JP2006170077A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気バルブの最大リフト量及び作動角の少なくとも一方の可変制御による燃費向上を図りつつも、機関停止時の機関出力軸の空転期間の増大を抑えることのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】電子制御装置は、機関停止要求がなされた旨判断されることを条件に吸気バルブの最大リフト量及び作動角を増大させる（ステップＳ１００：ＹＥＳ、ステップＳ１２０）。電子制御装置は、この最大リフト量及び作動角の増大変更に先立って燃料噴射及び点火を停止させる（ステップＳ１１０）。
【選択図】 図３

Description

本発明は、吸気バルブの最大リフト量及び作動角の少なくとも一方を変更可能な可変機構を備えた内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関に適用されるシステムとして、機関バルブの最大リフト量及び作動角を機関運転状態に応じて可変制御するバルブリフト可変制御システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。こうしたバルブリフト可変制御システムを採用する内燃機関では、吸気バルブの最大リフト量及び作動角を小さくすることで、燃焼室内に吸入される空気量を低減することができ、例えばアイドル運転時など燃焼に必要な空気量の少ないときに対応することができる。この場合、例えばスロットルバルブを絞ることで吸入空気量を低減するよりもポンピングロスを小さくすることができ、即ち内燃機関における出力のロスを抑えることが可能となり、燃費を向上させることができるようになる。
特開２００１−２６３０１５号公報

こうしてポンピングロスが低減されれば、燃費は確かに向上される。しかし、その分、機関停止に際しての燃料噴射や点火の停止後における機関出力軸の空転に対する回転抵抗も減少してしまうことから、内燃機関の回転の完全停止に要する時間が長くなってしまう。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、吸気バルブの最大リフト量及び作動角の少なくとも一方の可変制御による燃費向上を図りつつも、機関停止時の機関出力軸の空転期間の増大を抑えることのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
先ず、請求項１に係る発明は、吸気バルブの最大リフト量を変更可能な可変機構を備えた内燃機関の制御装置において、機関停止要求がなされたか否かを判断する判断手段と、前記機関停止要求がなされた旨判断されることを条件に前記吸気バルブの最大リフト量が大きくなるように前記可変機構を制御する変更手段と、前記変更手段による最大リフト量の変更に先立って燃料噴射及び点火の少なくとも一方を停止させる停止手段とを備えることをその要旨とする。

同構成によれば、機関停止要求がなされた旨判断されるときに吸気バルブの最大リフト量を増大させるようにしている。このため、こうした処理がなされない場合と比較して、機関燃焼室に導入される吸入空気の量が増大し、同機関燃焼室における圧縮比が実質的に増大するようになる。そして、このように圧縮比が増大することにより、機関ピストンが機関燃焼室内の吸入空気を圧縮するのに必要な力が増大することとなるため、機関出力軸の惰性回転が速やかに停止するようになる。なお、こうした最大リフト量の変更に先立ち、燃料噴射及び点火の少なくとも一方が停止されているため、同変更による出力トルクの増大や機関回転速度の上昇を招くこともない。従って、上記構成によれば、運転している内燃機関を完全に停止させるまでの時間を好適に短縮することができるようになる。

ここで、吸気バルブの最大リフト量を増大させることにより、機関燃焼室に導入される吸入空気の量を増大させ、圧縮比の増大を図ることはできる。但し、最大リフト量の増大に伴って吸気バルブの作動角（開弁期間）が長くなると、吸気バルブの閉弁時期が圧縮行程に設定されるようになる。このように、圧縮行程中に吸気バルブが開弁していると、吸気行程中において吸気通路から機関燃焼室に導入された吸入空気の一部が圧縮行程中に再び吸気通路に戻されてしまい、上述したような圧縮比の増大を好適に図ることができなくなる。

この点に鑑み、請求項２記載の発明では、吸気バルブの最大リフト量を増大させるに際し、吸気バルブの閉弁時期が圧縮行程に設定されないようにしている。このため、吸気行程中に機関燃焼室に導入された吸入空気の一部が再び吸気通路に戻されるのを回避して圧縮比の増大を好適に図ることができるようになり、機関停止期間を更に短縮することができるようになる。

請求項３に係る発明は、吸気バルブの作動角を変更可能な可変機構を備えた内燃機関の制御装置において、機関停止要求がなされたか否かを判断する判断手段と、前記機関停止要求がなされた旨判断されることを条件に前記吸気バルブの作動角が大きくなるように前記可変機構を制御する変更手段と、前記変更手段による作動角の変更に先立って燃料噴射及び点火の少なくとも一方を停止させる停止手段とを備えることをその要旨とする。

同構成によれば、機関停止要求がなされた旨判断されるときに吸気バルブの作動角（開弁期間）を増大させるようにしている。このため、こうした処理がなされない場合と比較して、機関燃焼室に導入される吸入空気の量が増大し、同機関燃焼室における圧縮比が実質的に増大するようになる。そして、このように圧縮比が増大することにより、機関ピストンが機関燃焼室内の吸入空気を圧縮するのに必要な力が増大することとなるため、機関出力軸の惰性回転が速やかに停止するようになる。なお、こうした作動角の変更に先立ち、燃料噴射及び点火の少なくとも一方が停止されているため、同変更による出力トルクの増大や機関回転速度の上昇を招くこともない。従って、上記構成によれば、運転している内燃機関を完全に停止させるまでの時間を好適に短縮することができるようになる。

ここで、吸気バルブの作動角を増大させることにより、機関燃焼室に導入される吸入空気の量を増大させ、圧縮比の増大を図ることはできる。但し、吸気バルブの作動角が長くなると、吸気バルブの閉弁時期が圧縮行程に設定されるようになる。このように、圧縮行程中に吸気バルブが開弁していると、吸気行程中において吸気通路から機関燃焼室に導入された吸入空気の一部が圧縮行程中に再び吸気通路に戻されてしまい、上述したような圧縮比の増大を好適に図ることができなくなる。

この点に鑑み、請求項４記載の発明では、吸気バルブの作動角を増大させるに際し、吸気バルブの閉弁時期が圧縮行程に設定されないようにしている。このため、吸気行程中に機関燃焼室に導入された吸入空気の一部が再び吸気通路に戻されるのを回避して圧縮比の増大を好適に図ることができるようになり、機関停止期間を更に短縮することができるようになる。

以下、本発明を自動車に搭載される筒内噴射式の多気筒型内燃機関の制御装置に具体化した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１に示されるように、内燃機関１１の各機関燃焼室（図では一箇所のみ図示）１２には、吸気通路１３を通じて空気が吸入されるとともに燃料噴射弁１４から直接燃料が噴射供給される。この空気と燃料とからなる混合気に対し点火プラグ１５による点火が行われると、同混合気が燃焼してピストン１６が往復移動し、機関出力軸であるクランクシャフト１７が回転する。そして、燃焼後の混合気は排気として各機関燃焼室１２から排気通路１８に送り出される。

内燃機関１１において、機関燃焼室１２と吸気通路１３との間は吸気バルブ１９の開閉動作によって連通・遮断され、機関燃焼室１２と排気通路１８との間は排気バルブ２０の開閉動作によって連通・遮断される。これら吸気バルブ１９及び排気バルブ２０は、クランクシャフト１７の回転が伝達される吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２の回転に伴い開閉動作する。

吸気カムシャフト２１と吸気バルブ１９との間には、同バルブ１９の最大リフト量及び作動角（同バルブ１９の開弁期間）を可変とする可変機構３１が設けられている。これら最大リフト量及び作動角は電動モータ４１による可変機構３１の駆動を通じて可変制御される。

こうした可変機構３１の駆動による上記最大リフト量及び作動角の変更態様を図２に示す。同図に示す特性曲線から分かるように、上記最大リフト量と作動角とは互いに同期して変化するものであって、例えば作動角が小さくなるほど最大リフト量も小さくなってゆく。この作動角が小さくなるということは、吸気バルブ１９の開弁時期と閉弁時期とが互いに近寄るということであり、吸気バルブ１９の開弁期間が短くなるということを意味する。なお本実施形態では、電動モータ４１による可変機構３１の駆動を通じて上記最大リフト量及び作動角が同図の特性曲線の間で連続的に変更され得るようになっている。

次に、本実施形態の制御系について説明する（図１参照）。
この制御系においては、内燃機関１１の運転制御を司る機関制御システムの一部をなす電子制御装置５１が設けられている。この電子制御装置５１を通じて内燃機関１１における燃料噴射弁１４の燃料噴射制御、点火プラグ１５の点火時期制御、上記最大リフト量及び作動角の可変制御が行われる。また、電子制御装置５１は上記機関制御システム全般に対する給電に関しての制御も行う。

更に電子制御装置５１には、自動車の運転者によって操作されるイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）５２から、内燃機関１１の停止要求操作（ＩＧオフ操作）及び始動要求操作（ＩＧオン操作）に対応した信号が入力される。また電子制御装置５１には、可変機構３１に設けられた図示しないセンサから、上記最大リフト量及び作動角の実際の値（実最大リフト量及び実作動角）に関する検出値信号が入力される。

上記最大リフト量及び作動角の可変制御は、電子制御装置５１を通じて電動モータ４１を駆動し、これにより可変機構３１の駆動制御を行うことによって実現される。例えば、機関運転時（始動後）においてＩＧスイッチ５２のＩＧオフ操作がなされるまでの期間には、内燃機関１１の負荷等、機関運転状態に応じた吸入空気量調節が上記最大リフト量及び作動角の可変制御を通じて行われる。即ち、例えば、上記最大リフト量及び作動角の可変制御を通じて上記最大リフト量及び作動角を小さくすることで、機関燃焼室１２内に吸入される空気量を低減するようにしている。この場合、スロットルバルブを絞ることで吸入空気量を低減する態様と比較してポンピングロスを小さくすることができ、即ち内燃機関１１における出力のロスを抑えることが可能となり、燃費を向上させることができるようになる。

ところが上述したように、仮に上記ＩＧオフ操作に基づく機関停止に際しての燃料噴射や点火の停止後においてこうしたポンピングロスの小さい状態が継続された場合には、クランクシャフト１７の空転に対する回転抵抗も減少してしまい、その結果、内燃機関１１の回転の完全停止に要する時間が長くなってしまう。

そこで本実施形態では、こうした時間の増加を抑制すべく、上記ＩＧオフ操作に応じて上記最大リフト量及び作動角を増大させるべく可変機構３１を駆動制御するようにしている。この制御は、最大リフト量及び作動角の増大によって吸気行程における吸入空気量の増加を図るものである。このように吸入空気量が増加すれば、圧縮行程においてその機関燃焼室１２内の空気を圧縮するのに要する力が増大され、その結果、クランクシャフト１７の回転の減速が早まり、同クランクシャフト１７の空転期間の増大が抑制される。

以下、可変機構３１に係るこうした制御の手順について図３のフローチャートを参照して説明する。この制御ルーチンは電子制御装置５１を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。

この制御ルーチンにおいては先ず、ＩＧスイッチ５２において上記ＩＧオフ操作がなされるまで同操作の有無が監視される（ステップＳ１００）。即ちステップＳ１００の判定結果がＮＯである限り同ステップの処理が繰り返される。そして上記ＩＧオフ操作がなされたと判定されると（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、運転者によって機関停止が要求された旨判断され、燃料噴射弁１４による燃料噴射及び点火プラグ１５による点火が停止される（ステップＳ１１０）。

なお、このステップＳ１１０処理においては、燃料噴射が停止された後に点火が停止されるようになっている。こうした停止タイミングのずれは、上記燃料噴射によって機関燃焼室１２に導入された未燃ガスがそのまま排気通路１８側に排出されることのないように、上記未燃ガスを機関燃焼室１２内で燃焼させることを目的として設定されるものである。

そしてこの燃料噴射及び点火の停止処理後に、電動モータ４１を介した可変機構３１の駆動制御を通じて、上記最大リフト量及び作動角の増大処理が行われる（ステップＳ１２０）。

この駆動制御即ち上記最大リフト量及び作動角を増大するための電子制御装置５１から電動モータ４１への指令信号出力は、上記実最大リフト量が目標値に至るまで継続して（繰り返し）実行される（ステップＳ１３０：ＮＯ）。因みに、本実施形態では上述したように上記最大リフト量と作動角とが互いに同期して変化することから、ステップＳ１３０においては上記実最大リフト量のみに基づいて判定処理がなされる。即ちステップＳ１３０では、可変機構３１からの上記検出値信号に基づいて上記実最大リフト量が上記目標値に至ったか否かの判定のみがなされ、その判定結果がＮＯ、即ち上記実最大リフト量が上記目標値未満である旨の判定がなされたとき処理がステップＳ１２０に戻される。

なお上記目標値即ち目標となる最大リフト量の設定は、吸気バルブ１９の閉弁時期が圧縮行程に設定されない範囲でなされる。換言すれば、上記目標値の設定は、上記閉弁時期が吸気行程に設定される範囲でなされる。従って、圧縮行程の開始時には既に吸気バルブ１９が閉じた状態となるため、機関燃焼室１２内の空気が圧縮行程において吸気通路１３側に戻されることがなくなる。即ち、圧縮行程において機関燃焼室１２内の空気を圧縮するのに要する力がこうした空気の戻りによって小さくなるといったことがなくなる。

そしてステップＳ１３０判定の結果がＹＥＳ、即ち上記実最大リフト量が上記目標値に至った旨の判定がなされると、上記機関制御システムへの給電が停止される。
次に、上記の制御に基づく上記最大リフト量や作動角等の変化態様の一例について図４を参照して説明する。

同図に示されるように、タイミングｔ１において上記ＩＧオフ操作がなされると、機関停止要求がなされた旨判断されて燃料噴射弁１４による燃料噴射が停止され（タイミングｔ２）、更にその後、点火プラグ１５による点火が停止される（タイミングｔ３）。そして、これら燃料噴射及び点火の停止後において電子制御装置５１からの指令信号に基づく電動モータ４１を介した可変機構３１の駆動制御により、上記最大リフト量及び作動角の増大が開始される（タイミングｔ４）。このとき、上記最大リフト量及び作動角は、上記ＩＧオフ操作のなされた時点の値、即ち、例えば上記アイドル運転時の値（開始値）から目標値に向けて増大される。

そして、上記最大リフト量が上記目標値に至るに伴って、上記機関制御システムへの給電が停止される（タイミングｔ５）。
このように本実施形態では、上記ＩＧオフ操作（機関停止要求操作）に応じて上記最大リフト量及び作動角を増大させるべく、可変機構３１（電動モータ４１）が電子制御装置５１によって積極的に駆動制御される。

なお本実施形態の電子制御装置５１は、機関停止要求がなされたか否かを判断する判断手段、該機関停止要求がなされた旨判断されることを条件に吸気バルブ１９の最大リフト量及び作動角が大きくなるように可変機構３１を制御する変更手段を構成する。更に電子制御装置５１は、上記変更手段による最大リフト量及び作動角の変更に先立って燃料噴射及び点火を停止させる停止手段を構成する。

本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態によれば、機関停止要求がなされた旨判断されるときに吸気バルブ１９の最大リフト量及び作動角を増大させるようにしている。このため、こうした処理がなされない場合と比較して、機関燃焼室１２に導入される吸入空気の量が増大し、該機関燃焼室１２における圧縮比が実質的に増大するようになる。そして、このように圧縮比が増大することにより、ピストン１６が機関燃焼室１２内の吸入空気を圧縮するのに必要な力が増大することとなるため、クランクシャフト１７の惰性回転が速やかに停止するようになる。なお、こうした最大リフト量及び作動角の変更に先立ち、燃料噴射及び点火は停止されているため、該変更による出力トルクの増大や機関回転速度の上昇を招くこともない。従って、上記実施形態によれば、運転している内燃機関１１を完全に停止させるまでの時間を好適に短縮することができるようになる。

（２）本実施形態では、吸気バルブ１９の最大リフト量及び作動角を増大させるに際し、吸気バルブ１９の閉弁時期が圧縮行程に設定されないようにしている。このため、吸気行程中に機関燃焼室１２に導入された吸入空気の一部が再び吸気通路１３に戻されるのを回避して圧縮比の増大を好適に図ることができるようになり、機関停止期間を更に短縮することができるようになる。

なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば、以下の様態としてもよい。
・上記実施形態では、機関停止要求がなされた旨判断されるときに行われる上記最大リフト量や作動角の増大処理が、吸気バルブ１９の閉弁時期が圧縮行程に設定されない範囲で行われたが、これに限らず、例えば機関停止時のクランクシャフト１７の空転期間の増大を抑えることのできる範囲内であれば上記閉弁時期が圧縮行程に設定されてもよい。

・上記実施形態では、ステップＳ１１０処理において燃料噴射の停止後に点火を停止するようにしたが、これに限らず、例えば燃料噴射の停止と同時に点火を停止してもよく、或いは、点火の停止後に燃料噴射を停止してもよい。また、上記実施形態ではステップＳ１１０処理において燃料噴射及び点火の双方を停止するようにしたがこれらのいずれか一方についてのみ停止するようにしてもよい。

・上記実施形態ではステップＳ１３０処理において、実最大リフト量についてのみ判定が行われたが、これに限らず、例えば実作動角を検出するとともにこの実作動角が目標値に至ったか否かを判定するようにしてもよい。

・上記実施形態では、上記最大リフト量や作動角を連続的に可変とする可変機構３１を採用したが、これに代えて、例えば上記最大リフト量や作動角を段階的にのみ可変とする可変機構を採用してもよい。

・運転者によるＩＧスイッチ５２の操作に関係なく所定条件のもとで自動停止される内燃機関１１に本発明を適用してもよい。この場合、ＩＧスイッチ５２がオフ操作されたときだけでなく、例えば電子制御装置５１による内燃機関１１の自動停止制御が開始されるに際しての機関停止要求（例えば上記所定条件の成立に基づく指令信号の生成等）がなされた旨判断されることを条件に上記最大リフト量や作動角が増大されることとなる。

・上記実施形態では最大リフト量及び作動角の双方を変更可能な可変機構３１を採用したが、これに限らず、例えば最大リフト量についてのみ、或いは作動角についてのみ変更可能な可変機構を採用してもよい。この場合、最大リフト量についてのみ変更可能な可変機構に関しては最大リフト量の変更を通じて、また、作動角についてのみ変更可能な可変機構に関しては作動角の変更を通じて吸入空気量の変更を行う。

一実施形態の内燃機関を示す概略構成図。 可変機構の駆動に基づく吸気バルブの最大リフト量及び作動角の変化態様を示すグラフ。 電子制御装置により実行される制御の手順を示すフローチャート。 上記制御に基づく吸気バルブの最大リフト量及び作動角等の変化態様例を示すタイミングチャート。

符号の説明

１１…内燃機関、１２…機関燃焼室、１３…吸気通路、１４…燃料噴射弁、１５…点火プラグ、１６…ピストン、１７…クランクシャフト、１９…吸気バルブ、２１…吸気カムシャフト、２１ａ…吸気カム、３１…可変機構、４１…電動モータ、５１…電子制御装置、５２…イグニッションスイッチ。

Claims (4)

1. 吸気バルブの最大リフト量を変更可能な可変機構を備えた内燃機関の制御装置において、
   機関停止要求がなされたか否かを判断する判断手段と、
   前記機関停止要求がなされた旨判断されることを条件に前記吸気バルブの最大リフト量が大きくなるように前記可変機構を制御する変更手段と、
   前記変更手段による最大リフト量の変更に先立って燃料噴射及び点火の少なくとも一方を停止させる停止手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
   前記変更手段は前記吸気バルブの閉弁時期が圧縮行程に設定されない範囲で前記吸気バルブの最大リフト量を増大させる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 吸気バルブの作動角を変更可能な可変機構を備えた内燃機関の制御装置において、
   機関停止要求がなされたか否かを判断する判断手段と、
   前記機関停止要求がなされた旨判断されることを条件に前記吸気バルブの作動角が大きくなるように前記可変機構を制御する変更手段と、
   前記変更手段による作動角の変更に先立って燃料噴射及び点火の少なくとも一方を停止させる停止手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項３記載の内燃機関の制御装置において、
   前記変更手段は前記吸気バルブの閉弁時期が圧縮行程に設定されない範囲で前記吸気バルブの作動角を増大させる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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