JP2018132008A

JP2018132008A - 内燃機関システム

Info

Publication number: JP2018132008A
Application number: JP2017027090A
Authority: JP
Inventors: 成広杉平; Shigehiro Sugihira; 足立　憲保; Noriyasu Adachi; 憲保足立; 啓介佐々木; Keisuke Sasaki; 孝吉河井; Kokichi Kawai; 郁大塚; Iku Otsuka; 伸治定金; Shinji Sadakane; 寛之杉原; Hiroyuki Sugihara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2037-02-16
Also published as: EP3364001B1; CA2993856A1; RU2018103372A; EP3364001A1; MX2018001919A; JP6540729B2; US20180230869A1; PH12018050016A1; RU2018103372A3; TW201831772A; BR102018003057A2; US10465573B2; CN108442993A; KR20180094796A; CN108442993B; AU2018200810A1

Abstract

【課題】気筒毎または気筒群毎に設けられたカムキャリアによってカムプロフィールの異なる複数種類のカムを切り替える多気筒エンジンのシステムにおいて、エンジン始動時の燃焼状態に問題が生じるのを抑える。【解決手段】エンジン始動時の駆動カムとして大カムを選択するシステムにおいて、エンジン停止要求が出された場合に、駆動カムとして小カムが選択されている気筒（小カム気筒）が含まれるか否かを判定する。小カム気筒が含まれると判定された場合、小カムから大カムへの切り替え指令を出す。エンジン始動要求が出された場合に、上記判定と同じ内容の判定を再度行う。小カム気筒が含まれると判定された場合、全てのソレノイドアクチュエータに対して先述の切り替え指令を再度出す。加えて、駆動カムの切り替え動作が全ての気筒において完了するまで、燃料インジェクタの駆動を待機させる。【選択図】図５

Description

この発明は、内燃機関システムに関する。

特許第５４０４４２７号明細書には、エンジンのカムシャフトに設けられたカムキャリアと、カムシャフトの軸方向にカムキャリアをスライドさせるサーボ機構と、を備える動弁装置が開示されている。カムキャリアは、吸気バルブを駆動可能なカムプロフィールの異なる３種類のカムを有している。カムキャリアの外周面には、所定形状の溝が形成されている。所定形状の溝は、カムシャフトの軸に対して傾斜する傾斜部を備えている。サーボ機構は、カムキャリアの溝と係合可能な係合要素を、所定の引き込み位置から押し出し、または、所定の引き込み位置に戻すように動作する。カムシャフトの回転中にサーボ機構を作動させると、カムキャリアの溝に沿って係合要素が移動する。係合要素が上述した傾斜部に沿って移動すると、カムシャフトの軸方向にカムキャリアがスライドする。このような動弁装置によれば、所望のタイミングにおいて、吸気バルブを駆動するカム（以下、「駆動カム」ともいう。）を所望のカムに切り替えることができる。

特許第５４０４４２７号明細書特開２０１０−１６８９６６号公報独国特許出願公開第１０２０１２００６８２０号明細書

ところで、上述したような駆動カムの切り替えを利用するエンジンが多気筒エンジンの場合は通常、全ての気筒において駆動カムのカムプロフィールが同一のカムプロフィールに揃えられる。仮に、全ての気筒に共通する単一のカムキャリアがカムシャフトに設けられている場合は、全ての駆動カムのカムプロフィールが一斉に、同一のカムプロフィールに揃えられることになる。一方、そうでない場合、つまり、カムキャリアが気筒毎または気筒群毎に設けられている場合は、駆動カムのカムプロフィールがカムキャリア単位で順番に切り替えられることになる。

多気筒エンジンの始動時においては、全ての駆動カムのカムプロフィールが、始動に適したカムプロフィール（以下、「始動用プロフィール」ともいう。）に揃えられていることが望ましい。但し、気筒毎または気筒群毎にカムキャリアが設けられている場合に、始動用プロフィールへの変更をエンジン始動と並行して行うと、この変更が未完了の気筒の燃焼状態が不安定となる可能性がある。また、変更が完了した気筒と変更が未完了の気筒との間で、燃焼状態にばらつきが生じる可能性もある。そのため、始動用プロフィールへの変更は、エンジン始動までに完了させておくことが望ましく、更に言えば、エンジンの前回停止時に完了させておくことがより望ましい。しかし、前回停止時において、始動用プロフィールへの変更が必ず成功するとは限らない。

仮に、前回停止時の始動用プロフィールへの変更が一部のカムキャリアにおいて失敗した状態のままエンジン始動を行った場合は、上述した燃焼状態に関する問題が生じることになる。この対策として、前回停止時において、始動用プロフィールへの変更が完了するまでエンジン停止を延長することが挙げられる。しかし、エンジン停止を延長すれば、それだけ燃料消費量が増えるという問題がある。また、エンジン停止にも各種の態様があり、エンジン停止の延長を行うことがそもそもできない場合もある。即ち、運転者の意思や、車載コンピュータの制御によらない不意のエンジン停止の場合には、前回停止時の始動用プロフィールへの変更そのものができないという問題もある。

本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものである。即ち、気筒毎または気筒群毎に設けられたカムキャリアによってカムプロフィールの異なる複数種類のカムを切り替える多気筒エンジンのシステムにおいて、エンジン始動時の燃焼状態に問題が生じるのを抑えることを目的とする。

第１の発明は、上述した課題を解決するため、内燃機関システムであって、
複数気筒を有する内燃機関と、
前記内燃機関の各気筒に設けられた吸気バルブを駆動可能なカムプロフィールの異なる複数種類のカムと、
前記内燃機関のクランクシャフトを回転させる第１電動機と、
前記クランクシャフトと同期して回転するカムシャフトに設けられて前記複数種類のカムを気筒単位または気筒群単位で支持する複数のカムキャリアと、
前記カムキャリアのそれぞれに対応して設けられる複数の切り替え機構であって、前記カムキャリアと係合可能なピンの突き出し動作によって前記カムキャリアのそれぞれを前記カムシャフトの軸方向に順番にスライドさせて、前記吸気バルブを実際に駆動する駆動カムを前記複数種類のカムの間で切り替える切り替え機構と、
前記内燃機関の始動時に前記第１電動機を駆動する制御装置であって、前記内燃機関の停止時に前記駆動カムを所定の始動用カムに揃える切り替え指令を前記切り替え機構に対して出力し、前記始動用カムへの切り替えの失敗が発生した場合は、前記内燃機関の次回始動時に前記切り替え機構に対して前記切り替え指令を再出力し、尚且つ、前記切り替え指令に基づいた切り替えが全気筒において完了するまで各気筒での混合気の燃焼の開始を待機するように前記内燃機関を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記制御装置が、前記内燃機関の停止時に前記始動用カムへの切り替えの失敗が発生した気筒または気筒群を特定し、失敗を特定した気筒または気筒群に対応して設けられる前記切り替え機構に対してのみ前記切り替え指令を再出力することを特徴とする。

第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記クランクシャフトを回転させる第２電動機を更に備え、
前記制御装置が、前記内燃機関の停止時に前記始動用カムへの切り替えの失敗が発生した気筒または気筒群を特定し、前記内燃機関の停止中に、失敗が発生したと特定された気筒または気筒群の前記内燃機関の次回始動時における前記始動用カムへの切り替えの順番が繰り上がるように前記第２電動機を制御することを特徴とする。

第１の発明によれば、内燃機関の停止時において始動用カムへの切り替えが失敗したとしても、当該内燃機関の次回始動時において始動用カムへの切り替えを行い、尚且つ、この切り替えが全気筒において完了するまで各気筒での混合気の燃焼の開始を待機させることができる。つまり、内燃機関の次回始動時において始動用カムへの切り替えが全気筒において完了した後に、各気筒での混合気の燃焼を開始することができる。従って、内燃機関の次回始動時の燃焼状態に問題が生じるのを抑えることができる。

第２の発明によれば、内燃機関の停止時において始動用カムへの切り替えが失敗した気筒または気筒群においてのみ、当該内燃機関の次回始動時において始動用カムへの切り替えを行うことができる。従って、全ての気筒において始動用カムへの切り替えを行う場合に比べて、切り替え機構の駆動で消費される電力量を抑えることができる。

第３の発明によれば、内燃機関の停止時において始動用カムへの切り替えが失敗した気筒または気筒群の、当該内燃機関の次回始動時における始動用カムへの切り替えの順番を繰り上げることができる。従って、内燃機関の次回始動時における各気筒での混合気の燃焼の待機時間を短縮して、始動動作を早期に完了させることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係るシステムの構成例を示す概略図である。図１に示したピン２０と溝１８の係合によるカムキャリア１２の回転動作例を説明する図である。駆動カムの切り替え動作と、エンジンの４行程との対応関係の例を説明する図である。本発明の実施の形態１の停止時制御および始動時制御の例を説明する図である。本発明の実施の形態１において、ＥＣＵが実行する始動時制御に関する処理ルーチンの一例を示す図である。本発明の実施の形態２において、ＥＣＵが実行する始動時制御に関する処理ルーチンの一例を示す図である。本発明の実施の形態３の停止中制御の例を説明する図である。本発明の実施の形態３の停止中制御の別の例を説明する図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、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する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
先ず、本発明の実施の形態１について図１乃至図５を参照しながら説明する。

［システム構成例の説明］
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示す概略図である。図１に示すシステムは、車両に搭載される内燃機関のシステムである。この内燃機関は、４ストローク型のレシプロエンジンであり、直列４気筒型のエンジンでもある。このエンジンの点火順序は、１番気筒＃１、３番気筒＃３、４番気筒＃４、２番気筒＃２の順である。なお、エンジンの気筒数は２でもよく、３でもよく、５以上でもよい。また、エンジンの点火順序も特に限定されない。

図１に示す動弁系は、カムシャフト１０を備えている。カムシャフト１０は、エンジンのクランクシャフト（図示しない）に接続されており、このクランクシャフトと同期して回転する。カムシャフト１０には、中空軸で形成された４つのカムキャリア１２が配置されている。カムキャリア１２は、カムシャフト１０の回転方向に固定される一方で、カムシャフト１０の軸方向にスライド可能に配置されている。カムキャリア１２は、カムプロフィール（リフト量および作用角の少なくとも一方を意味する。以下同じ。）の異なる２種類の吸気カム１４，１６を隣接状態で有している。

本実施の形態１において、吸気カム１４は、吸気カム１６よりも小さい作用角とリフト量を有している。以下、説明の便宜上、相対的に小作用角・小リフト量の吸気カムを「小カム」とも称し、相対的に大作用角・大リフト量の吸気カムを「大カム」ともいう。小カム１４および大カム１６は、１気筒あたり２組備え付けられている。この理由は、１気筒あたり２つの吸気バルブが配設されているためである。但し、本発明における１気筒あたりの吸気バルブの配設数は１つでもよいし、３つ以上でもよい。

カムキャリア１２の表面には、カムシャフト１０の軸方向に回転しながら延びる螺旋状の溝１８が形成されている。溝１８は気筒間で位相差をもって形成されている。具体的に、１番気筒＃１の溝１８と３番気筒＃３の溝１８の間、３番気筒＃３の溝１８と４番気筒＃４の溝１８の間、４番気筒＃４の溝１８と２番気筒＃２の溝１８の間、そして、２番気筒＃２の溝１８と１番気筒＃１の溝１８の間に、それぞれ９０°の位相差が設けられている。各気筒の溝１８は、分岐する２本が途中で１本に合流している。以下、溝１８の部位を特に区別するときは、合流後の溝１８を溝１８ａと称し、合流前の溝１８を溝１８ｂ，１８ｃと称す。溝１８ａの溝深さは一定でなく、溝１８ａの中間部から端部にかけては、端部に向かうほど浅くなるように形成されている。

図１に示す動弁系は、２本のピン２０，２２と、コイル（図示しない）と、を有するソレノイドアクチュエータ２４を気筒毎に備えている。ピン２０，２２は磁性体から構成されている。コイルに通電すると、ピン２０（またはピン２２）がソレノイドアクチュエータ２４から突き出される。ピン２０（またはピン２２）が突き出されると、ピン２０（またはピン２２）が溝１８ｂ（または溝１８ｃ）に挿入されてピン２０（またはピン２２）と溝１８が係合する。

溝１８と係合状態にあるピン２０（またはピン２２）が溝１８ａの溝浅の端部から押されると、ピン２０（またはピン２２）がソレノイドアクチュエータ２４側に押し戻される。コイルには電流が流れているため、ピン２０（またはピン２２）がソレノイドアクチュエータ２４側に押し戻されると、誘導起電力が発生する。この誘導起電力が検出されたら、コイルへの通電を遮断する。コイルへの通電を遮断すると、ピン２０（またはピン２２）がソレノイドアクチュエータ２４に引き込まれ、ピン２０（またはピン２２）と溝１８の係合状態が解除される。以下、ピン２０，２２を特に区別する必要がないときは、単に「ピン」と称す。

［吸気カムの切り替え動作例の説明］
図２は、ピン２０と溝１８の係合によるカムキャリア１２の回転動作例を説明する図である。なお、図２では、上方から下方に向かう方向にカムキャリア１２が回転するものとする。説明の便宜上、図２には、カムキャリア１２およびソレノイドアクチュエータ２４と、小カム１４または大カム１６と接触するロッカーアームローラ２６のみを示す。図２（Ａ）では、ピン２０，２２が共にソレノイドアクチュエータ２４に引き寄せられている。また、ピン２０は溝１８ｂと対向し、その一方で、ピン２２はカムキャリア１２の溝１８の形成されていない部分と対向している。

図２（Ｂ）には、図２（Ａ）に示した状態から９０°回転したカムキャリア１２の姿勢が描かれている。図２（Ｂ）と図２（Ａ）を比較すると分かるように、カムキャリア１２が回転すると、溝１８ａが奥側に移動し、その一方で溝１８ｂ，１８ｃが手前側に移動してくる。図２（Ｂ）に描かれる溝１８ｂ，１８ｃは、カムキャリア１２の軸に対して直交している。この図２（Ｂ）に描かれる溝１８ｂ，１８ｃの部位を、以下「直交部位」ともいう。図２（Ｂ）では、ピン２０がソレノイドアクチュエータ２４から突き出されている。ピン２０の突き出し動作は、溝１８ｂの直交部位とピン２０が対向している間に行われる。コイルへの通電によってソレノイドアクチュエータ２４から突き出されたピン２０は、溝１８ｂの直交部位に挿入されて溝１８ｂと係合する。

図２（Ｃ）には、図２（Ｂ）に示した状態から９０°回転したカムキャリア１２の姿勢が描かれている。図２（Ｃ）と図２（Ｂ）を比較すると分かるように、カムキャリア１２が回転すると、溝１８ａの全域が完全に奥側に移動し、その一方で溝１８ｂ，１８ｃが手前側に更に移動してくる。図２（Ｃ）に描かれる溝１８ｂ，１８ｃは、カムキャリア１２の軸に対して傾斜している。この図２（Ｃ）に描かれる溝１８ｂ，１８ｃの部位を、「傾斜部位」ともいう。また、図２（Ｃ）と図２（Ｂ）を比較すると分かるように、カムキャリア１２は左方向にスライドしている。これは、溝１８ｂと係合状態にあるピン２０が、カムキャリア１２の回転に伴い、溝１８ｂの直交部位および傾斜部位に沿って移動したからである。

図２（Ｄ）には、図２（Ｃ）に示した状態から９０°回転したカムキャリア１２の姿勢が描かれている。図２（Ｄ）と図２（Ｃ）を比較すると分かるように、カムキャリア１２が回転すると、溝１８ｂ，１８ｃの傾斜部位が奥側に移動し、その一方で溝１８ａが手前側に移動してくる。図２（Ｄ）では、ピン２０がソレノイドアクチュエータ２４に引き込まれている。ピン２０の引き込み動作は、ピン２０が溝１８ａと対向している間に行われる。溝１８ａと係合状態にあるピン２０は、カムキャリア１２の回転に伴い溝１８ａの溝浅の端部に到達する。溝１８ａの溝浅の端部をピン２０が移動すると、ピン２０がソレノイドアクチュエータ２４側に押し戻される。ピン２０が押し戻されると誘導起電力が発生し、この検出に伴ってコイルへの通電が遮断されると、ピン２０がソレノイドアクチュエータ２４に引き込まれる。

図２から分かるように、カムキャリア１２が左方向にスライドすると、ロッカーアームローラ２６と接触するカム（つまり、駆動カム）が、小カム１４から大カム１６に切り替わる。

なお、大カム１６から小カム１４への切り替え動作は、次のように行われる。カムキャリア１２が図２（Ｄ）に示した状態から更に回転し、溝１８ｃの直交部位にピン２２が対向している間にソレノイドアクチュエータ２４からピン２２を突き出す。そうすると、ピン２２が溝１８ｃの直交部位に挿入される。そして、溝１８ｃと係合状態にあるピン２２が溝１８ｃの直交部位および傾斜部位に沿って移動することで、カムキャリア１２が右方向にスライドする。ピン２２が溝１８ｃから溝１８ａに移動し、溝１８ａの溝浅の端部に到達すると、ピン２２がソレノイドアクチュエータ２４側に押し戻される。ピン２２が押し戻されると誘導起電力が発生し、この検出に伴ってコイルへの通電が遮断されると、ピン２２がソレノイドアクチュエータ２４に引き込まれる。以上により、ロッカーアームローラ２６と接触するカムが、大カム１６から小カム１４に切り替わる。

図１に戻り、システムの構成例の説明を続ける。図１に示すシステムは、制御装置としてのＥＣＵ３０を備えている。ＥＣＵ３０は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）等を備えている。ＥＣＵ３０は、車両に搭載された各種センサの信号を取り込み処理する。各種センサには、クランクシャフトの回転角度に応じた信号を出力するクランク角センサ３２が含まれる。各種センサには、エンジンを始動させる信号（ＩＧ信号）およびエンジンを停止させる信号（ＩＧ−ＯＦＦ信号）を出力するイグニッションキー３４も含まれている。ＥＣＵ３０は、取り込んだ各種センサの信号を処理して所定の制御プログラムに従って各種アクチュエータを操作する。各種アクチュエータには、上述したソレノイドアクチュエータ２４が含まれる。各種アクチュエータには、エンジンの各気筒に設けられる燃料インジェクタ３６と点火装置３８も含まれる。各種アクチュエータには、始動用モータ（スタータ）４０も含まれる。始動用モータ４０は、バッテリ（図示しない）からの駆動電力を受けてクランクシャフトを回転させる周知の始動装置である。

［カム切り替え制御］
本実施の形態１では、エンジン通常時（エンジン始動時を除く。以下同じ。）には主として小カムを駆動カムとして使用する。一方、エンジン始動時には必ず、大カムを駆動カムとして使用する。図３は、駆動カムの切り替え動作と、エンジンの４行程との対応関係の例を説明する図である。なお、図３においては、１番気筒＃１の駆動カムの切り替え動作を説明するが、２番気筒＃２〜４番気筒＃４の駆動カムの切り替え動作も基本的にはこれと同じである。１番気筒＃１の駆動カムの切り替え動作は、カムシャフト（カムキャリア）が１回転する間に行われる。より詳細に、１番気筒＃１の駆動カムの切り替え動作は、図３の左側に示す排気行程の中期において開始される。この排気行程の中期は、溝１８ｂまたは溝１８ｃの直交部位にピンが対向する直前の期間に相当する。ピンの突き出し動作は、この期間において開始される。

ピンの突き出し動作は、図３の左側に示す吸気行程の初期において完了する。突き出し動作が完了したピンは、フルストローク状態となっている。フルストローク状態のピンは、溝１８ｂ（または溝１８ｃ）の直交部位に着座している。溝１８ｂ（または溝１８ｃ）の直交部位に着座したピンは、ここから溝１８ｂ（または溝１８ｃ）の傾斜部位に沿って移動し、排気行程の初期において溝１８ａに到達する。フルストローク状態のピンが溝１８ａに到達するまでの期間が、駆動カムの切り替え期間に相当する。そして、図３の右側に示す排気行程の後期からピンの引き込み動作が開始される。この排気行程の後期は、図２（Ｄ）で説明した溝１８ａの溝浅の端部にピンが差し掛かる期間に相当する。ピンの引き込み動作は、図３の右側に示す吸気行程の後期において完了する。これにより、１番気筒＃１の駆動カムの切り替え動作も完了する。

［実施の形態１の制御の特徴］
エンジン通常時に主として小カムを使用するシステムにおいては、エンジンに対する停止要求（燃料インジェクタと点火装置の駆動に対する停止要求をいう。以下同じ。）が出されたときに、駆動カムとして小カムが選択されているケースが多発することが予想される。そこで、本実施の形態１では、エンジンに対する停止要求が出された場合に、駆動カムとして小カムが選択されている気筒（以下、「小カム気筒」ともいう。）が含まれているか否かを判定する。そして、小カム気筒が含まれていると判定された場合、小カムから大カムへの切り替え指令を出す。以下、このようなエンジン停止時の制御を「停止時制御」ともいう。本実施の形態１の停止時制御では、全てのソレノイドアクチュエータに対し、小カムから大カムへの切り替え指令が出される。

しかし、エンジンに対する停止要求が出されている以上、停止時制御中であってもカムシャフトの回転が止まることになる。停止時制御中にカムシャフトの回転が止まったときには、先述の切り替え指令に基づいた駆動カムの切り替え動作が一部の気筒において未完了となる可能性がある。つまり、先述の切り替え指令に基づいた駆動カムの切り替え動作が失敗する可能性がある。停止時制御の実行よりもエンジン停止を優先する本実施の形態１によれば、停止時制御の実行を優先してエンジン停止を延長する場合に比べて燃料消費量を抑えることができる。その反面、切り替え動作の失敗が発生している状態でエンジンを始動した場合は、小カム気筒において燃焼状態が悪化する可能性がある。また、気筒間での駆動カムの不揃いが原因で、気筒間で燃焼状態にばらつきが生じる可能性もある。

そこで、本実施の形態１では、エンジンに対する始動要求が出された場合に、上述した判定と同じ内容の判定を再度行う。そして、小カム気筒が含まれていると判定された場合、全てのソレノイドアクチュエータに対して先述の切り替え指令を再度出す。加えて、駆動カムの切り替え動作が全ての気筒において完了するまで、燃料インジェクタの駆動を待機させる。以下、このようなエンジン始動時の制御を「始動時制御」ともいう。

図４は、本発明の実施の形態１の停止時制御および始動時制御の例を説明する図である。図４の例では、時刻ｔ_１においてエンジンに対する停止要求が出され、時刻ｔ_２においてエンジン回転速度がゼロとなる。また、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの間に、１番気筒＃１、３番気筒＃３および４番気筒＃４での駆動カムの切り替えが行われる。一方、２番気筒＃２での駆動カムの切り替えが未完了のままとなっている。つまり、２番気筒＃２は小カム気筒となっている。そこで、時刻ｔ_３以降に、２番気筒＃２での駆動カムの切り替えが行われる。時刻ｔ_３は、エンジンに対する始動要求に応じて、始動用モータの駆動が開始される時刻である。始動用モータが駆動されれば、クランクシャフトの回転に同期してカムキャリアが回転する。故に、時刻ｔ_３以降に先述の切り替え指令を出せば、２番気筒＃２での駆動カムの切り替えが時刻ｔ_４において完了する。

２番気筒＃２での駆動カムの切り替えが完了すれば、全ての気筒での駆動カムの切り替えが完了する。図４の例では、時刻ｔ_４において各インジェクタに対する噴射許可が出され、時刻ｔ_５以降において実際に燃料の噴射が開始される。換言すると、時刻ｔ_４までは各インジェクタからの燃料の噴射が待機状態とされる。このように、始動時制御では、始動用モータの駆動中、全ての気筒での駆動カムの切り替えが完了するまで、各気筒での混合気の燃焼の開始が待機状態とされる。従って、上述した燃焼状態に関する問題が生じるのを未然に防止することができる。なお、始動用モータの駆動は、始動用モータから供給されるトルク、および、混合気の燃焼により生じるトルクによって上昇するエンジン回転速度が、閾値Ｎｅｔｈに到達した時刻ｔ_６において停止される。

図４の例では、全てのソレノイドアクチュエータに対して先述の切り替え指令が出されている。そのため、ピンの突き出し動作は、２番気筒＃２だけでなく、駆動カムの切り替えが完了している他の気筒においても行われることになる。但し、２番気筒＃２以外の気筒においては、ソレノイドアクチュエータから突き出されたピンが、図２で説明した溝１８ｂの直交部位と溝１８ｃの直交部位の間に位置するカムキャリア１２の表面と対向することになる。また、図２に示すカムキャリア１２が回転したとしても、突き出し状態のピンが溝１８ａに挿入され、その後、溝１８ａの溝浅の端部から押されてソレノイドアクチュエータ側に押し戻されることになる。よって、２番気筒＃２以外の気筒ではカムキャリアのスライドは起こらず、２番気筒＃２のカムキャリアのみがスライドする。

また、ピンがソレノイドアクチュエータ側に押し戻されれば、上述した誘導起電力が発生し、コイルへの通電が遮断される。よって、ピンの突き出し動作同様、ピンの引き込み動作も全ての気筒において行われることになる。

［具体的処理］
図５は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵが実行する始動時制御に関する処理ルーチンの一例を示す図である。本ルーチンは、エンジンに対する始動要求が出されるごとに実行されるものとする。なお、始動要求の有無については、例えば、図１に示したイグニッションキー３４からのＩＧ信号をＥＣＵが受け取ったか否かに基づいて判定される。ＩＧ信号は、車両の運転者により所定の操作（例えば、イグニッションキーを所定位置まで回す等の操作）がなされた場合に出力される信号である。

図５に示すルーチンでは、先ず、始動用モータに対して駆動指令が出される（ステップＳ２）。続いて、全ての気筒において駆動カムが大カムに切り替わっているか否かが判定される（ステップＳ４）。ステップＳ４の判定は、本ルーチンの実行の直前に行われた停止時制御での誘導起電力の発生の検出結果を利用して行われる。具体的に、全てのソレノイドアクチュエータにおいて誘導起電力の発生が検出されていた場合は、全ての気筒において駆動カムが大カムに切り替わったと判定される。一方、全てのソレノイドアクチュエータにおいて誘導起電力の発生が検出されていない場合は、停止時制御による駆動カムの切り替えの失敗が発生したと判定される。

ステップＳ４の判定が否定的である場合は、小カム気筒が含まれていると判断できる。そのため、全てのソレノイドアクチュエータに対して先述の切り替え指令が出される（ステップＳ６）。続いて、全ての気筒において駆動カムが大カムに切り替わっているか否かが判定される（ステップＳ８）。ステップＳ８の判定は、ステップＳ６で出された切り替え指令に基づいて発生する誘導起電力の検出結果を利用して行われる。具体的に、全てのソレノイドアクチュエータにおいて誘導起電力の発生が検出された場合は、全ての気筒において駆動カムが大カムに切り替わったと判定される。ステップＳ８の処理は、肯定的な判定結果が出るまで繰り返される。

ステップＳ４またはステップＳ８の判定が肯定的である場合は、小カム気筒が含まれていないと判断できる。そのため、燃料インジェクタからの噴射を許可する指令が出される（ステップＳ１０）。続いて、エンジン回転速度が閾値Ｎｅｔｈを上回ったか否かが判定される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の処理は、肯定的な判定結果が出るまで繰り返される。ステップＳ１２の判定が肯定的である場合は、始動用モータに対して駆動停止指令が出される（ステップＳ１４）。

以上、図５に示したルーチンによれば、エンジンに対する始動要求が出された場合に、燃料噴射の開始までに、全ての気筒において駆動カムを大カムに揃えておくことができる。よって、上述した燃焼状態に関する問題が生じるのを未然に防止することができる。また、図５に示したルーチンによれば、停止時制御での誘導起電力の検出結果がどのような結果であったとしても、その後のエンジン始動時の燃料噴射の開始までに、全ての気筒において駆動カムを大カムに揃えておくことができる。即ち、前回停止時におけるエンジン停止の態様に関係なく、今回のエンジン始動時の燃料噴射の開始までに、全ての気筒において駆動カムを大カムに揃えておくことができる。

なお、上述した実施の形態１においては、始動用モータが第１の発明の「電動機」に、ソレノイドアクチュエータが同発明の「切り替え機構」に、ＥＣＵが同発明の「制御装置」に、大カムが同発明の「始動用カム」に、それぞれ相当している。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図６を参照しながら説明する。なお、本実施の形態２のシステムの構成例は、図１に示した構成例と共通する。また、駆動カムの切り替え動作については、図２乃至図３で説明した通りである。従って、システムの構成例と駆動カムの切り替え動作に関する説明は省略する。

［実施の形態２の制御の特徴］
上記実施の形態１では、停止時制御を実行し、また、エンジンに対する停止要求が出された際の小カム気筒に関する判定結果に応じた始動時制御を実行した。また、始動時制御の実行に際しては、停止時制御時に出した切り替え指令を、全てのソレノイドアクチュエータに対して再度出した。本実施の形態２では、上記実施の形態１と同じ内容の停止時制御を実行し、また、上述した小カム気筒に関する判定結果に応じて始動時制御を実行する。但し、本実施の形態２の始動時制御の実行に際しては、停止時制御時に出した切り替え指令を、小カム気筒に対応するソレノイドアクチュエータに対してのみ再度出す。

上記実施の形態１の図５のステップＳ４で説明したように、駆動カムの切り替えの失敗に関する判定は、停止時制御での誘導起電力の発生の検出結果を利用して行われる。この検出結果はソレノイド単位で得られることから、どの気筒が小カム気筒に該当するかは停止時制御の終了時点で判明している。また、上述したコイルへの通電は、ソレノイドアクチュエータ単位で行われる。そして、小カム気筒に対応するソレノイドアクチュエータに対してのみ先述の切り替え指令を出すということは、それ以外のソレノイドアクチュエータに対しては先述の切り替え指令を出さないということを意味する。そのため、本実施の形態２の始動時制御によれば、一部のコイルへの通電を省略することができる。よって、上記実施の形態１に比べて、始動時制御の実行に伴う電力消費量を抑えることができる。

［具体的処理］
図６は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵが実行する始動時制御に関する処理ルーチンの一例を示す図である。本ルーチンは、図５に示したルーチンと同様、エンジンに対する始動要求が出されるごとに実行されるものとする。また、本ルーチンに示す処理は、図５に示したルーチンの処理と基本的に同じである。具体的に、図６のステップＳ１６，Ｓ１８，Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ２８の処理は、図５のステップＳ２，Ｓ４，Ｓ１０，Ｓ１２，Ｓ１４の処理と同一である。以下では、図５の処理と部分的に異なる図６のステップＳ２０，Ｓ２２の処理について説明する。

図６のステップＳ２０では、小カム気筒に対応するソレノイドアクチュエータに対して先述の切り替え指令が出される。既に説明したように、どの気筒が小カム気筒であるかは停止時制御の終了時点で判明している。ステップＳ２０の処理では、この情報に基づいて小カム気筒が特定され、先述の切り替え指令が出される。続いて、小カム気筒において駆動カムが大カムに切り替わっているか否かが判定される（ステップＳ２２）。ステップＳ２２の判定は、ステップＳ２０で出された切り替え指令に基づいて発生する誘導起電力の検出結果を利用して行われる。具体的に、小カム気筒に対応するソレノイドアクチュエータにおいて誘導起電力の発生が検出された場合は、小カム気筒において駆動カムが大カムに切り替わったと判定される。ステップＳ２２の処理は、肯定的な判定結果が出るまで繰り返される。

以上、図６に示したルーチンによれば、小カム気筒が含まれている場合に、燃料噴射の開始までに、小カム気筒の駆動カムを大カムに切り替えておくことができる。よって、上記実施の形態１に比べて、始動時制御の実行に伴う電力消費量を抑えることができる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図７乃至図８を参照しながら説明する。なお、本実施の形態３のシステムの構成例は、図１に示した構成例にモータジェネレータ（図示しない）が追加された構成例とされている。モータジェネレータは、一例として永久磁石型交流同期電動モータによって構成されている。モータジェネレータの回転軸はクランクシャフトと連結されている。モータジェネレータは、力行駆動によって発生したモータトルクをクランクシャフトに付与する。モータジェネレータは、回生駆動によって発電機としても動作する。但し、モータジェネレータ以外の構成については、図１に示した構成例と共通する。また、駆動カムの切り替え動作については、図２乃至図３で説明した通りである。従って、システムの構成例と駆動カムの切り替え動作に関する説明は省略する。

［実施の形態３の制御の特徴］
上記実施の形態１では、停止時制御を実行し、また、エンジンに対する停止要求が出された際の小カム気筒に関する判定結果に応じた始動時制御を実行した。本実施の形態３では、上記実施の形態１と同じ内容の停止時制御と始動時制御を実行する。但し、本実施の形態３では、停止時制御の終了時点で判明している小カム気筒の情報に基づいて、エンジン停止中にモータジェネレータを力行駆動させる制御を実行する。以下、このようなエンジン停止中の制御を「停止中制御」ともいう。

図７は、本発明の実施の形態３の停止中制御の例を説明する図である。図７の例では、時刻ｔ_１においてエンジンに対する停止要求が出され、時刻ｔ_２においてエンジン回転速度がゼロとなる。また、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの間に、１番気筒＃１、３番気筒＃３および４番気筒＃４での駆動カムの切り替えが行われる。一方、２番気筒＃２での駆動カムの切り替えが未完了のままとなっている。ここまでは、図４で説明した停止時制御の内容と同じである。

２番気筒＃２が小カム気筒に該当することは、時刻ｔ_２において判明している。そこで、図７の例では、時刻ｔ_２以降の時刻ｔ_７においてモータジェネレータの力行駆動を開始して、クランクシャフトを回転させる。クランクシャフトが回転すればカムキャリアの停止位置が移動する。図７の例では、時刻ｔ_３以降に行う２番気筒＃２のピンの突き出し動作が他の気筒の切り替え動作に先駆けて開始されるように、クランク角センサからの位置情報を参照しながら時刻ｔ_８までモータジェネレータの駆動を続ける。つまり、２番気筒＃２のピンの突き出し動作の順番が繰り上がるように、時刻ｔ_７から時刻ｔ_８までモータジェネレータが力行駆動される。

停止中制御を実行すれば、２番気筒＃２での駆動カムの切り替えを時刻ｔ_９において完了させることができる。そして、時刻ｔ_９において各インジェクタに対する噴射許可が出されれば、時刻ｔ_１０以降において実際に燃料の噴射が開始されることになる。仮に、２番気筒＃２の順番の繰り上げを行わなかった場合には、始動時制御の実行に伴う燃料噴射の開始が遅れる可能性がある。この点、停止中制御を実行すれば、燃料噴射の開始までの遅延期間を短縮して、エンジン回転速度を短時間で上昇させることが可能となる。なお、始動用モータの駆動は、エンジン回転速度が閾値Ｎｅｔｈに到達した時刻ｔ_１１において停止される。

図８は、本発明の実施の形態３の停止中制御の別の例を説明する図である。図８の例では、時刻ｔ_１においてエンジンに対する停止要求が出され、時刻ｔ_２においてエンジン回転速度がゼロとなる。ここまでは、図４で説明した停止時制御の内容と同じである。

図８の例では、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの間に、１番気筒＃１および４番気筒＃４での駆動カムの切り替えが行われる。一方、２番気筒＃２および３番気筒＃３での駆動カムの切り替えが未完了のままとなっている。但し、２番気筒＃２および３番気筒＃３が小カム気筒に該当することは、時刻ｔ_２において判明している。そこで、図８の例では、時刻ｔ_２以降の時刻ｔ_１２においてモータジェネレータの力行駆動を開始して、クランクシャフトを回転させる。クランクシャフトが回転すればカムキャリアの停止位置が移動する。図８の例では、時刻ｔ_３以降に行う３番気筒＃３のピンの突き出し動作が１番目に開始され、２番気筒＃２のピンの突き出し動作が３番目に開始されるように、クランク角センサからの位置情報を参照しながら時刻ｔ_１３までモータジェネレータの駆動を続ける。

停止中制御を実行すれば、３番気筒＃３での駆動カムの切り替えを時刻ｔ_１４において完了させ、２番気筒＃２での駆動カムの切り替えを時刻ｔ_１５において完了させることができる。つまり、全ての気筒における駆動カムの切り替えを、時刻ｔ_１５において完了させることができる。そして、時刻ｔ_１５において各インジェクタに対する噴射許可が出されれば、時刻ｔ_１６以降において実際に燃料の噴射が開始されることになる。図７の例の説明の際にも述べたが、仮に、２番気筒＃２および３番気筒＃３の順番の繰り上げを行わなかった場合には、始動時制御の実行に伴う燃料噴射の開始が遅れる可能性がある。この点、停止中制御を実行すれば、燃料噴射の開始までの遅延期間を短縮して、エンジン回転速度を短時間で上昇させることが可能となる。なお、始動用モータの駆動は、閾値Ｎｅｔｈに到達した時刻ｔ_１７において停止される。

なお、上述した実施の形態３においては、モータジェネレータが第３の発明の「第２電動機」に相当している。

その他の実施の形態．
ところで、上記実施の形態１乃至３では、図１に示すカムシャフト１０に４つのカムキャリア１２を配置する例を説明した。つまり、カムキャリア１２が気筒ごとに配置される例を説明した。しかし、カムキャリア１２が２気筒以上に跨って配置されていてもよい。このような配置例は、特開２００９−２２８５４３号公報に開示されている通りである。つまり、どの様なカムキャリアの構成を採用した場合であっても、カムキャリアのスライドを利用したカムの切り替えが全気筒一括で行われず、気筒または気筒群を単位として行われるのであれば、上述した停止時制御、始動時制御および停止中制御を適用することができる。

また、上記実施の形態１乃至３では、エンジン通常時の駆動カムを主として小カムとし、エンジン始動時の駆動カムを大カムとする例を説明した。しかし、エンジンの運転状態と駆動カムとの関係は一例に過ぎず、エンジン通常時の駆動カムを主として大カムとし、エンジン始動時の駆動カムを小カムとしてもよい。つまり、エンジン始動時の駆動カムを小カムとする場合であっても、上述した停止時制御、始動時制御および停止中制御を適用することができる。更に言うと、カムキャリアが有する駆動カムの候補は小カムと大カムの２種類に限られず、駆動カムの候補が３種類以上であってもよい。このような場合であっても、エンジン始動時の駆動カムを全ての気筒において特定の始動用カムに揃えるときは、上述した停止時制御、始動時制御および停止中制御を適用することができる。

また、上記実施の形態１乃至３では、ピンがソレノイドアクチュエータ側に押し戻されたときの誘導起電力の検出結果を利用して駆動カムの切り替えの失敗の有無を判定した。また、上記実施の形態２では、この検出結果を小カム気筒の特定に利用した。しかし、ロッカーアームローラに対向する吸気カムを検出するセンサを別途設け、このセンサ出力を用いて上述した失敗の有無を判定してもよいし、小カム気筒を特定してもよい。

また、上記実施の形態３では、上記実施の形態１と同じ内容の停止時制御と始動時制御を実行した。しかし、上記実施の形態３において、上記実施の形態１の始動時制御の代わりに、上記実施の形態２の始動時制御を実行してもよい。

また、上記実施の形態１乃至３では、始動時制御において、駆動カムの切り替え動作が全ての気筒において完了するまで、燃料インジェクタの駆動を待機させた。しかし、燃料インジェクタの駆動の代わりに、または、燃料インジェクタの駆動と併せて、点火装置の駆動を待機させてもよい。点火装置の駆動を待機させれば、少なくとも各気筒での混合気の燃焼を待機させることができるので、上述した燃焼状態に関する問題が生じるのを未然に防止することができる。なお、燃料消費量を抑えるという観点からすると、点火装置ではなく燃料インジェクタの駆動を待機させることが望ましい。

１０カムシャフト
１２カムキャリア
１４吸気カム（小カム）
１６吸気カム（大カム）
２０，２２ピン
２４ソレノイドアクチュエータ
２６ロッカーアームローラ
３０ＥＣＵ
３２クランク角センサ
３４イグニッションキー
３６燃料インジェクタ
３８点火装置
４０始動用モータ

Claims

複数気筒を有する内燃機関と、
前記内燃機関の各気筒に設けられた吸気バルブを駆動可能なカムプロフィールの異なる複数種類のカムと、
前記内燃機関のクランクシャフトを回転させる第１電動機と、
前記クランクシャフトと同期して回転するカムシャフトに設けられて前記複数種類のカムを気筒単位または気筒群単位で支持する複数のカムキャリアと、
前記カムキャリアのそれぞれに対応して設けられる複数の切り替え機構であって、前記カムキャリアと係合可能なピンの突き出し動作によって前記カムキャリアのそれぞれを前記カムシャフトの軸方向に順番にスライドさせて、前記吸気バルブを実際に駆動する駆動カムを前記複数種類のカムの間で切り替える切り替え機構と、
前記内燃機関の始動時に前記第１電動機を駆動する制御装置であって、前記内燃機関の停止時に前記駆動カムを所定の始動用カムに揃える切り替え指令を前記切り替え機構に対して出力し、前記始動用カムへの切り替えの失敗が発生した場合は、前記内燃機関の次回始動時に前記切り替え機構に対して前記切り替え指令を再出力し、尚且つ、前記切り替え指令に基づいた切り替えが全気筒において完了するまで各気筒での混合気の燃焼の開始を待機するように前記内燃機関を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする内燃機関システム。
前記制御装置が、前記内燃機関の停止時に前記始動用カムへの切り替えの失敗が発生した気筒または気筒群を特定し、失敗を特定した気筒または気筒群に対応して設けられる前記切り替え機構に対してのみ前記切り替え指令を再出力することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関システム。
前記クランクシャフトを回転させる第２電動機を更に備え、
前記制御装置が、前記内燃機関の停止時に前記始動用カムへの切り替えの失敗が発生した気筒または気筒群を特定し、前記内燃機関の停止中に、失敗が発生したと特定された気筒または気筒群の前記内燃機関の次回始動時における前記始動用カムへの切り替えの順番が繰り上がるように前記第２電動機を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関システム。