JP6848902B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、より詳細には、吸気弁を開いたままとする開弁継続モードを選択可能な可変動弁装置を有する内燃機関を制御する制御装置に関する。
例えば、特許文献１には、気筒内の圧縮圧を解放するためのデコンプ装置（減圧装置とも呼ばれる）を備える内燃機関の制御装置が開示されている。この制御装置は、車体振動を抑制するために、エンジン停止過程及びエンジン始動過程においてデコンプ装置を作動させる。また、このデコンプ装置の例は、吸気弁の閉じ時期を変更可能な可変動弁機構であり、デコンプ装置の作動（デコンプ機能）は、吸気弁の閉じ時期を遅角させることにより実現される。
特開２０１４−０４７６９５号公報
吸気弁を開いたままとする開弁継続モードを選択可能な可変動弁装置を備える内燃機関が知られている。ところで、内燃機関には、一般的に、冷間始動時に始動性が低下するという課題がある。そこで、上記構成を有する可変動弁装置を、特許文献１に記載のようなデコンプ機能の実現に代え、或いはそれとともに、冷間始動時の始動性向上のために利用することが考えられる。
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、開弁継続モードを選択可能な可変動弁装置を利用して、冷間始動時における内燃機関の始動性を向上できるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃料噴射弁と、点火装置と、吸気行程において吸気を行うための吸気弁の基本開閉モードと前記吸気弁を開いたままとする開弁継続モードとを切り替え可能な可変動弁装置と、を備える内燃機関を制御する。
前記制御装置は、冷間始動時に、冷間始動制御を実行する。
前記冷間始動制御は、クランキング開始後の所定数のサイクルにおいて実行される始動性向上処理と、前記所定数のサイクルの経過後に実行される燃焼開始処理と、を含む。
前記始動性向上処理において、前記制御装置は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程のうちの少なくとも膨張行程及び排気行程において前記開弁継続モードが選択されるように前記可変動弁装置を制御し、かつ、前記点火装置による点火を伴わずに前記燃料噴射弁による燃料噴射を行う。
前記燃焼開始処理において、前記制御装置は、１サイクル中に継続して前記基本開閉モードが選択されるように前記可変動弁装置を制御し、かつ、前記点火装置による点火を行う。
前記始動性向上処理において前記開弁継続モードが選択される行程は、圧縮行程、膨張行程及び排気行程、又は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程であってもよい。
前記始動性向上処理において前記開弁継続モードが選択される行程は、膨張行程及び排気行程、又は、吸気行程、膨張行程及び排気行程であってもよい。
前記所定数のサイクルは、複数サイクルを含んでいてもよい。前記始動性向上処理における前記燃料噴射は、前記複数サイクルのうちの最初のサイクルにおいて実行されてもよい。そして、前記冷間始動制御は、前記複数サイクルのうちの２回目以降のサイクルと前記燃焼開始処理が行われるサイクルの中に含まれるサイクルのうちの少なくとも１つにおいて追加の燃料噴射を行う第１追加燃料噴射処理を含んでいてもよい。
前記所定数のサイクルは、複数サイクルを含んでいてもよい。前記始動性向上処理における前記燃料噴射は、前記複数サイクルのうちの最初のサイクルにおいて実行されてもよい。そして、前記冷間始動制御は、前記複数サイクルのうちの２回目以降のサイクルと前記燃焼開始処理が行われるサイクルの中に含まれるサイクルのそれぞれにおいて追加の燃料噴射を行う第２追加燃料噴射処理を含んでいてもよい。
前記所定数のサイクルは、複数サイクルを含んでいてもよい。前記始動性向上処理における前記燃料噴射は、前記複数サイクルのうちの最初のサイクルにおいて実行されてもよい。そして、前記制御装置は、前記複数サイクルのうちの２回目以降のサイクルと前記燃焼開始処理が行われるサイクルの中に含まれるサイクルの後ろから１又は複数の一部のサイクルのそれぞれにおいて追加の燃料噴射を行う第３追加燃料噴射処理を含んでいてもよい。
前記内燃機関の排気弁は、前記始動性向上処理の実行中に、排気行程において排気を行うために開閉されてもよい。
前記所定数のサイクルは、前記冷間始動時の前記内燃機関の温度に相関する温度相関値が低いほど多くてもよい。
本発明によれば、冷間始動時に、点火の開始に先立ち、所定数のサイクルにおいて、少なくとも膨張行程及び排気行程を対象とする前記開弁継続モードを利用する上記始動性向上処理が実行される。これにより、気筒内の混合気の一部の吸気ポートへの吹き戻し（ガス流動）を利用して、燃料と空気との混合を促進できる。また、始動性向上処理の実行中に選択される開弁継続モードの対象から圧縮行程が除かれている場合には、ガス流動による混合気の気化促進に加え、圧縮行程での混合気の圧縮による混合気の温度上昇による混合気の気化促進も図れる。このように、本発明によれば、開弁継続モードを選択可能な可変動弁装置を利用して、冷間始動時における内燃機関の始動性を向上できるようになる。
本発明の実施の形態１に係るシステムの構成例を説明するための図である。 図１に示す吸気可変動弁装置の具体的な構成の一例を説明するための図である。 図１に示す吸気可変動弁装置の具体的な構成の一例を説明するための図である。 吸気可変動弁装置により実現されるバルブリフトカーブである。 本発明の実施の形態１に係る始動性向上処理、燃焼開始処理及び追加燃料噴射処理の概要を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る冷間始動制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る始動性向上処理、燃焼開始処理及び追加燃料噴射処理の概要を説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る冷間始動制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。
以下に説明される各実施の形態において、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略又は簡略する。また、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
１．実施の形態１
まず、図１〜図６を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
１−１．システムの構成例
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステムの構成例を説明するための図である。図１に示すシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、例えば、車両に搭載される。内燃機関１０は、一例として直列４気筒型エンジンであるが、内燃機関１０の気筒数及び気筒配置は特に限定されない。
内燃機関１０の気筒内には、ピストン１２が設けられている。気筒内におけるピストン１２の頂部側には、燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６及び排気通路１８が連通している。吸気通路１６の入口付近には、吸気通路１６に取り入れられた空気の流量に応じた信号を出力するエアフローセンサ２０が設けられている。エアフローセンサ２０よりも下流側の吸気通路１６には、電子制御式のスロットルバルブ２２が配置されている。
また、内燃機関１０は、燃料噴射弁２４と点火装置２６（点火プラグ２６ａのみ図示）とを備えている。燃料噴射弁２４は、各気筒に配置され、一例として、燃焼室１４内（気筒内）に直接燃料を噴射する。点火装置２６は、各気筒に配置された点火プラグ２６ａを用いて、気筒内の混合気に点火する。なお、燃料噴射弁２４に代え、或いはそれとともに、吸気通路１６の吸気ポート１６ａに燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられてもよい。
吸気通路１６における気筒側の端部は吸気弁２８によって開閉される。吸気弁２８は、図２を参照して後述する吸気可変動弁装置３０によって開閉駆動される。また、排気通路１８における気筒側の端部は排気弁３２によって開閉される。排気弁は、排気動弁装置３４によって、排気動弁装置３４は、排気行程において排気を行うように開閉駆動される。
さらに、内燃機関１０は、クランク角に応じた信号を出力するクランク角センサ５４と、内燃機関１０を冷却するエンジン冷却水の温度に応じた信号を出力する水温センサ５６とを備えている。
１−１−１．吸気可変動弁装置
吸気可変動弁装置３０は、「基本開閉モード」と「開弁継続モード」とを切り替え可能に構成されている。より具体的には、吸気可変動弁装置３０は、これらの駆動モードのうちの１つを１サイクル中の任意のタイミングで選択可能に構成されている。基本開閉モードは、吸気行程において吸気を行うための吸気弁２８の一般的な駆動モードである。より詳細には、基本開閉モードにおける吸気弁２８の開き時期は、吸気行程又は排気行程に設定され、その閉じ時期は、吸気行程又は圧縮行程に設定される。開弁継続モードは、吸気弁２８を開いたままとする（換言すると、吸気弁２８が閉じないようにする）駆動モードである。
図２及び図３は、図１に示す吸気可変動弁装置３０の具体的な構成の一例を説明するための図である。なお、図２及び図３は、内燃機関１０の各気筒に設けられた構成を示している。図２に示すように、吸気可変動弁装置３０は、吸気カムシャフト３３と、これに固定された吸気カム３５と、吸気カム３５の押圧力を吸気弁２８に伝達するロッカーアーム３６と、ロッカーアーム３６の非バルブ側の端部を支持する油圧式ラッシュアジャスタ（ＨＬＡ）３８を備えている。吸気弁２８は、バルブスプリング４０によって閉じ方向（すなわち、ロッカーアーム３６を押し上げる方向）に付勢されている。
図３には、１気筒当たり２つ（一例）の吸気弁２８に対応する２つのロッカーアーム３６と２つのＨＬＡ３８とが示されている。吸気可変動弁装置３０は、開弁継続モードの実現のために、図３に示すように、ＨＬＡホルダ４２、スライダ４４、ＨＬＡリフタ４６及びアクチュエータ４８を備えている。
より詳細には、ＨＬＡホルダ４２は、シリンダヘッド５０に固定され、かつ、有底円筒状に形成されており、ＨＬＡ３８を昇降可能に収容している。スライダ４４は、アクチュエータ４８によって駆動されることにより、気筒列方向（図３の左右方向）に往復移動する。スライダ４４は、スライダ４４の往復運動をＨＬＡ４８の昇降運動（図３の上下方向の往復運動）に変換するためのカム面４４ａを備えている。ＨＬＡリフタ４６は、ＨＬＡ３８の底面とスライダ４４のカム面４４ａとの間に介在している。アクチュエータ４８は、例えば、電動式である。
ＨＬＡ３８は、その本来的な機能（伸縮動作）により、吸気カム３５とロッカーアーム３６とのクリアランスを常時なくすように作動している。そのうえで、アクチュエータ４８を用いてスライダ４４の位置を調整することにより、ＨＬＡ３８を利用して、ロッカーアーム３６への吸気カム３５の押圧力の付与に関係なく、吸気弁２８を開いたままとすることができる。具体的には、図３中に実線で示されるようにカム面４４ａが位置している状態では、吸気弁２８は通常通りに開閉動作する（基本開閉モード）。これに対し、カム面４４ａが破線で示される位置に移動するようにアクチュエータ４８が駆動されると、それに伴い、カム面４４ａの作用によって、ＨＬＡ３８がＨＬＡリフタ４６を介してロッカーアーム３６側にリフトする。このようにＨＬＡ３８がリフトしている状態が得られると、ロッカーアーム３６への吸気カム３５の押圧力の付与に関係なく、吸気弁２８を開いたままとすることができる（開弁継続モード）。
図４は、吸気可変動弁装置３０により実現されるバルブリフトカーブである。図４に示す一例では、基本開閉モード（破線）における吸気弁２８は、吸気上死点付近で開き、圧縮行程中に閉じている。なお、図４に示す一例では、排気弁３２は、排気行程中に開き、吸気上死点付近で閉じている。
一方、ＨＬＡ３８が上述のようにリフトしている開弁継続モード（実線）の実行中には、図４に示すように、吸気弁２８は吸気行程において吸気カム３５の押圧力によってリフトする期間の前後において、吸気弁２８が閉じずにあるリフト量Ｌで開いている状態が維持されることになる。付け加えると、開弁継続モードは、吸気行程において吸気カム３５の押圧力によって吸気弁２８のリフト量が変化する点は基本開閉モードと同様であるが、吸気カム３５の押圧力を受けない期間中の吸気弁２８のリフト量はリフト量Ｌで保持される。なお、本発明に係る「可変動弁装置」は、開弁継続モードにおいて吸気弁を開いたままにできるものであればよく、吸気弁のリフト量を一定値で保持できることまでは必ずしも要求されない。
以上のように構成された吸気可変動弁装置３０によれば、１サイクル中の任意のタイミングでアクチュエータ４８を制御することにより、基本開閉モードと開弁継続モードとの間で駆動モードを切り替えることができる。また、吸気可変動弁装置３０は、気筒毎にアクチュエータ４８を備えているため、駆動モードの切り替えを気筒毎に行うことができる。
１−１−２．制御装置
本実施形態のシステムは、内燃機関１０を制御するための制御装置６０を備えている。制御装置６０は、少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つのメモリと入出力インターフェースとを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。入出力インターフェースは、内燃機関１０に搭載された各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータに対して操作信号を出力する。上記の各種センサは、エアフローセンサ２０、クランク角センサ５４及び水温センサ５６を含む。制御装置６０は、クランク角センサ５４からの信号を用いてエンジン回転速度ＮＥを算出できる。また、上記の各種アクチュエータは、上述したスロットルバルブ２２、燃料噴射弁２４、点火装置２６及び吸気可変動弁装置３０（アクチュエータ４８）を含む。
制御装置６０のメモリには、内燃機関１０の制御のための各種のプログラムや各種のデータ（マップを含む）が記憶されている。メモリに記憶されているプログラムがプロセッサで実行されることで、制御装置６０の様々な機能が実現される。例えば、燃料噴射弁２４、点火装置２６及び吸気可変動弁装置３０の操作による後述の冷間始動制御は、プログラムが実行されることによって実現される機能の１つである。なお、制御装置６０は、複数のＥＣＵから構成されていてもよい。
１−２．冷間始動制御
内燃機関には、一般的に、冷間始動時に始動性が低下するという課題がある。そこで、本実施形態では、制御装置６０は、冷間始動時には、非冷間始動時に行われる「通常の始動処理」に代え、「始動性向上処理」と「燃焼開始処理」と「追加燃料噴射処理」とを実行する。図５は、本発明の実施の形態１に係る始動性向上処理、燃焼開始処理及び追加燃料噴射処理の概要を説明するための図である。図５は、エンジン始動過程の各種動作を表している。図５に示す動作は、各気筒において行われる。
なお、「通常の始動処理」では、クランキングの開始後に速やかに燃焼（初爆）が開始されるようにするために、各気筒においてクランキング開始後の初回のサイクルから所定量での燃料噴射及び点火が実行される。また、「エンジン始動過程」とは、クランキングの開始から燃料噴射及び点火の双方の開始までの期間のことである。
１−２−１．始動性向上処理（燃料と空気との混合促進）
始動性向上処理は、クランキング開始後の所定数のサイクルにおいて実行される。図５に示す一例では、始動性向上処理は、クランキング開始直後の２つのサイクルにおいて実行されている。
本実施形態の始動性向上処理では、制御装置６０は、図５に示すように、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程において（すなわち、１サイクル中に継続して）開弁継続モードが選択されるように可変動弁装置３０を制御する。さらに、始動性向上処理では、制御装置６０は、点火装置２６による点火を伴わずに燃料噴射弁２４による燃料噴射を行う。図５に示す一例では、この燃料噴射は、始動性向上処理の対象サイクルのうちの最初のサイクルにおいて行われている。
より詳細には、始動性向上処理の対象サイクルのうちの最初のサイクルでの燃料噴射は、上記の通常の始動処理と同じ量（すなわち、初回のサイクルに点火を伴わせていたとした場合に初爆を生じさせるために必要な量）で実行される。また、図５に示す例では、始動性向上処理の実行のための基本開閉モードから開弁継続モードへの切り替えは、クランキング開始後の初回のサイクルの吸気行程において実行されている。
始動性向上処理の実行中には、開弁継続モードへの切り替えにより、吸気弁２８が開いたままで圧縮行程を迎える。その結果、気筒内の混合気（空気と燃料）が圧縮行程において吸気ポート１６ａに吹き戻される。このように吹き戻される際のガス流動により、燃料の気化、及び燃料と空気（新気）との混合が促進される。
また、始動性向上処理の実行中には、膨張行程においても、吸気弁２８の開弁状態が継続されている。このため、圧縮行程において吸気ポート１６ａに吹き戻されていた燃料と空気が、膨張行程において再び吸気ポート１６ａから気筒内に吸入される。このように気筒内に再吸入される際のガス流動により、燃料の気化と燃料と空気（新気）との混合がさらに促進される。
さらに、始動性向上処理の実行中には、排気行程においても、吸気弁２８の開弁状態が継続されている。一方、排気弁３２は通常通りに開閉されている。このため、排気行程においては、気筒内の混合気（燃料と空気）の一部は排気通路１８に排出され、その残りは吸気ポート１６ａに吹き戻される。このように、始動性向上処理の実行中には、１サイクル中の吸気ポート１６ａへの混合気の吹き戻しが２回行われることになる。
１−２−２．燃焼開始処理
燃焼開始処理は、始動性向上処理の対象となる所定数のサイクルの経過後に実行される。図５に示す一例では、燃焼開始処理は、始動性向上処理の対象サイクルのうちの最後のサイクルの次のサイクルにおいて実行されている。
燃焼開始処理では、制御装置６０は、図５に示すように、（１サイクル中に継続して）基本開閉モードが選択されるように可変動弁装置３０を制御し、かつ、点火装置２６による点火を行う。つまり、始動性向上処理の実行（燃料と空気との混合促進）により始動性を高めたうえで点火が行われる。これにより、冷間始動時に、初爆をより容易に生じさせることができる。その後は、内燃機関１０の通常運転が行われる。
１−２−３．追加燃料噴射処理
追加燃料噴射処理は、図５に示すように、始動性向上処理の対象サイクルのうちの２サイクル目以降のサイクル（図５に示す例では２サイクル目のみ）と燃焼開始処理が行われるサイクルとにおいて実行される。この追加噴射は、本実施形態では次の２つの目的で実行される。それらの目的の１つは、初爆のために良好な空燃比を維持するために、前回のサイクルの排気行程において排気通路１８に排出された混合気に含まれる燃料量相当の燃料を補充することである。また、もう１つの目的は、同様に良好な空燃比の維持のために、クランキングによるエンジン回転速度ＮＥの上昇に起因してサイクルの経過とともに増加する新気量に対応する量の燃料を補充することである。
なお、本実施形態で行われる追加燃料噴射処理は、本発明に係る「第１追加燃料噴射処理」及び「第２追加燃料噴射処理」のそれぞれの一例に相当する。また、上記排気動弁装置３４に代え、排気弁３２を閉弁状態で停止可能な排気可変動弁装置を備え、かつ、始動性向上処理の実行中に排気弁３２が閉弁状態で停止される他の例では、上記の前者の目的で行われる追加燃料噴射処理は必要とされない。また、始動性向上処理の対象サイクルの経過中のエンジン回転速度ＮＥの上昇を考慮した量の燃料を始動性向上処理の対象サイクルの例えば最初のサイクルにおいてまとめて噴射する他の例では、上記の後者の目的で行われる追加燃料噴射処理は必要とされない。以上のことから、本発明に係る追加燃料噴射処理を始動性向上処理に伴わせることは必須ではない。
１−２−４．冷間始動制御に関する制御装置の処理
図６は、本発明の実施の形態１に係る冷間始動制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。制御装置６０は、本ルーチンの処理を、気筒毎かつ内燃機関１０のサイクル（７２０ｄｅｇ）毎に繰り返し実行する。
図６に示すルーチンでは、制御装置６０は、まず、内燃機関１０の始動時であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。この判定が満たされるか否かは、例えば、エンジン回転速度ＮＥが所定の閾値（例えば、４００ｒｐｍ）未満であるか否かに基づいて行われる。
ステップＳ１００の判定結果が否定的である場合には、制御装置６０は、ステップＳ１０２〜Ｓ１０８の処理を実行する。ステップＳ１０２では、制御装置６０は、カウンタ値Cdbfをゼロにリセットする。カウンタ値Cdbfは、始動性向上処理を行うサイクル数に相当する。ステップＳ１０４では、制御装置６０は、基本開閉モードが選択されるように吸気可変動弁装置３０を制御する。始動性向上処理の実行中に処理が繰り返しステップＳ１０４に進む場合には、基本開閉モードが維持される。
ステップＳ１０６では、制御装置６０は、燃料噴射減量フラグをオフにする。本実施形態では、制御装置６０は、所定の燃料カット実行条件が満たされる場合を除き、サイクル毎に燃料噴射を実行している。燃料噴射減量フラグがオフである場合には、上述の追加燃料噴射処理に関連する燃料噴射量の減量は行われない。
ステップＳ１０８では、制御装置６０は、点火停止フラグをオフにする。本実施形態では、制御装置６０は、点火停止フラグがオフである場合を除き、サイクル毎に点火を実行している。このため、処理がステップＳ１０８に進む場合には、点火装置２６による点火は停止されない。
一方、ステップＳ１００の判定結果が肯定的である場合には、制御装置６０は、次いで、低温時であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。この判定が満たされるか否かは、例えば、水温センサ５６により検出されるエンジン冷却水の温度が所定の閾値（例えば、−２０℃）未満であるか否かに基づいて行われる。
ステップＳ１１０の判定結果が否定的である場合には、制御装置６０は、上述のステップＳ１０２〜Ｓ１０８の処理を実行する。一方、ステップＳ１１０の判定結果が肯定的である場合、つまり、今回のエンジン始動が冷間始動である場合には、処理はステップＳ１１２に進む。
ステップＳ１１２では、制御装置６０は、カウンタ値Cdbfが所定の閾値Knd以下であるか否かを判定する。閾値Kndは、１以上の任意の整数（例えば、１〜１０）である。一例として、本実施形態では、閾値Kndは、冷間始動時の内燃機関１０の温度に応じて変更される。より具体的には、ここでは、冷間始動時の内燃機関１０の温度に相関する「温度相関値」の一例として、エンジン冷却水温度が用いられる。そして、閾値Kndは、エンジン冷却水温度が低いほど大きくなるように設定されている。なお、閾値Kndは、固定値であってもよい。また、上記温度相関値の他の例の１つは、エンジン潤滑油温度である。
ステップＳ１１２の判定結果が肯定的である場合（Cdbf≦Knd）には、制御装置６０は、始動性向上処理に関するステップＳ１１４〜Ｓ１２４の処理を実行する。ステップＳ１１４では、制御装置６０は、カウンタ値Cdbfに１を加える。したがって、カウンタ値Cdbfはサイクル毎に１つずつ増やされる。
ステップＳ１１６では、制御装置６０は、開弁継続モードが選択されるように吸気可変動弁装置３０を制御する。始動性向上処理の実行中に処理が繰り返しステップＳ１１６に進む場合には、開弁継続モードが維持される。ステップＳ１１８では、カウンタ値Cdbfが２よりも小さいか否かを判定する。
ステップＳ１１８の判定結果が肯定的である場合（Cdbf=1）には（つまり、始動性向上処理を行う最初のサイクルでは）、処理はステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０では、制御装置６０は、燃料噴射減量フラグをオフとする。その結果、このサイクルにおける燃料噴射弁２４による燃料噴射量は、追加燃料噴射処理に関連して減らされない。すなわち、このサイクルでは、このサイクルのための基本噴射量（上述の通常の始動処理によって規定される量）が修正されずに使用される。
一方、ステップＳ１１８の判定結果が否定的である場合（Cdbf≧2）には（つまり、始動性向上処理の対象となる２サイクル目以降のサイクルでは）、処理はステップＳ１２２に進む。ステップＳ１２２では、制御装置６０は、燃料噴射減量フラグをオンとする。その結果、このサイクルにおける燃料噴射弁２４による燃料噴射量は、追加燃料噴射処理に従う量となるように減らされる。具体的には、このサイクルにおける燃料噴射は、追加燃料噴射処理による燃料噴射に相当し、このサイクルのための基本噴射量から所定の減量値を引いて得られる値が、追加燃料噴射処理による燃料噴射量として用いられる。上記の減量値は、上述の２つの目的を満たす値となるように事前に決定された値（例えば、上記基本噴射量の半分程度の値）である。
ステップＳ１２０又はＳ１２２の処理の後に、処理はステップＳ１２４に進む。ステップＳ１２４では、制御装置６０は、点火停止フラグをオンにする。その結果、始動性向上処理の対象となるサイクルにおいて、点火装置２６による点火が停止される。
一方、ステップＳ１１２の判定結果が否定的である場合（Cdbf＞Knd）には、始動性向上処理が終了し、処理はステップＳ１０４に進む。したがって、始動性向上処理が行われる「所定数のサイクル」は、閾値Kndと等しい回数のサイクルとなる。そして、ステップＳ１１２の判定結果が初めて否定的となるサイクルは、始動性向上処理の対象サイクルのうちの最後のサイクルの次のサイクルであり、すなわち、燃焼開始処理が行われるサイクルに相当する。
本ルーチンの処理によれば、燃焼開始処理が行われるサイクルでは、ステップＳ１０４の処理により基本開閉モードに切り替えられるとともに、点火停止フラグがオフになるため点火が開始される。なお、図５に示す例と同様に、燃焼開始処理が行われるサイクルにおいて追加燃料噴射処理が実行されるようにするために、冷間始動時にステップＳ１１２の判定結果が初めて否定的となる場合には、燃料噴射減量フラグがオンになるように図８に示すルーチンの処理が変更されてもよい。
１−３．冷間始動制御に関する効果
以上説明した本実施形態の冷間始動制御によれば、点火の開始に先立ち、所定数のサイクルにおいて始動性向上処理が実行される。始動性向上処理では、１サイクル中にピストン１２が上昇する度に（すなわち、圧縮行程と排気行程において）気筒内の混合気の一部が吸気ポート１６ａに吹き戻される。これにより、噴射燃料の気化促進を含め、燃料と空気（新気）との混合を促進できる。そして、このように始動性向上のために良好な混合気が形成された後に、燃焼開始処理によって点火が開始される。このため、冷間始動時の始動性を効果的に向上させることができる。
付け加えると、実施の形態１の開弁継続モードの例では、開弁継続モードの対象に圧縮行程が含まれている。このため、この例では、吸気可変動弁装置３０は、各気筒の圧縮行程中の筒内圧（すなわち、圧縮圧）を解放するデコンプ装置としても機能することになる。したがって、このようなデコンプ機能による振動騒音の低減効果を伴いつつ、冷間始動時の始動性向上を図ることができる。なお、付け加えると、実施の形態１の始動性向上処理では、デコンプ装置の作動中に燃料噴射が行われているともいえる。また、上記カウンタ値Cdbfは、デコンプ装置の作動回数にも相当する。
また、本実施形態の冷間始動制御によれば、始動性向上処理の対象となる複数サイクルのうちの２回目以降のサイクルにおいて、上述の追加燃料噴射処理が実行される。これにより、エンジン回転速度ＮＥの上昇に起因してサイクルの経過とともに増加する新気量に対応する量の燃料を補充できる。また、始動性向上処理の実行中に排気弁３２が通常通りに開閉される内燃機関１０では、排気通路１８に排出された混合気に含まれる燃料量相当の燃料を補充することもできる。これらのことは、図５に示す例における３サイクル目のように、燃焼開始処理が行われるサイクルにおいて追加燃料噴射処理が実施される場合も同様である。
さらに、追加燃料噴射処理は、ある特定の１つのサイクルにおいて追加分の燃料をまとめて噴射するように実行されてもよい。これに対し、本実施形態の追加燃料噴射処理は、図６に示すルーチンの処理によれば、閾値Kndが３以上となる例であれば、始動性向上処理の対象となる複数サイクルのうちの２回目以降の複数サイクルの「それぞれ」において実行されることになる。これにより、追加分の燃料が複数サイクルにおいて分割して噴射されることになるため、追加分の燃料がある特定の１つのサイクルにおいてまとめて噴射される例と比べて、噴射された燃料と空気との混合をより効果的に行えるようになる。
また、本実施形態の冷間始動制御によれば、始動性向上処理を行うサイクル数を決定するための閾値Kndは、冷間始動時の内燃機関１０の温度（例えば、エンジン冷却水温度）が低いほど大きくなるように設定されている。したがって、内燃機関１０の温度が低いほど、始動性向上処理を行う所定数のサイクルが多くなる。このサイクル数が多いほど、燃料と空気の混合をより促進させられるといえる。このため、このような設定によれば、冷間始動時の内燃機関１０の温度に応じて、より適切に始動性を向上させられるように始動性向上処理を行えるようになる。
１−４．始動性向上処理の他の例
上述した実施の形態１においては、始動性向上処理において開弁継続モードが選択される行程が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程のすべての行程である例を挙げた。しかしながら、実施の形態１のように膨張行程及び排気行程とともに圧縮行程が開弁継続モードの対象となる始動性向上処理の他の例は、吸気行程を除く圧縮行程、膨張行程及び排気行程のみであってもよい。すなわち、吸気行程に関しては、基本開閉モードが選択されてもよい。
２．実施の形態２
次に、図７及び図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。以下の説明では、実施の形態２に係るシステムの構成の一例として、図１〜３に示す構成が用いられているものとする。
２−１．冷間始動制御
本実施形態に係る冷間始動制御は、主に、始動性向上処理において開弁継続モードが選択される行程から圧縮行程が除かれるという点において、実施の形態１に係る冷間始動制御と相違している。図７は、本発明の実施の形態２に係る始動性向上処理、燃焼開始処理及び追加燃料噴射処理の概要を説明するための図である。以下、図５に示す例に対する図７に示す例の相違点を中心に説明を行う。なお、本実施形態の説明では、圧縮上死点（膨張上死点）を０ｄｅｇとしている。
２−１−１．始動性向上処理（ガス流動及び温度上昇による燃料と空気との混合促進）
本実施形態の始動性向上処理では、制御装置６０は、図７に示すように、圧縮行程を除く各行程（すなわち、吸気行程、膨張行程及び排気行程）において開弁継続モードが選択されるように可変動弁装置３０を制御する。
その結果、圧縮行程では、基本開閉モードが選択されるため、気筒内の混合気の圧縮が通常通りに行われることになる。これにより、気筒内のガスに対してエネルギが付与され、筒内圧及び筒内ガス温度が上昇する。このため、燃焼室１４の壁を暖機することができ、気筒内に充填された噴射燃料、及び燃焼室１４の壁面に付着した燃料の気化が促進される。
また、始動性向上処理の実行中には、圧縮上死点の近傍において、基本開閉モードから開弁継続モードに切り替えられる。これにより、圧縮行程において加圧された混合気が、気筒内から吸気ポート１６ａに向けて高速で吹き戻される。その結果、吹き戻される混合気中の燃料と空気との混合がさらに促進され、かつ、混合気の運動エネルギの一部は、吸気ポート１６ａの壁の温度上昇にも寄与する。
その後の膨張行程の後期では、ピストン１２の下降に伴い、吸気ポート１６ａに吹き戻されていた混合気が気筒内に再び吸入される。この際のガス流動により、混合気中の燃料と空気との混合がさらに促進される。
さらに、実施の形態１の始動性向上処理と同様に、本実施形態の始動性向上処理の実行中にも、排気行程において吸気弁２８の開弁状態が継続されている。このため、実施の形態１と同様に、１サイクル当たりの吸気ポート１６ａへの混合気の吹き戻しの機会を増やすことができる。
また、図５中の各種温度の波形は、気筒内及び吸気ポート１６ａ内のそれぞれの混合気温度、並びに燃焼室壁温が、始動性向上処理の実行を伴うサイクルの経過とともに上昇していく様子を模式的に示している。
２−１−２．冷間始動制御に関する制御装置の処理
図８は、本発明の実施の形態２に係る冷間始動制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。制御装置６０は、本ルーチンの処理を、気筒毎に、かつ０ｄｅｇ（圧縮上死点）、１８０ｄｅｇ、３６０ｄｅｇ及び５４０ｄｅｇの各タイミングで繰り返し実行する。なお、図８に示すルーチン中のステップＳ１００〜Ｓ１１２、及びＳ１１８〜Ｓ１２４の処理については、実施の形態１において既述した通りである。
図８に示すルーチンでは、制御装置６０は、ステップＳ１１２の判定結果が肯定的である場合（Cdbf≦Knd）には、図６に示すルーチンのステップＳ１１４及びＳ１１６の処理に代え、ステップＳ２００〜Ｓ２０８の処理を実行する。すなわち、図８に示すルーチンでは、始動性向上処理に関する処理の一部が図６に示すルーチンのそれと相違している。
具体的には、ステップＳ２００では、本ルーチンの処理の実行対象の気筒の現在のピストン位置が０ｄｅｇ（圧縮上死点）にあるか否かを判定する。その結果、この判定結果が肯定的である場合には、処理はステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、制御装置６０は、開弁継続モードが選択されるように吸気可変動弁装置３０を制御する。次いで、ステップＳ２０４では、制御装置６０は、カウンタ値Cdbfに１を加える。この処理により、カウンタ値Cdbfは７２０ｄｅｇ（１サイクル）毎に１つずつ増やされる。その後、処理はステップＳ１１８に進む。
一方、ステップＳ２００の判定結果が否定的である場合には、処理はステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、制御装置６０は、現在のピストン位置が５４０ｄｅｇ（吸気下死点）にあるか否かを判定する。その結果、この判定結果が肯定的である場合には、処理がステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８では、制御装置６０は、基本開閉モードが選択されるように吸気可変動弁装置３０を制御する。その後、処理はステップＳ１１８に進む。
また、ステップＳ２０６の判定結果が否定的である場合、つまり、現在のピストン位置が１８０ｄｅｇ（膨張下死点）又は３６０ｄｅｇ（排気上死点）にある場合には、処理は直接的にステップＳ１１８に進む。
２−２．冷間始動制御に関する効果
以上説明したように、本実施形態の始動性向上処理によれば、圧縮行程では吸気弁２８を開いたままとせずに（すなわち、混合気の圧縮を行うようにし）、膨張行程及び排気行程では吸気弁２８を開いたままとされる。これにより、混合気の流動による燃料と空気との混合促進に加え、混合気の温度上昇による混合気の気化促進も図れる。これにより、冷間始動時の始動性をより効果的に向上させることができる。
２−３．実施の形態２に関する変形例
２−３−１．追加燃料噴射処理の他の例（本発明に係る「第３追加燃料噴射処理」に相当）
実施の形態２に係る始動性向上処理と組み合わされる追加燃料噴射処理は、例えば、次のように実行されてもよい。すなわち、始動性向上処理の対象となる所定数のサイクルは、複数サイクルを含み、図７に示す例と同様に、燃料噴射が始動性向上処理の対象となる複数サイクルのうちの最初のサイクルにおいて実行されてもよい。そして、この複数サイクルのうちの２回目以降のサイクルと燃焼開始処理が行われるサイクルの中に含まれるサイクルの後ろから「１又は複数の一部のサイクル」のそれぞれにおいて（図７に示す例では、クランキングの開始後の３サイクル目において）、追加の燃料噴射が行われてもよい。このような例によれば、追加の燃料噴射を伴わないサイクルを始動性向上処理の初期に行うことによって、追加の燃料噴射による燃料の気化に起因するガス温度の低下なしに筒内ガス温度を効果的に上昇させられる。そして、筒内ガス温度を上昇させたうえで、その後のサイクルにおいて、初爆のために良好な空燃比を維持すべく追加の燃料噴射を行えるようになる。
２−３−２．始動性向上処理による燃料噴射を行うサイクルの他の例
上述した実施の形態２においては、始動性向上処理の対象となる複数サイクルのうちの最初のサイクルにおいて、始動性向上処理による燃料噴射が実行され、上記複数サイクルの２回目以降のサイクルにおいて、追加燃料噴射処理による燃料噴射が実行された。しかしながら、実施の形態２に係る始動性向上処理（開弁継続モードの対象から圧縮行程が除かれる例）による燃料噴射を行うサイクルは、上記最初のサイクルに代え、２回目以降のサイクルであってもよい。具体的には、始動性向上処理に上記「第３追加燃料噴射処理」が組み合わされる例では、この追加燃料噴射処理が行われる上記「１又は複数の一部のサイクル」の１つ前のサイクルにおいて、始動性向上処理による燃料噴射が実行されてもよい。このような例によれば、追加燃料噴射処理による燃料噴射だけでなく、始動性向上処理による燃料噴射についても、燃焼開始処理（点火開始）が行われるサイクルに近い複数サイクルにおいて集中的に実行されるようになる。これにより、始動性向上処理による燃料噴射よりも先に筒内ガス温度を上昇させたうえで、当該燃料噴射を行えるようになる。
２−３−３．始動性向上処理の他の例
上述した実施の形態２においては、始動性向上処理において開弁継続モードが選択される行程が吸気行程、膨張行程及び排気行程である例を挙げた。しかしながら、実施の形態２のように圧縮行程を含めずに膨張行程及び排気行程が開弁継続モードの対象となる始動性向上処理の他の例は、吸気行程をも除く膨張行程及び排気行程のみであってもよい。すなわち、吸気行程に関しては、圧縮行程とともに、基本開閉モードが選択されてもよい。したがって、開弁継続モードから基本開閉モードに切り替えるタイミングは３６０ｄｅｇ（排気上死点）であってもよい。
また、以上説明した各実施の形態に記載の例及び他の各変形例は、明示した組み合わせ以外にも可能な範囲内で適宜組み合わせてもよいし、また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形してもよい。
１０ 内燃機関
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１６ａ 吸気ポート
１８ 排気通路
２４ 燃料噴射弁
２６ 点火装置
２８ 吸気弁
３０ 吸気可変動弁装置
３２ 排気弁
４８ アクチュエータ
５４ クランク角センサ
５６ 水温センサ
６０ 制御装置

Claims (8)

  1. 燃料噴射弁と、点火装置と、吸気行程において吸気を行うための吸気弁の基本開閉モードと前記吸気弁を開いたままとする開弁継続モードとを切り替え可能な可変動弁装置と、を備える内燃機関を制御する制御装置であって、
    前記制御装置は、冷間始動時に、冷間始動制御を実行し、
    前記冷間始動制御は、
    クランキング開始後の所定数のサイクルにおいて実行される始動性向上処理と、
    前記所定数のサイクルの経過後に実行される燃焼開始処理と、
    を含み、
    前記始動性向上処理において、前記制御装置は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程のうちの少なくとも膨張行程及び排気行程において前記開弁継続モードが選択されるように前記可変動弁装置を制御し、かつ、前記点火装置による点火を伴わずに前記燃料噴射弁による燃料噴射を行い、
    前記燃焼開始処理において、前記制御装置は、１サイクル中に継続して前記基本開閉モードが選択されるように前記可変動弁装置を制御し、かつ、前記点火装置による点火を行う
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記始動性向上処理において前記開弁継続モードが選択される行程は、圧縮行程、膨張行程及び排気行程、又は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程である
    ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記始動性向上処理において前記開弁継続モードが選択される行程は、膨張行程及び排気行程、又は、吸気行程、膨張行程及び排気行程である
    ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記所定数のサイクルは、複数サイクルを含み、
    前記始動性向上処理における前記燃料噴射は、前記複数サイクルのうちの最初のサイクルにおいて実行され、
    前記冷間始動制御は、前記複数サイクルのうちの２回目以降のサイクルと前記燃焼開始処理が行われるサイクルの中に含まれるサイクルのうちの少なくとも１つにおいて追加の燃料噴射を行う第１追加燃料噴射処理を含む
    ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記所定数のサイクルは、複数サイクルを含み、
    前記始動性向上処理における前記燃料噴射は、前記複数サイクルのうちの最初のサイクルにおいて実行され、
    前記冷間始動制御は、前記複数サイクルのうちの２回目以降のサイクルと前記燃焼開始処理が行われるサイクルの中に含まれるサイクルのそれぞれにおいて追加の燃料噴射を行う第２追加燃料噴射処理を含む
    ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記所定数のサイクルは、複数サイクルを含み、
    前記始動性向上処理における前記燃料噴射は、前記複数サイクルのうちの最初のサイクルにおいて実行され、
    前記制御装置は、前記複数サイクルのうちの２回目以降のサイクルと前記燃焼開始処理が行われるサイクルの中に含まれるサイクルの後ろから１又は複数の一部のサイクルのそれぞれにおいて追加の燃料噴射を行う第３追加燃料噴射処理を含む
    ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
  7. 前記内燃機関の排気弁は、前記始動性向上処理の実行中に、排気行程において排気を行うために開閉される
    ことを特徴とする請求項４〜６の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
  8. 前記所定数のサイクルは、前記冷間始動時の前記内燃機関の温度に相関する温度相関値が低いほど多い
    ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
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