JP2009041490A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、始動時に吸気ポートやその近傍を効率よく暖めることができ、始動性や排気エミッションを向上させることを目的とする。
【解決手段】内燃機関１０の始動時には、まずモータ４８によって内燃機関１０をモータリングしているときに、プレヒート制御を実行する。このプレヒート制御では、吸気バルブ３８の開弁時期を吸気上死点の近傍に設定し、かつ閉弁時期を吸気下死点の近傍に設定する。また、排気バルブ４０を閉弁状態に保持する。これにより、燃焼室１６内の空気を排気行程で圧縮し、高温となった圧縮空気を吸気行程の初めに吸気ポート２０内に噴出させることができる。また、吸気行程の期間を長くすることができるから、燃焼室１６内に十分な量の空気を吸込むことができる。従って、吸気ポート２０や吸気バルブ３８を安定的に予熱することができ、燃料の気化を促進することができる。
【選択図】図３

Description

この発明は、可変動弁手段を備えた内燃機関の制御装置に関し、特に、始動時にバルブタイミングを制御する構成とした内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１（特開２００７−１６７１０号公報）に開示されているように、内燃機関の始動時に吸気バルブと排気バルブのバルブタイミングを制御する構成とした制御装置が知られている。この種の従来技術による内燃機関の制御装置は、内燃機関の始動（モータリング）が行われるときに、排気バルブを閉弁状態に保持する。

このとき、吸気バルブは、クランク角が圧縮上死点または排気上死点を含む所定範囲にあるときに、開弁するように制御される。これにより、従来技術では、モータリング時に気筒内の空気を圧縮し、吸気バルブが開弁したときに高温の圧縮空気を吸気ポート側に逆流（吹き返し）させることにより、吸気ポート内を暖める構成としている。

また、他の従来技術としては、例えば特許文献２（特開２００６−１７００４号公報）に開示されているように、モータリング時に吸気バルブと排気バルブの両方を閉弁状態に保持し、気筒内の温度を上昇させる構成とした内燃機関の制御装置も知られている。

さらに、例えば特許文献３（特開平１０−９００４号公報）に開示されているように、内燃機関の始動時に排気バルブのリフト量を小さくするか、またはリフト量を零（閉弁状態）とする構成とした内燃機関の制御装置も知られている。この従来技術では、排気バルブのリフト量を減少させることによって気筒内の温度を上昇させつつ、排気側への燃料排出を抑えるようにしている。

特開２００７−１６７１０号公報 特開２００６−１７００４号公報 特開平１０−９００４号公報

上述した特許文献１の従来技術では、吸気バルブを圧縮上死点または排気上死点を含む範囲で開弁させることにより、吸気行程の初めに圧縮空気の吹き返しを生じさせ、吸気ポート内を暖める構成としている。しかしながら、この吹き返しは、吸気方向と逆向きの強い空気流となって吸気ポート内に噴出するものである。

このため、特許文献１に記載された従来技術のように、単に吸気バルブを圧縮上死点または排気上死点の近傍で開弁させただけでは、吸気行程の初めに生じる強い吹き返しの影響で気筒内に十分な量の空気が吸込まれない虞れがある。そして、気筒内に吸込まれる空気量が少ないと、その分だけ次回の吹き返しとなる圧縮空気の量や圧力が減少することになる。従って、特許文献１に記載された従来技術では、吹き返しの空気量や圧力が不足することによって吸気ポートを十分に暖められないことがあり、排気エミッションの改善が難しいという問題がある。

一方、特許文献２の従来技術では、モータリング時に吸気バルブと排気バルブの両方を閉弁状態に保持する構成としている。また、特許文献３の従来技術では、排気バルブを小リフト量または閉弁状態に保持する構成としている。これらの特許文献２，３に記載された従来技術では、圧縮空気を吸気ポート側に吹き返すことを考慮していないため、気筒内を暖めることは出来たとしても、吸気ポートの温度を上昇させるのは困難である。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、始動時に吸気ポートやその近傍を効率よく暖めることができ、始動性や排気エミッションを向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

第１の発明は、内燃機関を始動させる始動手段と、
内燃機関の気筒に設けられた吸気バルブの開閉タイミングを可変に設定する吸気可変動弁手段と、
前記気筒に設けられた排気バルブを一時的に閉弁状態に保持することが可能な排気可変動弁手段と、
前記始動手段によって内燃機関の始動を開始してから前記気筒でファイアリングが開始されるまでの期間のうち、少なくとも一部の期間であるプレヒート期間中に、前記吸気可変動弁手段によって前記吸気バルブの開弁時期を吸気上死点の近傍に設定し、かつ前記吸気バルブの閉弁時期を吸気下死点の近傍に設定する吸気バルブ制御手段と、
前記プレヒート期間中であるときに、前記排気可変動弁手段によって前記排気バルブを閉弁状態に保持する排気バルブ制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、内燃機関を始動させる始動手段と、
内燃機関の気筒に設けられた吸気バルブの開閉タイミングを可変に設定する吸気可変動弁手段と、
前記気筒に設けられた排気バルブを一時的に閉弁状態に保持することが可能な排気可変動弁手段と、
前記始動手段によって内燃機関の始動を開始してから前記気筒でファイアリングが開始されるまでの期間のうち、少なくとも一部の期間であるプレヒート期間中に、前記吸気可変動弁手段によって前記吸気バルブの開弁時期を吸気上死点の近傍に設定し、かつ前記吸気バルブの閉弁時期を吸気下死点の近傍に設定する吸気バルブ制御手段と、
前記プレヒート期間中であるときに、前記排気可変動弁手段によって前記排気バルブを閉弁状態に保持する排気バルブ制御手段と、
前記気筒で初回のファイアリングを行うときに、前記吸気可変動弁手段によって前記吸気バルブの開弁時期を吸気上死点の近傍に設定し、かつ前記吸気バルブの閉弁時期を吸気下死点よりも遅角側の範囲で制御する筒内空気量制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第３の発明は、前記吸気バルブ制御手段によって設定された前記吸気バルブの開弁期間の途中で、当該吸気バルブを一時的に閉弁させる中間閉弁制御手段を備えている。

第４の発明は、前記プレヒート期間中に燃料噴射を行うプレヒート噴射制御手段を備えている。

第１の発明によれば、例えば内燃機関の始動（モータリング）が開始されてから、吸気ポート等が適切な温度状態となるまでの期間をプレヒート期間として設定することができる。プレヒート期間の経過後には、燃料噴射制御と点火制御とを開始することにより、気筒内で噴射燃料を燃焼させる動作（ファイアリング）を実施することができる。また、プレヒート期間中には、排気バルブを閉弁状態に保持しつつ、吸気バルブを吸気上死点の近傍から吸気下死点の近傍まで開弁させることができる。これにより、プレヒート期間中の排気行程では、吸気バルブと排気バルブの両方を閉弁した状態で燃焼室内の空気を圧縮することができる。そして、吸気上死点の近傍で吸気バルブが開弁したときには、高温・高圧の圧縮空気を吹き返しとして燃焼室から吸気ポート内に噴出させることができ、この圧縮空気の吹き返しによって燃焼室や吸気ポートの壁面、吸気バルブ等の部位を予熱することができる。

また、吸気バルブは、吸気上死点の近傍から吸気下死点の近傍まで長い期間にわたって開弁することができ、この間に吸気行程を続行することができる。このため、吸気行程では、強い吹き返しが生じる吸気上死点の近傍だけでなく、その後に吹き返しが弱まる期間でも燃焼室内に空気を吸込むことができる。これにより、吹き返しの空気流によって燃焼室内への吸気動作が妨げられるのを回避することができる。従って、吸気ポート側に一旦噴出させた暖かい空気を燃焼室内に効率よく吸込むことができる。しかも、吸気バルブの閉弁時期を吸気下死点の近傍に設定することにより、燃焼室内への空気の充填効率を最も高くすることができる。

このため、次回の排気行程では、十分な量の空気を圧縮することによって高い圧力と温度とを安定的に得ることができ、圧縮空気による予熱を効率的に行うことができる。従って、プレヒート期間が経過した後には、予熱された暖かい空気中に燃料を噴射することができ、燃料の気化を促進することができる。また、燃焼室、吸気ポート、吸気バルブ等に付着した液状の燃料も速やかに気化させることができる。これにより、内燃機関の冷間始動時等であっても、良好な混合気を形成して燃焼状態を安定させることができ、始動性や排気エミッションを向上させることができる。

第２の発明によれば、プレヒート期間中には、排気バルブを閉弁状態に保持しつつ、吸気バルブを吸気上死点の近傍から吸気下死点の近傍まで開弁させることができる。このため、第１の発明の場合と同様に、燃焼室や吸気ポートの壁面、吸気バルブ等の部位を効率よく予熱することができ、内燃機関の冷間始動時等であっても、良好な混合気を形成して始動性や排気エミッションを向上させることができる。

また、初回のファイアリングを行うときには、筒内空気量制御手段によって吸気バルブの開弁時期を吸気上死点の近傍に設定し、かつ当該吸気バルブの閉弁時期を吸気下死点よりも遅角側の範囲で制御することができる。これにより、プレヒート制御が終了した直後の過渡状態において、燃焼室内に吸込まれる混合気（吸入空気）の量を、吸気バルブの閉弁時期に応じて適切に制御することができる。これにより、過渡期のトルク変動等を抑えて運転性を向上させることができる。また、燃焼室内で余剰となる混合気を吹き返しとして吸気ポート側に戻すことができ、この混合気は、次回の吸気行程で吸込むことができる。これにより、例えば点火時期の遅角等によってトルク調整をする場合のように、余剰な混合気が排気ポートへと無駄に排気されることがない。よって、燃料を節約することができ、また排気エミッションを向上させることができる。

第３の発明によれば、中間閉弁制御手段は、吸気上死点の近傍から吸気下死点の近傍まで開弁する吸気バルブの開弁期間の途中に、中間閉弁期間を設けることができる。この結果、吸気バルブの開弁期間を、中間閉弁期間の前，後に位置する２つの開弁期間に分けることができる。そして、前側の開弁期間が開始されたときには、排気行程で圧縮された高温・高圧の圧縮空気を燃焼室から吸気ポート内に噴出させることができ、燃焼室や吸気ポートの壁面、吸気バルブ等の部位を効率よく予熱することができる。

また、中間閉弁期間においては、吸気バルブと排気バルブの両方が閉弁状態となるから、燃焼室内を負圧状態とすることができる。これにより、後側の開弁期間が開始されたときには、吸気ポートから燃焼室内に空気を流入させることができ、このときに高い流速を実現することができる。この高速な空気流は、吸気バルブの近傍を通過して燃焼室内に流入するので、吸気バルブを空気との摩擦熱によって加熱することができる。従って、前側の開弁期間１の開始時点だけでなく、後側の開弁期間の開始時点でも、吸気バルブを加熱することができ、１サイクル中の加熱回数を増やすことができる。従って、吸気バルブの温度を更に効率よく上昇させることができる。

第４の発明によれば、プレヒート噴射制御手段は、プレヒート期間中に燃料噴射を行うことができる。このときに噴射された燃料は、吸気ポート内の空気と共に混合気を形成しつつ、吸気バルブが開，閉することによって吸気ポートと燃焼室との間を往復する。これにより、混合気を圧縮して予熱することができ、噴射燃料の気化を促進することができる。また、吸気ポートと燃焼室との間の往復動作によって噴射燃料と空気とのミキシングを促進することができる。このため、プレヒート期間が経過したときには、均質な混合気を形成することができ、排気エミッションを更に向上させることができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図５を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１は、実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図を示している。本実施形態のシステムは、多気筒型の内燃機関１０を備えている。また、内燃機関１０の各気筒１２内には、ピストン１４がそれぞれ設けられている。これらのピストン１４は、各気筒１２内に燃焼室１６をそれぞれ形成している。また、各ピストン１４は、内燃機関１０のクランク軸１８に連結されている。

さらに、各気筒１２の燃焼室１６には、吸気ポート２０及び排気ポート２２が連通している。そして、吸気ポート２０には吸気通路２４が接続され、排気ポート２２には排気通路２６が接続されている。また、吸気通路２４の流入口近傍には、吸気通路２４を流れる空気の流量（吸入空気量）を検出するエアフローメータ２８が設けられている。エアフローメータ２８の下流には、スロットルバルブ３０が設けられている。スロットルバルブ３０は、例えば電子制御式のバルブによって構成され、アクセル開度等に基づいてスロットルモータ３２により駆動されるものである。

スロットルバルブ３０の下流には、吸気ポート２０に燃料を噴射する燃料噴射弁３４が配置されている。また、各気筒１２には、燃焼室１６内の混合気に点火する点火プラグ３６が設けられている。さらに、内燃機関１０は、吸気ポート２０を燃焼室１６に対して開，閉する吸気バルブ３８と、排気ポート２２を燃焼室１６に対して開，閉する排気バルブ４０とを備えている。

また、内燃機関１０には、例えば電磁駆動式の動弁機構４２，４４が搭載されており、これらは吸気可変動弁手段と排気可変動弁手段とを構成している。ここで、吸気側の動弁機構４２は、例えば特開２００７−１６７１０号公報に記載されているように、ソレノイド等で電磁力を発生させることによって吸気バルブ３８を開，閉させる。これにより、動弁機構４２は、吸気バルブ３８の開閉タイミング（開弁時期と閉弁時期）をそれぞれ可変に設定することができる。

一方、排気側の動弁機構４４も同様に、電磁力によって排気バルブ４０を開，閉させることができ、また排気バルブ４０の開閉タイミングをそれぞれ可変に設定することができる。この場合、動弁機構４４は、排気バルブ４０を必要に応じて一時的に閉弁状態に保持することができる。なお、本発明において、吸気側と排気側の可変動弁手段は、電磁駆動式の動弁機構４２，４４に限定されるものではない。

また、内燃機関１０には、クランク軸１８の回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ４６が設けられている。クランク角センサ４６は、クランク軸１８が所定の角度だけ回転する毎に、後述のＥＣＵ５０に角度信号を出力する。ＥＣＵ５０は、この角度信号を積算することにより、クランク角を検出することができる。

また、ＥＣＵ５０は、例えば一定の時間中に入力される角度信号をカウントすることにより、クランク軸１８の回転数を機関回転数として検出することができる。さらに、クランク角センサ４６は、例えば特定気筒の上死点位置に対応するクランク角となったときに、気筒判別信号を出力する。ＥＣＵ５０は、この気筒判別信号を用いて各気筒１２の行程（吸気行程等）を判別する気筒判別を実施する。

さらに、内燃機関１０は、始動手段としてのモータ４８を備えている。モータ４８は、例えばオペレータがスタータスイッチを操作することによって作動し、内燃機関１０を始動させるためにクランク軸１８を回転駆動する動作（以下、モータリングと称す）を行うものである。また、例えば内燃機関１０の出力と電動モータの出力とを併用するハイブリッド車両等では、オペレータが始動操作を行っていなくても、ＥＣＵ５０により必要に応じてモータ４８が駆動され、これによって内燃機関１０が始動する。

また、本実施の形態のシステムは、内燃機関１０の運転状態を制御するためのＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。そして、ＥＣＵ５０の入力側には、上述したエアフローメータ２８、クランク角センサ４６等に加えて、内燃機関１０の冷却水温度を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ等を含むセンサ系統が接続されている。

ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルモータ３２、燃料噴射弁３４、点火プラグ３６、動弁機構４２，４４等を含めて各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の運転状態をセンサ系統によって検出しつつ、各アクチュエータを駆動することによって運転制御を行う。また、内燃機関１０の始動時には、ＥＣＵ５０によって後述のプレヒート制御、初爆時の過渡制御、通常の始動制御等が実施される。

［実施の形態１の特徴部分］
次に、図２を参照しつつ、内燃機関１０の始動時に行われる制御について説明する。図２は、始動時の機関回転数、燃料噴射制御、点火制御、吸気バルブ、排気バルブの状態を示すタイムチャートである。

まず、図２中の時点(Ａ)は、例えばオペレータの始動操作、ＥＣＵ５０からの通電等によってモータ４８が作動を開始したタイミングである。モータ４８は、この時点(Ａ)からクランク軸１８を回転駆動し、内燃機関１０のモータリングを開始する。

そして、モータリング中には、例えばクランク軸１８が最大でも２回転する間に、クランク角センサ４６からＥＣＵ５０に気筒判別信号が出力される。これにより、ＥＣＵ５０は気筒判別を実行し、その後にプレヒート制御を開始する。なお、例えば機械駆動式の動弁機構によってバルブ３８，４０を駆動する場合には、必ずしもプレヒート制御の前に気筒判別を行う必要はない。

（プレヒート制御）
プレヒート制御は、上述したように、モータ４８によって内燃機関１０のモータリングが開始されてから、プレヒート制御の終了条件が成立するタイミングまで実行される。ここで、終了条件の一例を挙げれば、（１）モータ４８が作動を開始してから吸気ポート２０等の予熱に必要な時間が経過したか否か、（２）モータ４８が作動を開始してから予熱に必要な回数だけクランク軸１８が回転したか否か、（３）温度センサ等によって検出した吸気ポート２０等の温度が十分に上昇したか否か、などである。なお、プレヒート制御は、内燃機関１０の冷間始動時に限って行う構成としてもよい。

図２中の時点(Ｂ)は、プレヒート制御の終了条件が成立したタイミングである。この時点(Ｂ)以降には、始動時の燃料噴射制御と点火制御がそれぞれ行われることにより、気筒１２内で噴射燃料を燃焼させる動作（ファイアリング）が開始される。本実施の形態では、時点(Ａ)から時点(Ｂ)までの期間をプレヒート期間として設定し、このプレヒート期間中にプレヒート制御を行う構成としている。この場合、プレヒート期間の長さは、例えば個々の気筒１２において複数回のサイクルがそれぞれ繰返されるような期間長となる。なお、プレヒート期間は、時点(Ａ)から時点(Ｂ)までの全期間とする必要はなく、その一部の期間だけでもよい。

そして、プレヒート制御では、各気筒１２の燃料噴射制御、点火制御等を停止した状態で、動弁機構４２によって吸気バルブ３８を所定のタイミングで開，閉させると共に、動弁機構４４によって排気バルブ４０を全閉状態に保持する。図３は、プレヒート制御によって設定される吸気バルブ３８の開閉タイミングを示している。この図に示すように、吸気バルブ３８は吸気上死点で開弁し、吸気下死点で閉弁するように制御される。なお、これらの開弁時期と閉弁時期は、必ずしも吸気上死点や吸気下死点と一致している必要はなく、吸気上死点や吸気下死点から少し外れた近傍の位置でもよい。

このように、プレヒート制御中には、各気筒１２の排気バルブ３８が閉弁した状態に保持され、さらに排気行程では吸気バルブ３８も閉弁した状態に保持される。このため、排気行程では、バルブ３８，４０が閉弁した状態でピストン１４が圧縮動作を行うことになり、燃焼室１６内の空気は、高温・高圧の圧縮空気となる。そして、ピストン１４が吸気上死点に達し、吸気バルブ３８が開弁すると、この圧縮空気は、燃焼室１６から吸気ポート２０内に噴出する。これにより、燃焼室１６の壁面、吸気ポート２０の壁面、吸気バルブ３８等の部位を高温の圧縮空気によって予熱することができる。

また、吸気ポート２０内に噴出する圧縮空気の強い空気流（吹き返し）は、圧縮空気が燃焼室１６から吸気ポート２０に向けて高速で移動することにより短時間で弱くなる。その後は、ピストン１４が下降することによって吸気行程が行われる。この吸気行程では、吸気ポート２０側に一旦噴出した空気が燃焼室１６内に再び吸込まれる。また、吸気行程は、ピストン１４が吸気下死点に達して吸気バルブ３８が閉弁するまで続行される。

このように、本実施の形態では、吸気上死点から吸気下死点までの十分に長い期間にわたって吸気行程を続行することができる。このため、吸気行程では、強い吹き返しが生じる吸気上死点の近傍だけでなく、その後に吹き返しが弱まる期間でも燃焼室１６内に空気を吸込むことができる。これにより、吹き返しの空気流によって燃焼室１６内への吸気動作が妨げられるのを回避することができる。従って、吸気ポート２０側に一旦噴出させた暖かい空気を燃焼室１６内に効率よく吸込むことができる。しかも、吸気バルブ３８の閉弁時期を吸気下死点に設定することにより、燃焼室１６内への空気の充填効率を最も高くすることができる。

このため、次回の排気行程では、十分な量の空気を圧縮することによって高い圧力と温度とを安定的に得ることができ、圧縮空気による予熱を効率的に行うことができる。そして、この圧縮空気は、開弁した吸気バルブ３８の近傍を通って吸気ポート２０側に勢いよく噴出することになるから、吸気バルブ３８の温度を圧縮空気との摩擦熱によっても上昇させることができる。

また、プレヒート制御中には、高温の圧縮空気を燃焼室１６から吸気ポート２０に噴出させる動作を複数回にわたって繰返すことができる。このため、燃焼室１６と吸気ポート２０との間を往復する同一の空気に対して複数回の加熱動作を行うことができ、空気の温度を効率よく上昇させることができる。即ち、プレヒート制御の終了後に混合気となる空気を、十分に予熱しておくことができる。そして、この空気により、燃焼室１６、吸気ポート２０、吸気バルブ３８等も効率よく暖めることができる。特に、前述したハイブリッド車両等では、モータリング時の機関回転数を高く設定しているため、より高い予熱効果を得ることができる。

従って、プレヒート制御の終了後には、予熱された暖かい空気中に燃料を噴射することができ、燃料の気化を促進することができる。また、燃焼室１６、吸気ポート２０、吸気バルブ３８等に付着した液状の燃料も速やかに気化させることができる。これにより、内燃機関１０の冷間始動時等であっても、良好な混合気を形成して燃焼状態を安定させることができ、始動性や排気エミッションを向上させることができる。

（ファイアリング）
図２中の時点(Ｂ)でプレヒート制御が終了すると、ＥＣＵ５０によって通常の始動制御が行われ、各気筒１２でファイアリング（噴射燃料を燃焼させる動作）が実施される。この始動制御は、例えば内燃機関１０の始動時に適した燃料噴射制御、点火制御、排気バルブ４０の開閉制御等を行うものである。これにより、内燃機関１０の運転状態は、モータリングから通常の自立運転に切換えられる。

この場合、吸気バルブ３８の開閉制御では、例えば初回のファイアリング時（初爆時）にのみ過渡制御が行われ、２回目以降のファイアリング時には通常の始動制御が行われる。即ち、初爆時には、内燃機関１０が高出力を要求されない始動状態となっているから、プレヒート制御のバルブタイミングで吸気行程を行うと、吸入空気の充填効率が必要以上に高くなり、不要な燃料を噴射する必要が生じる。このため、本実施の形態では、下記に示す初爆時の過渡制御を行うものである。

（初爆時の過渡制御）
次に、図４を参照しつつ、例えば各気筒１２の初爆時にそれぞれ１回だけ実行される過渡制御について説明する。図４は、初爆時の過渡制御によって設定される吸気バルブ３８の開閉タイミングを示している。この図に示すように、初爆時の過渡制御では、例えば吸気バルブ３８の開弁時期を吸気上死点の近傍に設定する。また、吸気バルブ３８の閉弁時期は、動弁機構４２によって吸気下死点よりも遅角側の範囲で制御する。即ち、吸気下死点から吸気バルブ３８の閉弁時期までの角度θ（θ≧０）を、動弁機構４２によって制御するものである。

これにより、初爆時の過渡制御では、吸気下死点が到来してから吸気バルブ３８が閉弁するまでの間に、燃焼室１６内の混合気の一部がピストン１４の上昇動作によって吸気ポート２０側に押出される。このとき、押出される混合気の量は、角度θが大きいほど増大するから、角度θの大小に応じて燃焼室１６内の混合気の量を増減させることができる。

従って、プレヒート制御が終了した直後の過渡状態において、燃焼室１６内に吸込まれる混合気（吸入空気）の量を、吸気バルブ３８の閉弁時期（即ち、角度θ）に応じて適切に制御することができる。これにより、過渡期のトルク変動等を抑えて運転性を向上させることができる。また、燃焼室１６内で余剰となる混合気を吹き返しとして吸気ポート２０側に戻すことができ、この混合気は、次回の吸気行程で吸込むことができる。これにより、例えば点火時期の遅角等によってトルク調整をする場合のように、余剰な混合気が排気ポート２２へと無駄に排気されることがない。よって、燃料を節約することができ、また排気エミッションを向上させることができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図５は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図５に示すルーチンは、ＥＣＵ５０の電源投入時に開始されるものである。
まず、ＥＣＵ５０は、ステップ１００において、内燃機関１０のモータリングが開始されたか否かを判定する。この場合、例えばオペレータが始動操作を行ったときには、スタータスイッチからＥＣＵ５０に入力される信号によってモータリングの有無を検出することができる。

そして、ステップ１００で「ＹＥＳ」と判定したときには、モータリング中に空気を予熱すべく、ステップ１０２，１０４でプレヒート制御を実行する。即ち、ステップ１０２では、吸気バルブ３８を図３に示す開閉タイミングで開，閉駆動し、ステップ１０４では、排気バルブ４０を閉弁状態に保持する。また、ステップ１００で「ＮＯ」と判定したときには、モータリングが開始されるまで待機する。

次に、ステップ１０６では、前述したプレヒート制御の終了条件が成立したか否かを判定する。ここで、「ＹＥＳ」と判定したときには、プレヒート制御を終了し、ステップ１０８に移る。また、ステップ１０６で「ＮＯ」と判定したときには、プレヒート制御を終了すべきタイミングではないので、ステップ１０２に戻ってプレヒート制御を続行する。

次に、ステップ１０８では、初爆時であるか否かを判定する。そして、ステップ１０８で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１１０で初爆時の過渡制御を実行し、終了する。また、ステップ１０８で「ＮＯ」と判定したときには、初爆時の過渡制御が既に済んでいるので、ステップ１１２で通常の始動制御を実行し、終了する。

このように、本実施の形態によれば、プレヒート制御によって内燃機関１０のモータリング中に吸入空気を予熱しておくことができる。そして、プレヒート制御が終了した後には、初爆時の過渡制御を実施することができ、これによって通常の始動制御へとスムーズに移行することができる。

実施の形態２．
次に、図６及び図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１（図１）と同様のシステム構成を用いている。
［実施の形態２の特徴部分］
図６は、実施の形態２における吸気バルブ３８の開閉タイミングを示している。この図に示すように、本実施の形態では、実施の形態１で述べた吸気バルブ３８の開弁期間（吸気上死点の近傍から吸気下死点の近傍まで）の途中で、吸気バルブ３８を一時的に閉弁させる中間閉弁制御を行う構成としている。この結果、吸気バルブ３８の開弁期間は、中間閉弁期間の前，後に位置する開弁期間１，２に分かれている。本実施の形態において、この中間閉弁制御以外の制御は、実施の形態１と同様に行われるものである。

ここで、開弁期間１と開弁期間２は、例えば１０〜８０°程度のクランク角に相当する期間長をそれぞれ有している。なお、これらの期間長は同じ長さである必要はない。また、中間閉弁期間は、例えば吸気上死点と吸気下死点との中間位置Ｍを前，後に跨ぐように設定されている。

次に、プレヒート制御中における吸気バルブ３８の動作について説明する。プレヒート制御が行われると、吸気バルブ３８は、まず吸気上死点またはその近傍となるタイミング（図６中に示す開１）で開弁し、開弁期間１が開始される。このとき、開１のタイミングでは、前記実施の形態１の場合と同様に、燃焼室１６内の圧縮空気が吸気ポート２０に向けて噴出するので、この圧縮空気によって前述した各部位を予熱することができる。

その後、開弁期間１が終了すると、吸気バルブ３８が閉１のタイミングで閉弁することにより、中間閉弁期間となる。この中間閉弁期間では、吸気バルブ３８と排気バルブ４０の両方が閉弁状態となる。よって、ピストン１４が下降すると、燃焼室１６内は極端な負圧状態となる。

そして、中間閉弁期間が終了すると、吸気バルブ３８が開２のタイミングで再び開弁する。このとき、開２のタイミングでは、極端な負圧状態となっていた燃焼室１６内に吸気ポート２０から空気が流入する。この空気の流速は、例えば音速レベルに近い極端な高速となる。この高速な空気流は、吸気バルブ３８の近傍を通過して燃焼室１６内に流入するので、吸気バルブ３８を空気との摩擦熱によって加熱することができる。そして、燃焼室１６内への空気の流入は、吸気下死点またはその近傍となるタイミング（閉２）まで続行される。

［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
図７は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図７の説明では、実施の形態１（図５）と同一の処理に同一のステップ番号を付し、その説明を省略するものとする。

まず、ＥＣＵ５０は、ステップ１０２，１０４において、前述したようにプレヒート制御を実行する。そして、プレヒート制御の実行中には、ステップ１２０において、クランク角センサ４６の検出信号等をモニタすることにより、クランク角が中間閉弁期間に対応する角度であるか否かを判定する。

そして、ステップ１２０で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１２２において、中間閉弁制御を行うことにより、中間閉弁期間が終了するまで吸気バルブ３８を閉弁状態に保持する。また、ステップ１２０で「ＮＯ」と判定したときには、中間閉弁期間に対応するクランク角ではないので、中間閉弁制御を行うことなく、ステップ１０６に移る。

このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、中間閉弁制御を行う構成としたので、吸気バルブ３８の開弁期間を、開弁期間１と開弁期間２に分けることができる。

これにより、プレヒート制御中には、開弁期間１の開始時点だけでなく、開弁期間２の開始時点でも、吸気バルブ３８を加熱することができ、１サイクル中の加熱回数を増やすことができる。従って、実施の形態１と同様の予熱効果を維持しつつ、吸気バルブ３８の温度を更に効率よく上昇させることができる。

実施の形態３．
次に、図８及び図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１（図１）と同様のシステム構成を用いている。
［実施の形態３の特徴部分］
図８は、始動時の機関回転数、燃料噴射制御、点火制御、吸気バルブ、排気バルブの状態を示すタイムチャートである。本実施の形態では、プレヒート期間中に燃料噴射を禁止するのではなく、適量の燃料を噴射するプレヒート噴射制御を行う構成としており、この点で実施の形態１と異なるものである。本実施の形態において、プレヒート噴射以外の制御は、実施の形態１と同様に行われるものである。

ここで、プレヒート噴射制御は、例えば内燃機関１０のモータリングが開始されてから可能な限り早い時期に実施される。この噴射燃料は、吸気ポート２０内の空気と共に混合気を形成しつつ、プレヒート制御が行われることによって吸気ポート２０と燃焼室１６との間を往復するようになる。これにより、混合気を圧縮して予熱することができ、噴射燃料の気化を促進することができる。また、吸気ポート２０と燃焼室１６との間の往復動作によって噴射燃料と空気とのミキシングを促進することができる。このため、プレヒート制御が終了するときには、均質な混合気を形成することができる。

［実施の形態３を実現するための具体的な処理］
図９は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図９の説明では、実施の形態１（図５）と同一の処理に同一のステップ番号を付し、その説明を省略するものとする。

まず、ＥＣＵ５０は、ステップ１０２，１０４において、前述したようにプレヒート制御を実行する。そして、プレヒート制御の実行中には、ステップ１３０において、クランク角センサ４６の検出信号等をモニタすることにより、プレヒート噴射の実行タイミングであるか否かを判定する。

そして、ステップ１３０で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１３２において、プレヒート噴射を行う。また、ステップ１３０で「ＮＯ」と判定したときには、プレヒート噴射を行うタイミングではないので、ステップ１０６に移る。

このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、プレヒート噴射制御を行う構成としたので、通常の始動制御が開始される前に、予め均質な混合気を安定的に形成しておくことができ、排気エミッションを更に向上させることができる。

なお、前記実施の形態１乃至３では、図５、図７、図９中のステップ１０２が吸気バルブ制御手段の具体例を示し、ステップ１０４が排気バルブ制御手段の具体例を示している。また、ステップ１１０が筒内空気量制御手段の具体例を示している。また、実施の形態２では、図７中のステップ１２２が中間閉弁制御手段の具体例を示している。さらに、実施の形態３では、図９中のステップ１３２がプレヒート噴射制御手段の具体例を示している。

また、各実施の形態では、電磁駆動式の動弁機構４２，４４を用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばクランク軸１８にチェーン等の手段で連結された機械式の動弁機構と、この動弁機構に付設された油圧式の可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）とによって可変動弁手段を構成してもよい。

また、各実施の形態では、ＥＣＵ５０によって気筒判別を行った後に、プレヒート制御を実行する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば前述した機械式（油圧式）の可変動弁手段を用いる場合には、必ずしもプレヒート制御の前に気筒判別を実行しなくてもよく、気筒判別無しにプレヒート制御を行う構成としてもよい。

また、各実施の形態では、一般的な始動時にプレヒート制御を行う構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば温度センサ等によって内燃機関１０の温度状態を検出することにより、冷間始動時にのみプレヒート制御を実行し、暖機後の再始動時等にはプレヒート制御を実行しない構成としてもよい。

本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す全体構成図である。 内燃機関の始動時における機関回転数、燃料噴射制御、点火制御、吸気バルブ、排気バルブの状態を示すタイムチャートである。 プレヒート制御中における吸気バルブの開閉タイミングを示す説明図である。 初爆時の過渡制御中における吸気バルブの開閉タイミングを示す説明図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、プレヒート制御中の吸気バルブの開閉タイミングを示す説明図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３において、内燃機関の始動時における機関回転数、燃料噴射制御、点火制御、吸気バルブ、排気バルブの状態を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 気筒
１４ ピストン
１６ 燃焼室
１８ クランク軸
２０ 吸気ポート
２２ 排気ポート
２４ 吸気通路
２６ 排気通路
２８ エアフローメータ
３０ スロットルバルブ
３２ スロットルモータ
３４ 燃料噴射弁
３６ 点火プラグ
３８ 吸気バルブ
４０ 排気バルブ
４２ 吸気側の動弁機構（吸気可変動弁手段）
４４ 排気側の動弁機構（排気可変動弁手段）
４６ クランク角センサ
４８ モータ（始動手段）
５０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 内燃機関を始動させる始動手段と、
   内燃機関の気筒に設けられた吸気バルブの開閉タイミングを可変に設定する吸気可変動弁手段と、
   前記気筒に設けられた排気バルブを一時的に閉弁状態に保持することが可能な排気可変動弁手段と、
   前記始動手段によって内燃機関の始動を開始してから前記気筒でファイアリングが開始されるまでの期間のうち、少なくとも一部の期間であるプレヒート期間中に、前記吸気可変動弁手段によって前記吸気バルブの開弁時期を吸気上死点の近傍に設定し、かつ前記吸気バルブの閉弁時期を吸気下死点の近傍に設定する吸気バルブ制御手段と、
   前記プレヒート期間中であるときに、前記排気可変動弁手段によって前記排気バルブを閉弁状態に保持する排気バルブ制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関を始動させる始動手段と、
   内燃機関の気筒に設けられた吸気バルブの開閉タイミングを可変に設定する吸気可変動弁手段と、
   前記気筒に設けられた排気バルブを一時的に閉弁状態に保持することが可能な排気可変動弁手段と、
   前記始動手段によって内燃機関の始動を開始してから前記気筒でファイアリングが開始されるまでの期間のうち、少なくとも一部の期間であるプレヒート期間中に、前記吸気可変動弁手段によって前記吸気バルブの開弁時期を吸気上死点の近傍に設定し、かつ前記吸気バルブの閉弁時期を吸気下死点の近傍に設定する吸気バルブ制御手段と、
   前記プレヒート期間中であるときに、前記排気可変動弁手段によって前記排気バルブを閉弁状態に保持する排気バルブ制御手段と、
   前記気筒で初回のファイアリングを行うときに、前記吸気可変動弁手段によって前記吸気バルブの開弁時期を吸気上死点の近傍に設定し、かつ前記吸気バルブの閉弁時期を吸気下死点よりも遅角側の範囲で制御する筒内空気量制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 前記吸気バルブ制御手段によって設定された前記吸気バルブの開弁期間の途中で、当該吸気バルブを一時的に閉弁させる中間閉弁制御手段を備えてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記プレヒート期間中に燃料噴射を行うプレヒート噴射制御手段を備えてなる請求項１，２または３に記載の内燃機関の制御装置。

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