JP2014098369A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気弁タイミングを変更可能なＶＶＴ４０（可変動弁機構）を備えたエンジン１において、良好な始動性を確保しつつ、エンジン回転の吹け上がりを抑えたスムーズな始動を実現する。
【解決手段】エンジン停止の際に吸気弁タイミングを、停止時タイミングとして記憶しておく。その後のエンジン始動の際に吸気弁タイミングを算出できない間は、停止時タイミングに基づいて始動制御を行い（ステップＳＴ１０１〜１０４）、吸気弁タイミングを算出できるようになれば、これに基づいて始動制御を行う（ステップＳＴ１０５〜１０７）。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御装置に関し、特に、吸気弁の動作タイミング（動作時期）を変更可能な可変動弁機構を備える場合の始動制御に係る。

従来より、車両等に搭載される内燃機関においては、吸気弁の動作タイミングを可変とする可変動弁機構（ Variable Valve Timing：以下、ＶＶＴと略称）の採用が拡大している。例えば特許文献１に記載のものでは、吸気側にステップモータ駆動のＶＶＴを備えて、機関回転数および吸入空気量の変化に応じてＶＶＴを作動させるようにしている。

また、前記従来例では、内燃機関が中回転域にあるときに低回転域や高回転域に比べてＶＶＴの基本進角量を進角側にセットする。一方、始動時には基本進角量を０にセットし、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップを小さくすることによって内部ＥＧＲを減少させ、混合気の燃焼性を高めるようにしている。

特開平６−３４６７６４号公報

ところで、ＶＶＴを備えた内燃機関では、通常は機関停止の際に次回の始動に好適な吸気弁の動作タイミング（以下、簡略に吸気弁タイミングともいう）になるよう、予めＶＶＴを所定の目標位置まで作動させるようにしているが、何らかの理由でＶＶＴが目標位置まで到達しなかったり、その後、ＶＶＴが動いてしまったりして、機関始動の際に好適な吸気弁タイミングになっていないことがある。

そのため、ＶＶＴが前記の目標位置にあるものとして始動制御をすると、例えば気筒への充填効率が目標値よりも低いところへ、これに対して多めの燃料が噴射されてしまい、始動性が悪化する虞がある。反対に充填効率の高いときには機関回転が過剰に吹け上がってしまい、乗員に違和感を与える虞がある。

なお、実際の吸気弁タイミングはクランクポジションセンサやカムポジションセンサからの信号によって算出できるが、機関始動の際、クランキングの開始直後はカムポジションセンサからのパルス信号が得られないことがあり、この間は吸気弁タイミングを算出することはできない。

このような問題点を考慮して本発明の目的は、ＶＶＴ（可変動弁機構）を備えた内燃機関の良好な始動性を確保しつつ、機関回転の吹け上がりを抑えたスムーズな始動を実現することにある。

前記の目的を達成するために本発明は、吸気弁の動作時期を変更可能な可変動弁機構（以下、ＶＶＴ）を備えた内燃機関の制御装置を対象として、機関停止の際に吸気弁の動作時期を停止時動作時期として記憶する記憶手段と、機関始動の際に、吸気弁の動作時期を検出若しくは算出可能な場合は、該動作時期に基づいて始動制御を行う一方、検出若しくは算出可能でない場合は、前記停止時動作時期に基づいて始動制御を行う始動制御手段と、を備えるものとする。

前記の特定事項により、内燃機関の始動の際に吸気弁の動作時期を検出若しくは算出できない場合は、その前の機関停止の際に記憶した停止時動作時期に基づいて始動制御が行われる。よって、仮に機関停止の際に何らかの理由でＶＶＴが目標位置に戻らなかったとしても、実際の吸気弁の動作時期に近い停止時動作時期に基づいて、従来よりも正確な始動制御を行うことができる。

また、機関始動の際に吸気弁の動作時期を検出若しくは算出できれば、これに基づいて始動制御を行うことで、仮に内燃機関の停止から始動までの間にＶＶＴが目標位置からずれてしまっていても、この影響を極小化して正確な始動制御を行うことができる。

具体的に前記始動制御手段は、前記停止時動作位置に基づいて始動制御を開始し、その後、クランキングに伴いクランクポジションセンサおよびカムポジションセンサからそれぞれ信号が発せられて、吸気弁の動作時期を検出若しくは算出可能になれば、該動作位置に基づく始動制御に切り替えるものとすればよい。

こうすれば、機関始動の際に速やかに、かつできるだけ正確に始動制御を行うことによって、良好な始動性を確保しながら、機関回転の吹け上がりを抑えたスムーズな始動を実現できる。

なお、前記停止時動作時期については、機関停止の際に燃料噴射や点火が終了した後に惰性で回転するクランクシャフトが静止するまでの間に、クランクポジションセンサおよびカムポジションセンサからの信号によって算出すればよい。

前記始動制御手段による機関始動の際の制御について、より具体的には、前記停止時動作時期または機関始動の際に検出若しくは算出した吸気弁の動作時期のいずれかに基づいて、気筒への充填効率に見合うように燃料噴射量を制御することが好ましい。こうして実際の充填効率に見合った適量の燃料を噴射供給することによって、混合気の燃焼性を高めることができ、始動性の確保に有利になる。

また、好ましくは前記始動制御手段は、前記停止時動作時期または機関始動の際に検出若しくは算出した吸気弁の動作時期のいずれかに基づいて、点火時期を制御するようにしてもよい。この場合は、充填効率が目標値よりも低いときには、点火時期の進角によって始動性の確保を図る一方、充填効率が高いときには点火時期の遅角によって、機関回転の吹け上がりを抑制することができる。

さらに前記始動制御手段は、前記停止時動作時期または機関始動の際に検出若しくは算出した吸気弁の動作時期のいずれかに基づいて、ＶＶＴを制御するようにしてもよい。例えば、前記停止時動作時期や始動の際に検出若しくは算出した実際の動作時期が、機関始動に適した所定時期（ＶＶＴの目標位置に対応）からずれているときに、このずれを減少させるようにＶＶＴを制御することができる。

さらにまた、前記始動制御手段は、機関始動の際に内燃機関の温度状態に応じてＶＶＴを制御し、低温側で吸気弁の動作時期を進角させる一方、高温側では遅角させるようにしてもよい。こうすれば、低温側で気筒への充填効率を高めて、混合気の燃焼性を高めることができる一方、高温側ではむしろ充填効率は低下させて、機関回転の吹け上がりを抑えることができる。

つまり、始動の際の内燃機関の温度状態に応じて吸気弁の動作時期を変更することによって、始動に好適な充填効率とすることができ、機関始動性の確保とスムーズな始動とをより高い次元で両立できる。

特に内燃機関が車両に搭載されている場合には、前記始動制御手段は、機関始動の際に車両の乗員によってクランキングの開始操作が行われる前に、当該乗員による所定の操作に応じてＶＶＴの制御を開始する構成としてもよい。こうすれば、例えばイグニッションスイッチのオン操作に応じて速やかにＶＶＴの作動を開始し、より早く好適な充填効率に制御することができる。

そうしてイグニッションスイッチなど所定の操作に応じてＶＶＴの制御を開始した後に、クランキングに伴いクランクポジションセンサおよびカムポジションセンサからそれぞれ信号が発せられ、吸気弁の動作時期を検出若しくは算出可能になれば、該動作位置に基づいてＶＶＴの制御を行うようにすればよい。

なお、前記始動制御手段は、内燃機関が始動の際に所定以上の高温状態にあるときには、クランキングの開始を遅延させて、ＶＶＴの制御により吸気弁の動作時期を遅角側に変更する構成としてもよい。

すなわち、内燃機関の温度状態がかなり高いときには、吸気ポートなどに残留する燃料がクランキングによって気筒内へ吸入されて、自着火する可能性があるので、このような高温状態ではクランキングを遅延させ、先に吸気弁の動作時期を遅角させることにより、気筒の充填効率および有効圧縮比を低下させて、自着火を抑制するものである。

本発明によれば、ＶＶＴを備えた内燃機関において、始動の際に吸気弁の動作時期を検出若しくは算出できないときは、その前の停止時に記憶した停止時動作時期に基づいて、また、吸気弁の動作時期を検出若しくは算出できれば、この動作時期に基づいて、始動制御を行うようにしたから、ＶＶＴが目標位置からずれていても良好な機関始動性を確保しつつ、機関回転の吹け上がりを抑えたスムーズな始動を実現できる。

本発明を適用する内燃機関（エンジン）の一例を示す概略構成図である。 ＶＶＴの構成を示す断面図である。 図２のIII-III線における断面図である。 エンジンの制御系の構成を示すブロック図である。 ＥＣＵが実行するエンジン始動制御の一例を示すフローチャートである。 始動制御に関連する特性図の一例を示す説明図であって、(a)はＶＶＴ位置と充填効率との関係を示し、(b)(c)はそれぞれＶＶＴ位置に応じて燃料噴射量および点火時期の目標値を設定した制御マップを示す。 エンジン始動制御の一例を示すタイミングチャートである。 始動時にＶＶＴを作動させる変形例に係る図５相当図である。 同変形例のＶＶＴ制御に用いる制御マップの一例を示す説明図である。 同変形例に係る図７相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−内燃機関の全体構成−
まず、図１を参照して、本発明を適用する内燃機関（以下、エンジンともいう）について説明する。この例のエンジン１は、車両に搭載される４気筒ガソリンエンジンであって、シリンダブロック１ａ内に形成された４つの気筒（図１には１気筒のみを示す）それぞれに、上下に往復動するようにピストン１ｃが収容されている。それら４つの気筒を取り囲むようにシリンダブロック１ａにはウォータジャケットが形成され、エンジン冷却水（冷却液）の温度を検出するように水温センサ３２が配置されている。

前記４つの気筒におけるピストン１ｃの往復運動はそれぞれ、コネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５の回転運動に変換される。クランクシャフト１５は、トルクコンバータ（またはクラッチ）等を介して変速機（図示せず）に連結されており、エンジン１の出力を変速機を介して車両の駆動輪に伝達することができる。この変速機は、一例として多段式の自動変速機であってもよいし、ベルト式無段変速機などであってもよい。

また、クランクシャフト１５には、エンジン１の始動時に起動されるスタータモータ１０が連結可能になっており、このスタータモータ１０によってクランクシャフト１５を強制的に回転させる（クランキング）ことができる。クランクシャフト１５にはシグナルロータ１７が取り付けられており、その外周面には複数の歯（突起）１７ａが等角度毎に設けられるとともに、その歯１７ａの２枚分が欠落した欠歯部１７ｂも設けられている。

前記シグナルロータ１７の側方近傍には、クランク角を検出するクランクポジションセンサ３１が配置されている。クランクポジションセンサ３１は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の歯１７ａに対応するパルス状の信号を発生する。このクランクポジションセンサ３１のパルス信号からエンジン回転数ｎｅを算出することができる。

さらに、クランクシャフト１５を覆うようにシリンダブロック１ａの下部には、潤滑油（エンジンオイル）を貯留するオイルパン１８が設けられている。オイルパン１８に貯留された潤滑油は、エンジン１の運転時にオイルポンプ（図示せず）によって汲み上げられ、ピストン１ｃ、クランクシャフト１５、コネクティングロッド１６などエンジン各部に供給されて、その各部の潤滑・冷却等に使用される。

一方、シリンダブロック１ａの上端にはシリンダヘッド１ｂが締結されており、このシリンダヘッド１ｂによって上端を閉じられた各気筒毎に、ピストン１ｃの往復運動によって容積の変化する燃焼室１ｄが形成されている。この燃焼室１ｄに臨んでシリンダヘッド１ｂには各気筒毎に点火プラグ３が配置されており、これによる点火のタイミングはイグナイタ４によって調整される。イグナイタ４はＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００によって制御される。

前記燃焼室１ｄには吸気通路１１と排気通路１２とがそれぞれ連通し、新気の吸入と燃焼ガスの排気とを行うようになっている。吸気通路１１の下流側（吸気流れの下流側）は吸気ポート１１ａおよびインテークマニホールド１１ｂによって構成され、その上流側にはサージタンク１１ｃが配設されている。また、吸気通路１１には、吸気を濾過するエアクリーナ７、熱線式のエアフロメータ３３、吸気温センサ３４（一例としてエアフロメータ３３に内蔵）、エンジン１の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ５などが配置されている。

一例としてスロットルバルブ５は、サージタンク１１ｃの上流側に設けられており、スロットルモータ６によって駆動される。スロットルバルブ５の開度はスロットル開度センサ３５によって検出され、エンジン１の運転状態に応じた最適な吸入空気量となるようにＥＣＵ２００によってフィードバック制御される。

また、各気筒毎に吸気ポート１１ａにはインジェクタ（燃料噴射弁）２が配置されている。これらのインジェクタ２は共通のデリバリパイプ１０１に接続され、燃料供給系１００から燃料が供給される。一例として燃料供給系１００は、デリバリパイプ１０１に接続された燃料供給管１０２、燃料ポンプ１０３および燃料タンク１０４などを備えている。

インジェクタ２はＥＣＵ２００によって制御され、各気筒毎に所定のタイミングで燃料噴射が行われる。そして、インジェクタ２から吸気ポート１１ａ内に噴射された燃料は吸入空気と混合され、吸気弁１３の開弁に伴い各気筒内の燃焼室１ｄに導入される。この混合気は、気筒の圧縮行程の終盤に点火プラグ３によって点火されて燃焼・爆発し、高温高圧の燃焼ガスがピストン１ｃを押し下げた後に、排気弁１４の開弁に伴い排気通路１２に排出される。

この排気通路１２の上流側（排気流れの上流側）は排気ポート１２ａおよびエキゾーストマニホールド１２ｂによって構成され、その下流側には三元触媒８が配置されている。三元触媒８は、排気通路１２に排気された排気ガス中のＣＯ、ＨＣの酸化およびＮＯｘの還元を行い、それらを無害なＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂とすることで排気ガスを浄化する。

三元触媒８の上流側の排気通路１２には、例えば空燃比に対してリニアな特性を示すフロント空燃比センサ３７が配置されており、下流側の排気通路１２には、例えばラムダセンサからなるリアＯ₂センサ３８が配置されている。これらフロント空燃比センサ３７およびリアＯ₂センサ３８の出力信号はＥＣＵ２００にフィードバックされて、空燃比の制御に供される。

前記のような燃焼室１ｄの吸気および排気は、吸気弁１３および排気弁１４の開閉動作によって行われる。すなわち、吸気ポート１１ａと燃焼室１ｄとの間には吸気弁１３が設けられ、排気ポート１２ａと燃焼室１ｄとの間には排気弁１４が設けられている。そして、タイミングチェーン等を介してクランクシャフト１５により回転される吸気および排気の各カムシャフト２１，２２によって、吸気弁１３および排気弁１４がそれぞれ所定のタイミングで開閉される。

より具体的には、吸気および排気の各カムシャフト２１，２２はそれぞれ、クランクシャフト１５の１／２の回転速度で回転し、ピストン１ｃが２往復する間に１回転する。言い換えると、クランクシャフト１５が２回転（７２０°回転）して、ピストン１ｃが吸気、圧縮、膨張および排気の各行程を行う間に、各カムカムシャフト２１，２２が１回転し、それぞれの気筒の吸気行程で吸気弁１３を開き、排気行程で排気弁１４を開くようになっている。

こうして回転する吸気カムシャフト２１の近傍には、特定の気筒（例えば第１気筒）のピストン１ｃが圧縮上死点（ＴＤＣ）に達したときにパルス状の信号を発生するように、カムポジションセンサ３９が設けられている。カムポジションセンサ３９は、前記のクランクポジションセンサ３１と同様に電磁ピックアップからなり、吸気カムシャフト２１のロータ外周の１個の歯（図示せず）が通過する際にパルス信号を出力する。

また、本実施形態では吸気カムシャフト２１に、以下に説明する電動式の可変動弁機構（以下、ＶＶＴ４０と略称する）が取り付けられている。これにより、クランクシャフト１５の回転を基準とする吸気カムシャフト２１の回転位相を連続的に変化させて、吸気弁１３の開閉するタイミング（以下、吸気弁タイミングともいう）を進角側、遅角側に連続的に変更することができる。

−ＶＶＴ−
図２、３に示すように本実施形態では、吸気カムシャフト２１の端部にＶＶＴ４０（図１には示さず）が配設されている。なお、図２はＶＶＴ４０の内部の構造を示す断面図であり、図３は図２のIII-III線における断面図である。排気カムシャフト２２にも同様の可変動弁機構を配設してもよい。

図の例ではＶＶＴ４０は、ＥＣＵ２００により制御される電動モータ４２（以下、単にモータという）によって駆動されるものであり、図２に示すように電動モータ４２は、モータ軸４４、軸受４６、回転数センサ４７、ステータ５０等から構成される三相モータである。モータ軸４４は二つの軸受４６，４６により支持されて軸線Ｏ周りに回転可能となっている。このモータ軸４４には、径方向外側に突出する円形板状のロータ部４５が固定され、このロータ部４５の外周壁に複数の磁石４５ａが埋設されている。

一方、ステータ５０はモータ軸４４の外周側に配設され、モータ軸４４の軸線Ｏ周りに等間隔に並ぶ複数のコイルを備えている。コイルはコア５１に巻線５２を巻回してなり、駆動回路１０８からの供給を受けて電流が流れると、モータ軸４４の外周側に回転磁界を形成して、回転トルクを発生させる。回転数センサ４７はロータ部４５の近傍に配設され、各磁石４５ａによる形成磁界の強さを感知することによりモータ軸４４の回転数（以下、モータ回転数という）を検出する。

また、前記図２の他、図３にも示すようにＶＶＴ４０は、位相変化機構６０を備えている。この位相変化機構６０は、スプロケット６２、リングギア６３、偏心軸６４、遊星歯車６５、出力軸６６等を備えている。前記スプロケット６２は出力軸６６の外周側に同軸上に配設されており、出力軸６６に対してモータ軸４４と同じ軸線Ｏ周りに相対回転可能である。

そして、クランクシャフト１５の回転がチェーンなどによってスプロケット６２に伝えられると、このスプロケット６２がクランクシャフト１５に対する回転位相を保ちつつ、軸線Ｏを中心として図３の時計回り方向に回転する。リングギア６３は内歯車で構成されてスプロケット６２の内周壁に同軸上に固定されており、スプロケット６２と一体に回転する。

偏心軸６４は、モータ軸４４に連結固定されることにより軸線Ｏに対し偏心して配設されており、モータ軸４４と一体に回転する。遊星歯車６５は外歯車であり、リングギア６３と噛み合うようにしてその内周側に遊星運動可能に配設されている。偏心軸６４の外周壁に同軸上に支持されている遊星歯車６５は、偏心軸６４に対して偏心軸線Ｐ周りに相対回転可能になっている。

また、出力軸６６は吸気カムシャフト２１に同軸にボルト固定されており、モータ軸４４と同じ軸線Ｏを中心として吸気カムシャフト２１と一体に回転する。出力軸６６には、軸線Ｏを中心とする円環板状の係合部６７が形成されていて、この係合部６７には軸線Ｏ周りに等間隔に複数の係合孔６８が設けられている。これらの係合孔６８と向き合うように遊星歯車６５には、偏心軸線Ｐの周りに等間隔をあけて複数の係合突起６９が設けられており、それぞれが軸６６側に突出して対応する係合孔６８に突入している。

このような構造のＶＶＴ４０は、モータ軸４４がスプロケット６２に対して相対回転しないときには、クランクシャフト１５の回転に伴い遊星歯車６５が、リングギア６３との噛合位置を保ちつつスプロケット６２と一体に図３の時計回り方向に回転する。このとき、係合突起６９が係合孔６８の内周壁を回転方向に押圧するため、出力軸６６はスプロケット６２に対して相対回転することなく図３の時計回り方向に回転する。これにより、クランクシャフト１５に対する吸気カムシャフト２１の回転位相が保たれる。

一方、モータ軸４４がスプロケット６２に対して図３の反時計回り方向に相対回転すると、遊星歯車６５がその遊星運動により、偏心軸６４に対して図３の時計回り方向へ相対回転しつつリングギア６３との噛合位置を変化させる。このとき、係合突起６９が係合孔６８を回転方向に押圧する力が増大するため、出力軸６６はスプロケット６２に対して進角する。これにより、吸気カムシャフト２１の回転位相が進角側に変化する。

反対にモータ軸４４がスプロケット６２に対して図３の時計回り方向に相対回転すると、遊星歯車６５がその遊星運動により、偏心軸６４に対して図３の反時計回り方向へ相対回転しつつリングギア６３との噛合位置を変化させる。このとき、係合突起６９が係合孔６８を反回転方向に押圧するようになるため、出力軸６６はスプロケット６２に対して遅角する。これにより、吸気カムシャフト２１の回転位相が遅角側に変化する。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ２００は、図４に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０３およびバックアップＲＡＭ２０４などを備えている。

ＲＯＭ２０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ２０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

以上のＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３およびバックアップＲＡＭ２０４は、バス２０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース２０５および出力インターフェース２０６と接続されている。

入力インターフェース２０５には、クランクポジションセンサ３１、水温センサ３２、エアフロメータ３３、吸気温センサ３４、スロットル開度センサ３５、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ３６、フロント空燃比センサ３７、リアＯ₂センサ３８、および、カムポジションセンサ３９などの各種センサ類が接続されている。

また、入力インターフェース２０５には、車両のメイン電源をオンオフするためのイグニッションスイッチ４８と、車両の乗員によってエンジン１の始動に係る操作が行われるスタータスイッチ４９とが接続されている。イグニッションスイッチ４８がオン操作されると、ＥＣＵ２００によるエンジン１の制御が開始され、スタータスイッチ４９がオン操作されると、スタータモータ１０によるエンジン１のクランキングが開始される。

一方、出力インターフェース２０６には、一例として各気筒毎のインジェクタ２、同じく各気筒毎の点火プラグ３のイグナイタ４、スロットルバルブ５のスロットルモータ６、スタータモータ１０、および、吸気カムシャフト２１のＶＶＴ４０、などが接続されている。

そして、ＥＣＵ２００は、前記した各種センサおよびスイッチからの信号に基づいて、インジェクタ２の駆動制御（燃料の噴射量および噴射時期の制御）、点火プラグ３による点火時期の制御、スロットルモータ６の駆動制御（スロットル開度の制御）、ＶＶＴ４０の制御、即ち吸気弁タイミングなどを含むエンジン１の各種制御を実行し、さらに、下記の如くエンジン始動制御を実行する。

つまり、ＥＣＵ２００により実行される以下のエンジン始動制御に係るプログラムによって、本実施形態の内燃機関の制御装置が実現される。より詳しくはＥＣＵ２００のＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３などが始動制御手段に対応し、バックアップＲＡＭ２０４は記憶手段に対応する。

−エンジンの始動制御−
本実施形態のエンジン１では、運転を停止する際に予め次回の始動に好適な吸気弁タイミングになるように、ＶＶＴ４０を所定の目標位置まで作動させるようにしているが、何らかの理由でＶＶＴ４０が目標位置まで到達しなかったり、また、その後の機関始動までの間にＶＶＴ４０が動いてしまい、目標位置からずれることもあり得る。

このため、仮にＶＶＴ４０が前記の目標位置にあるものとして始動制御を行うと、例えば気筒への充填効率が目標値（ＶＶＴ４０の目標位置に対応）よりも低いにもかかわらず、目標値に対応する分量の燃料が噴射されてしまい、気筒内の空気が少ないことと燃料が多過ぎることとが相俟って、始動性が悪化する虞がある。反対に充填効率の高いときには機関回転が吹け上がってしまい、乗員に違和感を与える虞がある。

ＶＶＴ４０の実際の位置、即ち吸気弁タイミングは、クランクポジションセンサ３１の信号からシグナルロータ１７の欠歯部１７ｂに対応するパルス信号の欠落を検出し、かつカムポジションセンサ３９からのパルス信号が入力していれば、これらに基づいて算出することができる。

しかしながらエンジン始動の際にクランキングが開始されても、直ぐにはカムポジションセンサ３９からのパルス信号が入力しないことがあり、場合によってはクランクシャフト１５が２回転するまでの間、吸気弁タイミングを算出することができない。

そこで、本実施形態では、予めエンジン停止の際に惰性で回転するクランクシャフト１５が静止するまでの間に吸気弁タイミングを算出し、これを停止時タイミング（停止時動作時期）としてバックアップＲＡＭ２０４に記憶しておく。そして、エンジン始動の際に、最初は記憶した停止時タイミングに基づいて始動制御を行い、クランキングに伴い実際の吸気弁タイミングを算出できるようになれば、これに基づいて始動制御を行うようにした。

以下、前記のようなエンジン始動制御の一例について図５のフローチャートを参照して説明する。図示の始動制御ルーチンは、イグニッションスイッチ４８がオン操作された時点（ＩＧ−ＳＷオン）で開始され（スタート）、ステップＳＴ１０１においては、まず、前回のエンジン停止時に記憶した吸気弁タイミング（停止時タイミング）を用いて、この吸気弁タイミングによる充填効率に対応する燃料噴射量および点火時期の目標値を算出する。

すなわち、本実施形態においてエンジン始動時の吸気弁タイミングは、基本的に吸気弁１３の閉じるタイミングが遅角側に設定されており、一例を図６(a)の特性図に示すように、ＶＶＴ４０によって吸気弁タイミングが進角されると、吸気弁１３の遅閉じの度合いが小さくなって気筒の充填効率が高くなる。反対に吸気弁タイミングが遅角されると、徐々に充填効率は低下してゆく。

このような関係を考慮して本実施形態では、一例を図６(b)の制御マップに示すように、吸気弁タイミングが進角側にあるほど燃料噴射量が多くなり、遅角側に変化するに従って徐々に減少するように設定している。すなわち、気筒内に充填される空気の量に見合った適量の燃料を噴射することにより、混合気の空燃比を始動に好適なものとして、燃焼安定性を確保するものである。

一方、点火時期については一例を図６(c)の制御マップに示すように、吸気弁タイミングが進角側にあるほど点火時期は遅角させ、吸気弁タイミングが遅角側に変化すれば点火時期は徐々に進角させるようにしている。これは、気筒の充填効率が高い場合のエンジン回転の過剰な吹け上がりを抑えるために、点火時期は遅角制御するものである。

前記図６(b)(c)の制御マップは、いずれも実験・計算等により気筒の充填効率に対応する好適な燃料噴射量および点火時期を適合し、それらの適合値をマップ化してＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２内に記憶したものである。なお、前記のマップに限定されることはなく、さらにエンジン始動時の諸条件（エンジン水温、吸気温など）を加味して燃料噴射量や点火時期を設定してもよい。

前記ステップＳＴ１０１に続くステップＳＴ１０２では、スタータスイッチ４９がオン操作されたか否か判定して（スタータＳＷオン？）、否定判定（ＮＯ）であれば待機し、肯定判定（ＹＥＳ）になればステップＳＴ１０３に進んで、スタータモータ１０を作動させてエンジン１のクランキングを開始する。続いてステップＳＴ１０４では、所定気筒から順にインジェクタ２による燃料の噴射制御および点火プラグ３による点火制御を開始する。

続いてステップＳＴ１０５では、クランクポジションセンサ３１およびカムポジションセンサ３９の信号から実際の吸気弁タイミングを算出できるか否か判定し、否定判定（ＮＯ）の間は待機して、肯定判定になればステップＳＴ１０６に進む。そして、算出した吸気弁タイミングが、ＶＶＴ４０の目標位置に対応する目標タイミングからずれていれば、この目標タイミングになるようにＶＶＴ４０を作動させる（必要に応じてＶＶＴ作動）。

続いてステップＳＴ１０７では、前記の算出した吸気弁タイミングに基づいて、前記図６(b)(c)の制御マップを参照して燃料噴射量および点火時期の目標値を算出し、この目標値になるように燃料噴射制御および点火制御を行う。つまり、算出した実際の吸気弁タイミングに対応する充填効率に見合った燃料噴射量および点火時期になるように、始動制御を切り替える。

ステップＳＴ１０８では、クランクポジションセンサ３１の信号から算出されるエンジン回転数ｎｅが所定の始動完了判定値Ｔｈｎｅ（例えば、５００ｒｐｍ：図７参照）に到達したか否か判定し、否定判定（ＮＯ）であれば待機する一方、エンジン回転数ｎｅが判定値Ｔｈｎｅに達して肯定判定（ＹＥＳ）になれば、ステップＳＴ１０９においてスタータモータ１０の作動を停止させて（スタータオフ）、始動制御ルーチンを終了する（エンド）。

図７には、前記の始動制御におけるエンジン回転数ｎｅや吸気弁タイミングなどの変化を示す。図の例では、エンジン１の停止中（エンジン回転数ｎｅ＝０）において、図の上段に示すように実際の吸気弁タイミング（実タイミング：実線）が目標タイミング（破線）から進角側にずれている。つまり、吸気弁１３の遅閉じの度合いが小さくなっていて、気筒への充填効率は目標値よりも多くなる。

この状態でイグニッションスイッチ４８がオン操作され、暫くしてスタータスイッチ４９がオン操作されて、スタータモータ１０の作動によるエンジン１のクランキングが開始されると（時刻ｔ１）、エンジン回転数ｎｅは所定回転数（例えば２００ｒｐｍくらい）に上昇する。また、図示はしないが４つの気筒に所定の順番で燃料の供給および点火が行われる。

そして、前記のクランキングに伴いクランクポジションセンサ３１およびカムポジションセンサ３９から所要の信号が入力し、実際の吸気弁タイミングを算出できるようになる（時刻ｔ２：タイミング確定フラグＯＦＦ→ＯＮ）。この実際の吸気弁タイミング（実タイミング）が目標タイミングからずれているため、それらの偏差に応じてＶＶＴ４０が作動され、実際の吸気弁タイミングが遅角側に変更されてゆく。

また、実際の吸気弁タイミングが目標タイミングからずれていて、気筒への充填効率が目標値よりも多いことから、各気筒への燃料噴射量は増量補正されて、混合気の空燃比は良好な始動性の得られる値になる。一方、点火時期は、実際の吸気弁タイミングの目標タイミングのずれに応じて、図示のように遅角補正されるので、充填効率が高くなっていてもエンジントルクが過多になることは抑制される。

その結果、時刻ｔ３において立ち上がったエンジン回転数ｎｅは、図に仮想線で示すように過剰に吹け上がることなく、実線のようにスムーズに上昇する。また、前記のＶＶＴ４０の作動によって、実際の吸気弁タイミングが遅角側に変更されてゆき、これにより充填効率が徐々に低下するのに対応して、各気筒への燃料噴射量が減量されるとともに、点火時期は徐々に進角側に戻される。

そして、スムーズに吹け上がったエンジン回転数ｎｅが判定値Ｔｈｎｅに達すれば（時刻ｔ４）、スタータモータ１０の作動が停止され、エンジン１は自立して回転するようになる。このときに吸気弁タイミングは概ね目標タイミングになっており、燃料噴射量や点火時期も概ね本来の目標値になっている。その後は始動制御を完了して、エンジン１の運転状態に応じた通常の制御に移行することになる。

したがって、本実施形態に係るエンジン１の制御装置によると、エンジン始動の際に吸気弁タイミングを算出できない間は、エンジン停止時に記憶した停止時タイミングに基づいて、また、クランキング後に吸気弁タイミングを算出できるようになれば、これに基づいて始動制御を行うようにしたから、ＶＶＴ４０が目標位置からずれていても良好な始動性を確保しつつ、機関回転の吹け上がりを抑えたスムーズな始動を実現できる。

すなわち、前記停止時タイミングまたは始動時に算出した吸気弁タイミングのいずれかに基づいて、気筒への実際の充填効率に見合う好適な分量の燃料を噴射供給するとともに、実際の充填効率の目標値からのずれに対しては、これによるエンジントルクのずれを点火時期の制御によって補正することで、必要なエンジントルクを確保しながらエンジン回転の過剰な吹け上がりを抑制することができる。

しかも本実施形態では、始動時に算出した吸気弁タイミングが、ＶＶＴ４０の目標位置に対応する目標タイミングからずれていれば、この目標タイミングになるようにＶＶＴ４０を作動させるようにしており、これにより充填効率も目標値に近づけて、より好適な始動制御を実現できる。

−始動制御の変形例−
次に、エンジン１の始動の際にその温度状態に応じてＶＶＴ４０を作動させるようにした変形例について説明する。すなわち、例えば冷間のエンジン始動であれば気筒への充填効率をより高くして、混合気の燃焼性を高めることが好ましい一方で、例えばアイドルストップ後のような温間再始動であれば充填効率をより低くしないと、エンジン回転の吹け上がりを抑えきれない。

そこで、この変形例では図８に一例を示すように、イグニッションスイッチ４８がオン操作されると（スタート：ＩＧ−ＳＷオン）、ステップＳＴ２０１において、水温センサ３２および吸気温センサ３４の各出力信号からエンジン水温および吸気温を検出する。そして、停止時タイミングに基づいて、前記のエンジン１の温度状態に応じてＶＶＴ４０の制御を開始する。

すなわち、一例として図９に示すような制御マップを参照し、エンジン１の温度状態に応じて好適な充填効率となる吸気弁タイミングを算出する。図示の制御マップによれば、エンジン水温（吸気温についても同様）が低いほど、吸気弁タイミングを進角させることにより、充填効率を高める一方、エンジン水温（吸気温についても同様）が高いほど、吸気弁タイミングは遅角させて、充填効率を低下させる。

このような制御マップは、実験やシミュレーションなどによりエンジン水温および吸気温に対応する好適な吸気弁タイミングを適合し、その適合値をマップ化してＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２内に記憶したものである。そして、制御マップから算出した好適な吸気弁タイミングと停止時タイミングとの偏差に応じて、ＶＶＴ４０を進角側または遅角側へ作動させる。

続いてステップＳＴ２０２では、上述した実施形態の図５のフローのステップＳＴ１０１と同じく、停止時タイミングに基づいて燃料噴射量および点火時期の目標値を算出し、ステップＳＴ２０３でスタータスイッチ４９がオン操作されれば（ＹＥＳ）、スタータモータ１０によるクランキングと燃料噴射および点火時期の制御とをそれぞれ開始する（ステップＳＴ２０４，ＳＴ２０５）。

そして、前記図５のフローのステップＳＴ１０５と同様に実際の吸気弁タイミングを算出できるようになれば（ステップＳＴ２０６）、この実際の吸気弁タイミングに基づいて前記のＶＶＴ制御を実行し（ステップＳＴ２０７）、燃料噴射および点火時期の制御を行う（ステップＳＴ２０８）。つまり、停止時タイミングに基づく始動制御から実際の吸気弁タイミングに基づく始動制御に切り替える。

その後は、前記図５のフローのステップＳＴ１０８，ＳＴ１０９と同様に、エンジン回転数ｎｅが始動完了判定値Ｔｈｎｅに到達すれば（ステップＳＴ２０９）、スタータモータ１０を停止させて（ステップＳＴ２１０）、始動制御ルーチンを終了する（エンド）。

−変形例の作用効果−
以上の如き変形例の始動制御によると、図１０に一例を示すように、イグニッションスイッチ４８のオン操作に応じてＶＶＴ４０が作動されて（時刻ｔ１）、図の上段に示すように実際の吸気弁タイミング（実タイミング：実線）が、エンジン１の温度状態に対して好適な目標タイミング（破線）に近づいてゆく。このＶＶＴ制御は停止時タイミングに基づいて行われるため、時刻ｔ２においてＶＶＴ４０の作動が停止されても、実タイミングと目標タイミングとの間には、ずれが残る。

この状態でスタータスイッチ４９がオン操作されて、スタータモータ１０の作動によるエンジン１のクランキングが開始されると（時刻ｔ３）、エンジン回転数ｎｅが所定回転数に上昇するとともに、気筒への燃料噴射および点火制御が開始される。そして、クランクポジションセンサ３１およびカムポジションセンサ３９からの信号に基づいて、実際の吸気弁タイミングを算出できるようになると（時刻ｔ４）、この実際の吸気弁タイミングの目標タイミングからのずれ（偏差）に応じて再びＶＶＴ４０が作動される。

このとき、前記したようにイグニッションスイッチ４８のオン操作に応じて既にＶＶＴ制御が行われていて、気弁タイミングのずれが小さくなっていることから、図示のように実タイミングは速やかに目標タイミングに収束するようになる（時刻ｔ５）。また、充填効率は目標値よりも少し多くなっているだけなので、燃料噴射量の増分も少なくて済むし、点火時期の遅角補正量も少なくて済む。

そして、時刻ｔ６において立ち上がったエンジン回転数ｎｅが過剰に吹け上がることなくスムーズに上昇し、判定値Ｔｈｎｅに達すれば（時刻ｔ７）スタータモータ１０の作動が停止されて、エンジン１の運転状態に応じた通常の制御に移行する。

この変形例によると、前記した実施形態の作用効果に加えて、エンジン１の始動の際の温度状態に応じてＶＶＴ４０を制御し、例えば低温側では充填効率を高くし、混合気の燃焼性を確保することができる一方、高温側では充填効率を低下させ、エンジン回転の吹け上がりを十分に抑えることができる。よって、燃料噴射量の増量や点火時期の遅角に伴う燃費の悪化を最小限に留めながら、エンジン１の始動性の確保とスムーズな始動とを、より高い次元で両立できる。

しかも、変形例では車両の乗員によってクランキングの開始操作が行われる前に、例えばイグニッションスイッチ４８のオン操作に応じてＶＶＴ４０を作動させるようにしているので、このＶＶＴ４０の制御によって可及的速やかに吸気弁タイミングを目標値に収束させて、始動に好適な充填効率になるように制御することができる。

−他の実施形態−
なお、前記した実施形態および変形例の記載はあくまで例示に過ぎず、本発明の構成や用途などについても限定することを意図しない。例えば前記の実施形態および変形例ではエンジン１の始動制御として燃料噴射量や点火時期およびＶＶＴ４０の制御を、始動の最初期は停止時タイミングに基づいて行い、その後、算出した吸気弁タイミングに基づく制御に切り替えるようにしているが、これには限定されない。

例えば始動制御の途中で燃料噴射量の制御のみを切り替えるようにし、点火時期やＶＶＴ４０は停止時タイミングに基づく制御のままとしてもよいし、燃料噴射量および点火時期の制御を切り替えるようにし、ＶＶＴ４０は停止時タイミングに基づく制御のままとしてもよい。

また、始動制御の仕方を途中で切り替えるものにも限定されず、エンジン１の始動の際に吸気弁タイミングを算出できなければ停止時タイミングに基づいて始動制御を行う一方、吸気弁タイミングを算出できればこれに基づいて始動制御を行うようにしてもよい。また、吸気弁タイミングを直接、検出するような構成であってもよい。

また、前記の変形例においては、イグニッションスイッチ４８のオン操作に応じて、クランキングの開始前にＶＶＴ４０を作動させるようにしているが、これに限らず、例えばスタータスイッチ４９の操作など所定の操作の行われたことを契機として、クランキングの開始と同時にＶＶＴ４０を作動させるようにしてもよい。

さらに、例えばアイドルストップ後の温間再始動の際に、エンジン１がかなり温度の高い状態にあって、プレイグニッションなどの異常燃焼が発生する虞があるときには、クランキングの開始を遅延させてＶＶＴ４０を作動させるようにしてもよい。こうすれば、クランキングよりも先に吸気弁タイミングを遅角側に変更し、気筒の充填効率および有効圧縮比を十分に低下させることで、異常燃焼を抑制できる。

さらにまた、前記の実施形態および変形例では、ポート噴射式のエンジン１に本発明を適用した例について説明したが、本発明はこれに限ることなく、筒内直噴式のエンジンにも適用可能であるし、ポート噴射および筒内噴射の両方の燃料噴射弁を備えたエンジンにも適用可能である。

なお、前記の実施形態および変形例では、４気筒エンジンに本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されないことは勿論であり、例えば６気筒エンジンなど、他の任意の気筒数のエンジンの始動制御にも本発明は適用可能である。また、直列多気筒エンジンのほか、Ｖ型多気筒エンジンの始動制御にも本発明は適用可能である。

本発明は、ＶＶＴ（可変動弁機構）を備えた内燃機関（エンジン）に適用可能であり、良好な始動性を確保しつつ、エンジン回転の吹け上がりを抑えたスムーズな始動を実現できるので、乗用車等に搭載する場合に特に有効なものである。

１ エンジン（内燃機関）
１３ 吸気弁
４０ ＶＶＴ（可変動弁機構）
２００ ＥＣＵ
２０１ ＣＰＵ（始動制御手段）
２０２ ＲＯＭ（始動制御手段）
２０３ ＲＡＭ（始動制御手段）
２０４ バックアップＲＡＭ（記憶手段）

Claims (8)

1. 吸気弁の動作時期を変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置であって、
   機関停止の際に吸気弁の動作時期を停止時動作時期として記憶する記憶手段と、
   機関始動の際に、吸気弁の動作時期を検出若しくは算出可能な場合は、該動作時期に基づいて始動制御を行う一方、検出若しくは算出可能でない場合は、前記停止時動作時期に基づいて始動制御を行う始動制御手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記始動制御手段は、前記停止時動作位置に基づいて始動制御を開始し、その後、クランキングに伴い吸気弁の動作時期を検出若しくは算出可能になれば、該動作位置に基づく始動制御に切り替える、内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
   前記始動制御手段は、前記停止時動作時期または機関始動の際に検出若しくは算出した吸気弁の動作時期のいずれかに基づいて、燃料噴射量を制御する、内燃機関の制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
   前記始動制御手段は、前記停止時動作時期または機関始動の際に検出若しくは算出した吸気弁の動作時期のいずれかに基づいて、点火時期を制御する、内燃機関の制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
   前記始動制御手段は、前記停止時動作時期または機関始動の際に検出若しくは算出した吸気弁の動作時期のいずれかに基づいて、可変動弁機構を制御する、内燃機関の制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記始動制御手段は、機関始動の際に内燃機関の温度状態に応じて可変動弁機構を制御し、低温側で吸気弁の動作時期を進角させる一方、高温側では遅角させる、内燃機関の制御装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関の制御装置において、
   内燃機関が車両に搭載されており、
   前記始動制御手段は、機関始動の際に車両の乗員によってクランキングの開始操作が行われる前に、当該乗員による所定の操作に応じて前記可変動弁機構の制御を開始する、内燃機関の制御装置。
8. 請求項７に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記始動制御手段は、前記乗員による所定の操作に応じて、吸気弁の前記停止時動作位置に基づく前記可変動弁機構の制御を開始し、その後、クランキングに伴い吸気弁の動作時期を検出若しくは算出可能になれば、該動作位置に基づいて可変動弁機構を制御する、内燃機関の制御装置。

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