JP2007303348A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷間始動時における燃焼の早期安定化を図る。
【解決手段】内燃機関の気筒に連通する吸気ポートに配置された吸気バルブの開閉時期及びリフト量を制御するバルブタイミング制御手段を備える内燃機関の制御装置において、内燃機関の始動が、冷間始動であると判定された場合に、内燃機関の燃焼の１サイクルを第１吸入・圧縮行程と第２吸入・圧縮行程とからなる２以上の吸入・圧縮行程と、２以上の吸入・圧縮行程の後に続く膨張行程及び排気行程と、を含む多行程運転に設定する。そして、バルブタイミング制御手段は、第１吸入・圧縮行程における、吸気バルブのリフト量を、要求吸入空気量の吸入に必要な通常リフト量よりも小さな低リフト量に制御し、第２吸入・圧縮行程における、吸気バルブのリフト量を、通常リフト量に制御する。
【選択図】図３

Description

この発明は内燃機関の制御装置に関する。更に具体的には、内燃機関の各気筒の吸気バルブの開閉時期及びリフト量を制御することができる内燃機関の制御装置に関するものである。

従来、特開平１０−２５２５１１号公報には、内燃機関の各気筒に配置された吸気バルブ及び排気バルブの開閉時期を可変に調整することができるバルブ駆動機構により、吸気バルブ及び排気バルブの開閉を制御するシステムが開示されている。このシステムにおいて、内燃機関の燃焼が安定している通常の運転の際には、吸入行程・圧縮行程・膨張行程・排気行程の４行程からなる燃焼サイクルで内燃機関の運転が行われる。このとき、吸気バルブは、吸入行程における所定のタイミングで開弁、閉弁するように制御され、排気バルブは、排気行程における所定のタイミングで開弁、閉弁するように制御される。

しかし、例えば内燃機関の冷間始動時等、不完全燃焼が起きやすい状況下においては、燃料が完全に燃焼されず未燃燃料として残り、排気行程においてそのまま気筒外に排出される場合がある。このため上記従来技術のシステムは、内燃機関内で不完全燃焼が起きていることが判定された場合には、次のような制御を行う。すなわち、内燃機関の運転中に吸気バルブ及び排気バルブの開弁を一定期間停止する。その結果、このバルブ停止期間中、吸気バルブ及び排気バルブが共に閉弁している状態となり、ピストンの上下移動により、圧縮行程及膨張行程のみが繰り返し実施されているような状態となる。この状態において、圧縮行程と膨張行程の間でその都度点火を実施する。

このように繰り返し圧縮と爆発・膨張行程が繰り返される間に、気筒内の未燃燃料が完全に燃焼される。その後、未燃燃料の完全燃焼が確認されると、再び通常通りのバルブの開閉動作が許容され、通常通りの運転が再び開始される。これにより、上記従来技術のシステムによれば、不完全燃焼が起きやすい運転状態において、燃料を完全に燃焼させることができ、未燃燃料の排出を抑えることができるものとしている。

特開平１０−２５２５１１号公報 特開２００２−１９５０５９号公報 特開２００１−７３７９６号公報

ところで、内燃機関の冷間始動時など内燃機関が冷間の状態にある間、燃焼の安定、始動性の改善等のため、燃料噴射量が多くして燃料リッチに制御される場合がある。しかし、燃費や排気エミッション特性の改善の観点から、冷間時においても内燃機関のリーン限界をより拡張することが望まれる。この点、上記従来技術は、不完全燃焼が発生する場合に、吸気バルブ及び排気バルブを共に閉弁した状態で、圧縮行程及び膨張行程を繰り返し行い、その都度点火を行うことにより未燃焼燃料を完全に燃焼させるものである。すなわち、上記従来技術は、圧縮行程及び爆発・膨張行程を繰り返すことにより、閉鎖された気筒内に充填されている燃料を完全に燃焼させるものであり、内燃機関の冷間時の運転中における空燃比をリーン側に制御することに関するものではなく、リーン限界を伸ばすことに関するものでもない。

以上より、この発明は上記の問題を解決するためになされたもので、内燃機関の冷間始動時などにおいても、リーン限界の拡張を図ることができるよう改良した内燃機関の制御装置を提供するものである。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の気筒に連通する吸気ポートに配置された吸気バルブの開閉時期及びリフト量を変更可能なバルブ駆動手段と、
前記バルブ駆動手段により、前記吸気バルブの開閉時期及びリフト量を制御するバルブタイミング制御手段と、
前記内燃機関の始動が、冷間始動であるか否かを判定する冷間始動判定手段と、
前記冷間始動判定手段において、冷間始動であると判定された場合に、前記内燃機関の燃焼の１サイクルを第１吸入・圧縮行程と第２吸入・圧縮行程とからなる２以上の吸入・圧縮行程と、前記２以上の吸入・圧縮行程の後に続く膨張行程及び排気行程と、を含む多行程運転に設定する多行程運転設定手段と、
を備え、
前記バルブタイミング制御手段は、
前記第１吸入・圧縮行程における、前記吸気バルブのリフト量を、要求吸入空気量の吸入に必要な通常リフト量よりも小さな低リフト量に制御し、
前記第２吸入・圧縮行程における、前記吸気バルブのリフト量を、前記通常リフト量に制御することを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記低リフト量は、前記第１吸入・圧縮行程の吸入行程中のポンプ損失が最大となるリフト量であることを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記気筒に配置された点火プラグによる点火時期を制御する点火制御手段を備え、
前記点火制御手段は、前記第１吸入・圧縮行程の間は点火を禁止することを特徴とする。

第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、前記多行程運転設定手段は、前記内燃機関の燃焼の１サイクル中に、前記第１吸入・圧縮行程が、前記第２吸入・圧縮行程の前に、複数回繰り返し行われるように設定することを特徴とする。

第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、
前記多行程運転を解除するか否かを判定する多行程運転解除判定手段と、
前記多行程運転を解除すると判定された場合に、前記内燃機関の燃焼の１サイクルを、吸入行程、圧縮行程、膨張行程、及び、排気行程からなる４行程運転に設定する４行程運転設定手段と、
を備えることを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、
前記気筒内の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記多行程運転解除判定手段は、前記気筒内の温度が、切替温度に達した場合に、前記多行程運転を解除する判定を行うことを特徴とする。

第７の発明は、第５の発明において、
前記内燃機関の冷却水の水温を検出する水温検出手段を備え、
前記多行程運転解除判定手段は、前記冷却水の水温が切替水温に達した場合に、前記多行程運転を解除する判定を行うことを特徴とする。

第８の発明は、第５の発明において、
前記内燃機関の要求負荷を算出する要求負荷算出手段を備え、
前記多行程運転解除判定手段は、算出された前記要求負荷が、切替負荷以上となった場合に、前記多行程運転を解除する判定を行うことを特徴とする。

第９の発明は、第５の発明において、
前記多行程運転中において、燃焼の１サイクル中の、前記第１吸入・圧縮行程開始前に、前記第２吸入・圧縮行程が行われた後の気筒内の温度を予測する気筒内温度予測手段を備え、
前記多行程運転解除判定手段は、前記予測された気筒内の温度が、切替温度に達した場合に、前記多行程運転を解除する判定を行うことを特徴とする。

第１０の発明は、第６から９のいずれかの発明において、
前記内燃機関は、燃料としてアルコール燃料を含む燃料を用いるものであって、
前記切替温度、前記切替水温及び前記切替負荷のいずれかを、燃料中のアルコール燃料の濃度に応じて設定する判定値設定手段を備えることを特徴とする。

第１１の発明は、第１から第１０のいずれかの発明において、
前記内燃機関は、第１気筒群と、第２気筒群とを備え、
前記第１気筒群に属する気筒のみを運転し、前記第２気筒群に属する気筒を停止状態とする減筒運転に設定する減筒運転設定手段と、
前記第１気筒群に属する気筒及び前記第２気筒群に属する気筒の全てを運転させる全筒運転に設定する全筒運転設定手段と、
を備え、
前記冷間始動判定手段は、前記減筒運転から前記全筒運転に移行する際に、停止していた前記第２気筒群に属する気筒の運転復帰のための始動が、冷間での始動となるか否かを判定し、
前記多行程運転設定手段は、前記第２気筒群に属する気筒の運転復帰が冷間での始動となる場合に、前記第２気筒群に属する気筒の運転を、前記多行程運転に設定することを特徴とする。

第１２の発明は、第１から第１１のいずれかの発明において、
前記バルブ駆動手段は、
前記吸気バルブを開閉駆動する吸気カムと、
前記吸気カムを回転駆動する電動機と、を備え、
前記バルブタイミング制御手段は、前記電動機による前記吸気カムの回転駆動を制御することにより、前記バルブタイミングを制御することを特徴とする。

第１の発明によれば、冷間始動時に、内燃機関の燃焼の１サイクルを第１吸入・圧縮行程と第２吸入・圧縮行程とからなる２以上の吸入・圧縮行程と前記２以上の吸入・圧縮行程の後に続く膨張行程及び排気行程とを含む多行程運転に設定する。また、この多行程運転中の第１吸入・圧縮行程における、吸気バルブのリフト量を、要求吸入空気量の吸入に必要な通常リフト量よりも小さな低リフト量に制御する。このように、２以上の吸入・圧縮行程を行い、１度目の吸入行程のリフト量を小さくすることにより、吸気の際に吸気温を上昇させることができる。従って、冷間始動時のように内燃機関の温度が低い場合であっても、より早く気筒内の温度を上昇させて、燃焼を安定化することができる。

第２の発明によれば、多行程運転中の第１吸入・圧縮行程における吸気バルブのリフト量が、ポンプ損失が最大となる低リフト量に設定される。従って、第１吸入・圧縮行程での吸気の際に、より効果的に吸入ガスを昇温させることができ、燃焼性の改善を図ることができると共に、より早い段階で内燃機関を暖機して燃焼を安定させることができる。

第３の発明によれば、第１吸入・圧縮行程の間は点火が禁止される。これにより、第１吸入・圧縮行程の間により効果的に吸入ガスを昇温させると共に、第２吸入・圧縮行程において要求される吸入空気量に応じた吸入ガスを吸入することができ、要求負荷に応じて必要なトルクを発生させることができる。

第４の発明によれば、多行程運転において、第１吸入・圧縮行程が、第２吸入・圧縮行程の前に、複数回繰り返し行われる。これにより、吸気温をより確実に上昇させて、より早い段階で内燃機関の暖機を行うことができる。

上記のような多行程運転は、内燃機関の冷間時の燃焼性を改善する上で、有効な手段である。しかし、第１吸入・圧縮行程では吸気バルブのリフト量が小さくされ、吸気抵抗の大きな状態とされているため、失うトルクが大きくなる。従って、安定した燃焼が行われるようになった後は、直ちに通常の４行程運転に切り替えることが好ましい。この点、第５乃至第９の発明によれば、その切り替え時期を確実に判定することができ、多行程運転の解除が認められた場合には、通常の吸入行程、圧縮行程、膨張行程、及び、排気行程からなる４行程運転に切り替えることができる。

また、上記の多行程運転のように吸入・圧縮行程が繰り返される場合、吸入ガスの温度が過度に上昇する場合も考えられる。吸入ガスの温度が過度に高温となると、異常燃焼の原因となることも考えられる。この点、第９の発明によれば、気筒内の温度を予測し、予測温度に基づいて多行程運転から６行程運転の切り替えを判断する。従って、多行程運転を行った場合にも、吸気温が過度に高温となるのをより確実に防ぐことができる。

また、内燃機関の燃料としてアルコール燃料を含む場合、燃料中のアルコール燃料の濃度によって、燃料の揮発性が異なるため、燃焼性も異なるものとなる。つまり、同じ運転条件であっても、冷間始動から安定した燃焼が行われるまでの時間は異なるものとなる。この点、第１０の発明によれば、多行程運転から４行程運転に切り替える判定の基準となる、切替温度、切替水温、あるいは切替負荷等の判定値を、燃料中のアルコール燃料の濃度に応じて決定することができる。従って、用いる燃料に応じた確実な切り替えの判定を行うことができる。

また、第１１の発明によれば、いわゆる減筒運転から全筒運転に復帰する場合であって、減筒運転中に停止していた気筒の復帰が冷間での始動となる場合にも、上記の多行程運転を適用することができる。従って、より早く、停止していた気筒群の燃焼を安定させることができ、減筒運転から全筒運転への復帰をより早く行うことができる。

第１２の発明によれば、吸気バルブのバルブタイミングを電動機により制御することができるため、確実に吸気バルブを設定されたリフト量に制御することができ、上記６行程運転におけるリフト量の制御を確実に実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
[実施の形態１のシステムの構成]
図１は実施の形態１のシステムの構成を説明するための模式図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は気筒１２を備えている。なお、図１においては、１つの気筒１２の断面のみを図示しているが、実際には内燃機関１０は複数の気筒１２を備えている。気筒１２内部にはピストン１４が配置されている。ピストン１４は、コンロッド１６を介して、クランクシャフト１８に接続されている。クランクシャフト１８の近傍には、その回転数に応じた出力を発する回転数センサ２０が配置されている。また、内燃機関１０には、その冷却水の水温を検出する水温センサ２２を備えている。ピストン１４の上部には燃焼室２４が設けられている。燃焼室２４には、燃焼室２４内の温度に応じた出力を発する温度センサ２６（温度検出手段）が配置されている。また、燃焼室２４には、先端部が露出するように点火プラグ２８が挿入されている。

内燃機関１０は、燃焼室２４に連通された、吸気ポート３０および排気ポート３２を備えている。吸気ポート３０にはインジェクタ３４が組みつけられている。吸気ポート３０は吸気通路３６に接続されている。吸気通路３６にはエアフロメータ３８が配置されている。

内燃機関１０は、各気筒１２の吸気ポート３０のそれぞれに、吸気ポート３０を開閉する吸気バルブ４０を備えている。吸気バルブ４０には吸気バルブシャフト４２が固定されている。吸気バルブシャフト４２の上端部には、バルブリフタ４４が取付けられている。吸気バルブシャフト４２にはバルブスプリング４６の付勢力が作用しており、吸気バルブ４０はその付勢力によって閉弁方向に付勢されている。バルブリフタ４４の上部には、吸気カム５０が配置されている。各気筒１２の吸気カム５０は、２つの吸気カムごとに同一のカムシャフト（図示せず）に接続され、このカムシャフト等を介して可変動弁機構５２が連結されている。また、吸気カム５０のカムシャフト近傍には、カムポジションセンサ５４が取付けられている。カムポジションセンサ５４はカムの回転角及び回転数に応じた出力を発する。

内燃機関１０は、各気筒１２の排気ポート３２のそれぞれに、排気ポート３２を開閉する排気バルブ６０を備えている。排気バルブ６０は、吸気バルブ４０と同様の構成を有している。つまり、排気バルブ６０に固定された排気バルブシャフト６２と、排気バルブシャフト６２上部に取付けられたバルブリフタ６４と、排気バルブシャフト６２を閉弁方向に付勢するように取付けられたバルブスプリング６６を備えている。バルブリフタ６４上部には、排気カム７０が配置されている。各気筒１２の排気カム７０は、２つの排気カムごとに同一のカムシャフト（図示せず）に接続され、このカムシャフト等を介して可変動弁機構７２が連結されている。排気カム７０のカムシャフト近傍には、カムポジションセンサ７４が取付けられている。カムポジションセンサ７４は排気カム７０の回転角及び回転数に応じた出力を発する。

吸気バルブ４０側の可変動弁機構５２は、モータの電動機によってカムシャフトの回転や揺動を制御することで、吸気カム５０の回転や揺動を制御する。その結果、吸気バルブ４０の位相、作用角およびリフト量を、各気筒１２ごとに独立して変化させることができる。排気バルブ６０側の可変動弁機構７２は、モータ等によってカムシャフトの回転や揺動を制御することで、排気カム７０の回転や揺動を制御する。その結果、排気バルブ６０の位相、作用角及びリフト量を、気筒１２ごとに独立して変化させることができる。

ここで、吸・排気バルブ４０、６０の位相の変動により、吸・排気バルブ４０、６０の開弁及び閉弁のタイミングを変更させることができる。作用角の変動により、吸・排気バルブ４０、６０の開弁期間を変更させることができる。また、リフト量の変動により、吸・排気バルブ４０、６０が開弁した際に吸・排気気ポート２８、３０との間にできる通路の大きさを変動させることができる。また、このような制御は、各気筒１２ごとに、吸気バルブ４０、排気バルブ６０のそれぞれについて行うことができる。なお、カムシャフトの回転や揺動を制御することにより、吸気バルブ４０あるいは排気バルブ６０の、位相、作用角及びリフト量を制御する機構は、特に新規のものではないため、ここでの詳細な説明を省略する。

内燃機関１０は、内燃機関の制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）８０を備える。ＥＣＵ８０は、回転数センサ２０、水温センサ２２、温度センサ２６、エアフロメータ３８、カムポジションセンサ５４、７４等の各種センサから、内燃機関１０の制御に必要な情報を取得する。また取得した情報に基づいて、点火プラグ２８、インジェクタ３４および、可変動弁機構５２、７２を制御する。

[実施の形態１のシステムによる制御]
内燃機関１０を冷間で始動する場合など、内燃機関１０の暖機前の状態においては、内燃機関１０の各部の温度が低くなっている。このため冷間始動時においては吸入空気の温度が低くなる。従って、燃料が霧化されにくく、空気と燃料との混合性が低い状態となり、燃焼が安定しにくい状態となる。このため、一般的に、冷間始動時に燃料噴射量を増加する制御が行われる。しかし、このような制御が行われる場合、冷間始動時の空燃比はリッチ側になり、また、未燃焼のまま排出される未燃焼燃料が多くなる。従って、リーン限界を拡張し、燃費や排気エミッション特性を改善するためには、冷間始動時における燃料噴射量の増量制御を、短時間とし、あるいは回避することが望まれる。このため冷間始動時において内燃機関１０の始動後のより早い段階で、吸入空気温を上昇させて、燃料の霧化を促進し、燃焼を安定させることが望ましい。

ここで、内燃機関１０の吸入行程において吸気抵抗が大きくなると、吸入ガスが気筒１２内に吸入される際に生じる摩擦熱が大きくなる。従って、吸入行程における吸気抵抗、すなわち、ポンピングロスを大きくして、この摩擦熱を大きくすることにより、気筒１２内に吸入されるガスの温度を上昇させることができる。

図２は吸気バルブ４０のリフト量とポンピングロスとの関係を説明するための図である。図２において横軸は吸気バルブ４０のリフト量、縦軸はポンピングロスを表している。図２において実線(i)は、実線(ii)の場合に比べて内燃機関１０が低回転域にある場合を示している。図２に示すように、吸気バルブ４０のリフト量がゼロの状態から次第に大きくなるに連れて、ポンピングロスも大きくなり、あるリフト量（低リフト量）において最大となる。ポンピングロスは、リフト量が低リフト量よりも大きくなると徐々に小さくなる。またポンピングロスが最大となる低リフト量は、機関回転数によって異なり、図２の実線(i)、(ii)に示すように、機関回転数が大きくなるに連れて、低リフト量が大きくなる傾向にある。

上記のように吸入ガスの吸入の際に発生する摩擦熱は、吸入行程におけるポンピングロスが大きい程、高くなる。従って、リフト量を低リフト量に設定してポンピングロスを最大にすることにより、冷間始動の際、吸入ガスの温度をより早く上昇させることができると考えられる。

一方、通常、吸気バルブ４０のリフト量は、その要求される吸入空気量の空気が気筒１２内に確実に吸気されるために必要な大きなリフト量(通常リフト量)に設定される。この点、内燃機関の冷間始動時であっても、その始動に必要なトルクを発生させるためには、要求吸入空気量の吸気が必要となり、吸気バルブ４０のリフト量を通常リフト量に制御して吸気を行う必要がある。従って、上記のように吸入ガスの温度を上昇させるために低リフト量に制御されたまま、吸入行程を終え、圧縮行程、爆発・燃焼行程が行われると、気筒１２への吸入ガスの充填量が不足し、却って燃焼性を低下させる事態となることが考えられる。

そこで、本実施の形態１のシステムは、吸入ガスの温度上昇と十分な量のガスの吸入とを同時に実現すべく、冷間始動時においては、内燃機関１０の１回の燃焼サイクルのなかで、吸入行程と圧縮行程を二回繰り返した後、燃焼行程と排気行程とを実行することとする。図３は、この発明の実施の形態１における吸・排気バルブ４０、６０の開閉時期とリフト量とについて説明するための図であり、図３（ａ）は冷間始動時、図３（ｂ）は燃焼安定後の運転について表している。

[冷間始動時の制御について]
図３（ａ）に示すように、冷間始動時の吸気温が低い状態では、第１吸入行程、第１圧縮行程、第２吸入行程、第２圧縮行程、膨張行程、排気行程の６ストロークが燃焼の１サイクルとされ、第２圧縮行程の所定のタイミングで、１度点火が行われる。以下、この実施の形態では、このような内燃機関１０の運転状態を「６行程運転」と称することとする。６行程運転中、最初の吸入行程（第１吸入行程）では、ポンピングロスを最大として吸気温を上昇させるため、吸気バルブ４０のリフト量は低リフト量に制御される。また、低リフト量と、ポンピングロスとの関係は、吸気バルブの開閉時期や作用角によっても異なるものとなる。従って、ここで設定される低リフト量は、他の運転状態との関係で開閉時期や作用角が適切な時期に設定された上で、ポンピングロスを最大にするリフト量となる。この第１吸入行程の間に生じる摩擦熱により吸気温が上昇する。上昇する温度は、その時の吸入ガスの温度や機関回転数に応じて異なるが、例えば50〜60℃程度である。この低リフト量の状態で吸気が行われた後、吸気バルブ４０は閉弁され第１圧縮行程に入る。

その後、点火は行われずに、２度目の吸入行程（第２吸入行程）に入る。このとき吸気バルブ４０のリフト量は、要求吸入空気量の吸気に必要な通常リフト量に制御される。通常リフト量は、吸気バルブ４０の開閉時期や作用角によっても異なるものとなる。従って、通常リフト量は、リフト量、開閉時期、作用角を含むバルブタイミングが最適に設定された場合に要求吸入空気量を吸入するためのリフト量に設定される。このように設定されたバルブタイミングで、第２吸入行程においてピストン１４が下降して吸気される。これにより、必要な吸入空気量が確保された状態となる。ピストン１４が上昇を開始して第２圧縮行程が開始し、第２圧縮行程においては、最適なタイミングでの点火が実行される。その後、膨張行程、排気行程が行われる。

排気バルブ６０は、上記の６行程運転中、第１吸入行程から第２圧縮行程までの間及び膨張行程の間は、通常の吸入行程から膨張行程までと同様に閉弁しているものとする。すなわち、排気バルブ６０は、上記の６行程運転中、排気行程開始付近の適切なタイミングで１度開弁して閉弁するように制御される。

以上の２回の吸入・圧縮行程により、吸入ガスの温度を上昇させると共に、必要な量の吸入ガスを吸入することができる。これにより燃料と空気との混合を促進しつつ、燃焼に必要な空気を確保することができ、冷間始動時における燃焼性を改善することができる。また、吸入ガスの温度上昇により、より早くに内燃機関を暖機させて、燃焼を安定させることができる。また、冷間始動時に吸入ガス温を上昇させることで燃焼を安定させることができるため、燃料噴射量の増加を抑えることができ、リーン限界を拡張することができる。

ＥＣＵ８０には、ポンピングロスを最大とする低リフト量と機関回転数、吸気バルブ４０の開閉時期及び作用角との関係を定めたマップ及び、通常リフト量と要求吸入空気量、吸気バルブ４０の開閉時期及び作用角との関係を定めたマップが記憶されている。６行程運転を行う場合の低リフト量及び通常リフト量は、このマップに従って定められ、設定された低リフト量、通常リフト量に応じて、ＥＣＵ８０により、可変動弁機構５２を介して吸気バルブ４０が制御される。

[暖機後の制御について]
一方、内燃機関１０が暖機し、燃焼が安定した後は、図３（ｂ）に示すような通常の４ストロークを１回の燃焼とする運転（４行程運転）に移行される。つまり吸気バルブ４０のリフト量は、要求される吸入空気量に応じた通常リフト量に制御されて吸入行程が行われる。その後、吸気バルブ４０が閉弁して、圧縮行程が行われた後、適当なタイミングで点火され、すぐに膨張行程、排気行程が行われる。また、排気バルブ６０も通常の制御と同様に、４行程のうち排気行程の適当なタイミングで１度開弁、閉弁して、排気が行われる。

上記のように、ＥＣＵ８０には、通常リフト量と要求吸入空気量、吸気バルブ４０の開閉時期及び作用角との関係を定めたマップが記憶されている。４行程運転を行う場合には、このマップに従って通常リフト量が算出され、算出された通常リフト量に応じて、ＥＣＵ８０により、可変動弁機構５２を介して吸気バルブ４０が制御される。

[６行程運転と４行程運転の切り替えについて]
上記の６行程運転は、例えば冷間始動時に吸気温の上昇が優先される場合には有効である。しかし、ポンピングロスが大きくなる低リフト量に制御した状態で、２回の吸気を行うため、トルクの損失は大きくなる。従って、内燃機関１０の暖機が進み、燃焼が安定した後は、直ちに４行程運転に切り替えることが好ましい。このため、本実施の形態１のシステムは、燃焼が安定したことが認められた場合、直ちに６行程運転から４行程運転に移行する。

具体的に、燃焼室２４内の温度が十分に高くなった場合、内燃機関１０の燃焼は安定するものと考えられる。従って、燃焼室２４内に設置された温度センサ２６の出力により燃焼室２４内の温度を検出し、検出した温度が十分に高くなっている場合には燃焼が安定したものと判定する。ＥＣＵ８０には、内燃機関１０が暖機して燃焼が安定したと認められる場合の燃焼室２４内の温度の最低値が、予め切替温度として記憶されている。ＥＣＵ８０は、検出温度が切替温度以上となった場合に、内燃機関１０の燃焼が安定したものと判断して、６行程運転から４行程運転への切り替えを行う。

[実施の形態１の制御のルーチンについて]
図４は、この発明の実施の形態１においてＥＣＵ８０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図４に示すフローチャートは、内燃機関１０の始動時に毎回実行されるルーチンである。図４に示すフローチャートにおいて、まず内燃機関１０の冷却水の水温が検出される（ステップＳ１００）。水温は、水温センサ２２の出力に基づいて求められる。次に、内燃機関１０の冷間始動が要求されているか否かが判定される（ステップＳ１０２）。冷間始動であるか否かは、例えば、ステップＳ１００において求められた水温が所定の範囲以下の状況で、内燃機関１０の始動が要求されているか否かによって判定される。

ステップＳ１０２において冷間始動であることが認められた場合、現在の運転状態に関する必要な情報が検出される（ステップＳ１０４）。ここでは、例えば機関回転数、アクセル操作量、燃焼室２４内の温度等の情報が、各種センサの出力に応じて検出される。次に、要求吸入空気量が算出される（ステップＳ１０６）。要求吸入空気量は、アクセル開度センサの出力に基づいて求められた要求負荷に応じて算出される。

次に、燃焼室２４の温度T24が、切替温度T0以上であるか否かが判定される（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８において、燃焼室２４の温度T24≧切替温度T0の成立が認められない場合、内燃機関１０が暖機されておらず燃焼が安定していない状態にあると判断される。従って、６行程運転が実行される（ステップＳ１１０）。

具体的には、ＥＣＵ８０に予め記憶されたマップに従って、現在の機関回転数に応じてポンピングロスが最大となる低リフト量が求められて、第１行程目の吸気バルブ４０のリフト量が決定される。また、ＥＣＵ８０に予め記憶されたマップに従って、ステップＳ１０６において求められた要求吸入空気量に応じて、第２吸入行程の際の通常リフト量が決定される。また、ステップＳ１０４において検出された現在の運転状態に応じて、始動時における吸気バルブ４０の作用角及び位相が求められる。算出されたリフト量等のバルブタイミングに従って、ＥＣＵ８０から制御信号が発信され、これによりバルブ駆動機構５２による吸気バルブ４０の制御が行われる。この状態で、第１吸入行程、第１圧縮行程、第２吸入行程、第２圧縮行程が行われ、その後、膨張行程と排気行程が行われる。また、第２圧縮行程の適当な時期に点火行われるように制御される。この間、排気バルブ６０は、第１吸入行程から第２圧縮行程までの間と膨張行程との間閉弁され、排気行程において通常のバルブタイミングで開弁して排気が行われるように制御される。

再び、ステップＳ１０４に戻り、現在の運転状態に関する情報が検出され、要求吸入空気量ガ算出された後(ステップＳ１０４、Ｓ１０６)、ステップＳ１０８において、燃焼室２４内の温度T24と切替温度T0とが比較される、ステップＳ１０８において、温度T24≧切替温度T0が認められない場合には、再び、６行程運転が行われ（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０４〜Ｓ１０８の処理が行われる。つまり、６行程運転（ステップＳ１１０）及びステップＳ１０４〜Ｓ１０８の処理は、ステップＳ１０８において燃焼室２４の温度T24≧切替温度T0の成立が認められるまで繰り返し実行される。

一方、ステップＳ１０２において冷間始動であることが認められない場合、及びステップＳ１０８において、燃焼室２４の温度T24≧切替温度T0の成立が認められた場合には、すでに燃焼室２４内の温度T24は、内燃機関１０が暖機したと推定される燃焼室２４内の温度T0にまで達しているものと判断されるため、通常の４行程運転が実行される（ステップＳ１１２）。具体的には、予めＥＣＵ８０に記憶されたマップに従って、要求吸入空気量に応じて、吸気バルブ４０の通常リフト量が設定される。また、排気バルブ６０と吸気バルブ４０とのそれぞれの開閉時期、作用角が現在の運転状態に応じて設定される。この状態で、通常の吸入行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程が行われ、圧縮行程と膨張行程との間で点火が行われるように制御される。その後、この処理が終了する。

以上説明したように、実施の形態１によれば、冷間始動時には、ポンピングロスが最大となる低リフト量で第１吸入・圧縮行程を行った後、続けて第２吸入・圧縮行程を行い、その後、膨張行程、排気行程を行うように制御する。これにより、冷間始動時のように吸気温が低い状態から吸気温を上昇させることができ燃焼性の向上を図ると共に、早い段階で内燃機関１０の暖機を行い、燃焼の安定化を図ることができる。

なお、実施の形態１においては、燃焼室２４の温度T24を直接検出し、この温度T24が切替温度T0に達したか否かに基づいて、６行程運転と４行程運転との切り替えの判定を行う場合について説明した。しかし、この発明において、６行程運転と４行程運転との切り替えの判断はこれに限るものではない。このような判断は、冷間始動時の燃焼の安定をある程度正確に判断できるものであればよい。従って切り替えの判定は、例えば、内燃機関１０の冷却水の水温を検出し、その水温が、内燃機関１０が暖機したと認められる切替水温よりも高いか否かに基づいて行うものであってもよい。なお、このような判定値は、内燃機関１０が暖機した場合に示される値を実験等により求めて、その値を基に、どの程度の暖機状態まで６行程運転を続けるか等に応じて、適切な値に設定すればよい。

実施の形態１においては、冷間始動が要求されたと判断された場合に６行程運転を行う場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、吸気温の上昇を優先させることが有効な他の場合に６行程運転を行うものであってもよい。従って、例えば、６行程運転は内燃機関１０が暖機していないと判断された場合に開始するものであってもよい。また、例えば、触媒暖機時や冷間始動時等において内燃機関が通常のアイドル状態よりも高回転で運転する、所謂ファーストアイドル運転中であると判断された場合にのみ、６行程運転を行うようにするものであってもよい。

また、６行程運転における第１吸入行程の低リフト量は、ポンピングロスが最大となるリフト量とする場合について説明した。しかし、この発明において低リフト量は必ずしもこれに限るものでははなく、要求吸入空気量に応じて通常設定されるリフト量よりもポンピングロスが大きくなるような小さなリフト量に設定されるものでもよい。また、通常リフト量と同じリフト量で、２回の吸入行程を行うものであっても、吸気温を多少上昇させることができるため、このような設定であってもよい。

また、実施の形態１においては、６行程運転における第２吸入行程におけるリフト量や、４行程運転におけるリフト量を要求吸入空気量に応じたリフト量に設定し、このリフト量を含むバルブタイミングの制御により、吸入空気量を制御する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば吸気通路３６に電子制御式のスロットルバルブを配置して、吸入空気量をスロットルバルブの開度により制御するものとしても良い。この場合には、第１吸入行程においてのみリフト量を低リフト量に制御し、第２吸入行程及び４行程運転における通常リフト量は、吸気カム５０を１回転した場合の最大のリフト量として、要求吸入空気量に応じたリフト量の制御を行わないこととすることもできる。

また、実施の形態１において、冷間始動時には、燃焼の１サイクルを、第１吸気行程、第１圧縮行程、第２吸気行程、第２吸気行程、膨張行程、排気行程をそれぞれ１回含む６行程運転とする場合について説明した。しかし、この発明においてはこれに限るものではなく、第１吸気行程及び第１圧縮行程を複数回繰り返したのち、第２吸気行程、第２圧縮行程、膨張行程、排気行程を行う、多行程運転としてもよい。この場合、第１吸気行程中のポンピングロスが大きくなり、燃焼の１サイクル中により効果的に吸気温を昇温させることができる。

また、実施の形態１においては、吸気バルブ４０のバルブタイミングを変更する手段として、それぞれ２個ずつの吸気カム５０が同一のカムシャフトに接続されて、可変動弁機構５２によりカムシャフトの回転及び揺動が制御されることにより、吸気バルブ４０の位相、リフト量、作用角を含むバルブタイミングが、気筒１２ごとに独立して制御されるものについて説明した。しかしこの発明において、吸気バルブ４０の制御はこれに限るものではない。この発明において、吸気バルブ４０のバルブタイミングを変更する手段は、燃焼の１サイクルの間に２回以上の吸気行程にあわせて開弁・閉弁を行い、かつリフト量を変更し得るものであれば他の構成であってもよい。具体的に、例えば、電磁駆動式のバルブ用いて、吸気バルブ４０のリフト量及び開閉時期を吸気バルブ４０ごとに独立して制御するもの等が考えられる。同様に、排気バルブ６０側のバルブタイミングを変更する手段も、実施の形態１において説明したものに限るものではなく、６行程運転（あるいは多行程運転）の状況に合わせて、排気行程の適当なタイミングで１度開弁・閉弁するように制御できるものであれば、他の構成であってもよい。

また、実施の形態１においては、内燃機関１０の構成として、ガソリンエンジンの場合を例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、例えばディーゼルエンジンであってもよい。また、ポート噴射により燃料噴射が行われる場合を例示したが、筒内噴射を行うタイプの内燃機関であってもよい。

なお、例えば、実施の形態１において、ステップＳ１０２を実行されることにより、この発明の「冷間始動判定手段」が実現し、ステップＳ１１０を実行されることにより「多行程運転設定手段」、「バルブタイミング制御手段」及び「点火時期制御手段」が実現し、ステップＳ１０８が実行されることにより「多行程運転解除判定手段」が実現し、ステップＳ１１０が実行されることにより「４行程運転設定手段」が実現し、ステップＳ１０４が実行されることにより「温度検出手段」及び「水温検出手段」が実現する。

実施の形態２．
以下、図５及び図６を用いて実施の形態２について説明する。但し、ここでは、実施の形態２において特徴的な部分のみを中心に説明し、実施の形態１と同一の内容については、省略化ないし簡略化して説明する。実施の形態２のシステムは、実施の形態１のシステムと同様の構成を有する。また、実施の形態２のシステムは、６行程運転から４行程運転への切り替え時期の判定手法が、実施の形態１のシステムとは異なる点を除いて、実施の形態１のシステムと同様の制御を行う。

具体的に、実施の形態２のシステムにおいて、６行程運転から４行程運転への切り替えの判断は負荷に応じて行われる。図５は、この発明の実施の形態２の冷却水の水温と切替負荷との関係を説明するための図である。図５において横軸は水温を表し、縦軸は切替負荷を表している。上記のように６行程運転は２回の吸入行程を行うものであり、また、２回の吸入行程のうち第１吸入行程ではポンピングロスが最大となるようなリフト量に設定して吸気を行う。このため、通常の４行程運転の場合と比較すると発生するトルクが小さなものとなる。従って負荷が大きくなる場合には、６行程運転ではその負荷に応じてトルクを発生させることは困難である。従って、内燃機関１０が暖機したか否かに関わらず、要求負荷が一定以上大きくなる場合には、吸気温の上昇よりも要求負荷に応じてトルクを発生させることを優先すべく、６行程運転から４行程運転に直ちに切り替える。すなわち内燃機関１０の要求負荷が図５における実線(i)（切替負荷(i)）以上となることが、６行程運転から４行程運転に切り替える第１条件となる。

一方、６行程運転においては、吸気温を高くすることにより燃焼しやすい状態を作っている。このような状態で負荷が大きくなると、異常燃焼によるノッキングを発生しやすい状態となる。また、このような異常燃焼を発生させるような状況では、内燃機関１０の暖機は既にある程度進んでいるものと予想される。従って、実施の形態２においては、ノッキングの発生を抑えることを優先し、負荷がノッキングを発生させない程度の範囲の場合にのみ、６行程運転を許可することとする。ノッキングを考慮する場合の要求負荷の限界値は、図５の実線(ii)に示すように、内燃機関１０の水温が高い場合にはより小さくなり、水温が低い場合にはより大きくなる。ノッキングの発生抑制を考慮すると、図５の実線(ii)(切替負荷(ii))に以上になることが、６行程運転から４行程運転に切り替える第２条件となる。

以上より、実施の形態２においては、冷間始動時において６行程運転が実行され、下記の第１、第２条件のいずれかを満たすようになった時点で、４行程運転に移行される。
(第１条件) 要求負荷≧切替負荷(i)
(第２条件) 要求負荷≧切替負荷(ii)

つまり、冷却水温と負荷とが太線(I)より下の領域にある場合に、６行程運転が実行、継続され、実線(I)の値が、６行程運転から４行程運転に切り替える判断基準値である切替負荷となる。切替負荷は、その時の冷却水温において、切替負荷(i)と切替負荷(ii)のいずれか小さいほうの値となる。ＥＣＵ８０には、図５のような関係に基づいて定められた水温と切替負荷との関係を定めたマップが予め記憶されている。切替負荷は、検出された水温に基づいて、このマップに従って算出される。

図６は、この発明の実施の形態２においてＥＣＵ８０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図６のルーチンは、図４のルーチンのステップＳ１０４の後に、ステップＳ２０２が実行され、ステップＳ１０６の後に、ステップＳ１０８に代えて、ステップＳ２０４及びＳ２０６が実行される点を除いて、図４のルーチンと同じものである。

具体的に、ステップＳ１０２において冷間始動であることが確認され、運転状態に関する情報が検出される（ステップＳ１０４）。ここでは、例えば機関回転数、アクセル操作量と共に、燃焼室２４内の温度に代えて、冷却水の水温が、各種センサの出力に応じて検出される。次に、負荷が算出される（ステップＳ２０２）。負荷は、ステップＳ１０４において検出された内燃機関１０の運転状態に関する情報に基づいて検出される。次に、要求吸入空気量が算出され（ステップＳ１０６）、切替負荷が算出される（ステップＳ２０４）。切替負荷は、ステップＳ１０４において算出された水温に応じて、予めＥＣＵ８０に記憶されたマップ（図５参照）に従って求められる。

次に、現在の負荷が切替負荷以上か否かが判定される（ステップＳ２０６）。すなわち、ステップＳ２０２において算出された負荷と、ステップＳ２０４において算出された負荷とが比較され、負荷≧切替負荷の条件を満たすか否かが判定される。ステップＳ２０６において、負荷≧切替負荷であることが認められない場合には、６行程運転が行われる（ステップＳ１１０）。すなわち、吸気バルブ４０が低リフト量にされた状態で第１吸入行程、第１圧縮行程が行われ、吸気バルブ４０が通常リフト量にされた状態で、第２吸入行程、第２圧縮行程及び点火が実行された後、膨張行程、排気行程が行われるように制御される。その後、ステップＳ１０４に戻り、再び運転状態に関する情報が検出される。ステップＳ１０４、Ｓ２０２、Ｓ１０６、Ｓ２０４、Ｓ２０６、Ｓ１１０の処理が、ステップＳ２０６において負荷≧切替負荷が成立するまで繰り返し実行される。

一方、ステップＳ１０２において、冷間始動と認められない場合、あるいはステップＳ１０８において、負荷≧切替負荷の成立が認められると、４行程運転に設定され（ステップＳ１１２）、この処理が終了する。

以上説明したように、実施の形態２においては、切替負荷を水温に応じて設定し、この設定された切替負荷に応じて、６行程運転から４行程運転への切り替えが実行される。従って、要求負荷が大きく６行程運転ではそれに応じた出力を発生できない場合や、異常燃焼によるノッキングの発生が考えられる場合には、６行程運転が行われるのを回避して４行程運転とすることができる。また、負荷が上記第１、第２条件のいずれかを満たすまでは６行程運転が実行される。このため、冷間始動時の吸気温が低い場合に、吸気ガスの温度を確実に上昇させて、燃焼性の向上を図ることができる。

なお、実施の形態２においては、切替負荷を、要求負荷を考慮した第１条件及びノッキングの発生を考慮した第２条件のいずれか小さな方に設定する場合について説明した。しかしこの発明において、切替負荷は必ずしも両者を考慮したものではなく、第１条件あるいは第２条件のいずれかを考慮して設定するものであってもよい。

なお、実施の形態２において、ステップＳ２０２が実行されることにより、この発明の「要求負荷算出手段」が実現し、ステップＳ２０６が実行されることにより「多行程運転解除判定手段」が実現する。

実施の形態３．
以下、図７を用いて実施の形態３について説明する。但し、ここでは、実施の形態３において特徴的な部分のみを中心に説明し、実施の形態１あるいは２と同一の内容については、省略化ないし簡略化して説明する。実施の形態３のシステムは、図１に示すシステムと同様の構成を有する。また、実施の形態３のシステムは、６行程運転から、通常の４行程運転に切り替える際、燃焼室２４内の温度を予測して、この予測温度に基づいて４行程運転に切り替える点を除いて、実施の形態１と同様の制御を行う。

具体的に実施の形態３のシステムにおいても、冷間始動時には６行程運転を行う。この６行程運転中の吸入空気量を検出することにより、６行程運転中の吸入行程後の上昇温度ΔTを推定することができる。従って、６行程運転による第２吸入行程後の燃焼室２４内の予測温度Tpは、現在の燃焼室T24の温度と、上昇温度ΔTにより、次式(1)のように表すことができる。
燃焼室予測温度Tp＝燃焼室温度T24＋ΔT ・・・・(1)

６行程運転開始前は、燃焼室２４の温度が切替温度よりも低い場合であっても、６行程運転が実際に行われると、吸気温が過度に上昇する場合がある。このような状態で、点火が行われると、異常燃焼やノッキングの発生の原因となることが考えられるため、回避することが好ましい。このため、実施の形態３では、上記のように、６行程運転中の第２吸入行程後の燃焼室２４内の温度Tpを予測して、その予測温度Tpが切替温度TO以上である場合には、直ちに４行程運転に切り替えることとする。

図７は、実施の形態３においてＥＣＵ８０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図７に示すフローチャートは、図４のフローチャートのステップＳ１１０の後にステップＳ３０２〜Ｓ３１０を有する点を除いて、図４のルーチンと同じものである。具体的に、ステップＳ１０２において冷間始動と認められた場合の最初の燃焼において、ステップＳ１０８において、現在の燃焼室２４内の温度T24が切替温度T0よりも低いことが判定され、６行程運転が行われた後（ステップＳ１１０）、再び、現在の燃焼室２４内の温度T24や、前回の燃焼における第１、第２吸入行程での吸入空気量等の運転状態に関する情報が検出される（ステップＳ３０２）。

次に、要求吸入空気量ガ算出される（ステップＳ３０４）。その後、ステップＳ３０２において検出された、第１、第２吸入行程での吸入空気量に基づいて、上昇温度ΔTが算出される（ステップＳ３０６）。上昇温度ΔTは、吸入空気量と上昇温度のとの関係を予め定めたマップに従って求めることができる。次に、燃焼室２４内の第２吸入行程後の予測温度Tpが算出される（ステップＳ３０８）。燃焼室予測温度Tpは、上記式(1)に従って算出される。

次に、燃焼室予測温度Tpが、切替温度T0以上か否かが判定される（ステップＳ３１０）。ここで、燃焼室予測温度Tpが切替温度TOよりも低いことが認められた場合、再び、ステップＳ１１０において、６行程運転が実行され、ステップＳ３０２〜Ｓ３１０の処理が行われる。すなわち、ステップＳ３１０において、燃焼室予測温度Tp≧切替温度TOが認められる間、ステップＳ１１０において、６行程運転が実行される。一方、ステップＳ３１０において燃焼室予測温度Tp≧切替温度T0が認められない場合には、ステップＳ１１２において、４行程運転に設定されて、この処理が終了する。

以上説明したように、実施の形態３によれば、内燃機関１０の冷間始動時に、６行程運転を行う場合に、６行程運転を行った後の燃焼室２４温度を予測して、この予測温度に基づいて、４行程運転への切替を判断する。従って、燃焼室２４内の温度が過度に上昇するのを抑えることができ、異常燃焼によるノッキングの発生等を効果的に防ぐことができる。

なお、実施の形態３においては、燃焼室２４内の温度を温度センサ２６により検出し、この検出温度と、吸入空気量から予測される上昇温度とから、予測温度を算出する場合について説明した。しかし、燃焼室２４内の予測温度Tpの算出方法はこれに限るものではく、他の手法により算出するものであってもよい。例えば、始動時の水温から、燃焼室２４内の温度の初期値を予測し、その後、１回の燃焼ごとの吸入行程(第１吸入行程及び第２吸入行程)の吸入空気量から、温度上昇分ΔTを算出し、この温度上昇分ΔTを、燃焼室２４内の温度初期値に加算していくことにより燃焼室内の温度を予測することもできる。また、例えば、燃焼室２４に、燃焼圧センサを配置して燃焼圧を検出し、燃焼圧と吸入空気量とから、燃焼室の温度を予測することもできる。また、燃焼室２４内の温度を直接検出し、この変動により次回の温度予測を行うこともできる。更に、吸気バルブ近傍に温度センサを配置し、吸気温を直接検出することで、燃焼室２４内の温度を予測することもできる。

また、実施の形態３においては、燃焼室２４の予測温度が、切替温度以上とされた時点で、直ちに４行程運転に切り替える場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、燃焼室２４内の予測温度が、切替温度以上とされた場合に、例えば、低リフト量から、一定のリフト量ずつリフト量を大きくして、通常リフト量になるまでリフト量を徐変して、この間、６行程運転を継続するようにしてもよい。これにより、４行程運転に切り替える際のトルク変動を小さく抑えることができる。また、このような制御を行う場合、切替温度を通常よりも低く設定してもよい。更に、６行程運転中のリフト量の徐変量は、一定の変化量に限るものでもない。

なお、例えば実施の形態３において、ステップＳ３０６及びＳ３０８が実行されることにより「気筒内温度予測手段」が実現し、ステップＳ３１０が実行されることにより「多行程運転解除判定手段」が実現する。

実施の形態４
以下、図８及び図９を用いて実施の形態４について説明する。但し、ここでは、実施の形態４において特徴的な部分のみを中心に説明し、実施の形態１乃至３と同一の内容については、省略化ないし簡略化して説明する。実施の形態４のシステムは、ＦＦＶ(Flexible Fuel Vehicle)用の内燃機関システムとして用いられる点を除いて、実施の形態１と同様の構成を有している。つまり、実施の形態４のシステムは、燃料としてエタノール、メタノール、バイオエタノール、バイオメタノール等のアルコール燃料、あるいはこれらのアルコール燃料とガソリンとの混合燃料を用いることができる。また用いる燃料中のアルコール燃料の混合比率を問わず、燃料として使用することができる。

実施の形態４のシステムは冷間始動時に６行程運転を行う。実施の形態４のシステムが実行する制御は、６行程運転から４行程運転への切り替えの判定において、燃料中のアルコール濃度に応じた切替水温を設定する点を除いて、実施の形態１と同じものである。図８は、この発明の実施の形態４における、アルコール燃料の濃度と４サイクルへの切替水温との関係を説明するための図である。

上記のように実施の形態４のシステムにおいて用いられる燃料中のアルコール燃料の混合比率は一定とされていない。しかし、用いられる燃料中に含有されるアルコール燃料の濃度は、気筒１２内に吸入された場合に燃料の霧化しやすさを左右する要因となる。具体的に、アルコール燃料の濃度が低くガソリンの濃度が高い場合には、燃料は比較的低温でも霧化されやすい状態にあるが、燃料中のアルコール濃度が高くなるにつれて、燃料は霧化しにくい状態となる。このため、同一量の燃料を霧化させ得る温度は、アルコール濃度が高くなるほど高温となる。

従って、特に、冷間始動時の内燃機関１０の各部の温度が低い状態において、燃焼を安定した状態とするためには、アルコール濃度が高い場合程、吸入ガスを昇温させて燃料が霧化しやすい状態とする必要がある。このため、実施の形態１と同様の６行程運転により吸気温を上昇させる場合に、アルコール燃料の濃度が高い場合ほど、吸気温が上昇するようにする制御する。つまり、図８に示すように、６行程運転から４行程運転への切替水温を、アルコール燃料の濃度が高い場合ほど高くして、６行程運転により吸気温を上昇させる制御を、燃焼室２４内がより高温になるまで続けることとする。

ＥＣＵ８０には、予め、図８に示すような、燃料中のアルコール濃度と切替水温との関係を定めたマップが記憶されている。内燃機関１０の冷間始動時には、燃料のアルコール濃度が検出され、これに応じて、マップに従って、切替水温が算出される。そして、内燃機関１０の冷却水の水温がこの切替水温よりも高くなった場合に、６行程運転から４行程運転への切り替えが行われる。

図９は、実施の形態４においてＥＣＵ８０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図９のルーチンは、図４のルーチンのステップＳ１０６の後に、ステップＳ１０８に代えて、ステップＳ４０２〜Ｓ４０６を実行する点を除いて、図４のルーチンと同じものである。具体的に、ステップＳ１０２において冷間始動時と判定された場合、運転状態に関する情報の検出、要求吸入空気量が算出された後（ステップＳ１０４、Ｓ１０６）、現在用いられている燃料中のアルコール濃度が読み出される（ステップＳ４０２）。燃料中のアルコール濃度は予めＥＣＵ８０に記録されている。なお、ここでは、アルコール濃度の読み出しに代えて、アルコール燃料の濃度を検出する濃度計を設置して、この濃度計の出力によりアルコール濃度を検出するようにしてもよい。

次に、切替水温が算出される（ステップＳ４０４）。切替水温は、予めＥＣＵ８０に記憶されたマップに従って、ステップＳ４０２において読み出されたアルコール濃度に応じた値として検出される。次に、ステップＳ１０４において検出された水温が、切替水温以上であるか否かが判定され（ステップＳ４０６）、水温≧切替水温であることが認められない場合には、６行程運転が行われる（ステップＳ１１０）。６行程運転は、ステップＳ１０４、Ｓ１０６、Ｓ４０２〜Ｓ４０６、Ｓ１１０に従って、ステップＳ４０６において水温≧切替水温の成立が認められるまで繰り返し実行される。一方、ステップＳ４０６において水温≧切替水温の成立が認められた場合には、４行程運転に切り替えられる（ステプＳ１１２）。

以上説明したように、実施の形態４では、用いる燃料中のアルコール燃料濃度に応じて切替水温を算出する。このため、アルコール燃料の濃度に応じて、燃焼が安定する温度となるまで６行程運転を継続することができ、確実に必要な温度にまで暖機することができる。また、アルコール燃料の濃度に応じた燃焼性に対応することができ、アルコール濃度が高く燃焼の安定が図り難いような場合に、６行程運転をより高温まで継続することにより、早くに温度を上昇させることができ、燃焼の安定を図ることができる。特に、アルコール燃料を含有する燃料を用いる場合、冷間始動時の始動性が問題となる場合があるが、上記実施の形態４のように６行程運転を行うことにより、より早くに燃焼室２４内の温度を上昇させて燃料を霧化できる温度とすることができるため、始動性の向上を図ることができる。従って、ＦＦＶなど、揮発性の低い燃料を用いる内燃機関として用いられる場合に、効果的に始動性を向上させることができる。

なお、実施の形態４では、アルコール燃料又はアルコール燃料とガソリンとの混合燃料を用いる場合について説明した。しかし、この発明においてはこれに限るものではなく、例えば、所謂バイオアルコール燃料を含有するものや、ガソリンに代えて軽油を用いるもの等であってもよい。この場合にも、一般にアルコールの濃度が高い場合に、切替水温が高くなるものと考えられる。このような、切替水温とアルコール濃度との関係を、用いる燃料にごとに予め実験等により設定しておくことにより、他のアルコール燃料にも適用することができる。

また、実施の形態４では、アルコール濃度に応じて、切替水温を設定する場合について説明した。しかし、実施の形態４はこれに限るものではなく、例えば、実施の形態１の燃焼室温度T24に対する切替温度TO、実施の形態２の切替負荷、実施の形態３の燃焼室予測温度Tpに対する切替温度T0を、それぞれアルコール濃度に応じて設定するようにしてもよい。各切替値の設定は、それぞれアルコール濃度に応じて実験的にマップを定めて、これに基づいて行うようにすることができる。

なお、例えば、実施の形態４において、ステップＳ３０２及びステップＳ３０４を実行することにより、この発明の「判定値設定手段」が実現する。

実施の形態５．
以下、図１０を用いて実施の形態５について説明する。但し、ここでは、実施の形態５において特徴的な部分のみを中心に説明し、実施の形態１乃至４と同一の内容については、省略化ないし簡略化して説明する。実施の形態５のシステムは、複数の気筒群を有するいわゆるＶ型エンジンである点を除いて、図１と同様のシステムを有する。

具体的に、実施の形態５のシステムの内燃機関１０は、２つの気筒群（以下「バンク」）を備える。このシステムにおいて、要求負荷が大きな場合には、両バンクの全気筒１２を稼動させた状態で内燃機関１０が運転される（全筒運転）。一方、要求負荷が小さくなる場合には、一方のバンクのみを稼動させ、他方のバンクに属する気筒を停止した状態で運転される（減筒運転）。

一方のバンクのみが稼動して運転される減筒運転の場合、他方のバンクに属する気筒は停止している状態となる。この状態で、要求負荷が大きくなると、減筒運転から全筒運転に移行される。つまり、運転を停止していたバンク（復帰バンク）の始動が開始されることとなる。このとき、減筒運転中に運転されていた稼動バンク側の気筒１２が暖機していも、減筒運転中に停止していた復帰バンク側の気筒１２は、減筒運転の期間が長かった場合やあるいは冷間時に減筒運転の状態で始動した場合、十分に暖機されていない場合がある。このような場合、減筒運転から全筒運転に切り替えた直後は、復帰バンクの吸気温が十分に上昇せず、復帰バンク側の気筒で燃焼性が低下することが考えられる。

これに対して、実施の形態５のシステムは、復帰バンク側の気筒１２が暖機されておらず冷間状態となっている場合には、復帰バンク復帰時の燃焼の１サイクルを６行程運転とする。つまり、復帰バンクについては、ポンピングロスが最も大きくなる低リフト量に設定して、第１吸入行程、第１圧縮行程を行った後、通常のリフト量に設定して、第２吸入行程、第２圧縮行程、膨張行程、排気行程を行う。その後、復帰バンク側の燃焼室２４内の温度T24が、切替温度T0以上となったことが確認された場合に、６行程運転を終了して通常の４行程運転に切り替える。

この間、減筒運転中に稼動していた稼動バンクは、現在の運転状態が継続される。すなわち、４行程運転が行われている場合には、４行程運転が行われ、冷間始動時の６行程運転の状態の場合には、例えば図４のルーチンに従って６行程運転が行われ、６行程運転の解除が判定された場合に４行程運転に切り替えられて４行程運転が行われる。そして、復帰バンクが復帰し４行程運転に復帰される時に、通常の全筒運転に戻される。停止バングが４行程運転に復帰された段階で、点火時期は、全筒運転用に予め設定された点火時期に切り替えられ、これにあわせて各気筒１２の吸気バルブ４０、排気バルブ６０のタイミングが予め設定されたバルブタイミングに切り替えられる。

図１０は、この発明の実施の形態５においてシステムが実行する制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。図１０のルーチンは、内燃機関１０の運転中、繰り返し実行されるルーチンである。具体的に、ステップＳ５０２において、現在減筒運転中であるか否かが判定される。減筒運転であることが認められない場合には、そのまま現在の運転状態が継続され、この処理が終了する。

一方、ステップＳ５０２において減筒運転であることが認められた場合、次に、運転状態に関する情報が検出される（ステップＳ５０４）。ここでは、例えば機関回転数や吸入空気量、水温等、各種センサの出力に基づいて、運転状態に関する必要な情報が検出される。次に、現在の要求負荷が算出される（ステップＳ５０６）。要求負荷は、アクセル操作量に基づいて算出される。次に、減筒運転から、全筒運転に移行する要求が有るか否かが判定される（ステップＳ５０８）。減筒運転から全筒運転への移行の要求の有無は、例えば、ステップＳ５０６において算出された負荷が、所定の負荷よりも大きくなっているか否かに基づいて判定される。ステップＳ５０８において、全筒運転への移行の要求が認められない場合には、現在の運転状態が継続され、この処理が終了する。

一方、ステップＳ５０８において全筒運転への移行の要求が認められた場合、復帰バンク側の復帰のための始動が冷間での始動となるか否かが判定される（ステップＳ５１０）。具体的には、ステップＳ５０４において検出された復帰バンク側の冷却水の水温が、所定の水温より低いか否かに基づいて判定される。

ステップＳ５１０において、復帰バンク側の運転復帰のための始動が冷間での始動であると判定された場合、次に、復帰バンク側の気筒１２の燃焼室２４の温度T24が検出される(ステップＳ５１２)。次に、温度T24が、切替温度T0以上か否かが判定される（ステップＳ５１４）。ステップＳ５１４において、温度T24≧切替温度T0が認められない場合には、ステップＳ５１６において、復帰バンク側は６行程運転に設定される。つまり、吸気バルブ４０が低リフト量とされた状態で第１吸入行程が行われ、第１圧縮行程が行われた後、吸気バルブ４０は通常リフト量とされて第２吸入行程、第２圧縮行程が行われ、その後、膨張、排気行程が行われるように設定される。その後、ステップＳ５１２の処理に戻される。ステップＳ５１２、Ｓ５１４及びＳ５１６の６行程運転の処理は、ステップＳ５１４において、燃焼室２４内の温度T24が切替温度TO以上となったことが認められるまで、繰り返し実行される。

一方、ステップＳ５１０において復帰バンクの気筒１２の運転復帰が冷間始動にあたることが認められない場合、及びステップＳ５１４において燃焼室２４の温度T24≧T0の成立が認められた場合には、ステップＳ５１８において通常通り、４行程運転による運転が実行され、直ちに全筒運転が行われる。その後、一旦この処理が終了する。

以上のように、実施の形態５の処理によれば、減筒運転中に停止していたバンクの復帰の際にも、６行程運転による昇温を行うことにより、より早く復帰バンク側の燃焼室２４内の温度を上昇させて、燃焼を安定させることができる。

なお、実施の形態５のシステムでは、内燃機関１０の冷間始動の際にも、減筒運転での始動を開始することができる。冷間始動に減筒運転を行う場合には、実施の形態１と同様に図４のルーチンを行い、稼動バンク側の燃焼室２４内の温度T24が切替温度T0に上昇するまで、稼動バンク側のみで６行程運転を行う。このように内燃機関１０の冷間始動時においても６行程運転により稼動バンク側の燃焼室２４内の温度を上昇させて、より早い段階で燃焼を安定させることができる。このように、冷間時にも減筒運転を行うことができるため、燃費の改善を図ることができる。

なお、例えば、実施の形態５において、ステップＳ５１０が実行されることにより、この発明の「冷間始動判定手段」が実現し、ステップＳ５１６が実行されることにより「多行程運転手段」が実現する。

以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

この発明の実施の形態１におけるシステムの構成を説明するための模式図である。 吸気バルブのリフト量とポンピングロスとの関係を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における吸・排気バルブの開閉タイミングとリフト量とについて説明するための図である。 この発明の実施の形態１においてシステムが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態２における水温と切替負荷との関係を説明するための図である。 この発明の実施の形態２においてシステムが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態３においてシステムが実行する制御のルーチンについて説明するための図である。 この発明の実施の形態４における燃料中のアルコール濃度と切替水温との関係を説明するための図である。 この発明の実施の形態４においてシステムが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態５においてシステムが実行する制御のルーチンについて説明するための図である。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 気筒
１４ ピストン
１６ コンロッド
１８ クランクシャフト
２０ 回転数センサ
２２ 水温センサ
２４ 燃焼室
２６ 温度センサ
２８ 点火プラグ
３０ 吸気ポート
３２ 排気ポート
３４ インジェクタ
３６ 吸気通路
３８ エアフロメータ
４０ 吸気バルブ
４２ 吸気バルブシャフト
４４ バルブリフタ
４６ バルブスプリング
５０ 吸気カム
５２ 可変動弁機構
５４ カムポジションセンサ
６０ 排気バルブ
６２ 排気バルブシャフト
６４ バルブリフタ
６６ バルブスプリング
７０ 排気カム
７２ 可変動弁機構
７４ カムポジションセンサ
８０ ＥＣＵ

Claims (12)

1. 内燃機関の気筒に連通する吸気ポートに配置された吸気バルブの開閉時期及びリフト量を変更可能なバルブ駆動手段と、
   前記バルブ駆動手段により、前記吸気バルブの開閉時期及びリフト量を制御するバルブタイミング制御手段と、
   前記内燃機関の始動が、冷間始動であるか否かを判定する冷間始動判定手段と、
   前記冷間始動判定手段において、冷間始動であると判定された場合に、前記内燃機関の燃焼の１サイクルを第１吸入・圧縮行程と第２吸入・圧縮行程とからなる２以上の吸入・圧縮行程と、前記２以上の吸入・圧縮行程の後に続く膨張行程及び排気行程と、を含む多行程運転に設定する多行程運転設定手段と、
   を備え、
   前記バルブタイミング制御手段は、
   前記第１吸入・圧縮行程における、前記吸気バルブのリフト量を、要求吸入空気量の吸入に必要な通常リフト量よりも小さな低リフト量に制御し、
   前記第２吸入・圧縮行程における、前記吸気バルブのリフト量を、前記通常リフト量に制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記低リフト量は、前記第１吸入・圧縮行程の吸入行程中のポンプ損失が最大となるリフト量であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記気筒に配置された点火プラグによる点火時期を制御する点火制御手段を備え、
   前記点火制御手段は、前記第１吸入・圧縮行程の間は点火を禁止することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記多行程運転設定手段は、前記内燃機関の燃焼の１サイクル中に、前記第１吸入・圧縮行程が、前記第２吸入・圧縮行程の前に、複数回繰り返し行われるように設定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記多行程運転を解除するか否かを判定する多行程運転解除判定手段と、
   前記多行程運転を解除すると判定された場合に、前記内燃機関の燃焼の１サイクルを、吸入行程、圧縮行程、膨張行程、及び、排気行程からなる４行程運転に設定する４行程運転設定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記気筒内の温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記多行程運転解除判定手段は、前記気筒内の温度が、切替温度に達した場合に、前記多行程運転を解除する判定を行うことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記内燃機関の冷却水の水温を検出する水温検出手段を備え、
   前記多行程運転解除判定手段は、前記冷却水の水温が切替水温に達した場合に、前記多行程運転を解除する判定を行うことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記内燃機関の要求負荷を算出する要求負荷算出手段を備え、
   前記多行程運転解除判定手段は、算出された前記要求負荷が、切替負荷以上となった場合に、前記多行程運転を解除する判定を行うことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記多行程運転中において、燃焼の１サイクル中の、前記第１吸入・圧縮行程開始前に、前記第２吸入・圧縮行程が行われた後の気筒内の温度を予測する気筒内温度予測手段を備え、
   前記多行程運転解除判定手段は、前記予測された気筒内の温度が、切替温度に達した場合に、前記多行程運転を解除する判定を行うことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記内燃機関は、燃料としてアルコール燃料を含む燃料を用いるものであって、
    前記切替温度、前記切替水温及び前記切替負荷のいずれかを、燃料中のアルコール燃料の濃度に応じて設定する判定値設定手段を備えることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記内燃機関は、第１気筒群と、第２気筒群とを備え、
    前記第１気筒群に属する気筒のみを運転し、前記第２気筒群に属する気筒を停止状態とする減筒運転に設定する減筒運転設定手段と、
    前記第１気筒群に属する気筒及び前記第２気筒群に属する気筒の全てを運転させる全筒運転に設定する全筒運転設定手段と、
    を備え、
    前記冷間始動判定手段は、前記減筒運転から前記全筒運転に移行する際に、停止していた前記第２気筒群に属する気筒の運転復帰のための始動が、冷間での始動となるか否かを判定し、
    前記多行程運転設定手段は、前記第２気筒群に属する気筒の運転復帰が冷間での始動となる場合に、前記第２気筒群に属する気筒の運転を、前記多行程運転に設定することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記バルブ駆動手段は、
    前記吸気バルブを開閉駆動する吸気カムと、
    前記吸気カムを回転駆動する電動機と、を備え、
    前記バルブタイミング制御手段は、前記電動機による前記吸気カムの回転駆動を制御することにより、前記バルブタイミングを制御することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
    

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