内燃機関の始動制御装置
【課題】クランキング開始前に第１，第２可変機構にコントローラから制御信号を出力することによって、各可変機構の作動応答性を向上させて、始動性能を十分の向上させることのできる内燃機関の始動制御装置を提供する。
【解決手段】イグニッションキーがオンになっている場合は、ステップ２〜４において公称圧縮比εを制御する第２可変機構（ＶＣＲ）及び吸気弁のリフト・作動角を制御する第１可変機構（吸気ＶＥＬ）の実位置及び機関温度などの機関状態をそれぞれ検出し、ステップ４では前記情報を前提として吸気ＶＥＬの目標位置値を演算する。ステップ５で前記目標値から所定値以上乖離していると判断した場合はステップ７で、吸気ＶＥＬに目標位置に切り換え制御する信号を出力して、吸気弁を小作動角制御して閉時期を進角側に制御して、機関始動性を向上させる。
【解決手段】イグニッションキーがオンになっている場合は、ステップ２〜４において公称圧縮比εを制御する第２可変機構（ＶＣＲ）及び吸気弁のリフト・作動角を制御する第１可変機構（吸気ＶＥＬ）の実位置及び機関温度などの機関状態をそれぞれ検出し、ステップ４では前記情報を前提として吸気ＶＥＬの目標位置値を演算する。ステップ５で前記目標値から所定値以上乖離していると判断した場合はステップ７で、吸気ＶＥＬに目標位置に切り換え制御する信号を出力して、吸気弁を小作動角制御して閉時期を進角側に制御して、機関始動性を向上させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機関の始動性能の向上を図り得る内燃機関の始動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、内燃機関の始動時の排気エミッションの規制強化やハイブリット車による再始動頻度の増加に伴って始動性を十分に向上させる技術の開発が望まれており、この開発技術の一つとして以下の特許文献１に記載されている起動制御装置が知られている。
【０００３】
この起動制御装置は、吸気弁閉時期を可変制御する可変動弁機構と、公称圧縮比εを可変制御する可変圧縮比機構とを備えている。可変動弁機構は、吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小制御可能なリフト・作動角可変機構とリフト中心角(位相)を変化させる位相可変機構とから構成されている。
【０００４】
そして、クランキング初期には、各機構の作動制御を行わず、例えばリフト・作動角を小のままとし、クランキング回転上昇後に、前記リフト中心角を遅角させて、つまり吸気弁閉時期を下死点に近づけることにより圧縮比を高めて吸気温度を上昇させる。これによって、燃焼性を高めて、速やかに機関を回転起動させることが期待されている。
【特許文献１】特開２００２−２７６４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された起動制御装置にあっては、クランキング開始後に、前記可変動弁機構や可変圧縮比機構にコントローラから制御信号が出力されて作動させるようになっているため、各機構がそれぞれ目標位置になるまでに遅れが発生してしまう。特に、クランキング開始後に圧縮比を制御するため、クランクシャフトが回転起動する初期、つまりクランクシャフトが最初に回転する初回クランキング時に制御が行なえない。したがって、始動性能を十分に向上させることができないと考えられる。
【０００６】
本発明は、前記従来の起動制御装置の技術的課題に鑑みて案出したもので、クランキング開始前に圧縮比または膨張比を制御可能な可変機構にコントローラから制御信号を出力することによって、該可変機構の作動を早めて始動性能を十分の向上させることのできる内燃機関の始動制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、気筒内の圧縮比または膨張比を制御する第１可変機構と、該第１可変機構とは異なる作動手段によって作動し、前記圧縮比または膨張比を制御する第２可変機構と、を備え、機関のクランキング開始前における前記第２可変機構の現在の状態を含む機関状態に基づき、クランキング開始前に、コントローラから前記第１可変機構の作動手段に作動制御信号を出力することを特徴としている。
【０００８】
この発明によれば、クランキング開始時点では、第１可変機構の作動手段にコントローラから制御信号が出力されて、第１可変機構の作動制御が行われているため、機関状態において適切な条件で始動を開始できる。すなわち、第２可変機構の現在の作動位置などを含みかつ例えば低温下などにおける機関状態に基づいた適切な位置に第１可変機構が切り替わっているので、クランキング開始時点、つまりクランクシャフトの初期回転時から良好な始動性を実現できる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明の始動制御装置を前提として、前記第１可変機構を、ピストンの有効ストロークを変化させて圧縮比または膨張比を制御する機構として構成する一方、前記第２可変機構を、機関の燃焼室の容積を変化させて圧縮比または膨張比を制御する機構として構成したことを特徴としている。
【００１０】
この発明も、クランキング開始時点では、第１可変機構の作動が行われているので、第２可変機構の作動位置の状態を含む機関状態に基づいて第１可変機構が適切な位置に切り替わっていることから、クランキング開始時点から良好な始動性が得られる。
【００１１】
第３の発明は、前記第１または第２の発明の始動制御装置を前提として、前記第１可変機構を、吸気弁の閉時期を変更して有効圧縮比を変化させる吸気弁閉時期可変機構として構成する一方、前記第２可変機構を、ピストン吸入行程時の下死点における筒内容積とピストン圧縮行程時の上死点における筒内容積の比である公称圧縮比を変更する公称圧縮比可変機構として構成したことを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、公称圧縮比(公称膨張比)可変機構が、クランキング開始前にクランキングに不適切な位置にあった場合であっても、第１可変機構である吸気弁閉時期可変機構によって吸気弁の閉時期を制御して有効圧縮比を変化させて実圧縮比を補正するため、クランキング開始時点から良好な始動性を得ることができる。
【００１３】
第４の発明としては、機関のクランキング開始前における前記第２可変機構の現在の状態と機関温度を含む機関状態に基づき、クランキング前に、コントローラから前記第１可変機構である吸気弁作動特性可変機構の作動を制御する制御信号を出力することを特徴としている。
【００１４】
これによれば、機関温度による実圧縮比要求も加味した上で、第１可変機構(吸気弁作動特性可変機構)により実圧縮比を補正するので、さらに良好な始動性が得られる。
【００１５】
第５の発明は、第４発明を引用したものであって、機関始動前に機関温度が低温の場合に、第２可変機構の公称圧縮比に応じて第１可変機構により吸気弁閉時期(ＩＶＣ)を制御すると共に、前記公称圧縮比が低いほど、クランキング開始前に、前記第１可変機構によってＩＶＣを下死点付近に近づけるような作動信号をコントローラから作動手段に出力することを特徴としている。
【００１６】
これによれば、冷機時に公称圧縮比が低い場合であっても、第１可変機構(吸気弁作動特性可変機構)により有効圧縮比が高く制御されるので実圧縮比を高められ、その結果、安定的な燃焼が実現でき、よって、始動性能を向上できる。
【００１７】
第６の発明は、第４の発明を引用したものであって、機関始動前に機関温度が高温のときに、第２可変機構の公称圧縮比が高いほど、クランキング前に、ＩＶＣを下死点付近から遠ざけるように制御する作動制御信号をコントローラから前記第１可変機構の作動手段に出力することを特徴としている。
【００１８】
これによれば、機関高温時に公称圧縮比が高い場合であっても、第１可変機構により有効圧縮比が低く制御されるので、クランキング１回転目から生じる起動振動やプレイグニッションなどを抑制できる。
【００１９】
第７の発明は、第１発明を引用したもので、前述の始動制御装置において、排気弁の開時期(ＥＶＯ)を制御するようにしたものである。
【００２０】
つまり、前記第２可変機構を、ピストン膨張行程の下死点における筒内容積とピストン圧縮行程の上死点における筒内容積の比である公称膨張比を調整可能な公称膨張比可変機構によって構成し、第１可変機構を、排気弁の開時期(ＥＶＯ)を調整することによって有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構によって構成し、機関のクランキング開始前における前記第２可変機構の状態を含む機関状態に基づき、クランキング開始前に、コントローラが前記第１可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００２１】
この発明によれば、公称膨張比可変機構がクランキング開始前に不適切な位置にあった場合であっても、第１可変機構によって有効膨張比を変化させて実膨張比を補正するため、クランキング開始時点から良好な始動性が得られる。
【００２２】
第８の発明は、第７の発明を引用したものであって、クランキング開始前における第２可変機構の状態と機関温度を含む機関状態に基づき、クランキング開始前に、コントローラから前記第１可変機構(排気弁作動特性可変機構)の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００２３】
この発明によれば、機関温度による実膨張比要求をも加味した上で、第１可変機構によって実膨張比が補正されるため、さらに良好な始動性が得られる。
【００２４】
第９の発明は、第８の発明を引用したものであって、機関温度が低温時の場合な、第２可変機構の公称膨張比が高いほど、クランキング開始前に、コントローラから前記第１可変機構に排気弁開時期（ＥＶＯ）を下死点より早めに制御するような作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００２５】
クランキング前の機関の温度が低温の場合に公称膨張比が大きく排気温度が低下している場合に、第１可変機構によって排気弁開時期（ＥＶＯ）を早めて実膨張比を低減する、すなわち、燃焼ガスの温度が低下しないよううちに排出させることによって排気温度の上昇を図り、この結果、触媒の昇温が促進され、排気エミッションが低減する。
【００２６】
第１０の発明は、第８の発明を引用したものであって、前記第２可変機構の公称膨張比が逆に小さい場合に、クランキング開始前、コントローラから前記第１可変機構に、排気弁開時期（ＥＶＯ）を下死点側に遅らせて制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００２７】
第１可変機構によって減少した膨張仕事を増加させることができるので機関回転が安定する。
【００２８】
第１１の発明は、第１発明を引用し、前述の始動制御装置における公称圧縮比または公称膨張比を制御するものであって、
前記第２可変機構を、吸気弁閉時期を調整することによって有効圧縮比を調整可能な吸気弁作動特性制御機構または排気弁開時期を調整することによって有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構によって構成し、前記第１可変機構を、公称圧縮比または公称膨張比を調整可能な公称圧縮比または公称膨張比可変機構とし、クランキング開始前に、コントローラから前記第１可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００２９】
この発明によれば、クランキング開始前の第２可変機構の実位置が誤作動によって目標から外れた位置になっている場合であっても、第１可変機構により実圧縮比または実膨張比を補正できるので、最低限の始動性は保証される。
【００３０】
すなわち、例えば第２可変機構として排気弁作動特性可変機構を用い、これによって排気弁開時期（ＥＶＯ）を早く制御した場合は、膨張行程の期間が短くなることから、機関の有効仕事が減少して機関の回転が不安定になる。そこで、第１可変機構によって公称膨張比を増加させれば、膨張仕事が増加することになって機関回転を安定化させることが可能になる。
【００３１】
また、冷機時に排気弁開時期（ＥＶＯ）が遅い場合は、膨張期間長いので、排気温度が低く触媒の活性化が遅れて排気エミッションのＨＣが増加してしまうおそれがある。
【００３２】
そこで、第１可変機構によって公称膨張比を低減化すれば、排温が上昇し、もって排気エミッションのＨＣなどを低減できる。
【００３３】
第１２の発明は、第１の発明を引用したものであって、前記排気弁開時期（ＥＶＯ）に対する吸気弁閉時期（ＩＶＣ）制御またはＩＶＣに対するＥＶＯ制御を前述の始動制御装置によって行うものである。
【００３４】
すなわち、前記第２可変機構を、排気弁開時期(ＥＶＯ)を調整することによって有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構あるいは吸気弁閉時期(ＩＶＣ)を調整することによって有効圧縮比を調整可能な吸気弁作動特性可変機構の一方とし、前記第１可変機構を、排気弁開時期（ＥＶＯ）を調整することによって有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構あるいは吸気弁閉時期(ＩＶＣ)を調整することによって有効圧縮比を調整可能な吸気弁作動特性可変機構の他方とし、機関のクランキング開始前における前記第２可変機構の状態を含む機関状態に基づきクランキング開始前に、コントローラから前記第１可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００３５】
これによれば、前述のような、公称圧縮比(公称膨張比)可変機構を用いることによる弊害、すなわち、公称圧縮比と公称膨張比が常に同一変化することによる弊害を回避できる。例えば、冷機始動時に燃焼を良くしようとして公称圧縮比を高めると、公称膨張比が増加して排気温度が低下してしまい排気エミッション性能が悪化してしまう。
【００３６】
これに対して、有効圧縮比を制御できる機構と有効膨張比を制御できる機構を別個に設け、かつ一方の実位置に基づいて他方をクランキング開始前から制御するので、前記弊害を回避しつつ始動性を高められる。
【００３７】
第１３の発明は、第１２の発明を引用したものであって、第２可変機構を、排気弁開時期(ＥＶＯ)を調整することによって有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構とし、第１可変機構を、吸気弁閉時期(ＩＶＣ)を調整することによって有効圧縮比を調整可能な吸気弁作動特性可変機構として構成し、クランキング開始前における前記第２可変機構の状態を含む機関状態に基づきコントローラからクランキング開始前に、前記第１可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００３８】
これによれば、例えば冷機始動時に、第２可変機構により排気弁開時期（ＥＶＯ）が下死点に対して過度に早かった場合には、実膨張比が低下して排気温度が上昇し排気エミッションのＨＣが低減するが、駆動仕事が低下して機関回転が不安定になるおそれがある。そこで、排気弁開時期（ＥＶＯ）に応じて第１可変機構の吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を下死点側に近づければ、実圧縮比高まるため、燃焼が改善され、結果として機関の安定性と排気エミッションのＨＣ低減化が図れる。
【００３９】
あるいは、機関始動前の冷機時に、第２可変機構によってＥＶＯが下死点付近になっていた場合には、排気温度が低下してしまい、排気エミッションが悪化してしまう。そこで、ＩＶＣを下死点から離間させると有効圧縮比が低下して燃焼速度が緩慢になって燃焼が遅れ、ＥＶＯ時点での排気温度についていえば、逆に高めることが可能になり、もって排気エミッションのＨＣを低減できる。
【００４０】
第１４の発明は、第１の発明を引用したものであって、第２可変機構のＩＶＣまたはＥＶＯに対し第１可変機構のそれぞれのＩＶＣまたはＥＶＯを、前述の始動制御装置によって制御するものである。
【００４１】
例えば第２可変機構を、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を調整することで、有効圧縮比を調整可能な吸気弁作動特性可変機構とし、第１可変機構によって吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を調整することで、有効圧縮比を調整可能な別の吸気弁作動特性可変機構とし、クランキング開始前における前記第２可変機構の状態を含む機関状態に基づいてコントローラからクランキング開始前に、前記第１可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００４２】
この発明によれば、第２可変機構の位置が目標から外れている場合でも、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を第１可変機構によって補正することができるので、始動に適切な吸気弁閉時期（ＩＶＣ）にすることができ、もって良好な始動性を実現できる。
【００４３】
第１５の発明は、第１の発明を引用したものであって、同様に第２可変機構を、排気弁開時期(ＥＶＯ)を調整することで有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構として構成し、前記第１可変機構を、排気弁開時期(ＥＶＯ)を調整することによって有効膨張比を調整可能な別の排気弁作動特性可変機構として構成し、クランキング開始前における前記第２可変機構の状態を含む機関状態に基づいてコントローラからクランキング開始前に、前記第１可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００４４】
この発明によれば、クランキング開始前の第２可変機構の位置が目標から外れている場合であっても、排気弁開時期（ＥＶＯ）を第１可変機構によって補正することができるので、始動に適切な排気弁開時期（ＥＶＯ）にすることが可能になり、よって、良好な始動性を実現できる。
【００４５】
第１６の発明は、第１の発明を引用したものであって、第２可変機構を機関停止前に制御するものである。
【００４６】
すなわち、第２可変機構を機関停止前に始動に適した位置へ作動させるため制御信号をコントローラから出力すると共に、クランキング開始前における前記第２可変機構の状態を含む機関の状態に基づき前記コントローラからクランキング開始前に、前記第１可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００４７】
この発明によれば、前記第２可変機構を機関停止前に始動に適した位置へ切り換える制御信号を発すると共に、クランキング開始前に第１可変機構によって補正されるため、確実に良好な始動性を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明に係る内燃機関の始動制御装置の各実施例を図面に基づいて詳述する。この各実施例は、例えば４サイクルの多気筒内燃機関で吸気弁側あるいは排気弁側に適用したものを示している。
〔第１実施例〕
まず、本発明における内燃機関の基本構造を、図１に基づいて概略を説明すると、シリンダブロックＳＢ内に形成されたシリンダボア内を燃焼圧力などによって上下摺動自在に設けられたピストン０１と、シリンダヘッドＳＨの内部にそれぞれ形成された吸気ポートＩＰ及び排気ポートＥＰと、該シリンダヘッドＳＨに摺動自在に設けられて前記吸、排気ポートＩＰ，ＥＰの開口端を開閉する一気筒当たりそれぞれ一対の吸気弁４，４及び排気弁５，５とを備えている。
【００４９】
前記ピストン０１は、クランクシャフト０２に後述するロアーリンク４２とアッパリンク４３とからなるコンロッド０３を介して連結されていると共に、冠面とシリンダヘッドＳＨの下面との間に燃焼室０４を形成している。また、前記シリンダヘッドＳＨのほぼ中央には、点火栓０５が設けられている。
【００５０】
そして、この内燃機関には、図１及び図２に示すように、始動制御装置が設けられている。この始動制御装置は、両吸気弁４，４のバルブリフト及び作動角（開期間）を制御するリフト・作動角可変機構としての第１可変機構（ＶＥＬ）１と、吸気弁４，４のリフト中心角(位相)を制御する位相可変機構（ＶＴＣ）２と、筒内の公称圧縮比ε(公称膨張比と同じ)を制御する公称圧縮比可変機構としての第２可変機構(ＶＣＲ)３と、から構成されている。
【００５１】
前記第１可変機構１は、両吸気弁４，４のバルブリフト及び作動角（開期間）を制御することによって該両吸気弁４，４の閉時期を変更して有効圧縮比を変化させる吸気弁閉時期可変機構として構成されており、具体的構造としては、本出願人が先に出願した例えば特開２００３−１７２１１２号公報などに記載されたものと同様である。
【００５２】
概略を説明すると、シリンダヘッドＳＨの上部の軸受に回転自在に支持された中空状の駆動軸６と、該駆動軸６の外周面に圧入等により固設された偏心回転カムである駆動カム７と、駆動軸６の外周面に揺動自在に支持されて、各吸気弁４，４の上端部に配設されたバルブリフター８、８の上面に摺接して各吸気弁４，４を開作動させる２つの揺動カム９，９と、駆動カム７と揺動カム９，９との間に介装されて、駆動カム７の回転力を揺動運動に変換して揺動カム９，９に揺動力として伝達する伝達機構とを備えている。
【００５３】
前記駆動軸６は、一端部に設けられたタイミングスプロケット３０を介して前記クランクシャフト０２から図外のタイミングチェーンによって回転力が伝達されており、この回転方向は図２中、矢印方向に設定されている。
【００５４】
前記駆動カム７は、ほぼリング状を呈し、内部軸方向に形成された駆動軸挿通孔を介して駆動軸６に貫通固定されていると共に、カム本体の軸心が駆動軸６の軸心から径方向へ所定量だけオフセットしている。
【００５５】
前記両揺動カム９は、図２及び図３などにも示すように、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、円環状のカムシャフト１０の両端部に一体的に設けられていると共に、該カムシャフト１０が内周面を介して駆動軸６に回転自在に支持されている。また、下面にカム面９ａが形成され、カムシャフト１０の軸側の基円面と、該基円面からカムノーズ部側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部の先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面が形成されており、該基円面とランプ面及びリフト面が、揺動カム９の揺動位置に応じて各バルブリフター８の上面の所定位置に当接するようになっている。
【００５６】
前記伝達機構は、駆動軸６の上方に配置されたロッカアーム１１と、該ロッカアーム１１の一端部１１ａと駆動カム７とを連係するリンクアーム１２と、ロッカアーム１１の他端部１１ｂと揺動カム９とを連係するリンクロッド１３とを備えている。
【００５７】
前記ロッカアーム１１は、中央に有する筒状の基部が支持孔を介して後述する制御カムに回転自在に支持されていると共に、一端部１１ａがピン１４によってリンクアーム１２に回転自在に連結されている一方、他端部１１ｂがリンクロッド１３の一端部にピン１５を介して回転自在に連結されている。
【００５８】
前記リンクアーム１２は、比較的大径な円環状の基部１２ａの中央位置に前記駆動カム７のカム本体が回転自在に嵌合する嵌合孔が形成されている一方、突出端１２ｂが前記ピン１４によってロッカアーム一端部１１ａに連結されている。
【００５９】
前記リンクロッド１３は、他端部がピン１６を介して揺動カム９のカムノーズ部に回転自在に連結されている。
【００６０】
また、駆動軸６の上方位置に同じ軸受部材に制御軸１７が回転自在に支持されていると共に、該制御軸１７の外周に前記ロッカアーム１１の支持孔に摺動自在に嵌入されて、ロッカアーム１１の揺動支点となる制御カム１８が固定されている。
【００６１】
前記制御軸１７は、駆動軸６と並行に機関前後方向に配設されていると共に、駆動機構１９によって回転制御されている。一方、前記制御カム１８は、円筒状を呈し、軸心位置が制御軸１７の軸心から所定分だけ偏倚している。
【００６２】
前記駆動機構１９は、図外のハウジングの一端部に固定された電動モータ２０と、ハウジングの内部に設けられて電動モータ２０の回転駆動力を前記制御軸１７に伝達する伝達手段２１とから構成されている。
【００６３】
前記電動モ−タ２０は、比例型のＤＣモータによって構成され、機関運転状態を検出するエンジンコントロールユニットとしてのコントローラ２２からの制御信号によって駆動するようになっている。
【００６４】
前記伝達手段２１は、電動モータ２０の駆動シャフトとほぼ同軸上に配置されたボール螺子軸２３と、該ボール螺子軸２３の外周に螺合する移動部材であるボールナット２４と、前記制御軸１７の一端部に直径方向に沿って連結された連係アーム２５と、該連係アーム２５と前記ボールナット２４とを連係するリンク部材２６とから主として構成されている。
【００６５】
前記ボール螺子軸２３は、両端部を除く外周面全体に所定幅のボール循環溝が螺旋状に連続して形成されていると共に、一端部に結合された電動モータ２０の駆動シャフトの回転駆動力が伝達されるようになっている。
【００６６】
前記ボールナット２４は、内周面に前記ボール循環溝と共同して複数のボールを転動自在に保持するガイド溝が螺旋状に連続して形成され、各ボールを介してボール螺子軸２３の回転運動をボールナット２４に直線運動に変換しつつ軸方向の移動力が付与されるようになっている。
【００６７】
前記コントローラ２２は、現在の機関回転数Ｎ（ｒｐｍ）をクランク角から検出するクランク角センサ２７からの出力信号や、エアーフローメータからの吸入空気量（負荷）、その他、アクセル開度センサ、車速センサ、ギア位置センサ、機関本体の温度Ｔ１を検出する機関冷却水温センサ３１、さらには大気湿度センサから吸気管内の湿度Ｈ１などの各種情報信号から現在の機関状態を検出している。また、駆動軸６の回転角度を検出する駆動軸角度センサ２８や制御軸１７の回転角度センサ２９からの検出信号を入力するようになっており、クランク角センサ２７と駆動軸角度センサ２８からの信号によって後述するスプロケット３０と駆動軸６との相対回転位置、つまり位相可変機構２の位置を検出するようになっている。また、前記制御軸１７の回転角度センサ２９からの情報信号によって第１可変機構１の位置を検出するようになっている。
【００６８】
以下、前記第１可変機構１の基本作動を説明すると、所定の運転領域で、前記コントローラ２２からの電動モータ２０への通電制御によって該電動モータ２０が回転駆動し、この回転トルクによってボール螺子軸２３が一方向へ回転すると、ボールナット２４が最大一方向（電動モータ２０に接近する方向）へ直線状に移動し、これによって制御軸１７がリンク部材２６と連係アーム２５を介して一方向へ回転する。
【００６９】
したがって、制御カム１８は、図３Ａ、Ｂ（リアビュー）に示すように、軸心が制御軸１７の軸心の回りを同一半径で回転して、肉厚部が駆動軸６から上方向に離間移動する。これにより、ロッカアーム１１の他端部１１ｂとリンクロッド１３の枢支点は、駆動軸６に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム９は、リンクロッド１３を介してカムノーズ部側が強制的に引き上げられて全体が図３に示す反時計方向へ回動する。
【００７０】
よって、駆動カム７が回転してリンクアーム１２を介してロッカアーム１１の一端部１１ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド１３を介して揺動カム９及びバルブリフター１６に伝達され、これによって、吸気弁４，４は、そのバルブリフト量が図５のバルブリフト曲線で示すように小リフト（Ｌ１）になり、その作動角Ｄ１（クランク開弁期間の半分）が小さくなる。
【００７１】
したがって、デコンプ効果と小リフト低フリクション効果、燃費効果などが得られる。
【００７２】
そして、別の運転状態では、コントローラ２２からの制御信号によって電動モータ２０が逆回転して、この回転トルクがボール螺子軸２３に伝達されて回転すると、この回転に伴ってボールナット２４が反対方向（電動モータ２０から離れる方向）へ直線移動する。これにより、制御軸１７が、図３中、反時計方向へ所定量だけ回転駆動する。
【００７３】
このため、制御カム１８は、軸心が制御軸１７の軸心から所定量だけ下方の回転角度位置に保持され、肉厚部が下方へ移動する。このため、ロッカアーム１１は、全体が図３の位置から時計方向へ移動して、これによって各揺動カム９がリンク部材１３を介してカムノーズ部側が強制的に押し下げられて、全体が時計方向へ僅かに回動する。
【００７４】
したがって、駆動カム７が回転してリンクアーム１２を介してロッカアーム１１の一端部１１ａを押し上げると、そのリフト量がリンク部材１３を介して各揺動カム９及びバルブリフタ８に伝達され、吸気弁４，４のリフト量が図５に示すように、中リフト（Ｌ２）になり、作動角Ｄ２も大きくなる。
【００７５】
これによって、吸気弁４，４の閉時期が遅角側の下死点近傍に制御されることから、有効圧縮比が高くなって冷機始動時などにおける燃焼が良好になる。また、新気の充填効率も高くなって燃焼トルクも大きくなる。
【００７６】
また、暖機後の低回転低負荷域では、例えば、リフトを小リフトＬ１に制御し、位相可変機構２によって遅角制御すれば、排気弁５，５とのバルブオーバーラップが小さくなって、燃焼が安定し、また小リフトで動弁フリクションが小さいことから燃費を向上させることもできる。
【００７７】
また、中負荷域などで、コントローラ２２によって前述と同じく中リフト（Ｌ２）付近に制御し、位相可変機構２によってリフト位相が進角制御すれば、排気弁５，５とのバルブオーバーラップが大きくなり、ポンピングロスが低下するため、燃費が向上する。
【００７８】
また、高回転高負荷領域に移行した場合などは、コントローラ２２からの制御信号によって電動モータ２０がさらに逆回転し、制御軸１７は、制御カム１８をさらに反時計方向へ回転させて、図４Ａ、Ｂに示すように軸心を下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム１１は、全体がさらに駆動軸６方向寄りに移動して他端部１１ｂが揺動カム９のカムノーズ部を、リンクロッド１３を介して下方へ押圧して該揺動カム９全体を所定量だけさらに時計方向へ回動させる。
【００７９】
よって、駆動カム７が回転してリンクアーム１２を介してロッカアーム１１の一端部１１ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド１３を介して揺動カム９及びバルブリフター８に伝達されるが、そのバルブリフト量は図５に示すようにＬ２からＬ３に連続的に大きくなる。その結果、高回転域での吸気充填効率を高め、もって出力を向上させることができる。
【００８０】
すなわち、吸気弁４，４のリフト量は、機関の運転状態に応じて小リフトのＬ１から大リフトＬ３まで連続的に変化するようになっており、したがって、各吸気弁４，４の作動角も小リフトＤ１から大リフトのＤ３まで連続的に変化する。
【００８１】
次に、前記位相可変機構２は、図２に示すように、前記駆動軸６の前端部に設けられたスプロケット３０と、このスプロケット３０と前記駆動軸６とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用油圧アクチュエータ３２と、から構成されている。前記スプロケット３０は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動している。
【００８２】
前記位相制御用油圧アクチュエータ３２への油圧供給は、同じ前記コントローラ２２からの制御信号に基づき、図外の第２油圧制御部によって制御されている。この位相制御用油圧アクチュエータ３２への油圧制御によって、スプロケット３０と駆動軸６とが相対的に回転し、図５に示すように、リフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。位相可変機構２としては、油圧式のものに限られず、電動モータや電磁式アクチュエータを利用したものなど、種々の構成が可能である。
【００８３】
前記第２可変機構３は、図１及び図６Ａ、Ｂに示し、この第２可変機構３は、前記従来技術として掲げた特開２００２−２７６４４６に記載されたものと同様な構成である。構造を簡単に説明すると、クランクシャフト０２は、複数のジャーナル部４０とクランクピン部４１とを備えており、シリンダブロックＳＢの主軸受に、ジャーナル部４０が回転自在に支持されている。前記クランクピン部４１は、ジャーナル部４０から所定量偏心しており、ここに第２リンクとなるロアリンク４２が回転自在に連結されている。
【００８４】
前記ロアリンク４２は、左右の２部材に分割可能に構成されているとともに、略中央の連結孔に前記クランクピン部４１が嵌合している。
【００８５】
第１リンクとなるアッパリンク４３は、下端側が連結ピン４４によりロアリンク４２の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン４５によりピストン０１に回動可能に連結されている。
【００８６】
第３リンクとなるコントロールリンク４６は、上端側が連結ピン４７によりロアリンク４２の他端に回動可能に連結され、下端側が制御シャフト４８を介して機関本体の一部となるシリンダブロックＳＢの下部に回動可能に連結されている。詳しくは、制御シャフト４８は、回転可能に機関本体に支持されているとともに、その回転中心から偏心している偏心カム部４８ａを有し、この偏心カム部４８ａに前記コントロールリンク４６下端部が回転可能に嵌合している。
【００８７】
前記制御シャフト４８は、コントローラ２２からの制御信号に基づき、電動モータを用いた圧縮比制御アクチュエータ４９によって回動位置が制御される。
【００８８】
前記のような複リンク式ピストン−クランク機構を用いた第２可変機構３においては、前記制御シャフト４８が圧縮比制御アクチュエータ４９によって回動されると、偏心カム部４８ａの中心位置、特に、機関本体に対する相対位置が変化する。これにより、コントロールリンク４６の下端の揺動支持位置が変化する。そして、前記コントロールリンク４６の揺動支持位置が変化すると、ピストン０１の行程が変化し、図６Ａ、Ｂに示すように、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン０１の位置が高くなったり低くなったりする。これにより、公称圧縮比εを変えることが可能となる。この公称圧縮比εは、ピストン０１のストロークによる燃焼室の容積変化のみで決まる幾何学的な圧縮比蛩であって、ピストン０１の吸入行程下死点における筒内容積とピストン０１の圧縮行程上死点における筒内容積の比である。
【００８９】
図６Ａは低公称圧縮比状態を示し、Ｂは高公称圧縮比状態をそれぞれ示しているが、これらの間で圧縮比を連続的に変化させることができる。
【００９０】
ここで、ピストン圧縮上死点における筒内容積をＶＯ、行程容積をＶとしたとき、ピストン下死点における筒内容積はＶＯ＋Ｖとなるので、
圧縮比εは、ε＝(ＶＯ＋Ｖ)／ＶＯ＝Ｖ／ＶＯ＋１と表せる。
図６ＡのεはＶ１／ＶＯ１＋１、図６Ｂの圧縮比εはＶ２／ＶＯ２＋１であるが、ここで、Ｖ１≒Ｖ２でＶＯ１＞ＶＯ２になるので、圧縮比εはＢの方がＡよりも大きくなる。
【００９１】
なお、公称膨張比の定義は、ピストンの膨張行程下死点における筒内容積とピストンの圧縮行程上死点における筒内容積の比である。前者もピストン吸入下死点における筒内容積と同じであるから、常に公称膨張比＝公称圧縮比となっている。
【００９２】
また、第２可変機構３においては、リンクディメンジョンを適切に選定することにより、単振動に近いピストンストローク特性が得られる。この単振動に近いストローク特性は振動騒音の上でも有利ではあるが、特に、上死点付近のピストン速度が、一般的な単リンク式ピストン−クランク機構に比べて、２０％前後緩やかとなる。これは、前述したように、特に冷機時のような燃焼速度が遅い条件下で、初期の火炎核の生成、成長の上で有利となる。
【００９３】
また、第１可変機構１と位相可変機構２及び第２可変機構３と組み合わせた本実施例では、最終的な実圧縮比は、公称圧縮比に加え、吸気弁閉時期の制御、すなわち、有効圧縮比の制御によって左右される。つまり、吸気弁４、４が閉じた時点から実質的な圧縮が開始するため、公称圧縮比蛩が高くても、吸気弁閉時期が下死点よりも早くなると、実圧縮比はその分だけ低下することになる。ここで実圧縮比というのは、吸入空気がどの程度圧縮されるのかを示す指標である。吸入空気は、公称圧縮比により幾何学的に圧縮されるだけではなく、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）により筒内に吸入される空気量自体が変化するので、これによっても実圧縮比が影響を受けることになる。吸気弁閉時期により吸入空気量が変化した分を加味した圧縮比を特に有効圧縮比と呼んでいる。さらに補足すると、吸気弁閉時期によって吸入するピストンストロークが変化することから、有効圧縮比可変機構というのは、ピストンの有効吸入ストロークを変化できる可変機構ということができる。
【００９４】
図７は本実施例の前記第１可変機構１，第２可変機構３および位相可変機構２を制御するためのシステムの作動を説明するフローチャートである。
【００９５】
すなわち、ステップ１では、イグニッションキーをオンしたか否かを判断し、オンしていない場合はそのままリターンするが、オンした場合には、ステップ２において第２可変機構３の現在の公称圧縮比εを検出する。
【００９６】
次に、ステップ３では、第１可変機構１や位相可変機構２の実位置を前記センサから出力された信号によって検出し、さらにステップ４において前記各センサから出力された情報信号に基づいて機関温度や吸気管内の湿度などの機関状態を検出する。
【００９７】
ステップ５では、前記検出された公称圧縮比εやリフト中心角位置及び機関状態に基づいて第１可変機構１の切り換え目標を演算する。すなわち、例えば公称圧縮比εが高い状態になっている場合には、第１可変機構１にコントローラ２２からの制御電流を出力して吸気弁４，４のリフト・作動角を、図８のａ’に示す制御前の比較的大きなリフト・作動角からａに示す小リフト・作動角に制御して、吸気弁閉時期ＩＶＣを下死点から早い時期(進角)の方向に離れるように目標値が演算によって設定される。
【００９８】
これによって、過大な圧縮比εであっても吸気弁閉時期を早める効果(有効圧縮比低減)によって実圧縮比を通常レベルに抑制し、この結果、クランキング初回回転から問題となるコンプレション大による始動振動やプレイグニッションを抑制することができる。
【００９９】
ここで、吸気弁閉時期ＩＶＣを早めることによる有効圧縮比の低減とは、下死点よりある程度前で吸気弁４，４が閉じると、閉じた時点が大気圧であって下死点位置で負圧となり、そこから圧縮が開始されるため、圧縮上死点での圧力は低下(デコンプレッション)することをいっている。
【０１００】
また、ここで、位相可変機構２の位置によってもＩＶＣは変化するので、検出された位相可変機構２の位置を加味した上で、ＩＶＣの目標値に合わせるように第１可変機構１の縮小作動角が選択される。また、機関温度が高いと、機関のフリクションが小さいため要求空気量がやや低下したり、プレイグニッションが出やすくなるので、ＩＶＣはさらに若干下死点から離れる側に補正される。また、吸気管内の湿度が高いと、要求空気量(体積)が増加するので、逆にややＩＶＣが下死点側に若干補正される。
【０１０１】
このようにして第１可変機構１の切り換え作動角目標値が最終的に演算され、そして、その目標値と現在の第１可変機構１による作動角の乖離が所定以上ある場合は第１可変機構１の切り換え信号が出力される。
【０１０２】
一方、公称圧縮比εが低い状態になっている場合には、第１可変機構１により吸気弁４，４のリフト・作動角を、図９のａ’に示す制御前の比較的小さなリフト・作動角からａに示す中、大リフト・作動角に制御して、吸気弁閉時期ＩＶＣを下死点側に近づく補正、つまり遅くなるように目標値が演算によって設定される。
【０１０３】
つまり、圧縮比εが過小の場合は、コンプレッションが小さくなることによって燃焼の不安定化を招く可能性があるが、その場合、第１可変機構１によって作動角をやや増大制御してＩＶＣを下死点側に補正し(有効圧縮比向上効果)、これによって実圧縮比を向上させる。なお、この作動角制御は、前記位相可変機構２の位置や機関温度、吸気管内の湿度なども加味して行われる。
【０１０４】
次にステップ６では、第１可変機構１の実位置が前記目標値に対して所定値以上に乖離しているか否かを判断し、乖離していないと判断した場合は、ステップ７に移行し、ここでは第１可変機構１と位相可変機構２及び第２可変機構３の位置を保持する信号を出力し、その後、ステップ９に移行する。
【０１０５】
一方、ステップ６において、乖離していると判断した場合は、ステップ８に移行し、ここで再度第１可変機構１に前記目標値に制御する信号を出力すると共に、位相可変機構２及び第２可変機構３に対して位置保持信号を出力する。
【０１０６】
前記ステップ９では、再度第１可変機構１の実位置を読み込み、ステップ１０に進み、ここでは第１可変機構１が前記目標値の位置に作動しているか否か、つまり目標値からの乖離は所定値以下か否かを判断する。
【０１０７】
乖離が所定値以上であれば、ステップ９に戻り、以下であればステップ１１においてスタータモータへ通電してクランキングを開始する制御を行う。
【０１０８】
ほぼ同時にステップ１２で、燃料の噴射及び点火栓に点火信号を出力して完爆制御を行う。
【０１０９】
したがって、円滑な始動性が実現される。特に、クランキング開始前から予め第１可変機構１への制御信号が出力されていることから、クランキング初期に第１可変機構１による吸気弁閉時期（ＩＶＣ）が公称圧縮比εに応じて適切に補正される。よって、クランキング初期のクランクシャフト初回回転から公称圧縮比εによらず円滑な始動、つまり始動振動やプレイグニッションが抑制され、また燃焼の安定性の高い円滑な始動が実現する。これにより、排気エミッション性能の向上も図れる。
〔第２実施例〕
図１０は第２実施例を示し、リフト・作動角可変機構１と位相可変機構２とを組み合わせたものを第１可変機構としたものであって、これと公称圧縮比可変機構である第２可変機構(ＶＣＲ)３に対する前記コントローラ２２による具体的な制御フローチャートを説明する。
【０１１０】
まず、ステップ２１においてイグニッションキーがオンされていると判断した場合には、ステップ２２〜２４に移行し、ここでは第１実施例と同じく、第２可変機構３の現在の公称圧縮比εを検出すると共に、リフト・作動角可変機構１と位相可変機構２の実位置や、機関本体温度や吸気管内の湿度などの機関状態を検出する。
【０１１１】
次に、ステップ２５では、前記公称圧縮比εの他に前記機関状態を前提としたリフト・作動角可変機構１と位相可変機構２のそれぞれの目標位置値を演算する。
【０１１２】
すなわち、公称圧縮比εが高くなっている場合は、図１１のａに示すように、リフト・作動角可変機構１によって吸気弁作動角を、制御前の図１１のａ’に比較してやや縮小させて吸気弁閉時期ＩＶＣを下死点よりも早める（進角)位置に制御する。その際に、位相可変機構２によってリフト中心角を制御して吸気弁開時期（ＩＶＯ）をもとのＩＶＯ位置(進角位置)とほぼ一致させるように目標値(目標位置)を演算によって設定する。このＩＶＯを遅角させたままの状態にしていると、ピストン０１が下がった時点、つまり筒内負圧が発達した時点で吸気弁４，４が開くので、混合気のガス流動が強くなり、プレイグニッションが発生し易くなる。したがって、これに対応するために、位相可変機構２によってＩＶＯを進角側に設定するのである。
【０１１３】
また、位相可変機構２の作動を併用することによってリフト・作動可変機構１の作動角変化も小さくて済むことから、該リフト・作動角可変機構１の切り換え応答性も向上する。
【０１１４】
一方、前記公称圧縮比εが低くなっている場合には、図１２のａに示すように、前述した第１実施例と同様に、制御前の作動角を示す図１２のａ’のＩＶＣを下死点側に遅らせる目標値を立てる。これによって、実圧縮比を高めて燃焼改善を図ることが可能になる。しかし、ＩＶＯは位相可変機構２の遅角制御によってあまり変えないように設定する。これは、リフト・作動角可変機構１だけで制御するＩＶＯ進角(第１実施例)では、吸気弁４，４が開く時点の負圧発達が低減するので、混合気のガス流動が弱まってしまうからである。
【０１１５】
これに対して、前述のように、位相可変機構２を併用すれば、ＩＶＯを変化させることによって、強いガス流動を確保しつつＩＶＣを下死点付近に制御することができるので、圧縮比εが過小の場合に、実圧縮比アップによる燃焼改善する効果に加えて、ＩＶＯのやや遅角側の設定を維持でき、ガス流動強化による燃焼改善効果を得ることができる。したがって、第１実施例のものよりも効果を高めることが可能になる。
【０１１６】
また、ＩＶＯを維持するのではなく、高圧縮比εの場合に、積極的にＩＶＯをさらに早め、ガス流動をさらに低減してプレイグニッションを一層抑制することも可能になる。逆に低圧縮比εの場合は、積極的にＩＶＯをさらに遅らせてガス流動を積極的に高めて、燃焼を良くすることも可能である。
【０１１７】
次に、ステップ２６では、リフト・作動角可変機構１と位相可変機構２の両者に実位置が前記目標値に対して所定値以上に乖離しているか否かを判断し、乖離していないと判断した場合は、ステップ２７に移行し、ここではリフト・作動角可変機構１と位相可変機構２の位置を保持する信号を出力し、その後、ステップ２９に移行する。
【０１１８】
一方、ステップ２６において、乖離していると判断した場合は、ステップ２８に移行し、ここでリフト・作動角可変機構１と位相可変機構２の少なくとも一方に対して、前記目標値に切り換える制御信号を出力する。
【０１１９】
前記ステップ２９では、リフト・作動角可変機構１と位相可変機構２のそれぞれに流れる電流値Ｉ１、Ｉ２を読み込み、ステップ３０に進む。
【０１２０】
このステップ３０では、電流値Ｉ１とＩ２の和がピークタイミングＴｐを越えたか否かを判断し、ピークタイミングＴｐを越えない場合はステップ２９に戻り、越えた場合はステップ３１に移行し、ここでスタータモータに電流を出力してクランキングを開始させる。つまり、図１３に示すように、前記ピークタイミングＴｐが越えてからクランキング用のスタータモータに通電するようになっている。したがって、スタータモータのピーク電流が発生するタイミングにおいて、Ｉ１＋Ｉ２はピークを越えているので、クランキングの際のバッテリーの負担が小さくなり、良好な始動性を実現することができる。
【０１２１】
そして、前記ステップ３１によってスタータモータへ通電によりクランキングが開始されると、ほぼ同時にステップ３２で、燃料の噴射及び点火栓に点火信号を出力して完爆制御を行う。
【０１２２】
したがって、円滑な始動性が実現される。特に、クランキング開始前から予めリフト・作動角可変機構１と位相可変機構２の両方に制御信号が出力されていることから、公称圧縮比εに応じて両者１，２によりＩＶＣとＩＶＯが適切に補正するため、より円滑な始動性が実現できる。よって、クランキング初回回転から円滑な回転が確保されて良好な始動性、つまり始動振動抑制効果に加えてさらにプレイグニッションを抑制しかつ燃焼がさらに安定した状態での始動を実現できる。これによって、排気エミッション性能の向上も図れる。
〔第３実施例〕
図１４は第３実施例を示し、リフト・作動角可変機構(ＶＥＬ)１と位相可変機構(ＶＴＣ)２を、吸気弁４，４側ではなく排気弁５，５側に設け、これらによって排気弁５，５の開時期(ＥＶＯ)を変更し、有効膨張比を変えられるようになっており、これらの可変機構１，２は、第１実施例の図２に示すものと同様の構成になっている。また、この実施例でも、前記第２可変機構３としての公称圧縮比可変機構が設けられており、これは、公称膨張比を変更可能な公称膨張比比可変機構(ＶＣＲ)でもあって、符号をε’として記載する(ε＝ε’)。
【０１２３】
他の構成は第１実施例のものと同様であるから構造の具体的な説明は省略する。なお、この実施例では、前記排気側の位相変更機構(ＶＴＣ)２が第１可変機構として構成され、公称膨張比可変機構３が第２可変機構として構成されている。
【０１２４】
図１５はこの第３実施例におけるコントローラ２２の制御フローチャートを示し、基本的な処理流れは図７に示したものとほぼ同一であるから、同じ箇所の説明は省略する。
【０１２５】
ステップ４１でイグニッションキーがオンされた場合には、ステップ４２で第２可変機構３の公称膨張比ε’を検出し、次に、ステップ４３において第１可変機構である排気側の位相変更機構２やリフト・作動角可変機構１の実位置を検出、さらに、ステップ４４では、機関本体の温度などの機関の状態を検出する。
【０１２６】
次に、ステップ４５では、前記検出された公称膨張比ε’やリフト・作動角可変機構１におけるリフト・作動角位置及び機関状態に基づいて排気位相可変機構２の切り換え目標を演算する。
【０１２７】
すなわち、例えば公称膨張比ε’が高い状態になっている場合には、有効機関仕事が増加して排気温度が低下して触媒の活性化に時間が掛かり、始動の排気エミッション性能が低下するおそれがある。
【０１２８】
そこで、位相可変機構２にコントローラ２２からの制御電流を出力して排気弁５，５のリフト中心角を、図１６のｂ’に示す制御前におけるような遅角状態から図１６のｂに示すように進角側に制御して排気弁５，５の開時期（ＥＶＯ）を早める目標値とする。これによって、筒内燃焼ガスの温度が下がらないうちに排気弁５，５を開く。すなわち、実膨張比を低下させるのである。そうすることによって、排気温度が上昇するので、排気エミッション性能の低下を抑制できる。
【０１２９】
また、前記ＥＶＯは、機関の諸条件によって若干補正され、例えば機関温度が低い場合は、排気温度もさらに低下するので、ＥＶＯをさらに早めて、すなわち、実膨張比を低下させ、排気温度の上昇効果を高めることができる。
【０１３０】
一方、公称膨張比ε’が低い場合は、機関の有効仕事が低下し、燃焼の不安定化が生じやすくなる。そこで、この場合は、図１７のｂに示すように、ｂ’に示す制御前の状態からＥＶＯを遅らせて下死点に近づける。つまり実膨張比を高めるのである。これによって、ピストン０１にさせる仕事量を増加し、燃焼を安定化させることもできる。
【０１３１】
ここで、実膨張比について説明すると、これは燃焼ガスがどの程度膨張されると筒内から排出されるかを示す指標である。これは、公称膨張比により幾何学的に決められる部分以外に、排気弁開時期（ＥＶＯ）により排出開始タイミングが決まるので、排気弁開時期（ＥＶＯ）によっても実膨張比は影響を受けることになる。排気弁開時期（ＥＶＯ）を加味した膨張比を特に有効膨張比と呼んでいる。さらに補足すると、排気弁開時期により排出するピストンストロークが変化することから、有効膨張比可変機構というのは、ピストンの有効排出ストロークを変化させることのできる可変機構といえる。
【０１３２】
したがって、ステップ４６では、位相可変機構２の実位置は目標値(位置)に対して各所定値以上乖離しているか否かを判断し、乖離していない場合はステップ４７に移行し、ここで、位相可変機構２の位置が目標位置と同じかそれに近いのでこの位置を保持する信号を位相可変機構２に出力する。
【０１３３】
ステップ４６で、所定以上乖離していると判断した場合は、ステップ４８に移行し、ここでは位相可変機構２を目標値へ切り換える制御する信号を出力する。
【０１３４】
ステップ４９では、位相可変機構２の実位置を読み込み、ステップ５０で位相可変機構２の実位置が目標位置から所定値乖離しているか否かを再び判断し、乖離していないと判断した場合は、前述のように、ステップ５１、５２においてクランキングが開始されると共に、噴射燃料に点火して完爆制御を行う。
【０１３５】
したがって、公称膨張比ε’によらずクランキング初期のクランクシャフト１回転目から円滑な回転が確保されて良好な始動性、つまり燃焼の安定化による完爆促進や、排気エミッション性能の向上が図れる。
〔第４実施例〕
図１８は第４実施例におけるコントローラの制御フローチャートを示し、装置は第３実施例の装置ものから排気側のリフト・作動角可変機構を廃止して排気側の位相可変機構２のみとし、この位相可変機構(ＶＴＣ)２を第２可変機構として構成し、公称膨張比可変機構(ＶＣＲ)３を第１可変機構として構成した。
【０１３６】
まず、ステップ６１では、イグニッションキーがオフされたか否かを判断し、オフされたと判断した場合は、機関再始動における冷機始動を予め考慮して、ステップ６２において、ＶＣＲ３に目標の高膨張比ε’となるように切り換え制御信号を出力すると共に、ステップ６３において、排気ＶＴＣ２にＥＶＯが進角側となるように切り換え信号を出力する。この結果、完全に切り換った状態あるいは切り換え途中で内燃機関の停止を向かえることになる。
【０１３７】
一方、ステップ６１でオンと判断された場合は、ステップ６４において前記ＶＣＲ３の現在の公称膨張比ε’を検出すると共に、ステップ６５では、排気ＶＴＣ２の実位置を検出する。つまり、前記イグニッションキーオフ時の制御によってＶＣＲ３及び排気ＶＴＣ２作動によって冷機始動に適した位置になっている。また、ステップ６６では、前述のように、機関本体の温度などの機関状態を検出する。
【０１３８】
次に、ステップ６７では、排気ＶＴＣ２と機関状態を前提として、公称膨張比ε’の目標位置値を演算する。
【０１３９】
続いて、ステップ６８で公称膨張比ε’が目標位置に対して所定値以上乖離しているか否かを判断し、乖離していない、つまり目標位置あるいはそれに近い場合は、ステップ６９に移行する。ここでは、ＶＣＲ３の公称膨張比ε’を保持する信号を出力する。
【０１４０】
一方、乖離していると判断した場合は、ステップ７０に移行してＶＣＲ３に目標公称膨張比ε’となるように制御信号を出力する。すなわち、例えば、図１９に示すように、排気弁５，５の開時期ＥＶＯが図１９のｂ’に示すように進角側になっていて、公称膨張比ε’が十分に高くなっていなかった場合には、排気ＶＣＲ３を制御して高膨張比ε’に切り換える制御を行う。この高膨張比ε’になると、公称圧縮比εも必然的に高くなることも加わって、燃焼が良好になり、ピストン０１の仕事も増加して機関の燃焼が安定化する。しかし、この場合、排気温度が下がってしまうおそれもあるが、排気ＶＴＣ２によってＥＶＯが進角しているので、筒内ガス温度が高い時点で排気弁５，５が開くので排気温度も維持でき、排気エミッションのＨＣなども抑制される。
【０１４１】
また、図２０のｂ’に示すように、排気ＶＴＣ２の排気弁開時期（ＥＶＯ）が下死点側に遅れていた場合は、公称膨張比ε’が大きいと排気温度が下がってしまうので、公称膨張比ε’を下げて、つまり、実膨張比を下げて排気温度を上昇させるのである。
【０１４２】
したがって、排気ＶＴＣ２に位置によって公称膨張比ε’を切り換えることによって排気エミッション性能を向上させることが可能になる。
【０１４３】
また、これらの制御においては、公称膨張比ε’は機関状態なども加味されて、若干補正され、例えば図２０において機関本体温度が高温であった場合には、公称膨張比ε’をさらに大きくしても排気温度は確保できるので、有効仕事を増加させ、燃焼安定、燃費向上も得ることが可能になる。
【０１４４】
もとに戻って、ステップ７１では、公称膨張比ε’の実位置を再度読み込み、ステップ７２では、実位置における公称膨張比ε’の位置は目標位置値からの乖離が所定値以下になっているか否かを判断し、所定値以上であればステップ７１に戻るが所定値以下であればステップ５３に移行する。
【０１４５】
このステップ７３及びステップ７４では、前述と同様にスタータモータへの通電によるクランキングの開始と噴射燃料に対する点火制御を行って完爆させるが、そこで前述した効果が得られるわけである。
〔第５実施例〕
図２１は第５実施例を示し、吸気側の有効圧縮比を変化可能なリフト・作動角可変機構（吸気ＶＥＬ）１と吸気側の位相可変機構（吸気ＶＴＣ）２ａ(両方で第１可変機構を構成)とを設けると共に、排気弁５，５の開時期(ＥＶＯ)を制御して有効膨張比を変化させる位相可変機構２ｂ(排気ＶＴＣ)(第２可変機構を構成)を設け、前記公称圧縮(膨張)比可変機構を廃止したものである。
【０１４６】
これらの各可変機構のコントローラ２２による制御を図２２のフローチャートに基づいて説明する。
【０１４７】
ステップ８１においてイグニッションキーがオフされていると判断した場合はリターンするが、オンされていると判断した場合は、ステップ８２では、排気ＶＴＣ２ｂの実位置を検出し、ステップ８３で吸気ＶＥＬ１と吸気ＶＴＣ２ａの実位置を検出する。さらに、ステップ８４では現在の機関状態を検出する。
【０１４８】
ステップ８５では、排気ＶＴＣ２ｂの実位置や機関状態を前提として吸気ＶＥＬ１と吸気ＶＴＣ２ａの目標位置値を演算によって算出し、ステップ８６では、前記吸気ＶＥＬ１と吸気ＶＴＣ２ａの実位置が、各目標位置に対して各所定値以上乖離しているか否かを判断する。
【０１４９】
ここで、例えば排気弁開時期（ＥＶＯ）の位置が、図２４ｂに示すように、下死点よりも早い位置にあったとすると、実膨張比が低下して排気温度が上昇し、排気エミッションが低減するが、駆動仕事が低下して機関回転の不安定化を招く。この場合、同図ａに示すように、吸気ＶＥＬ１と吸気ＶＴＣ２ａによって吸気弁閉時期ＩＶＣを制御前ａ’よりも下死点側に近づければ、実圧縮比が高まるので、燃焼が改善される。結果的に機関回転の安定性と排気エミッション性能向上の両方を満足させることができる。
【０１５０】
また、吸気ＶＥＬ１と吸気ＶＴＣ２ａの協調によって吸気弁開時期（ＩＶＯ）をやや遅らせる制御を行えば吸気弁４，４開弁時の筒内負圧を発達させることが可能になり、これにより混合気ガスの流動が強化されて、さらに燃費が向上する。
【０１５１】
また、前記排気弁開時期（ＥＶＯ）が図２３のｂに示すように、下死点近くまで遅角していた場合には、排気温度が低下してしまう。このため、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を、図２３に示すように、制御前ａ’よりもａのように下死点よりも早めれば、有効圧縮比が下がって燃焼速度を緩慢にすると燃焼が遅れて、ＥＶＯの時点での排気温度が逆に高めることが可能になり、この結果、排気エミッションのＨＣを低減できる。
【０１５２】
さらに、吸気弁開時期（ＩＶＯ）を、吸気ＶＴＣ２ａの協調によってほぼ同等の位置に保持すれば、排気弁開時期（ＥＶＯ）と吸気弁開時期（ＩＶＯ)のバルブオーバラップも増加するので、燃焼がさらに緩慢になって、排気弁開時期（ＥＶＯ）時点の排気温度をさらに上昇させることができ、より排気エミッション性能を向上させることが可能になる。
【０１５３】
図２２に示すフローチャート図におけるステップ８７〜９２は、前記図１０と同じように、吸気ＶＥＬ１、ＶＴＣ２ａ及び排気ＶＴＣ２ｂの保持制御、あるいは吸気ＶＥＬ１、ＶＴＣ２ａの切り換え制御などの処理であるから説明を省略する。
【０１５４】
なお、この第５実施例において、吸気側のリフト・作動角可変機構（吸気ＶＥＬ）を廃止して、第１可変機構を吸気側位相可変機構（吸気ＶＥＬ）２ａのみで構成することもでき、その場合は、システムが簡素化される。
【０１５５】
また、図２２のフローチャートにおいて、ステップ８３では、吸気ＶＴＣのみの実位置検出が行われ、ステップ８５では、吸気ＶＴＣのみの目標値を設定し、ステップ８６で吸気ＶＴＣの実位置が目標値より所定以上乖離していた場合には、ステップ８８において吸気ＶＴＣに切り換え信号を出力するのである。そして、ステップ８９で吸気ＶＴＣの電流値Ｉ２を読み込み、ステップ９０においてＩ２がピークタイミングを越えた時点でステップ９１でクランキング、ステップ９２で完爆制御を行うのである。
【０１５６】
ここで、ステップ８９での吸気ＶＴＣの目標値設定であるが、排気弁開時期（ＥＶＯ）が図２４ｂに示す下死点より早い位置であった場合、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を同様に下死点付近とすれば、燃焼が改善される。
【０１５７】
また、排気弁開時期（ＥＶＯ）が図２３ｂに示す下死点付近の位置であった場合は、ＩＶＣを同様に下死点から早める方向に制御して有効圧縮比を下げ、燃焼を緩慢にして、ＥＶＯ時点での排気温度を高め、排気エミッション性能を向上させることができる。
【０１５８】
このように、吸気側のリフト・作動角可変機構（吸気ＶＥＬ）がなく、吸気ＶＴＣ２ａのみであってもほぼ狙った効果を得ることができる。
〔第６実施例〕
図２５は第６実施例を示し、ＶＣＲや排気側の可変機構を設けずに、吸気側のＶＥＬを第１可変機構１とし、同じく吸気側のＶＴＣを第２可変機構２として構成したもので、機関のクランキング開始前における吸気ＶＴＣの状態を含む機関状態に基づいてコントローラ２２がクランキング開始前に前記吸気ＶＥＬの作動を制御する制御信号を出力するようになっている。
【０１５９】
具体的には、図２６の制御フローチャートに記載されているように、まず、ステップ１０１でイグニッションキーがオンされていると判断した場合には、ステップ１０２において第２可変機構２である吸気ＶＴＣの実位置を検出すると共に、ステップ１０３において第１可変機構１である吸気ＶＥＬの実位置を検出する。さらにステップ１０４では、機関本体温度や吸気管内湿度などの機関状態を検出する。
【０１６０】
次に、ステップ１０５において、前記吸気ＶＴＣ２の実位置及び機関状態を前提とした吸気ＶＥＬ１の目標位置値、つまり有効圧縮比と対応する吸気弁閉時期(ＩＶＣ)の目標値を演算によって算出する。例えば、図２７に示すように、制御前ａ’におけるＩＶＣが目標ＩＶＣの位置よりも遅角側に位置していた場合には、同図ａに示すように、吸気ＶＥＬ１の作動角を縮小してＩＶＣを下死点から離れる方向に制御して目標ＩＶＣにあわせる。これによって、動弁のフリクション低下と適度なコンプレッションを得て良好な始動性を確保できる。
【０１６１】
なお、図２６のステップ１０６〜１１０は、第１実施例の図７に示すステップ５〜１１の処理とほぼ同一であるから、具体的な説明は省略する。
〔第７実施例〕
図２８は第７実施例を示し、今度は吸気側ではなく排気側を可変制御し、排気ＶＴＣを第１可変機構１とし排気ＶＥＬを第２可変機構２として構成し、クランキング開始前における排気ＶＥＬ２の状態を含む機関状態に基づきコントローラ２２からクランキング開始前に、排気ＶＴＣ１の作動を制御する作動制御信号を出力するようになっている。
【０１６２】
具体的には、図２９の制御フローチャートに記載されているように、まず、ステップ１１１でイグニッションキーがオンされていると判断した場合には、ステップ１１２において第２可変機構２である排気ＶＥＬの実位置を検出すると共に、ステップ１１３において第１可変機構１である排気ＶＴＣの実位置を検出する。さらにステップ１１４では、機関本体温度や吸気管内湿度などの機関状態を検出する。
【０１６３】
次に、ステップ１１５において、前記排気ＶＥＬ２の実位置及び機関状態を前提とした排気ＶＴＣ１の目標位置値、つまり有効膨張比と対応する排気弁開時期(ＥＶＯ)の目標値を演算によって算出する。例えば、図３０に示すように、冷機始動時に制御前ｂ’におけるＥＶＯが目標ＥＶＯの位置よりも遅角側に位置していた場合には、膨張比が大になることから排気温度が下がって排気エミッション性能が低下することから、同図ｂに示すように、排気ＶＴＣ２を制御してＥＶＯを下死点から離れる方向、つまり進角側へ制御して目標ＥＶＯに補正する。これによって、有効膨張比を低減して排気温度を上昇させることにより、良好な始動性を確保すると共に、排気エミッション性能の低下を防止できる。
【０１６４】
なお、図２９のステップ１１６〜１２０は、第１実施例の図７に示すステップ５〜１１の処理とほぼ同一であるから、具体的な説明は省略する。
【０１６５】
本発明は、前記各実施例に限定されるものではなく、例えば、各可変機構の動力源として、電動以外に油圧であってもよく、また、油圧の動力源であってもクランキング前に電動の油圧ポンプを作動させればクランキング前の切り換えも可能である。
【０１６６】
また、圧縮比を調整し得る可変機構は、公称圧縮比可変機構としても良いし、有効圧縮比可変機構としても良い。後者は、ピストンの吸入有効ストロークを変化可能な可変機構を意味し、具体的には吸気ＶＥＬのようなリフト・作動角可変型の有効圧縮比可変機構でも良いし、吸気ＶＴＣのような位相可変型の有効圧縮比可変機構としてもよい。
【０１６７】
また、膨張比を調整し得る可変機構は、公称膨張比可変機構としても良いし、有効膨張比可変機構としても良い。後者はピストンの排出有効ストロークを変化可能な可変機構を意味し、具体的には、排気ＶＥＬのようなリフト・作動角可変型の有効膨張比可変機構としても良いし、排気ＶＴＣのような位相可変型の有効膨張比可変機構としても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】本発明に係る内燃機関の始動制御装置の第１実施例を示す概略図である。
【図２】本実施例に供されるリフト・作動角可変機構と位相可変機構を示す斜視図である。
【図３】Ａ及びＢはリフト・作動角可変機構による小リフト制御時の作動説明図である。
【図４】Ａ及びＢは同リフト・作動角可変機構による最大リフト制御時の作動説明図である。
【図５】本実施例における吸気弁のバルブリフト量と作動角及びバルブタイミング特性図である。
【図６】Ａは本実施例に供される公称圧縮比可変機構による低圧縮比制御状態を示す内燃機関の縦断面図、Ｂは高圧縮比制御状態を示す内燃機関の縦断面図である。
【図７】本実施例におけるコントローラの制御フローチャート図である。
【図８】本実施例における吸気弁の閉時期を補正した状態を示す概念図である。
【図９】本実施例における吸気弁の閉時期を補正した状態を示す概念図である。
【図１０】本発明の第２実施例におけるコントローラによる制御フローチャート図である。
【図１１】本実施例における吸気弁の閉時期を補正した状態を示す概念図である。
【図１２】本実施例における吸気弁の閉時期を補正した状態を示す概念図である。
【図１３】本実施例におけるコントローラによるリフト可変機構の電動モータとスタータモータの通電のピーク位置をずらした状態を示す時間と電流値との特性図である。
【図１４】第３実施例の内燃機関の始動制御装置を示す概略図である。
【図１５】本実施例におけるコントローラの制御フローチャート図である。
【図１６】本実施例における排気弁の開時期を補正した状態を示す概念図である。
【図１７】本実施例における排気弁の開時期を補正した状態を示す概念図である。
【図１８】第４実施例におけるコントローラの制御フローチャート図である。
【図１９】本実施例における排気弁の開時期を補正した状態を示す概念図である。
【図２０】本実施例における排気弁の開時期を補正した状態を示す概念図である。
【図２１】第５実施例の内燃機関の始動制御装置を示す概略図である。
【図２２】本実施例におけるコントローラの制御フローチャート図である。
【図２３】本実施例における吸気弁と排気弁の開閉時期を補正した状態を示す概念図である。
【図２４】本実施例における吸気弁と排気弁の開閉時期を補正した状態を示す概念図である。
【図２５】第６実施例の内燃機関の始動制御装置を示す概略図である。
【図２６】本実施例におけるコントローラの制御フローチャート図である。
【図２７】本実施例における吸気弁のリフト・作動角を補正した状態を示す概念図である。
【図２８】第７実施例の内燃機関の始動制御装置を示す概略図である。
【図２９】本実施例におけるコントローラの制御フローチャート図である。
【図３０】本実施例における排気弁の開時期を補正した状態を示す概念図である。
【符号の説明】
【０１６９】
０１…ピストン
０２…クランクシャフト
０７…スタータモータ
１…リフト・作動角可変機構（第１可変機構）
２…位相可変機構
３…公称圧縮比可変機構(第２可変機構)
４…吸気弁
６…駆動軸
２０…電動モータ
２２…コントローラ
２７…クランク角センサ
２８…駆動軸角センサ
２９…制御軸角センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機関の始動性能の向上を図り得る内燃機関の始動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、内燃機関の始動時の排気エミッションの規制強化やハイブリット車による再始動頻度の増加に伴って始動性を十分に向上させる技術の開発が望まれており、この開発技術の一つとして以下の特許文献１に記載されている起動制御装置が知られている。
【０００３】
この起動制御装置は、吸気弁閉時期を可変制御する可変動弁機構と、公称圧縮比εを可変制御する可変圧縮比機構とを備えている。可変動弁機構は、吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小制御可能なリフト・作動角可変機構とリフト中心角(位相)を変化させる位相可変機構とから構成されている。
【０００４】
そして、クランキング初期には、各機構の作動制御を行わず、例えばリフト・作動角を小のままとし、クランキング回転上昇後に、前記リフト中心角を遅角させて、つまり吸気弁閉時期を下死点に近づけることにより圧縮比を高めて吸気温度を上昇させる。これによって、燃焼性を高めて、速やかに機関を回転起動させることが期待されている。
【特許文献１】特開２００２−２７６４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された起動制御装置にあっては、クランキング開始後に、前記可変動弁機構や可変圧縮比機構にコントローラから制御信号が出力されて作動させるようになっているため、各機構がそれぞれ目標位置になるまでに遅れが発生してしまう。特に、クランキング開始後に圧縮比を制御するため、クランクシャフトが回転起動する初期、つまりクランクシャフトが最初に回転する初回クランキング時に制御が行なえない。したがって、始動性能を十分に向上させることができないと考えられる。
【０００６】
本発明は、前記従来の起動制御装置の技術的課題に鑑みて案出したもので、クランキング開始前に圧縮比または膨張比を制御可能な可変機構にコントローラから制御信号を出力することによって、該可変機構の作動を早めて始動性能を十分の向上させることのできる内燃機関の始動制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、気筒内の圧縮比または膨張比を制御する第１可変機構と、該第１可変機構とは異なる作動手段によって作動し、前記圧縮比または膨張比を制御する第２可変機構と、を備え、機関のクランキング開始前における前記第２可変機構の現在の状態を含む機関状態に基づき、クランキング開始前に、コントローラから前記第１可変機構の作動手段に作動制御信号を出力することを特徴としている。
【０００８】
この発明によれば、クランキング開始時点では、第１可変機構の作動手段にコントローラから制御信号が出力されて、第１可変機構の作動制御が行われているため、機関状態において適切な条件で始動を開始できる。すなわち、第２可変機構の現在の作動位置などを含みかつ例えば低温下などにおける機関状態に基づいた適切な位置に第１可変機構が切り替わっているので、クランキング開始時点、つまりクランクシャフトの初期回転時から良好な始動性を実現できる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明の始動制御装置を前提として、前記第１可変機構を、ピストンの有効ストロークを変化させて圧縮比または膨張比を制御する機構として構成する一方、前記第２可変機構を、機関の燃焼室の容積を変化させて圧縮比または膨張比を制御する機構として構成したことを特徴としている。
【００１０】
この発明も、クランキング開始時点では、第１可変機構の作動が行われているので、第２可変機構の作動位置の状態を含む機関状態に基づいて第１可変機構が適切な位置に切り替わっていることから、クランキング開始時点から良好な始動性が得られる。
【００１１】
第３の発明は、前記第１または第２の発明の始動制御装置を前提として、前記第１可変機構を、吸気弁の閉時期を変更して有効圧縮比を変化させる吸気弁閉時期可変機構として構成する一方、前記第２可変機構を、ピストン吸入行程時の下死点における筒内容積とピストン圧縮行程時の上死点における筒内容積の比である公称圧縮比を変更する公称圧縮比可変機構として構成したことを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、公称圧縮比(公称膨張比)可変機構が、クランキング開始前にクランキングに不適切な位置にあった場合であっても、第１可変機構である吸気弁閉時期可変機構によって吸気弁の閉時期を制御して有効圧縮比を変化させて実圧縮比を補正するため、クランキング開始時点から良好な始動性を得ることができる。
【００１３】
第４の発明としては、機関のクランキング開始前における前記第２可変機構の現在の状態と機関温度を含む機関状態に基づき、クランキング前に、コントローラから前記第１可変機構である吸気弁作動特性可変機構の作動を制御する制御信号を出力することを特徴としている。
【００１４】
これによれば、機関温度による実圧縮比要求も加味した上で、第１可変機構(吸気弁作動特性可変機構)により実圧縮比を補正するので、さらに良好な始動性が得られる。
【００１５】
第５の発明は、第４発明を引用したものであって、機関始動前に機関温度が低温の場合に、第２可変機構の公称圧縮比に応じて第１可変機構により吸気弁閉時期(ＩＶＣ)を制御すると共に、前記公称圧縮比が低いほど、クランキング開始前に、前記第１可変機構によってＩＶＣを下死点付近に近づけるような作動信号をコントローラから作動手段に出力することを特徴としている。
【００１６】
これによれば、冷機時に公称圧縮比が低い場合であっても、第１可変機構(吸気弁作動特性可変機構)により有効圧縮比が高く制御されるので実圧縮比を高められ、その結果、安定的な燃焼が実現でき、よって、始動性能を向上できる。
【００１７】
第６の発明は、第４の発明を引用したものであって、機関始動前に機関温度が高温のときに、第２可変機構の公称圧縮比が高いほど、クランキング前に、ＩＶＣを下死点付近から遠ざけるように制御する作動制御信号をコントローラから前記第１可変機構の作動手段に出力することを特徴としている。
【００１８】
これによれば、機関高温時に公称圧縮比が高い場合であっても、第１可変機構により有効圧縮比が低く制御されるので、クランキング１回転目から生じる起動振動やプレイグニッションなどを抑制できる。
【００１９】
第７の発明は、第１発明を引用したもので、前述の始動制御装置において、排気弁の開時期(ＥＶＯ)を制御するようにしたものである。
【００２０】
つまり、前記第２可変機構を、ピストン膨張行程の下死点における筒内容積とピストン圧縮行程の上死点における筒内容積の比である公称膨張比を調整可能な公称膨張比可変機構によって構成し、第１可変機構を、排気弁の開時期(ＥＶＯ)を調整することによって有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構によって構成し、機関のクランキング開始前における前記第２可変機構の状態を含む機関状態に基づき、クランキング開始前に、コントローラが前記第１可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００２１】
この発明によれば、公称膨張比可変機構がクランキング開始前に不適切な位置にあった場合であっても、第１可変機構によって有効膨張比を変化させて実膨張比を補正するため、クランキング開始時点から良好な始動性が得られる。
【００２２】
第８の発明は、第７の発明を引用したものであって、クランキング開始前における第２可変機構の状態と機関温度を含む機関状態に基づき、クランキング開始前に、コントローラから前記第１可変機構(排気弁作動特性可変機構)の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００２３】
この発明によれば、機関温度による実膨張比要求をも加味した上で、第１可変機構によって実膨張比が補正されるため、さらに良好な始動性が得られる。
【００２４】
第９の発明は、第８の発明を引用したものであって、機関温度が低温時の場合な、第２可変機構の公称膨張比が高いほど、クランキング開始前に、コントローラから前記第１可変機構に排気弁開時期（ＥＶＯ）を下死点より早めに制御するような作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００２５】
クランキング前の機関の温度が低温の場合に公称膨張比が大きく排気温度が低下している場合に、第１可変機構によって排気弁開時期（ＥＶＯ）を早めて実膨張比を低減する、すなわち、燃焼ガスの温度が低下しないよううちに排出させることによって排気温度の上昇を図り、この結果、触媒の昇温が促進され、排気エミッションが低減する。
【００２６】
第１０の発明は、第８の発明を引用したものであって、前記第２可変機構の公称膨張比が逆に小さい場合に、クランキング開始前、コントローラから前記第１可変機構に、排気弁開時期（ＥＶＯ）を下死点側に遅らせて制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００２７】
第１可変機構によって減少した膨張仕事を増加させることができるので機関回転が安定する。
【００２８】
第１１の発明は、第１発明を引用し、前述の始動制御装置における公称圧縮比または公称膨張比を制御するものであって、
前記第２可変機構を、吸気弁閉時期を調整することによって有効圧縮比を調整可能な吸気弁作動特性制御機構または排気弁開時期を調整することによって有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構によって構成し、前記第１可変機構を、公称圧縮比または公称膨張比を調整可能な公称圧縮比または公称膨張比可変機構とし、クランキング開始前に、コントローラから前記第１可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００２９】
この発明によれば、クランキング開始前の第２可変機構の実位置が誤作動によって目標から外れた位置になっている場合であっても、第１可変機構により実圧縮比または実膨張比を補正できるので、最低限の始動性は保証される。
【００３０】
すなわち、例えば第２可変機構として排気弁作動特性可変機構を用い、これによって排気弁開時期（ＥＶＯ）を早く制御した場合は、膨張行程の期間が短くなることから、機関の有効仕事が減少して機関の回転が不安定になる。そこで、第１可変機構によって公称膨張比を増加させれば、膨張仕事が増加することになって機関回転を安定化させることが可能になる。
【００３１】
また、冷機時に排気弁開時期（ＥＶＯ）が遅い場合は、膨張期間長いので、排気温度が低く触媒の活性化が遅れて排気エミッションのＨＣが増加してしまうおそれがある。
【００３２】
そこで、第１可変機構によって公称膨張比を低減化すれば、排温が上昇し、もって排気エミッションのＨＣなどを低減できる。
【００３３】
第１２の発明は、第１の発明を引用したものであって、前記排気弁開時期（ＥＶＯ）に対する吸気弁閉時期（ＩＶＣ）制御またはＩＶＣに対するＥＶＯ制御を前述の始動制御装置によって行うものである。
【００３４】
すなわち、前記第２可変機構を、排気弁開時期(ＥＶＯ)を調整することによって有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構あるいは吸気弁閉時期(ＩＶＣ)を調整することによって有効圧縮比を調整可能な吸気弁作動特性可変機構の一方とし、前記第１可変機構を、排気弁開時期（ＥＶＯ）を調整することによって有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構あるいは吸気弁閉時期(ＩＶＣ)を調整することによって有効圧縮比を調整可能な吸気弁作動特性可変機構の他方とし、機関のクランキング開始前における前記第２可変機構の状態を含む機関状態に基づきクランキング開始前に、コントローラから前記第１可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００３５】
これによれば、前述のような、公称圧縮比(公称膨張比)可変機構を用いることによる弊害、すなわち、公称圧縮比と公称膨張比が常に同一変化することによる弊害を回避できる。例えば、冷機始動時に燃焼を良くしようとして公称圧縮比を高めると、公称膨張比が増加して排気温度が低下してしまい排気エミッション性能が悪化してしまう。
【００３６】
これに対して、有効圧縮比を制御できる機構と有効膨張比を制御できる機構を別個に設け、かつ一方の実位置に基づいて他方をクランキング開始前から制御するので、前記弊害を回避しつつ始動性を高められる。
【００３７】
第１３の発明は、第１２の発明を引用したものであって、第２可変機構を、排気弁開時期(ＥＶＯ)を調整することによって有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構とし、第１可変機構を、吸気弁閉時期(ＩＶＣ)を調整することによって有効圧縮比を調整可能な吸気弁作動特性可変機構として構成し、クランキング開始前における前記第２可変機構の状態を含む機関状態に基づきコントローラからクランキング開始前に、前記第１可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００３８】
これによれば、例えば冷機始動時に、第２可変機構により排気弁開時期（ＥＶＯ）が下死点に対して過度に早かった場合には、実膨張比が低下して排気温度が上昇し排気エミッションのＨＣが低減するが、駆動仕事が低下して機関回転が不安定になるおそれがある。そこで、排気弁開時期（ＥＶＯ）に応じて第１可変機構の吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を下死点側に近づければ、実圧縮比高まるため、燃焼が改善され、結果として機関の安定性と排気エミッションのＨＣ低減化が図れる。
【００３９】
あるいは、機関始動前の冷機時に、第２可変機構によってＥＶＯが下死点付近になっていた場合には、排気温度が低下してしまい、排気エミッションが悪化してしまう。そこで、ＩＶＣを下死点から離間させると有効圧縮比が低下して燃焼速度が緩慢になって燃焼が遅れ、ＥＶＯ時点での排気温度についていえば、逆に高めることが可能になり、もって排気エミッションのＨＣを低減できる。
【００４０】
第１４の発明は、第１の発明を引用したものであって、第２可変機構のＩＶＣまたはＥＶＯに対し第１可変機構のそれぞれのＩＶＣまたはＥＶＯを、前述の始動制御装置によって制御するものである。
【００４１】
例えば第２可変機構を、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を調整することで、有効圧縮比を調整可能な吸気弁作動特性可変機構とし、第１可変機構によって吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を調整することで、有効圧縮比を調整可能な別の吸気弁作動特性可変機構とし、クランキング開始前における前記第２可変機構の状態を含む機関状態に基づいてコントローラからクランキング開始前に、前記第１可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００４２】
この発明によれば、第２可変機構の位置が目標から外れている場合でも、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を第１可変機構によって補正することができるので、始動に適切な吸気弁閉時期（ＩＶＣ）にすることができ、もって良好な始動性を実現できる。
【００４３】
第１５の発明は、第１の発明を引用したものであって、同様に第２可変機構を、排気弁開時期(ＥＶＯ)を調整することで有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構として構成し、前記第１可変機構を、排気弁開時期(ＥＶＯ)を調整することによって有効膨張比を調整可能な別の排気弁作動特性可変機構として構成し、クランキング開始前における前記第２可変機構の状態を含む機関状態に基づいてコントローラからクランキング開始前に、前記第１可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００４４】
この発明によれば、クランキング開始前の第２可変機構の位置が目標から外れている場合であっても、排気弁開時期（ＥＶＯ）を第１可変機構によって補正することができるので、始動に適切な排気弁開時期（ＥＶＯ）にすることが可能になり、よって、良好な始動性を実現できる。
【００４５】
第１６の発明は、第１の発明を引用したものであって、第２可変機構を機関停止前に制御するものである。
【００４６】
すなわち、第２可変機構を機関停止前に始動に適した位置へ作動させるため制御信号をコントローラから出力すると共に、クランキング開始前における前記第２可変機構の状態を含む機関の状態に基づき前記コントローラからクランキング開始前に、前記第１可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
【００４７】
この発明によれば、前記第２可変機構を機関停止前に始動に適した位置へ切り換える制御信号を発すると共に、クランキング開始前に第１可変機構によって補正されるため、確実に良好な始動性を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明に係る内燃機関の始動制御装置の各実施例を図面に基づいて詳述する。この各実施例は、例えば４サイクルの多気筒内燃機関で吸気弁側あるいは排気弁側に適用したものを示している。
〔第１実施例〕
まず、本発明における内燃機関の基本構造を、図１に基づいて概略を説明すると、シリンダブロックＳＢ内に形成されたシリンダボア内を燃焼圧力などによって上下摺動自在に設けられたピストン０１と、シリンダヘッドＳＨの内部にそれぞれ形成された吸気ポートＩＰ及び排気ポートＥＰと、該シリンダヘッドＳＨに摺動自在に設けられて前記吸、排気ポートＩＰ，ＥＰの開口端を開閉する一気筒当たりそれぞれ一対の吸気弁４，４及び排気弁５，５とを備えている。
【００４９】
前記ピストン０１は、クランクシャフト０２に後述するロアーリンク４２とアッパリンク４３とからなるコンロッド０３を介して連結されていると共に、冠面とシリンダヘッドＳＨの下面との間に燃焼室０４を形成している。また、前記シリンダヘッドＳＨのほぼ中央には、点火栓０５が設けられている。
【００５０】
そして、この内燃機関には、図１及び図２に示すように、始動制御装置が設けられている。この始動制御装置は、両吸気弁４，４のバルブリフト及び作動角（開期間）を制御するリフト・作動角可変機構としての第１可変機構（ＶＥＬ）１と、吸気弁４，４のリフト中心角(位相)を制御する位相可変機構（ＶＴＣ）２と、筒内の公称圧縮比ε(公称膨張比と同じ)を制御する公称圧縮比可変機構としての第２可変機構(ＶＣＲ)３と、から構成されている。
【００５１】
前記第１可変機構１は、両吸気弁４，４のバルブリフト及び作動角（開期間）を制御することによって該両吸気弁４，４の閉時期を変更して有効圧縮比を変化させる吸気弁閉時期可変機構として構成されており、具体的構造としては、本出願人が先に出願した例えば特開２００３−１７２１１２号公報などに記載されたものと同様である。
【００５２】
概略を説明すると、シリンダヘッドＳＨの上部の軸受に回転自在に支持された中空状の駆動軸６と、該駆動軸６の外周面に圧入等により固設された偏心回転カムである駆動カム７と、駆動軸６の外周面に揺動自在に支持されて、各吸気弁４，４の上端部に配設されたバルブリフター８、８の上面に摺接して各吸気弁４，４を開作動させる２つの揺動カム９，９と、駆動カム７と揺動カム９，９との間に介装されて、駆動カム７の回転力を揺動運動に変換して揺動カム９，９に揺動力として伝達する伝達機構とを備えている。
【００５３】
前記駆動軸６は、一端部に設けられたタイミングスプロケット３０を介して前記クランクシャフト０２から図外のタイミングチェーンによって回転力が伝達されており、この回転方向は図２中、矢印方向に設定されている。
【００５４】
前記駆動カム７は、ほぼリング状を呈し、内部軸方向に形成された駆動軸挿通孔を介して駆動軸６に貫通固定されていると共に、カム本体の軸心が駆動軸６の軸心から径方向へ所定量だけオフセットしている。
【００５５】
前記両揺動カム９は、図２及び図３などにも示すように、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、円環状のカムシャフト１０の両端部に一体的に設けられていると共に、該カムシャフト１０が内周面を介して駆動軸６に回転自在に支持されている。また、下面にカム面９ａが形成され、カムシャフト１０の軸側の基円面と、該基円面からカムノーズ部側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部の先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面が形成されており、該基円面とランプ面及びリフト面が、揺動カム９の揺動位置に応じて各バルブリフター８の上面の所定位置に当接するようになっている。
【００５６】
前記伝達機構は、駆動軸６の上方に配置されたロッカアーム１１と、該ロッカアーム１１の一端部１１ａと駆動カム７とを連係するリンクアーム１２と、ロッカアーム１１の他端部１１ｂと揺動カム９とを連係するリンクロッド１３とを備えている。
【００５７】
前記ロッカアーム１１は、中央に有する筒状の基部が支持孔を介して後述する制御カムに回転自在に支持されていると共に、一端部１１ａがピン１４によってリンクアーム１２に回転自在に連結されている一方、他端部１１ｂがリンクロッド１３の一端部にピン１５を介して回転自在に連結されている。
【００５８】
前記リンクアーム１２は、比較的大径な円環状の基部１２ａの中央位置に前記駆動カム７のカム本体が回転自在に嵌合する嵌合孔が形成されている一方、突出端１２ｂが前記ピン１４によってロッカアーム一端部１１ａに連結されている。
【００５９】
前記リンクロッド１３は、他端部がピン１６を介して揺動カム９のカムノーズ部に回転自在に連結されている。
【００６０】
また、駆動軸６の上方位置に同じ軸受部材に制御軸１７が回転自在に支持されていると共に、該制御軸１７の外周に前記ロッカアーム１１の支持孔に摺動自在に嵌入されて、ロッカアーム１１の揺動支点となる制御カム１８が固定されている。
【００６１】
前記制御軸１７は、駆動軸６と並行に機関前後方向に配設されていると共に、駆動機構１９によって回転制御されている。一方、前記制御カム１８は、円筒状を呈し、軸心位置が制御軸１７の軸心から所定分だけ偏倚している。
【００６２】
前記駆動機構１９は、図外のハウジングの一端部に固定された電動モータ２０と、ハウジングの内部に設けられて電動モータ２０の回転駆動力を前記制御軸１７に伝達する伝達手段２１とから構成されている。
【００６３】
前記電動モ−タ２０は、比例型のＤＣモータによって構成され、機関運転状態を検出するエンジンコントロールユニットとしてのコントローラ２２からの制御信号によって駆動するようになっている。
【００６４】
前記伝達手段２１は、電動モータ２０の駆動シャフトとほぼ同軸上に配置されたボール螺子軸２３と、該ボール螺子軸２３の外周に螺合する移動部材であるボールナット２４と、前記制御軸１７の一端部に直径方向に沿って連結された連係アーム２５と、該連係アーム２５と前記ボールナット２４とを連係するリンク部材２６とから主として構成されている。
【００６５】
前記ボール螺子軸２３は、両端部を除く外周面全体に所定幅のボール循環溝が螺旋状に連続して形成されていると共に、一端部に結合された電動モータ２０の駆動シャフトの回転駆動力が伝達されるようになっている。
【００６６】
前記ボールナット２４は、内周面に前記ボール循環溝と共同して複数のボールを転動自在に保持するガイド溝が螺旋状に連続して形成され、各ボールを介してボール螺子軸２３の回転運動をボールナット２４に直線運動に変換しつつ軸方向の移動力が付与されるようになっている。
【００６７】
前記コントローラ２２は、現在の機関回転数Ｎ（ｒｐｍ）をクランク角から検出するクランク角センサ２７からの出力信号や、エアーフローメータからの吸入空気量（負荷）、その他、アクセル開度センサ、車速センサ、ギア位置センサ、機関本体の温度Ｔ１を検出する機関冷却水温センサ３１、さらには大気湿度センサから吸気管内の湿度Ｈ１などの各種情報信号から現在の機関状態を検出している。また、駆動軸６の回転角度を検出する駆動軸角度センサ２８や制御軸１７の回転角度センサ２９からの検出信号を入力するようになっており、クランク角センサ２７と駆動軸角度センサ２８からの信号によって後述するスプロケット３０と駆動軸６との相対回転位置、つまり位相可変機構２の位置を検出するようになっている。また、前記制御軸１７の回転角度センサ２９からの情報信号によって第１可変機構１の位置を検出するようになっている。
【００６８】
以下、前記第１可変機構１の基本作動を説明すると、所定の運転領域で、前記コントローラ２２からの電動モータ２０への通電制御によって該電動モータ２０が回転駆動し、この回転トルクによってボール螺子軸２３が一方向へ回転すると、ボールナット２４が最大一方向（電動モータ２０に接近する方向）へ直線状に移動し、これによって制御軸１７がリンク部材２６と連係アーム２５を介して一方向へ回転する。
【００６９】
したがって、制御カム１８は、図３Ａ、Ｂ（リアビュー）に示すように、軸心が制御軸１７の軸心の回りを同一半径で回転して、肉厚部が駆動軸６から上方向に離間移動する。これにより、ロッカアーム１１の他端部１１ｂとリンクロッド１３の枢支点は、駆動軸６に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム９は、リンクロッド１３を介してカムノーズ部側が強制的に引き上げられて全体が図３に示す反時計方向へ回動する。
【００７０】
よって、駆動カム７が回転してリンクアーム１２を介してロッカアーム１１の一端部１１ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド１３を介して揺動カム９及びバルブリフター１６に伝達され、これによって、吸気弁４，４は、そのバルブリフト量が図５のバルブリフト曲線で示すように小リフト（Ｌ１）になり、その作動角Ｄ１（クランク開弁期間の半分）が小さくなる。
【００７１】
したがって、デコンプ効果と小リフト低フリクション効果、燃費効果などが得られる。
【００７２】
そして、別の運転状態では、コントローラ２２からの制御信号によって電動モータ２０が逆回転して、この回転トルクがボール螺子軸２３に伝達されて回転すると、この回転に伴ってボールナット２４が反対方向（電動モータ２０から離れる方向）へ直線移動する。これにより、制御軸１７が、図３中、反時計方向へ所定量だけ回転駆動する。
【００７３】
このため、制御カム１８は、軸心が制御軸１７の軸心から所定量だけ下方の回転角度位置に保持され、肉厚部が下方へ移動する。このため、ロッカアーム１１は、全体が図３の位置から時計方向へ移動して、これによって各揺動カム９がリンク部材１３を介してカムノーズ部側が強制的に押し下げられて、全体が時計方向へ僅かに回動する。
【００７４】
したがって、駆動カム７が回転してリンクアーム１２を介してロッカアーム１１の一端部１１ａを押し上げると、そのリフト量がリンク部材１３を介して各揺動カム９及びバルブリフタ８に伝達され、吸気弁４，４のリフト量が図５に示すように、中リフト（Ｌ２）になり、作動角Ｄ２も大きくなる。
【００７５】
これによって、吸気弁４，４の閉時期が遅角側の下死点近傍に制御されることから、有効圧縮比が高くなって冷機始動時などにおける燃焼が良好になる。また、新気の充填効率も高くなって燃焼トルクも大きくなる。
【００７６】
また、暖機後の低回転低負荷域では、例えば、リフトを小リフトＬ１に制御し、位相可変機構２によって遅角制御すれば、排気弁５，５とのバルブオーバーラップが小さくなって、燃焼が安定し、また小リフトで動弁フリクションが小さいことから燃費を向上させることもできる。
【００７７】
また、中負荷域などで、コントローラ２２によって前述と同じく中リフト（Ｌ２）付近に制御し、位相可変機構２によってリフト位相が進角制御すれば、排気弁５，５とのバルブオーバーラップが大きくなり、ポンピングロスが低下するため、燃費が向上する。
【００７８】
また、高回転高負荷領域に移行した場合などは、コントローラ２２からの制御信号によって電動モータ２０がさらに逆回転し、制御軸１７は、制御カム１８をさらに反時計方向へ回転させて、図４Ａ、Ｂに示すように軸心を下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム１１は、全体がさらに駆動軸６方向寄りに移動して他端部１１ｂが揺動カム９のカムノーズ部を、リンクロッド１３を介して下方へ押圧して該揺動カム９全体を所定量だけさらに時計方向へ回動させる。
【００７９】
よって、駆動カム７が回転してリンクアーム１２を介してロッカアーム１１の一端部１１ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド１３を介して揺動カム９及びバルブリフター８に伝達されるが、そのバルブリフト量は図５に示すようにＬ２からＬ３に連続的に大きくなる。その結果、高回転域での吸気充填効率を高め、もって出力を向上させることができる。
【００８０】
すなわち、吸気弁４，４のリフト量は、機関の運転状態に応じて小リフトのＬ１から大リフトＬ３まで連続的に変化するようになっており、したがって、各吸気弁４，４の作動角も小リフトＤ１から大リフトのＤ３まで連続的に変化する。
【００８１】
次に、前記位相可変機構２は、図２に示すように、前記駆動軸６の前端部に設けられたスプロケット３０と、このスプロケット３０と前記駆動軸６とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用油圧アクチュエータ３２と、から構成されている。前記スプロケット３０は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動している。
【００８２】
前記位相制御用油圧アクチュエータ３２への油圧供給は、同じ前記コントローラ２２からの制御信号に基づき、図外の第２油圧制御部によって制御されている。この位相制御用油圧アクチュエータ３２への油圧制御によって、スプロケット３０と駆動軸６とが相対的に回転し、図５に示すように、リフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。位相可変機構２としては、油圧式のものに限られず、電動モータや電磁式アクチュエータを利用したものなど、種々の構成が可能である。
【００８３】
前記第２可変機構３は、図１及び図６Ａ、Ｂに示し、この第２可変機構３は、前記従来技術として掲げた特開２００２−２７６４４６に記載されたものと同様な構成である。構造を簡単に説明すると、クランクシャフト０２は、複数のジャーナル部４０とクランクピン部４１とを備えており、シリンダブロックＳＢの主軸受に、ジャーナル部４０が回転自在に支持されている。前記クランクピン部４１は、ジャーナル部４０から所定量偏心しており、ここに第２リンクとなるロアリンク４２が回転自在に連結されている。
【００８４】
前記ロアリンク４２は、左右の２部材に分割可能に構成されているとともに、略中央の連結孔に前記クランクピン部４１が嵌合している。
【００８５】
第１リンクとなるアッパリンク４３は、下端側が連結ピン４４によりロアリンク４２の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン４５によりピストン０１に回動可能に連結されている。
【００８６】
第３リンクとなるコントロールリンク４６は、上端側が連結ピン４７によりロアリンク４２の他端に回動可能に連結され、下端側が制御シャフト４８を介して機関本体の一部となるシリンダブロックＳＢの下部に回動可能に連結されている。詳しくは、制御シャフト４８は、回転可能に機関本体に支持されているとともに、その回転中心から偏心している偏心カム部４８ａを有し、この偏心カム部４８ａに前記コントロールリンク４６下端部が回転可能に嵌合している。
【００８７】
前記制御シャフト４８は、コントローラ２２からの制御信号に基づき、電動モータを用いた圧縮比制御アクチュエータ４９によって回動位置が制御される。
【００８８】
前記のような複リンク式ピストン−クランク機構を用いた第２可変機構３においては、前記制御シャフト４８が圧縮比制御アクチュエータ４９によって回動されると、偏心カム部４８ａの中心位置、特に、機関本体に対する相対位置が変化する。これにより、コントロールリンク４６の下端の揺動支持位置が変化する。そして、前記コントロールリンク４６の揺動支持位置が変化すると、ピストン０１の行程が変化し、図６Ａ、Ｂに示すように、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン０１の位置が高くなったり低くなったりする。これにより、公称圧縮比εを変えることが可能となる。この公称圧縮比εは、ピストン０１のストロークによる燃焼室の容積変化のみで決まる幾何学的な圧縮比蛩であって、ピストン０１の吸入行程下死点における筒内容積とピストン０１の圧縮行程上死点における筒内容積の比である。
【００８９】
図６Ａは低公称圧縮比状態を示し、Ｂは高公称圧縮比状態をそれぞれ示しているが、これらの間で圧縮比を連続的に変化させることができる。
【００９０】
ここで、ピストン圧縮上死点における筒内容積をＶＯ、行程容積をＶとしたとき、ピストン下死点における筒内容積はＶＯ＋Ｖとなるので、
圧縮比εは、ε＝(ＶＯ＋Ｖ)／ＶＯ＝Ｖ／ＶＯ＋１と表せる。
図６ＡのεはＶ１／ＶＯ１＋１、図６Ｂの圧縮比εはＶ２／ＶＯ２＋１であるが、ここで、Ｖ１≒Ｖ２でＶＯ１＞ＶＯ２になるので、圧縮比εはＢの方がＡよりも大きくなる。
【００９１】
なお、公称膨張比の定義は、ピストンの膨張行程下死点における筒内容積とピストンの圧縮行程上死点における筒内容積の比である。前者もピストン吸入下死点における筒内容積と同じであるから、常に公称膨張比＝公称圧縮比となっている。
【００９２】
また、第２可変機構３においては、リンクディメンジョンを適切に選定することにより、単振動に近いピストンストローク特性が得られる。この単振動に近いストローク特性は振動騒音の上でも有利ではあるが、特に、上死点付近のピストン速度が、一般的な単リンク式ピストン−クランク機構に比べて、２０％前後緩やかとなる。これは、前述したように、特に冷機時のような燃焼速度が遅い条件下で、初期の火炎核の生成、成長の上で有利となる。
【００９３】
また、第１可変機構１と位相可変機構２及び第２可変機構３と組み合わせた本実施例では、最終的な実圧縮比は、公称圧縮比に加え、吸気弁閉時期の制御、すなわち、有効圧縮比の制御によって左右される。つまり、吸気弁４、４が閉じた時点から実質的な圧縮が開始するため、公称圧縮比蛩が高くても、吸気弁閉時期が下死点よりも早くなると、実圧縮比はその分だけ低下することになる。ここで実圧縮比というのは、吸入空気がどの程度圧縮されるのかを示す指標である。吸入空気は、公称圧縮比により幾何学的に圧縮されるだけではなく、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）により筒内に吸入される空気量自体が変化するので、これによっても実圧縮比が影響を受けることになる。吸気弁閉時期により吸入空気量が変化した分を加味した圧縮比を特に有効圧縮比と呼んでいる。さらに補足すると、吸気弁閉時期によって吸入するピストンストロークが変化することから、有効圧縮比可変機構というのは、ピストンの有効吸入ストロークを変化できる可変機構ということができる。
【００９４】
図７は本実施例の前記第１可変機構１，第２可変機構３および位相可変機構２を制御するためのシステムの作動を説明するフローチャートである。
【００９５】
すなわち、ステップ１では、イグニッションキーをオンしたか否かを判断し、オンしていない場合はそのままリターンするが、オンした場合には、ステップ２において第２可変機構３の現在の公称圧縮比εを検出する。
【００９６】
次に、ステップ３では、第１可変機構１や位相可変機構２の実位置を前記センサから出力された信号によって検出し、さらにステップ４において前記各センサから出力された情報信号に基づいて機関温度や吸気管内の湿度などの機関状態を検出する。
【００９７】
ステップ５では、前記検出された公称圧縮比εやリフト中心角位置及び機関状態に基づいて第１可変機構１の切り換え目標を演算する。すなわち、例えば公称圧縮比εが高い状態になっている場合には、第１可変機構１にコントローラ２２からの制御電流を出力して吸気弁４，４のリフト・作動角を、図８のａ’に示す制御前の比較的大きなリフト・作動角からａに示す小リフト・作動角に制御して、吸気弁閉時期ＩＶＣを下死点から早い時期(進角)の方向に離れるように目標値が演算によって設定される。
【００９８】
これによって、過大な圧縮比εであっても吸気弁閉時期を早める効果(有効圧縮比低減)によって実圧縮比を通常レベルに抑制し、この結果、クランキング初回回転から問題となるコンプレション大による始動振動やプレイグニッションを抑制することができる。
【００９９】
ここで、吸気弁閉時期ＩＶＣを早めることによる有効圧縮比の低減とは、下死点よりある程度前で吸気弁４，４が閉じると、閉じた時点が大気圧であって下死点位置で負圧となり、そこから圧縮が開始されるため、圧縮上死点での圧力は低下(デコンプレッション)することをいっている。
【０１００】
また、ここで、位相可変機構２の位置によってもＩＶＣは変化するので、検出された位相可変機構２の位置を加味した上で、ＩＶＣの目標値に合わせるように第１可変機構１の縮小作動角が選択される。また、機関温度が高いと、機関のフリクションが小さいため要求空気量がやや低下したり、プレイグニッションが出やすくなるので、ＩＶＣはさらに若干下死点から離れる側に補正される。また、吸気管内の湿度が高いと、要求空気量(体積)が増加するので、逆にややＩＶＣが下死点側に若干補正される。
【０１０１】
このようにして第１可変機構１の切り換え作動角目標値が最終的に演算され、そして、その目標値と現在の第１可変機構１による作動角の乖離が所定以上ある場合は第１可変機構１の切り換え信号が出力される。
【０１０２】
一方、公称圧縮比εが低い状態になっている場合には、第１可変機構１により吸気弁４，４のリフト・作動角を、図９のａ’に示す制御前の比較的小さなリフト・作動角からａに示す中、大リフト・作動角に制御して、吸気弁閉時期ＩＶＣを下死点側に近づく補正、つまり遅くなるように目標値が演算によって設定される。
【０１０３】
つまり、圧縮比εが過小の場合は、コンプレッションが小さくなることによって燃焼の不安定化を招く可能性があるが、その場合、第１可変機構１によって作動角をやや増大制御してＩＶＣを下死点側に補正し(有効圧縮比向上効果)、これによって実圧縮比を向上させる。なお、この作動角制御は、前記位相可変機構２の位置や機関温度、吸気管内の湿度なども加味して行われる。
【０１０４】
次にステップ６では、第１可変機構１の実位置が前記目標値に対して所定値以上に乖離しているか否かを判断し、乖離していないと判断した場合は、ステップ７に移行し、ここでは第１可変機構１と位相可変機構２及び第２可変機構３の位置を保持する信号を出力し、その後、ステップ９に移行する。
【０１０５】
一方、ステップ６において、乖離していると判断した場合は、ステップ８に移行し、ここで再度第１可変機構１に前記目標値に制御する信号を出力すると共に、位相可変機構２及び第２可変機構３に対して位置保持信号を出力する。
【０１０６】
前記ステップ９では、再度第１可変機構１の実位置を読み込み、ステップ１０に進み、ここでは第１可変機構１が前記目標値の位置に作動しているか否か、つまり目標値からの乖離は所定値以下か否かを判断する。
【０１０７】
乖離が所定値以上であれば、ステップ９に戻り、以下であればステップ１１においてスタータモータへ通電してクランキングを開始する制御を行う。
【０１０８】
ほぼ同時にステップ１２で、燃料の噴射及び点火栓に点火信号を出力して完爆制御を行う。
【０１０９】
したがって、円滑な始動性が実現される。特に、クランキング開始前から予め第１可変機構１への制御信号が出力されていることから、クランキング初期に第１可変機構１による吸気弁閉時期（ＩＶＣ）が公称圧縮比εに応じて適切に補正される。よって、クランキング初期のクランクシャフト初回回転から公称圧縮比εによらず円滑な始動、つまり始動振動やプレイグニッションが抑制され、また燃焼の安定性の高い円滑な始動が実現する。これにより、排気エミッション性能の向上も図れる。
〔第２実施例〕
図１０は第２実施例を示し、リフト・作動角可変機構１と位相可変機構２とを組み合わせたものを第１可変機構としたものであって、これと公称圧縮比可変機構である第２可変機構(ＶＣＲ)３に対する前記コントローラ２２による具体的な制御フローチャートを説明する。
【０１１０】
まず、ステップ２１においてイグニッションキーがオンされていると判断した場合には、ステップ２２〜２４に移行し、ここでは第１実施例と同じく、第２可変機構３の現在の公称圧縮比εを検出すると共に、リフト・作動角可変機構１と位相可変機構２の実位置や、機関本体温度や吸気管内の湿度などの機関状態を検出する。
【０１１１】
次に、ステップ２５では、前記公称圧縮比εの他に前記機関状態を前提としたリフト・作動角可変機構１と位相可変機構２のそれぞれの目標位置値を演算する。
【０１１２】
すなわち、公称圧縮比εが高くなっている場合は、図１１のａに示すように、リフト・作動角可変機構１によって吸気弁作動角を、制御前の図１１のａ’に比較してやや縮小させて吸気弁閉時期ＩＶＣを下死点よりも早める（進角)位置に制御する。その際に、位相可変機構２によってリフト中心角を制御して吸気弁開時期（ＩＶＯ）をもとのＩＶＯ位置(進角位置)とほぼ一致させるように目標値(目標位置)を演算によって設定する。このＩＶＯを遅角させたままの状態にしていると、ピストン０１が下がった時点、つまり筒内負圧が発達した時点で吸気弁４，４が開くので、混合気のガス流動が強くなり、プレイグニッションが発生し易くなる。したがって、これに対応するために、位相可変機構２によってＩＶＯを進角側に設定するのである。
【０１１３】
また、位相可変機構２の作動を併用することによってリフト・作動可変機構１の作動角変化も小さくて済むことから、該リフト・作動角可変機構１の切り換え応答性も向上する。
【０１１４】
一方、前記公称圧縮比εが低くなっている場合には、図１２のａに示すように、前述した第１実施例と同様に、制御前の作動角を示す図１２のａ’のＩＶＣを下死点側に遅らせる目標値を立てる。これによって、実圧縮比を高めて燃焼改善を図ることが可能になる。しかし、ＩＶＯは位相可変機構２の遅角制御によってあまり変えないように設定する。これは、リフト・作動角可変機構１だけで制御するＩＶＯ進角(第１実施例)では、吸気弁４，４が開く時点の負圧発達が低減するので、混合気のガス流動が弱まってしまうからである。
【０１１５】
これに対して、前述のように、位相可変機構２を併用すれば、ＩＶＯを変化させることによって、強いガス流動を確保しつつＩＶＣを下死点付近に制御することができるので、圧縮比εが過小の場合に、実圧縮比アップによる燃焼改善する効果に加えて、ＩＶＯのやや遅角側の設定を維持でき、ガス流動強化による燃焼改善効果を得ることができる。したがって、第１実施例のものよりも効果を高めることが可能になる。
【０１１６】
また、ＩＶＯを維持するのではなく、高圧縮比εの場合に、積極的にＩＶＯをさらに早め、ガス流動をさらに低減してプレイグニッションを一層抑制することも可能になる。逆に低圧縮比εの場合は、積極的にＩＶＯをさらに遅らせてガス流動を積極的に高めて、燃焼を良くすることも可能である。
【０１１７】
次に、ステップ２６では、リフト・作動角可変機構１と位相可変機構２の両者に実位置が前記目標値に対して所定値以上に乖離しているか否かを判断し、乖離していないと判断した場合は、ステップ２７に移行し、ここではリフト・作動角可変機構１と位相可変機構２の位置を保持する信号を出力し、その後、ステップ２９に移行する。
【０１１８】
一方、ステップ２６において、乖離していると判断した場合は、ステップ２８に移行し、ここでリフト・作動角可変機構１と位相可変機構２の少なくとも一方に対して、前記目標値に切り換える制御信号を出力する。
【０１１９】
前記ステップ２９では、リフト・作動角可変機構１と位相可変機構２のそれぞれに流れる電流値Ｉ１、Ｉ２を読み込み、ステップ３０に進む。
【０１２０】
このステップ３０では、電流値Ｉ１とＩ２の和がピークタイミングＴｐを越えたか否かを判断し、ピークタイミングＴｐを越えない場合はステップ２９に戻り、越えた場合はステップ３１に移行し、ここでスタータモータに電流を出力してクランキングを開始させる。つまり、図１３に示すように、前記ピークタイミングＴｐが越えてからクランキング用のスタータモータに通電するようになっている。したがって、スタータモータのピーク電流が発生するタイミングにおいて、Ｉ１＋Ｉ２はピークを越えているので、クランキングの際のバッテリーの負担が小さくなり、良好な始動性を実現することができる。
【０１２１】
そして、前記ステップ３１によってスタータモータへ通電によりクランキングが開始されると、ほぼ同時にステップ３２で、燃料の噴射及び点火栓に点火信号を出力して完爆制御を行う。
【０１２２】
したがって、円滑な始動性が実現される。特に、クランキング開始前から予めリフト・作動角可変機構１と位相可変機構２の両方に制御信号が出力されていることから、公称圧縮比εに応じて両者１，２によりＩＶＣとＩＶＯが適切に補正するため、より円滑な始動性が実現できる。よって、クランキング初回回転から円滑な回転が確保されて良好な始動性、つまり始動振動抑制効果に加えてさらにプレイグニッションを抑制しかつ燃焼がさらに安定した状態での始動を実現できる。これによって、排気エミッション性能の向上も図れる。
〔第３実施例〕
図１４は第３実施例を示し、リフト・作動角可変機構(ＶＥＬ)１と位相可変機構(ＶＴＣ)２を、吸気弁４，４側ではなく排気弁５，５側に設け、これらによって排気弁５，５の開時期(ＥＶＯ)を変更し、有効膨張比を変えられるようになっており、これらの可変機構１，２は、第１実施例の図２に示すものと同様の構成になっている。また、この実施例でも、前記第２可変機構３としての公称圧縮比可変機構が設けられており、これは、公称膨張比を変更可能な公称膨張比比可変機構(ＶＣＲ)でもあって、符号をε’として記載する(ε＝ε’)。
【０１２３】
他の構成は第１実施例のものと同様であるから構造の具体的な説明は省略する。なお、この実施例では、前記排気側の位相変更機構(ＶＴＣ)２が第１可変機構として構成され、公称膨張比可変機構３が第２可変機構として構成されている。
【０１２４】
図１５はこの第３実施例におけるコントローラ２２の制御フローチャートを示し、基本的な処理流れは図７に示したものとほぼ同一であるから、同じ箇所の説明は省略する。
【０１２５】
ステップ４１でイグニッションキーがオンされた場合には、ステップ４２で第２可変機構３の公称膨張比ε’を検出し、次に、ステップ４３において第１可変機構である排気側の位相変更機構２やリフト・作動角可変機構１の実位置を検出、さらに、ステップ４４では、機関本体の温度などの機関の状態を検出する。
【０１２６】
次に、ステップ４５では、前記検出された公称膨張比ε’やリフト・作動角可変機構１におけるリフト・作動角位置及び機関状態に基づいて排気位相可変機構２の切り換え目標を演算する。
【０１２７】
すなわち、例えば公称膨張比ε’が高い状態になっている場合には、有効機関仕事が増加して排気温度が低下して触媒の活性化に時間が掛かり、始動の排気エミッション性能が低下するおそれがある。
【０１２８】
そこで、位相可変機構２にコントローラ２２からの制御電流を出力して排気弁５，５のリフト中心角を、図１６のｂ’に示す制御前におけるような遅角状態から図１６のｂに示すように進角側に制御して排気弁５，５の開時期（ＥＶＯ）を早める目標値とする。これによって、筒内燃焼ガスの温度が下がらないうちに排気弁５，５を開く。すなわち、実膨張比を低下させるのである。そうすることによって、排気温度が上昇するので、排気エミッション性能の低下を抑制できる。
【０１２９】
また、前記ＥＶＯは、機関の諸条件によって若干補正され、例えば機関温度が低い場合は、排気温度もさらに低下するので、ＥＶＯをさらに早めて、すなわち、実膨張比を低下させ、排気温度の上昇効果を高めることができる。
【０１３０】
一方、公称膨張比ε’が低い場合は、機関の有効仕事が低下し、燃焼の不安定化が生じやすくなる。そこで、この場合は、図１７のｂに示すように、ｂ’に示す制御前の状態からＥＶＯを遅らせて下死点に近づける。つまり実膨張比を高めるのである。これによって、ピストン０１にさせる仕事量を増加し、燃焼を安定化させることもできる。
【０１３１】
ここで、実膨張比について説明すると、これは燃焼ガスがどの程度膨張されると筒内から排出されるかを示す指標である。これは、公称膨張比により幾何学的に決められる部分以外に、排気弁開時期（ＥＶＯ）により排出開始タイミングが決まるので、排気弁開時期（ＥＶＯ）によっても実膨張比は影響を受けることになる。排気弁開時期（ＥＶＯ）を加味した膨張比を特に有効膨張比と呼んでいる。さらに補足すると、排気弁開時期により排出するピストンストロークが変化することから、有効膨張比可変機構というのは、ピストンの有効排出ストロークを変化させることのできる可変機構といえる。
【０１３２】
したがって、ステップ４６では、位相可変機構２の実位置は目標値(位置)に対して各所定値以上乖離しているか否かを判断し、乖離していない場合はステップ４７に移行し、ここで、位相可変機構２の位置が目標位置と同じかそれに近いのでこの位置を保持する信号を位相可変機構２に出力する。
【０１３３】
ステップ４６で、所定以上乖離していると判断した場合は、ステップ４８に移行し、ここでは位相可変機構２を目標値へ切り換える制御する信号を出力する。
【０１３４】
ステップ４９では、位相可変機構２の実位置を読み込み、ステップ５０で位相可変機構２の実位置が目標位置から所定値乖離しているか否かを再び判断し、乖離していないと判断した場合は、前述のように、ステップ５１、５２においてクランキングが開始されると共に、噴射燃料に点火して完爆制御を行う。
【０１３５】
したがって、公称膨張比ε’によらずクランキング初期のクランクシャフト１回転目から円滑な回転が確保されて良好な始動性、つまり燃焼の安定化による完爆促進や、排気エミッション性能の向上が図れる。
〔第４実施例〕
図１８は第４実施例におけるコントローラの制御フローチャートを示し、装置は第３実施例の装置ものから排気側のリフト・作動角可変機構を廃止して排気側の位相可変機構２のみとし、この位相可変機構(ＶＴＣ)２を第２可変機構として構成し、公称膨張比可変機構(ＶＣＲ)３を第１可変機構として構成した。
【０１３６】
まず、ステップ６１では、イグニッションキーがオフされたか否かを判断し、オフされたと判断した場合は、機関再始動における冷機始動を予め考慮して、ステップ６２において、ＶＣＲ３に目標の高膨張比ε’となるように切り換え制御信号を出力すると共に、ステップ６３において、排気ＶＴＣ２にＥＶＯが進角側となるように切り換え信号を出力する。この結果、完全に切り換った状態あるいは切り換え途中で内燃機関の停止を向かえることになる。
【０１３７】
一方、ステップ６１でオンと判断された場合は、ステップ６４において前記ＶＣＲ３の現在の公称膨張比ε’を検出すると共に、ステップ６５では、排気ＶＴＣ２の実位置を検出する。つまり、前記イグニッションキーオフ時の制御によってＶＣＲ３及び排気ＶＴＣ２作動によって冷機始動に適した位置になっている。また、ステップ６６では、前述のように、機関本体の温度などの機関状態を検出する。
【０１３８】
次に、ステップ６７では、排気ＶＴＣ２と機関状態を前提として、公称膨張比ε’の目標位置値を演算する。
【０１３９】
続いて、ステップ６８で公称膨張比ε’が目標位置に対して所定値以上乖離しているか否かを判断し、乖離していない、つまり目標位置あるいはそれに近い場合は、ステップ６９に移行する。ここでは、ＶＣＲ３の公称膨張比ε’を保持する信号を出力する。
【０１４０】
一方、乖離していると判断した場合は、ステップ７０に移行してＶＣＲ３に目標公称膨張比ε’となるように制御信号を出力する。すなわち、例えば、図１９に示すように、排気弁５，５の開時期ＥＶＯが図１９のｂ’に示すように進角側になっていて、公称膨張比ε’が十分に高くなっていなかった場合には、排気ＶＣＲ３を制御して高膨張比ε’に切り換える制御を行う。この高膨張比ε’になると、公称圧縮比εも必然的に高くなることも加わって、燃焼が良好になり、ピストン０１の仕事も増加して機関の燃焼が安定化する。しかし、この場合、排気温度が下がってしまうおそれもあるが、排気ＶＴＣ２によってＥＶＯが進角しているので、筒内ガス温度が高い時点で排気弁５，５が開くので排気温度も維持でき、排気エミッションのＨＣなども抑制される。
【０１４１】
また、図２０のｂ’に示すように、排気ＶＴＣ２の排気弁開時期（ＥＶＯ）が下死点側に遅れていた場合は、公称膨張比ε’が大きいと排気温度が下がってしまうので、公称膨張比ε’を下げて、つまり、実膨張比を下げて排気温度を上昇させるのである。
【０１４２】
したがって、排気ＶＴＣ２に位置によって公称膨張比ε’を切り換えることによって排気エミッション性能を向上させることが可能になる。
【０１４３】
また、これらの制御においては、公称膨張比ε’は機関状態なども加味されて、若干補正され、例えば図２０において機関本体温度が高温であった場合には、公称膨張比ε’をさらに大きくしても排気温度は確保できるので、有効仕事を増加させ、燃焼安定、燃費向上も得ることが可能になる。
【０１４４】
もとに戻って、ステップ７１では、公称膨張比ε’の実位置を再度読み込み、ステップ７２では、実位置における公称膨張比ε’の位置は目標位置値からの乖離が所定値以下になっているか否かを判断し、所定値以上であればステップ７１に戻るが所定値以下であればステップ５３に移行する。
【０１４５】
このステップ７３及びステップ７４では、前述と同様にスタータモータへの通電によるクランキングの開始と噴射燃料に対する点火制御を行って完爆させるが、そこで前述した効果が得られるわけである。
〔第５実施例〕
図２１は第５実施例を示し、吸気側の有効圧縮比を変化可能なリフト・作動角可変機構（吸気ＶＥＬ）１と吸気側の位相可変機構（吸気ＶＴＣ）２ａ(両方で第１可変機構を構成)とを設けると共に、排気弁５，５の開時期(ＥＶＯ)を制御して有効膨張比を変化させる位相可変機構２ｂ(排気ＶＴＣ)(第２可変機構を構成)を設け、前記公称圧縮(膨張)比可変機構を廃止したものである。
【０１４６】
これらの各可変機構のコントローラ２２による制御を図２２のフローチャートに基づいて説明する。
【０１４７】
ステップ８１においてイグニッションキーがオフされていると判断した場合はリターンするが、オンされていると判断した場合は、ステップ８２では、排気ＶＴＣ２ｂの実位置を検出し、ステップ８３で吸気ＶＥＬ１と吸気ＶＴＣ２ａの実位置を検出する。さらに、ステップ８４では現在の機関状態を検出する。
【０１４８】
ステップ８５では、排気ＶＴＣ２ｂの実位置や機関状態を前提として吸気ＶＥＬ１と吸気ＶＴＣ２ａの目標位置値を演算によって算出し、ステップ８６では、前記吸気ＶＥＬ１と吸気ＶＴＣ２ａの実位置が、各目標位置に対して各所定値以上乖離しているか否かを判断する。
【０１４９】
ここで、例えば排気弁開時期（ＥＶＯ）の位置が、図２４ｂに示すように、下死点よりも早い位置にあったとすると、実膨張比が低下して排気温度が上昇し、排気エミッションが低減するが、駆動仕事が低下して機関回転の不安定化を招く。この場合、同図ａに示すように、吸気ＶＥＬ１と吸気ＶＴＣ２ａによって吸気弁閉時期ＩＶＣを制御前ａ’よりも下死点側に近づければ、実圧縮比が高まるので、燃焼が改善される。結果的に機関回転の安定性と排気エミッション性能向上の両方を満足させることができる。
【０１５０】
また、吸気ＶＥＬ１と吸気ＶＴＣ２ａの協調によって吸気弁開時期（ＩＶＯ）をやや遅らせる制御を行えば吸気弁４，４開弁時の筒内負圧を発達させることが可能になり、これにより混合気ガスの流動が強化されて、さらに燃費が向上する。
【０１５１】
また、前記排気弁開時期（ＥＶＯ）が図２３のｂに示すように、下死点近くまで遅角していた場合には、排気温度が低下してしまう。このため、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を、図２３に示すように、制御前ａ’よりもａのように下死点よりも早めれば、有効圧縮比が下がって燃焼速度を緩慢にすると燃焼が遅れて、ＥＶＯの時点での排気温度が逆に高めることが可能になり、この結果、排気エミッションのＨＣを低減できる。
【０１５２】
さらに、吸気弁開時期（ＩＶＯ）を、吸気ＶＴＣ２ａの協調によってほぼ同等の位置に保持すれば、排気弁開時期（ＥＶＯ）と吸気弁開時期（ＩＶＯ)のバルブオーバラップも増加するので、燃焼がさらに緩慢になって、排気弁開時期（ＥＶＯ）時点の排気温度をさらに上昇させることができ、より排気エミッション性能を向上させることが可能になる。
【０１５３】
図２２に示すフローチャート図におけるステップ８７〜９２は、前記図１０と同じように、吸気ＶＥＬ１、ＶＴＣ２ａ及び排気ＶＴＣ２ｂの保持制御、あるいは吸気ＶＥＬ１、ＶＴＣ２ａの切り換え制御などの処理であるから説明を省略する。
【０１５４】
なお、この第５実施例において、吸気側のリフト・作動角可変機構（吸気ＶＥＬ）を廃止して、第１可変機構を吸気側位相可変機構（吸気ＶＥＬ）２ａのみで構成することもでき、その場合は、システムが簡素化される。
【０１５５】
また、図２２のフローチャートにおいて、ステップ８３では、吸気ＶＴＣのみの実位置検出が行われ、ステップ８５では、吸気ＶＴＣのみの目標値を設定し、ステップ８６で吸気ＶＴＣの実位置が目標値より所定以上乖離していた場合には、ステップ８８において吸気ＶＴＣに切り換え信号を出力するのである。そして、ステップ８９で吸気ＶＴＣの電流値Ｉ２を読み込み、ステップ９０においてＩ２がピークタイミングを越えた時点でステップ９１でクランキング、ステップ９２で完爆制御を行うのである。
【０１５６】
ここで、ステップ８９での吸気ＶＴＣの目標値設定であるが、排気弁開時期（ＥＶＯ）が図２４ｂに示す下死点より早い位置であった場合、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）を同様に下死点付近とすれば、燃焼が改善される。
【０１５７】
また、排気弁開時期（ＥＶＯ）が図２３ｂに示す下死点付近の位置であった場合は、ＩＶＣを同様に下死点から早める方向に制御して有効圧縮比を下げ、燃焼を緩慢にして、ＥＶＯ時点での排気温度を高め、排気エミッション性能を向上させることができる。
【０１５８】
このように、吸気側のリフト・作動角可変機構（吸気ＶＥＬ）がなく、吸気ＶＴＣ２ａのみであってもほぼ狙った効果を得ることができる。
〔第６実施例〕
図２５は第６実施例を示し、ＶＣＲや排気側の可変機構を設けずに、吸気側のＶＥＬを第１可変機構１とし、同じく吸気側のＶＴＣを第２可変機構２として構成したもので、機関のクランキング開始前における吸気ＶＴＣの状態を含む機関状態に基づいてコントローラ２２がクランキング開始前に前記吸気ＶＥＬの作動を制御する制御信号を出力するようになっている。
【０１５９】
具体的には、図２６の制御フローチャートに記載されているように、まず、ステップ１０１でイグニッションキーがオンされていると判断した場合には、ステップ１０２において第２可変機構２である吸気ＶＴＣの実位置を検出すると共に、ステップ１０３において第１可変機構１である吸気ＶＥＬの実位置を検出する。さらにステップ１０４では、機関本体温度や吸気管内湿度などの機関状態を検出する。
【０１６０】
次に、ステップ１０５において、前記吸気ＶＴＣ２の実位置及び機関状態を前提とした吸気ＶＥＬ１の目標位置値、つまり有効圧縮比と対応する吸気弁閉時期(ＩＶＣ)の目標値を演算によって算出する。例えば、図２７に示すように、制御前ａ’におけるＩＶＣが目標ＩＶＣの位置よりも遅角側に位置していた場合には、同図ａに示すように、吸気ＶＥＬ１の作動角を縮小してＩＶＣを下死点から離れる方向に制御して目標ＩＶＣにあわせる。これによって、動弁のフリクション低下と適度なコンプレッションを得て良好な始動性を確保できる。
【０１６１】
なお、図２６のステップ１０６〜１１０は、第１実施例の図７に示すステップ５〜１１の処理とほぼ同一であるから、具体的な説明は省略する。
〔第７実施例〕
図２８は第７実施例を示し、今度は吸気側ではなく排気側を可変制御し、排気ＶＴＣを第１可変機構１とし排気ＶＥＬを第２可変機構２として構成し、クランキング開始前における排気ＶＥＬ２の状態を含む機関状態に基づきコントローラ２２からクランキング開始前に、排気ＶＴＣ１の作動を制御する作動制御信号を出力するようになっている。
【０１６２】
具体的には、図２９の制御フローチャートに記載されているように、まず、ステップ１１１でイグニッションキーがオンされていると判断した場合には、ステップ１１２において第２可変機構２である排気ＶＥＬの実位置を検出すると共に、ステップ１１３において第１可変機構１である排気ＶＴＣの実位置を検出する。さらにステップ１１４では、機関本体温度や吸気管内湿度などの機関状態を検出する。
【０１６３】
次に、ステップ１１５において、前記排気ＶＥＬ２の実位置及び機関状態を前提とした排気ＶＴＣ１の目標位置値、つまり有効膨張比と対応する排気弁開時期(ＥＶＯ)の目標値を演算によって算出する。例えば、図３０に示すように、冷機始動時に制御前ｂ’におけるＥＶＯが目標ＥＶＯの位置よりも遅角側に位置していた場合には、膨張比が大になることから排気温度が下がって排気エミッション性能が低下することから、同図ｂに示すように、排気ＶＴＣ２を制御してＥＶＯを下死点から離れる方向、つまり進角側へ制御して目標ＥＶＯに補正する。これによって、有効膨張比を低減して排気温度を上昇させることにより、良好な始動性を確保すると共に、排気エミッション性能の低下を防止できる。
【０１６４】
なお、図２９のステップ１１６〜１２０は、第１実施例の図７に示すステップ５〜１１の処理とほぼ同一であるから、具体的な説明は省略する。
【０１６５】
本発明は、前記各実施例に限定されるものではなく、例えば、各可変機構の動力源として、電動以外に油圧であってもよく、また、油圧の動力源であってもクランキング前に電動の油圧ポンプを作動させればクランキング前の切り換えも可能である。
【０１６６】
また、圧縮比を調整し得る可変機構は、公称圧縮比可変機構としても良いし、有効圧縮比可変機構としても良い。後者は、ピストンの吸入有効ストロークを変化可能な可変機構を意味し、具体的には吸気ＶＥＬのようなリフト・作動角可変型の有効圧縮比可変機構でも良いし、吸気ＶＴＣのような位相可変型の有効圧縮比可変機構としてもよい。
【０１６７】
また、膨張比を調整し得る可変機構は、公称膨張比可変機構としても良いし、有効膨張比可変機構としても良い。後者はピストンの排出有効ストロークを変化可能な可変機構を意味し、具体的には、排気ＶＥＬのようなリフト・作動角可変型の有効膨張比可変機構としても良いし、排気ＶＴＣのような位相可変型の有効膨張比可変機構としても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】本発明に係る内燃機関の始動制御装置の第１実施例を示す概略図である。
【図２】本実施例に供されるリフト・作動角可変機構と位相可変機構を示す斜視図である。
【図３】Ａ及びＢはリフト・作動角可変機構による小リフト制御時の作動説明図である。
【図４】Ａ及びＢは同リフト・作動角可変機構による最大リフト制御時の作動説明図である。
【図５】本実施例における吸気弁のバルブリフト量と作動角及びバルブタイミング特性図である。
【図６】Ａは本実施例に供される公称圧縮比可変機構による低圧縮比制御状態を示す内燃機関の縦断面図、Ｂは高圧縮比制御状態を示す内燃機関の縦断面図である。
【図７】本実施例におけるコントローラの制御フローチャート図である。
【図８】本実施例における吸気弁の閉時期を補正した状態を示す概念図である。
【図９】本実施例における吸気弁の閉時期を補正した状態を示す概念図である。
【図１０】本発明の第２実施例におけるコントローラによる制御フローチャート図である。
【図１１】本実施例における吸気弁の閉時期を補正した状態を示す概念図である。
【図１２】本実施例における吸気弁の閉時期を補正した状態を示す概念図である。
【図１３】本実施例におけるコントローラによるリフト可変機構の電動モータとスタータモータの通電のピーク位置をずらした状態を示す時間と電流値との特性図である。
【図１４】第３実施例の内燃機関の始動制御装置を示す概略図である。
【図１５】本実施例におけるコントローラの制御フローチャート図である。
【図１６】本実施例における排気弁の開時期を補正した状態を示す概念図である。
【図１７】本実施例における排気弁の開時期を補正した状態を示す概念図である。
【図１８】第４実施例におけるコントローラの制御フローチャート図である。
【図１９】本実施例における排気弁の開時期を補正した状態を示す概念図である。
【図２０】本実施例における排気弁の開時期を補正した状態を示す概念図である。
【図２１】第５実施例の内燃機関の始動制御装置を示す概略図である。
【図２２】本実施例におけるコントローラの制御フローチャート図である。
【図２３】本実施例における吸気弁と排気弁の開閉時期を補正した状態を示す概念図である。
【図２４】本実施例における吸気弁と排気弁の開閉時期を補正した状態を示す概念図である。
【図２５】第６実施例の内燃機関の始動制御装置を示す概略図である。
【図２６】本実施例におけるコントローラの制御フローチャート図である。
【図２７】本実施例における吸気弁のリフト・作動角を補正した状態を示す概念図である。
【図２８】第７実施例の内燃機関の始動制御装置を示す概略図である。
【図２９】本実施例におけるコントローラの制御フローチャート図である。
【図３０】本実施例における排気弁の開時期を補正した状態を示す概念図である。
【符号の説明】
【０１６９】
０１…ピストン
０２…クランクシャフト
０７…スタータモータ
１…リフト・作動角可変機構（第１可変機構）
２…位相可変機構
３…公称圧縮比可変機構(第２可変機構)
４…吸気弁
６…駆動軸
２０…電動モータ
２２…コントローラ
２７…クランク角センサ
２８…駆動軸角センサ
２９…制御軸角センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内の圧縮比または膨張比を制御する第１可変機構と、
該第１可変機構とは異なる作動手段によって作動し、前記圧縮比または膨張比を制御する第２可変機構と、を備え、
機関のクランキング開始前における前記第２可変機構の現在の状態を含む機関状態に基づき、クランキング開始前に、コントローラから前記第１可変機構の作動手段に作動制御信号を出力することを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置において、
前記第１可変機構を、ピストンの有効ストロークを変化させて圧縮比または膨張比を制御する機構として構成する一方、
前記第２可変機構を、機関の燃焼室の容積を変化させて圧縮比または膨張比を制御する機構として構成したことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項３】
前記請求項１または２に記載の内燃機関の始動制御装置において、
前記第１可変機構を、吸気弁の閉時期を変更して有効圧縮比を変化させる吸気弁閉時期可変機構として構成する一方、
前記第２可変機構を、ピストン吸入行程時の下死点における筒内容積とピストン圧縮行程時の上死点における筒内容積の比である公称圧縮比を変更する公称圧縮比可変機構として構成したことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項１】
気筒内の圧縮比または膨張比を制御する第１可変機構と、
該第１可変機構とは異なる作動手段によって作動し、前記圧縮比または膨張比を制御する第２可変機構と、を備え、
機関のクランキング開始前における前記第２可変機構の現在の状態を含む機関状態に基づき、クランキング開始前に、コントローラから前記第１可変機構の作動手段に作動制御信号を出力することを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置において、
前記第１可変機構を、ピストンの有効ストロークを変化させて圧縮比または膨張比を制御する機構として構成する一方、
前記第２可変機構を、機関の燃焼室の容積を変化させて圧縮比または膨張比を制御する機構として構成したことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項３】
前記請求項１または２に記載の内燃機関の始動制御装置において、
前記第１可変機構を、吸気弁の閉時期を変更して有効圧縮比を変化させる吸気弁閉時期可変機構として構成する一方、
前記第２可変機構を、ピストン吸入行程時の下死点における筒内容積とピストン圧縮行程時の上死点における筒内容積の比である公称圧縮比を変更する公称圧縮比可変機構として構成したことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２００８−１０６６０９（Ｐ２００８−１０６６０９Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８７１０６（Ｐ２００６−２８７１０６）
【出願日】平成１８年１０月２３日（２００６．１０．２３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２３日（２００６．１０．２３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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