JP2018096208A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】カムプロフィールが変更される吸気カムを備える多気筒エンジンの始動までに、全ての気筒の全ての吸気カムのカムプロフィールが始動に適したプロフィールに切り替わっていない場合の技術的対策を講じる。【解決手段】エンジン始動時において、全ての駆動カムが大カムに揃っていないと判定された場合は、全ての気筒の筒内充填効率が等しくなるように、ＶＶＴを駆動して全ての吸気バルブの閉弁タイミングを変更する。各気筒の燃料噴射量は、全ての駆動カムが大カムに揃っていることを前提としたフィードフォワード制御によって決定されている。そのため、ＶＶＴの駆動によって全ての吸気バルブの閉弁タイミングを変更して全ての気筒の筒内充填効率を等しくすれば、全ての気筒の筒内空燃比を略等しくすることができる。【選択図】図６

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
特開２００９−２２８５４３号公報には、各気筒の吸気バルブを駆動する吸気カムを、リフト量の異なる２種類のカムで構成した多気筒エンジンの可変動弁装置が開示されている。この動弁装置において、２種類の吸気カムは、カムキャリアに担持されている。このカムキャリアは、カムシャフトの軸方向にスライド可能に設けられている。カムキャリアがカムシャフトの軸方向にスライドすると、吸気カムが切り替わり、吸気バルブのリフト量が変更される。
上述した動弁装置において、カムキャリアは、気筒群ごとに設けられている。このため、カムキャリアがカムシャフトの軸方向にスライドすると、気筒群に属する気筒の吸気カムが一斉に切り替わる。よって、上述した動弁装置によれば、気筒ごとにカムキャリアを設ける場合に比べて、吸気バルブの駆動に関する部品数を減らしてコストを削減することが可能となる。
特開２０１０−１６８９６６号公報には、１種類の吸気カムのリフト量および作用角を連続的に変更可能な動弁装置を利用したエンジンの始動制御が開示されている。この始動制御は、エンジンの自動停止後の再始動時において、吸気バルブのリフト量を所定値以上まで上昇させるための制御である。この公報には、また、始動制御の一例として、エンジンの自動停止の直前に、吸気カムのリフト量が最大になるように動弁装置を駆動する制御が挙げられている。この制御によれば、エンジンの自動停止の後に動弁装置を駆動する場合に比べて、電力消費を抑えることができる。
特開２００９−２２８５４３号公報 特開２０１０−１６８９６６号公報
ところで、リフト量、作用角といったカムプロフィールが変更される吸気カムを前提とする多気筒エンジンにおいては、始動時において全ての気筒の全ての吸気カムのカムプロフィールが、始動に適したプロフィール（以下、「始動用プロフィール」とも称す）に揃っていることが望ましい。換言すると、エンジンの始動までに、全ての吸気カムのカムプロフィールが、始動用プロフィールに切り替わっていることが望ましい。
この点、上述した始動制御を利用すれば、エンジンの始動までに、全ての吸気カムのカムプロフィールを始動用プロフィールに切り替えておくことが可能となる。しかし、始動用プロフィールへの切り替えが必ず成功するとは限らない。仮に、切り替えが失敗すれば、切り替えが失敗した吸気カムに対応する気筒の燃焼が適切に行われず、エンジンの始動性が低下する可能性がある。故に、このような場合に適切に対処するための技術開発が望まれる。
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものである。即ち、カムプロフィールが変更される吸気カムを備える多気筒エンジンの始動までに、全ての気筒の全ての吸気カムのカムプロフィールが始動に適したプロフィールに切り替わっていない場合の技術的対策を講じ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、リフト量および作用角の少なくとも一方のカムプロフィールが変更される吸気カムによって各気筒の吸気バルブが駆動される多気筒内燃機関を制御する制御装置であって、
前記内燃機関の始動時に、前記吸気カムのカムプロフィールが全て始動に適したプロフィールに揃っているか否かを判定し、
前記吸気カムのカムプロフィールが全て始動に適したプロフィールに揃っていないと判定した場合、全ての気筒の筒内空燃比が一致するように筒内空気量または燃料噴射量を調整する始動時制御を行うことを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関は、前記吸気カムを支持するカムシャフトと、前記カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変更する回転位相変更機構と、を備え、
前記始動時制御が、全ての気筒の燃料噴射量を等しい値に設定すると共に、全ての気筒の筒内充填効率が一致するように前記回転位相変更機構を操作して筒内空気量を調整する制御であることを特徴とする。
第３の発明は、第１の発明において、
前記始動時制御が、全ての気筒の筒内空気量を推定すると共に、推定した筒内空気量に基づいて全ての気筒の燃料噴射量を調整する制御であることを特徴とする。
第１乃至第３の発明によれば、内燃機関の始動時に吸気カムのカムプロフィールが全て始動に適したプロフィールに揃っていない場合でも、全ての気筒の筒内空燃比を一致させることが可能となる。従って、全ての気筒の筒内空燃比を始動可能な空燃比の範囲に収めて、内燃機関を適切に始動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２４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。 吸気バルブの閉弁タイミングＩＶＣと、筒内充填効率ηとの関係の一例を示した図である。 エンジン始動時の駆動カムの判定結果と、吸気バルブの開弁・閉弁タイミングとの組み合わせの一例を示した図である。 本発明の実施の形態１の制御例を説明するタイムチャートである。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ４０が実行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の制御例を説明するタイムチャートである。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ４０が実行する処理ルーチンの一例を示す図である。
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６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。この図に示す動弁系は、車両に搭載される直列４気筒型エンジンのカムシャフト１０を備えている。カムシャフト１０はクランクシャフト（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が間隔をおいて配置されている。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、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を隣接状態で担持している。
本実施の形態１において、吸気カム１４は、例えば、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、吸気カム１４を「小カム１４」とも称し、吸気カム１６を「大カム１６」とも称する。小カム１４および大カム１６は、１気筒あたり２組担持されている。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、途中で２本に分岐している。以下、溝１８の部位を特に区別するときは、分岐前の溝１８を溝１８ａと称し、分岐後の溝１８を溝１８ｂ，１８ｃと称す。
カムシャフト１０には、可変バルブタイミング機構（以下「ＶＶＴ」ともいう。）２０が設けられている。ＶＶＴ２０は、クランクシャフトに対するカムシャフト１０の回転位相差を変更することによって、吸気バルブの開弁特性を変更する機構である。ＶＶＴ２０は、タイミングチェーン等を介してクランクシャフトと連結されたハウジング２２と、ハウジング２２内に設けられてカムシャフト１０の端部に取り付けられたベーン体と、を備えている。
ハウジング２２とベーン体とによって区画された油圧室内に油圧を供給することで、ベーン体をハウジングに対して相対回転させ、ひいては、クランクシャフトに対するカムシャフト１０の回転位相差を変更することができる。ＶＶＴ２０に供給する油圧の制御は、油圧供給ラインに設けた油圧制御弁によって行われる。ＶＶＴ２０の仕組みは公知であり、また、本発明においてその構成に限定はないので、ＶＶＴ２０に関するこれ以上の説明は省略する。
図１に示す動弁系は、２本のピン２４，２６を有するソレノイド２８を気筒ごとに備えている。ソレノイド２８は、電磁力によって磁性体であるピン２４，２６を駆動するアクチュエータである。ピン２４（またはピン２６）をソレノイド２８から押し出すと、ピン２４（またはピン２６）が溝１８に挿入されて、両者が係合する。溝１８に挿入されているピン２４（またはピン２６）をソレノイド２８に引き寄せると、溝１８からピン２４（またはピン２６）が抜き去られて、両者の係合が解除される。以下、ピン２４，２６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２４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２８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３０のみを示す。図２（Ａ）では、ピン２４，２６が共にソレノイド２８に引き寄せられている。また、ピン２４は溝１８ｂと対向し、その一方で、ピン２６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」とも称す。図２（Ｂ）では、ピン２４がソレノイド２８から押し出されている。ピン２４の押し出しは、溝１８ｂの直交部位とピン２４が対向している間に行われる。ソレノイド２８から押し出されたピン２４は、溝１８ｂの直交部位にスムーズに挿入されて溝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」とも称す。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２４が、溝１８ｂの傾斜部位に沿って移動したためである。
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２４がソレノイド２８に引き寄せられている。ピン２４の引き寄せは、ピン２４が溝１８ｂから溝１８ａに移動してきた後に行われる。そのため、引き寄せられたピン２４は、溝１８ａからスムーズに引き抜かれる。
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３０と接触するカムが、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、ピン２６が溝１８ｃに対向したタイミングでソレノイド２８からピン２６を押し出す。そうすると、ピン２６が溝１８ｃに挿入される。そして、溝１８ｃと係合状態にあるピン２６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２６が溝１８ｃから溝１８ａに移動してきた後にピン２６をソレノイド２８に引き寄せれば、溝１８ａからピン２６が引き抜かれる。以上により、ロッカーアームローラ３０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ＥＣＵ４０を備えている。ＥＣＵ４０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。ＥＣＵ４０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４２、アクセルペダルの踏み込み量に応じた信号を出力するアクセルポジションセンサ４４、エンジンを始動させる信号（ＩＧ信号）を出力するイグニッションキー４６が少なくとも含まれている。ＥＣＵ４０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ＶＶＴ２０の油圧制御弁、ソレノイド２８に加え、燃料噴射弁、点火装置、スロットルバルブなどが含まれている。
［カム切り替え制御］
本実施の形態１では、エンジン通常時には主として小カム１４を使用して吸気バルブを駆動する。但し、エンジン始動時には必ず、大カム１６を使用して吸気バルブを駆動する。そのため、本実施の形態１では、エンジン停止時に、ロッカーアームローラ３０に対向する吸気カム（以下「駆動カム」ともいう。）の全てが大カム１６であるか否かが判定される。そして、駆動カムの全てが大カム１６でないと判定された場合、エンジン停止時にソレノイド２８が駆動されて、図２で説明した切り替え動作が行われる。
但し、図２で説明したように、ソレノイド２８の駆動による駆動カムの切り替えは、気筒ごとに行われる。そのため、エンジンの停止から再始動までの時間が極端に短い場合には、一部の気筒において大カム１６への切り替えが未完了となる可能性がある。また、エンジン停止時に十分な時間があったとしても、一部の気筒において大カム１６への切り替えが失敗する可能性もある。そうすると、エンジン始動時において駆動カムの全てが大カム１６に揃わず、大カム１６と小カム１４が混在する状態となる。
駆動カムの全てが大カム１６に揃っていない場合には、気筒間で筒内空気量に差が生じることになる。それにも関わらず、駆動カムの全てが大カム１６に揃っていることを前提とした燃料量を筒内に噴射してエンジンを始動した場合には、駆動カムが小カム１４のままの気筒の空燃比が、狙いとする空燃比から乖離してしまう。更に、駆動カムが小カム１４のままの気筒の空燃比が始動可能な空燃比の範囲から大きく乖離した場合には、エンジンの始動が適切に行われなくなってしまう。
［実施の形態１の制御の特徴］
そこで、本実施の形態１では、エンジン停止時に行った駆動カムの判定を、エンジン始動時においても行う。そして、全ての駆動カムが大カム１６に揃っていないと判定された場合は、全ての気筒の筒内充填効率が等しくなるように、ＶＶＴ２０を駆動して全ての吸気バルブの閉弁タイミングを変更する。図３は、吸気バルブの閉弁タイミングＩＶＣと、筒内充填効率ηとの関係の一例を示した図である。なお、図３は、吸気管負圧および吸気バルブの開弁タイミングＩＶＯが、全ての気筒において等しいことを前提としている。
図３に示すように、筒内充填効率ηは、吸気下死点ＢＤＣ付近のクランク角を中心として略対称となる特性を示す。対称中心のクランク角が吸気下死点ＢＤＣと一致していないのは、吸気管負圧が影響している。小カム１４と大カム１６の作用角の差は吸気カムの設計段階で既に分かっている。そのため、図３に示す特性によれば、小カム１４と大カム１６が混在する場合であっても、筒内充填効率ηが等しくなる閉弁タイミングＩＶＣを特定することができる。そして、図３に示す特性に影響を及ぼす吸気管負圧は、エンジン回転速度およびスロットル開度と相関があり、これらに関連付けることができる。従って、エンジン回転速度とスロットル開度を把握できれば、図３に示す筒内充填効率ηが等しくなる閉弁タイミング、すなわち、閉弁タイミングＥＩＶＣおよび閉弁タイミングＬＩＶＣを特定できる。
図４は、エンジン始動時の駆動カムの判定結果と、吸気バルブの開弁・閉弁タイミングとの組み合わせの一例を示した図である。図４の上段は、駆動カムが混在していないと判定された通常時における吸気バルブの開弁・閉弁タイミングを示している。図４の上段から分かるように、通常時は吸気バルブの開弁・閉弁タイミングに気筒間差を設けない。
一方、図４の下段は、駆動カムが混在していると判定された混在時における吸気バルブの開弁・閉弁タイミングを表している。図４の下段では、１番気筒＃１と２番気筒＃２の駆動カムが大カム１６に切り替えられ、その一方で、３番気筒＃３と４番気筒＃４の駆動カムが小カム１４のままとなっている。図４の下段から分かるように、混在時は全ての吸気バルブの開弁タイミングＩＶＯが揃えられる。また、混在時は、１番，２番気筒の吸気バルブの閉弁タイミングＩＶＣが吸気下死点ＢＤＣよりも進角側に設定され、その一方で、３番，４番気筒の吸気バルブの閉弁タイミングＩＶＣが吸気下死点ＢＤＣよりも遅角側に設定される。吸気下死点ＢＤＣを基準とした１番，２番気筒の閉弁タイミングＩＶＣの進角度合い、および、３番，４番気筒の閉弁タイミングＩＶＣの遅角度合いについては、図３に示した特性に基づいて特定される。
図５は、本発明の実施の形態１の制御例を説明するタイムチャートである。図５では、時刻ｔ１においてエンジンに対する停止要求がなされ、時刻ｔ２において同エンジンに対する始動要求がなされている。１番気筒＃１の吸気カムは、時刻ｔ１において大カム１６へと切り替えられる。一方、２番気筒＃２の吸気カムは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までに大カム１６へ切り替えられず、小カム１４のままとなっている。なお、時刻ｔ１から時刻ｔ２までのカムシャフトの状態は特に限定されない。即ち、時刻ｔ１から時刻ｔ２までカムシャフトが完全に停止していてもよいし、時刻ｔ１直後の慣性によって、または、時刻ｔ２直前のモータリングによって、カムシャフトが回転していてもよい。
図５に示すように、本実施の形態１の制御では、時刻ｔ２において駆動カムの混在を判定したら、吸気バルブの開弁・閉弁タイミングＩＮＶＶＴが変更される。吸気バルブの開弁・閉弁タイミングＩＮＶＶＴの変更は、図３乃至図４で説明した通りである。即ち、全ての吸気バルブの開弁タイミングを揃えつつ、閉弁タイミングが変更される。吸気バルブの開弁・閉弁タイミングＩＮＶＶＴを変更すると、時刻ｔ２以降の筒内充填効率が、１番気筒＃１と２番気筒＃２とで略等しくなる。
本実施の形態１の制御において、時刻ｔ２以降の各気筒の燃料噴射量は、全ての駆動カムが大カム１６に揃っていることを前提としたフィードフォワード制御によって決定される。つまり、時刻ｔ２以降の燃料噴射量は、１番気筒＃１と２番気筒＃２とで等しい値に設定される。故に、図５に示すように、時刻ｔ２以降の筒内空燃比Ａ／Ｆは、１番気筒＃１と２番気筒＃２とで略等しい値となる。つまり、１番気筒＃１と２番気筒＃２の間の筒内空燃比Ａ／Ｆの差が殆ど無くなる。このように、本実施の形態１の制御によれば、時刻ｔ２以降の２番気筒＃２の筒内空燃比Ａ／Ｆが狙いとする空燃比から乖離するのを抑えることが可能となる。また、１番気筒＃１と２番気筒＃２の筒内空燃比Ａ／Ｆを始動可能な空燃比の範囲に収めて、エンジンを適切に始動させることが可能となる。
仮に、時刻ｔ２の直前に駆動カムの混在を把握でき、時刻ｔ２直前のモータリングによってカムシャフトを回転させることができれば、このモータリング中に駆動カムの切り替えを行うこともできる。しかし、図５に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間にエンジン油温が下限値を下回ってしまうと、駆動カムの切り替えが実質的に不可能となる。この点、本実施の形態１の制御によれば、エンジン油温の高低に関係なく、エンジンを適切に始動させることが可能となる。なお、図５の時刻ｔ２以降において吸気バルブの開弁・閉弁タイミングＩＮＶＶＴが上昇しているのは、時刻ｔ２以降のエンジン回転速度の上昇に伴い吸気管負圧が変わり、図３に示した特性を満たす吸気バルブの閉弁タイミングが刻々と変化していることを意味している。
図６は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ４０が実行する処理ルーチンの一例を示す図である。本ルーチンは所定の制御周期ごと（例えば、エンジンが有する気筒の燃焼サイクルごと）に実行されるものとする。
図６に示すルーチンでは、先ず、エンジン始動時であるか否かが判定される（ステップＳ１０）。エンジン始動時であるか否かは、例えば、ＥＣＵ４０がイグニッションキー４６からのＩＧ信号を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４６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。本ステップＳ１０においてエンジン始動時でないと判定された場合、本ルーチンを抜ける。
ステップＳ１０においてエンジン始動時であると判定された場合、駆動カムの全てが始動用カムに揃っているか否かが判定される（ステップＳ１２）。本ステップＳ１２で言うところの「始動用カム」とは、大カム１６を指している。始動用カムに切り替わっているか否かは、例えば、ソレノイド２８にピンが戻るときに発生する誘起電圧の有無によって判定できる。詳細には、今回のエンジン始動から遡った一つ前のエンジン停止時に実行した制御（カム切り替え制御）において発生した誘起電圧の有無をＥＣＵ４０に記録しておき、この結果を利用して始動用カムへの切り替わりを判定する。
ステップＳ１２において、駆動カムの全てが始動用カムに揃っていると判定された場合、通常始動が行われる（ステップＳ１４）。ステップＳ１４の通常始動では、吸気バルブの開弁・閉弁タイミングに気筒間差を設けずに吸気バルブが駆動される（図４の上段参照）。また、通常始動では、全ての駆動カムが大カム１６に揃っていることを前提としたフィードフォワード制御によって燃料噴射量と点火時期が決定され、各気筒の燃料噴射弁と点火装置が駆動される。
一方、ステップＳ１２において、駆動カムの全てが始動用カムに揃っていないと判定された場合、吸気バルブの開弁・閉弁タイミングＩＮＶＶＴが調整され（ステップＳ１６）、混在始動が行われる（ステップＳ１８）。ステップＳ１６の調整は、全ての吸気バルブの開弁タイミングを揃えつつ、閉弁タイミングを変更するものである（図４の下段参照）。ステップＳ１８の混在始動では、ステップＳ１６で調整した開弁・閉弁タイミングＩＮＶＶＴによって吸気バルブが駆動される。また、混在始動では、通常始動と同様に、全ての駆動カムが大カム１６に揃っていることを前提としたフィードフォワード制御によって燃料噴射量と点火時期が決定され、各気筒の燃料噴射弁と点火装置が駆動される。
なお、ステップＳ１６，Ｓ１８の処理は、ステップＳ１２の判定結果が否定的である場合に限られず、何らかの理由で当該判定結果が不明であるとされた場合にも行われる。ステップＳ１２の判定結果が不明とされる場合として、上述した誘起電圧の記録が失敗した場合が挙げられる。この場合には、大カム１６と小カム１４が混在している場合だけでなく、駆動カムの全てが小カム１４のままである場合も含まれる。更には、駆動カムの全てが大カム１６に揃っている場合も含まれる。
以上、図６に示したルーチンによれば、エンジン始動時に駆動カムの全てが大カム１６に揃っていないと判定された場合、混在始動を行うことができる。従って、大カム１６と小カム１４が混在している場合であっても、駆動カムが小カム１４のままの気筒の筒内空燃比が狙いとする空燃比から乖離するのを抑えることが可能となる。また、駆動カムが大カム１６に切り替えられた気筒の筒内空燃比だけでなく、駆動カムが小カム１４のままの気筒の筒内空燃比を始動可能な空燃比の範囲に収めて、エンジンを適切に始動させることが可能となる。
なお、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が図６のステップＳ１６，Ｓ１８の処理を実行することにより上記第１の発明の「始動時制御」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＶＶＴ２０が上記第２の発明の「回転位相変更機構」に相当している。
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図７乃至図８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に関する説明については省略する。
［実施の形態２の制御の特徴］
上記実施の形態１では、エンジン始動時の燃料噴射量が全ての気筒で等しい値に設定されることを前提として、駆動カムの全てが大カム１６に揃っていない場合に、全ての気筒の筒内充填効率が等しくなるように吸気バルブの開弁・閉弁タイミングＩＮＶＶＴを変更した。本実施の形態２では、駆動カムの全てが大カム１６に揃っていない場合は筒内充填効率が気筒間で異なることを前提として、各気筒の燃料噴射量を変更する。
図７は、本発明の実施の形態２の制御例を説明するタイムチャートである。図７の時刻ｔ１，時刻ｔ２は図５と同様である。即ち、図７では、時刻ｔ１においてエンジンに対する停止要求がなされ、時刻ｔ２において同エンジンに対する始動要求がなされている。１番気筒＃１の吸気カムは、時刻ｔ１において大カム１６へと切り替えられる。一方、２番気筒＃２の吸気カムは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までに大カム１６へ切り替えられず、小カム１４のままとなっている。
図７に示すように、本実施の形態２の制御では、時刻ｔ２において駆動カムの混在を判定したら、時刻ｔ２以降の燃料噴射量が１番気筒＃１と２番気筒＃２とで異なる値に設定される。１番，２番気筒の燃料噴射量は、各気筒の吸入空気量を推定することにより算出される。各気筒の吸入空気量の推定は、例えば、図３で説明した特性と、この特性に影響を及ぼす吸気管負圧とに基づいて行われる。なお、図７に示すように、１番気筒＃１では大カム１６への切り替えが完了している。そのため、１番気筒については吸入空気量の推定を省略し、上記実施の形態１で説明したフィードフォワード制御に基づいて燃料噴射量を決定してもよい。
１番気筒＃１と２番気筒＃２の燃料噴射量を異なる値に設定すると、時刻ｔ２以降の筒内空燃比Ａ／Ｆは、１番気筒＃１と２番気筒＃２とで略等しい値となる。このように、本実施の形態２の制御によれば、時刻ｔ２以降の１番気筒＃１および２番気筒＃２の筒内空燃比Ａ／Ｆを狙いとする空燃比に近付けることができる。よって、１番気筒＃１と２番気筒＃２の筒内空燃比Ａ／Ｆを始動可能な空燃比の範囲に収めて、エンジンを適切に始動させることが可能となる。
図８は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ４０が実行する処理ルーチンの一例を示す図である。本ルーチンは所定の制御周期ごと（例えば、エンジンが有する気筒の燃焼サイクルごと）に実行されるものとする。
図８に示すルーチンでは、ステップＳ２０，Ｓ２２の処理が行われる。ステップＳ２０，Ｓ２２の処理は、図６のステップＳ１０，Ｓ１２の処理と同一である。また、図８に示すルーチンでは、ステップＳ２２において駆動カムの全てが始動用カムに揃っていると判定された場合、通常始動が行われる（ステップＳ２４）。ステップＳ２４の処理は、図６のステップＳ１４の処理と同一である。
ステップＳ２２において、駆動カムの全てが始動用カムに揃っていないと判定された場合、駆動カムが小カム１４と大カム１６のどちらであるかが判別される（ステップＳ２６）。本ステップＳ２６の判別は、例えば、ソレノイド２８の近傍に別途設けたセンサの出力を用いて行われる。
ステップＳ２６に続いて、気筒ごとの燃料噴射量が算出され（ステップＳ２８）、混在始動が行われる（ステップＳ３０）。ステップＳ２８の算出は、ステップＳ２６の判別結果に基づき、各気筒の吸入空気量を推定することにより行われることについては既に説明した通りである。ステップＳ３０の混在始動では、ステップＳ２８で算出した燃料噴射量に基づいて各気筒の燃料噴射弁が駆動される。また、混在始動では、この燃料噴射量に応じた点火時期に基づいて各気筒の点火装置が駆動される。なお、ステップＳ３０の混在始動では、通常始動と同様に吸気バルブが駆動される。
なお、ステップＳ２６〜Ｓ３０の処理は、ステップＳ２２の判定結果が否定的である場合に限られず、何らかの理由で当該判定結果が不明であるとされた場合にも行われることは、上記実施の形態１と同じである。
以上、図８に示したルーチンによれば、エンジン始動時に駆動カムの全てが大カム１６に揃っていないと判定された場合、混在始動を行うことができる。従って、大カム１６と小カム１４が混在している場合であっても、全ての気筒の筒内空燃比を始動可能な空燃比の範囲に収めて、エンジンを適切に始動させることが可能となる。
なお、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ４０が図８のステップＳ２６〜Ｓ３０の処理を実行することにより上記第１の発明の「始動時制御」が実現されている。
その他の実施の形態．
ところで、上述した実施の形態１，２では、図１において直列４気筒エンジンのカムシャフト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。
また、上述した実施の形態１，２では、吸気カム１４，１６の切り替えによって始動用プロフィールへの変更を行う例を説明した。しかし、吸気カム１４，１６の代わりに、単一の吸気カムの姿勢や形状の調節によって始動用プロフィールへの変更を行ってもよい。このような単一の吸気カムの例は、特開２０１０−１６８９６６号公報に開示されている通りである。
どの様な吸気カムの構成を採用した場合であっても、始動用プロフィールへの変更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、上述した実施の形態１または実施の形態２の制御を適用することにより、エンジンの始動性を高めることが可能となる。
１０ カムシャフト
１２ カムキャリア
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ 溝
２０ 可変バルブタイミング機構
２４，２６ ピン
２８ ソレノイド
３０ ロッカーアームローラ
４０ ＥＣＵ
４２ クランク角センサ
４４ アクセルポジションセンサ
４６ イグニッションキー

Claims (3)

  1. リフト量および作用角の少なくとも一方のカムプロフィールが変更される吸気カムによって各気筒の吸気バルブが駆動される多気筒内燃機関を制御する制御装置であって、
    前記内燃機関の始動時に、前記吸気カムのカムプロフィールが全て始動に適したプロフィールに揃っているか否かを判定し、
    前記吸気カムのカムプロフィールが全て始動に適したプロフィールに揃っていないと判定した場合、全ての気筒の筒内空燃比が一致するように筒内空気量または燃料噴射量を調整する始動時制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記内燃機関は、前記吸気カムを支持するカムシャフトと、前記カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変更する回転位相変更機構と、を備え、
    前記始動時制御が、全ての気筒の燃料噴射量を等しい値に設定すると共に、全ての気筒の筒内充填効率が一致するように前記回転位相変更機構を操作して筒内空気量を調整する制御であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記始動時制御が、全ての気筒の筒内空気量を推定すると共に、推定した筒内空気量に基づいて燃料噴射量を調整する制御であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
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