が停止されたか否かを判定する。燃料噴射が停止された場合はステップＳ１２３に進み、燃料噴射が停止されていない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。ステップＳ１２３において、ＥＣＵ３０は休止気筒の排気弁８を開閉し、休止気筒に対して排気行程を実施させる。

第５の形態によれば第４の形態と同じ効果が得られる。燃料噴射停止前に排気行程を実施させると、運転気筒から排出された燃焼後の排気と休止気筒から排出された空気とが混合して排気の酸素濃度が増加し、図１に示した三元触媒１６及びＮＯｘ触媒１７等の排気浄化触媒が有効に機能しないおそれがある。第５の形態によれば、燃料噴射停止後に排気弁８を開閉して休止気筒に対して排気行程を実施させるため、このような問題を回避することができる。

（第６の形態）
次に、図２５及び図２６を参照しながら本発明の第６の形態を説明する。第６の形態の制御は第４の形態の改良に相当する。第６の形態の制御は排気弁８を開閉させるタイミングに特徴がある。図２５の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に記憶されており適時に読み出されて繰り返し実行される。ステップＳ１３１において、ＥＣＵ３０は機関停止条件の成否を判定する。この処理は図２３のステップＳ１１１と同じである。機関停止条件が成立した場合はステップＳ１３２に進み、機関停止条件が成立しない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終える。ステップＳ１３２において、ＥＣＵ３０はエンジン回転数が正圧のサイクルで共振を励起する回転域の上限値α未満か、又はエンジン回転数が負圧のサイクルで共振を励起する回転域の下限値β未満かを判定する。ステップＳ１３２が肯定判定された場合はステップＳ１３３に進んで排気弁８を開閉し、休止気筒に対して排気行程を実施させる。一方、ステップＳ１３２が否定判定された場合はステップＳ１３２をスキップして今回のルーチンを終了する。

第６の形態によれば、エンジン回転数が正圧のサイクルで共振を励起する回転域の上限値α未満の場合、又はエンジン回転数が負圧のサイクルで共振を励起する回転域の下限値β未満の場合に休止気筒に対して排気行程が実施される。このため、トルク変動の周波数が実線に沿って変化する。すなわち、共振帯を通過する前はトルク変動の周波数が正圧のサイクルでの周波数ｆｐに従って変化する。そして、共振帯に進入すると負圧のサイクルに切り替えられるため、トルク変動の周波数が負圧のサイクルでのトルク変動の周波数ｆｎに従って変化してトルク変動の振幅及び周波数が下がる。これにより、共振帯を通過する通過期間Ｔが、正圧のサイクルのままで共振帯を通過する場合の通過期間Ｔｐに比べて短縮される。その結果、共振を抑制できるので振動が低減する。

本発明は上記各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記各形態では機関停止処理によって休止気筒を所定のピストン位置に設定しているが、クランク軸３ａの停止後再始動前の期間内に第１モータ・ジェネレータ４を制御してクランク軸３ａを回転させて休止気筒が所定のピストン位置で停止するように制御して初期クランク角を制御することも可能である。

第１の形態等では、休止気筒のピストン位置が上死点付近となるように制御するが、休止気筒の筒内容積が最大容積よりも小さくなれば休止気筒のピストン位置が上死点付近でなくてもよい。すなわち、休止気筒のピストン位置を上死点から離れたピストン位置に制御できればよい。

本発明を適用する内燃機関が、機関停止中に減筒運転から全筒運転に切り替え可能な内燃機関である場合は、上記各形態の機関停止処理が適切に実施されなかった場合に、全筒運転で内燃機関を始動してもよい。また、本発明を適用する内燃機関が、機関停止中に休止気筒を変更できる内燃機関である場合は、上記各形態の機関停止処理が適切に実施されなかった場合に全筒運転で内燃機関を始動してもよい。内燃機関の気筒数は４以上であればよく、本発明を適用可能な内燃機関の気筒数に制限はない。

本発明は、内燃機関と一つの電動機とを組み合わせたハイブリッド車両として実施することも可能である。

Claims (6)

1. ４以上の複数の気筒を有し、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を吸気弁及び排気弁を閉じ状態で停止することによって休止し、残りの気筒を稼働する減筒運転と、前記複数の気筒の全ての気筒を稼働する全筒運転とを実施でき、かつ電動機によるクランキングにて始動される内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、
   前記電動機の制御によって前記クランキングの開始時における初期クランク角を制御するクランク角制御手段を備え、
   前記クランク角制御手段は、前記減筒運転の実施中に前記内燃機関が停止され、共通の前記気筒を休止気筒として前記内燃機関が前記減筒運転で再始動される場合、前記休止気筒のうち、少なくとも一つの気筒でピストン位置が上死点付近となるように前記初期クランク角を制御する内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関は、前記減筒運転時において前記休止気筒と運転気筒との間でピストン位置が同じであり、
   前記クランク角制御手段は、前記クランキングを開始した場合に、前記休止気筒のピストン位置が始めに上死点に到達した後に前記運転気筒のピストン位置が吸気行程を経て下死点に至るように前記初期クランク角を制御する請求項１の制御装置。
3. 前記内燃機関は、前記減筒運転時において前記休止気筒と運転気筒との間でピストン位置が異なっており、
   前記クランク角制御手段は、前記運転気筒のピストン位置が下死点付近となるように前記初期クランク角を制御する請求項１の制御装置。
4. 前記クランキング開始後に、前記休止気筒の前記吸気弁を開閉させることにより前記休止気筒に対して少なくとも一回吸気行程を実施させる弁制御手段を更に備える請求項１〜３のいずれか一項の制御装置。
5. 前記内燃機関が停止する過程で、前記休止気筒の前記排気弁を開閉させることにより前記休止気筒に対して少なくとも一回排気行程を実施させる弁制御手段を更に備える請求項１〜３のいずれか一項の制御装置。
6. 前記弁制御手段は、燃料噴射停止後に前記休止気筒に対して少なくとも一回排気行程を実施させる請求項５の制御装置。

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