JP5935754B2

JP5935754B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5935754B2
Application number: JP2013103131A
Authority: JP
Inventors: 啓介佐々木; 正勝永井; 鈴木　裕介; 裕介鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2033-05-15
Also published as: JP2014224477A

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関の停止後に、その再始動を自動で行うことができる内燃機関が知られている。例えば特許文献１には、内燃機関の停止時に膨張行程にある気筒内に燃料を噴射しておき、内燃機関の再始動時にその気筒に点火して燃料を燃焼させて再始動を行う内燃機関が開示されている。このように、スターターモータによらず、着火によって内燃機関の再始動を行うことで、スターターモータなどの始動に用いる機器の寿命が短くなることを防止できる。

また、着火による再始動を行うためには、燃焼室の容積が比較的大きく、かつ、十分な空気を有している必要がある。このため、再始動に用いる気筒は、膨張行程で停止しており、さらにピストンが適切な位置で停止している必要がある。特許文献１には、この適切な位置にピストンを停止させるための制御が開示されている。より具体的には、内燃機関が停止する際に、膨張行程の上死点後９０°の近傍でピストンを停止させるための制御である。以下に、この制御について詳述する。

上記の制御では、まず、内燃機関の減速時に、スターターモータの回生トルクなどを利用してクランクシャフトの回転を減速させる。次に、内燃機関が所定のエンジン回転数まで減速したときに、スターターモータをゼロトルクにする。これにより、膨張行程の上死点後９０°近傍の位置でピストンを停止させることができる。なお、ここでいう所定のエンジン回転数は、予め実験などで求められたエンジン回転数である。

特開２００６−０４６０９１号公報特開２０１０−１４４６１１号公報特開２００９−１３８６６２号公報特開２００４−０２７９１４号公報特開２００４−０３６４２９号公報

しかしながら、上記の制御を行ったときに、ピストンリングの摩耗及びオイルの希釈などによる気筒内の圧縮抜けが起こると、膨張行程の上死点後９０°近傍でピストンが停止しない。ピストンの位置が適切な位置にないまま着火再始動を実施しても、十分な空気量が得られず、失火してしまう恐れがある。

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、内燃機関の停止時に膨張行程のピストンの位置が適切な位置で停止しなかった場合でも、その後良好な着火再始動を行うことができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

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、
内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧センサと、
排気弁の開時期を変更する排気可変動弁装置と、
クランクシャフトを回転させてピストンを動作させるモータと、
前記内燃機関の燃焼室に取り付けられた点火プラグと、を備えた内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の停止時に、膨張行程のピストンの位置が所定の位置にない場合、前記筒内圧と大気圧との差分が所定値以上になったときに前記排気可変動弁装置を用いて前記排気弁の開時期を進角する排気弁開時期進角手段と、
前記排気弁開時期進角手段により排気弁の開時期が進角されたことに応答して、前記膨張行程のピストンの位置を、前記モータを用いて前記所定の位置に変更するピストン位置変更手段と、
前記ピストン位置変更手段により前記膨張行程のピストンの位置が変更されたことに応答して、前記点火プラグを用いて前記膨張行程のピストンを有する燃焼室に着火することで前記内燃機関の再始動を行う再始動手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記ピストン位置変更手段により前記膨張行程のピストンの位置を変更した後、前記再始動手段により前記内燃機関の再始動が行われる前に、前記排気可変動弁装置を用いて前記排気弁の開時期を遅角する排気弁開時期遅角手段をさらに備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記内燃機関の吸気弁の閉時期を変更する吸気可変動弁装置をさらに備え、
前記排気弁開時期進角手段により前記排気弁の開時期を進角する前に、前記吸気可変動弁装置を用いて前記吸気弁の閉時期を進角し、前記排気可変動弁装置を用いて前記排気弁の開時期を遅角する手段を備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、前記ピストン位置変更手段により前記膨張行程のピストンの位置を変更した後、前記再始動手段により前記内燃機関の再始動が行われる前に、前記排気可変動弁装置を用いて前記排気弁の開時期を遅角し、前記吸気可変動弁装置を用いて前記吸気弁の閉時期を遅角する手段をさらに備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、前記ピストン位置変更手段は、前記モータを駆動して前記クランクシャフトを逆回転させてピストンの位置を変更することを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明のいずれかにおいて、前記所定の位置は、上死点後９０°を中心とする、上死点後３０°から上死点後１５０°に含まれる範囲であることを特徴とする。

第１の発明によれば、筒内圧と大気圧との差分が所定値以上になったときに、排気弁の開時期が進角されて、排気弁が開く。これにより、筒内が負圧のまま排気弁を開弁したときに引き起こされる、排気ガスの筒内への流入を防止することができる。この結果、着火再始動時に失火してしまうことを防ぐことができる。

第２の発明によれば、着火再始動前に排気弁の開時期を遅角することで、着火再始動時の燃焼圧力を増加させることができる。この結果、再始動時に必要なトルクを得ることができる。

第３の発明によれば、吸気弁の閉時期を進角することで、圧縮行程気筒の圧縮反力を高めることができる。また、排気弁の開時期を遅角することで、膨張行程気筒の負圧を高めることができる。この結果、クランクシャフトを逆回転させて、ピストンの位置を適切な位置に変更させることができる。

第４の発明によれば、着火再始動前に吸気弁の閉時期を遅角することで、着火再始動時の２回転目の圧縮行程気筒の圧縮反力を小さくできる。この結果、再始動時、内燃機関に不必要な負荷がかかることを防止できる。

第５の発明によれば、モータでクランクシャフトを逆回転させることで、ピストンの位置を適切な位置に早く変更することができる。

本発明の実施の形態１のシステムの構成を説明するための概略構成図である。エンジン停止時、ピストンが着火始動適切位置を過ぎた位置で停止したことを示す図である。エンジン停止直後、第１の制御方法を実施した場合のピストンの位置の変化を表した図である。ＥＶＯを最遅角させたまま、モータを逆回転させた場合のピストンの位置の変化を表した図である。ＥＶＯを最進角させてから、モータを逆回転させた場合のピストンの位置の変化を表した図である。実施の形態１において、ＥＣＵで実行される着火再始動ルーチンのフローチャートである。エンジン停止時、６気筒エンジンにおけるピストンの位置を表した図である。エンジン停止時、６気筒エンジンにおけるピストンの位置を表した図である。エンジン停止時、８気筒エンジンにおけるピストンの位置を表した図である。エンジン停止時、８気筒エンジンにおけるピストンの位置を表した図である。エンジン停止直後、自然に揺り返しが起きた場合のピストンの位置の変化を表した図である。エンジン停止直後、圧縮行程気筒における筒内圧の変化を表した図である。ＥＣＵで実行される揺り返し予測ルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステムの構成を説明するための概略構成図である。図１に示すシステムは、エンジン１０を備える。エンジン１０は、火花点火式の４サイクルレシプロエンジンである。通常、エンジン１０は複数の気筒で構成されるが、図１には１つの気筒のみが描かれている。なお、本実施形態において、エンジン１０は直列４気筒エンジンであるという前提で説明を行うが、気筒数及び気筒配置はこれに限定されるものではない。

エンジン１０の各気筒には、ピストン１２の往復動作により拡大、縮小する燃焼室１１が設けられている。ピストン１２は、クランクシャフト（不図示）に連結されている。クランクシャフトの端部には、外周に歯が形成されているフライホイール４９が設けられている。フライホイール４９の外周には、フライホイール４９を補助的に回転させるために、モータ４２が設けられている。モータ４２を駆動するとフライホイール４９が回転して、それに応じてピストン１２が往復動作を行う。なお、モータ４２は、正回転と逆回転とをすることができる。

燃焼室１１には、燃料噴射弁１８と点火プラグ１６とが設けられている。なお、本発明において、燃料噴射弁１８の位置は、これに限定されるものではない。例えば、燃料噴射弁１８が吸気ポートに取り付けられていてもよい。または、燃焼室１１と吸気ポートの両方に取り付けられていてもよい。

エンジン１０は、燃焼室１１に空気を吸込む吸気通路２３を備えている。吸気通路２３と燃焼室１１との接続部には、吸気弁２０が設けられている。吸気弁２０が開弁することで、吸気通路２３から燃焼室１１に空気が流入する。逆に、吸気弁２０が閉弁することで、吸気通路２３から燃焼室１１に空気が流入されなくなる。また、吸気弁２０には、吸気弁２０の開閉時期を変更するために、吸気可変動弁装置４４が備えられる。

吸気通路２３には、吸気弁２０から上流に向かって、サージタンク２８、スロットルバルブ２４、エアクリーナー２５が設けられている。空気は、エアクリーナー２５側から流入し、スロットルバルブ２４を通過してサージタンク２８に導かれる。そして、サージタンク２８に導かれた空気は、吸気弁２０が開いたときに燃焼室１１に流入する。

エンジン１０は、燃焼室１１で発生したガスを排出する排気通路３８を備えている。排気通路３８と燃焼室１１との接続部には、排気弁２２が設けられている。排気弁２２が開弁することで、燃焼室１１からガスが排出される。逆に、排気弁２２が閉弁することで、燃焼室１１からガスが排出されなくなる。また、排気弁２２には、排気弁２２の開閉時期を変更するために、排気可変動弁装置４６が備えられる。

排気通路３８には、燃焼室１１から排出されたガスを浄化するために、触媒４０が設けられている。

吸気可変動弁装置４４と排気可変動弁装置４６とは、それぞれのＯＣＶ（Oil Control Valve）によって油圧制御されている。なお、本実施形態における吸気可変動弁装置４４と排気可変動弁装置４６とは、電動式のものであってもよい。

エンジン１０には、排気還流（以下、ＥＧＲという。）を行うために、排気通路３８から吸気通路２３へ連通する、ＥＧＲ通路３１が設けられている。ＥＧＲ通路３１には、排気通路３８から吸気通路２３に向かって、ＥＧＲクーラ３６、ＥＧＲバルブ３２が設けられている。

エンジン１０には、エンジン１０の運転状態を把握するために、各種センサが取り付けられている。フライホイール４９の近傍には、クランク角センサ３０が設けられている。燃焼室１１の近傍には、ノックセンサ１５が設けられている。燃焼室１１には、筒内圧センサ１４が設けられている。サージタンク２８付近には、吸気管圧センサ２６が設けられている。ＥＧＲクーラ３６には、温度センサ３４が設けられている。スロットルバルブ２４には、スロットルセンサ（不図示）が設けられている。

実施の形態１のシステムの構成は、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）５０を備える。ＥＣＵ５０の入力側には、クランク角センサ３０、ノックセンサ１５、筒内圧センサ１４、吸気管圧センサ２６、温度センサ３４、そしてスロットルセンサなどの各種センサがそれぞれ接続される。これらの各種センサは、エンジン１０を制御するための情報を検出し、検出した情報を信号としてＥＣＵ５０に出力する。具体的には、クランク角センサ３０は、フライホイール４９の回転に同期したパルス信号を出力する。ノックセンサ１５は、燃焼で発生するノッキングに応じた信号を出力する。筒内圧センサ１４は、燃焼室１１内の圧力である筒内圧に応じた信号を出力する。吸気管圧センサ２６は、吸気管圧に応じた信号を出力する。温度センサ３４は、ＥＧＲクーラ３６の冷却水の温度に応じた信号を出力する。スロットルセンサ２７は、スロットルの開度に応じた信号を出力する。

ＥＣＵ５０は、上記の各種センサが出力した信号に基づいて、エンジン１０の運転状態を検知する。例えば、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ３０の出力から、クランク角を検知して、エンジン回転数を算出する。ＥＣＵ５０は、筒内圧センサ１４が出力した信号と、クランク角とを紐付けることで、筒内圧の変化を算出する。ＥＣＵ５０は、吸気管圧センサ２６の出力から、吸入空気量を算出する。ＥＣＵ５０は、温度センサ３４の出力から、ＥＧＲクーラ３６内の冷却水の温度を算出する。ＥＣＵ５０は、ノックセンサ１５の出力から、ノッキングを検出する。ＥＣＵ５０は、スロットルセンサの出力から、スロットル開度を検出する。

ＥＣＵ５０の出力側には、点火プラグ１６、燃料噴射弁１８、吸気可変動弁装置４４、排気可変動弁装置４６、ＥＧＲバルブ３２、スロットルバルブ２４などの各種アクチュエータがそれぞれ接続される。ＥＣＵ５０は、点火プラグ１６に駆動信号を供給して点火させることで、燃焼室１１の混合気に着火する。ＥＣＵ５０は、吸気可変動弁装置４４に信号を供給して動作させることで、吸気弁２０の開閉時期を変更する。ＥＣＵ５０は、排気可変動弁装置４６に信号を供給して動作させることで、排気弁２２の開閉時期を変更する。ＥＣＵ５０は、ＥＧＲバルブ３２に信号を供給して開度を調節して、ＥＧＲ量を調節する。ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ２４に信号を供給して開度を調節することで、吸入空気量を調節する。

［着火再始動制御］
本実施形態におけるエンジン１０は、エンジン停止後、自動的に再始動を行う機構を有している。この機構における再始動とは、点火プラグ１６を用いた着火再始動である。このため、エンジン１０では、モータ４２を用いた再始動ではなく、燃焼による再始動が行われるため、モータ４２を始動時に用いる頻度が減少する。この結果、モータ４２の寿命が短くなることを防止できる。なお、上記の機構においては、膨張行程における気筒内に混合気を閉じ込めたままエンジン１０が停止する。これにより、エンジン再始動時に上記の気筒内の混合気へ着火することで燃焼による再始動を行うことができる。

上記の着火再始動を行うためには、再始動に用いる気筒において、膨張行程の所定の位置（以下、着火始動適切位置という。）でピストン１２が停止している必要がある。着火始動適切位置は、再始動時に必要なトルクを出力するために設定されるものである。着火始動適切位置にピストン１２が停止していれば、燃焼室１１の容積が比較的大きく十分な空気を有しているため、再始動を行うことができる。本実施形態では、着火始動適切位置を、上死点後９０°を中心とする、上死点後３０°から上死点後１５０°に含まれる範囲と暫定的に定義するが、これに限定されるものではない。着火始動適切位置は、エンジン１０におけるフリクション及び吸入空気量などの変化に応じて設定される限り、その範囲の変更は可能である。

また、エンジン１０では、エンジン停止時に上記の着火始動適切位置にピストン１２を停止させる制御（以下、ピストン停止制御という。）が行われている。ピストン停止制御を行うことにより、エンジン停止後、次の再始動を確実に行うことができる。以下に、ピストン停止制御について詳述する。

まず、エンジン１０の減速時、ＥＣＵ５０が燃料噴射弁１８及び点火プラグ１６への信号の出力を停止する。こうすることで、クランクシャフトを回転させるトルクが発生しなくなり、クランクシャフトは慣性力のみで回転するようになる。次に、モータ４２の回生トルク及び圧縮行程気筒で発生するガス圧縮反力などを利用して、クランクシャフトの回転を減速させる。そして、クランクシャフトが減速して、所定のエンジン回転数まで減速したときに、モータ４２のトルクを０にする。この結果、着火始動適切位置でピストン１２を停止させることができる。なお、ここでいう所定のエンジン回転数は、予め実験などで求められたエンジン回転数である。

しかしながら、上記のピストン停止制御を実施しても、ピストン１２が着火始動適切位置に停止しないことがある。この要因として、ピストン１２に取り付けられているピストンリングの劣化によるフリクションの変化、エンジンオイルの希釈率、エンジンオイルの温度の相違などがある。これらの要因によって、ピストンの圧縮抜けが発生し、ピストン１２が着火始動適切位置を過ぎた位置で停止してしまうことがある。この一例を、以下に図２を用いて説明する。

図２は、エンジン停止時、ピストン１２が着火始動適切位置を過ぎた位置で停止したことを示す図である。図２にＸで示されているのは、膨張行程で停止した気筒におけるピストン１２の位置である。図２にＹで示されているのは、圧縮行程で停止した気筒におけるピストン１２の位置である。図２のＸとＹとが示すように、圧縮行程で停止したピストン１２の位置と、膨張行程で停止したピストン１２の位置とは、１８０°対向する関係にある。これは、エンジン１０が直列４気筒エンジンであるためである。

ここで、本明細書中で、膨張行程気筒におけるピストン１２を指す際には、ピストン１２Ｘという用語を用いることとする。また、圧縮行程気筒におけるピストン１２を指す際には、ピストン１２Ｙという用語を用いることとする。

図２には、着火始動適切位置が示されている。着火始動適切位置は、ピストン１２Ｘの再始動時の適切な位置である。このため、本来はピストン１２Ｘの位置が着火始動適切位置の範囲内にあることが再始動を行うためには望ましい。しかしながら、図２に示すピストン１２Ｘの位置は、下死点近傍である。このままの状態で着火再始動を行なっても、再始動に必要なトルクが得られない。

また、図２のピストン１２Ｘの停止位置は、排気弁２２の開時期（以下、ＥＶＯともいう。）を過ぎた位置で停止している。このため、エンジン停止中、排気通路３８から燃焼室１１内に排気ガスが流入して燃焼室１１内の空燃比が上昇する。この結果、再始動時に失火してしまうことがある。

そこで、本実施形態では、エンジン停止時、ピストン１２Ｘが着火始動適切位置を過ぎて下死点近傍で停止した場合、クランクシャフトを逆回転させて、ピストン１２Ｘの位置を着火始動適切位置に変更するための２つの制御方法を採用している。第１の制御方法は、エンジン停止直後に、吸気可変動弁装置４４及び排気可変動弁装置４６を利用して、各気筒内の圧力を変化させてクランクシャフトを逆回転させる方法である。第２の制御方法は、第１の制御方法によってピストン１２Ｘの位置が着火始動適切位置まで変化しなかった場合に、モータ４２を駆動させて、直接クランクシャフトを逆回転させる制御方法である。まず、第１の制御方法について、以下に図３を用いて詳述する。

［第１の制御方法］
図３は、エンジン停止直後、第１の制御方法を実施した場合のピストン１２の位置の変化を表した図である。図３のＸ_１は、エンジン停止直後、着火始動適切位置とＥＶＯとを過ぎた位置で停止しようとするピストン１２Ｘの位置を示している。Ｙ_１は、同様に、停止しようとするピストン１２Ｙの位置を示している。このままの位置でそれぞれのピストン１２が停止してしまうと、上述したように着火再始動に必要なトルクが得られない。さらに、ＥＶＯを過ぎた位置で停止しようとしているため、燃焼室１１に排気ガスが流入する恐れがある。

ここで、排気可変動弁装置４６によって、ＥＶＯの最遅角制御が行われる。図３には、通常のＥＶＯから、最遅角ＥＶＯに変更される様子が示されている。このようにＥＶＯを最遅角することで、膨張行程気筒の負圧を高めることができる。この結果、ピストン１２Ｘに対して、ピストン１２Ｘを上昇させる方向への力が発生する。これにより、クランクシャフトを逆回転させることができる。また、ＥＶＯを最遅角することで、例えば図３のＸ_１のように、通常時のＥＶＯを過ぎた位置でピストン１２Ｘが停止しようとした際に、排気ガスが燃焼室１１内に流入することを防止できる。

さらに、吸気可変動弁装置４４によって、吸気弁２０の閉時期（以下、ＩＶＣともいう。）の最進角制御が行われる。ＩＶＣを最進角することで、圧縮行程気筒の圧縮反力を高める事ができる。この結果、ピストン１２Ｙに対して、ピストン１２Ｙを下降させる方向への力が発生する。これにより、クランクシャフトを逆回転させることができる。

このように、吸気可変動弁装置４４及び排気可変動弁装置４６を利用して燃焼室１１内の圧力を変化させてクランクシャフトを逆回転させることを、揺り返しという。図３には、揺り返し後のピストン１２Ｘの位置がＸ_２で示されている。同様に、図３には、揺り返し後のピストン１２Ｙの位置がＹ_２で示されている。このように、揺り返しを引き起こしてクランクシャフトを逆回転させることで、着火始動適切位置までピストン１２Ｘの停止位置を変化させることができる。

［第２の制御方法］
次に、第２の制御方法について説明する。第２の制御方法は、モータ４２を逆回転してクランクシャフトを逆回転させることで、ピストン１２Ｘの位置を変更するという制御方法である。第２の制御方法では、ピストン１２Ｘの位置を変更する際に、モータ４２にかかる負荷を抑えるため、ＥＶＯの制御が行われている。これについて、図４及び図５を用いて説明する。

図４は、ＥＶＯを最遅角させたまま、モータ４２を逆回転させた場合のピストン１２Ｘの位置の変化を表した図である。図４におけるＸ_１は、第１の制御方法が行われてもピストン１２Ｘの位置が下死点近傍から変化しなかった場合のピストン１２Ｘの位置である。この場合には、モータ４２を駆動してピストン１２Ｘの位置を変更する。ところが、ＥＶＯが最遅角されたままだと、吸気弁２０と排気弁２２とが閉じた状態でピストン１２Ｘの位置を変更することになる。

図４における破線の矢印は、吸気弁２０及び排気弁２２が閉じた状態で、Ｘ_１の位置からＸ_２の位置までピストン１２Ｘの位置を変更させたときの回転角度の変化量を表している。このように、ＥＶＯが最遅角されたままモータ４２を逆回転すると、燃焼室１１内の空気を圧縮するため、モータ４２に高い負荷がかかる。この結果、モータ４２の消費電力が増加する。さらに、過負荷によるモータ４２の故障の原因になる可能性がある。

一方、図５は、ＥＶＯを最進角させてから、モータ４２を逆回転させた場合のピストン１２Ｘの位置の変化を表した図である。図５では、ＥＶＯを最進角した様子が示されている。モータ４２が逆回転する前にＥＶＯを最進角することで、Ｘ_１の位置からＸ_２の位置までの間に、排気弁２２が開いている時期が生じることになる。このため、図４における破線の矢印に比べて、図５に示す破線の矢印が示す回転角度の変化量は小さくなっている。これは、モータ４２の逆回転時に排気弁２２を開くことで、モータ４２にかかる負荷を軽減することができたことを示している。この結果、モータ４２の消費電力を小さくして、過負荷による故障の発生を防止することができる。

上記のＥＶＯの最進角制御は、筒内圧が大気圧と等しくなったときに行うことが望ましい。これは、筒内圧が大気圧より低いと、排気弁２２を開いたときに燃焼室１１に排気ガスが流入する恐れがあるからである。このため、筒内圧が大気圧と等しくなるまでＥＶＯを最進角しないこととする。この結果、再始動時に失火してしまうことを防ぐことができる。

上記の第２の制御が終了した後、ＥＶＯとＩＶＣとを、着火再始動に適した開閉時期である本来位置に戻すこととする。このために、ＥＶＯとＩＶＣとをそれぞれ遅角する。ＥＶＯを遅角することで、再始動時の１回目の燃焼により十分な大きさのトルクを得ることができる。また、遅角した際に、バルブオーバーラップが生じると、２回目の燃焼の際に排気ガスの流入より燃焼が不安定になる。このため、バルブオーバーラップの生じない範囲でＥＶＯを遅角する。加えて、ＩＶＣを遅角することで、着火再始動時に２回転目の圧縮行程気筒の圧縮反力が小さくなる。この結果、再始動時、エンジン１０に不必要な負荷がかかることを防止できる。

［着火再始動ルーチン］
図６は、本実施形態において、ＥＣＵ５０で実行される着火再始動ルーチンのフローチャートである。ＥＣＵ５０は、本ルーチンを記憶するためのメモリーを有している。ＥＣＵ５０は、記憶した本ルーチンを実行するためのプロセッサを有している。

図６のフローチャートにおいて、Ｓ１００からＳ１０４までが、上記の第１の制御方法に相当する。また、Ｓ１０８からＳ１２０までが、上記の第２の制御方法に相当する。

本ルーチンでは、まず、ＩＶＣ最進角制御が実行される（Ｓ１００）。

次に、ＥＶＯ最遅角制御が実行される（Ｓ１０２）。

次に、ピストン１２の揺り返しで逆回転が起きたことをクランク角センサ３０の信号から検出する（Ｓ１０４）。ただし、この行程は省略することができる。

次に、膨張行程の気筒のピストン位置が着火始動適切位置まで戻っているか否かが判定される（Ｓ１０６）。

膨張行程の気筒のピストン位置が着火始動適切位置まで戻っていると判定された場合、ＥＶＯとＩＶＣとを本来位置に戻す（Ｓ１２２）。このようにＥＶＯとＩＶＣとを本来の位置に戻すことで、再始動に適したバルブタイミングで燃焼を行うことができる。

一方、Ｓ１０６において、膨張行程の気筒のピストン位置が着火始動適切位置まで戻っていないと判定された場合、ＥＣＵ５０は予測フラグを立てる（Ｓ１０８）。この予測フラグは、着火始動時に燃焼トルクが不足することを意味している。この予測フラグが立つことにより、上記の第２の制御が行われる。

次に、膨張行程気筒の筒内圧をサンプリングする（Ｓ１１０）。筒内圧は、膨張行程気筒に取り付けられている筒内圧センサ１４によって検出される。

次に、筒内圧と大気圧との差分が所定値以上か否かが判定される（Ｓ１１２）。この差分が所定値より小さいと判定された場合、ＥＣＵ５０は、所定時間待機する（Ｓ１１４）。所定時間経過後、Ｓ１１２が繰り返される。ここでいう所定値とは、具体的には０以上の数値をいう。筒内圧と大気圧との差分が０以上であれば、筒内圧が大気圧より高くなったことを把握することができる。

一方、Ｓ１１２において、筒内圧と大気圧との差分が所定値以上であると判定された場合、排気弁２２の開弁制御が実行される（Ｓ１１６）。排気弁２２の開弁制御とは、ＥＶＯの最進角制御のことである。

次に、ピストン逆回転が実行される（Ｓ１１８）。ＥＣＵ５０は、モータ４２に逆回転の駆動信号を出力して、モータ４２を逆回転させる。ＥＣＵ５０は、ピストン１２の位置が着火始動適切位置まで変化したときに、モータ４２への駆動信号を停止する。

次に、ピストンが停止したことをクランク角センサ３０の信号から検出する（Ｓ１２０）。ただし、この行程は省略することができる。

次に、ＥＶＯとＩＶＣとを本来位置に戻す（Ｓ１２２）。

次に、膨張行程の気筒を着火始動する（Ｓ１２４）。具体的には、膨張行程の気筒において、着火始動適切位置にピストン１２が位置している状態で着火再始動が行われる。その後、本ルーチンは繰り返される。

また、上記のＩＶＣ及びＥＶＯにおける進角または遅角制御は、エンジン停止中に行われるものである。このため、油圧式の可変動弁装置であれば、ロックピンを外せることができるものを用いる必要がある。さらに、カムシャフトを回すため、エンジン停止時にも油圧を昇圧できる外部ポンプなどを備えている必要がある。本実施形態における吸気可変動弁装置４４及び排気可変動弁装置４６は、以上の構成を有しているものとする。

また、電動式の吸気可変動弁装置４４及び排気可変動弁装置４６を用いる場合は、任意にカムシャフトをカムシャフトハウジングから分離させることができる機構を備えているものとする。

［６気筒または８気筒エンジンへの応用］
本実施形態における着火再始動を６気筒または８気筒エンジンへ応用した例について、以下に図７乃至図１０を用いて説明する。

図７は、エンジン停止時、６気筒エンジンにおけるピストン１２の位置を表した図である。図７には、膨張行程にピストン１２の位置が２つ示されている。このうち、着火始動適切位置に含まれている方の膨張行程のピストン１２を用いて着火再始動を行うものとする。

図８は、エンジン停止時、６気筒エンジンにおけるピストン１２の位置を表した図である。図７で説明したものと同様に、着火始動適切位置に含まれている方の膨張行程のピストン１２を用いて着火再始動を行うものとする。

図９は、エンジン停止時、８気筒エンジンにおけるピストン１２の位置を表した図である。６気筒エンジンと同様に、膨張行程にピストン１２の位置が２つ示されている。このうち、着火始動適切位置に含まれている方の膨張行程のピストン１２を用いて着火再始動を行うものとする。

図１０は、エンジン停止時、８気筒エンジンにおけるピストン１２の位置を表した図である。図９で説明したものと同様に、着火始動適切位置に含まれている方の膨張行程のピストン１２を用いて着火再始動を行うものとする。

［揺り返しによる排気ガス流入防止］
上記で説明した揺り返しは、第１の制御によらず、自然に起きることがある。この自然に起きる揺り返しを予測し、燃焼室１１に排気ガスが流入することを防ぐ制御について、以下に図１１乃至図１３を用いて説明する。

図１１は、エンジン停止直後、自然に揺り返しが起きた場合のピストン１２の位置の変化を表した図である。図１１には、ピストン１２Ｘの位置が、ＥＶＯを通過した後、ＥＶＯより前に戻る様子が示されている。これは、自然に起きた揺り返しによるものである。この揺り返しが起きると、一度ＥＶＯを通過して排気弁２２が開いた際に排気ガスが燃焼室１１内に流入する。その後、ＥＶＯより前に戻り排気弁２２が閉じて燃焼室１１内に排気ガスが閉じ込められる。これにより、再始動時に失火する恐れがある。

上記の排気ガスの閉じ込めによる失火を防ぐために、揺り返しが起きることを筒内圧センサ１４が検出した筒内圧の変化から予測する。以下に、これについて図１２を用いて説明する。

図１２は、エンジン停止直後、圧縮行程気筒における筒内圧の変化を表した図である。図１２にＰ１で示す線は、揺り返しが起きることを予測するための筒内圧の閾値である。エンジン停止直後、圧縮行程気筒の筒内圧がこの閾値を超えた場合に揺り返しが起きると予測する。これは、揺り返しが圧縮反力により引き起こされることに着目したからである。このため、圧縮反力の大きさに相当する圧縮行程気筒の筒内圧の大きさが、図１２にＰ１で示す閾値を超えたときに、揺り返しが起きると予測することができる。

上記の予測により、揺り返しが起きると予測したときに、ＥＶＯを最遅角することとした。これにより、燃焼室１１に排気ガスが流入することを防止できる。

図１３は、ＥＣＵ５０で実行される揺り返し予測ルーチンのフローチャートである。本ルーチンでは、まず、エンジン回転数ＮＥが所定値より低いか否かが判定される（Ｓ２００）。エンジン回転数ＮＥが所定値以上であると判定された場合、本ルーチンは繰り返される。

一方、エンジン回転数ＮＥが所定値より低いと判定された場合、エンジン１０が停止直前であると判定される（Ｓ２０２）。

次に、圧縮行程気筒の筒内圧がサンプリングされる（Ｓ２０４）。

次に、圧縮行程気筒の筒内圧が閾値Ｐ１より高いか否かが判定される（Ｓ２０６）。圧縮行程気筒の筒内圧が閾値Ｐ１以下であると判定された場合、本ルーチンは繰り返される。

一方、圧縮行程気筒の筒内圧が閾値Ｐ１より高いと判定された場合、揺り返し発生と予測される（Ｓ２０８）。

次に、ＥＣＵ５０は、ＥＶＯを最遅角する（Ｓ２１０）。

次に、ピストン１２の停止をクランク角センサ３０の信号から検出する（Ｓ２１２）。ただし、この行程は省略することができる。

次に、膨張行程気筒を用いて着火再始動する（Ｓ２１４）。その後、本ルーチンは繰り返される。

１０エンジン
１１燃焼室
１２ピストン
１４筒内圧センサ
１６点火プラグ
２０吸気弁
２２排気弁
４２モータ
４４吸気可変動弁装置
４６排気可変動弁装置
４９フライホイール
５０ＥＣＵ

Claims

内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧センサと、
排気弁の開時期を変更する排気可変動弁装置と、
クランクシャフトを回転させてピストンを動作させるモータと、
前記内燃機関の燃焼室に取り付けられた点火プラグと、を備えた内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の停止時に、膨張行程のピストンの位置が所定の位置にない場合、前記筒内圧と大気圧との差分が所定値以上になったときに前記排気可変動弁装置を用いて前記排気弁の開時期を進角する排気弁開時期進角手段と、
前記排気弁開時期進角手段により排気弁の開時期が進角されたことに応答して、前記膨張行程のピストンの位置を、前記モータを用いて前記所定の位置に変更するピストン位置変更手段と、
前記ピストン位置変更手段により前記膨張行程のピストンの位置が変更されたことに応答して、前記点火プラグを用いて前記膨張行程のピストンを有する燃焼室に着火することで前記内燃機関の再始動を行う再始動手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記ピストン位置変更手段により前記膨張行程のピストンの位置を変更した後、前記再始動手段により前記内燃機関の再始動が行われる前に、前記排気可変動弁装置を用いて前記排気弁の開時期を遅角する排気弁開時期遅角手段をさらに備え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。
前記内燃機関の吸気弁の閉時期を変更する吸気可変動弁装置をさらに備え、
前記排気弁開時期進角手段により前記排気弁の開時期を進角する前に、前記吸気可変動弁装置を用いて前記吸気弁の閉時期を進角し、前記排気可変動弁装置を用いて前記排気弁の開時期を遅角する手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
前記ピストン位置変更手段により前記膨張行程のピストンの位置を変更した後、前記再始動手段により前記内燃機関の再始動が行われる前に、前記排気可変動弁装置を用いて前記排気弁の開時期を遅角し、前記吸気可変動弁装置を用いて前記吸気弁の閉時期を遅角する手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
前記ピストン位置変更手段は、前記モータを駆動して前記クランクシャフトを逆回転させてピストンの位置を変更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
前記所定の位置は、上死点後９０°を中心とする、上死点後３０°から上死点後１５０°に含まれる範囲であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。