JPWO2020022062A1 - 内燃機関 - Google Patents

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Abstract

この内燃機関は、吸気弁および排気弁が設けられた内燃機関本体と、内燃機関本体の始動開始時の環境温度に基づいて、内燃機関本体の回転数を所定の回転数に設定して、内燃機関本体の燃焼室に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、設定した所定の回転数により内燃機関本体を駆動させる制御を行う制御部とを備える。

Description

本発明は、内燃機関に関し、特に、最初の点火を行うまでに燃焼室内を暖機する制御を行う制御部を備える内燃機関に関する。
従来、最初の点火を行うまでに燃焼室内を暖機する制御を行う制御部を備える内燃機関が知られている。このような内燃機関は、たとえば、特開２００９−２９９５３８号公報に開示されている。
特開２００９−２９９５３８号公報には、モータリングにより最初の点火を行うまでに燃焼室内を暖機する制御を行う制御装置と、可変バルブタイミング機構とを備えるエンジンが開示されている。制御装置は、モータリングの際に、可変バルブタイミング機構により、吸気弁を閉じるタイミングを、一律に、基準タイミング（定常運転時）よりも進角側に設定するように構成されている。これにより、エンジンは、吸気弁を下死点側で早閉じして多くの吸気をシリンダ内に留めることにより、吸気を圧縮してシリンダ内の温度を高めている。なお、シリンダ内の温度が高くなると、燃料の霧化が効果的に行われるため、初爆直後の排気ガスが低減される。
特開２００９−２９９５３８号公報
しかしながら、特開２００９−２９９５３８号公報に記載のエンジンでは、モータリングの際に、吸気弁を閉じるタイミングを、一律に、基準タイミング（定常運転時）よりも進角側に設定しており、エンジンの環境温度に応じて排気ガスを低減するための適切な制御を行うことが困難であるという問題点がある。すなわち、上記特許文献１に記載のエンジンでは、可変バルブタイミング機構に対して、冷間始動などの環境温度を考慮した制御を行っていない。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、内燃機関の環境温度に応じて排気ガスを低減するための適切な制御を行うことが可能な内燃機関を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の一の局面における内燃機関は、吸気弁および排気弁が設けられた内燃機関本体と、内燃機関本体の始動開始時の環境温度に基づいて、内燃機関本体の回転数を所定の回転数に設定して、内燃機関本体の燃焼室に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、設定した所定の回転数により内燃機関本体を駆動させる制御を行う制御部とを備える。
この発明の一の局面による内燃機関では、上記のように、内燃機関本体の始動開始時の環境温度に基づいて、内燃機関本体の回転数を所定の回転数に設定して、内燃機関本体の燃焼室に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、設定した所定の回転数により内燃機関本体を駆動させる制御を行う制御部を設ける。これにより、たとえば、環境温度が低い場合（冷間始動の場合）に、内燃機関本体の回転数を特に大きく設定すると、気筒とピストンとの間の摩擦および慣性過給により、燃焼室内を効果的に暖機することが可能になるので、内燃機関の環境温度に応じて排気ガスを低減するための適切な制御を行うことができる。なお、燃焼室内を暖機すると、燃料の霧化が促進され、最初に点火した際に発生する排気ガスを低減することができる。
上記一の局面による内燃機関において、好ましくは、制御部による制御により、吸気弁の開閉タイミングを調整可能な可変動弁機構をさらに備え、制御部は、所定の回転数に基づく最も外気を導入可能な吸気弁の閉タイミングに設定するタイミング制御を行うように構成されている。
このように構成すれば、内燃機関本体の回転数に基づく慣性過給や吸気脈動などを考慮して、効果的に（最も）外気を燃焼室に導入することができる。その結果、燃焼室内の圧力を効果的に高めて燃焼室内を効果的に暖機することができるので、内燃機関の環境温度に応じて排気ガスを低減するためのより適切な制御を行うことができる。
上記タイミング制御を行う構成において、好ましくは、制御部は、燃焼室に燃料を供給して最初の点火を行う際の１サイクル目までタイミング制御を継続するとともに、２サイクル目以降では、可変動弁機構により定常運転時の吸気弁のバルブタイミングに復帰させるように構成されている。
ここで、２サイクル目以降では、ＥＧＲガスの再循環などの影響により１サイクル目よりも吸気量が増加するため、所定のバルブタイミングに設定する必要がある。そこで、上記のように構成すれば、最初の点火前の期間のうちの初期のみでタイミング制御を終える場合と比較して、タイミング制御をより長く継続することができるので、燃焼室内をより効果的に暖機することができる。その結果、内燃機関の環境温度に応じて排気ガスを低減するためのより適切な制御を行うことができる。
上記一の局面による内燃機関において、好ましくは、制御部による制御により、吸気弁の開閉タイミングを調整可能な可変動弁機構をさらに備え、燃焼室に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、制御部は、ピストンが下死点から上死点に移動する間における下死点と上死点との中間の位相よりも遅角側で、吸気弁を閉じるように構成されている。
このように構成すれば、ピストンと気筒との摩擦などにより高温化した気筒内のガスを、ピストンが下死点から上死点に向けて移動する間において、比較的長い時間にわたり吸気管側に吹き戻すことができる。すなわち、少なくとも、ピストンが下死点から上死点に向けて移動するのに要する時間の半分よりも長い時間にわたり吸気管側に高温化したガスを吹き戻すことができる。その結果、燃料の霧化を効果的に促進することができるので、未燃燃料を低減し、排気ガスを低減することができる。これによって、冷間始動時の燃料の噴射量も低減することができる。なお、排気ガスを低減することができることから、触媒に用いられる貴金属の量を減らせる可能性がある。
この場合、好ましくは、燃焼室に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、制御部は、上死点または上死点近傍で吸気弁を閉じるように構成されている。
このように構成すれば、高温化した気筒内のガスを、ピストンが下死点から上死点に向けて移動する間において、より長い時間にわたり吸気管側に吹き戻すことができる。その結果、燃料の霧化をより効果的に促進することができる。
上記一の局面による内燃機関において、好ましくは、制御部は、燃焼室内の温度を推定する推定ロジックに基づいて、燃焼室内の温度が所定の設定温度を超えたタイミングで、燃焼室に燃料を供給して最初の点火を行うように構成されている。
このように構成すれば、推定ロジックを用いることにより、制御部において、最初の点火を行うタイミングを判断する演算などが不要となるので、制御部の制御負荷を軽減することができる。
この場合、好ましくは、推定ロジックは、燃焼室内の温度と、所定の回転数による内燃機関本体の駆動継続時間との関係を示すマップを含む。
このように構成すれば、燃焼室内の温度と、所定の回転数による内燃機関本体の駆動継続時間（モータリング継続時間）との関係を示すマップにより、最初の点火を行うタイミングを、複雑な演算を行うことなく容易に決定することができる。
上記一の局面による内燃機関において、好ましくは、吸気管内の温度を測定する温度センサをさらに備え、制御部は、温度センサの温度が所定の設定温度を超えたタイミングで、燃焼室に燃料を供給して最初の点火を行うように構成されている。
このように構成すれば、温度センサにより燃焼室に燃料を供給して最初の点火を行うタイミングを精度よく判断することができる。
上記一の局面による内燃機関において、好ましくは、環境温度とは、内燃機関本体の周囲の外気温度、および、内燃機関本体の冷却水温度の少なくとも一方を含む。
このように構成すれば、内燃機関が一般的に備える内燃機関本体の周囲の外気温度を測定する温度センサ、または、内燃機関本体の冷却水温度を測定する温度センサを用いて、最初の点火を行うまでに燃焼室内を暖機する制御を行うことができる。
上記一の局面による内燃機関において、好ましくは、ピストンを駆動させるハイブリッド駆動用モータをさらに備え、制御部は、内燃機関本体の始動開始時の環境温度に基づいて、内燃機関本体の回転数を所定の回転数に設定して、燃焼室に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、ハイブリッド駆動用モータによって、設定した所定の回転数により内燃機関本体を駆動させる制御を行うように構成されている。
このように構成すれば、ハイブリッド駆動用モータを用いて、モータリングを行うことによって、内燃機関の環境温度に応じて排気ガスを低減するための適切な制御を行うことができる。
第１（第２）実施形態による車両の構成を概略的に示した図である。 第１実施形態によるエンジン、可変動弁機構およびＥＣＵの構成を示した図である。 第１実施形態による環境温度とモータリング回転数との関係を示した図である。 第１実施形態によるモータリング回転数とＩＶＣとの関係を示した図である。 （ａ）〜（ｃ）は、互いに異なるモータリング回転数におけるバルブタイミングを示した図である。 第１実施形態によるモータリング継続時間と環境温度との関係（マップ）を示した図である。 第２実施形態によるエンジン、可変動弁機構およびＥＣＵの構成を示した図である。 第２実施による超遅閉制御時におけるバルブタイミングを示した図である。 第２実施によるエンジンのＥＣＵによるエンジン始動時の制御処理を示したフローチャートである。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１〜図６を参照して、第１実施形態によるエンジン１（内燃機関の一例）の構成について説明する。
図１に示すように、第１実施形態のエンジン１は、ハイブリット車１０に組み込まれている。
エンジン１は、エンジン本体２（内燃機関本体の一例）と、可変動弁機構３（図２参照）と、エンジン本体２の上流側に接続される吸気管４ａ（図２参照）と、エンジン本体２の下流側に接続される排気管４ｂと、モータリングに使用される電気モータ５（ハイブリッド駆動用モータの一例）と、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６（制御部の一例）とを備えている。
図２に示すように、エンジン本体２は、シリンダブロック２１と、シリンダブロック２１の上部に取り付けられるシリンダヘッド２２とを含んでいる。シリンダブロック２１は、燃焼室２３が内側に設けられた気筒２４を有している。エンジン本体２内には、クランクシャフト（図示せず）が設けられている。また、エンジン本体２には、吸気弁２６ａおよび排気弁２６ｂが設けられている。エンジン１は、クランクシャフトの動力によりカムシャフト２５ａおよび２５ｂを回転させることによって、吸気弁２６ａおよび排気弁２６ｂをそれぞれ所定のバルブタイミングにより開閉する。
シリンダブロック２１には、エンジン１を冷却する冷却水Ｗを流通させるためのウォータージャケット２７が設けられている。ウォータージャケット２７は、燃焼室２３に隣接して配置されている。モータリングの際に、エンジン１（燃焼室２３、気筒２４）は、ピストンＰと気筒２４との間における摩擦や、気筒２４内（燃焼室２３内）での空気の圧縮により、温度上昇する。このため、モータリングの際に、冷却水Ｗも、温度上昇したエンジン１から熱を奪うことにより、温度上昇する。
可変動弁機構３は、燃焼室２３の吸気弁２６ａおよび排気弁２６ｂの開閉タイミングを調整可能に構成されている。詳細には、また、可変動弁機構３は、吸気弁２６ａおよび排気弁２６ｂの開閉のタイミングをずらすために、カムシャフト２５ａおよび２５ｂの回転をそれぞれ独立して遅角方向または進角方向にずらすように構成されている。可変動弁機構３は、タイミングチェーン（図示せず）に設置されており、吸気弁２６ａ（排気弁２６ｂ）の開閉タイミングを、カムの位相およびリフト量のプロフィールを維持しながら連続的に変更するように構成されている。したがって、吸気弁２６ａ（排気弁２６ｂ）の開弁期間の角度幅は変わることがない。また、可変動弁機構３は、エンジン始動前でも稼働可能な電動式の機構である。
すなわち、可変動弁機構３は、吸気弁２６ａの開くタイミング（以下、ＩＶＯ（Ｉｎｔａｋｅ Ｖａｌｖｅ Ｏｐｅｎ））および閉じるタイミング（以下、ＩＶＣ（Ｉｎｔａｋｅ Ｖａｌｖｅ Ｃｌｏｓｅ））を、共に早めるか、または、共に遅らせるように構成されている。
また、可変動弁機構３は、排気弁２６ｂの開くタイミング（以下、ＥＶＯ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｖａｌｖｅ Ｏｐｅｎ））および閉じるタイミング（以下、ＥＶＣ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｖａｌｖｅ Ｃｌｏｓｅ））を、共に早めるか、または、共に遅らせるように構成されている。なお、可変動弁機構３は、ＥＣＵ６による制御の下、駆動されるように構成されている。
吸気管４ａは、吸気弁２６ａを介して燃焼室２３に吸気を供給するように構成されている。排気管４ｂは、排気弁２６ｂを介して燃焼室２３から排出された排気（排気ガス）を外部（大気）に放出するように構成されている。排気管４ｂには、触媒Ｃと、触媒Ｃの下流側に配置されるマフラーＦとが設けられている。
吸気管４ａおよび排気管４ｂには、ＥＧＲガス（排気ガス）を再循環するためのＥＧＲ管４ｃが設けられている。ＥＧＲ管４ｃには、ＥＧＲ管４ｃを開閉するＥＧＲバルブ（図示せず）と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガスクーラ―（図示せず）とが設けられている。なお、吸気管４ａ（吸気弁２６ａの上流側）には、吸気通路に燃料を噴射するインジェクタ（図示せず）が設けられている。
電気モータ５は、モータリングの際に、エンジン本体２を所定の回転数（設定回転数）で駆動させるように構成されている。所定の回転数（設定回転数）とは、一定の回転数ではなく、モータリングを行うごとに改めて設定される回転数である。設定された所定の回転数（設定回転数）は、１回のモータリングの途中で変動することはない。なお、電気モータ５は、ＥＣＵ６による制御の下、駆動されるように構成されている。
〈ＥＣＵの構成〉
ＥＣＵ６は、エンジン１の各部を制御するように構成されている。ＥＣＵ６は、モータリングの際に、エンジン本体２（気筒２４内、燃焼室２３内）が効果的に暖機されるように、電気モータ５および可変動弁機構３を制御するように構成されている。これにより、ＥＣＵ６は、気筒２４内（燃焼室２３内）を効果的に昇圧して、初爆時（燃焼室２３に燃料を供給して最初に点火する際）の燃料の霧化を促進し、初爆直後の排気ガスを低減するように構成されている。
詳細には、第１実施形態では、ＥＣＵ６は、エンジン本体２の始動開始時の環境温度に基づいて、エンジン本体２の回転数を所定の回転数に設定する制御を行うように構成されている。そして、ＥＣＵ６は、エンジン本体２の燃焼室２３に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、電気モータ５によって、設定した所定の回転数（設定回転数）によりエンジン本体２を駆動させる制御を行うように構成されている。
なお、ＥＣＵ６は、環境温度が高くなる程、所定の回転数（設定回転数）を小さく設定し、環境温度が低くなる程、所定の回転数（設定回転数）を大きく設定するように構成されている。
ここで、環境温度とは、エンジン本体２のウォータージャケット２７内を流れる冷却水Ｗの冷却水温度である。エンジン本体２には、環境温度（冷却水Ｗの冷却水温度）を測定するための温度センサＳ１が設けられている。ＥＣＵ６は、モータリングを開始する前に、温度センサＳ１から環境温度（冷却水Ｗの冷却水温度）の情報を取得するように構成されている。
たとえば、図３に示すように、ＥＣＵ６は、環境温度がＴ１［℃］である場合には、モータリングを行う際のエンジン本体２の回転数（設定回転数）を、Ｒ１［ｒｐｍ］に設定するように構成されている。
また、ＥＣＵ６は、環境温度がＴ１［℃］よりも高いＴ２［℃］である場合には、モータリングを行う際のエンジン本体２の回転数（設定回転数）を、Ｒ１［ｒｐｍ］よりも小さいＲ２［ｒｐｍ］に設定するように構成されている（Ｔ１＜Ｔ２、Ｒ１＞Ｒ２）。
また、ＥＣＵ６は、環境温度がＴ２［℃］よりも高いＴ３［℃］である場合には、モータリングを行う際のエンジン本体２の回転数（設定回転数）を、Ｒ２［ｒｐｍ］よりも小さいＲ３［ｒｐｍ］に設定するように構成されている（Ｔ２＜Ｔ３、Ｒ２＞Ｒ３）。なお、回転数が低い程、エンジン１は、ＮＶ（Ｎｏｉｓｅ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ、騒音振動）を小さく抑えることが可能である。
なお、一例ではあるが、モータリングの際のエンジン本体２の回転数は、約１０００［ｒｐｍ］以上約４０００［ｒｐｍ］以下の範囲内で設定される。
また、図４に示すように、ＥＣＵ６は、所定の回転数（設定回転数）を大きく設定するのに伴い、可変動弁機構３により吸気弁２６ａを閉じるタイミングを遅角側に設定するタイミング制御を行うように構成されている。タイミング制御は、最も外気を燃焼室２３に導入可能なように吸気弁２６ａの閉タイミングを設定する制御である。なお、タイミング制御において、吸気弁２６ａを閉じるタイミングは、少なくとも、ピストンＰが下死点から上死点に移動する間における下死点と上死点との中間の位相αよりも進角側となるように設定される（図５参照）。
たとえば、ＥＣＵ６は、環境温度がＴ１［℃］であることに基づいて、エンジン本体２の回転数（設定回転数）をＲ１［ｒｐｍ］に設定した場合には、吸気弁２６ａを閉じるタイミング（ＩＶＣ）をａ１１［度］に設定するように構成されている。以下では、回転数がＲ１、ＩＶＣがａ１１［度］となるモータリングのための設定を、第１モータリング設定とする。
また、ＥＣＵ６は、環境温度がＴ１［℃］よりも高いＴ２［℃］であることに基づいて、エンジン本体２の回転数（設定回転数）をＲ２［ｒｐｍ］に設定した場合には、吸気弁２６ａを閉じるタイミング（ＩＶＣ）をａ１１［度］よりも進角側のａ２１［度］に設定するように構成されている。以下では、回転数がＲ２［ｒｐｍ］、ＩＶＣがａ２１［度］となるモータリングのための設定を、第２モータリング設定とする。
また、ＥＣＵ６は、環境温度がＴ２［℃］よりも高いＴ３［℃］であることに基づいて、エンジン本体２の回転数（設定回転数）をＲ３［ｒｐｍ］に設定した場合には、吸気弁２６ａを閉じるタイミング（ＩＶＣ）をａ２１［度］よりも進角側のａ３１［度］に設定するように構成されている。以下では、回転数がＲ３［ｒｐｍ］、ＩＶＣがａ３１［度］となるモータリングのための設定を、第３モータリング設定とする。
なお、図５に示すように、いずれのモータリング設定の場合でも、ＥＶＣおよびＥＶＯは同一角度に設定されている。図５では、ＥＶＣをａ４１［度］、ＥＶＯをａ４２［度］で示している。また、第１モータリング設定でのＩＶＯをａ１２［度］で示している。また、第２モータリング設定でのＩＶＯをａ２２［度］で示している。また、第３モータリング設定でのＩＶＯをａ３２［度］で示している。
ＥＣＵ６は、燃焼室２３内の温度を推定する推定ロジックに基づいて、筒内温度（推定された環境温度）が所定の設定温度（点火開始温度Ｔ１０［℃］）を超えたタイミングで、燃焼室２３に燃料を供給して最初の点火を行うように構成されている。すなわち、ＥＣＵ６は、推定ロジックに基づいて、モータリングを終えるための制御を行うように構成されている。なお、推定ロジックにより推定される筒内の所定の設定温度（点火開始温度Ｔ１０［℃］）は、燃料の霧化が適切に行われ、初爆後において、排気ガスを低減することが可能であると推定される所定の温度である。なお、設定温度（点火開始温度Ｔ１０［℃］）は、第１〜第３モータリング設定の各設定に対して共通の温度である。
推定ロジックは、図６に示すように、環境温度（筒内温度）と、所定の回転数によるエンジン本体２本体の駆動継続時間（モータリング継続時間）との関係を示すマップＭである。
なお、図６では、各モータリング設定において、点火開始温度Ｔ１０［℃］に達するモータリング継続時間が互いに略同じとなるように図示しているが、点火開始温度Ｔ１０［℃］に達するモータリング継続時間が互いに異なっていてもよい。
ＥＣＵ６は、燃焼室２３に燃料を供給して最初の点火を行う際の１サイクル目までタイミング制御を継続するとともに、２サイクル目以降では、可変動弁機構３により定常運転時の吸気弁２６ａのバルブタイミングに復帰させるように構成されている。なお、２サイクル目以降では、ＥＧＲガス（排気ガス）が、ＥＧＲ管４ｃを介して排気管４ｂから吸気管４ａに再循環される。
（ＥＣＵによるモータリングの際の制御の流れ）
次に、図２〜図６を参照して、ＥＣＵ６によるモータリングの際の制御の流れについて説明する。
まず、ＥＣＵ６は、エンジン本体２の始動開始時に、エンジン本体２に設けられた温度センサＳ１（図２参照）から、環境温度（冷却水Ｗの冷却水温度）の情報を取得する。そして、ＥＣＵ６は、取得した環境温度に基づいて、エンジン本体２の回転数を所定の回転数に設定する。また、ＥＣＵ６は、所定の回転数（設定回転数）に応じて、可変動弁機構３により吸気弁２６ａを閉じるタイミングを調整する制御（タイミング制御）を行う。
次に、ＥＣＵ６は、電気モータ５により、エンジン本体２を所定の回転数（設定回転数）で駆動させる。そして、ＥＣＵ６は、燃焼室２３内の温度（環境温度（筒内温度））を推定する推定ロジック（マップＭ）に基づいて、燃焼室２３内の温度（環境温度（筒内温度））が所定の設定温度（点火開始温度）を超えたタイミングで、燃焼室２３に燃料を供給して最初の点火を行う。
なお、ＥＣＵ６は、燃焼室２３に燃料を供給して最初の点火を行う際の１サイクル目までタイミング制御を継続する。そして、ＥＣＵ６は、２サイクル目以降では、可変動弁機構３により定常運転時の吸気弁２６ａのバルブタイミングに復帰させる。
（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第１実施形態では、上記のように、エンジン本体２の始動開始時の環境温度に基づいて、エンジン本体２の回転数を所定の回転数に設定して、エンジン本体２の燃焼室２３に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、設定した所定の回転数によりエンジン本体２を駆動させる制御を行うＥＣＵ６を設ける。これによって、たとえば、環境温度が低い場合（冷間始動の場合）に、エンジン本体２の回転数を特に大きく設定すると、気筒２４とピストンＰとの間の摩擦および慣性過給により、燃焼室２３内を効果的に暖機することが可能になるので、エンジン１の環境温度に応じて排気ガスを低減するための適切な制御を行うことができる。なお、燃焼室２３内を暖機すると、燃料の霧化が促進され、最初に点火した際に発生する排気ガスを低減することができる。
第１実施形態では、上記のように、ＥＣＵ６による制御により、吸気弁２６ａの開閉タイミングを調整可能な可変動弁機構３をさらに備え、ＥＣＵ６は、所定の回転数に基づく最も外気を導入可能な吸気弁２６ａの閉タイミングに設定するタイミング制御を行うように構成されている。これによって、エンジン本体２の回転数に基づく慣性過給や吸気脈動などを考慮して、効果的に（最も）外気を燃焼室２３に導入することができる。その結果、気筒２４内の圧力を効果的に高めて燃焼室２３内を効果的に暖機することができるので、エンジン１の環境温度に応じて排気ガスを低減するためのより適切な制御を行うことができる。なお、慣性過給の観点から、エンジン１が高回転数である程、吸気弁２６ａの閉タイミング（ＩＶＣ）を遅角側にすると吸気量が大きくなるが、吸気脈動（空気抵抗）を考慮すると、エンジン１が中回転数（約３０００ｒｐｍから約４０００ｒｐｍ）で慣性過給効果が大きくなり、高回転数では慣性過給効果が小さくなる。したがって、エンジン１の高速回転時には進角側にした方が、吸気量が大きくなる場合がある。
第１実施形態では、上記のように、ＥＣＵ６は、燃焼室２３に燃料を供給して最初の点火を行う際の１サイクル目までタイミング制御を継続するとともに、２サイクル目以降では、可変動弁機構３により定常運転時の吸気弁２６ａのバルブタイミングに復帰させる制御（点火制御）を行うように構成されている。ここで、２サイクル目以降では、ＥＧＲガスの再循環などの影響により１サイクル目よりも吸気量が増加するため、所定のバルブタイミングに設定する必要がある。そこで、上記のように構成することにより、最初の点火前の期間のうちの初期のみでタイミング制御を終える場合と比較して、タイミング制御をより長く継続することができるので、燃焼室２３内をより効果的に暖機することができる。その結果、エンジン１の環境温度に応じて排気ガスを低減するためのより適切な制御を行うことができる。
第１実施形態では、上記のように、ＥＣＵ６は、燃焼室２３内の温度を推定する推定ロジックに基づいて、燃焼室２３内の温度が所定の設定温度を超えたタイミングで、燃焼室２３に燃料を供給して最初の点火を行うように構成されている。これによって、推定ロジックを用いることによって、ＥＣＵ６において、最初の点火を行うタイミングを判断する演算などが不要となるので、ＥＣＵ６の制御負荷を軽減することができる。
第１実施形態では、上記のように、推定ロジックは、燃焼室２３内の温度と、所定の回転数によるエンジン本体２の駆動継続時間との関係を示すマップＭを含む。これによって、燃焼室２３内の温度と、所定の回転数によるエンジン本体２の駆動継続時間（モータリング継続時間）との関係を示すマップＭにより、最初の点火を行うタイミングを、複雑な演算を行うことなく容易に決定することができる。
第１実施形態では、上記のように、ピストンＰを駆動させる電気モータ５をさらに備え、ＥＣＵ６は、エンジン本体２の始動開始時の環境温度に基づいて、エンジン本体２の回転数を所定の回転数に設定して、燃焼室２３に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、電気モータ５によって、設定した所定の回転数によりエンジン本体２を駆動させる制御を行うように構成されている。これによって、電気モータ５を用いて、モータリングを行うことによって、エンジン１の環境温度に応じて排気ガスを低減するための適切な制御を行うことができる。
［第２実施形態］
次に、図１および図７〜図９を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、ＥＣＵ６によりタイミング制御を行う第１実施形態の構成とは異なり、タイミング制御を行うことなく、ＥＣＵ２０６（制御部の一例）により吸気弁２６ａを閉じるタイミングを、上記第１実施形態のタイミング（図５参照）よりもさらに遅くする例（超遅角制御を行う例）について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。
図７に示す第２実施形態のエンジン２０１（内燃機関の一例）は、吸気弁２６ａを閉じるタイミングを大きく遅角側に設定する超遅角制御を行うＥＣＵ２０６を備えている。また、エンジン２０１は、吸気管４ａ内のガスの温度を測定する温度センサＳ２を備えている。なお、温度センサＳ２は、スロットルバルブ（図示せず）の下流側に設けられている。
ここで、超遅角制御とは、エンジン２０１が始動不能となり、かつ、エンジン２０１に燃料噴射および点火を行ってもエンジン２０１の自律的な稼働が不能となるような位相に達するまで可変動弁機構３により吸気弁２６ａの相対回転位相を遅角側に設定するＥＣＵ２０６の制御である。
具体的には、図８に示すように、ＥＣＵ２０６は、燃焼室２３に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、ピストンＰが下死点から上死点に移動する間における下死点と上死点との中間の位相αよりも遅角側で、吸気弁２６ａを閉じる（ＩＶＣをａ５２［度］に設定する）ように構成されている。より具体的には、ＥＣＵ２０６は、燃焼室２３に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、上死点（または上死点近傍）で吸気弁２６ａを閉じるように構成されている。
一例ではあるが、ＩＶＣがａ５２［度］に設定された場合、ピストンＰが上死点から下死点に移動する間における上死点と下死点との中間βの位相よりも遅角側のａ５１［度］にＩＶＯが設定される。
なお、超遅角制御が行われた場合、図７に示すエンジン２０１は、吸気弁２６ａが開いた状態でピストンＰが下死点に到達してからピストンＰが上死点に到達するまでの略すべでの位相（時間）において、気筒２４内のガスを吸気管４ａ側に吹き戻すように構成されている。この際、気筒２４の内周面とピストンＰとの摺動により発生した摩擦熱によって気筒２４内のガスの温度が上昇し、温度上昇（高温化）したガスが、気筒２４内から吸気管４ａ側に吹き戻される。その結果、吸気通路に燃料を噴射するインジェクタ（図示せず）から燃料が噴射された際に、効果的に燃料を霧化させることができる。
ＥＣＵ２０６は、温度センサＳ２の温度が所定の設定温度を超えたタイミングで、インジェクタから燃料を噴射することにより、燃焼室２３に燃料を供給して、最初の点火を行うように構成されている。
（エンジン始動時のＥＣＵの制御処理）
次に、図９を参照して、エンジン始動時のＥＣＵ２０６の制御処理について説明する。
まず、ステップＳ１において、ＥＣＵ２０６により、環境温度に基づいてエンジン本体２の回転数が所定の回転数に設定される。この制御については、上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
次に、ステップＳ２において、ＥＣＵ２０６により、温度センサＳ１を介して取得した環境温度に基づいて冷間始動であるか否かを判断する。たとえば、温度センサＳ１を介して取得した環境温度が所定のしきい値温度以上であるか未満であるかを判断して、冷間始動であるか否かを判断する。そして、冷間始動である場合、ステップＳ３に進む。また、冷間始動でない場合、ステップＳ７に進む。
次に、ステップＳ３において、ＥＣＵ２０６により、超遅角制御が行われる。すなわち、ＥＣＵ２０６により、上死点（または上死点近傍）で吸気弁２６ａを閉じるバルブタイミング（図８に示す超遅閉じのバルブタイミング）に設定される。
次に、ステップＳ４において、ＥＣＵ２０６により、可変動弁機構１２を介して吸気弁２６ａがステップＳ３で設定された通りの超遅閉じのバルブタイミングに変更されたか否かが判断される。超遅閉じのバルブタイミングに変更された場合、ステップＳ５に進む。一方、未だ超遅閉じのバルブタイミングに変更されていない場合、ステップＳ４が繰り返される。なお、ステップＳ４のＥＣＵ２０６による判断は、可変動弁機構１２に設けられた所定の回転角度センサ（図示せず）などを用いて行われる。後述するステップＳ８も同様である。
次に、ステップＳ５において、ＥＣＵ２０６により、電気モータ５（図１参照）が駆動されてモータリング（ピストンＰの駆動）が開始される。その結果、気筒２４の内周面とピストンＰとの摺動により発生した摩擦熱によって、気筒２４内のガスの温度が上昇し始める。
次に、ステップＳ６において、ＥＣＵ２０６により、温度センサＳ２（図７参照）により測定されるガスの温度が所定の設定温度を超えたか否かが判断される。温度センサＳ２の測定温度が所定の設定温度を超えている場合、ステップＳ７に進む。一方、未だ温度センサＳ２の測定温度が所定の設定温度を超えていない場合、ステップＳ６が繰り返される。
次に、ステップＳ７において、ＥＣＵ２０６により、点火を行う所定のバルブタイミングに吸気弁２６ａが設定される。
次に、ステップＳ８において、ＥＣＵ２０６により、可変動弁機構１２を介して吸気弁２６ａがステップＳ７で設定された通りの点火を行う所定のバルブタイミングに変更されたか否かが判断される。点火を行う所定のバルブタイミングに変更された場合、ステップＳ９に進む。一方、未だ点火を行う所定のバルブタイミングに変更されていない場合、ステップＳ８が繰り返される。
次に、ステップＳ９において、ＥＣＵ２０６により、エンジン２０１の点火が開示される。
（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
第２実施形態では、上記のように、ＥＣＵ２０６による制御により、吸気弁２６ａの開閉タイミングを調整可能な可変動弁機構１２を備え、燃焼室２３に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、ＥＣＵ２０６は、ピストンＰが下死点から上死点に移動する間における下死点と上死点との中間の位相αよりも遅角側で、吸気弁２６ａを閉じるように構成されている。これによって、ピストンＰと気筒２４との摩擦などにより高温化した気筒２４内のガスを、ピストンＰが下死点から上死点に向けて移動する間において、比較的長い時間にわたり吸気管４ａ側に吹き戻すことができる。すなわち、少なくとも、ピストンＰが下死点から上死点に向けて移動するのに要する時間の半分よりも長い時間にわたり吸気管４ａ側に高温化したガスを吹き戻すことができる。その結果、燃料の霧化を効果的に促進することができるので、未燃燃料を低減し、排気ガスを低減することができる。これによって、冷間始動時の燃料の噴射量も低減することができる。なお、排気ガスを低減することができることから、触媒に用いられる貴金属の量を減らせる可能性がある。
第２実施形態では、上記のように、燃焼室２３に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、ＥＣＵ２０６は、上死点または上死点近傍で吸気弁２６ａを閉じるように構成されている。これによって、高温化した気筒２４内のガスを、ピストンＰが下死点から上死点に向けて移動する間において、より長い時間にわたり吸気管４ａ側に吹き戻すことができる。その結果、燃料の霧化をより効果的に促進することができる。
第２実施形態では、上記のように、吸気管４ａ内の温度を測定する温度センサＳ２を備え、ＥＣＵ２０６は、温度センサＳ２の温度が所定の設定温度を超えたタイミングで、燃焼室２３に燃料を供給して最初の点火を行うように構成されている。これによって、温度センサＳ２により燃焼室２３に燃料を供給して最初の点火を行うタイミングを精度よく判断することができる。
［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。
たとえば、上記第１および第２実施形態では、環境温度をエンジンの冷却水の温度とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、環境温度をエンジン本体の周囲の外気温度、吸気温度または車両の外の温度（外気温度）などとしてもよい。
また、上記第１実施形態では、モータリングの際に、ＥＣＵにより吸気弁のバルブタイミングを通常の定常運転時とは異なるタイミングに変更した（タイミング制御を行った）例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、モータリングの際に、吸気弁のバルブタイミングを通常の定常運転時と同じタイミングに設定してもよい（タイミング制御を行わなくてもよい）。
また、上記第１実施形態では、推定ロジックを、燃焼室内の温度と、所定の回転数によるエンジン本体の駆動継続時間との関係を示すマップとした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、推定ロジックを、所定の回転数によるエンジン本体の駆動継続時間から、燃焼室内の温度を導出する所定の計算式としてもよい。
また、上記第１実施形態では、推定ロジックに基づいて、最初の点火のタイミングをＥＣＵにより判断した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、推定ロジックに基づくことなく、燃焼室内の温度を測定可能な温度センサなどの測定結果に基づいて、最初の点火のタイミングをＥＣＵにより判断してもよい。
また、上記第１および第２実施形態では、図３に示すように、環境温度とエンジン本体の回転数とに非線形的（２次曲線的）な関係を持たせて、エンジン本体の回転数を設定した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、環境温度とエンジン本体の回転数とに線形的（直線的）な関係を持たせて、エンジン本体の回転数を設定してもよい。
また、上記第１実施形態では、電気モータによるモータリングの際に、ＥＣＵによる所定の制御を行った例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、セルモータによるクランキングの際に、ＥＣＵによる所定の制御を行ってもよい。
また、上記第１実施形態では、設定温度（点火開始温度）を、第１〜第３モータリング設定の各設定に対して共通の温度とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、設定温度（点火開始温度）を、第１〜第３モータリング設定の各設定に対して、互いに異なる温度としてもよい。たとえば、設定温度（点火開始温度）を、第１〜第３モータリング設定の各設定におけるモータリング開始時の環境温度に、Ｔ［℃］（たとえば２０［℃］）を加えた温度としてもよい。
また、上記第１実施形態では、所定の回転数（設定回転数）を大きく設定するのに伴い、吸気弁の閉タイミングを遅角側に設定するように、ＥＣＵを構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、所定の回転数（設定回転数）を大きく設定するのに伴い、吸気弁の閉タイミングを進角側に設定するように、ＥＣＵを構成してもよい。
また、上記第２実施形態では、吸気管に設けられた温度センサに基づいて最初の点火を行うタイミングを判断するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、上記第１実施形態のように、推定ロジックに基づいて最初の点火を行うタイミングを判断してもよい。
また、上記第２実施形態では、説明の便宜上、制御部の処理を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部の処理を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。
１、２０１ エンジン（内燃機関）
２ エンジン本体（内燃機関本体）
３ 可変動弁機構
４ａ 吸気管
６、２０６ ＥＣＵ（制御部）
１０ 電気モータ（ハイブリッド駆動用モータ）
２３ 燃焼室
２６ａ 吸気弁
２６ｂ 排気弁
Ｐ ピストン
Ｓ２ 温度センサ

Claims (10)

  1. 吸気弁および排気弁が設けられた内燃機関本体と、
    前記内燃機関本体の始動開始時の環境温度に基づいて、前記内燃機関本体の回転数を所定の回転数に設定して、前記内燃機関本体の燃焼室に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、設定した前記所定の回転数により前記内燃機関本体を駆動させる制御を行う制御部とを備える、内燃機関。
  2. 前記制御部による制御により、前記吸気弁の開閉タイミングを調整可能な可変動弁機構をさらに備え、
    前記制御部は、前記所定の回転数に基づく最も外気を導入可能な前記吸気弁の閉タイミングに設定するタイミング制御を行うように構成されている、請求項１に記載の内燃機関。
  3. 前記制御部は、前記燃焼室に燃料を供給して最初の点火を行う際の１サイクル目まで前記タイミング制御を継続するとともに、２サイクル目以降では、前記可変動弁機構により定常運転時の前記吸気弁のバルブタイミングに復帰させるように構成されている、請求項２に記載の内燃機関。
  4. 前記制御部による制御により、前記吸気弁の開閉タイミングを調整可能な可変動弁機構をさらに備え、
    前記燃焼室に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、前記制御部は、ピストンが下死点から上死点に移動する間における前記下死点と前記上死点との中間の位相よりも遅角側で、前記吸気弁を閉じるように構成されている、請求項１に記載の内燃機関。
  5. 前記燃焼室に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、前記制御部は、前記上死点または前記上死点近傍で前記吸気弁を閉じるように構成されている、請求項４に記載の内燃機関。
  6. 前記制御部は、前記燃焼室内の温度を推定する推定ロジックに基づいて、前記燃焼室内の温度が所定の設定温度を超えたタイミングで、前記燃焼室に燃料を供給して最初の点火を行うように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
  7. 前記推定ロジックは、前記燃焼室内の温度と、所定の回転数による前記内燃機関本体の駆動継続時間との関係を示すマップを含む、請求項６に記載の内燃機関。
  8. 吸気管内の温度を測定する温度センサをさらに備え、
    前記制御部は、前記温度センサの温度が所定の設定温度を超えたタイミングで、前記燃焼室に燃料を供給して最初の点火を行うように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
  9. 前記環境温度とは、前記内燃機関本体の周囲の外気温度、および、前記内燃機関本体の冷却水温度の少なくとも一方を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関。
  10. ピストンを駆動させるハイブリッド駆動用モータをさらに備え、
    前記制御部は、前記内燃機関本体の始動開始時の前記環境温度に基づいて、前記内燃機関本体の回転数を所定の回転数に設定して、前記燃焼室に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、前記ハイブリッド駆動用モータによって、設定した前記所定の回転数により前記内燃機関本体を駆動させる制御を行うように構成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関。
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