JP6666222B2 - Variable valve operating device and controller of variable valve operating device - Google Patents

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Description

本発明は内燃機関の可変動弁装置及び可変動弁装置のコントローラに係り、特に、内燃機関を自動的に停止・始動させる機能を備えた内燃機関の可変動弁装置及び可変動弁装置のコントローラに関するものである。   The present invention relates to a variable valve operating device for an internal combustion engine and a controller for the variable valve operating device, and more particularly to a variable valve operating device for an internal combustion engine having a function of automatically stopping and starting the internal combustion engine and a controller for the variable valve operating device. It is about.

内燃機関の燃料消費量低減や排気ガス有害成分の排出量の低減を図るため、運転者の意思によらず、内燃機関を自動的に停止・始動する制御が実用化されている。例えば運転中に自動車が交差点等で一時的に停車すると、内燃機関を自動的に停止し、また走行開始前に内燃機関を自動的に始動させる、いわゆるアイドルストップ制御が行われている。また、動力として電動機と内燃機関の両方を備えるハイブリッド自動車では、走行モードに応じて走行中にも内燃機関を自動的に停止・始動させる制御が行われている。   In order to reduce the fuel consumption of the internal combustion engine and the emission of harmful exhaust gas components, control for automatically stopping and starting the internal combustion engine regardless of the driver's intention has been put to practical use. For example, when an automobile temporarily stops at an intersection or the like during driving, so-called idle stop control is performed, in which the internal combustion engine is automatically stopped, and the internal combustion engine is automatically started before traveling starts. Also, in a hybrid vehicle having both an electric motor and an internal combustion engine as power, control is performed to automatically stop and start the internal combustion engine even during traveling according to the traveling mode.

このように運転者の意思によらずに、内燃機関を自動的に停止・始動する自動車では、自動始動時の振動や騒音によって、運転者に違和感が生じやすく、内燃機関を迅速かつ円滑に始動する技術が重要になっている。自動始動時に内燃機関のクランク軸の回転立ち上がりを円滑に行う技術として、例えば、特開2005−337110号公報(特許文献1)に示されている技術が知られている。   In an automobile that automatically stops and starts the internal combustion engine without depending on the driver's intention, vibrations and noises at the time of automatic start are likely to cause discomfort to the driver, and the internal combustion engine is started quickly and smoothly. Technology is becoming important. As a technique for smoothly starting the rotation of a crankshaft of an internal combustion engine at the time of automatic start, for example, a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-337110 (Patent Document 1) is known.

特許文献1においては、排気バルブが開閉される時期を調整可能な可変バルブタイミング機構と、この可変バルブタイミング機構を制御する制御手段を備えた内燃機関において、内燃機関の始動時に混合気が最初に燃焼する初爆気筒の燃焼後におとずれる初爆気筒の排気バルブの開弁時期を遅角させる制御を行なうことを提案している。   In Patent Literature 1, in an internal combustion engine including a variable valve timing mechanism capable of adjusting a timing at which an exhaust valve is opened and closed, and a control unit for controlling the variable valve timing mechanism, when the internal combustion engine starts, an air-fuel mixture is first provided. It has been proposed to perform control for delaying the opening timing of the exhaust valve of the first explosive cylinder which is stopped after the combustion of the first explosive cylinder burning.

排気バルブの開弁時期を遅角させることで、膨張行程において燃焼圧が排気バルブを開くことによって早期に開放されることを防ぎ、初爆気筒の燃焼圧を動力として効率良くクランクシャフトに取り出すことができるものである。したがって、内燃機関を迅速に始動することができるようになる。   By delaying the opening timing of the exhaust valve, it is possible to prevent the combustion pressure from being released early by opening the exhaust valve during the expansion stroke, and to efficiently take out the combustion pressure of the first explosive cylinder to the crankshaft as power. Can be done. Therefore, the internal combustion engine can be started quickly.

特開2005−337110号公報JP 2005-337110 A

ところで、初爆気筒のピストンの下降によってシリンダボア内のガス圧力(燃焼圧)は、正のピーク圧力から負の圧力の間で変化するが、正の圧力範囲ではガス圧力はピストンを押し下げる作用を行い、負の圧力範囲ではガス圧力はピストンを引き上げる作用を行う。したがって、排気バルブの開時期は、ガス圧力が正の圧力から負の圧力に切り替わる圧力(=大気圧)付近に設定することが重要である。   By the way, the gas pressure (combustion pressure) in the cylinder bore changes from a positive peak pressure to a negative pressure due to the lowering of the piston of the first explosive cylinder, but in the positive pressure range, the gas pressure acts to push down the piston. In the negative pressure range, the gas pressure acts to raise the piston. Therefore, it is important that the opening timing of the exhaust valve be set near the pressure (atmospheric pressure) at which the gas pressure switches from a positive pressure to a negative pressure.

しかしながら、このガス圧力の変化特性は、初爆気筒の初期ピストン位置によって異なっており、排気バルブの開時期が、大気圧に達する時のクランク角より早い場合では、正のガス圧力が発生している状態で排気バルブが開くので、せっかくのガス圧力が排気ポ−ト側に抜けてしまい、ピストンを押し下げるエネルギーを無駄にしてしまうことになる。逆に、排気バルブの開時期が、大気圧に達する時のクランク角より遅い場合では、排気バルブの開時期に至る前に負の圧力となってしまい、ピストンの下降作動に制動を与えてしまうことになる。このため、内燃機関の始動性を阻害するという課題がある。   However, this gas pressure change characteristic differs depending on the initial piston position of the first explosive cylinder, and when the opening timing of the exhaust valve is earlier than the crank angle at which the atmospheric pressure is reached, a positive gas pressure is generated. Since the exhaust valve is opened in a state in which the exhaust gas is opened, the precious gas pressure escapes to the exhaust port side, and energy for pushing down the piston is wasted. On the other hand, if the opening timing of the exhaust valve is later than the crank angle at which the atmospheric pressure is reached, the pressure becomes negative before reaching the opening timing of the exhaust valve, thereby damping the lowering operation of the piston. Will be. Therefore, there is a problem that the startability of the internal combustion engine is hindered.

したがって、内燃機関を自動的に始動する場合において、シリンダボア内のガス圧力を有効に利用することが必要であり、このためにはガス圧力が大気圧付近の時に排気バルブを開いてやることが重要である。   Therefore, when automatically starting the internal combustion engine, it is necessary to effectively use the gas pressure in the cylinder bore. For this purpose, it is important to open the exhaust valve when the gas pressure is near atmospheric pressure. It is.

尚、特許文献1においては、始動開始時の初期ピストン位置に対応して初爆気筒の排気バルブの開時期を制御することについては考慮されておらず、初期ピストン位置が異なった場合においては、充分な始動性の向上が得られていない恐れがある。   Note that Patent Document 1 does not consider controlling the opening timing of the exhaust valve of the first explosive cylinder in accordance with the initial piston position at the start of the start, and when the initial piston position is different, There is a possibility that sufficient startability has not been obtained.

本発明の目的は、初爆気筒の燃焼によるガス圧力を有効に利用して内燃機関の始動性を向上することができる新規な内燃機関の可変動弁装置及び可変動弁装置のコントローラを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a novel variable valve device for an internal combustion engine and a controller for the variable valve device that can improve the startability of the internal combustion engine by effectively utilizing the gas pressure generated by combustion of the first explosion cylinder. It is in.

本発明の特徴は、吸気バルブと排気バルブを備える内燃機関に設けられ、排気バルブのバルブタイミングを調整する排気側可変動弁機構と吸気バルブのバルブタイミングを調整する吸気側可変動弁機構とを備えた可変動弁装置において、排気側可変動弁機構は、内燃機関の始動時に膨張行程にある気筒に燃料を噴射して最初に燃焼を行う初爆気筒の燃焼後に開弁する排気バルブの最初の開時期を、少なくとも初爆気筒の初期ピストン位置の情報に基づいて調整する、ところにある。   The feature of the present invention is that an exhaust-side variable valve mechanism that adjusts the valve timing of an exhaust valve and an intake-side variable valve mechanism that adjusts the valve timing of an intake valve are provided in an internal combustion engine having an intake valve and an exhaust valve. In the variable valve actuating device provided with the exhaust valve, the exhaust-side variable valve mechanism is configured to inject a fuel into a cylinder in an expansion stroke at the time of starting the internal combustion engine to perform combustion first, and the first exhaust valve that opens after combustion of an initial explosion cylinder. Is adjusted based on at least information on the initial piston position of the first explosive cylinder.

本発明によれば、初爆気筒の初期ピストン位置が異なった場合であっても、初爆気筒のガス圧力(燃焼エネルギー)をピストンに有効に与えることができ、結果的に良好な始動性を得ることができるものである。   According to the present invention, even when the initial piston position of the first explosion cylinder is different, the gas pressure (combustion energy) of the first explosion cylinder can be effectively applied to the piston, and as a result, a good startability can be obtained. What you can get.

本発明が適用される内燃機関の可変動弁システムの構成を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating a configuration of a variable valve system of an internal combustion engine to which the present invention is applied. 自立燃焼過程の筒内燃焼室内のガス圧力、筒内燃焼室容積、筒内燃焼室ガスの状態を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the gas pressure in an in-cylinder combustion chamber in an independent combustion process, the in-cylinder combustion chamber volume, and the state of in-cylinder combustion chamber gas. 自立燃焼時の筒内燃焼室の圧力変化を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating a pressure change in a combustion chamber in a cylinder during self-sustaining combustion. 本発明の第1の実施形態における初期ピストン位置に対応する初期クランク角が70°の時の排気バルブの開時期の特性を説明する説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating characteristics of an opening timing of an exhaust valve when an initial crank angle corresponding to an initial piston position is 70 ° in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における初期ピストン位置に対応する初期クランク角が90°の時の排気バルブの開時期の特性を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating characteristics of an opening timing of an exhaust valve when an initial crank angle corresponding to an initial piston position is 90 ° in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における初期ピストン位置に対応する初期クランク角が110°の時の排気バルブの開時期の特性を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating characteristics of an opening timing of an exhaust valve when an initial crank angle corresponding to an initial piston position is 110 ° in the first embodiment of the present invention. 図4〜図6に示す初期クランク角での自立燃焼時の筒内燃焼室のガス圧力変化を示す特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram illustrating a gas pressure change in an in-cylinder combustion chamber during self-sustained combustion at the initial crank angle shown in FIGS. 4 to 6. 本発明の第1の実施形態になる自動停止時における制御を説明する制御フローチャートである。4 is a control flowchart illustrating control during automatic stop according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態になる自動始動時における制御を説明する制御フローチャートであるFIG. 4 is a control flowchart illustrating control at the time of automatic start according to the first embodiment of the present invention. 始動時の自立燃焼と通常燃焼に対する排気バルブの開時期を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the opening timing of an exhaust valve for self-sustained combustion and normal combustion during startup. 自立燃焼から通常燃焼に移行した時の排気バルブの開時期の特性を説明する説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating characteristics of an opening timing of an exhaust valve when a transition is made from independent combustion to normal combustion. 本発明の第2の実施形態に使用される排気VELの特性を示す特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram illustrating characteristics of an exhaust VEL used in the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態における初期ピストン位置に対応する初期クランク角が90°の時の排気バルブの開時期の特性を説明する説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating characteristics of an opening timing of an exhaust valve when an initial crank angle corresponding to an initial piston position is 90 ° in the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態における初期ピストン位置に対応する初期クランク角が70°の時の排気バルブの開時期の特性を説明する説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating characteristics of an opening timing of an exhaust valve when an initial crank angle corresponding to an initial piston position is 70 ° in the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態における初期ピストン位置に対応する初期クランク角が50°の時の排気バルブの開時期の特性を説明する説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating characteristics of an opening timing of an exhaust valve when an initial crank angle corresponding to an initial piston position is 50 ° in the second embodiment of the present invention.

本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications and application examples are included in the technical concept of the present invention. It is included in the range.

次に、本発明の第1の実施形態になる内燃機関の可変動弁装置及び可変動弁装置のコントローラについて説明する。   Next, a variable valve operating device for an internal combustion engine and a controller of the variable valve operating device according to the first embodiment of the present invention will be described.

本実施形態では、火花点火式ガソリン仕様のいわゆる4サイクル4気筒内燃機関に適用したものであって、運転者の始動操作によらず自動的に内燃機関の停止・始動を行うアイドリングストップ車に適用される可変動弁装置及び可変動弁装置のコントローラである。   In the present embodiment, the present invention is applied to a so-called four-cycle four-cylinder internal combustion engine of spark ignition gasoline specification, and is applied to an idling stop vehicle that automatically stops and starts the internal combustion engine regardless of the start operation of the driver. And a controller of the variable valve device.

この内燃機関は、図1に示すように、シリンダブロック01とシリンダヘッド02との間に、ピストン03を介して燃焼室04が形成されていると共に、シリンダヘッド02のほぼ中央位置に点火プラグ05が設けられている。尚、シリンダブロック01とシリンダヘッド02及びピストン03等を合せて「気筒」と表記する場合もある。   In this internal combustion engine, as shown in FIG. 1, a combustion chamber 04 is formed between a cylinder block 01 and a cylinder head 02 via a piston 03, and a spark plug 05 is provided at a substantially central position of the cylinder head 02. Is provided. The cylinder block 01, the cylinder head 02, the piston 03, and the like may be collectively referred to as a "cylinder".

ピストン03は、ピストンピン(図示せず)に一端部が連結されたコネクチングロッド06を介してクランクシャフト07に連結されており、このクランクシャフト07は、ピニオンギア機構08を介して駆動モータ09によって始動を行うことができるようになっている。また、駆動モータ09は、機関停止時のクランク角(クランク位置)やピストン03の摺動位置を制御するクランク位置制御手段として使うことも可能である。尚、クランクシャフト07は、後述するクランク角センサ010によってクランク角及び回転数が検出されるようになっている。   The piston 03 is connected to a crankshaft 07 via a connecting rod 06 having one end connected to a piston pin (not shown), and the crankshaft 07 is driven by a drive motor 09 via a pinion gear mechanism 08. It can be started. The drive motor 09 can also be used as crank position control means for controlling the crank angle (crank position) when the engine is stopped and the sliding position of the piston 03. The crankshaft 07 is configured so that a crank angle and a rotation speed are detected by a crank angle sensor 010 described later.

シリンダブロック01には、ウォータジャケット内の水温を検出する水温センサ011が取り付けられていると共に、シリンダヘッド02には、燃焼室04内に燃料を噴射する燃料噴射弁012が設けられている。さらに、シリンダヘッド02の内部に形成された吸気ポート013や排気ポート014を開閉する1気筒当たりそれぞれ2つ吸気バルブ4及び排気バルブ5がそれぞれ摺動自在に設けられていると共に、吸気バルブ4側と排気バルブ5側には、可変動弁装置が設けられている。   The cylinder block 01 is provided with a water temperature sensor 011 for detecting a water temperature in the water jacket, and the cylinder head 02 is provided with a fuel injection valve 012 for injecting fuel into the combustion chamber 04. Further, two intake valves 4 and two exhaust valves 5 are provided for each cylinder for opening and closing an intake port 013 and an exhaust port 014 formed inside the cylinder head 02, respectively. A variable valve operating device is provided on the exhaust valve 5 side.

可変動弁装置は、内燃機関の排気バルブ5のバルブリフト及び作動角(開期間)を制御する第1可変動弁機構である排気VEL1と、排気バルブ5の開閉時期(バルブタイミング)を制御する第2可変動弁機構である排気VTC2と、吸気バルブ4の開閉時期(バルブタイミング)を制御する第3可変動弁機構である吸気VTC3と、を備えている。また、排気VEL1と排気VTC2及び吸気VTC3は、後述するコントローラ22によって機関運転状態に応じてそれぞれの作動が制御されるようになっている。   The variable valve apparatus controls an exhaust VEL1, which is a first variable valve mechanism that controls a valve lift and an operating angle (open period) of an exhaust valve 5 of the internal combustion engine, and controls an opening / closing timing (valve timing) of the exhaust valve 5. An exhaust VTC 2 as a second variable valve mechanism and an intake VTC 3 as a third variable valve mechanism for controlling the opening / closing timing (valve timing) of the intake valve 4 are provided. The operations of the exhaust VEL1, the exhaust VTC2, and the intake VTC3 are controlled by a controller 22, which will be described later, according to the engine operating state.

コントローラ22は、マイクロコンピュータや周辺駆動回路等からなり、内燃機関の動作状態を表すパラメータを検出し、このパラメータを用いて所定の演算を実行して内燃機関の制御量を調整する機能を備えている。マイクロコンピュータは、パラメータを検出する入力部と、演算を実行する中央処理部と、演算によって得られた制御量を出力する出力部より構成されている。この出力部からの制御量は周辺駆動回路に送られ、制御駆動信号として排気VEL1、排気VTC2、吸気VTC3に与えられるものである。   The controller 22 includes a microcomputer, a peripheral drive circuit, and the like, and has a function of detecting a parameter representing an operation state of the internal combustion engine, executing a predetermined calculation using the parameter, and adjusting a control amount of the internal combustion engine. I have. The microcomputer includes an input unit for detecting a parameter, a central processing unit for executing an operation, and an output unit for outputting a control amount obtained by the operation. The control amount from the output unit is sent to the peripheral drive circuit, and is given to the exhaust VEL1, the exhaust VTC2, and the intake VTC3 as a control drive signal.

排気VEL1、排気VTC2、吸気VTC3の詳細な構成は、本発明とさほど関係しないので詳細な説明は省略する。ここで、排気VEL1の詳細は、本出願人が先に出願した、例えば特開2012−36864号公報等に記載されたものと同様の構成である。   The detailed configurations of the exhaust VEL1, the exhaust VTC2, and the intake VTC3 are not so related to the present invention, and therefore, detailed description is omitted. Here, details of the exhaust VEL1 are the same as those described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-36864 filed by the present applicant.

尚、この排気VEL1は実施例1では用いられず、実施例2で使用されるものである。したがって、実施例1では排気バルブ5の作動角及びリフトは一定となっており、本実施形態では最小リフトで最小作動角に設定されている。もちろん、本実施形態では排気VEL1を用いず、排気VTC2だけでも良いものである。   This exhaust VEL1 is not used in the first embodiment, but is used in the second embodiment. Therefore, in Example 1, the operating angle and the lift of the exhaust valve 5 are constant, and in the present embodiment, the minimum lift and the minimum operating angle are set. Of course, in the present embodiment, the exhaust VTC1 may not be used, and only the exhaust VTC2 may be used.

また、排気VTC2、吸気VTC3は電動式のバルブタイミング制御装置であり、本出願人が先に出願した、例えば特開2014−169630号公報等に記載されたものと同様の構成である。ここで、カム軸はバルブスプリング反力により、最遅角付近に安定する傾向があり、始動開始時に排気バルブの開時期の進角変換の応答性が良くない傾向(特に始動開始時や機関停止時)にある。   The exhaust VTC2 and the intake VTC3 are electrically operated valve timing control devices, and have the same configuration as that described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-169630 filed by the present applicant. Here, the camshaft tends to stabilize near the most retarded angle due to the valve spring reaction force, and the response of the advance conversion of the opening timing of the exhaust valve at the start of startup tends to be poor (particularly at the start of startup or when the engine is stopped Time).

したがって、排気VTC2には、進角側付勢スプリングが設けられており、これによって進角側に付勢されるので、懸念される進角変換応答性が速くなり、後述するように、良好な自立燃焼による始動が遅れなく実現できるようにしている。   Therefore, the exhaust VTC2 is provided with an advance side biasing spring, which is urged toward the advance side, so that the advancing angle conversion responsiveness which is concerned is increased, and as described later, a favorable Startup by independent combustion can be realized without delay.

次に、自立燃焼によるピストンの作動状態、シリンダボアのガス状態、及びガス圧力の状態を説明する。以下では、例えば、アイドルストップ後に、自立始動する場合の上述した状態の変化について説明する。ここで、自立燃焼とはスタータモータのような外部駆動モータを使用して圧縮動作を行なわず、膨張行程にある気筒内に燃料を噴射して燃焼させ、この混合気の燃焼エネルギーによって始動を行うことを意味している。   Next, the operating state of the piston by the self-sustaining combustion, the gas state of the cylinder bore, and the state of the gas pressure will be described. In the following, for example, a description will be given of a change in the above-described state when the vehicle is started independently after an idle stop. Here, the self-sustained combustion means that a compression operation is not performed by using an external drive motor such as a starter motor, but fuel is injected into a cylinder in an expansion stroke and burned, and the combustion is started by the combustion energy of the air-fuel mixture. Means that.

図2は膨張行程にある初爆気筒の燃料噴射時点から燃焼が実施されてピストンが下降して下死点(BDC)に至る状態を示しており、図3はシリンダボア内のピストン位置とガス圧力の変化を示している。尚、以下では説明の都合上からピストン冠面とシリンダ及びシリンダヘッドによって形成される空間を「筒内燃焼室」と表記する。   FIG. 2 shows a state in which combustion is performed from the time of fuel injection of the first explosive cylinder in the expansion stroke, and the piston descends to reach the bottom dead center (BDC). FIG. 3 shows the piston position in the cylinder bore and the gas pressure. Shows the change. In the following, for convenience of explanation, a space formed by the piston crown surface, the cylinder, and the cylinder head is referred to as “in-cylinder combustion chamber”.

図2の(A)で示す状態は、内燃機関がアイドルストップして停止した時の膨張行程にある気筒(初爆気筒)の初期ピストン位置を示している。この初期ピストン位置は、現時点では上死点(TDC)にやや近い位置にあって、クランク角換算で上死点(TDC)から約70°の位置となっている。   The state shown in FIG. 2A shows an initial piston position of a cylinder (first explosion cylinder) in an expansion stroke when the internal combustion engine is stopped by idling stop. At this time, the initial piston position is slightly closer to the top dead center (TDC), and is about 70 ° from the top dead center (TDC) in terms of crank angle.

そして、このアイドルストップした時の膨張行程にある気筒が初爆気筒となるものであり、この初爆気筒の初期ピストン位置は、アイドルストップする毎に異なるものである。また、アイドルストップ直後には、ピストンとシリンダボアの間からすぐに空気が流入して筒内燃焼室内はほぼ大気圧となっている。この状態で筒内燃焼室内は、筒内燃焼室圧力が大気圧、筒内燃焼室容積がVs、筒内燃焼室ガスが空気となっている。ここで、ブレーキペダルの踏み込みが解除されたり、アクセルペダルが踏み込まれて自立始動の要求があると、(A)で示す状態のクランク角(例えば、70°)を初期クランク角(θPi)として、自立始動のためのシ−ケンスに移ることになる。   Then, the cylinder in the expansion stroke at the time of idling stop becomes the first explosion cylinder, and the initial piston position of this first explosion cylinder changes every time the idling stop is performed. Immediately after the idle stop, air immediately flows from between the piston and the cylinder bore, and the inside of the in-cylinder combustion chamber is almost at atmospheric pressure. In this state, in the in-cylinder combustion chamber, the in-cylinder combustion chamber pressure is atmospheric pressure, the in-cylinder combustion chamber volume is Vs, and the in-cylinder combustion chamber gas is air. Here, when the depression of the brake pedal is released or the accelerator pedal is depressed and there is a request for independent start, the crank angle (for example, 70 °) in the state shown in (A) is set as the initial crank angle (θPi). It will shift to the sequence for independent startup.

まず、図2の(B)で示す状態のように、初期ピストン位置で決まる筒内燃焼室容積Vsに存在する空気量に見合った燃料を筒内燃焼室内に直接噴射する。すなわち、理論空燃比(ストイキオメトリ)となるだけの燃料が燃料噴射弁から噴射される。この状態で筒内燃焼室内は、筒内燃焼室圧力が大気圧、筒内燃焼室容積がVs、筒内燃焼室ガスが空気と燃料の混合気となっている。   First, as shown in FIG. 2B, fuel corresponding to the amount of air existing in the in-cylinder combustion chamber volume Vs determined by the initial piston position is directly injected into the in-cylinder combustion chamber. That is, the fuel is injected from the fuel injection valve so as to have the stoichiometric air-fuel ratio. In this state, in the in-cylinder combustion chamber, the in-cylinder combustion chamber pressure is atmospheric pressure, the in-cylinder combustion chamber volume is Vs, and the in-cylinder combustion chamber gas is a mixture of air and fuel.

ここで、初期ピストン位置での筒内燃焼室容積Vsは以下の式で求まる。
Vs=V0+A×χs……(1)
尚、V0はピストンが圧縮上死点(TDC)に達した状態での筒内燃焼室容積、Aはボア面積、χsは圧縮上死点(TDC)からのピストン降下長さである。
Here, the in-cylinder combustion chamber volume Vs at the initial piston position is obtained by the following equation.
Vs = V0 + A × χs (1)
V0 is the in-cylinder combustion chamber volume when the piston has reached compression top dead center (TDC), A is the bore area, and χs is the piston descent length from compression top dead center (TDC).

また、ピストン降下長さχsは以下の式で求まる。
χs=R×(1-cosθPi)+λ×R×(1-√(Ys))……(2)
ここで、「R」は図1に示すクランクピンの回転半径、「L」は図1に示すコンロッドの軸間距離であり、「λ」はL/R、「Ys」は1−(sin2θP1)/λ2で求められている。つまり、初期ピストン位置で決まる初期クランク角(θPi)を検出し、上述した(1)式、(2)式で、筒内燃焼室容積Vsを求めることができ、理論空燃比で燃焼させる燃料噴射量を容易に算出できるものである。
Further, the piston descent length χs is obtained by the following equation.
χs = R × (1-cos θPi) + λ × R × (1-√ (Ys)) (2)
Here, “R” is the radius of rotation of the crankpin shown in FIG. 1, “L” is the distance between the axes of the connecting rod shown in FIG. 1, “λ” is L / R, and “Ys” is 1− (sin 2 is a need in the θP1) / λ 2. That is, the initial crank angle (θPi) determined by the initial piston position is detected, and the in-cylinder combustion chamber volume Vs can be obtained by the above-described equations (1) and (2). The amount can be easily calculated.

次に、燃料噴射が実行された後に、図2の(C)で示すように点火プラグによって、混合気に点火されて燃焼が開始される。燃焼が開始されると燃焼によるガス圧力(燃焼圧)によって、筒内燃焼室内のガス圧力は正の圧力として立ち上がり、ピストンを押し下げ始め、更に燃料の燃焼が進行すると、その発熱によりガス温度が上昇して容積膨張しようとする。   Next, after the fuel injection is performed, the air-fuel mixture is ignited by an ignition plug as shown in FIG. When the combustion is started, the gas pressure (combustion pressure) generated by the combustion causes the gas pressure in the in-cylinder combustion chamber to rise as a positive pressure, and starts pushing down the piston. When the combustion of the fuel further proceeds, the heat generated increases the gas temperature. And try to expand the volume.

しかしながら、筒内燃焼室容積Vsは急に増加しないので、筒内燃焼室内の圧力が急上昇してピーク圧(Peak1)となる。この状態で筒内燃焼室内は、筒内燃焼室圧力がピーク圧、筒内燃焼室容積がVsより僅かに大きなVs´、筒内燃焼室ガスが燃焼ガスとなっている。   However, since the in-cylinder combustion chamber volume Vs does not suddenly increase, the pressure in the in-cylinder combustion chamber sharply increases to reach a peak pressure (Peak 1). In this state, the in-cylinder combustion chamber pressure is the peak pressure, the in-cylinder combustion chamber volume is Vs' slightly larger than Vs, and the in-cylinder combustion chamber gas is the combustion gas in the in-cylinder combustion chamber.

次に、筒内燃焼室圧力がピーク圧(Peak1)に達した後に図2の(D)で示すように、ピストンが本格的に下降しはじめ、燃焼ガスによって筒内燃焼室容積Vが本格的に膨張を開始し、膨張するにつれて筒内燃焼室内の圧力は低下して大気圧に至る。この状態で筒内燃焼室内は、筒内燃焼室圧力が大気圧、筒内燃焼室容積がVa、筒内燃焼室ガスが燃焼ガスとなっている。   Next, after the in-cylinder combustion chamber pressure reaches the peak pressure (Peak 1), as shown in FIG. 2 (D), the piston starts to drop in earnest, and the in-cylinder combustion chamber volume V becomes full-scale by the combustion gas. The pressure in the in-cylinder combustion chamber decreases to the atmospheric pressure as it expands. In this state, in the in-cylinder combustion chamber, the in-cylinder combustion chamber pressure is the atmospheric pressure, the in-cylinder combustion chamber volume is Va, and the in-cylinder combustion chamber gas is the combustion gas.

更にピストン下降して筒内燃焼室の容積が最大値Vmaxに達すると、図2の(E)で示すように、筒内燃焼室内に負の圧力が発生して下死点(BDC)に至る。この状態で筒内燃焼室内は、筒内燃焼室圧力が負の圧力、筒内燃焼室容積がVmax、筒内燃焼室ガスが燃焼ガスとなっている。   When the piston further descends and the volume of the in-cylinder combustion chamber reaches the maximum value Vmax, a negative pressure is generated in the in-cylinder combustion chamber to reach the bottom dead center (BDC) as shown in FIG. . In this state, the in-cylinder combustion chamber pressure is a negative pressure, the in-cylinder combustion chamber volume is Vmax, and the in-cylinder combustion chamber gas is the combustion gas in the in-cylinder combustion chamber.

次に、初爆気筒の燃料噴射時点から燃焼が実施されてピストンが下降して下死点(BDC)に至るときのシリンダボア内のピストン位置とガス圧力の変化を説明する。   Next, a description will be given of changes in the piston position and the gas pressure in the cylinder bore when the combustion is performed from the time of the fuel injection into the first explosion cylinder and the piston descends to reach the bottom dead center (BDC).

図3にあるように、初期ピストン位置である初期クランク角(θPi≒70°)は図2の(A)、(B)の状態で、筒内燃焼室圧力は大気圧である。そして、この状態から点火プラグによって燃焼が開始されると、筒内燃焼室圧力は急激に上昇していき図2の(C)の状態でピーク圧(Peak1)に達する。   As shown in FIG. 3, the initial piston position (initial crank angle (θPi ≒ 70 °)) is in the state of FIGS. 2A and 2B, and the in-cylinder combustion chamber pressure is atmospheric pressure. Then, when combustion is started by the ignition plug from this state, the in-cylinder combustion chamber pressure rapidly rises and reaches the peak pressure (Peak 1) in the state of FIG.

そして、筒内燃焼室容積Vが膨張するにしたがい、筒内燃焼室圧力は下降していき、図2の(D)の状態で大気圧に近づくようになる。この時の大気圧に達するクランク角(θPa≒140°)を過ぎると負の圧力に反転する。更にピストンが下降すると図2の(E)の状態となって、ピストンに負の圧力による制動力が作用するようになる。   Then, as the in-cylinder combustion chamber volume V expands, the in-cylinder combustion chamber pressure decreases and approaches the atmospheric pressure in the state of FIG. At this time, the pressure is reversed to a negative pressure after the crank angle (θPa ≒ 140 °) which reaches the atmospheric pressure. When the piston further descends, the state of FIG. 2E is reached, and a braking force due to negative pressure acts on the piston.

このように、初期クランク角(θPi≒70°)から大気圧に達するクランク角(θPa≒140°)までの筒内燃焼室圧力がピストンを押し下げる作用を行い、大気圧に達したクランク角(θPa≒140°)から下死点(BDC)までの筒内燃焼室圧力がピストンを引き上げる作用を行うようになる。   As described above, the in-cylinder combustion chamber pressure from the initial crank angle (θPi ≒ 70 °) to the crank angle (θPa ≒ 140 °) reaching the atmospheric pressure acts to push down the piston, and the crank angle (θPa The pressure in the in-cylinder combustion chamber from {140 °) to the bottom dead center (BDC) acts to raise the piston.

したがって、大気圧に達するクランク角(θPa≒140°)で排気バルブを開いてやれば、筒内燃焼室圧力を有効に活用できることがわかる。次に、この大気圧に達するクランク角(θPa)の求め方について説明する。   Therefore, it can be understood that the in-cylinder combustion chamber pressure can be effectively utilized if the exhaust valve is opened at a crank angle (θPa ≒ 140 °) that reaches the atmospheric pressure. Next, how to determine the crank angle (θPa) that reaches the atmospheric pressure will be described.

まず、図2の(D)の状態の大気圧となる筒内燃焼室容積Vaについて考察する。膨張係数K(=Va/Vs)を定義すると、この膨張係数Kは一般的な内燃機関(気筒あたりの排気量が500cc程度)だと、通常K=2程度の値であるが、これは、厳密には内燃機関の仕様によって決まる値である。   First, the in-cylinder combustion chamber volume Va that becomes the atmospheric pressure in the state of FIG. Defining an expansion coefficient K (= Va / Vs), this expansion coefficient K is usually about K = 2 in a general internal combustion engine (displacement per cylinder is about 500 cc). Strictly, it is a value determined by the specification of the internal combustion engine.

上述したように、混合気が燃焼するとその発熱により燃焼ガス温度が上昇し、燃焼ガスが膨張しようとしてピストンを押し下げ、筒内燃焼室容積は拡大していく。しかしながら、一方でシリンダボアの壁面から熱が逃げていくことで、燃焼ガス温度の上昇が抑制されて筒内燃焼室容積の拡大が抑制される。そのバランスの結果として、筒内燃焼室容積Va(膨張係数K)に落ち着くようになる。したがって、この膨張係数Kは内燃機関の仕様によって決まるものである。   As described above, when the air-fuel mixture burns, the temperature of the combustion gas rises due to the heat generated, the piston depresses as the combustion gas expands, and the in-cylinder combustion chamber volume increases. However, on the other hand, as the heat escapes from the wall surface of the cylinder bore, the rise of the combustion gas temperature is suppressed, and the expansion of the in-cylinder combustion chamber volume is suppressed. As a result of the balance, the in-cylinder combustion chamber volume Va (expansion coefficient K) is settled. Therefore, the expansion coefficient K is determined by the specifications of the internal combustion engine.

ちなみに、気筒当りの排気量が小さくなると、燃焼室のS/V比(S:燃焼室の壁面積、V:燃焼室の容積)が大きくなり、熱逃げの影響が相対的に大きくなる。よって、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Vaが小さくなり、膨張係数Kは相対的に小さくなる。すなわち、膨張係数Kは内燃機関の仕様によって決まるものである。以下の説明では、通常の内燃機関(気筒当りの排気量が500cc程度)と想定し、膨張係数K=2程度であったとして説明を行う。   Incidentally, when the displacement per cylinder is reduced, the S / V ratio of the combustion chamber (S: wall area of the combustion chamber, V: volume of the combustion chamber) is increased, and the influence of heat release is relatively increased. Therefore, the in-cylinder combustion chamber volume Va approaching the atmospheric pressure becomes small, and the expansion coefficient K becomes relatively small. That is, the expansion coefficient K is determined by the specifications of the internal combustion engine. In the following description, it is assumed that a normal internal combustion engine (displacement per cylinder is about 500 cc) and the expansion coefficient K is about 2.

次に、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Vaの時のクランク角(θPa)を求めることにする。上述した(1)式と同様に以下が成り立つ。
Va=V0+A×χa……(3)´
ここで、Va=K×Vsであるので、χaを求めることができる。
Next, the crank angle (θPa) when the in-cylinder combustion chamber volume Va approaches the atmospheric pressure will be determined. The following holds true as in the above-described equation (1).
Va = V0 + A × χa (3) ′
Here, since Va = K × Vs, Δa can be obtained.

また、(2)式と同様に以下が成り立つ。
χa=R×(1-cosθPa)+λ×R×(1-√(Ya))……(4)´
ここで、Ya=1−(sin2θPa)/λ2であるので、χaはθPaの関数になる。そして、χaは(3)式から既に分かっているので、θPaを逆算することができる。
このようにして、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Vaの時のクランク角(θPa)を求めることができる。ここでは、このクランク角(θPa)が、例えば約140°と求めることができる。
Further, the following holds as in the case of the equation (2).
χa = R × (1-cos θPa) + λ × R × (1-√ (Ya)) (4) ′
Here, since Ya = 1− (sin 2 θPa) / λ 2 , χa is a function of θPa. Since χa is already known from equation (3), θPa can be calculated backward.
In this way, the crank angle (θPa) at the time of the in-cylinder combustion chamber volume Va approaching the atmospheric pressure can be obtained. Here, the crank angle (θPa) can be determined to be, for example, about 140 °.

次に、この大気圧に近づく筒内燃焼室容積Vaの時のクランク角をクランク角(θPa)としたとき、排気バルブの開時期(EOS)をどのような時期としたら、自立燃焼による始動性が向上するかを説明する。   Next, assuming that the crank angle at the time of the in-cylinder combustion chamber volume Va approaching the atmospheric pressure is the crank angle (θPa), what is the opening timing of the exhaust valve (EOS), Will be described.

仮に、排気バルブの開時期(EOS)が、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Vaの時のクランク角(θPa)より早かった場合を想定すると、正のガス圧力が発生している状態で排気バルブが開くので、せっかくの燃焼ガスの圧力が排気ポ−ト側に逃げてしまい、ピストンを押し下げるエネルギーをみすみす逃がしてしまうことになる。   Assuming that the opening timing (EOS) of the exhaust valve is earlier than the crank angle (θPa) at the time of the in-cylinder combustion chamber volume Va approaching the atmospheric pressure, the exhaust is performed in a state where the positive gas pressure is generated. Since the valve is opened, the pressure of the combustion gas escapes to the exhaust port side, so that the energy for pushing down the piston is lost.

逆に、排気バルブの開時期(EOS)が、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Vaの時のクランク角(θPa)より遅かった場合を想定すると、排気バルブの開時期(EOS)に至る前の筒内燃焼室内は負の圧力となってしまい、この負の圧力がピストンの下降作動に制動をかけてしまうことになる。   Conversely, assuming that the exhaust valve opening timing (EOS) is later than the crank angle (θPa) at the time of the in-cylinder combustion chamber volume Va approaching the atmospheric pressure, before the exhaust valve opening timing (EOS) is reached. Becomes negative pressure in the in-cylinder combustion chamber, and this negative pressure exerts braking on the lowering operation of the piston.

すなわち、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Vaの時のクランク角(θPa)付近で、排気バルブの開時期(EOS)を設定するのが適切であることがわかる。後述するように、本実施形態では、アイドルストップした際の初期ピストン位置に対応する初期クランク角(θPi)に応じて、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Vaの時のクランク角(θPa)が異なることに注目して、排気バルブの開時期(EOS)を変化させるものである。これによって、自立始動時における機関トルクを高め、回転立ち上がり性能を高めて自立始動性を向上できるものである。   That is, it is understood that it is appropriate to set the opening timing (EOS) of the exhaust valve around the crank angle (θPa) when the in-cylinder combustion chamber volume Va approaches the atmospheric pressure. As will be described later, in the present embodiment, the crank angle (θPa) at the time of the in-cylinder combustion chamber volume Va approaching the atmospheric pressure is determined according to the initial crank angle (θPi) corresponding to the initial piston position at the time of idling stop. Noting the difference, the opening timing (EOS) of the exhaust valve is changed. As a result, the engine torque at the time of the self-sustained start can be increased, the rotation start-up performance can be enhanced, and the self-sustained startability can be improved.

尚、膨張係数K(=Va/Vs)は、通常ではK=2程度であり、内燃機関の仕様によって定まることを説明したが、同じ内燃機関であっても、内燃機関の運転状態により変動する場合があるので補足説明する。   Note that the expansion coefficient K (= Va / Vs) is usually about K = 2 and is determined depending on the specifications of the internal combustion engine. However, the same internal combustion engine varies depending on the operating state of the internal combustion engine. Supplementary explanation will be given in some cases.

例えば、アイドルストップからの自力(自立)始動においては、内燃機関は既に暖機状態にあるのが一般的だが、アイドルストップ期間が長い場合、或いは外気温度が極めて低い場合では、内燃機関の温度が下がってしまうことがある。この場合は、シリンダボアからの熱逃げの影響が大きくなり、実膨張係数K´は、標準での膨張係数Kに対してやや小さくなることが認められる。   For example, in a self-sustained (self-sustained) start from an idle stop, the internal combustion engine is generally already in a warm-up state, but when the idle stop period is long or the outside air temperature is extremely low, the temperature of the internal combustion engine becomes low. It may go down. In this case, it is recognized that the effect of heat release from the cylinder bore becomes large, and the actual expansion coefficient K ′ becomes slightly smaller than the standard expansion coefficient K.

この場合、補正係数αを導入して実膨張係数K´と標準での膨張係数Kの関係を表すことができる。
実膨張係数K´=α×K……(5)
したがって、実膨張係数K´を求める場合では、機関温度が低い場合はαを「1」より小さく設定し、逆に高い場合は熱逃げが減少するので、「1」より大きく設定すれば良いものである。
In this case, by introducing the correction coefficient α, the relationship between the actual expansion coefficient K ′ and the standard expansion coefficient K can be expressed.
Actual expansion coefficient K '= α × K (5)
Therefore, when the actual expansion coefficient K ′ is obtained, α is set to be smaller than “1” when the engine temperature is low, and conversely, when the engine temperature is high, the heat escape decreases. It is.

更に、燃料消費量を低減するために燃料噴射量を減少させて、いわゆるリ−ン燃焼させた場合では、燃料量が減少していることで発熱量も減少するので、補正係数αを小さくすることができる。   Further, in the case of performing a so-called lean combustion by reducing the fuel injection amount in order to reduce the fuel consumption, since the calorific value also decreases due to the decrease in the fuel amount, the correction coefficient α is reduced. be able to.

このように、内燃機関の状態に対応して、実膨張係数K´を求めることで、実機での、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Vaの時のクランク角(θPa)の補正値を求めることができる。これに基づき、排気バルブの開時期(EOS)を補正することで、更に自立始動を適切におこなうことが可能になる。   In this way, by obtaining the actual expansion coefficient K ′ corresponding to the state of the internal combustion engine, the correction value of the crank angle (θPa) in the actual combustion chamber when the in-cylinder combustion chamber volume Va approaches the atmospheric pressure is obtained. be able to. By correcting the opening timing (EOS) of the exhaust valve based on this, it becomes possible to perform the self-sustaining start more appropriately.

図4、図5、図6は、内燃機関の始動開始時の初期ピストン位置、或いは前回の機関停止時の初期ピストン位置とバルブタイミングの関係を示している。具体的には、始動開始時の初期ピストン位置、或いは前回の機関停止時の初期ピストン位置に対応する初期クランク角(θPi)と、排気バルブ開時期(EOS)の関係を示している。   FIGS. 4, 5, and 6 show the relationship between the initial piston position at the start of the start of the internal combustion engine or the initial piston position at the last stop of the engine and the valve timing. Specifically, it shows the relationship between the initial piston angle at the start of starting or the initial crank angle (θPi) corresponding to the initial piston position at the time of the previous engine stop and the exhaust valve opening timing (EOS).

図4、図5、図6においては、クランクシャフト(クランクピン)の姿勢も示している。図1に示しているように、クランクピンとピストンピンは実際にはコンロッドを介して連結されているが、図4、図5、図6はでは分かりやすくするために、ピストンピン位置をクランクピン位置と一致させて簡略的に表現している。また、膨張気筒(初爆気筒)である#2気筒とこれに対向する圧縮気筒である#1気筒と、#2気筒(膨張気筒)の吸気弁作動区間(IOS〜ICS)と排気弁作動区間(EOS〜ECS)を示している。   4, 5, and 6, the posture of the crankshaft (crankpin) is also shown. As shown in FIG. 1, the crank pin and the piston pin are actually connected via a connecting rod. However, FIGS. 4, 5, and 6 show the piston pin position as the crank pin position for simplicity. And is simply expressed. Further, an intake valve operating section (IOS-ICS) and an exhaust valve operating section of # 2 cylinder which is an expansion cylinder (first explosion cylinder), # 1 cylinder which is a compression cylinder opposed thereto, and # 2 cylinder (expansion cylinder). (EOS to ECS).

図4において、初期クランク角(θPi1)が上死点(TDC)側の例えば約70°の位置にあれば、排気バルブの開時期は下死点(BDC)前の開時期(EOS1)まで進角される。つまり、この開時期(EOS1)が、筒内燃焼室圧力が大気圧に近づいた時を表しているものである。同様に、図5において、初期クランク角(θPi2)が上死点(TDC)と下死点(BDC)の中間の約90°の位置にあれば、図4に示す場合よりも排気バルブの開時期は、同様に筒内燃焼圧が大気圧に近づく下死点(BDC)付近の開時期(EOS2)まで遅角される。   In FIG. 4, when the initial crank angle (θPi1) is, for example, at a position of about 70 ° on the top dead center (TDC) side, the opening timing of the exhaust valve advances to the opening timing (EOS1) before the bottom dead center (BDC). Be horned. That is, the opening timing (EOS1) indicates the time when the in-cylinder combustion chamber pressure approaches the atmospheric pressure. Similarly, in FIG. 5, if the initial crank angle (θPi2) is at a position of about 90 ° between the top dead center (TDC) and the bottom dead center (BDC), the opening of the exhaust valve is greater than in the case shown in FIG. The timing is similarly retarded until an open timing (EOS2) near bottom dead center (BDC) at which the in-cylinder combustion pressure approaches the atmospheric pressure.

更に、図6において、初期クランク角(θPi3)が上死点(TDC)と下死点(BDC)の中間より下がった約110°の位置にあれば、図5に示す場合と同じように図4に示す場合よりも排気バルブの開時期は、下死点(BDC)付近の開時期(EOS3)まで遅角される。なお、この場合は、筒内燃焼圧は大気圧より高くなっている。すなわち、図6の場合では、初期ピストン位置がかなり下降側に位置しているので、筒内燃焼室容積が大きく燃焼の開始時期がかなり遅角されることから、筒内燃焼室圧力が大気圧に近づくまでの期間も同じ膨張係数2に対して長くなる。このため、ピストンが下死点(BDC)付近に達しても、まだ筒内燃焼室圧力は正圧を維持している。   Further, in FIG. 6, if the initial crank angle (θPi3) is at a position of approximately 110 ° lower than the middle between the top dead center (TDC) and the bottom dead center (BDC), the same as in FIG. 4, the opening timing of the exhaust valve is delayed until the opening timing (EOS3) near the bottom dead center (BDC). In this case, the in-cylinder combustion pressure is higher than the atmospheric pressure. That is, in the case of FIG. 6, since the initial piston position is located on the substantially lower side, the in-cylinder combustion chamber volume is large and the combustion start timing is considerably retarded. Is longer for the same expansion coefficient 2. For this reason, even if the piston reaches the vicinity of the bottom dead center (BDC), the in-cylinder combustion chamber pressure still maintains a positive pressure.

したがって、仮に排気バルブの開時期を下死点(BDC)より遅らせてしまうと、上昇に転じたピストンの動きを、筒内燃焼室圧力の正圧が抑えてしまい、ピストンの上昇方向の動きに対して逆に正圧による制動力を作用させてしまう。その結果、ピストン仕事を逆に低減させてしまうことになる。このため、図6の場合は下死点(BDC)で排気バルブを開くような設定に調整している。   Therefore, if the opening timing of the exhaust valve is delayed from the bottom dead center (BDC), the movement of the piston that has started to rise is suppressed by the positive pressure of the in-cylinder combustion chamber pressure, and the movement of the piston in the rising direction is reduced. Conversely, a braking force due to positive pressure is applied. As a result, the piston work will be reduced on the contrary. For this reason, in the case of FIG. 6, the setting is made so that the exhaust valve is opened at the bottom dead center (BDC).

このように、初期クランク角(θPi)の位置に対応して、大気圧に達するクランク角(θPa)付近で排気バルブを開いてやることで(EOS1、EOS2)、初期クランク角(θPi)から大気圧に達するクランク角(θPa)までの筒内燃焼室圧力がピストンを押し下げる作用を行うので筒内燃焼室圧力を有効に活用でき、初爆の燃焼エネルギーを有効にピストン仕事に変換することができる。なお、下死点(BDC)でも大気圧まで下がり切らない場合は、下死点付近で排気バルブを開いてやるのである(EOS3)。   In this way, by opening the exhaust valve near the crank angle (θPa) that reaches the atmospheric pressure corresponding to the position of the initial crank angle (θPi) (EOS1, EOS2), the initial crank angle (θPi) is increased. The in-cylinder combustion chamber pressure up to the crank angle (θPa) that reaches the atmospheric pressure acts to push down the piston, so the in-cylinder combustion chamber pressure can be used effectively, and the combustion energy of the first explosion can be effectively converted to piston work. . If the pressure does not fall to the atmospheric pressure even at the bottom dead center (BDC), the exhaust valve is opened near the bottom dead center (EOS3).

次に、図7において初爆気筒の燃焼による筒内圧がクランク角でどう変化するかを図4、図5、図6に示す初期ピストン位置の場合を例にとって説明する。   Next, how the in-cylinder pressure due to the combustion of the first explosive cylinder changes with the crank angle in FIG. 7 will be described with reference to the initial piston position shown in FIGS. 4, 5 and 6 as an example.

図4に示す初期ランク角(θPi)が上死点(TDC)後の約70°から燃焼が行われた場合の筒内圧変化は、図7の特性p1で示す変化を行うものである。すなわち、初爆の燃焼に伴い初期クランク角(θPi1)から燃焼によるガス圧力(燃焼圧)が立ち上がり、ピーク圧(Peak1)になった後にピストンが下降していくにつれ、ガス圧力が低下していく。   The in-cylinder pressure change when the combustion is performed from the initial rank angle (θPi) shown in FIG. 4 from about 70 ° after the top dead center (TDC) is a change indicated by a characteristic p1 in FIG. That is, with the combustion of the first explosion, the gas pressure (combustion pressure) due to combustion rises from the initial crank angle (θPi1), and after reaching the peak pressure (Peak1), the gas pressure decreases as the piston descends. .

そして、上述したようにシリンダボアへの熱逃げによりガス圧力は急速に低下していき、ガス圧力がほぼ大気圧になるクランク角(θPa1)、つまり膨張係数K=2の付近で、排気バルブが開時期(EOS1)で開弁され、これによって筒内はほぼ大気圧に維持されるようになる。これにより、初爆の燃焼エネルギーを有効にピストン仕事に変換することができる。   Then, as described above, the gas pressure rapidly decreases due to the heat escaping to the cylinder bore, and the exhaust valve is opened near the crank angle (θPa1) at which the gas pressure becomes almost atmospheric pressure, that is, near the expansion coefficient K = 2. The valve is opened at the timing (EOS1), whereby the inside of the cylinder is maintained at substantially the atmospheric pressure. Thereby, the combustion energy of the first explosion can be effectively converted into piston work.

つまり、排気バルブの開弁時期(EOS1)が、ガス圧力がほぼ大気圧になるクランク角(θPa1)より遅いと、筒内が負の圧力(大気圧未満)となってしまい、ピストンの下降動作に負の圧力による制動力が作用してガス圧力による燃焼エネルギーが無駄になってしまうようになる。逆に、排気バルブの開弁時期(EOS1)が、ガス圧力がほぼ大気圧になるクランク角(θPa1)より早いと、筒内圧が大気圧より高い状態で排気バルブが開かれるので、排気ポ−ト側に高いガス圧力が逃げてしまい、その分ピストンを押し下げるエネルギーが減少してしまうようになる。   That is, if the valve opening timing (EOS1) of the exhaust valve is later than the crank angle (θPa1) at which the gas pressure becomes substantially atmospheric pressure, the inside of the cylinder becomes a negative pressure (less than atmospheric pressure), and the piston descends. As a result, the braking force due to the negative pressure acts on the gas, and the combustion energy due to the gas pressure is wasted. Conversely, if the exhaust valve opening timing (EOS1) is earlier than the crank angle (θPa1) at which the gas pressure becomes substantially atmospheric pressure, the exhaust valve is opened with the in-cylinder pressure higher than the atmospheric pressure. The high gas pressure escapes to the side G, and the energy to push down the piston decreases accordingly.

したがって排気バルブの開弁時期(EOS1)を、ガス圧力がほぼ大気圧になるクランク角(θPa1)付近に調整することで、初爆の燃焼エネルギーを最も有効にピストン仕事に変換することができるようになる。   Therefore, by adjusting the opening timing (EOS1) of the exhaust valve to around the crank angle (θPa1) at which the gas pressure becomes substantially atmospheric pressure, the combustion energy of the first explosion can be converted to the piston work most effectively. become.

次に、図5に示す初期ランク角(θPi)が上死点(TDC)後の約90°から燃焼が行われた場合の筒内圧変化は、図7の特性p2で示す変化を行うものである。図4の場合と同様に、初爆の燃焼に伴い初期クランク角(θPi2)から燃焼によるガス圧力(筒内圧)が立ち上がり、ピーク圧(Peak2)になった後にピストンが下降していくに連れ、ガス圧力が低下していく。   Next, the in-cylinder pressure change when the combustion is performed from the initial rank angle (θPi) shown in FIG. 5 from about 90 ° after the top dead center (TDC) is a change shown by the characteristic p2 in FIG. is there. As in the case of FIG. 4, the gas pressure (in-cylinder pressure) due to combustion rises from the initial crank angle (θPi2) with the combustion of the first explosion, and as the piston descends after reaching the peak pressure (Peak2), The gas pressure decreases.

そして、上述したようにシリンダボアへの熱逃げによりガス圧力は急速に低下していき、ガス圧力がほぼ大気圧になるクランク角(θPa2)である下死点(BDC)付近で、排気バルブが開時期(EOS2)で開弁され、これによって筒内はほぼ大気圧に維持されるようになる。これにより、初爆の燃焼エネルギーを有効にピストン仕事に変換することができる。   Then, as described above, the gas pressure decreases rapidly due to the heat escape to the cylinder bore, and the exhaust valve is opened near the bottom dead center (BDC), which is the crank angle (θPa2) at which the gas pressure becomes almost atmospheric pressure. The valve is opened at the timing (EOS2), whereby the inside of the cylinder is maintained at substantially the atmospheric pressure. Thereby, the combustion energy of the first explosion can be effectively converted into piston work.

次に、図6に示す初期ランク角(θPi)が上死点(TDC)後の110°から燃焼が行われた場合の筒内圧変化は、図7の特性p3で示す変化を行うものである。図4の場合と同様に、初爆の燃焼に伴い初期クランク角(θPi3)から燃焼によるガス圧力(筒内圧)が立ち上がり、ピーク圧(Peak3)になった後にピストンが下降していくにつれ、ガス圧力が低下していく。   Next, the in-cylinder pressure change when the combustion is performed from the initial rank angle (θPi) of 110 ° after the top dead center (TDC) shown in FIG. 6 changes as indicated by a characteristic p3 in FIG. . As in the case of FIG. 4, the gas pressure (in-cylinder pressure) due to the combustion rises from the initial crank angle (θPi3) with the combustion of the first explosion, and after reaching the peak pressure (Peak3), the gas descends as the piston descends. The pressure drops.

そして、上述したようにシリンダボアへの熱逃げによりガス圧力は急速に低下していくが、ガス圧力がほぼ大気圧になる手前の下死点(BDC)付近で、強制的に排気バルブが開時期(EOS3)で開弁され、これによって筒内はほぼ大気圧に維持されるようになる。これにより、初爆の燃焼エネルギーを下死点に至るまでの過程で有効にピストン仕事に変換しつつ、下死点後にこの初爆の燃焼エネルギー(正圧)がピストン上昇を抑えるという負の仕事(制動作用)を抑制することができる。なお、このEOS3であるが、下死点付近なので、結果として、前述のEOS2とほぼ同じ時期となっている。   Then, as described above, the gas pressure rapidly decreases due to the heat escape to the cylinder bore, but the exhaust valve is forcibly opened near the bottom dead center (BDC) just before the gas pressure becomes almost atmospheric pressure. The valve is opened at (EOS3), whereby the inside of the cylinder is maintained at substantially atmospheric pressure. This effectively converts the combustion energy of the first explosion into piston work in the process up to the bottom dead center, and the negative energy that the combustion energy (positive pressure) of this first explosion suppresses the piston rise after the bottom dead center (Braking action) can be suppressed. It should be noted that this EOS3 is near the bottom dead center, and as a result, it is almost at the same time as the above EOS2.

このように、下死点(BDC)付近で強制的に排気ガスバルブを開弁する理由は上述した正圧による制動作用を回避するためである。すなわち、図6の場合では、初期ピストン位置(θPi3)がかなり下降側に位置しているので、筒内燃焼室容積が大きく、燃焼の開始時期がかなり遅角されることから、筒内燃焼室圧力が大気圧に近づくまでの期間も同じ膨張係数K=2に対して長くなる。このため、ピストンが下死点(BDC)付近に達しても、まだ筒内燃焼室圧力は正圧を維持している。   As described above, the reason why the exhaust gas valve is forcibly opened near the bottom dead center (BDC) is to avoid the above-described braking action due to the positive pressure. That is, in the case of FIG. 6, since the initial piston position (θPi3) is located considerably on the lower side, the in-cylinder combustion chamber volume is large, and the combustion start timing is considerably retarded. The period until the pressure approaches the atmospheric pressure also becomes longer for the same expansion coefficient K = 2. For this reason, even if the piston reaches the vicinity of the bottom dead center (BDC), the in-cylinder combustion chamber pressure still maintains a positive pressure.

したがって、仮に排気バルブの開時期を下死点(BDC)より遅らせてしまうと、上昇に転じたピストンの動きを、筒内燃焼室圧力の正圧が抑えてしまい、ピストンの上昇方向の動きに対して逆に正圧による制動力を作用させてしまう。その結果、ピストン仕事を逆に低減させてしまうことになる。このため、図6の場合は下死点(BDC)で排気バルブを強制的に開くような設定に調整している。   Therefore, if the opening timing of the exhaust valve is delayed from the bottom dead center (BDC), the movement of the piston that has started to rise is suppressed by the positive pressure of the in-cylinder combustion chamber pressure, and the movement of the piston in the rising direction is reduced. Conversely, a braking force due to positive pressure is applied. As a result, the piston work will be reduced on the contrary. For this reason, in the case of FIG. 6, the setting is made such that the exhaust valve is forcibly opened at the bottom dead center (BDC).

以上に説明した排気バルブの開時期(EOS)の制御は、内燃機関が自動的に停止される時に行っても良いし、内燃機関が自動的に始動される時に行っても良いものである。また、両方で行うことも可能である。   The control of the opening timing (EOS) of the exhaust valve described above may be performed when the internal combustion engine is automatically stopped, or may be performed when the internal combustion engine is automatically started. It is also possible to perform both.

次に、上述した排気バルブの開時期(EOS )の制御を行なう制御フローを説明するが、図8は内燃機関の自動停止時における制御フローチャートを示し、図9は内燃機関の自動始動時における制御フローチャートを示している。   Next, a control flow for controlling the opening timing (EOS) of the exhaust valve will be described. FIG. 8 is a control flowchart when the internal combustion engine is automatically stopped, and FIG. 9 is a control flow when the internal combustion engine is automatically started. 4 shows a flowchart.

まず、内燃機関の自動停止時の制御フローチャートについて説明するが、この制御フローはコントローラ22を構成するマイクロコンピュータによって実行されるものである。   First, a control flowchart when the internal combustion engine is automatically stopped will be described. This control flow is executed by the microcomputer constituting the controller 22.

≪ステップS10≫
ステップS10では、以下に述べる各制御ステップを実行するために必要なパラメータを機関運転状態として読み込むものである。パラメータは各センサから検出されており、マイクロコンピュータで処理できる物理量に変換、演算される。ステップS10でパラメータの検出が終了するとステップS11に移行する。
{Step S10}
In step S10, parameters necessary for executing each control step described below are read as the engine operating state. The parameters are detected from each sensor, converted into physical quantities that can be processed by a microcomputer, and calculated. When the detection of the parameters is completed in step S10, the process proceeds to step S11.

≪ステップS11≫
ステップS11では、内燃機関が停止条件、例えばアイドルストップ条件になったかどうかを判断する。アイドルストップ条件は、例えばブレーキペダル情報、アクセルペダル情報、変速機の変速位置情報等を検出することによって判断している。もちろん、これ以外の情報を用いて判断することも可能である。
{Step S11}
In step S11, it is determined whether or not the internal combustion engine has reached a stop condition, for example, an idle stop condition. The idle stop condition is determined by detecting, for example, brake pedal information, accelerator pedal information, shift position information of the transmission, and the like. Of course, it is also possible to make a determination using other information.

ステップS11で、アイドルストップ条件にないと判断されるとリターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。一方、ステップS11で、アイドルストップ条件にあると判断されるとステップS12に移行する。   If it is determined in step S11 that the idle stop condition is not satisfied, the process returns to wait for the next start timing. On the other hand, when it is determined in step S11 that the idle stop condition is satisfied, the process proceeds to step S12.

≪ステップS12≫
ステップS12では、ステップS11でアイドルストップ条件にあると判断されているので、内燃機関を停止すべく燃料噴射カット処理、及び点火カット処理を実行して内燃機関を自動停止させるようにする。この状態になると内燃機関の回転数は停止に向けて低下していくことになる。燃料噴射カット処理、及び点火カット処理が完了すると、ステップS13に移行する。
{Step S12}
In step S12, since it is determined that the idling stop condition is satisfied in step S11, the fuel injection cut process and the ignition cut process are executed to stop the internal combustion engine, and the internal combustion engine is automatically stopped. In this state, the rotation speed of the internal combustion engine decreases toward a stop. Upon completion of the fuel injection cut process and the ignition cut process, the process proceeds to step S13.

≪ステップS13≫
ステップS13では、低下していく回転数N(rpm)が所定の極低回転数ΔN以下に達したかどうかを判断する。極低回転数ΔN以下に達していないと判断されると再び同じステップS13の判断を実行する。この判断を繰り返して極低回転数ΔN以下に達したと判断されると、内燃機関が停止の直前にあると見做してステップS14に移行する。
{Step S13}
In step S13, it is determined whether or not the decreasing rotational speed N (rpm) has reached a predetermined extremely low rotational speed ΔN or less. If it is determined that the rotation speed has not reached the extremely low rotation speed ΔN or less, the same determination in step S13 is executed again. If it is determined that the internal combustion engine has reached the extremely low rotational speed ΔN or less by repeating this determination, it is determined that the internal combustion engine is just before stopping, and the process proceeds to step S14.

≪ステップS14≫
ステップS14では、駆動モ−タにより停止すべき初期ピストン位置である初期クランク角(θPi)への制御を行う。例えば、圧縮上死点(TDC)でのクランク角速度から、機関停止時に初爆気筒である膨張行程となる気筒(#2気筒)を判定し、更に同じくこの膨張行程気筒(#2気筒)が目標とする目標初期クランク角(θPit)となるように、駆動モ−タへ制御信号を出力する。これによって目標初期クランク角(θPit)になるようにピストン位置が制御される。ここで、目標初期クランク角(θPit)は、例えば図7に示す圧縮上死点(TDC)後の約90°付近が選ばれる。この処理が完了するとステップS15に移行する。
{Step S14}
In step S14, control is performed to the initial crank angle (θPi), which is the initial piston position to be stopped by the drive motor. For example, based on the crank angular velocity at the compression top dead center (TDC), the cylinder (# 2 cylinder) which is the first explosion cylinder when the engine is stopped and which is in the expansion stroke is determined, and the expansion stroke cylinder (# 2 cylinder) is similarly set as the target. A control signal is output to the drive motor so that the target initial crank angle (θPit) is obtained. Thus, the piston position is controlled so as to reach the target initial crank angle (θPit). Here, as the target initial crank angle (θPit), for example, around 90 ° after the compression top dead center (TDC) shown in FIG. 7 is selected. When this process is completed, the process moves to step S15.

≪ステップS15≫
ステップS15では、回転数N=0になったかどうかを判断して内燃機関が停止したことを検出している。内燃機関が停止していないと判断されるとステップS14に戻って同じ制御を繰り返すことになる。そして、内燃機関が実際に停止するとステップS16に移行する。
{Step S15}
In step S15, it is determined whether or not the rotational speed N = 0, and it is detected that the internal combustion engine has stopped. If it is determined that the internal combustion engine has not stopped, the process returns to step S14 and the same control is repeated. Then, when the internal combustion engine actually stops, the process proceeds to step S16.

≪ステップS16≫
ステップS16では、実際に停止した状態のピストン位置に対応した実初期クランク角(θPia)をクランク角センサで読み取る。この状態が初爆気筒(#2気筒)のピストン位置となり、実初期クランク角(θPia)を検出するとステップS17に移行する。
{Step S16}
In step S16, the actual initial crank angle (θPia) corresponding to the actually stopped piston position is read by the crank angle sensor. This state becomes the piston position of the first explosion cylinder (# 2 cylinder). When the actual initial crank angle (θPia) is detected, the process proceeds to step S17.

≪ステップS17≫
ステップ17では、ステップS16で検出した実際の実初期クランク角(θPia)が許容範囲に収まっているかどうかが判断される。ステップS14では目標とする目標初期クランク角(θPit)になるように駆動モータを制御しており、この制御の結果として実初期クランク角(θPia)が決まるものである。
{Step S17}
In step 17, it is determined whether or not the actual actual initial crank angle (θPia) detected in step S16 falls within an allowable range. In step S14, the drive motor is controlled to attain the target initial crank angle (θPit), and the actual initial crank angle (θPia) is determined as a result of this control.

ここで、許容範囲は図7に示している初期クランク角であり、初期クランク角(θPi1=70°)〜初期クランク角(θPi3=110°)に決められている。したがって、目標とする目標初期クランク角(θPit=90°)であるので、実初期クランク角(θPia)もこの付近のクランク角となる。   Here, the allowable range is the initial crank angle shown in FIG. 7, and is determined from the initial crank angle (θPi1 = 70 °) to the initial crank angle (θPi3 = 110 °). Therefore, since it is the target initial crank angle (θPit = 90 °), the actual initial crank angle (θPia) is also a crank angle near this.

そして、実初期クランク角(θPia)が許容範囲に収まっていると判断されるとステップS18に移行し、実初期クランク角(θPia)が許容範囲に収まっていないと判断されると再びステップS14に移行して、駆動モータによって初爆気筒(#2気筒)のピストン位置を調整する。   When it is determined that the actual initial crank angle (θPia) is within the allowable range, the process proceeds to step S18. When it is determined that the actual initial crank angle (θPia) is not within the allowable range, the process returns to step S14. Then, the piston position of the first explosion cylinder (# 2 cylinder) is adjusted by the drive motor.

≪ステップS18≫
ステップS18では、ステップS17で実初期クランク角(θPia)が許容範囲に収まっていると判断されているので、実初期クランク角(θPia)に対応した排気バルブの目標とする目標開時期(EOSt)を演算して求める。目標開時期(EOSt)は、図7に示す筒内燃焼室が大気圧となるクランク角(θPa)であるので、目標開時期(EOSt)の演算は上述したような演算を実行して求めることができる。
{Step S18}
In step S18, since it is determined in step S17 that the actual initial crank angle (θPia) falls within the allowable range, the target target opening timing (EOSt) of the exhaust valve corresponding to the actual initial crank angle (θPia) is determined. Is calculated. Since the target opening timing (EOSt) is the crank angle (θPa) at which the in-cylinder combustion chamber reaches the atmospheric pressure shown in FIG. 7, the target opening timing (EOSt) is calculated by executing the above-described calculation. Can be.

尚、大気圧となるクランク角(θPa)は演算により求めるのではなく、各初期クランク角(θPi)に対応した大気圧となるクランク角(θPa)を、適合作業(マッチング)やシミュレーションによって求めてマッピングし、これをマップとしてコントローラ22に記憶させ、実際の制御でこのマップを参照して求めることもできる。このようなマップを採用すると、演算時間が短縮されてより早く制御を行なえる効果がある
その結果、例えば、実初期クランク角(θPia)が圧縮上死点(TDC)後の約90°付近であれば、排気バルブの目標開時期(EOSt)は、図7に示す下死点(BDC)付近である開時期(EOS2)が選ばれる。ここで、実初期クランク角(θPia)が圧縮上死点(TDC)後の約70°付近であれば、排気バルブの目標開時期(EOSt)は、図7に示す下死点(BDC)より進角された開時期(EOS1)が選ばれる。更に、実初期クランク角(θPia)が圧縮上死点(TDC)後の約110°付近であれば、排気バルブの目標開時期(EOSt)は、図7に示す下死点(BDC)付近である開時期(EOS3)が選ばれる。目標開時期(EOSt)が求まるとステップS19に移行する。なお、この場合は、下死点においても筒内圧は正圧であるが、その後のピストン制動作用を抑制するため、下死点付近のEOS3で強制的に排気弁を開くことが選択されるのである。
The crank angle (θPa) that becomes the atmospheric pressure is not obtained by calculation, but the crank angle (θPa) that becomes the atmospheric pressure corresponding to each initial crank angle (θPi) is obtained by an adaptation work (matching) or simulation. Mapping may be performed, and the map may be stored in the controller 22 as a map, and the actual control may refer to this map to obtain the map. Adopting such a map has the effect of shortening the calculation time and enabling faster control. As a result, for example, the actual initial crank angle (θPia) becomes approximately 90 ° after compression top dead center (TDC). If there is, the opening timing (EOS2) near the bottom dead center (BDC) shown in FIG. 7 is selected as the target opening timing (EOSt) of the exhaust valve. Here, if the actual initial crank angle (θPia) is about 70 ° after the compression top dead center (TDC), the target opening timing (EOSt) of the exhaust valve is from the bottom dead center (BDC) shown in FIG. The advanced opening timing (EOS1) is selected. Further, when the actual initial crank angle (θPia) is about 110 ° after the compression top dead center (TDC), the target opening timing (EOSt) of the exhaust valve is around the bottom dead center (BDC) shown in FIG. A certain opening time (EOS3) is selected. When the target opening timing (EOSt) is determined, the process proceeds to step S19. In this case, the in-cylinder pressure is positive even at the bottom dead center, but in order to suppress the subsequent piston braking action, it is selected to forcibly open the exhaust valve at EOS3 near the bottom dead center. is there.

≪ステップS19≫
ステップS19では、ステップS18で求めた目標開時期(EOSt)を制御信号として排気VTCに与え、排気VTCによって,排気バルブが目標開時期(EOSt)で開弁するように調整する。同様に、吸気VTCに,目標とする吸気バルブの目標閉時期(ICSt)を制御信号として与え、吸気VTCによって吸気バルブが目標閉弁時期(ICSt)で閉弁するように調整する。ここで、吸気バルブの目標閉弁時期(ICSt)は通常状態より遅く設定されており、吸気バルブの遅閉じによるデコンプ機能によって始動性を改善している。これらの処理が終了するとステップS20に移行する。
{Step S19}
In step S19, the target opening timing (EOSt) obtained in step S18 is given as a control signal to the exhaust VTC, and the exhaust VTC is adjusted so that the exhaust valve opens at the target opening timing (EOSt). Similarly, a target target closing timing of the intake valve (ICSt) is given to the intake VTC as a control signal, and the intake VTC is adjusted so that the intake valve closes at the target closing timing (ICSt). Here, the target closing timing (ICSt) of the intake valve is set later than the normal state, and the decompression function by the late closing of the intake valve improves the startability. When these processes are completed, the process moves to step S20.

≪ステップS20≫
ステップS19では排気バルブの目標開時期(EOSt)及び吸気バルブの目標閉時期(ICSt)になるように排気VTCと吸気VTCを制御しており、この制御の結果として、実際の実開時期(EOSa)と実際の実閉時期(ICSa)が決まるものである。
{Step S20}
In step S19, the exhaust VTC and the intake VTC are controlled so that the target opening timing (EOSt) of the exhaust valve and the target closing timing (ICSt) of the intake valve are obtained. As a result of this control, the actual actual opening timing (EOSa) is obtained. ) And the actual actual closing timing (ICSa) are determined.

そして、ステップS20では、ステップS19で実行した、排気バルブの目標開時期(EOSt)で開弁するように調整した結果の実際の実開時期(EOSa)と、吸気バルブの目標閉時期(ICSt)で閉弁するように調整した結果の実際の実閉時期(ICSa)とを検出し、排気バルブの実開時期(EOSa)が目標開時期(EOSt)に制御されているか、及び吸気バルブの実閉時期(ICSa)が目標閉時期(ICSt)に制御されているかを判断している。   In step S20, the actual actual opening timing (EOSa) as a result of the adjustment performed to open at the target opening timing (EOSt) of the exhaust valve, and the target closing timing (ICSt) of the intake valve, executed in step S19. The actual actual closing timing (ICSa) as a result of the adjustment to close the valve is detected, and whether the actual opening timing (EOSa) of the exhaust valve is controlled to the target opening timing (EOSt) and the actual closing timing of the intake valve are determined. It is determined whether the closing timing (ICSa) is controlled to the target closing timing (ICSt).

したがって、排気バルブの実開時期(EOSa)が排気バルブの目標開時期(EOSt)と一致しない、及び吸気バルブの実閉時期(ICSa)が吸気バルブの目標閉時期(ICSt)と一致しないと判断されるとステップS19に戻って、排気バルブが目標とする開時期(EOSt)で開弁するように調整し、同様に吸気バルブが目標とする閉弁時期(ICSt)で閉弁するように調整する。この制御は周知の開時期及び閉時期のフィードバック制御で実行できる。   Therefore, it is determined that the actual opening timing (EOSa) of the exhaust valve does not coincide with the target opening timing (EOSt) of the exhaust valve, and that the actual closing timing (ICSa) of the intake valve does not coincide with the target closing timing (ICSt) of the intake valve. Then, the process returns to step S19, in which the exhaust valve is adjusted to open at the target opening timing (EOSt), and similarly, the intake valve is adjusted to close at the target closing timing (ICSt). I do. This control can be executed by well-known feedback control of the opening timing and the closing timing.

一方、排気バルブの実開時期(EOSa)が排気バルブの目標開時期(EOSt)と一致した、及び吸気バルブの実閉時期(ICSa)が吸気バルブの目標閉時期(ICSt)と一致したと判断されるとステップS21に移行する。   On the other hand, it is determined that the actual opening timing (EOSa) of the exhaust valve matches the target opening timing (EOSt) of the exhaust valve, and that the actual closing timing (ICSa) of the intake valve matches the target closing timing (ICSt) of the intake valve. Then, the process moves to step S21.

≪ステップS21≫
ステップS21では、目標とする排気バルブの開時期(EOSt)と、目標とする吸気バルブの閉時期(ICSt)の状態を維持するように、排気VTCと吸気VTCに設けられた電動機に保持電流を流して自動始動に備えるようにする。尚、逆効率特性が高い排気VTCと吸気VTCを使用すれば、保持電流を停止することも可能である。
{Step S21}
In step S21, a holding current is supplied to the exhaust VTC and the electric motor provided in the intake VTC so that the target exhaust valve opening timing (EOSt) and the target intake valve closing timing (ICSt) are maintained. Flush and prepare for automatic start. If the exhaust VTC and the intake VTC having high reverse efficiency characteristics are used, the holding current can be stopped.

このような制御や設定によれば、初爆気筒の初期ピストン位置が機関停止中に変化するのを抑制でき、次回始動時において、初爆気筒のガス圧力(燃焼エネルギー)をピストンに安定的に有効に与えることができ、良好な始動性を得ることができるものである。   According to such control and setting, the initial piston position of the first explosion cylinder can be suppressed from changing while the engine is stopped, and the gas pressure (combustion energy) of the first explosion cylinder is stably applied to the piston at the next start. It can be given effectively, and good startability can be obtained.

次に、内燃機関の自動始動時の制御フローチャートについて説明するが、この制御フローもコントローラ22を構成するマイクロコンピュータによって実行されるものである。尚、本制御フローは上述した図8に示した自動停止時の制御に加えて実行しても良いし、本制御フロー単独で実行しても良いものである。   Next, a control flowchart at the time of automatically starting the internal combustion engine will be described. This control flow is also executed by the microcomputer constituting the controller 22. This control flow may be executed in addition to the control at the time of the automatic stop shown in FIG. 8 described above, or may be executed solely by the present control flow.

以下の説明では、自動停止時と異なり自動始動時であるので、クランク角、排気バルブや吸気バルブの開閉時期を表す記号に「´」を付加して区別している。   In the following description, since the automatic start is different from the automatic stop, the symbols indicating the crank angle and the opening / closing timing of the exhaust valve or the intake valve are distinguished by adding “′”.

≪ステップS30≫
ステップS30では、以下に述べる各制御ステップを実行するために必要なパラメータ(機関温度を含む)を機関運転状態として読み込むものである。パラメータは各センサから検出されており、マイクロコンピュータで処理できる物理量に変換、演算される。ステップS30でパラメータの検出が終了するとステップS31に移行する。
{Step S30}
In step S30, parameters (including the engine temperature) necessary to execute the following control steps are read as the engine operating state. The parameters are detected from each sensor, converted into physical quantities that can be processed by a microcomputer, and calculated. When the detection of the parameters is completed in step S30, the process proceeds to step S31.

≪ステップS31≫
ステップS31では始動条件かどうかが判断される。始動条件が成立しないとリターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。一方、始動条件が成立するとステップS32に移行する。
{Step S31}
In step S31, it is determined whether the condition is a start condition. If the starting condition is not satisfied, the process returns to the start and waits for the next starting timing. On the other hand, when the starting condition is satisfied, the process proceeds to step S32.

≪ステップS32≫
ステップS32では自動始動条件かどうかが判断される。アイドルストップで停止した状態では、例えばブレーキペダル情報、アクセルペダル情報、変速機の変速位置情報等を検出することによって自動始動かどうかが判断できる。もちろん、これ以外の情報を用いて判断することも可能である。尚、例えば、機関温度が所定温度以下であれば、内燃機機関の機構系のフリクションが大きいので自立燃焼による始動は困難として、通常のスタータモータのような外部駆動モータによる始動が行われる。したがって、自動始動が困難と判断されればステップS33に移行し、自動始動が可能と判断されればステップS38に移行する。
{Step S32}
In step S32, it is determined whether an automatic start condition is satisfied. In the state where the vehicle is stopped by the idle stop, it is possible to determine whether the automatic start is performed by detecting, for example, brake pedal information, accelerator pedal information, shift position information of the transmission, and the like. Of course, it is also possible to make a determination using other information. For example, if the engine temperature is equal to or lower than a predetermined temperature, the starting of the internal combustion engine by the self-sustaining combustion is difficult because the mechanical system has a large friction, and the starting is performed by an external drive motor such as a normal starter motor. Therefore, if it is determined that the automatic start is difficult, the process proceeds to step S33, and if it is determined that the automatic start is possible, the process proceeds to step S38.

≪ステップS33≫、≪ステップS34≫、≪ステップS35≫、≪ステップS36≫、≪ステップS37≫
ステップS32で自動始動条件でないと判断されると、通常始動であると見做して、ステップS33〜ステップS37の処理を実行する。尚、通常始動は本発明の趣旨ではないので簡単にまとめて説明する。
{Step S33}, {Step S34}, {Step S35}, {Step S36}, {Step S37}
If it is determined in step S32 that the condition is not the automatic start condition, the process is regarded as normal start, and the processing of steps S33 to S37 is executed. Note that the normal start is not the purpose of the present invention and will be briefly described.

ステップS32で自動始動条件でないと判断されると、ステップS33でスタータモータやハイブリッド用のモータによって始動が行なわれる。この場合、初爆気筒が圧縮行程を経た後に燃焼行程が実施される通常燃焼であるため、ステップS34で排気VTCに通常時の目標排気バルブ開時期(EOE)、吸気VTCに通常時の目標吸気弁閉時期(ICE)の制御信号を出力する。更に、ステップS35で、気筒毎に順次燃料噴射信号と点火信号を出力して始動を開始する。始動が完了するとステップS35、ステップS36で機関温度を検出して、その上昇度合いを監視してリターンに抜ける。   If it is determined in step S32 that the condition is not the automatic start condition, the start is performed by a starter motor or a hybrid motor in step S33. In this case, since the normal combustion is performed in which the combustion stroke is performed after the first explosion cylinder has passed through the compression stroke, the normal target exhaust valve opening timing (EOE) is set to the exhaust VTC and the normal target intake valve is set to the intake VTC in step S34. The control signal of the valve closing timing (ICE) is output. Further, in step S35, a fuel injection signal and an ignition signal are sequentially output for each cylinder to start the engine. When the start is completed, the engine temperature is detected in steps S35 and S36, the degree of the increase is monitored, and the routine returns.

≪ステップS38≫
ステップS32で、自立始動条件と判断されると、ステップS38の処理が実行される。ステップS38では、クランク角センサによって、初爆気筒の現在の停止クランク角である実初期クランク角(θP´ia=実位置)を検出する。この実初期クランク角から初期開時期情報を求める。
{Step S38}
If it is determined in step S32 that the self-sustaining start condition is satisfied, the process of step S38 is performed. In step S38, the actual initial crank angle (θP'ia = actual position), which is the current stop crank angle of the first explosive cylinder, is detected by the crank angle sensor. Initial opening timing information is obtained from the actual initial crank angle.

≪ステップS39≫
ステップ39では、ステップS38で検出した実際の実初期クランク角(θP´ia)が許容範囲に収まっているかどうかが判断される。ここで、許容範囲は図7に示している初期クランク角であり、初期クランク角(θP´i1=70°)〜初期クランク角(θP´i3=110°)に決められている。
{Step S39}
In step 39, it is determined whether or not the actual actual initial crank angle (θP'ia) detected in step S38 falls within an allowable range. Here, the allowable range is the initial crank angle shown in FIG. 7, and is determined from the initial crank angle (θP′i1 = 70 °) to the initial crank angle (θP′i3 = 110 °).

そして、実初期クランク角(θP´ia)が許容範囲に収まっていると判断されるとステップS40に移行し、実初期クランク角(θP´ia)が許容範囲に収まっていないと判断されると、自立燃焼が困難と見做されるのでステップS33に移行して通常始動が実行される。ここで、図8の自動停止制御を行っていた場合は、この許容範囲内に入っている可能性が極めて高いものである。   When it is determined that the actual initial crank angle (θP′ia) is within the allowable range, the process proceeds to step S40, and when it is determined that the actual initial crank angle (θP′ia) is not within the allowable range. Since it is considered that the self-sustaining combustion is difficult, the routine proceeds to step S33 and the normal start is executed. Here, when the automatic stop control of FIG. 8 has been performed, there is a very high possibility that the automatic stop control is within the allowable range.

≪ステップS40≫
ステップS40では、ステップS39で実初期クランク角(θP´ia)が許容範囲に収まっていると判断されているので、実初期クランク角(θP´ia)に対応した排気バルブの目標とする目標開時期(EOS´t)を演算して求める。目標開時期(EOS´t)は、筒内燃焼室が大気圧となるクランク角(θP´a)であるので、目標開時期(EOS´t)の演算は上述したような演算を実行して求めることができる。尚、この場合も大気圧となるクランク角(θP´a)は演算により求めるのではなく、マップをコントローラ22に記憶させて、実際の制御でこのマップを参照することもできる。
{Step S40}
In step S40, since it is determined in step S39 that the actual initial crank angle (θP'ia) is within the allowable range, the target opening of the exhaust valve corresponding to the actual initial crank angle (θP'ia) is determined. The timing (EOS't) is calculated and obtained. Since the target opening timing (EOS't) is the crank angle (θP'a) at which the in-cylinder combustion chamber reaches the atmospheric pressure, the target opening timing (EOS't) is calculated by executing the above-described calculation. You can ask. In this case as well, the crank angle (θP′a) at which the atmospheric pressure is attained can be obtained not by calculation but by storing a map in the controller 22 and referring to this map in actual control.

その結果、例えば、実初期クランク角(θP´ia)が圧縮上死点(TDC)後の約90°付近であれば、排気バルブの目標開時期(EOS´t)は、図7に示す下死点(BDC)付近である開時期(EOS2)が選ばれる。また、実初期クランク角(θP´ia)が圧縮上死点(TDC)後の約70°付近であれば、排気バルブの目標開時期(EOS´t)は、図7に示す下死点(BDC)より進角された開時期(EOS1)が選ばれる。更に、実初期クランク角(θP´ia)が圧縮上死点(TDC)後の110°付近であれば、排気バルブの目標開時期(EOS´t)は、図7に示す下死点(BDC)付近である開時期(EOS3)が選ばれる。ここで、このEOS3は下死点付近なので、結果として前述のEOS2とほぼ同時期となっているのである。   As a result, for example, if the actual initial crank angle (θP′ia) is about 90 ° after the compression top dead center (TDC), the target opening timing (EOS′t) of the exhaust valve is lower than that shown in FIG. The opening time (EOS2) near the dead center (BDC) is selected. If the actual initial crank angle (θP′ia) is about 70 ° after the compression top dead center (TDC), the target opening timing (EOS′t) of the exhaust valve becomes the bottom dead center (EOS′t) shown in FIG. The opening timing (EOS1) advanced from BDC) is selected. Further, if the actual initial crank angle (θP′ia) is around 110 ° after the compression top dead center (TDC), the target opening timing (EOS′t) of the exhaust valve becomes the bottom dead center (BDC) shown in FIG. ) Is selected. Here, since this EOS3 is near the bottom dead center, it is almost at the same time as the above EOS2.

尚、排気バルブの目標開時期(EOS´t)を始動時の機関温度に応じて補正することも可能である。例えば、機関温度が低いほど自立燃焼での燃焼が悪化する恐れがあるため、燃焼ガスが膨張して大気圧に至るまでのクランク角度期間が減少するようになり、その分だけ目標開時期(EOS´t)を進角しても良いものである。目標開時期(EOS´t)が求まるとステップS41に移行する。   Note that the target opening timing (EOS't) of the exhaust valve can be corrected according to the engine temperature at the time of starting. For example, the lower the engine temperature is, the more the combustion in the self-sustaining combustion may be deteriorated. Therefore, the crank angle period until the combustion gas expands to reach the atmospheric pressure is reduced, and the target opening timing (EOS 'T) may be advanced. When the target opening timing (EOS't) is determined, the process proceeds to step S41.

≪ステップS41≫
ステップS41では、ステップS40で求めた目標とする開時期(EOS´t)を制御信号として排気VTCに与え、排気VTCによって排気バルブが目標とする開時期(EOS´t)で開弁するように調整する。同様に、吸気VTCに目標とする吸気バルブの閉時期(ICS´t)を制御信号として与え、吸気VTCによって吸気バルブが目標とする閉弁時期(ICS´t)で閉弁するように調整する。ここで、吸気バルブの目標とする閉弁時期(ICS´t)は、図8の制御と同様に通常状態より遅く設定されており、吸気バルブの遅閉じによるデコンプ機能によって始動性を改善している。これらの処理が終了するとステップS42に移行する。
{Step S41}
In step S41, the target opening timing (EOS't) obtained in step S40 is given to the exhaust VTC as a control signal, and the exhaust valve is opened at the target opening timing (EOS't) by the exhaust VTC. adjust. Similarly, the target closing timing (ICS't) of the intake valve is given to the intake VTC as a control signal, and the intake VTC is adjusted so that the intake valve closes at the target closing timing (ICS't). . Here, the target closing timing (ICS't) of the intake valve is set later than the normal state similarly to the control of FIG. 8, and the decompression function by the late closing of the intake valve improves the startability. I have. When these processes are completed, the process moves to step S42.

≪ステップS42≫
ステップS41では排気バルブの目標開時期(EOS´t)、及び吸気バルブの目標閉時期(ICS´t)になるように排気VTCと吸気VTCを制御しており、この制御の結果として、排気バルブの実際の開時期(EOS´a)と吸気バルブの実際の閉時期(ICS´a)が決まるものである。
{Step S42}
In step S41, the exhaust VTC and the intake VTC are controlled so that the target opening timing of the exhaust valve (EOS't) and the target closing timing of the intake valve (ICS't) are obtained. As a result of this control, the exhaust valve Of the intake valve (EOS'a) and the actual closing timing of the intake valve (ICS'a).

そして、ステップS42では、ステップS41で実行した、排気バルブの目標開時期(EOS´t)で開弁するように調整した結果の実際の実開時期(EOS´a)と、吸気バルブの目標閉開時期(ICS´t)で閉弁するように調整した結果の実際の実開時期(ICS´a)とを検出し、排気バルブの実開時期(EOS´a)が目標開時期(EOS´t)に制御されているか、及び吸気バルブの実閉時期(ICS´a)が目標閉時期(ICS´t)に制御されているかを判断している。   In step S42, the actual actual opening timing (EOS'a) as a result of the adjustment performed to open at the target opening timing (EOS't) of the exhaust valve executed in step S41, and the target closing of the intake valve are performed. An actual actual opening timing (ICS'a) as a result of adjusting the valve to close at the opening timing (ICS't) is detected, and the actual opening timing (EOS'a) of the exhaust valve is set to the target opening timing (EOS '). t) and whether the actual closing timing (ICS'a) of the intake valve is controlled to the target closing timing (ICS't).

したがって、排気バルブの実開時期(EOS´a)が排気バルブの目標開時期(EOS´t)と一致しない、及び吸気バルブの実閉時期(ICS´a)が吸気バルブの目標閉時期(ICS´t)と一致しないと判断されるとステップS41に戻って、排気バルブの目標開時期(EOS´t)で開弁するように調整し、同様に吸気バルブの目標閉弁時期(ICS´t)で閉弁するように調整する。この制御は周知の開時期及び閉時期のフィードバック制御で実行できる。   Therefore, the actual opening timing (EOS'a) of the exhaust valve does not match the target opening timing (EOS't) of the exhaust valve, and the actual closing timing (ICS'a) of the intake valve is set to the target closing timing (ICS) of the intake valve. If it is determined that the exhaust valve does not coincide with the target opening timing (ICS't), the process returns to step S41 to adjust the exhaust valve to open at the target opening timing (EOS't). Adjust to close the valve. This control can be executed by well-known feedback control of the opening timing and the closing timing.

一方、排気バルブの実開時期(EOSa´排気バルブの目標開時期(EOS´t)と一致した、及び吸気バルブの実閉時期(ICS´a)が吸気バルブの目標閉時期(ICS´t)と一致したと判断されるとステップS43に移行する。   On the other hand, the actual opening timing of the exhaust valve (EOSa ') coincides with the target opening timing of the exhaust valve (EOS't), and the actual closing timing of the intake valve (ICS'a) is the target closing timing of the intake valve (ICS't). If it is determined that they match, the process moves to step S43.

≪ステップS43≫
ステップS43では、初爆気筒である膨張行程気筒に燃料噴射弁から燃料を噴射し、その後の所定の霧化時間の経過後に点火プラグで点火することで、外部駆動モ−タに頼らない、いわゆる自立燃焼による始動に移行する。
{Step S43}
In step S43, fuel is injected from the fuel injection valve into the expansion stroke cylinder, which is the first explosion cylinder, and then ignited by a spark plug after a predetermined atomization time has elapsed, so that a so-called external drive motor is not used. Shift to start by independent combustion.

図10には、暖機完了後の初爆気筒の膨張行程でピストンが停止している時の初期クランク角(θP´i)と、これに対応して制御される排気バルブの目標開時期(EOS´t)との関係を示している。尚、図8の制御でも同様である。   FIG. 10 shows an initial crank angle (θP′i) when the piston is stopped in the expansion stroke of the first explosive cylinder after the completion of warm-up, and a target opening timing of the exhaust valve controlled correspondingly (θP′i). EOS't). The same applies to the control in FIG.

上述したように、初期クランク角(θP´i)が、例えば、上死点(TDC)側のθP´i=70°の場合は、図7にあるように目標開時期(EOS´t)は上死点(TDC)側の目標開時期(EOS1)に制御される。また、初期クランク角(θP´i)が、例えば、上死点(TDC)と下死点(BDC)の中間のθP´i=90°の場合は、図7にあるように目標開時期(EOS´t)は、目標開時期(EOS1)より遅角した下死点(BDC)付近の目標開時期(EOS2)に制御される。   As described above, when the initial crank angle (θP′i) is, for example, θP′i = 70 ° on the top dead center (TDC) side, the target opening timing (EOS′t) is as shown in FIG. It is controlled at the target opening timing (EOS1) on the top dead center (TDC) side. When the initial crank angle (θP′i) is, for example, θP′i = 90 °, which is between the top dead center (TDC) and the bottom dead center (BDC), as shown in FIG. EOS't) is controlled to a target opening timing (EOS2) near bottom dead center (BDC) which is retarded from the target opening timing (EOS1).

更に、初期クランク角(θP´i)が、例えば、下死点(BDC)側のθP´i=110°の場合は、図7にあるように目標開時期(EOS´t)は、目標開時期(EOS1)より遅角した下死点(BDC)付近の目標開時期(EOS3)に制御される。これは、上述したように、ピストンが下死点(BDC)付近になっても筒内燃焼室のガス圧力が大気圧より大きく、目標開時期(EOS´t)を下死点(BDC)付近の目標開時期(EOS3)を越えてさらに遅角しても、かえってピストンの動きを止めようとする現象を回避するためである。   Further, when the initial crank angle (θP′i) is, for example, θP′i = 110 ° on the bottom dead center (BDC) side, as shown in FIG. It is controlled to a target opening timing (EOS3) near the bottom dead center (BDC) which is retarded from the timing (EOS1). This is because, as described above, even if the piston approaches the bottom dead center (BDC), the gas pressure in the in-cylinder combustion chamber is higher than the atmospheric pressure, and the target opening timing (EOS't) is set near the bottom dead center (BDC). This is to avoid a phenomenon that the movement of the piston is stopped even if the target opening timing (EOS3) is further retarded.

このように、クランク角停止位置制御により、初期クランク角(θP´i)を許容範囲(θPi1〜θPi3)に収め、且つ初期クランク角(θP´i)に対応して排気バルブの開時期(EOS)の制御を行うことで、「外部駆動モ−タに頼らない」自立燃焼による始動を実現できるようになる。ここで、「外部駆動モ−タに頼らない」とは、全く外部駆動モ−タの力を借りない自立燃焼による始動であっても良いし、自立燃焼と外部駆動モ−タを併用する始動であっても良いものである。   As described above, the crank angle stop position control keeps the initial crank angle (θP′i) within the allowable range (θPi1 to θPi3), and the opening timing (EOS) of the exhaust valve corresponding to the initial crank angle (θP′i). By performing the control of (1), it is possible to realize a start by independent combustion "without relying on an external drive motor". Here, "not relying on the externally driven motor" may mean starting by independent combustion without using the power of the externally driven motor, or starting using both independent combustion and the externally driven motor. It may be.

前者の場合は、迅速で騒音が少ない始動ができ、また外部駆動モ−タのトルクを利用しないので、外部駆動モ−タの耐久性を向上することができる。また、ハイブリッド車のような車両においては、始動のために保持しておく駆動モ−タ余裕トルクが不要となるため、走行に使える駆動モ−タトルクを高められるので、エンジン燃焼によらず駆動モ−タで走行できる運転領域を拡大して実用上の燃費を向上することができる。また、後者の場合は、外部駆動モ−タのトルクを部分的に使用することで、自立燃焼の安定性が確保できない場合に、始動の不安定性が発生するのを抑制して安定した始動性を確保できる。   In the former case, the start can be performed quickly and with low noise, and the durability of the external drive motor can be improved because the torque of the external drive motor is not used. Further, in a vehicle such as a hybrid vehicle, a drive motor margin torque to be held for starting is not required, so that a drive motor torque usable for traveling can be increased. The driving range in which the vehicle can run on the vehicle can be expanded to improve practical fuel efficiency. In the latter case, by using the torque of the external drive motor partially, when the stability of the self-sustaining combustion cannot be ensured, the occurrence of the instability of the starting is suppressed to achieve a stable starting performance. Can be secured.

一方、初期クランク角(θP´i)が許容範囲(θP´i1〜θP´i3)から外れた場合には、自立燃焼による確実な始動は困難と見做して外部駆動モータを使用した通常燃焼による始動を行うようにしている。この場合、排気バルブの開時期は通常始動時の開時期(EOE)とされている。更に、冷機始動の場合は内燃機関のフリクションが大きいので、初期クランク角(θP´i)によらず、外部駆動モータを使用した始動を行うようにしている。   On the other hand, when the initial crank angle (θP′i) deviates from the allowable range (θP′i1 to θP′i3), reliable starting by independent combustion is considered to be difficult, and normal combustion using an external drive motor is performed. The start is performed. In this case, the opening timing of the exhaust valve is the opening timing at the time of normal startup (EOE). Further, in the case of cold start, since the friction of the internal combustion engine is large, the start using the external drive motor is performed regardless of the initial crank angle (θP′i).

再び、ステップS43に戻って、自立燃焼でクランクシャフトが回転して、初爆気筒が下死点を越えると、後続気筒(図4〜6での#1気筒)は圧縮上死点(TDC)を越える。ここで、吸気バルブの閉時期(ICS)は極めて遅くなっているため、吸気バルブの遅閉じによるデコンプ機能によって容易に圧縮上死点(TDC)越えができる。   Returning again to step S43, when the crankshaft rotates by self-sustained combustion and the first explosion cylinder exceeds the bottom dead center, the subsequent cylinder (# 1 cylinder in FIGS. 4 to 6) becomes the compression top dead center (TDC). Beyond. Here, since the closing timing (ICS) of the intake valve is extremely late, the compression top dead center (TDC) can be easily exceeded by the decompression function by the late closing of the intake valve.

そして、その過程で初爆気筒の後続燃焼では圧縮動作を行ない、圧縮された混合気に点火プラグによって点火され燃焼によって膨張行程に移るが、この場合は、自立燃焼(=圧縮動作が行われない状態からの始動)ではなくなっている。したがって、通常始動時の排気バルブの開時期(EOE)、及び吸気バルブの閉時期(ICE)に変更する方が好ましいので、次のステップでバルブタイミングの変更を実行する。このステップS43が終了するとステップS44に移行する。   Then, in the process, the compression operation is performed in the subsequent combustion of the first explosive cylinder, and the compressed air-fuel mixture is ignited by the ignition plug and moves to the expansion stroke by the combustion. In this case, the independent combustion (= compression operation is not performed) Start from state) is gone. Therefore, it is preferable to change the opening timing (EOE) of the exhaust valve and the closing timing (ICE) of the intake valve at the time of normal startup. Therefore, the valve timing is changed in the next step. When this step S43 ends, the process moves to step S44.

≪ステップS44≫
ステップS44では、クランクシャフトが回転を開始して所定角度だけ回転したかどうかを判断する。所定角度だけ回転していないと判断されると再びステップS43に戻って同じ処理を実行する。ここで、この所定角度というのは、初爆気筒(図4〜6での#2気筒)の排気バルブの開時期(EOS)を迎える回転角度を越えた値に設定とすれば良い。したがって、所定角度はある程度大きくする必要がある。
{Step S44}
In step S44, it is determined whether or not the crankshaft starts rotating and has rotated by a predetermined angle. If it is determined that the rotation has not been performed by the predetermined angle, the process returns to step S43 again to execute the same processing. Here, the predetermined angle may be set to a value exceeding the rotation angle at which the exhaust valve opening timing (EOS) of the first explosive cylinder (# 2 cylinder in FIGS. 4 to 6) is reached. Therefore, the predetermined angle needs to be increased to some extent.

ここで、気筒数が少ない場合は気筒間燃焼インターバルが長いので、比較的大きな所定角度とし、気筒数が多いと燃焼インターバルが短くなるので、比較的小さな所定角度とすれば良い。このステップS44で所定角度だけ回転したと判断されるとステップS45に移行する。   Here, when the number of cylinders is small, the inter-cylinder combustion interval is long, so that a relatively large predetermined angle is used. When the number of cylinders is large, the combustion interval is short, so that the relatively small predetermined angle may be used. If it is determined in this step S44 that the rotation has been made by a predetermined angle, the process proceeds to step S45.

≪ステップS45≫
ステップS45では、通常始動時の目標開時期(EOE)を制御信号として排気VTCに与え、排気VTCによって排気バルブが目標開時期(EOE)で開弁するように調整する。同様に、吸気VTCに目標とする吸気バルブの目標閉時期(ICE)を制御信号として与え、吸気VTCによって吸気バルブが目標閉弁時期(ICE)で閉弁するように調整する。
{Step S45}
In step S45, the target opening timing (EOE) at the time of normal start is given to the exhaust VTC as a control signal, and the exhaust VTC is adjusted so that the exhaust valve is opened at the target opening timing (EOE). Similarly, a target target closing timing (ICE) of the intake valve is given to the intake VTC as a control signal, and the intake VTC is adjusted so that the intake valve closes at the target closing timing (ICE).

ステップS44でクランクシャフトが所定角度だけ回転したと判断されると、ステップS43で説明したように、通常始動時の排気バルブの開時期(EOE)、及び吸気バルブの閉時期(ICE)に変更する方が好ましい。つまり、自立燃焼した後に、クランクシャフトの2回転程度で再び初爆気筒(図4〜6での#2気筒)が、今度は2サイクル目として通常燃焼(自立燃焼ではない)を行うことになるので、その場合は図11に示す通常の吸排気バルブのバルブタイミングに変換されているのが好ましい。   If it is determined in step S44 that the crankshaft has rotated by the predetermined angle, the opening timing (EOE) of the exhaust valve and the closing timing (ICE) of the intake valve during normal startup are changed as described in step S43. Is more preferred. In other words, after self-sustaining combustion, the initial explosion cylinder (# 2 cylinder in FIGS. 4 to 6) again performs normal combustion (not self-sustaining combustion) in the second cycle after about two revolutions of the crankshaft. Therefore, in that case, it is preferable that the timing is converted to the valve timing of the normal intake / exhaust valve shown in FIG.

例えば、初爆気筒が図5に示す状態で自立燃焼を行った場合、次の2サイクル目の燃焼は圧縮動作を伴う通常燃焼であるため、点火タイミングが図5の状態に比べて進角側の通常始動時の正規のタイミングに設定される。したがって、図11に示すように排気バルブの開時期は、自立燃焼時の排気バルブの開時期(EOS)から通常燃焼での排気バルブの開時期(EOE)まで進角される。この排気バルブの開時期(EOE)は下死点(BDC)より進角側であり、排気VTCに進角付勢スプリングが備えられている場合は、進角動作が迅速に行われる。そして、自立燃焼に比べて早めに排出された排気ガスにより、排気温度を高めて後流の触媒の暖機を促進することができる。   For example, when the first explosion cylinder performs the self-sustained combustion in the state shown in FIG. 5, since the combustion in the next second cycle is the normal combustion accompanied by the compression operation, the ignition timing is more advanced than the state shown in FIG. Is set to the regular timing at the time of normal startup of the vehicle. Therefore, as shown in FIG. 11, the opening timing of the exhaust valve is advanced from the opening timing (EOS) of the exhaust valve during self-sustained combustion to the opening timing (EOE) of the exhaust valve during normal combustion. The opening timing (EOE) of the exhaust valve is on the advance side from the bottom dead center (BDC), and when the exhaust VTC is provided with an advance biasing spring, the advance operation is performed quickly. The exhaust gas discharged earlier than in the self-sustaining combustion can raise the exhaust gas temperature and promote warm-up of the downstream catalyst.

一方、吸気バルブの閉時期は、自立燃焼時の吸気バルブの閉時期(ICS)から通常燃焼での吸気バルブの閉時期(ICE)まで進角される。ここで、吸気VTCに進角付勢スプリングが備えられている場合は、進角動作が迅速に行われる。これによって、充填効率(トルク)を高めて、後続燃焼での回転上昇を促進することができる。また、いわゆるバルブオーバーラップが拡大され、排気行程末期に排気ポ−ト側に排出されていた高濃度の排気有害成分(HCやCO等)を含む排気ガスを吸気系に部分的に戻すことができる。そして、その高濃度の排気有害成分が次の燃焼サイクルで再燃焼されることで、結果として内燃機関から排出される排気有害成分を低減することができる。   On the other hand, the closing timing of the intake valve is advanced from the closing timing (ICS) of the intake valve during the independent combustion to the closing timing (ICE) of the intake valve during the normal combustion. Here, if the intake VTC is provided with an advance biasing spring, the advance operation is performed quickly. As a result, the charging efficiency (torque) can be increased, and the rotation increase in the subsequent combustion can be promoted. Also, the so-called valve overlap is expanded, and the exhaust gas containing high-concentration exhaust harmful components (HC, CO, etc.) discharged to the exhaust port side at the end of the exhaust stroke can be partially returned to the intake system. it can. Then, the high-concentration exhaust harmful components are reburned in the next combustion cycle, so that the exhaust harmful components exhausted from the internal combustion engine can be reduced as a result.

排気VTCによって排気バルブが目標開時期(EOE)に調整され、同様に、吸気VTCによって吸気バルブが目標閉弁時期(ICE)に調整されると、ステップS46に移行する。   When the exhaust valve is adjusted to the target opening timing (EOE) by the exhaust VTC, and similarly, when the intake valve is adjusted to the target closing timing (ICE) by the intake VTC, the process proceeds to step S46.

≪ステップS46≫
ステップS46では、後続の燃焼気筒に燃料噴射弁から燃料を噴射し、その後の所定の点火タイミングで点火プラグによって点火することで、通常の点火燃焼を実行する。このように、後続の燃焼気筒でのトルクを高めて回転上昇を促し、更に内燃機関の排気有害成分の低減と触媒の活性化(暖機)の促進により、排気有害成分を大幅に低減すると共に、迅速な始動性を得ることができるようになる。
{Step S46}
In step S46, normal ignition combustion is executed by injecting fuel from the fuel injection valve into the subsequent combustion cylinder and igniting the ignition plug at a predetermined ignition timing thereafter. As described above, the torque in the subsequent combustion cylinder is increased to promote the rotation increase, and further, by reducing the exhaust harmful components of the internal combustion engine and activating the catalyst (warm-up), the exhaust harmful components are greatly reduced. , Quick startability can be obtained.

以上の通り、本実施形態によれば、始動開始時に膨張行程にある最初に燃焼を行う初爆気筒の燃焼後におとずれる最初の排気バルブの開時期を、少なくとも、始動開始時または前回の機関停止時における初爆気筒の初期ピストン位置情報に基づき調整することによって、初爆気筒の初期ピストン位置がばらついた場合であっても、初爆気筒のガス圧力(燃焼エネルギー)をピストンに有効に与えることができ、結果的に良好な始動性を得ることができるようになる。   As described above, according to the present embodiment, the opening timing of the first exhaust valve that is set after the combustion of the first explosive cylinder that performs the first combustion in the expansion stroke at the start of starting is set at least at the start of starting or at the time of the previous engine stop. By adjusting based on the initial piston position information of the first explosion cylinder, the gas pressure (combustion energy) of the first explosion cylinder can be effectively given to the piston even if the initial piston position of the first explosion cylinder varies. As a result, good starting performance can be obtained.

次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態は、上述の第1の実施形態に対して、排気バルブにバルブ作動角とリフトを連続的に調整可能な排気VELを併設した点で異なっているものである。尚、排気VELは先に述べた通り、例えば特開2012−36864号公報等に記載されたものと同様の構成である。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the above-described first embodiment in that an exhaust valve is provided with an exhaust VEL capable of continuously adjusting a valve operating angle and a lift. As described above, the exhaust VEL has the same configuration as that described in, for example, JP-A-2012-36864.

図12は、排気バルブのバルブ作動角とリフトの変化を示しており、最小作動角D1及び最少リフトL1の特性が、第1の実施形態の一定作動角と一定リフトと等価となっている。この図からわかるように、最小リフトL1〜最大リフトL4に対応して作動角D1〜D4まで拡大しており、排気VELはリフトが大きくなるにつれて作動角も大きくなる機構である。   FIG. 12 shows changes in the valve operating angle and the lift of the exhaust valve. The characteristics of the minimum operating angle D1 and the minimum lift L1 are equivalent to the constant operating angle and the constant lift of the first embodiment. As can be seen from this figure, the operating angle is expanded from D1 to D4 corresponding to the minimum lift L1 to the maximum lift L4, and the exhaust VEL is a mechanism in which the operating angle increases as the lift increases.

尚、本実施形態の排気VELには、大作動角(大リフト)側、すなわち排気バルブの開時期を進角する方向に付勢する付勢スプリングが設けられている。排気バルブはバルブスプリングのスプリング反力により、排気バルブの開時期が最遅角となる最小作動角に安定する傾向にある。このため、排気VELにおいては排気バルブの開時期を最進角側へ移動させる変換応答性が悪化する傾向にある。これに対して、付勢スプリングを設けることによって、排気バルブの開時期を最進角側へ移動させる変換応答性を改善できるようにしている。   The exhaust VEL of the present embodiment is provided with an urging spring that urges the exhaust valve in the direction of a large operating angle (large lift), that is, in a direction in which the opening timing of the exhaust valve is advanced. The exhaust valve tends to be stabilized at the minimum operating angle at which the opening timing of the exhaust valve becomes the most retarded angle due to the spring reaction force of the valve spring. For this reason, in the exhaust VEL, the conversion responsiveness of moving the opening timing of the exhaust valve to the most advanced side tends to deteriorate. On the other hand, by providing the biasing spring, the conversion responsiveness of moving the opening timing of the exhaust valve to the most advanced angle side can be improved.

図13、図14、図15には、排気VELを使用した、内燃機関の自動始動時、或いは前回の自動停止時の初期ピストン位置とバルブタイミングの関係を示している。具体的には、自動始動時、或いは前回の自動停止時の初期ピストン位置に対応する初期クランク角(θPi)と、排気バルブの開時期(EOS)の関係を示している。   FIGS. 13, 14 and 15 show the relationship between the initial piston position and the valve timing at the time of automatic start of the internal combustion engine or the previous automatic stop using the exhaust VEL. Specifically, the relationship between the initial crank angle (θPi) corresponding to the initial piston position at the time of automatic start or previous automatic stop and the opening timing (EOS) of the exhaust valve is shown.

図13は最小作動角D1及び最少リフトL1の特性とした場合であり、第1の実施形態の作動角とリフトと等価の状態である。したがって、図13の特性は図5の特性と同一である。初期クランク角(θPi2)が上死点(TDC)と下死点(BDC)の中間の約90°の位置にあれば、排気バルブの開時期は下死点(BDC)付近の開時期(EOS2)まで遅角される。   FIG. 13 shows a case where the characteristics are the minimum operation angle D1 and the minimum lift L1, which are equivalent to the operation angle and the lift of the first embodiment. Therefore, the characteristics of FIG. 13 are the same as the characteristics of FIG. If the initial crank angle (θPi2) is at a position of about 90 ° between the top dead center (TDC) and the bottom dead center (BDC), the opening timing of the exhaust valve becomes the opening timing (EOS2) near the bottom dead center (BDC). ).

この場合、最遅角位置である。また、排気バルブの閉時期(ECS2)は吸気バルブの開時期(IOS)とほぼ同じであり、バルブオーバーラップもほぼ「0」となっている。従って、図5に示す第1の実施形態と同様に、燃焼によるガス圧力を有効にピストン仕事に変換できるものである。   In this case, it is the most retarded position. Further, the closing timing (ECS2) of the exhaust valve is almost the same as the opening timing (IOS) of the intake valve, and the valve overlap is almost “0”. Therefore, similarly to the first embodiment shown in FIG. 5, gas pressure due to combustion can be effectively converted into piston work.

次に、図14は中作動角D2及び中リフトL2の特性とした場合であり、排気バルブの作動角が中作動角D2まで拡大して開時期が進角している。したがって、初期クランク角(θPi1)が上死点(TDC)側の例えば約70°の位置にあれば、排気バルブの開時期は下死点(BDC)前の開時期(EOS1)まで進角される。したがって、この場合も第1の実施形態と同様に、燃焼によるガス圧力を有効にピストン仕事に変換できるものである。   Next, FIG. 14 shows a case where the characteristics of the medium operating angle D2 and the medium lift L2 are set, and the operating angle of the exhaust valve is expanded to the medium operating angle D2 and the opening timing is advanced. Therefore, if the initial crank angle (θPi1) is at a position, for example, about 70 ° on the top dead center (TDC) side, the opening timing of the exhaust valve is advanced to the opening timing (EOS1) before the bottom dead center (BDC). You. Therefore, also in this case, similarly to the first embodiment, the gas pressure due to combustion can be effectively converted into piston work.

一方、排気バルブの閉時期(ECS´1)は第1の実施形態の図4に示す排気バルブの閉時期(ECS1)より大きく遅角しており、図13に示す排気バルブの閉時期(ECS2)とほぼ同程度に維持されて、その結果バルブオーバーラップもほぼ「0」に維持されている。したがって、初期クランク角が、初期クランク角(θPi1)、或いは初期クランク角(θPi2)と違っていても、排気バルブの閉時期(ECS´1)と、排気バルブの閉時期(ECS2)がほぼ変わらず、バルブオーバーラップがほぼ「0」、或いはバルブオーバーラップの変動が抑制されているので、回転立ち上がり特性を良くできるという優れた効果が得られる。   On the other hand, the closing timing (ECS′1) of the exhaust valve is more greatly retarded than the closing timing (ECS1) of the exhaust valve shown in FIG. 4 of the first embodiment, and the closing timing (ECS2) of the exhaust valve shown in FIG. ) Is maintained at approximately the same level, and as a result, the valve overlap is also maintained at approximately “0”. Therefore, even if the initial crank angle is different from the initial crank angle (θPi1) or the initial crank angle (θPi2), the closing timing of the exhaust valve (ECS′1) and the closing timing of the exhaust valve (ECS2) are substantially different. However, since the valve overlap is substantially "0" or the fluctuation of the valve overlap is suppressed, an excellent effect of improving the rotation start-up characteristic can be obtained.

つまり、図4の場合において、初期クランク角(θPi1)では排気バルブの閉時期(ECS1)が進角側にあるため、大きなマイナスオーバーラップが形成されてしまい、後続気筒において、上死点(TDC)から吸気バルブが開く開時期(IOS)までの間(いわゆる、マイナスオーバーラップ区間)で、筒内に負の圧力が発生し、そのポンプ損失により、回転上昇が阻害されてしまい、その分だけ始動時における回転立ち上がりが阻害されてしまうことがある。これに対して、図14の場合においては、マイナスオーバーラップが殆どないので、ホンプ損失を抑制し、回転立ち上がり特性を良くできる効果があるものである。   That is, in the case of FIG. 4, since the closing timing (ECS1) of the exhaust valve is on the advance side at the initial crank angle (θPi1), a large negative overlap is formed, and the top dead center (TDC) ) To the opening timing (IOS) of the opening of the intake valve (the so-called minus overlap section), a negative pressure is generated in the cylinder, and the pump loss impedes the increase in rotation. The start-up of rotation at the start may be hindered. On the other hand, in the case of FIG. 14, since there is almost no minus overlap, there is an effect that the pump loss can be suppressed and the rotation start-up characteristic can be improved.

また、排気バルブの閉時期(ECS´1)と、排気バルブの閉時期(ECS2)が変わらない、或いは変動が抑制されているので、内部EGR量を安定化できる効果がある。すなわち、排気行程においては、ピストンの上昇に対応して排気上死点(TDC)前に排気バルブが開き、ピストンが排気上死点(TDC)を越えてその後ピストンが下降していき、排気バルブが閉じるように動作する。   Further, since the closing timing (ECS′1) of the exhaust valve and the closing timing (ECS2) of the exhaust valve do not change or are suppressed from changing, there is an effect that the internal EGR amount can be stabilized. That is, in the exhaust stroke, the exhaust valve opens before the exhaust top dead center (TDC) in response to the rise of the piston, the piston moves beyond the exhaust top dead center (TDC), and then the piston descends. Works to close.

そして、排気バルブの閉時期(ECS´1)と、排気バルブの閉時期(ECS2)が変わらない、或いは変動が抑制されているので、上死点(TDC)からピストンが下降していき、排気バルブが閉じるまでに筒内に吸い込む内部EGR(排気ガス)の量は安定しており、後続燃焼時の通常の排気バルブの開時期(EOE)と、通常の吸気バルブの閉時期(ICE)への過渡時の変更過程での燃焼が安定化するようになる。   Since the closing timing of the exhaust valve (ECS′1) and the closing timing of the exhaust valve (ECS2) do not change or the fluctuation is suppressed, the piston descends from the top dead center (TDC), and the exhaust The amount of internal EGR (exhaust gas) sucked into the cylinder before the valve closes is stable, and changes to the normal exhaust valve opening timing (EOE) and the normal intake valve closing timing (ICE) during the subsequent combustion. The combustion in the changing process at the time of transient is stabilized.

尚、排気バルブの開時期(EOS)は排気バルブのバルブスプリング反力により遅角側で安定化する傾向にあり、このため進角方向の応答性が悪化しがちであった。しかしながら、本実施形態では排気VELの付勢スプリングと排気VTCの付勢スプリングにより、排気バルブの開時期(EOS)を進角方向に付勢しているため、進角方向の応答性の悪化を改善できるようになっている。   The opening timing (EOS) of the exhaust valve tends to be stabilized on the retard side due to the valve spring reaction force of the exhaust valve, and therefore, the response in the advance direction tends to deteriorate. However, in this embodiment, the exhaust valve opening timing (EOS) is urged in the advance direction by the exhaust VEL urging spring and the exhaust VTC urging spring. It can be improved.

したがって、図13にある初期クランク角(θPi2)に対応する始動初期の排気バルブの開時期(EOS2)から、図11に示すような後続燃焼用の排気バルブの開時期(EOE)に変更する時の応答性を高めることができる。   Therefore, when changing the opening timing (EOS2) of the exhaust valve at the initial stage of the start corresponding to the initial crank angle (θPi2) shown in FIG. 13 to the opening timing (EOE) of the exhaust valve for the subsequent combustion as shown in FIG. Responsiveness can be improved.

次に、図15は最大作動角D4及び最大リフトL4の特性とした場合であり、排気バルブの作動角が最大作動角D4まで拡大して開時期が進角している。したがって、初期クランク角(θPi0)が上死点(TDC)側の例えば約50°の位置にあれば、排気バルブの開時期は上死点(TDC)側の開時期(EOS0)まで進角される。   Next, FIG. 15 shows the case where the characteristics of the maximum operating angle D4 and the maximum lift L4 are set, and the operating angle of the exhaust valve is expanded to the maximum operating angle D4 and the opening timing is advanced. Therefore, if the initial crank angle (θPi0) is at a position, for example, about 50 ° on the top dead center (TDC) side, the opening timing of the exhaust valve is advanced to the opening timing (EOS0) on the top dead center (TDC) side. You.

初期クランク角(θPi0)が、上死点(TDC)側の例えば約50°の位置にあれば、ピストン停止位置がシリンダボアに対して位置的に高くなり、膨張気筒の燃焼室容積が減少して混合気の量も相対的に減少する。そして、筒内圧の特性は、図7の特性p1を上死点(TDC)側に20°だけ立ち上がりがずれた特性となる。   If the initial crank angle (θPi0) is, for example, at a position of about 50 ° on the top dead center (TDC) side, the piston stop position is positionally higher with respect to the cylinder bore, and the combustion chamber volume of the expansion cylinder decreases. The amount of the mixture also decreases relatively. Then, the characteristic of the in-cylinder pressure is such that the characteristic p1 in FIG. 7 is shifted from the characteristic p1 by 20 ° to the top dead center (TDC) side.

このため、自立燃焼しても燃焼エネルギー自体が小さく、比較的短期間(クランク角)で再び大気圧付近まで圧力が低下するので、排気バルブの開時期も更に進角側の開時期(EOS0)とする必要がある。   For this reason, even if the combustion is self-sustained, the combustion energy itself is small, and the pressure drops to near the atmospheric pressure again in a relatively short period (crank angle). Therefore, the opening timing of the exhaust valve is further advanced (EOS0). It is necessary to

したがって、排気VELによって作動角を拡大して、図13の排気バルブの閉時期(ECS2)及び図14の排気バルブの閉時期(ECS´1)と同様の排気バルブの閉時期(ECS0)とし、更にバルブオーバーラップをほぼ「0」付近に維持するように制御する。   Therefore, the operating angle is enlarged by the exhaust VEL, and the exhaust valve closing timing (ECS0) is the same as the exhaust valve closing timing (ECS2) of FIG. 13 and the exhaust valve closing timing (ECS′1) of FIG. Further, control is performed such that the valve overlap is maintained near "0".

このような排気VELの制御によって、ポンプ損失の低減による回転上昇特性の改善、自立燃焼から通常燃焼に移行する過渡時のバルブタイミングの変更過程での燃焼が安定化するので、例えば、初期クランク角(θPi0)が、上死点(TDC)側の約50°の位置であっても、自立燃焼による自立始動を行なうことができるようになる。本実施形態のように排気VELを使用することによって自力燃焼による始動ができる領域を第1の実施形態に比べて広げることができる。   Such control of the exhaust VEL improves the rotation rise characteristics by reducing the pump loss, and stabilizes the combustion in the process of changing the valve timing at the transition from the self-sustained combustion to the normal combustion. Even when (θPi0) is at a position of about 50 ° on the side of the top dead center (TDC), the self-sustained start by the independent combustion can be performed. By using the exhaust VEL as in the present embodiment, the region in which the engine can be started by self-combustion can be expanded as compared with the first embodiment.

以上に説明した第1及び第2の実施形態では、排気可変動弁の1つの実施形態として、電動式の可変位相機構(VTC)を示したが、電動に限らず油圧式でも構わないものである。例えば、非特許文献である「MTZ 07-08 /2013(題名;NEW CAMSHAFT PHASER MODULE FOR AUTOMOBILE ENGINES)」に示すような油圧アキュ−ムレータを用いるものであれば、機関停止や始動初期にバルブタイミングが変更可能なので、本発明を適用することができる。   In the first and second embodiments described above, an electric variable phase mechanism (VTC) is shown as one embodiment of the exhaust variable valve. However, the present invention is not limited to the electric type and may be a hydraulic type. is there. For example, if a hydraulic accumulator such as that described in the non-patent document “MTZ 07-08 / 2013 (title: NEW CAMSHAFT PHASER MODULE FOR AUTOMOBILE ENGINES)” is used, the valve timing may be set at an early stage of engine stop or start. Since the present invention can be changed, the present invention can be applied.

また、別の実施例として、排気可変動弁として、可変作動角機構(VEL)と可変位相機構(VTC)を組み合わせたものを示したが、排気可変動弁として可変作動角機構(VEL)のみでも実現は可能である。   Further, as another embodiment, a combination of a variable operation angle mechanism (VEL) and a variable phase mechanism (VTC) is shown as the exhaust variable valve, but only the variable operation angle mechanism (VEL) is used as the exhaust variable valve. But it is possible.

尚、上述した実施形態から把握することができる技術的思想は種々あるが、代表的なものを以下に記載する。   Although there are various technical ideas that can be grasped from the above-described embodiment, representative ones will be described below.

(1)始動開始時に膨張行程にあって最初に燃焼を行う初爆気筒において、燃焼後に訪れる最初の排気バルブ開時期を、少なくとも始動開始時または前回の停止時における初爆気筒の初期ピストン位置の情報に基づき調整する。これによれば、初爆気筒の初期ピストン位置に基づき、排気バルブ開時期を調整することにより、初爆気筒における燃焼エネルギーをピストンに有効に作用させて良好な始動性を実現できる。   (1) In the first explosion cylinder that performs combustion first in the expansion stroke at the start of starting, the first exhaust valve opening timing that comes after combustion is set to at least the initial piston position of the first explosion cylinder at the start of starting or at the last stop. Adjust based on information. According to this, by adjusting the exhaust valve opening timing based on the initial piston position of the first explosion cylinder, it is possible to make the combustion energy in the first explosion cylinder effectively act on the piston, thereby achieving good startability.

(2)内燃機関の停止時に初期ピストン位置を検出すると共に、初期ピストン位置の情報に基づき、機関停止時に排気バルブ開時期を所定位置に設定する。これによれば、前回の機関停止直後の初期ピストン位置に基づき予め所望の排気バルブ開時期に調整されるので、次回の自動始動の際に、最初から初爆気筒における燃焼エネルギーをピストンに有効に作用させて良好な始動性を実現できる。   (2) The initial piston position is detected when the internal combustion engine stops, and the exhaust valve opening timing is set to a predetermined position when the engine stops based on information on the initial piston position. According to this, since the desired exhaust valve opening timing is adjusted in advance based on the initial piston position immediately after the previous engine stop, the combustion energy in the first explosive cylinder is effectively applied to the piston from the beginning at the next automatic start. And good startability can be realized.

(3)機関始動時に初期ピストン位置を検出すると共に、初期ピストン位置の情報に基づき、排気バルブ開時期を調整する。これによれば、機関始動時の最新の初期ピストン位置情報に基づき、始動時に所望の排気バルブの開時期に調整されるので、初爆気筒における燃焼エネルギーをピストンに有効に高精度に作用させて良好な始動性を実現できる。また、初期ピストン位置情報に加え、機関温度なども考慮して所望の排気バルブの開時期を補正する場合に、最新情報に基づくのでその補正精度を高くすることができる。   (3) The initial piston position is detected when the engine is started, and the exhaust valve opening timing is adjusted based on the information on the initial piston position. According to this, based on the latest initial piston position information at the time of engine start, it is adjusted to a desired opening timing of the exhaust valve at the time of start, so that the combustion energy in the first explosion cylinder is effectively and accurately applied to the piston. Good startability can be realized. In addition, when correcting the desired opening timing of the exhaust valve in consideration of the engine temperature and the like in addition to the initial piston position information, the correction accuracy can be increased because the latest information is used.

(4)初期ピストン位置が上死点(TDC)に近い程、排気バルブ開時期を進角変換する。つまり、初期ピストン位置が上死点(TDC)に近い程、膨張行程後半に筒内負圧が早めに発達し易くピストン仕事が抑制されてしまう。これに対し、筒内負圧が発達する前に排気バルブが早めに開かれるので、筒内圧は大気圧付近に維持され、ピストン仕事が筒内負圧により減少されず、燃焼エネルギーをピストンに有効に作用させることができる。   (4) As the initial piston position is closer to the top dead center (TDC), the exhaust valve opening timing is advanced. In other words, as the initial piston position is closer to the top dead center (TDC), the in-cylinder negative pressure tends to develop earlier in the latter half of the expansion stroke, and the work of the piston is suppressed. On the other hand, since the exhaust valve is opened earlier before the in-cylinder negative pressure develops, the in-cylinder pressure is maintained near the atmospheric pressure, the piston work is not reduced by the in-cylinder negative pressure, and combustion energy is effectively applied to the piston. Can be acted upon.

(5)初期ピストン位置が上死点(TDC)から遠ざかる程、排気バルブ開時期を遅角変換する。つまり、初期ピストン位置が上死点(TDC)から遠ざかる程、膨張行程後半に筒内負圧が発達する時期が遅れ、筒内燃焼圧が高い正圧に維持され、それが排気バルブが開かれた後に排気ポ−ト側に抜けてしまい、燃焼エネルギーをピストンに有効に作用されなくなる。これに対し、排気バルブ開時期が遅角されるので、正圧の燃焼圧が排気ポ−ト側に抜けにくくなり、燃焼エネルギーをピストンに有効に作用させることができる。   (5) As the initial piston position moves away from the top dead center (TDC), the exhaust valve opening timing is retarded. In other words, as the initial piston position moves away from the top dead center (TDC), the timing at which the in-cylinder negative pressure develops in the latter half of the expansion stroke is delayed, and the in-cylinder combustion pressure is maintained at a high positive pressure, which opens the exhaust valve. After that, it escapes to the exhaust port side, and the combustion energy is not effectively applied to the piston. On the other hand, since the exhaust valve opening timing is retarded, it becomes difficult for the positive pressure combustion pressure to escape to the exhaust port side, and combustion energy can be effectively applied to the piston.

(6)排気バルブ開時期の遅角変換限界は、下死点(BDC)付近である。これによれば、下死点(BDC)後も筒内圧が正圧だった場合に、ピストンの上昇作動を抑制する現象を防止でき、円滑な機関作動を実現でき、その分のピストン仕事の減少も防止できる。   (6) The retard conversion limit of the exhaust valve opening timing is near the bottom dead center (BDC). According to this, when the in-cylinder pressure is still positive even after the bottom dead center (BDC), the phenomenon of suppressing the rising operation of the piston can be prevented, and smooth engine operation can be realized, and the work of the piston is reduced accordingly. Can also be prevented.

(7)排気バルブの開時期を、始動開始時または前回の機関停止時における初爆気筒の初期ピストン位置の情報に加え、始動時における機関温度情報に基づいて補正する。これによれば、初爆気筒における筒内容積膨張特性が始動時における機関温度により変化することを考慮して、排気バルブの開時期の補正を行えるので、より高精度な始動を実現できる。   (7) The opening timing of the exhaust valve is corrected based on the engine temperature information at the time of starting, in addition to the information on the initial piston position of the first explosive cylinder at the start of starting or at the previous engine stop. According to this, the opening timing of the exhaust valve can be corrected in consideration of the fact that the in-cylinder volume expansion characteristic of the first explosive cylinder changes according to the engine temperature at the time of starting, so that more accurate starting can be realized.

(8)可変動弁装置に、排気バルブ開時期を進角側に付勢する付勢手段を設けた。バルブスプリング反力により、排気バルブ開時期は最遅角付近に安定する傾向があり、始動開始時に排気バルブの開時期の進角変換の応答性が良くない傾向にある。付勢手段により進角側に付勢されるので、始動開始時または前回の機関停止時における進角側への応答性が速くなり、良好な自立始動が遅れ無く実現できる。   (8) The variable valve device is provided with an urging means for urging the exhaust valve opening timing to the advanced side. Due to the reaction force of the valve spring, the opening timing of the exhaust valve tends to be stabilized near the most retarded angle, and the responsiveness of the advance conversion of the opening timing of the exhaust valve at the start of startup tends to be poor. Since the urging means is urged to the advance angle side, responsiveness to the advance angle side at the start of starting or at the time of previous engine stop is increased, and good self-sustaining start can be realized without delay.

以上の通り、本発明によれば、始動開始時に膨張行程にある最初に燃焼を行う初爆気筒の燃焼後におとずれる最初の排気バルブの開時期を、少なくとも、始動開始時または前回の機関停止時における初爆気筒の初期ピストン位置情報に基づき調整する構成としたものである。   As described above, according to the present invention, the opening timing of the first exhaust valve that is stopped after the combustion of the first explosive cylinder that performs the first combustion in the expansion stroke at the start of the start, at least at the start of the start or at the time of the previous engine stop In this configuration, adjustment is performed based on the initial piston position information of the first explosive cylinder.

この構成よれば、初爆気筒の初期ピストン位置が異なった場合であっても、初爆気筒のガス圧力(燃焼エネルギー)をピストンに有効に与えることができ、結果的に良好な始動性を得ることができるものである。   According to this configuration, even when the initial piston position of the first explosion cylinder is different, the gas pressure (combustion energy) of the first explosion cylinder can be effectively applied to the piston, and as a result, a good startability is obtained. Is what you can do.

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment. Also, for a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add, delete, or replace another configuration.

01…シリンダブロック、02…シリンダヘッド、03…ピストン、04…燃焼室、05…点火プラグ、06…コネクチングロッド、07…クランクシャフト、08…ピニオンギア機構、09…駆動モータ、012…燃料噴射弁、4…吸気バルブ、5…排気バルブ、1…排気VEL、2…排気VTC、3…吸気VTC、22…コントローラ。   01: cylinder block, 02: cylinder head, 03: piston, 04: combustion chamber, 05: spark plug, 06: connecting rod, 07: crankshaft, 08: pinion gear mechanism, 09: drive motor, 012: fuel injection valve 4, an intake valve; 5, an exhaust valve; 1, an exhaust VEL; 2, an exhaust VTC; 3, an intake VTC;

Claims (17)

吸気バルブと排気バルブを備える内燃機関に設けられ、排気バルブのバルブタイミングを調整する排気側可変動弁機構と吸気バルブのバルブタイミングを調整する吸気側可変動弁機構とを備えた可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記内燃機関の始動時に膨張行程にある気筒に燃料を噴射して最初に燃焼を行う初爆気筒の燃焼後に開弁する前記排気バルブの最初の開時期(以下、初期開時期と表記する)を、少なくとも前記初爆気筒の初期ピストン位置の情報に基づいて調整することを特徴とする可変動弁装置。
A variable valve apparatus provided in an internal combustion engine having an intake valve and an exhaust valve, the variable valve mechanism including an exhaust-side variable valve mechanism for adjusting the valve timing of the exhaust valve and an intake-side variable valve mechanism for adjusting the valve timing of the intake valve. At
The exhaust-side variable valve mechanism is configured to inject fuel into a cylinder that is in an expansion stroke at the time of starting the internal combustion engine to perform combustion first, and to open after the combustion of an initial explosion cylinder. , An initial opening timing) is adjusted based on at least information on an initial piston position of the first explosive cylinder.
請求項1に記載の可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記排気バルブの前記初期開時期を前記内燃機関の筒内燃焼室の筒内圧がほぼ大気圧になる時期に設定することを特徴とする可変動弁装置。
The variable valve apparatus according to claim 1,
The exhaust-side variable valve mechanism sets the initial opening timing of the exhaust valve to a timing at which the in-cylinder pressure of the in-cylinder combustion chamber of the internal combustion engine becomes substantially atmospheric pressure.
請求項2に記載の可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記内燃機関が停止される時に前記初期ピストン位置を検出すると共に、前記初期ピストン位置の情報に基づき、前記内燃機関の停止時に前記排気バルブの前記初期開時期を調整することを特徴とする可変動弁装置。
The variable valve device according to claim 2,
The exhaust-side variable valve mechanism detects the initial piston position when the internal combustion engine is stopped and, based on the information on the initial piston position, determines the initial opening timing of the exhaust valve when the internal combustion engine is stopped. A variable valve train characterized by adjusting.
請求項2に記載の可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記内燃機関が始動される時に前記初期ピストン位置を検出すると共に、前記初期ピストン位置の情報に基づき、前記内燃機関の始動時に前記排気バルブの前記初期開時期を調整することを特徴とする可変動弁装置。
The variable valve device according to claim 2,
The exhaust-side variable valve mechanism detects the initial piston position when the internal combustion engine is started and, based on the information on the initial piston position, determines the initial opening timing of the exhaust valve when the internal combustion engine is started. A variable valve train characterized by adjusting.
請求項3或いは請求項4に記載の可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記初期ピストン位置が上死点に近い程、前記排気バルブの前記初期開時期を進角側に調整することを特徴とする可変動弁装置。
In the variable valve actuation device according to claim 3 or 4,
The variable valve mechanism according to claim 1, wherein the exhaust-side variable valve mechanism adjusts the initial opening timing of the exhaust valve to an advanced side as the initial piston position is closer to a top dead center.
請求項3或いは請求項4に記載の可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記初期ピストン位置が上死点から遠ざかる程、前記排気バルブの前記初期開時期を遅角側に調整することを特徴とする可変動弁装置。
In the variable valve actuation device according to claim 3 or 4,
The variable valve operating apparatus according to claim 1, wherein the exhaust-side variable valve mechanism adjusts the initial opening timing of the exhaust valve to a retard side as the initial piston position moves away from top dead center.
請求項5或いは請求項6に記載の可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記排気バルブの前記初期開時期の遅角側限界を下死点付近に設定して前記排気バルブの前記初期開時期を調整することを特徴とする可変動弁装置。
In the variable valve operating device according to claim 5 or 6,
The variable valve mechanism, wherein the exhaust side variable valve mechanism adjusts the initial opening timing of the exhaust valve by setting a retard side limit of the initial opening timing of the exhaust valve near bottom dead center. apparatus.
請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記初期ピストン位置の情報に基づいて求められた前記排気バルブの前記初期開時期を、前記内燃機関の始動時における機関温度の情報に基づいて補正し、この補正後の前記排気バルブの前記初期開時期に排気バルブを調整することを特徴とする可変動弁装置。
The variable valve apparatus according to any one of claims 1 to 7,
The exhaust-side variable valve mechanism corrects the initial opening timing of the exhaust valve, which is obtained based on the information on the initial piston position, based on information on an engine temperature when the internal combustion engine is started. A variable valve operating device that adjusts an exhaust valve at the later initial opening timing of the exhaust valve.
請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の可変動弁装置において、
前記排気側可変動弁機構は、前記排気バルブの前記初期開時期を進角側に付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする可変動弁装置。
The variable valve device according to any one of claims 1 to 8,
The variable valve operating apparatus according to claim 1, wherein the exhaust-side variable valve mechanism includes an urging unit that urges the initial opening timing of the exhaust valve to an advanced side.
内燃機関の排気バルブのバルブタイミングを調整する排気側可変動弁機構と、内燃機関の吸気バルブのバルブタイミングを調整する吸気側可変動弁機構と、を有する可変動弁装置に用いられ、前記可変動弁装置を制御する可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記コントローラは、前記内燃機関の始動時に膨張行程にある気筒に燃料を噴射して最初に燃焼を行う初爆気筒の燃焼後に開弁する前記排気バルブの最初の開時期情報(以下、初期開時期情報と表記する)を、少なくとも前記初爆気筒の初期ピストン位置の情報に基づいて求め、求められた前記排気バルブの前記初期開時期情報を前記排気側可変動弁機構に与え、この前記初期開時期情報に基づいて前記排気バルブの最初の開時期を調整することを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
The variable valve actuation device having an exhaust-side variable valve mechanism for adjusting a valve timing of an exhaust valve of an internal combustion engine and an intake-side variable valve mechanism for adjusting a valve timing of an intake valve of the internal combustion engine. In the controller of the variable valve operating device that controls the variable valve device,
The controller is configured to inject fuel into a cylinder in an expansion stroke at the time of starting the internal combustion engine to perform combustion first, and to open first after the combustion of an initial explosion cylinder. Information) is provided based on at least information on the initial piston position of the first explosive cylinder, and the obtained initial opening timing information of the exhaust valve is provided to the exhaust side variable valve mechanism. A controller for a variable valve operating device, wherein an initial opening timing of the exhaust valve is adjusted based on timing information.
請求項10に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記コントローラは、前記排気バルブの前記初期開時期情報を前記内燃機関の筒内燃焼室の筒内圧がほぼ大気圧になる時期に設定することを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
The controller of the variable valve device according to claim 10,
The controller of the variable valve device, wherein the controller sets the initial opening timing information of the exhaust valve to a timing at which the in-cylinder pressure of the in-cylinder combustion chamber of the internal combustion engine becomes substantially atmospheric pressure.
請求項11に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記コントローラは、前記内燃機関が停止される時に前記初期ピストン位置を検出すると共に、前記初期ピストン位置の情報に基づき、前記内燃機関の停止時に前記排気バルブの前記初期開時期情報を求めることを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
The controller of the variable valve operating device according to claim 11,
The controller detects the initial piston position when the internal combustion engine is stopped, and obtains the initial opening timing information of the exhaust valve when the internal combustion engine is stopped, based on the information on the initial piston position. And the controller of the variable valve gear.
請求項11に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記コントローラは、前記内燃機関が始動される時に前記初期ピストン位置を検出すると共に、前記初期ピストン位置の情報に基づき、前記内燃機関の始動時に前記排気バルブの前記初期開時期情報を求めることを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
The controller of the variable valve operating device according to claim 11,
The controller detects the initial piston position when the internal combustion engine is started, and obtains the initial opening timing information of the exhaust valve when starting the internal combustion engine based on the information on the initial piston position. And the controller of the variable valve gear.
請求項12或いは請求項13に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記コントローラは、前記初期ピストン位置が上死点に近い程、前記排気バルブの前記初期開時期情報を進角側に設定することを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
In the controller of the variable valve operating device according to claim 12 or 13,
The controller of the variable valve operating device, wherein the controller sets the initial opening timing information of the exhaust valve to an advanced side as the initial piston position is closer to the top dead center.
請求項12或いは請求項13に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記コントローラは、前記初期ピストン位置が上死点から遠ざかる程、前記排気バルブの前記初期開時期情報を遅角側に設定することを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
In the controller of the variable valve operating device according to claim 12 or 13,
The controller of the variable valve operating device, wherein the controller sets the initial opening timing information of the exhaust valve to a retard side as the initial piston position moves away from the top dead center.
請求項14或いは請求項15に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記コントローラは、前記排気バルブの前記初期開時期の遅角側限界を下死点付近に設定して前記排気バルブの前記初期開時期情報を求めることを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
In the controller of the variable valve operating device according to claim 14 or 15,
The controller of a variable valve operating device according to claim 1, wherein the controller sets the retard side limit of the initial opening timing of the exhaust valve near a bottom dead center to obtain the initial opening timing information of the exhaust valve.
請求項10乃至請求項16のいずれか1項に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記コントローラは、前記初期ピストン位置の情報に基づいて求められた前記排気バルブの前記初期開時期情報を、前記内燃機関の始動時における機関温度の情報に基づいて補正し、この補正後の前記排気バルブの前記初期開時期情報を前記排気側可変動弁機構に与えて前記排気バルブの最初の開時期を調整することを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
The controller of the variable valve operating device according to any one of claims 10 to 16,
The controller corrects the initial opening timing information of the exhaust valve obtained based on the information of the initial piston position based on information on an engine temperature at the time of starting the internal combustion engine, and corrects the exhaust gas after the correction. A controller for a variable valve operating device, wherein the initial opening timing of the valve is supplied to the exhaust side variable valve mechanism to adjust the initial opening timing of the exhaust valve.
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