(57)【要約】【課題】内燃機関の始動時における位相を変更するタイミングを改善する。【解決手段】クランクシャフト２０から動力が伝達されるカムシャフト３１の回転により開閉される吸気バルブ１５のバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御装置５０は、回転位相を変更してバルブタイミングを調整する位相変更部５２と、位相変更部を駆動する電動アクチュエータ５４と、電動アクチュエータの動作を制御する制御部５６と、を備え、制御部は、クランクシャフトの回転開始時におけるバルブタイミングを、基準位相よりも遅角側に設定された回転開始位相となるように制御し、内燃機関の気筒１１、１１ａに配置されるピストン１３、１３ａのクランクシャフトの回転開始後における最初の圧縮工程の上死点通過後から内燃機関の始動完了までの間に、バルブタイミングを回転開始位相よりも進角側に設定された始動位相となるように制御する始動時制御処理を実行する。【選択図】図５
2020101120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）において、クランクシャフト（２０）から動力が伝達されるカムシャフト（３１）の回転により開閉される吸気バルブ（１５）のバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御装置（５０）であって、
前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの相対的な回転位相を変更して前記バルブタイミングを調整する位相変更部（５２）と、
前記位相変更部を駆動する電動アクチュエータ（５４）と、
前記電動アクチュエータの動作を制御する制御部（５６）と、
を備え、
前記制御部は、前記クランクシャフトの回転開始時における前記バルブタイミングを、予め定められた基準位相よりも遅角側に設定された回転開始位相となるように制御し、前記内燃機関の気筒（１１、１１ａ）に配置されるピストン（１３、１３ａ）の前記クランクシャフトの回転開始後における最初の圧縮工程の上死点通過後から前記内燃機関の始動完了までの間に、前記バルブタイミングを前記回転開始位相よりも進角側に設定された始動位相となるように制御する始動時制御処理を実行する、
バルブタイミング制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバルブタイミング制御装置において、
前記制御部は、
前記内燃機関の温度を取得し、
取得された前記温度が、低温状態であることを示す予め定められた閾値温度以下である場合に、前記始動時制御処理を実行する、
バルブタイミング制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のバルブタイミング制御装置において、
前記回転開始位相は、最遅角付近に設定されている、
バルブタイミング制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のバルブタイミング制御装置において、
前記制御部は、前記始動時制御処理において、スタータモータ（２５）に電力を供給するバッテリ（４０）と前記バッテリに接続される装置とのうちの少なくとも一方の端子に印加される電圧の値を利用して、前記上死点通過のタイミングを特定する、
バルブタイミング制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のバルブタイミング制御装置において、
前記端子は、前記電動アクチュエータに設けられている、
バルブタイミング制御装置。
【請求項６】
請求項４に記載のバルブタイミング制御装置において、
前記端子は、前記スタータモータに設けられている、
バルブタイミング制御装置。
【請求項７】
請求項４から請求項６までのいずれか一項に記載のバルブタイミング制御装置において、
前記制御部は、前記始動時制御処理において、前記電圧の値の２回目の極小値を検知したタイミングを、前記上死点通過のタイミングと特定する、
バルブタイミング制御装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のバルブタイミング制御装置において、
前記制御部は、前記始動時制御処理において、前記内燃機関が備える複数の前記気筒のうち、前記クランクシャフトの回転開始後に最初に圧縮工程となる第１気筒（１１ａ）における第１ピストン（１３ａ）の最初の圧縮工程の前記上死点通過後から、前記クランクシャフトの回転開始後２番目に圧縮工程となる第２気筒（１１ｂ）における第２ピストン（１３ｂ）の最初の圧縮工程の上死点通過までの間に、前記バルブタイミングを前記始動位相となるように制御する、
バルブタイミング制御装置。
【請求項９】
内燃機関（１０）において、クランクシャフト（２０）から動力が伝達されるカムシャフト（３１）の回転により開閉される吸気バルブ（１５）のバルブタイミングを、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの相対的な回転位相を変更する位相変更部（５２）を駆動する電動アクチュエータ（５４）の動作を制御することにより制御するバルブタイミング制御方法であって、
前記クランクシャフトの回転開始時における前記バルブタイミングを、基準位相よりも遅角側に設定された回転開始位相となるように制御する工程と、
前記内燃機関の気筒（１１、１１ａ）に配置されるピストン（１３、１３ａ）の前記クランクシャフトの回転開始後における最初の圧縮工程の上死点通過後から前記内燃機関の始動完了までの間に、前記バルブタイミングを前記回転開始位相よりも進角側に設定された始動位相となるように制御する工程と、
を備える、
バルブタイミング制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、バルブタイミング制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の吸気バルブのバルブタイミングを制御する電動式のバルブタイミング制御装置が知られている。一般に、電動式のバルブタイミング調整装置では、クランクシャフトの回転開始直後からバルブタイミングを制御することが可能である。特許文献１に記載のバルブタイミング制御装置では、内燃機関のスタータモータがオンされてから内燃機関が始動されるまでの間に、始動に適した位相として最遅角位相と最進角位相とのほぼ中間の位相にバルブタイミングを制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６０６４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のバルブタイミング制御装置では、スタータモータがオンされた後に、具体的にどのタイミングで位相を始動に適した位相へと変更させるかについて、十分な検討がなされていない。このため、内燃機関の始動時における位相を変更するタイミングに関して、更なる改善の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本開示の一形態によれば、バルブタイミング制御装置（５０）が提供される。このバルブタイミング制御装置は、内燃機関（１０）において、クランクシャフト（２０）から動力が伝達されるカムシャフト（３１）の回転により開閉される吸気バルブ（１５）のバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御装置であって；前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの相対的な回転位相を変更して前記バルブタイミングを調整する位相変更部（５２）と；前記位相変更部を駆動する電動アクチュエータ（５４）と；前記電動アクチュエータの動作を制御する制御部（５６）と；を備え；前記制御部は、前記クランクシャフトの回転開始時における前記バルブタイミングを、予め定められた基準位相よりも遅角側に設定された回転開始位相となるように制御し、前記内燃機関の気筒（１１、１１ａ）に配置されるピストン（１３、１３ａ）の前記クランクシャフトの回転開始後における最初の圧縮工程の上死点通過後から前記内燃機関の始動完了までの間に、前記バルブタイミングを前記回転開始位相よりも進角側に設定された始動位相となるように制御する始動時制御処理を実行する。
【０００７】
この形態のバルブタイミング制御装置によれば、クランクシャフトの回転開始時におけるバルブタイミングを、予め定められた基準位相よりも遅角側に設定された回転開始位相となるように制御し、内燃機関の気筒に配置されるピストンのクランクシャフトの回転開始後における最初の圧縮工程の上死点通過後から内燃機関の始動完了までの間に、バルブタイミングを回転開始位相よりも進角側に設定された始動位相となるように制御する始動時制御処理を実行する。このため、クランクシャフトの回転開始後における最初の圧縮工程の上死点通過前に始動位相に制御する構成と比較して、ピストンを上昇させるためのクランクシャフトの回転に要するトルクを抑制できる。また、始動位相に制御することにより、内燃機関の始動時におけるエミッションを抑制できる。また、内燃機関の温度が低温状態である場合には、始動位相に制御することにより、燃焼室内の混合ガスの圧縮比を高めることができるので、燃焼までに要する時間を短縮でき、内燃機関の始動性の悪化を抑制できる。したがって、クランクシャフトの回転に要するトルクを抑制しつつ、内燃機関の始動時における不具合を抑制できる。このため、内燃機関の始動時における位相を変更するタイミングを改善できる。
【０００８】
本開示は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、バルブタイミング制御方法、バルブタイミング制御装置を備える内燃機関システム等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態のバルブタイミング制御装置を備える内燃機関システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】内燃機関の概略構成を示す説明図である。
【図３】バッテリに接続される装置の接続関係を示す模式図である。
【図４】始動時制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】エンジン回転数と電圧とバルブタイミングとの関係を示すタイミングチャートである。
【図６】第２実施形態における始動時制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】最初に圧縮工程となる気筒と２番目に圧縮工程となる気筒とを示す説明図である。
【図８】第２実施形態におけるエンジン回転数と電圧とバルブタイミングとの関係を示すタイミングチャートである。
【図９】第３実施形態における始動時制御処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．装置構成：
図１に示す内燃機関システム１００は、図示しない車両に搭載され、動力源として用いられる。内燃機関システム１００は、内燃機関１０と、バッテリ４０と、バルブタイミング制御装置５０と、電子制御ユニット９０とを備える。
【００１１】
図２に示すように、内燃機関１０は、４つの気筒１１が直列に配置された直列４気筒の吸気ポート噴射式エンジンにより構成されている。図１に示すように、内燃機関１０は、気筒１１と、クランクシャフト２０と、吸気カムシャフト３１と、排気カムシャフト３２とを備える。図１では、図示の便宜上、或る１つの気筒１１と、かかる気筒１１に接続された管系のみを示している。内燃機関１０は、吸気管６０と、排気管７０とにそれぞれ接続されている。
【００１２】
吸気管６０は、内燃機関１０に空気を供給する流路として機能する。吸気管６０には、上流側から順に、エアクリーナ６１と、エアフローメータ６２と、スロットルバルブ６３と、サージタンク６６と、吸気マニホールド６７とが設けられている。エアクリーナ６１は、空気中の塵等の異物を除去する。エアフローメータ６２は、吸入空気量を検出する。スロットルバルブ６３は、電動モータ等のアクチュエータ６４により駆動されて開度が調整されることにより、吸入空気量を調整する。スロットルバルブ６３の開度は、スロットル開度センサ６５により検出される。サージタンク６６は、吸気脈動を抑制する。図１および図２に示す吸気マニホールド６７は、各気筒１１に空気を導入するために分岐して設けられている。図１に示すように、各吸気マニホールド６７は、各吸気バルブ１５を介して各気筒１１とそれぞれ連通している。各吸気マニホールド６７には、燃料噴射弁６９がそれぞれ取り付けられている。燃料噴射弁６９は、例えば電磁駆動式のインジェクタにより構成され、燃料としてのガソリンを噴射する。噴射された燃料は、吸気管６０を介して導入された空気と混合される。
【００１３】
排気管７０は、内燃機関１０から排出されるガス（以下、単に「排出ガス」と呼ぶ）を、内燃機関システム１００の外部へと排出する流路として機能する。排気管７０には、上流側から順に、排気マニホールド７１と、浄化装置７２とが設けられている。排気マニホールド７１は、各排気バルブ１６を介して各気筒１１とそれぞれ連通し、排出ガスを排出する。浄化装置７２は、三元触媒等の触媒により排出ガスを浄化する。
【００１４】
内燃機関１０が備える各気筒１１は、それぞれシリンダブロック１２と、ピストン１３と、シリンダヘッド１４と、吸気バルブ１５と、排気バルブ１６と、点火プラグ１７とを有する。シリンダブロック１２とピストン１３とシリンダヘッド１４とに囲まれる空間は、燃焼室１８を構成している。燃焼室１８では、空気と燃料との混合ガスが燃焼される。
【００１５】
シリンダブロック１２には、図示しない冷却水流路が形成されており、冷却水温センサ１９が設けられている。冷却水温センサ１９は、冷却水流路を流れる冷却水の温度を、内燃機関１０の温度として検出する。冷却水温センサ１９によって検出された温度を示す信号は、電子制御ユニット９０へと送信される。シリンダブロック１２の内部には、ピストン１３が往復可能に配置されている。
【００１６】
ピストン１３は、コネクティングロッド２１を介してクランクシャフト２０に連結されている。コネクティングロッド２１は、ピストン１３の往復運動をクランクシャフト２０の回転運動に変換する。
【００１７】
シリンダヘッド１４は、シリンダブロック１２の上部に配置されている。シリンダヘッド１４には、吸気バルブ１５と排気バルブ１６と点火プラグ１７とが設けられている。
【００１８】
吸気バルブ１５は、燃焼室１８へと混合ガスを供給するための吸気ポートを開閉する。吸気バルブ１５が開かれていると、吸気マニホールド６７から燃焼室１８へと混合ガスが供給される。
【００１９】
排気バルブ１６は、燃焼室１８から排出ガスを排出するための排気ポートを開閉する。排気バルブ１６が開かれていると、燃焼室１８から排気マニホールド７１へと混合ガスが排出される。
【００２０】
点火プラグ１７は、燃焼室１８において火花放電を生じさせて混合ガスに着火する。点火プラグ１７は、イグナイタ４１からの点火信号に基づいて作動し、点火コイル４２から出力される高電圧が印加される。
【００２１】
クランクシャフト２０は、ピストン１３の往復運動に応じて回転する。クランクシャフト２０の外周近傍には、クランク角センサ２２が配置されている。クランク角センサ２２は、クランクシャフト２０が一定角度回転する毎にパルス信号を出力する。かかるパルス信号は、電子制御ユニット９０へと送信され、クランクシャフト２０の回転角度であるクランク角の算出や、単位時間当りのクランクシャフト２０の回転数であるエンジン回転速度の算出等に用いられる。クランクシャフト２０は、スタータモータ２５に接続されている。スタータモータ２５は、内燃機関１０の始動時にクランキングによってクランクシャフト２０に回転力を付与する。
【００２２】
吸気カムシャフト３１は、クランクシャフト２０からトルクが伝達されて回転する。吸気カムシャフト３１には、各気筒１１に対応して吸気カム３３がそれぞれ設けられている。各吸気カム３３は、略卵形の断面視形状を有し、互いに異なる角度で配置されている。各吸気カム３３の回転に応じて、各気筒１１の吸気バルブ１５が開閉される。したがって、内燃機関１０が備える４つの気筒１１における各吸気バルブ１５の開閉動作のタイミングは、気筒１１毎に異なる。吸気カムシャフト３１の外周近傍には、カム角センサ４５が配置されている。カム角センサ４５は、吸気カムシャフト３１が一定角度回転する毎にパルス信号を出力する。かかるパルス信号は、電子制御ユニット９０へと送信される。吸気カムシャフト３１の端部には、後述するバルブタイミング制御装置５０の位相変更部５２が接続されている。
【００２３】
排気カムシャフト３２は、クランクシャフト２０からトルクが伝達されて回転する。排気カムシャフト３２には、各気筒１１に対応して排気カム３４がそれぞれ設けられている。各排気カム３４は、略卵形の断面視形状を有し、互いに異なる角度で配置されている。各排気カム３４の回転に応じて、各気筒１１の排気バルブ１６が開閉される。したがって、内燃機関１０が備える４つの気筒１１における各排気バルブ１６の開閉動作のタイミングは、気筒１１毎に異なる。
【００２４】
本実施形態の内燃機関１０は、各気筒１１の内部においてピストン１３が２往復する間に、吸気工程、圧縮工程、膨張工程おび排気工程からなる一連の４工程を行なうと共に、圧縮工程および膨張工程の間に火花点火が行なわれるいわゆる４サイクルエンジンとして構成されている。各工程では、原則として次のような動作が行われる。
【００２５】
吸気工程では、排気バルブ１６が閉弁されるとともに吸気バルブ１５が開弁され、かつ燃料噴射弁６９から燃料が噴射される。ピストン１３の下降に伴う燃焼室１８内の圧力の低下によって、混合ガスが吸気管６０から燃焼室１８内へと吸入される。圧縮工程では、排気バルブ１６に加えて吸気バルブ１５が閉弁される。このため、ピストン１３の上昇に伴って燃焼室１８内の圧力が上昇し、混合ガスが昇圧、昇温される。膨張工程では、点火プラグ１７により点火が行われ、混合ガスが着火、燃焼される。かかる燃焼によって、ピストン１３は、下向きの力が付与されて下降する。排気工程では、排気バルブ１６が開弁される。このため、燃焼室１８内で発生した排出ガスがピストン１３の上昇に伴い排気管７０へと排出される。
【００２６】
バッテリ４０は、リチウムイオン電池により構成され、車両における電力供給源の１つとして機能する。なお、リチウムイオン電池に代えて、ニッケル水素電池等の任意の二次電池により構成されてもよい。
【００２７】
図３に示すように、バッテリ４０は、スタータモータ２５と、後述するバルブタイミング制御装置５０を駆動する電動アクチュエータ５４とに電気的に接続されており、電力を供給する。また、図１および図３に示すように、バッテリ４０は、スロットルバルブ６３を駆動するアクチュエータ６４、イグナイタ４１、燃料噴射弁６９等を含め、車両に搭載される他の補機類と電気的に接続されて電力を供給する。図３に示すように、スタータモータ２５と電動アクチュエータ５４と他の補機類とは、並列に接続されてそれぞれバッテリ４０から電力が供給される。
【００２８】
図１に示すバルブタイミング制御装置５０は、吸気バルブ１５の開閉タイミング（以下、「バルブタイミング」とも呼ぶ）を制御する。バルブタイミングの位相は、クランク角（°ＣＡ）を用いて表される。より具体的には、ピストン１３の下死点（ＢＤＣ：Bottom Dead Center）を０°ＣＡとしたときの、吸気バルブ１５が閉弁するタイミングの遅角量（ＡＢＤＣ：After Bottom Dead Center）により表される。本実施形態におけるバルブタイミングは、吸気バルブ１５の開弁するタイミングから閉弁するタイミングまでの開弁期間が一定に保持された状態で、進角または遅角される。バルブタイミング制御装置５０は、位相変更部５２と、電動アクチュエータ５４と、制御部５６とを有する。
【００２９】
位相変更部５２は、電動アクチュエータ５４により駆動され、クランクシャフト２０に対する吸気カムシャフト３１の相対的な回転位相を変更してバルブタイミングを調整する。本実施形態において、位相変更部５２は、クランクシャフト２０と連動して回転する図示しない駆動回転体と、吸気カムシャフト３１と連動して回転する図示しない従動回転体と、図示しない減速機構とを有し、減速機構によって駆動回転体と従動回転体との相対回転位相を変更する。減速機構は、例えば遊星歯車機構により構成されている。
【００３０】
電動アクチュエータ５４は、位相変更部５２の減速機構を駆動する。電動アクチュエータ５４には、バッテリ４０から電力が供給される。
【００３１】
制御部５６は、電動アクチュエータ５４の動作を制御することにより、バルブタイミング制御装置５０全体の動作を制御する。また、制御部５６は、後述するように、内燃機関１０の始動時に始動時制御処理を実行する。制御部５６は、内燃機関システム１００が備える電子制御ユニット９０の一部として構成されている。
【００３２】
電子制御ユニット９０は、ＣＰＵと記憶装置とを有するマイクロコンピュータであり、ＣＰＵが記憶装置に予め記憶されている制御プログラムを実行することにより、制御部５６として機能する。また、電子制御ユニット９０は、スロットル開度や燃料の噴射量、火花点火のタイミング等を含め、内燃機関システム１００全体の動作を制御する。電子制御ユニット９０には、冷却水温センサ１９、クランク角センサ２２、カム角センサ４５、エアフローメータ６２、スロットル開度センサ６５、アクセルセンサ４７等の各種センサから出力信号が出力される。アクセルセンサ４７は、車両の運転者によるアクセルペダル４８の踏み込み量を検出する。また、電子制御ユニット９０には、イグニッションスイッチ４９におけるオンオフ等の状態を示す信号が出力される。イグニッションスイッチ４９のオンオフ等は、車両の運転者により切り替えられ、内燃機関システム１００の起動および停止を行うために用いられる。
【００３３】
本実施形態のバルブタイミング制御装置５０は、電動アクチュエータ５４により駆動されるため、油圧により駆動される構成とは異なり内燃機関１０の始動時における制御が可能となっている。このため、本実施形態では、以下に説明する始動時制御処理を実行する。
【００３４】
Ａ−２．始動時制御処理：
図４に示す始動時制御処理は、イグニッションスイッチ４９がオン状態となって内燃機関システム１００が起動すると実行される。
【００３５】
制御部５６は、クランクシャフト２０の回転開始時におけるバルブタイミングを、基準位相よりも遅角側に設定された回転開始位相となるように制御する（ステップＳ１１０）。本実施形態において、基準位相は、クランクシャフト２０と吸気カムシャフト３１との回転位相が一致する位相として予め定められている。また、遅角側とは、吸気バルブ１５が閉弁するタイミングが遅くなることを意味する。また、本実施形態において、回転開始位相は、最遅角付近に設定されている。最遅角付近とは、最遅角から５°ＣＡ以内の範囲における位相を意味し、例えば、吸気バルブ１５の閉弁タイミングが約９０°ＡＢＤＣとなる位相であってもよい。
【００３６】
クランクシャフト２０の回転開始時におけるバルブタイミングを回転開始位相に制御する理由を、以下に説明する。圧縮工程では、燃焼室１８に導入された混合ガスを圧縮しながらピストン１３を上昇させるため、トルクを要する。特に、ピストン１３が静止している状態から動き始める場合、すなわち最初の圧縮工程の場合、機械的摩擦損失が大きいため、ピストン１３を上昇させるために大きなトルクを要する。ここで、クランクシャフト２０の回転開始時におけるバルブタイミングを最遅角付近に設定しておくことにより、吸気バルブ１５が圧縮工程において遅くまで開弁していることとなる。このため、吸気工程で燃焼室１８内に吸入された混合ガスの大部分は、吸気管６０側に戻される。すなわち、圧縮工程においてピストン１３の上昇に伴い圧縮されるべき混合ガスのうちの大部分が、圧縮されずに吸気管６０側に戻されることとなる。このため、圧縮工程において圧縮される混合ガスの量が少なくなり、混合ガスを圧縮させながらピストン１３を上昇させるために要するトルクが小さくなり、いわゆるデコンプの効果が得られる。
【００３７】
制御部５６は、クランクシャフト２０の回転開始後に最初に圧縮工程となる気筒１１のピストン１３が、最初の圧縮工程の上死点を通過したか否かを特定する（ステップＳ１２０）。本実施形態では、以下に説明するように、バッテリ４０の端子に印加される電圧の値を利用して、かかる上死点通過のタイミングを特定する。
【００３８】
図５に示すタイミングチャートにおいて、縦軸は、エンジン回転数（ｒｐｍ）、バッテリ４０の端子に印加される電圧（Ｖ）、バルブタイミングをそれぞれ示し、横軸は時刻を示している。ここで、バッテリ４０の端子に印加される電圧は、スタータモータ２５の端子に印加される電圧と、バルブタイミング制御装置５０の電動アクチュエータ５４の端子に印加される電圧とそれぞれ等しい。このため、図５の縦軸では、これらも併せて図示している。また、エンジン回転数は、クランクシャフト２０の回転数に相当する。
【００３９】
時刻ｔ０は、イグニッションスイッチ４９がオン状態となった時刻を示している。時刻ｔ０において、バルブタイミングは、最遅角付近に設定された回転開始位相に制御されている。
【００４０】
時刻ｔ１は、スタータモータ２５が始動されてクランクシャフト２０が回転し始めた時刻を示している。バッテリ４０の端子に印加される電圧は、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで一定に保たれており、時刻ｔ１においてスタータモータ２５への突入電流によって急降下する。時刻ｔ１においてクランクシャフト２０が回転し始めると、エンジン回転数が上昇する。
【００４１】
時刻ｔ２は、クランクシャフト２０の回転開始後に最初に圧縮工程となる気筒１１のピストン１３が最初の圧縮工程の上死点を通過する時刻を示している。圧縮工程の上死点を通過する際には、混合気を圧縮させながらピストン１３を上昇させる必要があるため、トルクを要する。このため、圧縮工程の上死点を通過する際には、スタータモータ２５に大電流が流れることとなり、バッテリ４０の電圧が低下する。また、エンジン回転数は、時刻ｔ２において、一時的に下降する。
【００４２】
図４に示すステップＳ１２０において、制御部５６は、バッテリ４０の端子に印加される電圧の値の２回目の極小値を検知したタイミングを、最初に圧縮工程となる気筒１１のピストン１３が最初の圧縮工程の上死点通過のタイミングと特定する。図５に示す例では、時刻ｔ１における極小値が１回目の極小値に相当し、時刻ｔ２における極小値が２回目の極小値に相当する。なお、２回目の極小値とは、始動時制御処理の実行開始後に検出される電圧値の２回目の極小値を意味する。
【００４３】
図４に示すように、クランクシャフト２０の回転開始後に最初に圧縮工程となる気筒１１のピストン１３が最初の圧縮工程の上死点を通過していないと特定された場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）、ステップＳ１１０に戻る。換言すると、バッテリ４０の端子に印加される電圧の値の２回目の極小値が検知されていない場合、ステップＳ１１０に戻る。
【００４４】
他方、バッテリ４０の端子に印加される電圧の値の２回目の極小値が検知されて、クランクシャフト２０の回転開始後に最初に圧縮工程となる気筒１１のピストン１３が最初の圧縮工程の上死点を通過したと特定された場合（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、制御部５６は、バルブタイミングを始動位相となるように制御する（ステップＳ１３０）。始動位相は、回転開始位相よりも進角側に設定されている。進角側とは、吸気バルブ１５が閉弁するタイミングが早くなることを意味する。本実施形態において、始動位相は、最遅角位相と最進角位相とのほぼ中間の位相に設定されている。なお、始動位相は、最遅角位相と最進角位相とのほぼ中間の位相に限らず、ＡＢＤＣ４５°ＣＡにおいて吸気バルブ１５が閉弁するバルブタイミングよりも進角側に設定された、混合ガスを燃焼可能な任意の位相に設定されていてもよい。
【００４５】
最初に圧縮工程となる気筒１１のピストン１３が最初の圧縮工程の上死点を通過した後に、バルブタイミングを始動位相に制御する理由を、以下に説明する。内燃機関１０の始動時には、燃焼室１８内の混合ガスを燃焼しやすくするために、圧縮比を高めることが望ましい。圧縮比を高めることにより、燃焼までに要する時間を短縮して内燃機関１０の始動性を向上できる。また、最初に圧縮工程となる気筒１１のピストン１３が最初の圧縮工程の上死点を乗り越えた後は、慣性によってクランクシャフト２０が容易に回転し、クランクシャフト２０の回転に大きなトルクを要しなくなる。したがって、本実施形態では、最初に圧縮工程となる気筒１１のピストン１３の最初の圧縮工程の上死点通過を検出したタイミングから進角を開始し、バルブタイミングを回転開始位相よりも進角側に設定された始動位相に制御することで、クランクシャフト２０の回転に要するトルクを抑制しつつ、始動性が悪化することを抑制する。また、始動位相に制御することにより、内燃機関１０の始動時におけるエミッションを低減できる。
【００４６】
本実施形態において、制御部５６は、図５に示すように、上死点通過が特定された時刻ｔ２において進角を開始し、時刻ｔ２から時刻ｔ３までに亘ってバルブタイミングを回転開始位相から始動位相へと徐々に進角させる。ここで、時刻ｔ３は、内燃機関１０の初爆のタイミングを示している。内燃機関１０の初爆とは、内燃機関１０が備える複数の気筒１１のうち、少なくとも１つの気筒１１において燃焼を開始したタイミングを意味する。なお、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間にバルブタイミングを回転開始位相から始動位相へと徐々に進角させることに限らず、回転開始位相から始動位相へと段階的に進角させてもよく、一気に進角させてもよい。
【００４７】
図４に示すように、制御部５６は、内燃機関１０の始動が完了したか否かを特定する（ステップＳ１４０）。内燃機関１０の始動完了とは、内燃機関１０が完爆した状態に相当する。内燃機関１０の完爆とは、内燃機関１０が自立運転できる状態を意味しており、内燃機関１０の運転に際してスタータモータ２５による補助が不要となった状態を意味する。本実施形態では、エンジン回転数を利用して、内燃機関１０の始動が完了したか否かを特定する。より具体的には、エンジン回転数が所定時間以上に亘って所定回転数以上となった場合に、内燃機関１０の始動が完了したと特定する。なお、例えば、エンジン回転数の上昇割合等に基づいて検知される初爆のタイミングを基準としたエンジン回転数の変化量と所要時間とに基づいて特定してもよく、クランクシャフト２０が所定角度回転するのに要する時間の差で求められる加速度に基づいて特定してもよい。
【００４８】
内燃機関１０の始動が完了していないと特定された場合（ステップＳ１４０：ＮＯ）、ステップＳ１３０に戻る。この場合、図５に示すように、時刻ｔ３以降においても始動位相が維持される。他方、図４に示すように、内燃機関１０の始動が完了したと特定された場合（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、制御部５６は、始動時制御処理を終了し、通常のバルブタイミング制御処理を実行する。通常のバルブタイミング制御処理は、内燃機関１０の始動時以外の場合におけるバルブタイミングの制御処理を意味し、アクセルセンサ４７の検出結果等に基づく内燃機関１０の運転状況に応じて設定される目標位相にバルブタイミングを制御する。
【００４９】
以上説明した第１実施形態のバルブタイミング制御装置５０によれば、クランクシャフト２０の回転開始時におけるバルブタイミングを、基準位相よりも遅角側に設定された回転開始位相となるように制御し、内燃機関１０が備える複数の気筒１１のうち、クランクシャフト２０の回転開始後に最初に圧縮工程となる気筒１１に配置されるピストン１３の最初の圧縮工程の上死点通過後に、バルブタイミングを回転開始位相よりも進角側に設定された始動位相となるように制御する。このため、クランクシャフト２０の回転開始後における最初の圧縮工程の上死点通過前に始動位相に制御する構成と比較して、ピストン１３を上昇させるためのクランクシャフト２０の回転に要するトルクを抑制できる。また、始動位相に制御することにより、内燃機関１０の始動時におけるエミッションを抑制できる。また、内燃機関１０の温度が低温状態である場合には、始動位相に制御することにより、燃焼室１８内の混合ガスの圧縮比を高めることができるので、燃焼までに要する時間を短縮でき、内燃機関１０の始動性の悪化を抑制できる。したがって、クランクシャフト２０の回転に要するトルクを抑制しつつ、内燃機関１０の始動時における不具合を抑制できる。このため、内燃機関１０の始動時における位相を変更するタイミングを改善できる。
【００５０】
また、回転開始位相が最遅角付近に設定されているので、最初の圧縮工程では、吸気バルブ１５が最も遅くまで開弁していることとなり、吸気工程で燃焼室１８内に吸入された混合ガスの大部分が吸気管６０側に戻される。このため、最初の圧縮工程において圧縮される混合ガスの量が少なくなり、混合ガスを圧縮させながらピストン１３を上昇させるために要するトルクをさらに抑制できる。
【００５１】
また、スタータモータ２５に電力を供給するバッテリ４０の端子に印加される電圧の値を利用することにより、内燃機関１０が備える複数の気筒１１のうちクランクシャフト２０の回転開始後に最初に圧縮工程となる気筒１１に配置されるピストン１３の最初の圧縮工程の上死点通過のタイミングを特定できる。また、バッテリ４０の端子に印加される電圧の値を利用するので、かかる上死点通過のタイミングを直接的に特定でき、特定精度の低下を抑制できる。
【００５２】
また、バッテリ４０の端子に印加される電圧の値の２回目の極小値を検知したタイミングを、かかる上死点通過のタイミングと特定するので、特定基準が明確であり、特定精度の低下を抑制できる。
【００５３】
Ｂ．第２実施形態：
図６に示す第２実施形態のバルブタイミング制御装置５０において実行される始動時制御処理では、ステップＳ１３０に代えてステップＳ１３０ａが実行される点において、第１実施形態の始動時制御処理と異なる。装置構成を含めた他の構成は第１実施形態のバルブタイミング制御装置５０と同じであるので、同一の構成には同一の符号を付し、それらの詳細な説明を省略する。
【００５４】
図６に示すように、クランクシャフト２０の回転開始後に最初に圧縮工程となる気筒１１のピストン１３が最初の圧縮工程の上死点を通過したと特定された場合（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、ステップＳ１３０ａに進む。
【００５５】
図７に示すように、以降の説明では、クランクシャフト２０の回転開始後に最初に圧縮工程となる気筒１１を、第１気筒１１ａとも呼び、第１気筒１１ａに配置されるピストン１３を、第１ピストン１３ａとも呼ぶ。また、クランクシャフト２０の回転開始後に２番目に圧縮工程となる気筒１１を、第２気筒１１ｂとも呼び、第２気筒１１ｂに配置されるピストン１３を、第２ピストン１３ｂとも呼ぶ。
【００５６】
図６に示すように、制御部５６は、クランクシャフト２０の回転開始後に２番目に圧縮工程となる第２気筒１１ｂにおける第２ピストン１３ｂの最初の圧縮工程の上死点通過までの間に、バルブタイミングを始動位相となるように制御する（ステップＳ１３０ａ）。
【００５７】
図８に示すタイミングチャートにおいて、エンジン回転数とバッテリ４０の端子に印加される電圧とは、図５に示す第１実施形態のタイミングチャートと同様である。
【００５８】
時刻ｔ２は、第１気筒１１ａの第１ピストン１３ａが最初の圧縮工程の上死点を通過する時刻を示している。また、時刻ｔ２．５は、第２気筒１１ｂの第２ピストン１３ｂが最初の圧縮工程の上死点を通過する時刻を示している。
【００５９】
本実施形態の制御部５６は、ステップＳ１３０ａにおいて、電動アクチュエータ５４に印加する電圧を直ちに増加させることにより、時刻ｔ２から時刻ｔ２．５までの間にバルブタイミングを始動位相となるように制御する。なお、例えば、時刻ｔ２から予め定められた期間以内に進角を開始させて、時刻ｔ２から時刻ｔ２．５までの間に始動位相となるように制御してもよい。ステップＳ１３０ａの完了後、ステップＳ１４０に進む。
【００６０】
以上説明した第２実施形態のバルブタイミング制御装置５０によれば、第１実施形態のバルブタイミング制御装置５０と同様な効果を奏する。加えて、クランクシャフト２０の回転開始後に２番目に圧縮工程となる第２気筒１１ｂにおける第２ピストン１３ｂの最初の圧縮工程の上死点通過までの間に、バルブタイミングを始動位相となるように制御する。このため、最もトルクが要求される、最初に圧縮工程となる第１気筒１１ａにおける第１ピストン１３ａの上死点通過の際のトルクを抑制できる。また、最初の圧縮工程と比較してトルクが要求されない２番目に圧縮工程となる第２気筒１１ｂにおいては、始動位相に制御されているので、圧縮比を高めて燃焼を促進できる。したがって、より効果的にトルクを抑制でき、内燃機関１０の始動時における位相を変更するタイミングをより改善できる。
【００６１】
Ｃ．第３実施形態：
図９に示す第３実施形態のバルブタイミング制御装置５０において実行される始動時制御処理では、ステップＳ１１０の前に、ステップＳ１０２とステップＳ１０４とが実行される点において、第１実施形態の始動時制御処理と異なる。装置構成を含めた他の構成は第１実施形態のバルブタイミング制御装置５０と同じであるので、同一の構成には同一の符号を付し、それらの詳細な説明を省略する。
【００６２】
イグニッションスイッチ４９がオン状態となって内燃機関システム１００が起動すると、制御部５６は、内燃機関１０の温度を取得する（ステップＳ１０２）。本実施形態では、冷却水温センサ１９によって検出された温度を、内燃機関１０の温度として取得する。なお、冷却水温センサ１９に限らず、例えば燃焼室１８内に配置される温度センサ等により内燃機関１０の温度を取得してもよい。
【００６３】
制御部５６は、取得された内燃機関１０の温度が、低温状態であることを示す予め定められた閾値温度以下であるか否かを特定する（ステップＳ１０４）。本実施形態において、かかる閾値温度は、マイナス２０℃に設定されている。なお、マイナス２０℃に限らず、マイナス１０℃や０℃、１０℃等、低温状態であることを示す任意の温度に設定されていてもよい。閾値温度は、予め設定されて電子制御ユニット９０の記憶装置に記憶されている。
【００６４】
取得された内燃機関１０の温度が、閾値温度以下でないと特定された場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、すなわち閾値温度を超えると特定された場合、制御部５６は、始動時制御処理を終了する。なお、制御部５６は、始動時制御処理の終了後、内燃機関１０の温度に応じて予め設定されたバルブタイミング制御処理を実行してもよい。
【００６５】
取得された内燃機関１０の温度が、閾値温度以下であると特定された場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、ステップＳ１１０に進む。このように、第２実施形態では、取得された内燃機関１０の温度が、低温状態であることを示す予め定められた閾値温度以下である場合に、第１実施形態と同様の始動時制御処理を実行する。
【００６６】
内燃機関１０が低温状態の場合に第１実施形態と同様の始動時制御処理を実行する理由を、以下に説明する。内燃機関１０が低温状態の場合、内燃機関１０を潤滑するエンジンオイルの粘度が高く、機械的摩擦損失が特に大きい。このため、最初の圧縮工程においてピストン１３を上昇させるために特に大きなトルクを要する。本実施形態では、クランクシャフト２０の回転開始時におけるバルブタイミングを、低温状態の場合に最遅角付近に設定することで、効果的にトルクを抑制している。また、内燃機関１０が低温状態の場合には、位相変更部５２を潤滑するエンジンオイルの粘度が高いため、位相変更部５２の応答速度が遅くなる。このため、バルブタイミングの変更に時間を要するおそれがある。また、内燃機関１０が低温状態の場合には、回転開始位相から始動位相へと変更するタイミングが遅すぎると、十分な圧縮比が得られずに内燃機関１０の始動性が悪化するおそれがある。加えて、燃焼室１８内の温度が低いことに起因して、混合ガスに点火しても燃焼が起こりにくい。本実施形態では、低温状態の場合に最初の圧縮工程におけるピストン１３の上死点通過後に始動位相に制御することで、内燃機関１０の始動性の悪化を抑制している。
【００６７】
以上説明した第３実施形態のバルブタイミング制御装置５０によれば、第１実施形態のバルブタイミング制御装置５０と同様な効果を奏する。加えて、内燃機関１０の温度が低温状態であることを示す予め定められた閾値温度以下である場合に、第１実施形態と同様の始動時制御処理を実行する。このため、エンジンオイルの粘度が高く機械的摩擦損失が特に大きい低温状態において、トルクを効果的に抑制できる。また、特に大きなトルクを要する最初の圧縮工程におけるピストン１３の上死点通過後に始動位相に制御するので、回転開始位相から始動位相へと変更するタイミングが遅くなることを抑制できる。このため、クランクシャフト２０の回転開始後の比較的早い段階で圧縮比を高めることができ、内燃機関１０の始動性の悪化を抑制できる。したがって、クランクシャフト２０の回転に要するトルクをさらに抑制しつつ、始動性が悪化することをさらに抑制できる。このため、内燃機関１０の始動時における位相を変更するタイミングをより改善できる。また、内燃機関１０の温度に関わらず常に始動時制御処理を実行する構成と比較して、ノッキングの発生や自己着火の発生を抑制できる。
【００６８】
Ｄ．他の実施形態：
（１）上記各実施形態の始動時制御処理において、回転開始位相は、最遅角付近に設定されていたが、最遅角付近よりも進角側の位相であってトルクを抑制してデコンプの効果が得られる任意の位相に設定されていてもよい。また、イグニッションスイッチ４９がオン状態となって内燃機関システム１００が起動すると、バルブタイミングが回転開始位相となるように制御されていたが、イグニッションスイッチ４９がオン状態となる以前から、バルブタイミングが回転開始位相となる位置に位相変更部５２が制御されていてもよい。このような構成によっても、上記各実施形態と同様な効果を奏する。
【００６９】
（２）上記各実施形態の始動時制御処理では、バッテリ４０の端子に印加される電圧の値の２回目の極小値を検知したタイミングを、最初に圧縮工程となる気筒１１のピストン１３が最初の圧縮工程の上死点通過のタイミングと特定していたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、バッテリ４０の端子に限らず、スタータモータ２５の端子に印加される電圧の値の２回目の極小値を検知したタイミングを、上死点通過のタイミングと特定する態様であってもよい。かかる態様によれば、上死点通過のタイミングを直接的に特定でき、特定精度の低下を抑制できる。また、例えば、バルブタイミング制御装置５０の電動アクチュエータ５４の端子に印加される電圧の値の２回目の極小値を検知したタイミングを、上死点通過のタイミングと特定する態様であってもよい。かかる態様によれば、位相変更部５２に過電流が流れることを抑制するためにモニタしている電圧値を利用できるので、装置構成の複雑化を抑制できる。また、例えば、車両に搭載されてバッテリ４０から電力が供給される他の任意の補機に設けられた端子に印加される電圧の値の２回目の極小値を検知したタイミングを、上死点通過のタイミングと特定してもよい。また、電圧値の２回目の極小値を検知したタイミングに限らず、例えば、１回目の極小値から予め設定された期間が経過したタイミングや、１回目の極大値から予め設定された期間が経過したタイミングを、上死点通過のタイミングと特定してもよい。すなわち一般には、スタータモータ２５に電力を供給するバッテリ４０と、バッテリ４０に接続される装置とのうちの少なくとも一方の端子に印加される電圧の値を利用して、上死点通過のタイミングを特定してもよい。かかる構成によっても、上記各実施形態と同様な効果を奏する。
【００７０】
（３）上記各実施形態の始動時制御処理では、バッテリ４０の端子に印加される電圧の値を利用して上死点通過のタイミングを特定していたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、スタータモータ２５を流れる電流の値を利用して上死点通過のタイミングを特定してもよい。また、例えば、位相変更部５２を制御する電動アクチュエータ５４の実回転数または実回転位置を表すモータ回転信号に基づいて上死点通過のタイミングを特定してもよい。このような構成によっても、上記各実施形態と同様な効果を奏する。
【００７１】
（４）上記第１、３実施形態の始動時制御処理では、最初に圧縮工程となる気筒１１、１１ａにおけるピストン１３、１３ａの最初の圧縮工程の上死点通過後から内燃機関１０の初爆のタイミングまでの間にバルブタイミングを始動位相となるように制御していたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、最初に圧縮工程となる気筒１１、１１ａにおけるピストン１３、１３ａの最初の圧縮工程の上死点を通過したタイミングを基準として予め設定された期間経過までの間に始動位相となるように制御してもよい。また、例えば、２番目に圧縮工程となる第２気筒１１ｂにおける第２ピストン１３ｂの最初の圧縮工程の上死点を通過したタイミングを特定し、かかるタイミングから進角を開始させて始動位相となるように制御してもよい。かかるタイミングの特定には、例えば、バッテリ４０の端子に印加される電圧値等が利用されてもよい。また、例えば、少なくとも２つの気筒１１において燃焼が開始されるタイミングまでの間に始動位相となるように制御してもよく、全ての気筒１１において燃焼が開始されるタイミングまでの間に始動位相となるように制御してもよい。すなわち一般には、内燃機関１０の気筒１１に配置されるピストン１３のクランクシャフト２０の回転開始後における最初の圧縮工程の上死点通過後から内燃機関１０の始動完了までの間に、バルブタイミングを回転開始位相よりも進角側に設定された始動位相となるように制御する始動時制御処理を実行してもよい。かかる構成によっても、上記各実施形態と同様な効果を奏する。
【００７２】
（５）上記各実施形態のバルブタイミング制御装置５０は、直列４気筒の内燃機関１０に適用されていたが、例えば直列６気筒の内燃機関やＶ型等の内燃機関に適用されてもよく、単気筒の内燃機関に適用されてもよい。また、吸気ポート噴射式に限らず、筒内噴射式の内燃機関に適用されてもよい。また、バルブタイミング制御装置５０の制御部５６は、内燃機関システム１００が備える電子制御ユニット９０の一部として構成されていたが、電子制御ユニット９０とは異なる他のＥＣＵにより構成されていてもよい。このような構成によっても、上記各実施形態と同様な効果を奏する。
【００７３】
本開示は、上述の各実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した形態中の技術的特徴に対応する各実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【００７４】
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１０  内燃機関、１１  気筒、１３  ピストン、１５  吸気バルブ、２０  クランクシャフト、３１  吸気カムシャフト（カムシャフト）、５０  バルブタイミング制御装置、５２  位相変更部、５４  電動アクチュエータ、５６  制御部
【図１】
2020101120.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020101120.tif 000008
【図７】
2020101120.tif 000009
【図８】
2020101120.tif 000010
【図９】
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