JP7361224B2 - 可変バルブ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、可変バルブ制御装置に関する。

従来、トラクションモータとエンジンを備えるハイブリッド方式の車両が提供されている。ハイブリッド方式には、電気とガソリンを併用して走行するパラレルハイブリッド方式、走行時にはモータのみを使用し、エンジンを発電のみで使用するシリーズハイブリッド方式の２種類が知られている。

パラレルハイブリッド方式では、エンジンの熱効率が低い低負荷運転域においてはエンジンを休止させてモータのみで車両が走行し、エンジンの熱効率が高い中負荷以上の運転域ではエンジン単体で車両が走行する。都市部では低負荷と中負荷の運転域が混合するため、エンジンの停止と始動の頻度が高くなる。

また、シリーズハイブリッド方式では、車両に搭載されたバッテリのバッテリ容量を監視し、バッテリ容量が、予め定められた下限値以下となるとエンジンが動作してジェネレータを回転することで発電してバッテリを充電する運転が行われる。そして、バッテリ容量が上限値以上になるとエンジンを停止させる運転が行われる。このようにシリーズハイブリッド方式の車両では、エンジンの停止と始動が繰り返されるので、一般的な内燃機関の車両と比べてエンジンの停止と始動の頻度が高くなる。

このようにそれぞれのハイブリッド方式で用いられるハイブリッド車両向けのエンジンでは燃費低減のためエンジンの停止と始動の頻度が高くなっている。近年では、更なる燃費低減のため、エンジンを停止させる際のトルクが不要な期間において燃料噴射をカットする、「燃料カット」が実施される。しかし、この燃料カット中はエンジンが惰性で回転するため、通常走行時と同じバルブタイミングでは未燃焼の空気（新気）が筒内に吸入された後、排気管に排出される。

新気が排気管に排出され、排気管に設けられた三元触媒に到達すると、新気に含まれる酸素が三元触媒に貯蔵されるので、三元触媒が酸素過多の状態となる。この状態では三元触媒の窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化効率が低下してしまう。このため、エンジンが再始動する際には、運転空燃比が理論混合比よりも小さくなるように燃料噴射割合を増加させて余剰燃料を供給することで三元触媒に貯蔵された酸素を取り除く、「エンリッチ制御」を実施する場合がある。

このエンリッチ制御では、余分な燃料が噴射されるため、燃費が悪化し、さらに燃料過剰状態で燃焼させるためＨＣやＰＮが増加し、排気が悪化する課題があった。特にハイブリッド車両向けのエンジンではエンジンの停止と始動の頻度が高くなるため、燃料カットによる燃費および排気の悪化への影響が大きくなっていた。

燃料カット運転での三元触媒の浄化効率低下を抑制するための技術として、例えば、特許文献１には、「燃料カット検出手段が燃料カットを検出したとき、吸気バルブの開弁時期を早めるように開弁時期可変手段を進角制御する」という技術が開示されている。

特開平１０－１１５２３４号公報

特許文献１に開示された技術により、吸気行程で筒内に吸入される新気量を低減し、排気管へ排出される新気の新気量を低減して三元触媒の酸素貯蔵を抑制することができると考えられていた。特に燃料カット運転において、吸気弁の位相を排気行程に進角させ、吸気行程の開弁期間を短くすることで、吸気行程で筒内に吸入される新気量を低減し、これにより排気管へ排出される新気量を低減して三元触媒の酸素貯蔵を抑制することができると考えられていた。

このように吸気弁の位相を進角させ、開弁から閉弁までの期間を排気行程に設定すると、排気行程中に吸気弁と排気弁が開くこととなる。このため、吸気管と排気管から筒内に吸入された空気が、ピストン上昇によって吸気管と排気管に噴き戻される状態となり、排気管への新気の排出を抑制可能となる。

しかし、特許文献１に開示された方法では、吸気弁の位相を進角側に動作を開始してから目標位置に到達するまでに吸気弁が吸気行程中に開閉する過渡期間が存在していた。この過渡期間では吸気行程で吸気弁が開いているため、吸気行程に筒内に吸入された新気が排気管に排出され、これによって三元触媒へ酸素が貯蔵される。

また、エンジンを再始動する際、エンジン始動直後にピストンの空気圧縮によるエンジン回転数の変動を抑制するデコンプレッション（ガス抜き）のため、吸気弁が進角された状態でエンジンモータリングが実施される。しかし、回転数が上昇して初爆サイクルに移行する際には上述した動作と逆の動作（元の吸気行程に戻るまでに、吸気弁が遅角され、初期位置に戻る動作）が行われる。このため、初爆の吸気弁位相に到達する過渡期間でも同様に排気管に新気が排出される。

このように吸気弁の位相を目標位置まで変更した後には排気管への新気排出を抑制できるが、位相を変更途中の過渡期間では新気が排気管に排出されて三元触媒に酸素が貯蔵される。このため、エンジン回転の停止前もしくはエンジン回転の再始動時には、三元触媒から酸素を取り除くためのエンリッチ制御が必要となる。エンリッチ制御を行うと、無駄な燃料を噴射するため、ＣＯ_２の排出量が増加したり、リッチな混合気が増加することで、ＰＮやＨＣが増加したりする場合があった。

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、エンジンを再始動する際にエンリッチ噴射を行わないようにすることを目的とする。

本発明は、エンジンの排気管に設けられた排気弁の位相を変更可能な可変バルブタイミング制御機構を制御する可変バルブ制御装置であって、エンジンの状態変化に基づいて、可変バルブタイミング制御機構を通じて排気弁の位相を変更するための指示を出力する排気弁位相変更部を備える。排気弁位相変更部は、エンジン制御装置の制御によりエンジンに供給される燃料がカットされてからエンジンが停止するまでの間に、排気弁の中心位相を、膨張行程の下死点よりも進角側であって、膨張行程の略中心位置である第２角度まで進角する
また、本発明は、エンジンの排気管に設けられた排気弁の位相を変更可能な可変バルブタイミング制御機構を制御する可変バルブ制御装置であって、エンジンの状態変化に基づいて、可変バルブタイミング制御機構を通じて排気弁の位相を変更するための指示を出力する排気弁位相変更部を備える。排気弁位相変更部は、エンジン制御装置の制御によりエンジンに供給される燃料がカットされてからエンジンが停止するまでの間に、排気弁の中心位相を、膨張行程の下死点よりも進角側である第１角度まで進角し、エンジン制御装置は、内部ＥＧＲのＥＧＲ率を演算し、排気弁位相変更部は、ＥＧＲ率に基づいて、排気弁の位相を遅角する量を決定する。
また、本発明は、エンジンの排気管に設けられた排気弁の位相を変更可能であり、エンジンの吸気管に設けられた吸気弁の位相を変更可能である可変バルブタイミング制御機構を制御する可変バルブ制御装置であって、エンジンの状態変化に基づいて、可変バルブタイミング制御機構を通じて排気弁の位相を変更するための指示を出力する排気弁位相変更部と、エンジンの状態変化に基づいて、可変バルブタイミング制御機構を通じて吸気弁の位相を変更するための指示を出力する吸気弁位相変更部と、を備える。排気弁位相変更部は、エンジン制御装置の制御によりエンジンに供給される燃料がカットされてからエンジンが停止するまでの間に、排気弁の中心位相を、膨張行程の下死点よりも進角側である第１角度まで進角し、可変バルブ制御装置は、エンジンの吸気管に設けられた吸気弁の位相を変更可能な可変バルブタイミング制御機構を制御し、吸気弁位相変更部は、エンジン制御装置の制御によりエンジンに供給される燃料がカットされてからエンジンが停止するまでの間に、吸気弁の開弁開始時期を吸気行程の上死点から段階的に遅角する。
また、本発明は、エンジンの排気管に設けられた排気弁の位相を変更可能な可変バルブタイミング制御機構を制御する可変バルブ制御装置であって、エンジンの状態変化に基づいて、可変バルブタイミング制御機構を通じて排気弁の位相を変更するための指示を出力する排気弁位相変更部を備える。排気弁位相変更部は、エンジン制御装置の制御によりエンジンに供給される燃料がカットされてからエンジンが停止するまでの間に、排気弁の中心位相を、膨張行程の下死点よりも進角側である第１角度まで進角し、エンジン制御装置は、燃料をカットする前又は後に、吸気弁が設けられた吸気管の上流に設けられるスロットル弁の開度を絞る。

本発明によれば、エンジンに供給される燃料がカットされてからエンジンが停止するまでの間に、排気弁の中心位相が第１角度まで進角するので、排気管に排出された新気と、エンジン始動時に排気管に排出される新気とが筒内に逆流する。このため、三元触媒に供給される新気の新気量が減少し、エンジンを再始動する際にエンリッチ噴射を行わなくてよくなるので、燃費と排気の悪化を抑制することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施の形態に係るエンジンの構成例を示す概要図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＥＣＵと、エンジンの弁機構の内部構成例を示す制御ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係るエンジン発電運転時における吸気弁と排気弁のプロファイルの例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る吸気弁と排気弁を一般的なプロファイルで動作させた場合におけるエンジン回転数と、テールパイプで検出されるＮＯｘの量との関係を時系列で表したグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係るエンジンの燃料カット運転への移行時における吸気弁と排気弁のプロファイルの例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る燃料カット後からエンジンが停止するまでに三元触媒に供給される新気の新気量の積算値の例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る吸気弁と排気弁のプロファイルの一例とエンジンの模式図の例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るエンジンの回転が停止してから次の燃料噴射が開始される前までの間、排気弁の中心位相を第２角度で維持する場合における排気弁の閉弁時期の例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る吸気弁と排気弁のプロファイルの一例とエンジンの模式図の例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る時間とエンジン回転数、排気弁の閉弁時期、吸気弁の開弁時期の関係を示した図である。 本発明の第３の実施の形態に係る排気弁と吸気弁の位相の時系列変化の例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るエンジン１００の構成例を示す概要図である。
シリーズハイブリッド自動車では、発電のみで使用されるエンジン１００が、車両の走行用のトラクションモータ５０を備える構成としている。車両に搭載されたバッテリ１１１の充電容量（「バッテリ容量」と呼ぶ）が規定値未満になった場合にエンジン（エンジン１００）が始動される。逆に、バッテリ１１１の充電容量（「バッテリ容量」と呼ぶ）が規定値以上になった場合にエンジン（エンジン１００）が停止される。

エンジン１００は、１気筒当たり４００ｃｃの直列３気筒の自然吸気エンジンとして構成される。このエンジン１００が備えるシリンダヘッド１とシリンダブロック２、そしてシリンダブロックに挿入されたピストン３により燃焼室が形成される。ピストン３はコンロッド４を介してクランク軸５と連結されている。クランク軸５の近傍に設けられたクランク角センサ６は、エンジン回転数を検知できる。また、トラクションモータ５０が、クランク軸５の同軸上に設置される。このようにエンジン（エンジン１００）には、エンジン制御装置（ＥＣＵ２５）の制御によりエンジン（エンジン１００）を回転可能なモータ（トラクションモータ５０）が設けられる。そして、トラクションモータ５０は、クランク軸５を回転することで、エンジン１００を回転させる。

１気筒の燃焼室に向けて吸気管７と排気管８が接続されており、燃焼室の開口部を開閉するように吸気弁９と排気弁１０が設けられている。吸気弁９の上部に吸気カム１１が設けられ、排気弁１０の上部に排気カム１２が設けられる。吸気カム１１が回転することで吸気弁９が開閉され、排気カム１２が回転することで排気弁１０が開閉される。

図示しないがエンジン１００の側部には、吸気カム１１と連結した吸気カムプーリ、排気カム１２と連結した排気カムプーリ、クランク軸５と連結したクランクプーリが設けられ、タイミングベルトを介して接続されている。これによりエンジン１００の動作時にクランク軸５が回転することで吸気カム１１と排気カム１２が回転される。クランク軸５が２回転で吸気カム１１と排気カム１２が１回転するように吸気カムプーリ及び排気カムプーリは設定されている。

吸気カム１１と排気カム１２には、可変バルブタイミング制御機構（以下、ＶＴＣ）４０（後述する図２を参照）が設けられる。ＶＴＣ（Valve Timing Control）４０は、エンジン（エンジン１００）の吸気管（吸気管７）に設けられた吸気弁（吸気弁９）の位相を変更可能である。また、ＶＴＣ４０は、エンジン（エンジン１００）の排気管（排気管８）に設けられた排気弁（排気弁１０）の位相を変更可能である。また、クランク軸５には発電時はジェネレータとして働き、エンジン１００の始動や停止時にはモータとして働く、不図示のモータジェネレータが設けられている。ＶＴＣ４０は油圧式とし、ＥＣＵ（Engine Control Unit）２５が、ＶＴＣ４０に設けられたモータを回転させることで吸気弁９及び排気弁１０の位相を進角又は遅角に変更可能である。

燃焼室の吸気側にインジェクタ１３が設けられ、燃焼室上部に点火プラグ１４と点火コイル１５が設けられている。燃料は燃料タンク１６に貯蔵され、フィードポンプ１７によって燃料配管を通じて高圧燃料ポンプ１８に送られる。高圧燃料ポンプ１８は、排気カム１２によって駆動され、昇圧された燃料がコモンレール１９に送られる。コモンレール１９には燃圧センサ２０が設置され、燃料圧力（「燃圧」と呼ぶ）を検知できるようになっている。コモンレール１９と各気筒に設けられたインジェクタ１３は燃料配管によって接続されている。

吸気管７の上流にはコレクタ２１が設けられる。このコレクタ２１から各気筒に吸気管７が接続される。また、気筒に吸入される空気量を変更可能なスロットル弁２７がコレクタ上流側に設けられている。一方、排気管８の先には三元触媒２２が設けられ、その下流に酸素センサ２４が設けられる。三元触媒２２には温度センサ２３が設けられ、三元触媒２２の温度を検出する。さらに、三元触媒２２より下流には、不図示のテールパイプが設けられる。

シリンダブロック２には、シリンダブロック２の周囲を流れる水の温度（水温）を測定する水温センサ２６が設けられる。水温やエンジン回転数の信号はＥＣＵ２５に入力される。ＥＣＵ２５は、各センサから入力する信号から求めた各種の情報に基づいて燃料噴射のオン、オフやＶＴＣ４０の位相を制御する。

次に、ＥＣＵ２５とＶＴＣ４０の内部構成例及び動作例について以下に説明する。
図２は、ＥＣＵ２５と、エンジン１００の弁機構の内部構成例を示す制御ブロック図である。エンジン制御装置（ＥＣＵ２５）は、吸気弁（吸気弁９）の位相を変更可能な可変バルブタイミング制御機構（ＶＴＣ４０）を備えたエンジン（エンジン１００）を制御する。ＥＣＵ２５は、本実施の形態に係るエンジン制御方法を実行して、ＶＴＣ４０を備えたエンジン１００を制御する。

ＥＣＵ２５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３１、ＲＯＭ（Read Only Memory）３２を備える。
ＥＣＵ２５には、点火コイル１５の電圧センサ（不図示）が検出した１次電圧、点火コイル１５の電流センサ（不図示）が検出した２次電流、アクセル開度センサ１１３（図１を参照）が検出したアクセル踏込情報（アクセル開度）、クランク角センサ１１０が検出した角度情報（クランク角度）及びエンジン１００の回転数、スロットル弁２７からのスロットル弁開度、バッテリ電圧センサ１１２（図１を参照）が検出したバッテリ電圧（バッテリ容量）等の入力信号等が入力される。

ＥＣＵ２５に入力された各センサの入力情報は、ＲＡＭ３１に一時保管され、ＣＰＵ３０で、所定の制御プログラムに従って演算処理される。ＲＡＭ３１には、ＣＰＵ３０の演算処理の途中で発生した変数やパラメーター等が一時的に書き込まれ、これらの変数やパラメーター等がＣＰＵ３０によって適宜読み出される。ただし、ＣＰＵ３０に代えてＭＰＵ（Micro Processing Unit）が用いられてもよい。

ＲＯＭ３２は、ＣＰＵ３０が動作するために必要なプログラムやデータ等を永続的に記録しており、ＥＣＵ２５によって実行されるプログラムを格納したコンピューター読取可能な非一過性の記録媒体の一例として用いられる。ＣＰＵ３０で行われる演算処理の内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ３２に予め書き込まれており、ＣＰＵ３０により適宜読み出されて実行される。また、位相変更情報記憶部（ＲＯＭ３２）は、エンジン（エンジン１００）の状態変化の前における排気弁（排気弁１０）の位相の基準位置と、エンジン（エンジン１００）の状態変化の後における排気弁（排気弁１０）の位相の目標位置とを排気弁（排気弁１０）の位相変更情報として記憶する。また、位相変更情報記憶部（ＲＯＭ３２）は、エンジン（エンジン１００）の状態変化の前における吸気弁（吸気弁９）の位相の基準位置と、エンジン（エンジン１００）の状態変化の後における吸気弁（吸気弁９）の位相の目標位置とを吸気弁（吸気弁９）の位相変更情報として記憶する。ただし、ＥＣＵ２５に不揮発性ストレージを設け、ネットワークを通じて更新される位相変更情報が不揮発性ストレージに記憶される構成としてもよい。

ＣＰＵ３０で実行される制御プログラムにより、図中に示す状態判定部３００、排気弁位相変更部３０３、吸気弁位相変更部３０２及びモータ制御部３０４の各機能が実現される。
本実施の形態に係るＥＣＵ２５は、例えば、不図示のＶＣＵ（Vehicle Control Unit）からＥＣＵ２５に対して、エンジン１００の停止が指示されると、エンジン１００に供給する燃料をカットする制御を行う。燃料のカットの開始は、車両（ハイブリッド自動車）の駆動に用いられるバッテリ（バッテリ１１１）の充電容量が規定値以上になった場合に、エンジン（エンジン１００）の停止に先立って行われる。

また、ＥＣＵ２５は、エンジン１００が停止し、燃料カットされている状態で、ドライバがアクセルを踏み込んだ場合には、エンジン１００を再始動する。そこで、状態判定部（状態判定部３００）は、エンジン（エンジン１００）の状態変化を判定し、判定結果を出力する。エンジン（エンジン１００）の状態変化は、エンジン（エンジン１００）の停止に伴い、エンジン（エンジン１００）に供給される燃料がカットされたことを含む。また、エンジン（エンジン１００）の状態変化は、燃料のカットが継続した状態からエンジン（エンジン１００）が再始動したことを含む。

可変バルブ制御装置（可変バルブ制御装置３０１）は、エンジン（エンジン１００）の排気管（排気管８）に設けられた排気弁（排気弁１０）、及び吸気管（吸気管７）に設けられた吸気弁（吸気弁９）の位相を変更可能な可変バルブタイミング制御機構（ＶＴＣ４０）を制御する。この可変バルブ制御装置３０１は、吸気弁位相変更部３０２及び排気弁位相変更部３０３を備える。可変バルブ制御装置３０１は、例えば、バッテリ容量に基づいて、ＥＣＵ２５がエンジン１００を停止するため燃料カットを開始したこと、エンジン１００を再始動すること等のエンジン１００の状態変化に応じて、吸気弁９及び排気弁１０の少なくともいずれか１つの位相を変更し、弁の開閉時期を変更する。

吸気弁位相変更部（吸気弁位相変更部３０２）は、エンジン（エンジン１００）の状態変化に基づいて、可変バルブタイミング制御機構（ＶＴＣ４０の吸気弁位相可変機構４１）を通じて吸気弁（吸気弁９）の位相を変更するための指示を出力する。ここで、吸気弁位相変更部（吸気弁位相変更部３０２）は、エンジン（エンジン１００）の状態変化の前における吸気弁（吸気弁９）の位相の基準位置と、エンジン（エンジン１００）の状態変化の後における吸気弁（吸気弁９）の位相の目標位置とが設定される位相変更情報、及びエンジン（エンジン１００）の状態変化に基づいて、吸気弁（吸気弁９）の位相を変更するための指示を出力するとよい。そこで、吸気弁位相変更部（吸気弁位相変更部３０２）は、位相変更情報記憶部（ＲＯＭ３２）から読み出した位相変更情報、及び状態判定部（状態判定部３００）が判定したエンジン（エンジン１００）の状態変化を参照する。なお、吸気弁位相変更部３０２が吸気弁９の位相を変更する制御については、第２の実施の形態にて後述する。

排気弁位相変更部（排気弁位相変更部３０３）は、エンジン（エンジン１００）の状態変化に基づいて、可変バルブタイミング制御機構（ＶＴＣ４０の排気弁位相可変機構４２）を通じて排気弁（排気弁１０）の位相を変更するための指示を出力する。ここで、排気弁位相変更部（排気弁位相変更部３０３）は、エンジン（エンジン１００）の状態変化の前における排気弁（排気弁１０）の位相の基準位置と、エンジン（エンジン１００）の状態変化の後における排気弁（排気弁１０）の位相の目標位置とが設定される排気弁（排気弁１０）の位相変更情報、及びエンジン（エンジン１００）の状態変化に基づいて、排気弁（排気弁１０）の位相を変更するための指示を出力するとよい。そこで、排気弁位相変更部（排気弁位相変更部３０３）は、位相変更情報記憶部（ＲＯＭ３２）から読み出した位相変更情報、及び状態判定部（状態判定部３００）が判定したエンジン（エンジン１００）の状態変化を参照する。

そして、排気弁位相変更部（排気弁位相変更部３０３）は、エンジン制御装置（ＥＣＵ２５）の制御によりエンジン（エンジン１００）に供給される燃料がカットされてからエンジン（エンジン１００）が停止するまでの間に、排気弁（排気弁１０）の中心位相（中心位相４０１）を、膨張行程の下死点よりも進角側である第１角度（第１角度４０５）（図５を参照）まで進角する。この指示は、ＶＴＣ４０の排気弁位相可変機構４２に出力される。

このＶＴＣ４０は、吸気弁位相可変機構４１及び排気弁位相可変機構４２を有する。
吸気弁位相可変機構４１は、吸気弁位相変更部３０２の指示に基づいて、吸気弁９の吸気弁位相を可変制御することで、吸気弁９を所定の時期に開閉する。この吸気弁位相可変機構４１は、吸気弁位相変更部３０２の指示に基づいて、吸気カム１１を駆動することで、吸気弁９の位相を進角又は遅角に変更することが可能である。以下の説明では、吸気弁位相変更部３０２が、吸気弁９の位相を進角又は遅角に変更するとして説明する。

排気弁位相可変機構４２は、排気弁位相変更部３０３の指示に基づいて、排気弁１０の排気弁位相を可変制御することで、排気弁１０を所定の時期に開閉する。この排気弁位相可変機構４２は、排気弁位相変更部３０３の指示に基づいて、排気カム１２を駆動することで、排気弁１０の位相を進角又は遅角に変更することが可能である。以下の説明では、排気弁位相変更部３０３が、排気弁１０の位相を進角又は遅角に変更するとして説明する。

また、ＣＰＵ３０が備えるモータ制御部３０４は、トラクションモータ５０の動作を制御する。

＜吸気弁及び排気弁の位相とリフト量の関係＞
次に、排気弁１０の位相を変える時期（バルブ開閉時期）と、変更された排気弁１０の位相について図３～図７を参照して説明する。なお、図３、図５及び図７の横軸には、膨張行程、排気行程、吸気行程、圧縮行程の順に行程が変化する様子が示され、縦軸には、吸気弁９及び排気弁１０のリフト量が示される。

図３は、エンジン発電運転時における吸気弁９と排気弁１０のプロファイルの例を示す図である。図中に示す、吸気弁９、排気弁１０の各プロファイルは、吸気弁９、排気弁１０の開閉時期、位相の変化、及びリフト量を表す。

図３では、吸気弁９の位相の変化を吸気弁プロファイル９ａで表し、排気弁１０の位相の変化を排気弁プロファイル１０ａで表す。例えば、吸気弁９のリフト量は１１ｍｍ、作用角は１９０ｄｅｇで設定される。また、例えば、排気弁１０のリフト量は１０ｍｍ、作用角は２００ｄｅｇで設定されている。また、吸気弁９の閉弁時期は下死点（ＢＤＣ：Bottom Dead Center）近傍、排気弁１０の閉弁時期は上死点（ＴＤＣ：Top Dead Center）近傍に設定されている。図３に示すように、エンジン１００が駆動している時は、排気行程で排気弁プロファイル１０ａが変化し、吸気行程で吸気弁プロファイル９ａが変化する。吸気弁プロファイル９ａと排気弁プロファイル１０ａは、ほぼ重なっていない。吸気弁プロファイル９ａで表される吸気弁９の位相の位置、及び排気弁プロファイル１０ａで表される排気弁１０の位相の位置を「基準位置」と呼ぶ。

例えば、ハイブリッド自動車が走行中の条件で、エンジン１００は暖気後、バッテリ容量が下限値以下のため、発電点でエンジン１００が動作中であるとする。この時、図３に示す吸気弁プロファイル９ａ及び排気弁プロファイル１０ａに従ってエンジン１００が運転している。つまり、吸気弁位相変更部３０２は、吸気弁プロファイル９ａに従って吸気弁９が動作するように位相を制御する。また、排気弁位相変更部３０３は、排気弁プロファイル１０ａに従って排気弁１０が動作するように位相を制御している。この状態では、吸気行程で燃焼室に吸入された空気の新気量に対し、燃料の空燃比が“１４．５”となるように調整された燃料がインジェクタ１３から噴射される。

燃料噴射時期は、例えば、吸気行程の６０ｄｅｇＡＴＤＣとなっており、吸気行程から圧縮行程の期間を経て燃焼室内に均一な混合気が形成される。混合気は、圧縮行程後期の燃費最良点火時期で点火され、燃焼圧がピストン３を押すことでクランク軸５が回転される。クランク軸５が回転することで、クランク軸５に連結された不図示のモータジェネレータも回転されて発電し、バッテリ１１１に電力が充電される。

信号や渋滞等によってハイブリッド自動車が停止し、バッテリ容量が上限値以上になると充電を停止し、ＥＣＵ２５の制御により、エンジン１００は停止処理を開始する。この際、エンジントルクが不要なため、ＥＣＵ２５は、エンジン１００に供給する燃料をカットする。この時、ＥＣＵ２５は、インジェクタ１３への燃料噴射信号をオフとする制御を行うと共に、燃焼室への燃料供給を停止する。このため、インジェクタ１３から燃焼室への燃料噴射が停止される。

図４は、吸気弁９と排気弁１０を一般的なプロファイルで動作させた場合におけるエンジン回転数と、テールパイプで検出されるＮＯｘの量との関係を時系列で表したグラフである。

バッテリ１１１の充電量が閾値を超えると、ＥＣＵ２５の制御により、タイミングｔ２１でエンジン回転数が減少に転じる。ここで、タイミングｔ２１からエンジン停止するタイミングｔ２３との間に、燃料カットのタイミングｔ２２が設けられている。さらに、ハイブリッド自動車ではエンジン１００の負圧を用いてハイブリッド自動車のブレーキの圧力を確保している場合がある。例えば、シリーズハイブリッド方式やパラレル方式のハイブリッド自動車では、エンジン１００の停止区間が長いと、ブレーキの負圧を生成するために、トラクションモータ５０によってエンジン１００を空転させるモータリング５２を行う場合がある。

また、ハイブリッド自動車は、バッテリ１１１から供給される電力により走行する状態が長くなると、バッテリ容量が減少する。バッテリ容量が減少すると、バッテリ１１１を充電する必要がある。そこで、ＥＣＵ２５は、タイミングｔ２４において、エンジン１００の回転数を増加する制御を行う。ただし、ＥＣＵ２５は、タイミングｔ２４で開始されるモータリング区間５３において、燃料噴射を行わず、トラクションモータ５０でエンジン回転数を所定値５６まで上昇させる制御を行う。

そして、ＥＣＵ２５は、区間５１の範囲で燃料噴射を行わないように制御する。このため、図３に示す吸気弁プロファイル９ａと、排気弁プロファイル１０ａとに従ってエンジン１００を動かすと、エンジン１００を停止する区間、モータリングする区間、エンジン１００を始動する区間において、三元触媒２２に新気が供給され、三元触媒２２内が酸素過剰の状態となる。三元触媒２２においては、空気と燃料の割合であるＡ／Ｆが１４．７のストイキの状態から酸素が過剰な状態になると、理論空燃比（ストイキオメトリー）と比べてＮＯｘの浄化効率が低下する。この結果、エンジン１００の再始動のタイミングでＮＯｘの排出量５４が増えてしまう。

ここで、図５を参照して、第１の実施の形態に係る可変バルブ制御装置３０１の動作の詳細について説明する。第１の実施の形態に係る可変バルブ制御装置３０１は、排気弁位相変更部３０３を有することにより、排気弁位相可変機構４２を通じて排気カム１２の動作を制御して、排気弁１０の位相角を変更する。

図５は、第１の実施の形態に係るエンジン１００の燃料カット運転への移行時における吸気弁９と排気弁１０のプロファイルの例を示す図である。図５の上側に示すプロファイルの横軸及び縦軸は、図３に示したプロファイルの横軸及び縦軸と同じである。また、図５の下側には、図５の上側に示すプロファイルで規定される吸気弁９、排気弁１０の動作の様子がタイミング（１）～（４）ごとに示される。図５の下側に示す吸気管７と排気管８、燃焼室の模式図のうち、左側の管を吸気管７、右側の管を排気管８とする。また、タイミング（１）～（４）において、縦縞の領域が吸気管７の新気を表し、横縞の領域が排気管８の新気又は排気ガスを表す。図中の矢印は、新気の移動方向を表す。

図４に示したように、排気弁位相可変機構４２は、エンジン１００の燃料カットのタイミングｔ２２から当該エンジン１００が停止するタイミングｔ２３までの間に、排気弁１０の中心位相４０１を、図５に示す膨張行程の下死点（ＢＤＣ）４０２よりも進角側である第１角度４０５まで進角させる。このとき、排気弁１０は、排気弁プロファイル１０ａから変化した排気弁プロファイル１０ｂに従って動作する。排気弁プロファイル１０ｂで表される排気弁１０の位相の位置を「目標位置」と呼ぶ。この結果、可変バルブ制御装置３０１は、排気管８から新気を筒内に逆流させ、燃料カット時に三元触媒２２へ供給される新気を抑制し、エンジン１００の再始動時のＮＯｘの排出量を抑制できる。

ここで、各行程における吸気弁９及び排気弁１０の動作について説明する。排気弁１０は、排気弁プロファイル１０ｂに従って開閉時期が制御されている。
膨張行程では、排気弁１０が閉弁している区間４０３において、ピストン３が下降し始める。そして、区間４０３の後、排気弁１０が開弁し始める。膨張行程のタイミング（１）では、排気管８内が大気圧となり、燃焼室内（筒内）は負圧となっており、排気弁１０のみが開弁されている。このため、排気管８と筒との圧力差により、前のサイクルで排気管８に排出されていた排気ガスを含む新気が筒内に逆流する。そして、排気管８の前のサイクルで排出された排気ガスを含む新気が筒内に充満する。膨張行程では、筒内の圧力が大気圧まで回復し、筒内の圧力と、排気管８の圧力とで差圧がなくなる。

膨張行程ＢＤＣの後、排気行程のタイミング（２）では、ピストン３が上昇する。また、排気行程では、排気弁１０だけが開弁した状態であり、吸気弁９が閉弁された状態である。このため、吸気管７から筒内に新気は吸入されず、筒内の新気または排気ガスが再び排気管８に排出される。そして、排気弁１０が吸気行程の上死点（ＴＤＣ）よりも進角側で閉弁する。このため、排気管８から排気ガスが筒内に流入する場合にはＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気ガス再循環）率が増加する。ただし、排気管８の新気が多い場合は筒内に新気が閉じ込められるので、ＥＧＲ率は増加しない。

ここで、ＥＧＲ率は、以下の数式（１）で定義される値であり、吸入空気量に対する排ガスの比率を表す。
ＥＧＲ率［％］＝（Ｆ０－ＦＡ）／Ｆ０×１００…（１）
Ｆ０［ｌ／ｍｉｎ］は、ＥＧＲを導入する前の吸入空気量
ＦＡ［ｌ／ｍｉｎ］は、ＥＧＲを導入した際の吸入空気量

排気行程の途中で排気弁１０が閉弁すると、ピストン３が上昇する区間４０４において、ピストン３の上昇により筒内の空気が圧縮されるため、筒内の圧力は高くなる。排気行程ＴＤＣの後、吸気行程のタイミング（３）では、ピストン３が下降を開始する。吸気弁プロファイル９ａに示すように、ピストン３の下降に伴い、吸気弁９が開弁される。ここで、筒内の圧力よりも吸気管７の圧力が低いため、筒内と吸気管７の圧力差によって、筒内の排気ガスが吸気管７に逆流する。

吸気行程の後半であるタイミング（４）では、排気弁１０が閉弁した状態でピストン３がさらに下降する。このため、排気弁１０が閉弁した区間において、筒内に存在した空気が膨張され筒内に負圧が形成される。ピストン３が下降すると、吸気管７から排気ガスと新気が筒内に流入する。吸気行程ＢＤＣの後、吸気弁９が閉弁する。

次に、圧縮行程では、ピストン３が上昇し、筒内容積が小さくなる。しかし、吸気弁９と排気弁１０は共に閉弁しているため、筒内の空気は滞留する。次に、膨張行程でピストン３が下降すると、吸気管７から吸入される新気が無いので、筒内の空気が再度膨張して負圧が形成される。

排気弁１０が開弁している区間４０３において、筒内の圧力が負圧であるため、ピストン３の下降と共に、排気弁１０が開弁した瞬間に排気管８の排気ガスまたは新気が筒内に多く流入する。このため、エンジン１００が回転するほど排気ガス若しくは新気又はその両方が筒内に流入する。その後、吸気弁９が開弁すると、筒内に流入した排気ガス、新気またはその両方の一部が吸気管７に排出される。

次に、可変バルブ制御装置３０１を用いて排気弁１０の開閉時期を変更した場合における、燃料カット後のエンジン回転数と、三元触媒２２へ供給される新気の新気量の積算値との関係について、図６を参照して説明する。

図６は、燃料カット後からエンジン１００が停止するまでに三元触媒２２に供給される新気の新気量の積算値の例を示す図である。図６の横軸は燃料カット後にエンジン１００が停止するまでのエンジン回転数［ｔｉｍｅ］を表し、縦軸は三元触媒２２に供給される新気の新気量の積算値［ｍｇ］を表す。図中の点線５０１は、図３に示した排気弁プロファイル１０ａで排気弁１０の位相が変化した場合における新気量の積算値を示す。また、一点鎖線５０２は、図５に示した排気弁プロファイル１０ｂで排気弁１０の位相が変化した場合における新気量の積算値を示す。また、実線５０３は、後述する図８に示す排気弁閉弁時期で排気弁１０の位相が変化した場合における新気量の積算値を示す。

始めに、図３に示した吸気弁プロファイル９ａと、排気弁プロファイル１０ａとに従ってエンジン回転の停止動作が行われた場合における新気量の積算値について、点線５０１を参照しながら説明する。
このプロファイルでは、吸気行程にて吸気管７から新気が筒内に流入し、排気行程にて筒内の新気が排気管８に排出される。このため、点線５０１に示すように、燃料カット後のエンジン回転数に応じて三元触媒２２へ供給される新気の新気量が増加してしまう。

次に、第１の実施の形態に係るプロファイルに従った制御により、図４に示した燃料カットのタイミングｔ２２の後に、排気弁１０の中心位相４０１を進角側に移動する場合（排気弁プロファイル１０ｂ）について説明する。

図６に示すタイミング５０４は、図５に示す排気弁プロファイル１０ｂの中心位相４０１が、膨張行程の下死点近傍に進角したことを表す。燃料カット後、タイミング５０４までの間は、筒内及び排気管８内の新気が三元触媒２２に供給される。しかし、中心位相４０１が膨張行程の下死点４０２よりも進角側に変化すると、吸気管７から筒内に流入する新気量よりも排気管８から新気または排気ガスまたはその両方か筒内に逆流する量の方が多くなる。このとき、図６に一点鎖線５０２に沿った範囲５０５で示すように、三元触媒２２へ供給される新気の積算値が減少に転じる。この結果、エンジン１００が停止する時点で三元触媒２２に供給される新気の新気量が、点線５０１に示した従来の制御により三元触媒２２に供給される新気の新気量に比べて減少する。

以上説明した第１の実施の形態に係る可変バルブ制御装置３０１では、排気弁プロファイル１０ａの中心位相４０１を、膨張行程の下死点４０２よりも進角側である第１角度４０５まで進角する。この結果、三元触媒２２へ供給される新気が抑制され、三元触媒２２に貯留される新気を著しく減少することができるため、エンジン１００の再始動時における三元触媒２２の酸素過剰を低減できる。また、三元触媒２２には新気が貯留されていないため、エンジン１００の再始動時のＮＯｘ排出量を抑制できる。また、三元触媒２２への新気供給を低減することで、エンリッチ制御を抑制できるため、例えば、ＨＣとＰＮを抑制でき、無駄な燃料の噴射を抑制することで燃費も改善できる。

＜スロットル弁の開度を絞る制御＞
次に、本発明の第１の実施の形態に係る排気弁１０の動作制御に関する様々な変形例について説明する。
始めに、ＥＣＵ２５が燃料カットの前又は後にスロットル弁２７の開度を絞る制御を行う例について説明する。ここで、燃料カットの前又は後とは、例えば、図４に示したタイミングｔ２１～ｔ２３の間とする。

第１の実施の形態に係るエンジン制御装置（ＥＣＵ２５）は、燃料をカットする前又は後に、吸気弁（吸気弁９）が設けられた吸気管（吸気管７）の上流に設けられるスロットル弁（スロットル弁２７）の開度を絞る制御を行う。例えば、ＥＣＵ２５は、図４に示したエンジン回転数が減少するタイミングｔ２１以降で、スロットル弁２７の開度を絞ることで、新気の流路である吸気管７の流路の開口面積が小さくなるように制御する。ＥＣＵ２５がスロットル弁２７の開度を絞る制御を行うことによって、吸気管７から筒内に流入する新気が減少する。吸気管７内の圧力および筒内の圧力が、大気圧（排気管）よりも低くなり、排気管８と筒内の圧力差が大きくなる。このため、筒内から吸気管７に逆流し、かつ排気管８から筒内に逆流する排気ガスおよび新気またはその両方の量を増加することができ、三元触媒２２に供給される新気が減少する。この結果、排気弁プロファイル１０ａを進角することによる三元触媒２２への新気の低減効果と合わせ、三元触媒２２へ供給される新気の積算値をさらに抑制することができる。そして、ＥＣＵ２５は、エンジン１００の再始動の直前までスロットル弁２７の開度を絞った状態で維持する。このため、エンジン１００の再始動時におけるＮＯｘ排出量の低減効果が高まる。

なお、ＥＣＵ２５がスロットル弁２７の開度を絞るタイミングを、タイミングＴ２２に示す燃料カットの前とすれば、筒内及び排気管８に供給される新気の減少量を多くすることができる。ただし、ＥＣＵ２５がスロットル弁２７の開度を絞るタイミングが燃料カットの後であっても、筒内及び排気管８に供給される新気を減少させることは可能である。

＜排気弁の中心位相を膨張行程の中心位置とする制御＞
次に、可変バルブ制御装置３０１が排気弁１０の中心位相４０１を膨張行程の中心位置とする制御を行う例について説明する。

図７は、第１の実施の形態の変形例に係る吸気弁９と排気弁１０のプロファイルの一例とエンジン１００の模式図の例を示す。図７では、排気弁１０の中心位相４０１を膨張行程の略中心位置である第２角度７０１まで進角する制御が行われる様子が示される。図７の上側にプロファイルの例を示し、図７の下側に吸気弁９、排気弁１０の動作の様子を示す。なお、図中に示す排気弁プロファイル１０ｄの詳細については後述する。

本発明の第１の実施の形態の変形例に係る可変バルブ制御装置３０１は、図４に示した燃料カットのタイミングｔ２２の後からエンジン１００の回転が停止するタイミングｔ２３までの間に、排気弁１０の中心位相４０１を進角する制御を行う。具体的には、排気弁位相変更部（排気弁位相変更部３０３）は、エンジン制御装置（ＥＣＵ２５）がエンジン（エンジン１００）に供給する燃料をカットしてからエンジン（エンジン１００）を停止するまでの間に、排気弁（排気弁１０）の中心位相（中心位相４０１）を、膨張行程の略中心位置である第２角度（第２角度７０１）まで進角する。この結果、排気弁プロファイル１０ａの中心位相３０１が、膨張行程の中心位置に中心位相がある排気弁プロファイル１０ｃの中心位相に重なる。排気弁プロファイル１０ｃで表される排気弁１０の位相の位置についても「目標位置」と呼ぶ。

ここで、吸気弁プロファイル９ａ及び排気弁プロファイル１０ｃに従って開閉時期が制御される吸気弁９、排気弁１０の動作の様子について、図７の下側に示す模式図を参照して説明する。

まず、タイミング（１）に示すように排気弁プロファイル１０ｃに従って、圧縮行程ＴＤＣの後に排気弁１０が開弁し始める。この時、排気管８よりも筒内の圧力の方が高いため、筒内の新気若しくは排気ガス又はその両方が排気管８に排出される。

膨張行程にてピストン３が下降すると、筒内の圧力は、排気管８内の圧力よりも低くなる。このため、タイミング（２）に示すように排気管８から排気ガス若しくは新気又はその両方が筒内に流入する。膨張行程ＢＤＣの後、排気弁１０が閉弁する。排気行程では、吸気弁９及び排気弁１０が閉弁した状態でピストン３が上昇するため、筒内の圧力が高くなる。

吸気行程では、吸気弁９が開弁する。この時、吸気管７内の圧力は、筒内の圧力よりも低い。このため、タイミング（３）に示すように筒内の排気ガス若しくは新気又はその両方が吸気管７に逆流する。吸気行程の後半でピストン３がさらに下降することによって、吸気管７内の圧力が筒内よりも高くなる。このため、タイミング（４）に示すように吸気管７の排気ガス若しくは新気又はその両方が筒内に再流入する。

以上説明したように可変バルブ制御装置３０１（排気弁位相変更部３０３）は、図７の吸気弁プロファイル９ａ、排気弁プロファイル１０ｃに従って吸気弁９及び排気弁１０の開閉時期を制御する。この制御により、膨張行程で排気弁１０が開弁している区間が、図５に示した排気弁１０が開弁している区間よりも広くなる。また、排気行程で排気弁１０が閉弁している区間が、図５に示した排気弁１０が閉弁している区間よりも広くなる。この結果、排気管８から排気ガスが筒内に逆流しやすくなり、空気の逆流量が増加する。

このため、図６の実線５０３に示すように三元触媒２２に供給される空気量の積算値は、図５に示したプロファイルの結果を表す一点鎖線５０２で示す空気量の積算値に比べて小さくなる。この結果、可変バルブ制御装置３０１は、燃料カット時に三元触媒２２へ供給される空気量を抑制し、エンジン１００の再始動時におけるＮＯｘの排出量を抑制する効果を高めることができる。

＜排気弁１０の中心位相を膨張行程中心位置で維持する制御＞
次に、可変バルブ制御装置３０１が排気弁１０の中心位相４０１を膨張行程の中心位置で維持する制御を行う例について説明する。排気弁位相変更部（排気弁位相変更部３０３）は、排気弁（排気弁１０）の中心位相（中心位相４０１）が第２角度（第２角度７０１）に到達した後、エンジン（エンジン１００）の回転が停止するまで、又はエンジン（エンジン１００）の回転が停止した後、エンジン（エンジン１００）が再始動して、エンジン（エンジン１００）の回転数が所定値５６（図４を参照）に上昇するまでの間、第２角度（第２角度７０１）を維持する。エンジン（エンジン１００）の回転数が所定値５６に上昇するまでとは、エンジン１００の回転が停止してから次の燃料噴射が開始される前までと読み替えてもよい。

図８は、エンジン１００の回転が停止してから次の燃料噴射が開始される前までの間、排気弁１０の中心位相４０１を第２角度７０１で維持する場合における排気弁１０の閉弁時期の例を示す図である。図８には、エンジン回転数［ｒｐｍ］と、排気弁閉弁時期［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］との関係を時系列で表したグラフが示される。図８において図４と同じ部分には同じ符号を用いて説明する。

可変バルブ制御装置３０１は、エンジン１００が停止するまで排気弁１０の中心位相４０１を第２角度７０１で維持するように制御する。このため、図７の下側に示したように、可変バルブ制御装置３０１は、排気管８から逆流する排気ガス若しくは新気又はその両方の量を増加でき、三元触媒２２へ供給される新気の新気量を低減できる。このような排気弁１０の位相制御によって、排気管８から筒内に逆流する空気の量を最大化することができるという効果がある。

また、可変バルブ制御装置３０１は、区間５１の範囲でブレーキ負圧を生成するためにモータリング５２が行われる際にも、排気弁１０の中心位相４０１が第２角度７０１を維持するように制御する。可変バルブ制御装置３０１は、このような制御においても、排気管８から逆流する排気ガス若しくは新気又はその両方の量を増加でき、三元触媒２２へ供給される空気量を低減できる。

また、燃料カットが終了し、燃料噴射が再開されるタイミングｔ２５においては、筒内に噴射された燃料を燃焼するための空気が必要となる。このため、可変バルブ制御装置３０１は、モータリング区間５３内、又はモータリング区間５３より前に、タイミング６０１に示すように排気弁１０の位相を段階的に遅角する。そして、可変バルブ制御装置３０１は、燃料噴射が開始されるタイミングｔ２５までに排気弁１０の位相が、少なくとも図７に示す排気弁プロファイル１０ｄまで遅角するように制御するとよい。排気弁プロファイル１０ｃで表される排気弁１０の位相の位置についても「目標位置」と呼ぶ。

また、可変バルブ制御装置３０１が排気弁１０を遅角する位相は、吸気弁９と排気弁１０の開閉時期を調整することで、排気管８から排気ガスを逆流させる内部ＥＧＲのＥＧＲ率で決まる。そこで、可変バルブ制御装置３０１は、内部ＥＧＲのＥＧＲ率が３０％以下となるように排気弁１０の遅角量を決めてもよい。一般にＥＧＲ率が３０％を超えると、燃料が燃焼しにくくなることが知られているためである。

そこで、エンジン制御装置（ＥＣＵ２５）は、内部ＥＧＲのＥＧＲ率を演算する。そして、排気弁位相変更部（排気弁位相変更部３０３）は、ＥＧＲ率に基づいて、排気弁（排気弁１０）の位相を遅角する量を決定する。この際、可変バルブ制御装置３０１は、図８に示す、燃料カットが終了して燃焼を噴射するタイミングｔ２５までの間に、排気弁１０の閉弁時期を排気行程の上死点に近づける制御を行う。この制御によって、燃料噴射が開始されるタイミングｔ２５において、筒内の内部ＥＧＲのＥＧＲ率が減少するので、燃焼安定性が向上する。この結果、ＥＣＵ２５は、安定したエンジン１００の再始動を行うことができ、ＮＯｘ低減と再始動性の安定性を両立できるようになる。

＜排気弁１０のＶＴＣの応答性が遅い場合の対策＞
ここで、ＶＴＣ４０が備える排気弁位相可変機構４２の応答が遅い場合について検討する。排気弁位相変更部３０３が、このような排気弁位相可変機構４２を用いて排気弁１０の位相を変更しようとしても、図８に示す燃料カットのタイミングｔ２２からエンジン１００が停止するタイミングｔ２３までの間に、排気弁１０の位相が膨張行程の略中心位置（第２角度７０１）まで移動が完了しない場合がある。

この場合、モータ制御部３０４がトラクションモータ５０の動作を制御して、トラクションモータ５０にエンジン１００を回転させる。そして、排気弁位相変更部（排気弁位相変更部３０３）は、燃料がカットされる前に、排気弁（排気弁１０）の閉弁時期を上死点よりも進角しておく。例えば、排気弁位相変更部３０３が排気弁１０の位相を第２角度７０１まで移動するように制御してもよい。この制御によって、排気弁位相変更部３０３は、排気管８から筒内への排気ガスおよび空気が流入する量が大きくなる膨張行程の略中心位置まで排気弁１０の位相を確実に移動させることができ、三元触媒２２へ供給される空気量を抑制できる。この結果、ＥＣＵ２５は、エンジン１００の再始動時におけるＮＯｘ排出量を低減できるようになる。

＜電動式の排気弁位相可変機構＞
油圧式の排気弁位相可変機構４２では、エンジン１００の回転数が低い場合や、エンジン１００を再始動する場合など、油圧が低い場合に、可変バルブ機構の位相を変化させる場合の応答性が低下したり、目標位置に制御し難くかったりする場合がある。そこで、排気弁位相変更部３０３は、電動式の排気弁位相可変機構４２を用いることで排気弁１０の位相変更の応答性を高めることができる。

例えば、排気弁位相可変機構４２が電動式であれば、排気弁位相変更部３０３は、排気弁位相可変機構４２に設けられた不図示のモータを回転させることで、排気弁１０の位相を変更可能である。電動式の排気弁位相可変機構４２が排気弁１０の位相を変更する速度は、例えば、１秒間あたり２００ｄｅｇＣＡであり、油圧式の排気弁位相可変機構４２が排気弁１０の位相を変更する速度よりも速い。

このように排気弁位相可変機構４２を電動式とすることで、排気弁位相変更部３０３は、燃料カット後の排気弁１０の位相を正確に制御することができ、排気管８から筒内に流入する排気ガス、空気量を増加させ、三元触媒２２に供給される空気量を抑制できる。また、エンジン１００の再始動時に、電動式の排気弁位相可変機構４２が素早く排気弁１０の位相を遅角することで、燃料カット終了後の燃焼を安定化させることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る可変バルブ制御装置と可変バルブ制御方法について、図１、図２、図９及び図１０を参照して説明する。第２の実施の形態と第１の実施の形態との差異は、燃料カット後に、排気弁位相変更部３０３が排気弁１０の位相を進角する制御に加えて、吸気弁位相変更部３０２が吸気弁９の位相を遅角する制御を行うことにある。

図９は、本発明の第２の実施の形態に係る吸気弁９と排気弁１０のプロファイルの一例とエンジン１００の模式図の例を示す。図９では、排気弁１０の位相が進角されて排気弁プロファイル１０ａが排気弁プロファイル１０ｂに変更されると共に、吸気弁９の位相が遅角されて吸気弁プロファイル９ａが吸気弁プロファイル９ｂに変更される様子が示される。図９の上側にプロファイルの例を示し、図９の下側に吸気弁９、排気弁１０の動作の様子を示す。

＜排気弁１０を進角させ、吸気弁９を遅角させる制御＞
第２の実施の形態に係る可変バルブ制御装置３０１が有し、吸気弁９の位相を制御可能な吸気弁位相変更部（吸気弁位相変更部３０２）は、エンジン制御装置（ＥＣＵ２５）の制御によりエンジン（エンジン１００）に供給される燃料がカットされてからエンジン（エンジン１００）が停止するまでの間に、吸気弁（吸気弁９）の開弁開始時期を吸気行程の上死点から段階的に遅角する機能を有する。この結果、可変バルブ制御装置３０１は、排気管８から新気または排気ガスまたはその両方を筒内に逆流させ、燃料カット時に三元触媒２２へ供給される空気量を抑制し、エンジン１００の再始動時のＮＯｘの排出量を抑制できるようになる。

第２の実施の形態に係る可変バルブ制御装置３０１の詳細について説明する。ここでは、吸気弁プロファイル９ｂに従って吸気弁９の開閉時期が制御され、排気弁プロファイル１０ｂに従って排気弁１０の開閉時期が制御されているものとする。吸気弁プロファイル９ｂで表される吸気弁９の位相の位置についても「目標位置」と呼ぶ。

図９に示す膨張行程で排気弁１０が閉弁している区間４０３において、ピストン３が下降することで、筒内の圧力は負圧になる。この時、排気管８よりも筒内の圧力の方が高いため、タイミング（１）に示すように排気弁１０が開弁すると、筒内と排気管８内の圧力差と、ピストン３が下降していくことにより、排気管８内の新気又は排気ガスが筒内に流入する。
排気行程のタイミング（２）では、吸気弁９が閉弁し、排気弁１０が開弁している。このため、ピストン３の上昇に伴い、筒内の排気ガスが排気管８に排出される。排気行程の後半で排気弁１０が閉弁する。

吸気行程の前半では、吸気弁９及び排気弁１０が共に閉弁された状態である。吸気行程の後半では、排気弁１０が閉弁されており、吸気弁プロファイル９ｂに従って弁位相が遅角された吸気弁９が開弁する。吸気行程でピストン３が下降すると、吸気管７内の圧力に比べて、筒内の圧力が低くなる。このため、タイミング（３）に示すように、ピストン３が下降しながら吸気弁９が開弁すると、圧力差により吸気管７から空気がわずかに流入する。
吸気行程ＢＤＣの直前から吸気弁９が開弁し始める。そして、圧縮行程においてピストン３が上昇するときにも吸気弁９が開弁している。このため、タイミング（４）に示すように、ピストン３の上昇に伴って筒内の空気、排気ガスが吸気管７に逆流する。このように可変バルブ制御装置３０１が有する吸気弁位相変更部３０２が吸気弁９の位相を遅角し、排気弁位相変更部３０３が排気弁１０の位相を進角することで、排気管８の排気ガスと新気またはその両方が吸気管７に逆流する。

以上説明した第２の実施の形態に係る可変バルブ制御装置３０１では、吸気弁位相変更部３０２が吸気弁９の位相を遅角したことで、圧縮行程にて筒内の排気ガスと新気またはその両方が吸気管７に逆流する。このため、第１の実施の形態に係る可変バルブ制御装置３０１が有する排気弁位相変更部３０３が、排気弁１０の位相のみを変化させる場合と比較して、三元触媒２２に供給される新気量をさらに低減できる。この結果、ＥＣＵ２５が燃料カットの制御を行わなかったとしても、エンジン１００の再始動時のＮＯｘ排出量を抑制できる。

＜吸気弁の開弁時期と、排気弁の閉弁時期とを変更する制御＞
次に、燃料カットからエンジン１００の再始動までの間に可変バルブ制御装置３０１が行う、吸気弁９と排気弁１０の可変バルブ制御方法について説明する。
図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る時間とエンジン回転数、排気弁１０の閉弁時期、吸気弁９の開弁時期の関係を示した図である。図１０では、第２の実施の形態に係る排気弁１０と吸気弁９の位相の時系列変化が示される。また、図１０では、３種類の吸気弁プロファイルの例を、実線、破線、一点鎖線で表す。

吸気弁９の開弁時期（１）に実線で示すプロファイル９０１は、吸気弁プロファイルの一例を表す。
上述したようにタイミングｔ２１でエンジン回転数が減少に転じると、タイミングｔ２２で燃料カットが行われる。燃料カットのタイミングｔ２２以降では、排気弁位相変更部３０３が排気弁１０の閉弁時期を進角すると共に、吸気弁位相変更部３０２が吸気弁９の開弁時期を遅角するように制御する。この結果、吸気弁９の開弁時期は上死点後１８０ｄｅｇ．ＡＴＤＣまで遅角される。ここで、吸気弁９の応答性が遅い場合、エンジン１００の回転が停止するタイミングｔ２３までに、吸気弁９の開弁時期が上死点後１８０ｄｅｇ．ＡＴＤＣまで移動できない場合がある。

しかし、可変バルブ制御装置３０１は、排気弁１０の閉弁時期を進角するだけでなく、吸気弁９の開弁時期を上死点よりも遅角する制御を併用することで、第１の実施の形態に係る排気弁１０の位相のみを変化させる制御に比べて、排気管８からの空気の逆流を増加でき、三元触媒２２への空気の供給を抑制できる。

また、吸気弁位相変更部３０２は、エンジン１００の回転が停止した後、吸気弁９が遅角した状態を維持する区間９０４を設けるとよい。そこで、吸気弁位相変更部（吸気弁位相変更部３０２）は、吸気弁（吸気弁９）の開弁時期を吸気行程の上死点から遅角した状態を、エンジン（エンジン１００）の回転が停止した後、エンジン（エンジン１００）が再始動して、エンジン（エンジン１００）の回転数が所定値（所定値５６）に上昇するまでの間、維持する。この結果、区間９０４の間に、図１０の一番上のチャートに示すようにＥＣＵ２５（モータ制御部３０４）がトラクションモータ５０を駆動してモータリング５２を行ったとしても、三元触媒２２への空気量が抑制できる。このため、エンジン１００の再始動時のＮＯｘ排出量の抑制効果をさらに高めることができる。

＜吸気弁の開弁時期（１）に示す可変バルブ制御方法＞
次に、図１０に示す吸気弁９の開弁時期（１）を参照して、可変バルブ制御装置３０１で行われる可変バルブ制御方法の他の一例について、吸気弁９のプロファイル９０３を用いて説明する。

吸気弁位相変更部３０２は、吸気弁９のプロファイル９０３に示されるように、燃料カットのタイミングｔ２２後に吸気弁９の開弁時期を、ＴＤＣ＋１８０ｄｅｇとなる吸気行程の下死点よりも進角側にある吸気弁開弁時期９０７に移動させてもよい。これによりエンジン回転数が上昇するタイミングｔ２４から吸気弁開弁時期がＴＤＣへと移動が完了するタイミングｔ２６までにかかる時間を短縮することができる。この結果、ＥＣＵ２５は、タイミングｔ２５よりも速いタイミングで燃料噴射を開始する制御を行うことが可能となる。そして、エンジン１００の再始動時に吸気弁位相変更部３０２が吸気弁９の位相を進角して、排気弁位相変更部３０３が排気弁１０の位相を遅角する過程で三元触媒２２へ供給される新気を抑制できるようになる。

＜吸気弁の開弁時期（２）に示す可変バルブ制御方法＞
次に、図１０の最下段に示す吸気弁９の開弁時期（２）を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る可変バルブ制御方法の他の一例について説明する。ここでは、最下段にある吸気弁９の開弁時期（２）に破線で表すプロファイル９０２が、吸気弁プロファイルの別の一例を表すものとする。

吸気弁位相変更部３０２は、吸気弁９のプロファイル９０２に示される吸気弁９のプロファイルでは、燃料カットのタイミングｔ２２よりも前のタイミングｔ２７にて吸気弁９の開弁開始時期をＴＤＣよりも遅角し始め、吸気弁９の位相を吸気弁開弁時期９０６まで移動させておく。このように吸気弁位相変更部（吸気弁位相変更部３０２）は、燃料がカットされる前に、吸気弁（吸気弁９）の開弁時期を吸気行程の上死点から遅角しておく。この事前動作が行われたことによって、燃料カットのタイミングｔ２２後に吸気弁９の開弁時期が移動完了（ＴＤＣ＋１８０ｄｅｇ）するまでに要する時間を、時間９０５だけ短縮できる。この結果、三元触媒２２に供給される新気の抑制効果が高められ、吸気弁位相可変機構４１の応答性を緩和できるようになる。

なお、タイミングｔ２１でエンジン回転数が減少に転じてから、タイミングｔ２３でエンジン１００が停止するまでの間に、ＥＣＵ２５（モータ制御部３０４）は、トラクションモータ５０がモータリング５５（図１０の最上段に示す破線のチャート）を開始するように制御してもよい。モータリング５５の区間を設けることで、一旦エンジン１００が停止した後、ＥＣＵ２５が改めてモータリング５２を行う場合に比べて、トラクションモータ５０がスムーズにモータリング５５を行うことができる。

＜排気管から吸気管への新気又は排気ガスの逆流量が多い場合の対策＞
以上説明した第２の実施の形態に係る可変バルブ制御装置３０１では、排気管８から排気ガス、新気またはその両方を、筒内を経て吸気管７に逆流させることができる。ただし、排気管８から吸気管７への空気の逆流量が多くなると、排気ガスに加えて新気が吸気管７に逆流してしまう。しかし、燃料カットが終了し、燃料が噴射されるタイミングｔ２５においては、筒内に燃料を燃焼するための新気が必要となる。このため、吸気弁位相変更部３０２は、タイミングｔ２５よりも前にトラクションモータ５０でエンジン１００を回転させる区間９１０で吸気弁９の位相を進角側に変化させることで、筒内に新気が流入するように制御するとよい。このような制御によって、燃料が噴射されるタイミングｔ２５において、筒内には燃焼に必要な新気が確保される。このため、三元触媒２２への供給される新気の新気量の抑制とエンジン１００の安定した再始動を両立できる。

また、第２の実施の形態に係る可変バルブ制御装置３０１は、燃料カットの前に吸気弁９の開弁時期を吸気行程の上死点より遅角してから燃料カットを行ってもよい。吸気弁位相変更部３０２は、予め吸気弁９の開弁時期を吸気行程の上死点よりも遅角することで、燃料カットが行われてから吸気弁９が遅角し、吸気弁９の移動が完了するまでにかかる時間を短縮することができる。この結果、吸気弁９の移動途中に三元触媒２２に供給される空気の空気量を抑制できる。

＜電動式の吸気弁位相可変機構＞
油圧式の吸気弁位相可変機構４１では、エンジン１００の回転数が低い場合や、エンジン１００を再始動する場合など、油圧が低い場合に、可変バルブ機構の位相を変化させる場合の応答性が低下したり、目標位置に制御し難くかったりする場合がある。そこで、吸気弁位相変更部３０２は、電動式の吸気弁位相可変機構４１を用いることで、吸気弁９の位相変更の応答性を高めることができる。

例えば、吸気弁位相可変機構４１が電動式であれば、吸気弁位相変更部３０２は、吸気弁位相可変機構４１に設けられた不図示のモータを回転させることで、吸気弁９の位相を変更可能である。電動式の吸気弁位相可変機構４１が吸気弁９の位相を変更する速度は、１秒間あたり２００ｄｅｇＣＡであり、油圧式の吸気弁位相可変機構４１が吸気弁９の位相を変更する速度よりも速い。

このように吸気弁位相可変機構４１を電動式とすることで、吸気弁位相変更部３０２は、燃料カット後の吸気弁９の位相を正確に制御することができ、排気管８から筒内に流入する排気ガス、新気量を増加させ、三元触媒２２に供給される空気量を抑制できる。また、エンジン１００の再始動時には、電動式の吸気弁位相可変機構４１が素早く吸気弁９の位相を進角することで、燃料カット終了後の燃焼を安定化させることができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態に係る可変バルブ制御装置と可変バルブ制御方法について、図１、図２及び図１１を参照して説明する。第３の実施の形態と第１の実施の形態との差異は、燃料カット後にモータ制御部３０４がトラクションモータ５０でエンジン１００を回転させる区間を設けることで、排気弁位相変更部３０３が排気弁１０の位相の遅角量を抑制する制御を行う点にある。

図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る排気弁１０と吸気弁９の位相の時系列変化の例を示す図である。図１１において図１、図８と同一の構成又は箇所には同じ符号を用いて説明する。

＜モータリングにより逆流サイクルを確保し、三元触媒２２への空気量を抑制する制御＞
第３の実施の形態に係る可変バルブ制御装置３０１は、タイミングｔ２２で燃料カット後、タイミングｔ２３でエンジン１００が停止するまでの間にモータリング区間１０１を設ける。このモータリング区間１０１は、排気弁１０の中心位相４０１が第１角度４０５（図５を参照）又は第２角度７０１（図７を参照）に到達した後、モータ制御部３０４がトラクションモータ５０を回転させることで、エンジン１００の回転を維持する区間である。

このようにエンジン制御装置（ＥＣＵ２５）は、排気弁位相変更部（排気弁位相変更部３０３）により、排気弁（排気弁１０）の中心位相（中心位相４０１）が第１角度（第１角度４０５）に到達した後、モータ（トラクションモータ５０）を駆動してエンジン（エンジン１００）を回転させるモータリング区間（モータリング区間１０１）を設ける。例えば、排気弁１０の中心位相４０１がタイミングｔ２９で第１角度４０５に到達した直後に、モータリング区間１０１が開始される。

また、図３に示した排気弁プロファイル１０ａで排気弁１０の位相が変更される場合、ＥＣＵ２５は、スロットル弁２７の上流に取り付けられたエアフローセンサによって筒内に入った新気量を検出する。そして、ＥＣＵ２５は、エアフローセンサが検出した新気量に基づいて、三元触媒２２に供給される新気の新気量を推定することができる。このため、ＥＣＵ２５は、三元触媒２２に供給される新気量を予め計算しておく。そして、ＥＣＵ２５は、予め計算した新気量に応じて、排気管８から筒内に逆流させる新気量が、燃料カットから次のエンジン１００の再始動までに三元触媒２２に供給される新気量以上となるようにモータリング区間１０１の時間を決めるとよい。

ここで、排気弁位相変更部３０３が、図１１に示す排気弁１０のプロファイルで排気弁閉弁時期を制御する例について検討する。排気弁位相変更部３０３は、燃料カットのタイミングｔ２２で排気弁１０の位相を遅角方向に動かし始める。そして、排気弁１０の開弁開始タイミングが－１８０ｄｅｇ．ＡＴＤＣに到達し、すなわち排気弁１０の中心位相４０１が膨張行程の上死点よりも進角側にくるタイミングｔ２８までの区間で三元触媒２２に新気が供給される。また、エンジン再始動時には、排気弁１０の中心位相４０１が１８０ｄｅ．ＡＴＤＣに到達した後から排気弁１０の位相の移動が完了するタイミングｔ２５までの区間１０２で三元触媒２２に新気が供給される。

そこで、ＥＣＵ２５は、上述したようにエアフローセンサが検出した新気量に基づいて、三元触媒２２に供給される新気の新気量を推定する。そして、ＥＣＵ２５は、三元触媒２２に供給される新気の推定した新気量が、排気管８から筒内に逆流させる新気量以上となるようにモータリング区間１０１の時間、及び排気弁１０の位相の進角量の目標値の少なくともいずれか１つを決めるとよい。

以上説明した第３の実施の形態に係る可変バルブ制御装置３０１では、モータリング区間１０１を設けたことにより、排気管８から排気ガスと空気を筒内に流入する量が多くなる。このため、三元触媒２２へ供給される空気量の積算値を抑制することができる。

なお、本発明は上述した各実施の形態に限られるものではなく、請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した各実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的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ない。また、ここで説明した実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

３…ピストン、７…吸気管、８…排気管、９…吸気弁、１０…排気弁、２２…三元触媒、２５…ＥＣＵ、３０…ＣＰＵ、４０…ＶＴＣ、１００…エンジン、１１１…バッテリ、３００…状態判定部、３０１…可変バルブ制御装置、３０２…吸気弁位相変更部、３００…状態判定部、３０１…可変バルブ制御装置、３０２…吸気弁位相変更部、３０３…排気弁位相変更部、３０４…モータ制御部、４０１…中心位相

Claims (7)

1. エンジンの排気管に設けられた排気弁の位相を変更可能な可変バルブタイミング制御機構を制御する可変バルブ制御装置であって、
   前記エンジンの状態変化に基づいて、前記可変バルブタイミング制御機構を通じて前記排気弁の位相を変更するための指示を出力する排気弁位相変更部を備え、
   前記排気弁位相変更部は、エンジン制御装置の制御により前記エンジンに供給される燃料がカットされてから前記エンジンが停止するまでの間に、前記排気弁の中心位相を、膨張行程の下死点よりも進角側であって、前記膨張行程の略中心位置である第２角度まで進角する
   可変バルブ制御装置。
2. 前記排気弁位相変更部は、前記排気弁の中心位相が前記第２角度に到達した後、前記エンジンの回転が停止するまで、又は前記エンジンの回転が停止した後、前記エンジンが再始動して、前記エンジンの回転数が所定値に上昇するまでの間、前記第２角度を維持する
   請求項１に記載の可変バルブ制御装置。
3. エンジンの排気管に設けられた排気弁の位相を変更可能な可変バルブタイミング制御機構を制御する可変バルブ制御装置であって、
   前記エンジンの状態変化に基づいて、前記可変バルブタイミング制御機構を通じて前記排気弁の位相を変更するための指示を出力する排気弁位相変更部を備え、
   前記排気弁位相変更部は、エンジン制御装置の制御により前記エンジンに供給される燃料がカットされてから前記エンジンが停止するまでの間に、前記排気弁の中心位相を、膨張行程の下死点よりも進角側である第１角度まで進角し、
   前記エンジン制御装置は、内部ＥＧＲのＥＧＲ率を演算し、
   前記排気弁位相変更部は、前記ＥＧＲ率に基づいて、前記排気弁の位相を遅角する量を決定する
   可変バルブ制御装置。
4. エンジンの排気管に設けられた排気弁の位相を変更可能であり、前記エンジンの吸気管に設けられた吸気弁の位相を変更可能である可変バルブタイミング制御機構を制御する可変バルブ制御装置であって、
   前記エンジンの状態変化に基づいて、前記可変バルブタイミング制御機構を通じて前記排気弁の位相を変更するための指示を出力する排気弁位相変更部と、
   前記エンジンの状態変化に基づいて、前記可変バルブタイミング制御機構を通じて前記吸気弁の位相を変更するための指示を出力する吸気弁位相変更部と、を備え、
   前記排気弁位相変更部は、エンジン制御装置の制御により前記エンジンに供給される燃料がカットされてから前記エンジンが停止するまでの間に、前記排気弁の中心位相を、膨張行程の下死点よりも進角側である第１角度まで進角し、
   前記可変バルブ制御装置は、前記エンジンの吸気管に設けられた前記吸気弁の位相を変更可能な前記可変バルブタイミング制御機構を制御し、
   前記吸気弁位相変更部は、前記エンジン制御装置の制御により前記エンジンに供給される燃料がカットされてから前記エンジンが停止するまでの間に、前記吸気弁の開弁開始時期を吸気行程の上死点から段階的に遅角する
   可変バルブ制御装置。
5. 前記吸気弁位相変更部は、前記燃料がカットされる前に、前記吸気弁の開弁時期を前記吸気行程の上死点から遅角しておく
   請求項４に記載の可変バルブ制御装置。
6. 前記吸気弁位相変更部は、前記吸気弁の開弁時期を前記吸気行程の上死点から遅角した状態を、前記エンジンの回転が停止した後、前記エンジンが再始動して、前記エンジンの回転数が所定値に上昇するまでの間、維持する
   請求項５に記載の可変バルブ制御装置。
7. エンジンの排気管に設けられた排気弁の位相を変更可能な可変バルブタイミング制御機構を制御する可変バルブ制御装置であって、
   前記エンジンの状態変化に基づいて、前記可変バルブタイミング制御機構を通じて前記排気弁の位相を変更するための指示を出力する排気弁位相変更部を備え、
   前記排気弁位相変更部は、エンジン制御装置の制御により前記エンジンに供給される燃料がカットされてから前記エンジンが停止するまでの間に、前記排気弁の中心位相を、膨張行程の下死点よりも進角側である第１角度まで進角し、
   前記エンジン制御装置は、前記燃料をカットする前又は後に、吸気弁が設けられた吸気管の上流に設けられるスロットル弁の開度を絞る
   可変バルブ制御装置。

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