(57)【要約】【課題】内燃機関の始動時において、内燃機関を停止した後の再始動時に圧縮行程となる気筒のピストン位置の変動に基づく圧縮圧力の変動を抑制する内燃機関の可変圧縮比システム、及びその制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の停止中、或いは始動時に、圧縮行程にある気筒に基づいて、可変圧縮比機構によって圧縮圧力を補正する。圧縮行程にある気筒のピストンの位置が圧縮上死点の側にあると、可変圧縮比機構によって機械圧縮比を増大し、圧縮行程にある気筒のピストンの位置が吸気下死点側にあると、可変圧縮比機構によって機械圧縮比を低減する。圧縮行程にある気筒のクランク角に基づいて、可変圧縮比機構によって機械圧縮比を制御することで、圧縮行程気筒の圧縮圧力を適切に補正して内燃機関の始動を安定化させることができ、結果的に内燃機関の始動性能を向上することができる。【選択図】図５
2020033937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、内燃機関の機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、前記可変圧縮比機構を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の回転が停止されている状態で、圧縮行程にある気筒（以下、圧縮行程気筒と表記する）のピストン停止位置に基づいて目標機械圧縮比を算出し、
前記可変圧縮比機構は、算出された前記目標機械圧縮比に基づいて前記内燃機関の機械圧縮比を変更する
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。
【請求項２】
請求項1記載の内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、
前記制御手段は、前記内燃機関が動作されている状態から前記内燃機関の動作が停止される状態に移行して前記内燃機関の回転が停止された停止状態で、前記圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置に基づく前記目標機械圧縮比を算出し、
前記可変圧縮比機構は、前記停止状態で前記目標機械圧縮比に基づいて前記内燃機関の前記機械圧縮比を変更する
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。
【請求項３】
請求項1記載の内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、
前記制御手段は、前記内燃機関の始動時に前記圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置に基づく前記目標機械圧縮比を算出し、
前記可変圧縮比機構は、前記始動時に前記目標機械圧縮比に基づいて前記内燃機関の前記機械圧縮比を変更する
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。
【請求項４】
請求項３記載の内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、
前記制御手段は、前記始動時のクランキングの前、或いは前記クランキングの後の所定時間内に、前記圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置に基づく前記目標機械圧縮比を算出する
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。
【請求項５】
請求項２、或いは請求項３に記載の内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、
前記制御手段は、前記圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置が吸気下死点側にあると、前記目標機械圧縮比を低減する
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。
【請求項６】
請求項２、或いは請求項３に記載の内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、
前記制御手段は、前記圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置が圧縮上死点の側にあると、前記目標機械圧縮比を増大する
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。
【請求項７】
請求項２、或いは請求項３に記載の内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、
前記制御手段は、前記圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置が吸気下死点側にあると、前記目標機械圧縮比を低減し、前記圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置が圧縮上死点の側にあると、前記目標機械圧縮比を増大する
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。
【請求項８】
請求項７に記載の内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、
前記制御手段は、前記圧縮行程気筒のピストンが前記圧縮上死点を越えた後に、機関温度が低いと前記目標機械圧縮比を増大する
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。
【請求項９】
請求項７に記載の内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、
前記制御手段は、前記圧縮行程気筒のピストンが前記圧縮上死点を越えた後に、機関温度が高いと前記目標機械圧縮比を低減する
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。
【請求項１０】
請求項２、或いは請求項３に記載の内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、
前記制御手段は、前記圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置に対応するクランク角が吸気閉弁時期より進角していた場合には、前記目標機械圧縮比の補正制御を実行しない
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。
【請求項１１】
請求項２、或いは請求項３に記載の内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、
前記制御手段は、前記圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置に対応するクランク角が吸気閉弁時期より進角していた場合における、吸気下死点から前記吸気閉弁時期までの間の目標機械圧縮比特性と、前記吸気閉弁時期から圧縮上死点までの間の目標機械圧縮比特性とを備え、前記圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置に対応して夫々の前記目標機械圧縮比特性から前記目標機械圧縮比を算出する
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、
前記吸気下死点から前記吸気閉弁時期までの間の前記目標機械圧縮比特性は、
前記目標機械圧縮比が一定値に設定された特性であるか、或いは、前記ピストン停止位置が前記吸気下死点に近づくにしたがって、前記目標機械圧縮比が増大される特性である
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。
【請求項１３】
請求項２、或いは請求項３に記載の内燃機関の可変圧縮比システムにおいて、
前記可変圧縮比機構は、前記内燃機関の全気筒の機械圧縮比を同時に変更する１個の前記可変圧縮比機構から構成されている
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システム。
【請求項１４】
少なくとも、内燃機関の機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を制御する制御手段を備えた内燃機関の可変圧縮比システムの制御装置であって、
前記制御手段は、前記内燃機関の回転が停止されている状態で、圧縮行程にある気筒（以下、圧縮行程気筒と表記する）のピストン停止位置に基づいて前記可変圧縮比機構を制御して前記内燃機関の機械圧縮比を変更する
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システムの制御装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の内燃機関の可変圧縮比システムの制御装置において、
前記制御手段は、前記圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置が吸気下死点側にあると、前記機械圧縮比を低減し、前記圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置が圧縮上死点の側にあると、前記機械圧縮比を増大する
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システムの制御装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の内燃機関の可変圧縮比システムの制御装置において、
前記制御手段は、前記圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置に対応するクランク角が吸気閉弁時期より進角していた場合における、吸気下死点から前記吸気閉弁時期までの間の目標機械圧縮比特性と、前記吸気閉弁時期から圧縮上死点までの間の目標機械圧縮比特性とを備え、前記圧縮行程気筒の前記ピストン停止位置に対応して夫々の前記目標機械圧縮比特性に基づいて目標機械圧縮比を算出し、前記目標機械圧縮比に基づいて前記可変圧縮比機構を制御して前記内燃機関の機械圧縮比を変更する
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システムの制御装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の内燃機関の可変圧縮比システムの制御装置において、
前記吸気下死点から前記吸気閉弁時期までの間の前記目標機械圧縮比特性は、
前記目標機械圧縮比が一定値に設定された特性であるか、或いは、前記ピストン停止位置が前記吸気下死点に近づくにしたがって、前記目標機械圧縮比が増大される特性である
ことを特徴とする内燃機関の可変圧縮比システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はピストンストロ−ク位置を変化させて機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を有する内燃機関の可変圧縮比システム、及びその制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の内燃機関においては、内燃機関の幾何学的な圧縮比及び/或いは膨張比、つまり機械圧縮比及び/或いは機械膨張比を可変制御する可変圧縮比機構と、実圧縮比（有効圧縮比）を左右する、吸気バルブのバルブタイミング(開閉時期)を可変制御する可変動弁機構との組み合わせによって、内燃機関の動作性能を改善することが提案されている。
【０００３】
ここで、可変圧縮比機構は、例えば、特開２００２‐２７６４４６号公報(特許文献１)等に記載されているものが知られている。この特許文献１に記載されている可変圧縮比機構は、電動モータを利用してピストンストローク位置を変更し、ピストン上死点(ＴＤＣ)におけるピストンの位置を高くしたり、低くしたりして機械圧縮比を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２‐２７６４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関を停止する場合においては、一般的に圧縮行程となる気筒(以下、圧縮行程気筒と表記する)のピストンの標準的な停止位置は、圧縮上死点と吸気下死点(圧縮下死点でもあるが、以下は吸気下死点として説明を進める)の中間付近となる場合が多い。しかしながら、内燃機関の停止直前では、内燃機関の機械的な構成要素の摺動部の摺動速度が急減速されるので、摺動部における摩擦が動摩擦状態から静摩擦状態に急変する、或いは摺動部での「スティック・アンド・スリップ」現象(いわゆる、びびり現象)が発生するといった原因から、ピストンが停止する位置は、かなりばらつくことになる。
【０００６】
このため、内燃機関を始動する場合においては、圧縮行程気筒のピストン停止位置のばらつきによって、圧縮行程気筒の圧縮上死点における圧縮圧力が変動して内燃機関の始動が不安定となり、始動性能が悪化するという課題がある。したがって、かかる内燃機関を停止した後の再始動時に、圧縮行程気筒のピストン停止位置が変動することによって生じる、内燃機関の始動が不安定となるという現象を改善することが要請されている。
【０００７】
本発明の目的は、内燃機関の始動時において、内燃機関を停止した後の再始動時に圧縮行程気筒のピストン停止位置の変動に基づく圧縮圧力の変動を抑制する内燃機関の可変圧縮比システム、及びその制御装置を提供することにある。        
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の特徴は、少なくとも、内燃機関の機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、可変圧縮比機構を制御する制御手段を備え、内燃機関の回転が停止されている状態で、制御手段によって圧縮行程にある気筒のピストン停止位置に基づいて目標機械圧縮比を算出し、また、この目標機械圧縮比に基づいて可変圧縮比機構によって内燃機関の機械圧縮比を変更する、ところにある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、圧縮行程にある気筒のピストン停止位置に基づいて、可変圧縮比機構によって機械圧縮比を制御することで、圧縮行程気筒の圧縮圧力を適切に補正して内燃機関の始動を安定化させることができ、結果的に内燃機関の始動性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明が適用される内燃機関の可変圧縮比システムの全体概略図である。
【図２Ａ】本発明に使用される可変圧縮比機構の構成を示し、低機械圧縮比に制御されている状態を示す構成図である。
【図２Ｂ】本発明に使用される可変圧縮比機構の構成を示し、高機械圧縮比に制御されている状態を示す構成図である。
【図３】内燃機関の停止時におけるピストンの停止位置のばらつきを説明する説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態になる、図３に示すピストンの停止位置に基づいて機械圧縮比を補正する説明図である。
【図５】図４に示すピストンの停止位置と機械圧縮比の関係を示す特性図である。
【図６】本発明の第２の実施形態になる、内燃機関の停止時におけるピストンの停止位置のばらつきを説明する説明図である。
【図７】図６に示すピストンの停止位置と機械圧縮比の関係を示す特性図である。
【図８】本発明の第３の実施形態になる、内燃機関の停止時にピストンの停止位置に基づいて機械圧縮比を補正する制御フローを示すフローチャートである。
【図９】本発明の第４の実施形態になる、内燃機関の始動時にピストンの停止位置に基づいて機械圧縮比を補正する制御フロー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】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
【実施例１】
【００１２】
本発明の第1の実施形態になる内燃機関の可変圧縮比システムについて説明するが、図１は本発明が適用される内燃機関の可変圧縮比システムの全体の構成を示している。
【００１３】
まず、内燃機関の可変圧縮比システムの基本構成を図１に基づいて説明すると、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に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、シリンダヘッドＳＨに摺動自在に設けられて吸、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バルブ４及び排気バルブ５とを備えている。
【００１４】
ピストン０１は、クランクシャフト０２に後述するロアリンク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、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。
【００１５】
吸気ポートＩＰは図示しないエアクリーナと接続されており、電制スロットルバルブ７２を介して吸入空気が供給されている。電制スロットルバルブ７２は、コントローラ２２によって制御されており、基本的にはアクセルペダルの踏込量に対応してその開度が制御される。また、排気ポートＥＰは、排気ガス浄化触媒７４を介してテールパイプから排気ガスを大気に放出している。
【００１６】
更に、この内燃機関には、図１に示すように吸気バルブ４と排気バルブ５の開弁特性を制御する吸気側可変動弁機構、排気側可変動弁機構、及びピストン位置特性を制御する可変圧縮比機構とが備えられている。
【００１７】
吸気側には、吸気バルブ４のバルブリフトの中心位相角を制御する「位相角可変機構」である吸気側可変動弁機構（以下、吸気側ＶＴＣ機構と表記する）１Ａが設けられ、また、排気側には、排気バルブ５のバルブリフトの中心位相角を制御する「位相角可変機構」である排気側可変動弁機構（以下、排気側ＶＴＣ機構と表記する）１Ｂが設けられている。
【００１８】
更に、気筒内の機械圧縮比εＣ、及び機械膨張比εＥを制御する「ピストンストローク位置可変機構」である可変圧縮比機構(以下、ＶＣＲ機構と表記する)３が設けられている。尚、このＶＣＲ機構３では、機械圧縮比εＣ、及び機械膨張比εＥは共に同じ値に設定する構成となっている。
【００１９】
吸気側ＶＴＣ機構１Ａ、及び排気側ＶＴＣ機構１Ｂは、位相制御用油圧アクチュエータ２Ａ、２Ｂを備えており、油圧によって吸気バルブ４と排気バルブ５の開閉時期を制御する構成となっている。位相制御用油圧アクチュエータ２Ａ、２Ｂへの油圧供給は、コントローラ２２からの制御信号に基づき、図示しない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２Ａ、２Ｂへの油圧制御によって、リフト特性の中心位相θが遅角側、或いは進角側に制御される。
【００２０】
つまり、リフト特性の全体の曲線自体は変わらずに、全体が進角側もしくは遅角側に移動される。また、この移動変化も連続的に得ることができる。吸気側ＶＴＣ機構１Ａ、及び排気側ＶＴＣ機構１Ｂ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。
【００２１】
コントローラ(＝制御手段)２２は、現在の内燃機関の回転数Ｎｅ(ｒｐｍ)をクランク角から検出するクランク角センサからの出力信号や、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、機関本体の温度を検出する機関冷却水温センサ３１、更には大気湿度センサから吸気管内の湿度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。そして、コントローラ２２は、少なくとも吸気側ＶＴＣ機構１Ａに対して吸気ＶＴＣ制御信号を出力し、排気側ＶＴＣ機構１Ｂに対して排気ＶＴＣ制御信号を出力する。
【００２２】
次に、ＶＣＲ機構３について図１、図２Ａ、及び図２Ｂを用いて説明する。尚、図２Ａは、最小機械圧縮比での圧縮上死点(ＴＤＣ)のピストン位置を示し、図２Ｂは、最大機械圧縮比での圧縮上死点(ＴＤＣ)のピストン位置を示している。また、排気上死点(ＴＤＣ)の位置についても、最小機械圧縮比、及び最大機械圧縮比の両方とも、排気上死点(ＴＤＣ)のピストン位置は図２Ａ、図２Ｂに示す圧縮上死点(ＴＤＣ)のピストン位置とそれぞれ一致している。
【００２３】
ここで、例えば、図２Ａは高負荷領域における最小機械圧縮比での圧縮上死点(ＴＤＣ)のピストン位置を示し、図２Ｂは、低負荷領域における最大機械圧縮比での圧縮上死点(ＴＤＣ)のピストン位置を示している。
【００２４】
このＶＣＲ機構３は、クランク角３６０°で1サイクルとなる機構なので、原理的に圧縮上死点(ＴＤＣ)のピストン位置と排気上死点(ＴＤＣ)のピストン位置とは一致するようになっている。また、同様の理由で、吸気下死点(ＢＤＣ)のピストン位置と膨張下死点(ＢＤＣ)のピストン位置も一致する。
【００２５】
これは、吸気下死点(ＢＤＣ)のピストン位置から圧縮上死点(ＴＤＣ)のピストン位置に至る間の圧縮ストロークと、圧縮上死点(ＴＤＣ)のピストン位置から膨張下死点(ＢＤＣ)のピストン位置に至る間の膨張ストロークも常に一致することを意味する。したがって、機械圧縮比(εＣ)と機械膨張比(εＥ)も原理的に一致(εＣ＝εＥ)する。
【００２６】
ＶＣＲ機構３は、先に従来技術として述べた特許文献１に記載されたものと同様な構成である。その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。クランクピン部４１は、ジャーナル部４０から所定量だけ偏心しており、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。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、略中央の連結孔にクランクピン部４１が嵌合している。
【００２７】
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。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。
【００２８】
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共に、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にコントロールリンク４６の下端部が回転可能に嵌合している。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。
【００２９】
このような複リンク式ピストン−クランク機構を用いたＶＣＲ機構３においては、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、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のストロークＳ１、Ｓ２の範囲が変化し、図２Ａ、図２Ｂに示すように、圧縮上死点(ＴＤＣ)におけるピストン０１の位置が低くなったり高くなったりする。これにより、機械圧縮比(εＣ)、及び機械膨張比(εＥ)を変えることが可能となる。
【００３０】
この機械圧縮比(εＣ)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であって、ピストン０１の吸気下死点における筒内容積とピストン０１の圧縮上死点(ＴＤＣ)における筒内容積の比である。図２Ａは低機械圧縮比の状態を示し、図２Ｂは高機械圧縮比の状態をそれぞれ示しているが、これらの間で機械圧縮比(εＣ)を連続的に変化させることができる。
【００３１】
ここで、圧縮上死点(ＴＤＣ)における筒内容積をＶＯ、行程容積をＶとしたとき、吸気下死点(ＢＤＣ)における筒内容積は「ＶＯ＋Ｖ」となるので、機械圧縮比(εＣ)は、「εＣ＝(ＶＯ＋Ｖ)／ＶＯ＝Ｖ／ＶＯ＋１」と表せる。この考え方から、図２Ａに示す低機械圧縮比εＣｌｏｗ(＝低機械膨張比εＥｌｏｗ）は、「εＣｌｏｗ＝Ｖ１／ＶＯ１＋１」となり、図２Ｂに示す高機械圧縮比εＣｈｉｇｈ(＝高機械膨張比εＥｈｉｇｈ)は、「εＣｈｉｇｈ＝Ｖ２／ＶＯ２＋１」となる。
【００３２】
ところで、上述した「発明が解決しようとする課題」にあるように、内燃機関の停止直前では、内燃機関の機械的な構成要素の摺動部の摺動速度が急減速されるので、摺動部における摩擦が動摩擦状態から静摩擦状態に急変する、或いは摺動部での「スティック・アンド・スリップ」現象が発生するといった原因から、ピストンが停止する位置は、かなりばらつくことになる。
【００３３】
このため、内燃機関を始動する場合においては、圧縮行程気筒のピストン位置のばらつきによって、圧縮行程気筒の圧縮圧力が変動して内燃機関の始動が不安定となり、始動性能が悪化するという課題がある。以下、この課題について若干の説明を加える。
【００３４】
図３は、内燃機関の停止時における、圧縮行程気筒の停止クランク角のばらつきを示している。図３では、例えば、４サイクル／４気筒の内燃機機関の第１気筒が圧縮行程気筒である場合を示しており、排気行程に続く吸気上死点(ＴＤＣ)付近で吸気バルブが開弁し、吸気下死点(ＢＤＣ)付近で吸気バルブが閉弁して圧縮行程に移行する。この場合、気筒の動作順序は、第１気筒→第３気筒→第４気筒→第２気筒の順序、すなわち点火順序（あるいは、ディーゼルも含めて言うと燃焼順序）で動作する。
【００３５】
今、圧縮行程気筒である第１気筒のピストン停止位置に対応するクランクピン停止位置(以下では、「ピストン停止位置」、或いは「クランクピン停止位置」を共に使用して説明することもある)について考えると、最も標準的なクランクピン停止位置は、クランクピン(ＣＰ)角度で見て、圧縮上死点(ＴＤＣ)と吸気下死点(ＢＤＣ)のほぼ中間である、吸気下死点(ＢＤＣ)から９０°の標準停止位置(Θｍｄ)付近となる場合が一般的である。その理由は以下の通りである。
【００３６】
内燃機関を停止するため、燃料噴射カット／点火カットした後の機関停止にいたる直前の状態において、ピストンの停止位置が、標準停止位置(Θｍｄ)よりかなり圧縮上死点(ＴＤＣ)の側にあると、気筒内の圧力(圧縮圧力)がかなり高いため、標準停止位置(Θｍｄ)の方向にピストンが押し戻されて、クランク軸は反時計方向に戻される。
【００３７】
逆に、ピストンの停止位置が標準停止位置(Θｍｄ)よりかなり吸気下死点(ＢＤＣ)の側にあると、先行する第２気筒のピストンがかなり圧縮上死点(ＴＤＣ)の側にあることを意味しており、これにより第２気筒内の圧縮圧力が増大するので、第２気筒のピストンは押し出されて、クランク軸は逆に時計方向に押し回される。その結果、第１気筒についてみてみると、クランク軸は時計方向に戻されて、第１気筒のクランクピン(ＣＰ)の位置(ピストン位置)は、標準停止位置(Θｍｄ)の方向に戻される。
【００３８】
このように、内燃機関を停止する時の圧縮行程気筒のピストン位置は、標準停止位置(Θｍｄ)を標準位置として安定するような挙動を行なうが、実際には大きなばらつきが発生する。
【００３９】
つまり、内燃機関の停止直前では、内燃機関の機械的な構成要素の摺動部の摺動速度が急減速されるので、摺動部における摩擦が動摩擦状態から静摩擦状態に急変する、或いは摺動部での「スティック・アンド・スリップ」現象が発生するといった原因から、ピストンが停止する位置は、かなりばらつくことになる。
【００４０】
例えば、標準停止位置(Θｍｄ)を標準位置としても、Θｍｄ±４５°程度の範囲でばらつくことになるのが一般的である。ここで、図３では、圧縮上死点(ＴＤＣ)側(遅角側)にばらついた位置を遅角側停止位置(Θｒｔ)、吸気下死点(ＢＤＣ)側(進角側)にばらついた位置を進角側停止位置(Θａｄ)として示している。
【００４１】
次に、圧縮行程気筒である第１気筒において、ピストン停止位置が、進角側停止位置(Θａｄ)〜標準停止位置(Θｍｄ)〜遅角側停止位置(Θｒｔ)までばらついた場合に、クランキングした際の初回圧縮上死点(ＴＤＣ)での気筒内の空気の圧縮圧力（コンプレッション）の変化を説明したのが図４である。尚、ＶＣＲ機構により機械圧縮比(εＣ)は、最大値「εＣｍａｘ＝１４」と最小値「εＣｍｉｎ＝８」の中間である「εＣｍｄ＝１１」付近に安定しているものとする。
【００４２】
ここで、機械圧縮比「εＣｍｄ＝１１」を標準機械圧縮比(εＣｍｄ)と呼ぶことにすると、クランキング時にＶＣＲ機構による機械圧縮比(εＣ)を特に変換制御しない場合は、機械圧縮比(εＣ)は、標準機械圧縮比(εＣｍｄ)付近に維持される。
この標準機械圧縮比(εＣｍｄ)は、標準停止クランク/ピストン位置(Θｍｄ)との組み合わせで、始動に有利なＶＣＲ位置となっている。
【００４３】
次に、クランクピン停止位置(ピストン停止位置)が、進角側停止位置(Θａｄ)、標準停止位置(Θｍｄ)、遅角側停止位置(Θｒｔ)の場合のＶＣＲ機構の制御について説明する。
［進角側停止位置(Θａｄ)の場合］
図４の(Ａ)に示すように、クランクピン停止位置(ピストン停止位置)が進角側停止位置(Θａｄ)であったとすると、停止時のピストン位置はかなり下方の吸気下死点(ＢＤＣ)に近い位置となっている。このため、初期ピストン位置が下側にあるので、圧縮上死点までのピストンの圧縮ストロークが長くなっている、すなわち圧縮行程気筒のピストン停止位置における筒内容積(Ｖａｄ)は大きくなっている。
【００４４】
ここで、燃料噴射カット／点火カットにより内燃機関が停止される場合を想定してみると、停止直前にスロットルバルブが絞られていた場合には、圧縮行程気筒であっても筒内圧は負圧となっている場合があり、その場合はピストンとシリンダ壁面の隙間を介して、大気圧の空気が気筒内に即座に導入される。或いは、圧縮行程気筒の筒内圧が大気圧を越えていた場合には、ピストンとシリンダ壁面の隙間から気筒内の気化燃料や既燃焼ガスを含む空気が即座に洩れ出すようになる。
【００４５】
いずれにしても、内燃機関停止後即座に圧縮行程気筒の筒内容積(Ｖａｄ)は大気圧の空気で満たされる。このように、進角側停止位置(Θａｄ)の場合は、圧縮行程気筒の筒内容積(Ｖａｄ)が大きくなっているので、内部に封入されている空気量も多量となっている。
【００４６】
次に、内燃機関を始動するためにクランキングが開始されると、従来ではＶＣＲ機構による変換制御を実行していないので、圧縮行程気筒においては、筒内容積(Ｖａｄ)の多量の空気が圧縮され、ピストンが圧縮上死点(ＴＤＣ)に達すると最大圧縮圧力となるが、その最大圧縮圧力（コンプレッション）は大きなものとなる。
【００４７】
ここで、ピストンが圧縮上死点(ＴＤＣ)に移動した時の筒内容積は、標準機械圧縮比(εＣｍｄ)で決まる筒内容積(Ｖεｍｄ)となっている。
【００４８】
このため、同じ標準機械圧縮比(εＣｍｄ)でみた場合、ピストンの初期位置が吸気下死点(ＢＤＣ)の側に位置しているので、圧縮開始時の筒内容積（Ｖａｄ）は大きく多量の空気が存在している。このため、ピストンが圧縮上死点(ＴＤＣ)に達した時の最大圧縮圧力（コンプレッション）は前述のように高くなる。したがって、この高い圧縮圧力によって圧縮行程気筒のピストンの上昇が抑制され、初回の圧縮上死点乗り越え回転速度（クランキング速度）が低下し、結果的に始動性能が悪化することになる。
【００４９】
そこで、本実施形態では、内燃機関の回転が停止された時期、クランキングの直前の時期、或いはクランキングの初期の時期に、ＶＣＲ機構によって標準機械圧縮比(εＣｍｄ)から、最小機械圧縮比(εＣｍｉｎ)、或いは低機械圧縮比(εＣｌｏｗ)に補正制御する。この補正制御によって、圧縮上死点(ＴＤＣ)でのピストンの位置は低くなって、圧縮上死点(ＴＤＣ)での筒内容積は、筒内容積(Ｖεｍｄ)から容積が大きな筒内容積(Ｖεａｄ)に補正され、その結果、高い圧縮圧力が低減されるように補正される。これにより、圧縮行程気筒のピストンの上昇が促進され、初回の圧縮上死点乗り越え回転速度（クランキング速度）が増大して、クランキング時の回転立ち上がりを早めて始動性能を向上できる。
【００５０】
尚、ＶＣＲ機構により低機械圧縮比(εＣｌｏｗ)に補正制御された直後は、筒内容積は前記Ｖａｄより僅かに増加してしまい、その分は僅かに圧縮上死点圧力を増加させる様に作用するが、圧縮上死点での筒内容積の増加（Ｖεｍｄ→Ｖεａｄ）による圧縮上死点圧力低減効果の方が充分に大きく、上述のような圧縮上死点での圧縮圧力低減効果が得られる。
［標準停止位置(Θｍｄ)の場合］
図４の(Ｂ)に示すように、クランクピン停止位置(ピストン停止位置)が標準停止位置(Θｍｄ)であったとすると、停止時のピストン位置は圧縮上死点(ＴＤＣ)と吸気下死点(ＢＤＣ)の中間付近の標準的な位置となっている。このため、筒内容積(Ｖｍｄ)は、適度な容積となっている。
【００５１】
上述したように、燃料噴射カット／点火カットにより内燃機関が停止されると、スロットルバルブが絞られていた場合には、圧縮行程気筒であっても筒内圧は負圧となっている場合もあり、その場合はピストンとシリンダ壁面の隙間を介して、大気圧の空気が気筒内に即座に導入される。或いは、圧縮行程気筒の筒内圧が大気圧を越えていた場合には、ピストンとシリンダ壁面の隙間から気筒内の気化燃料や既燃焼ガスを含む空気が即座に洩れ出すようになる。
【００５２】
従って、いずれにしても圧縮行程気筒の筒内容積(Ｖｍｄ)は大気圧の空気で満たされる。このように、標準停止位置(Θｍｄ)の場合は、圧縮行程気筒の筒内容積(Ｖｍｄ)が標準的な値となっているので、内部に封入されている空気量も標準的な値となる。
【００５３】
次に、内燃機関を始動するためにクランキングが開始されると、ＶＣＲ機構による変換制御は特に実行されず、圧縮行程気筒においては、筒内容積(Ｖｍｄ)の標準的な量の空気が圧縮され、ピストンが圧縮上死点(ＴＤＣ)に達すると最大圧縮圧力となるが、その最大圧縮圧力（コンプレッション）は標準的で適度なものとなる。
【００５４】
すなわち、ピストンが圧縮上死点(ＴＤＣ)に移動した時の筒内容積は、標準機械圧縮比(εＣｍｄ)で決まる標準的な筒内容積(Ｖεｍｄ)となっており、一方ピストンの初期位置、すなわち、圧縮開始時の筒内容積は標準的な筒内容積（Ｖｍｄ）である。
【００５５】
その結果圧縮上死点（ＴＤＣ）における最大圧縮圧力（コンプレッション）も標準的で適度なものとなる。その結果、初回の圧縮上死点乗り越え回転速度（クランキング速度）を標準的なレベルに維持でき、もって良好な始動性能を維持できる。
【００５６】
従って、図４（Ｂ）にも示すように、ＶＣＲ機構による補正制御は特に行われず、標準的な機械圧縮比εＣｍｄに維持される。
［遅角側停止位置(Θｒｔ)の場合］
図４の(Ｃ)に示すように、クランクピン停止位置(ピストン停止位置)が遅角側停止位置(Θｒｔ)であったとすると、停止時のピストン位置はかなり上方の圧縮上死点(ＴＤＣ)に近い位置となっている。このため、初期ピストン位置が上側にあるので、圧縮上死点までのピストンの圧縮ストロークが短くなっている、すなわち圧縮行程気筒の初期筒内容積(Ｖｒｔ)は小さくなっている。
【００５７】
上述したように、燃料噴射カット／点火カットにより内燃機関が停止されると、スロットルバルブが絞られていた場合には、圧縮行程気筒であっても筒内圧は負圧となっている場合もあり、その場合はピストンとシリンダ壁面の隙間を介して、大気圧の空気が気筒内に即座に導入される。或いは、圧縮行程気筒の筒内圧が大気圧を越えていた場合には、ピストンとシリンダ壁面の隙間から気筒内の気化燃料や既燃焼ガスを含む空気が即座に洩れ出すようになる。
【００５８】
いずれにしても、圧縮行程気筒の筒内容積(Ｖｒｔ)は大気圧の空気で満たされる。このように、遅角側停止位置(Θｒｔ)の場合は、圧縮行程気筒の初期筒内容積(Ｖｒｔ)が小さくなっているので、内部に封入されている空気量も少量となっている。
【００５９】
次に、内燃機関を始動するためにクランキングが開始されると、従来ではＶＣＲ機構による変換制御を実行していないので、圧縮行程気筒においては、筒内容積(Ｖｒｔ)の少量の空気が圧縮され、ピストンが圧縮上死点(ＴＤＣ)に達すると最大圧縮圧力となるが、その最大圧縮圧力（コンプレッション）は小さなものとなる。ここで、ピストンが圧縮上死点(ＴＤＣ)に移動した時の筒内容積は、標準機械圧縮比(εＣｍｄ)で決まる筒内容積(Ｖεｍｄ)となっている。
【００６０】
このため、同じ標準機械圧縮比(εＣｍｄ)でみた場合、ピストンの初期位置が圧縮上死点(ＴＤＣ)の側に位置しているので、圧縮開始時の筒内容積（Ｖｒｔ）は小さく小量の空気しか存在していない。このため、ピストンが圧縮上死点(ＴＤＣ)に達した時の最大圧縮圧力（コンプレッション）は前述のように低くなる。これにより、クランキング回転が急に立ち上がってしまう現象を生じる。
【００６１】
上述したように、各気筒の動作順序にしたがえば、第１気筒の次に第３気筒が圧縮行程を迎える。このため、既にクランキング回転速度が立ち上がっているので、第３気筒の圧縮行程(２回目の圧縮行程)での圧縮圧力によって、この急に立ち上がったクランキング回転速度を充分には抑制できない。更に、これに続いて迎える第３気筒の燃焼、後続する第４気筒の燃焼により、急に不自然に回転数が立ち上がる現象(いわゆる、吹き上がり現象)が発生してしまう。
【００６２】
そこで、本実施形態では、内燃機関の回転が停止された時期、クランキングの直前の時期、或いはクランキングの初期の時期に、ＶＣＲ機構によって標準機械圧縮比(εＣｍｄ)から、最大機械圧縮比(εＣｍａｘ)、或いは高機械圧縮比(εＣｈｉｇｈ)に補正制御する。この補正制御によって、圧縮上死点(ＴＤＣ)でのピストンの位置は高くなって、従来に比べて圧縮ストロークが長く補正される。このため、圧縮上死点での筒内容積は、筒内容積(Ｖεｍｄ)から容積が小さな筒内容積(Ｖεｒｔ)に補正され、その結果、低い圧縮圧力が増大されるように補正される。これにより、圧縮行程気筒のピストンの上昇が抑制され、急なクランキング回転速度の上昇を抑制して安定したクランキング回転数が得られ、始動性能を向上できる。
【００６３】
尚、ＶＣＲ機構により高機械圧縮比(εＣｈｉｇｈ)に補正制御された直後は、筒内容積は前記Ｖｒｔより僅かに低減してしまい、その分は僅かに圧縮上死点圧力を低減させる様に作用するが、圧縮上死点での筒内容積の低減（Ｖεｍｄ→Ｖεｒｔ）による圧縮上死点圧力増加効果の方が充分に大きく、上述のような圧縮上死点での圧縮圧力増加効果が得られる。
【００６４】
図５は、吸気バルブの吸気閉弁時期(ＩＶＣ)が、吸気下死点(ＢＤＣ)と一致するように設定された場合における、クランクピン停止位置(ピストン停止位置)と機械圧縮比(εＣ)の関係を示した特性図である。この特性図は、コントローラ２２の記憶エリアに特性マップとして記憶されていても良いし、演算によって求めることもできる。更に、この特性図は後述する制御フローチャートで使用される。
【００６５】
横軸で示すように、吸気下死点(ＢＤＣ)と圧縮上死点(ＴＤＣ)の間のいずれかのクランク角でピストンが停止され、これによって圧縮行程気筒の初期筒内容積が変動する。このクランクピン停止位置(ピストン停止位置)に対応して、縦軸で示すように機械圧縮比(εＣ)を補正している。
【００６６】
例えば、ピストン停止位置が吸気下死点(ＢＤＣ)に近いほど、機械圧縮比(εＣ)を低機械圧縮比(εＣｌｏｗ)のように小さくする特性としている。つまり、ピストン停止位置が吸気下死点(ＢＤＣ)に近いほど、ＶＣＲ機構によって圧縮上死点(ＴＤＣ)におけるピストン位置を低く(圧縮ストロークを短く)なるように変換制御する。すなわち、もともとのピストン停止位置から圧縮上死点ピストン位置までの圧縮ストロークを短くし、圧縮比を抑制する。
【００６７】
ピストン停止位置が吸気下死点(ＢＤＣ)に近い場合は圧縮圧力が増大するので、このように機械圧縮比(εＣ)を低減する制御を行なうことで圧縮圧力の増大を抑制し、これによりピストンが圧縮上死点を乗り越える際の回転速度を確保し始動性を高めることができる。また、アイドルストップが実施されている場合の高温始動時においては、プレイグニッションやノッキングの発生も抑制することができる。
【００６８】
一方、ピストン停止位置が圧縮上死点(ＴＤＣ)に近いほど機械圧縮比(εＣ)を高機械圧縮比(εＣｈｉｇｈ)のように大きくする特性としている。つまり、ピストン停止位置が圧縮上死点(ＴＤＣ)に近いほど、ＶＣＲ機構によって圧縮上死点(ＴＤＣ)におけるピストン位置を高く(圧縮ストロークを長く)なるように変換制御する。すなわち、もともとのピストン停止位置から圧縮上死点ピストン位置までの圧縮ストロークを長くし、圧縮比を確保する。
【００６９】
ピストン停止位置が圧縮上死点(ＴＤＣ)に近い場合は圧縮圧力が減少するので、機械圧縮比(εＣ)を増大する制御を行なうことで圧縮圧力の低下を抑制し、ピストンが圧縮上死点を乗り越える際の機関回転速度が過度に速くなるのを抑制し、始動時におけるクランキング回転数の急激な上昇(吹き上がり)を抑制して安定した始動を行なうことができる。
【００７０】
このように、本実施形態によれば、内燃機関の停止中、或いは始動時に、圧縮行程にある気筒のピストン停止位置に基づいて、可変圧縮比機構によって圧縮圧力を補正するようにした。更に具体的は、圧縮行程にある気筒のピストンの停止位置が圧縮上死点の側にあると、可変圧縮比機構によって機械圧縮比を増大し、圧縮行程にある気筒のピストンの停止位置が吸気下死点側にあると、可変圧縮比機構によって機械圧縮比を低減する構成とした。
【００７１】
この構成によれば、圧縮行程にある気筒のピストン停止位置に基づいて、可変圧縮比機構によって機械圧縮比を制御することで、圧縮行程気筒の圧縮圧力を適切に補正して内燃機関の始動を安定化させることができ、結果的に内燃機関の始動性能を向上することができる。
【実施例２】
【００７２】
次に本発明の第２の実施形態について図６〜図７を用いて説明する。上述した第１の実施形態では、吸気バルブは、吸気上死点(ＴＤＣ)が吸気開弁時期(ＩＶＯ)とされ、吸気下死点（ＢＤＣ）が吸気閉弁時期(ＩＶＣ)とされている。これに対して第２の実施形態では、吸気下死点(ＢＤＣ)と圧縮上死点(ＴＤＣ)のほぼ中間付近まで遅角させた位置を吸気バルブの吸気閉弁時期（ＩＶＣ´）としている点で異なっている。尚、この吸気閉弁時期(ＩＶＣ´)への位相変換は、吸気可変動弁機構を用いて変換しても良いし、可変動弁機構は設けずに、固定動弁機構としてカムプロフィル自体で吸気閉弁時期(ＩＶＣ´)になるように設定しても良い。
【００７３】
ここで注目すべきは、図６に示すように、クランクピン停止位置(ピストン停止位置)Θが、吸気閉弁時期(ＩＶＣ´)より進角側の場合、つまり、吸気下死点(ＢＤＣ)側に位置している進角側停止位置(Θａｄ)の場合は、圧縮行程気筒の初回の圧縮動作が吸気閉弁時期(ＩＶＣ´)で決まってしまうことである。
【００７４】
進角側停止位置(Θａｄ)においては、吸気バルブは開弁されているので、この位置からピストンが上昇しても筒内の空気は、開弁された吸気バルブから吐き出されるだけで、筒内は大気圧に維持されたままである。この大気圧の状態は、吸気閉弁時期(ＩＶＣ´)まで継続され、吸気バルブが閉じてから、始めて筒内の空気の圧縮が開始される。
【００７５】
このように、吸気閉弁時期(ＩＶＣ´)の位置が標準停止位置(Θｍｄ)だったとすると、標準停止位置(Θｍｄ)より進角側の圧縮圧力は、クランクピン停止位置Θの影響を受けず、吸気閉弁時期(ＩＶＣ´)の影響を受けることになる。したがって、ＶＣＲ機構による機械圧縮比(εＣ)の制御は、標準停止位置(Θｍｄ)より進角側では、特に制御を行なうことなく制御を省略することで、制御フローの制御ステップを簡素化できる効果がある。
【００７６】
また、図7に示すように、標準停止位置(Θｍｄ)より進角側(吸気下死点側)では、機械圧縮比(εＣ)を実線で示す一定値としても良く、本実施形態では、標準機械圧縮比(εＣｍｄ)として制御を簡素化している。その場合、進角側停止位置(Θａｄ)での機械圧縮比(εＣ)は、機械圧縮比(εＣａｄ´＝εＣｍｄ)となる。
【００７７】
この実線に相当する特性を第２目標機械圧縮比特性とすると、標準停止位置(Θｍｄ)より遅角側では、図５に示す特性と同様の特性となり、第１目標機械圧縮比特性となる。したがって、目標機械圧縮比特性としては、図７に示すように、横軸をクランクピン停止位置(ピストン停止位置)Θとしたとき、標準停止位置(Θｍｄ)より遅角側は、第1目標機械圧縮比特性となり、標準停止位置(Θｍｄ)より進角側は、一定値の第２目標機械圧縮比特性となり、結果的に吸気下死点(ＢＤＣ)から圧縮上死点(ＴＤＣ)の間では、両特性を繋いだ特性となる。
【００７８】
一方、第２目標機械圧縮比特性を実線で示す一定値に制御しないで、破線で示すように、吸気下死点（ＢＤＣ）側に移行するにしたがって、機械圧縮比(εＣ)が大きくなる特性とすることもできる。
【００７９】
例えば、標準停止位置(Θｍｄ)〜吸気下死点(ＢＤＣ)の間で、機械圧縮比(εＣ)を一定値とした場合において、圧縮圧力は吸気バルブの吸気閉弁時期(ＩＶＣ´)によって決まるので、標準停止位置(Θｍｄ)〜吸気下死点(ＢＤＣ)の間の圧縮圧力は同一値(大気圧)となるが、圧縮上死点(ＴＤＣ)に至るピストンストロークは両者で異なっている。
【００８０】
このため、標準停止位置(Θｍｄ)に比べて進角側停止位置(Θａｄ)の方が、圧縮上死点(ＴＤＣ)に至るピストンストロークが長く、クランキングの開始からピストンの移動に勢いがついて、ピストン移動速度が速くなる。したがって、圧縮上死点乗り越え速度（圧縮上死点でのクランキング速度）は速くなり、回転速度の急激な上昇を招き、前述の吹き上がり現象を招く可能性もでてくる。
【００８１】
そこで、本実施形態では破線に示しているように、進角側停止位置(Θａｄ)に移行するにつれて機械圧縮比(εＣ)をやや高い機械圧縮比(εＣaｄ´´)とする。このように制御することで、吸気閉弁時期(ＩＶＣ´)以降に筒内の圧縮圧力が高まっていくが、進角側停止位置(Θａｄ)に応じて機械圧縮比(εＣ)を設定して圧縮圧力を補正しているので、圧縮上死点(ＴＤＣ)に至るピストンストロークが長いほど圧縮圧力が高くなる。
【００８２】
これによって、ピストンの上昇速度が抑制されて、圧縮上死点乗り越え速度（圧縮上死点でのクランキング速度）が速くなるのを抑制でき、始動性性能を安定化できる。
【００８３】
尚、ピストンの停止位置が進角側で標準停止位置(Θｍｄ)に近い場合、圧縮上死点(ＴＤＣ)に至るピストンストロークが短くなるので、ピストンの移動に勢いがつきにくく、圧縮上死点乗り越え回転速度が低くなるが、機械圧縮比(εＣ)を小さくして吸気閉弁時期(ＩＶＣ´)以降で作用する圧縮圧力を低下させることで、圧縮上死点乗り越え回転速度を確保して始動性能を向上することができる。
【実施例３】
【００８４】
次に、上述した制御を具体的に実行する制御フローについて説明する。図８は、内燃機関が動作されている状態から内燃機関の動作が停止される状態に移行して、内燃機関の回転が停止された停止状態で、ピストンの停止位置に基づいて機械圧縮比を補正する制御フローを示すフローチャートである。
【００８５】
尚、本実施形態では、ピストン停止位置に対応した目標とする機械圧縮比(εＣ)は、図７に示す実線の特性を使用する。このため、吸気下死点(ＢＤＣ)〜標準停止位置(Θｍｄ)の間は、第２目標機械圧縮比特性が使用され、標準停止位置(Θｍｄ)〜圧縮上死点(ＴＤＣ)の間は、第１目標機械圧縮比特性が使用される。もちろん、第２目標機械圧縮比特性として破線に示す特性を使用することもできる。
【００８６】
≪ステップＳ１０≫
ステップＳ１０においては、内燃機関が停止される条件が入力されたかどうかが判定されている。内燃機関の停止判断を行なう場合は、キースイッチ等の信号を監視することで判断できる。また、アイドルストップシステムを搭載した自動車では、アイドルストップの成立条件を監視することで判断できる。ステップＳ１０で内燃機関が停止される条件が成立していないと判断されるとエンドに抜け、内燃機関が停止される条件が成立したと判断されるとステップＳ１１に移行する。
【００８７】
≪ステップＳ１１≫
ステップＳ１１においては、内燃機関を停止する条件が成立しているので、燃料噴射制御や点火制御を停止して、燃料噴射カット、点火カットを実行する。これによって、内燃機関は燃焼が継続されないので停止されることになる。燃料噴射制御や点火制御を停止するとステップＳ１２に移行する。
【００８８】
≪ステップＳ１２≫
ステップＳ１２においては、圧縮行程気筒のピストン停止位置を判断するために、内燃機関が完全に停止したかどうかが判定されている。内燃機関の停止判断は、クランクシャフトの回転を監視することで判断でき、所定時間内にクランク角センサからの回転パルスが入力されないと、内燃機関が停止されたと判定することができる。内燃機関が停止しない場合は、再びステップＩＳ１２の判断を実行し、内燃機関が停止した場合は、ステップＳ１３に移行する。
【００８９】
≪ステップＳ１３≫
ステップＳ１３においては、停止された内燃機関の停止クランク位置、及び吸気閉弁時期(ＩＶＣ)を算出する。停止クランク位置は、これも停止時のクランク角センサの回転パルスを基に算出することができる。また、吸気閉弁時期(ＩＶＣ)も可変動弁機構に設けた角度センサ、或いは可変動弁機構を制御する制御データから算出することができる。内燃機関の停止クランク位置、及び吸気閉弁時期(ＩＶＣ)を算出すると、ステップＳ１４に移行する。
【００９０】
≪ステップＳ１４≫
ステップＳ１４においては、ステップＳ１３で求められた停止クランク位置から、始動時に圧縮行程となる圧縮行程気筒のクランクピン(ＣＰ)位置(Θ)を算出する。このクランクピン(ＣＰ)位置(Θ)は、圧縮上死点(ＴＤＣ)と吸気下死点(ＢＤＣ)の間のピストンの停止位置を表している。したがって、クランクピン(ＣＰ)位置(Θ)はピストン停止位置と捉えることができる。クランクピン(ＣＰ)位置(Θ)が算出されるとステップＳ１５に移行する。
【００９１】
≪ステップＳ１５≫
ステップＳ１５においては、ステップＳ１３で算出した吸気閉弁時期(ＩＶＣ)と、ステップＳ１４で算出したクランクピン(ＣＰ)位置(Θ)を用いて、クランクピン(ＣＰ)位置(Θ)が、吸気閉弁時期(ＩＶＣ)より吸気下死点(ＢＤＣ)側にあるかどうかを判定している。
【００９２】
つまり、図７に示すように、吸気閉弁時期(ＩＶＣ)を標準停止位置(Θｍｄ)に設置した場合において、吸気下死点(ＢＤＣ)〜標準停止位置(Θｍｄ)の間は、第２目標機械圧縮比特性を使用し、標準停止位置(Θｍｄ)〜圧縮上死点(ＴＤＣ)の間は、第１目標機械圧縮比特性を使用するためである。
【００９３】
ステップＳ１５においては、クランクピン(ＣＰ)位置(Θ)が吸気閉弁時期(ＩＶＣ)より進角側(吸気下死点(ＢＤＣ)の側)に位置している判定されると、ステップＳ１６に移行し、クランクピン(ＣＰ)位置(Θ)が吸気閉弁時期(ＩＶＣ)より遅角側(圧縮下死点(ＴＤＣ)の側)に位置している判定されると、ステップＳ１７に移行する。
【００９４】
≪ステップＳ１６≫
ステップＳ１５によってクランクピン(ＣＰ)位置(Θ)が、吸気閉弁時期(ＩＶＣ)より進角側(吸気下死点(ＢＤＣ)の側)に位置していると判定されているので、ステップＳ１６においては、図７に示すような特性が記憶された目標機械圧縮比特性マップから、算出されたクランクピン(ＣＰ)位置(Θ)に対応した目標機械圧縮比(εＣ)を算出する。
【００９５】
この場合、目標機械圧縮比(εＣ)は、一定値の第２目標機械圧縮比特性となっているので、目標機械圧縮比(εＣａｄ´)が算出される。もちろん、破線の目標機械圧縮比特性の場合、同様に目標機械圧縮比(εＣａｄ´´)が算出される。目標機械圧縮比(εＣ)が算出されるとステップＳ１８に移行する。
【００９６】
≪ステップＳ１７≫
ステップＳ１５によってクランクピン(ＣＰ)位置(Θ)が、吸気閉弁時期(ＩＶＣ)より遅角側(圧縮上死点(ＴＤＣ)の側)に位置していると判定されているので、ステップＳ１７においては、図７に示すような特性が記憶された目標機械圧縮比特性マップから、算出されたクランクピン(ＣＰ)位置(Θ)に対応した目標機械圧縮比(εＣ)を算出する。
【００９７】
この場合、目標機械圧縮比(εＣ)は、クランクピン(ＣＰ)位置(Θ)に対応した第１目標機械圧縮比特性となっている。したがって、クランクピン(ＣＰ)位置(Θ)が、圧縮上死点(ＴＤＣ)側にいくにしたがって、目標機械圧縮比(εＣ)が大きくなっている。目標機械圧縮比(εＣ)が算出されるとステップＳ１８に移行する。
【００９８】
≪ステップＳ１８≫
ステップＳ１８においては、ステップＳ１６、或いはステップＳ１７で算出された目標機械圧縮比(εＣ)に基づいて、ＶＣＲ機構の圧縮比制御アクチュエータに変換信号(駆動信号)を出力する。これによって機械圧縮比が変更されることになる。ＶＣＲ機構の圧縮比制御アクチュエータに変換信号が出力されるとステップ１９に移行する。
【００９９】
≪ステップＳ１９≫
ステップＳ１９においては、ＶＣＲ機構によって機械圧縮比が目標機械圧縮比(εＣ)に変換されたかどうかが判定されている。この判定は、ステップＳ１６、或いはステップＳ１７で算出された目標機械圧縮比(εＣ)と、ＶＣＲ機構に設けた角度センサによって算出された実際の機械圧縮比とを比較して判定することができる。機械圧縮比が目標機械圧縮比(εＣ)に変換されていないと判定されると、再びステップＳ１８に戻り、機械圧縮比が目標機械圧縮比(εＣ)に変換されていると判定されると、ステップＳ２０に移行する。
【０１００】
≪ステップＳ２０≫
ステップＳ２０においては、機械圧縮比が目標機械圧縮比(εＣ)に変換されていると判定されているので、ＶＣＲ機構の制御を停止する。その後、コントローラ２２のシャットオフ処理を実行し、バックアップＲＡＭ等に制御データの回避処理を実行してシャットダウンする。
【０１０１】
このように、内燃機関の停止時にＶＣＲ機構によって、始動時の圧縮行程気筒のピストンの停止位置に対応した機械圧縮比に補正するので、圧縮行程時の圧縮圧力を適切に設定できるので、始動性能を向上し、かつ安定した始動を行なうことができる。
【０１０２】
また、内燃機関の停止直後にＶＣＲ機構による機械圧縮比の補正を行なうので、内燃機関の機構部品やＶＣＲ機構の機構部品に潤滑油が確保されている状態となっており、ＶＣＲ機構の作動が円滑に行われるという効果がある。また、次回の再始動時には、予め、ピストン停止位置に応じたＶＣＲ位置となっているので、ＶＣＲ変換所要時間をなくし迅速な再始動が可能となる。
【０１０３】
尚、上述した説明においては、目標機械圧縮比特性は図７に示すような特性を使用しているが、図５に示すような特性を使用しても良いことはいうまでもない。この場合は、第２目標機械圧縮比特性が一定値ではなく、ピストン停止位置に対応して機械圧縮比が変更されるものとなる。
【実施例４】
【０１０４】
次に、上述した制御を具体的に実行する別の制御フローについて説明する。図９は、内燃機関の始動時にピストンの停止位置に基づいて機械圧縮比を補正する制御フローを示すフローチャートである。
【０１０５】
尚、本実施形態においても、ピストン停止位置に対応した目標とする機械圧縮比(εＣ)は、図７に示す実線の特性を使用する。このため、吸気下死点(ＢＤＣ)〜標準停止位置(Θｍｄ)の間は、第２目標機械圧縮比特性が使用され、標準停止位置(Θｍｄ)〜圧縮上死点(ＴＤＣ)の間は、第１目標機械圧縮比特性が使用される。もちろん、第２目標機械圧縮比特性として破線に示す特性を使用することもできる。
【０１０６】
≪ステップＳ３０≫
ステップＳ３０においては、内燃機関が始動される条件が入力されたかどうかが判定されている。内燃機関の始動判断を行なう場合は、イグニッションスイッチ等の信号を監視することで判断できる。また、アイドルストップシステムを搭載した自動車では、アイドルストップ解除の成立条件を監視することで判断できる。ステップＳ３０で内燃機関が始動される条件が成立していないと判断されるとエンドに抜け、内燃機関が停止される条件が成立したと判断されるとステップＳ３１に移行する。
【０１０７】
≪ステップＳ３１≫
ステップＳ３１においては、停止された内燃機関の停止クランク位置、吸気閉弁時期(ＩＶＣ)、及び機関温度(Ｔ)を算出する。停止クランク位置は、これも停止時のクランク角センサの回転パルスを基に算出することができる。また、吸気閉弁時期(ＩＶＣ)は可変動弁機構に設けた角度センサ、或いは可変動弁機構を制御する制御データから算出することができる。また、機関温度はシリンダブロックに設けた冷却水温度センサから算出することができる。内燃機関の停止クランク位置、吸気閉弁時期(ＩＶＣ)、及び機関温度(Ｔ)を算出すると、ステップＳ３２に移行する。
【０１０８】
≪ステップＳ３２≫
ステップＳ３２においては、ステップＳ３１で求められた停止クランク位置から、始動時に圧縮行程となる圧縮行程気筒のクランクピン(ＣＰ)位置(Θ)を算出する。このクランクピン(ＣＰ)位置(Θ)は、圧縮上死点(ＴＤＣ)と吸気下死点(ＢＤＣ)の間のピストンの停止位置を表している。したがって、クランクピン(ＣＰ)位置(Θ)はピストン停止位置と捉えることができる。クランクピン(ＣＰ)位置(Θ)が算出されるとステップＳ３３に移行する。
【０１０９】
≪ステップＳ３３≫
ステップＳ３３においては、ステップＳ３１で算出した吸気閉弁時期(ＩＶＣ)と、ステップＳ３２で算出したクランクピン(ＣＰ)位置(Θ)を用いて、クランクピン(ＣＰ)位置(Θ)が、吸気閉弁時期(ＩＶＣ)より吸気下死点(ＢＤＣ)側にあるかどうかを判定している。
【０１１０】
つまり、図７に示すように、吸気閉弁時期(ＩＶＣ)を標準停止位置(Θｍｄ)に設置した場合において、吸気下死点(ＢＤＣ)〜標準停止位置(Θｍｄ)の間は、第２目標機械圧縮比特性を使用し、標準停止位置(Θｍｄ)〜圧縮上死点(ＴＤＣ)の間は、第１目標機械圧縮比特性を使用するためである。
【０１１１】
ステップＳ３３においては、クランクピン(ＣＰ)位置(Θ)が吸気閉弁時期(ＩＶＣ)より進角側(吸気下死点(ＢＤＣ)の側)に位置している判定されると、ステップＳ３４に移行し、クランクピン(ＣＰ)位置(Θ)が吸気閉弁時期(ＩＶＣ)より遅角側(圧縮下死点(ＴＤＣ)の側)に位置している判定されると、ステップＳ３５に移行する。
【０１１２】
≪ステップＳ３４≫
ステップＳ３３によってクランクピン(ＣＰ)位置(Θ)が、吸気閉弁時期(ＩＶＣ)より進角側(吸気下死点(ＢＤＣ)の側)に位置していると判定されているので、ステップＳ３４においては、図７に示すような特性が記憶された目標機械圧縮比特性マップから、算出されたクランクピン(ＣＰ)位置(Θ)に対応した目標機械圧縮比(εＣ)を算出する。
【０１１３】
この場合、目標機械圧縮比(εＣ)は、一定値の第２目標機械圧縮比特性となっているので、目標機械圧縮比(εＣａｄ´)が算出される。もちろん、破線の目標機械圧縮比特性の場合、同様に目標機械圧縮比(εＣａｄ´´)が算出される。
【０１１４】
ここで、機関温度(Ｔ）によって目標機械圧縮比(εＣ)を補正することも可能である。例えば、アイドルストップが行なわれた場合、機関温度(Ｔ)が高い場合には、初回の圧縮圧力が高すぎると、プレイグニッションが発生し易くなる。このため、目標機械圧縮比(εＣ))を機関温度(Ｔ)に対応して低くすることも有効である。
【０１１５】
逆に、機関温度(Ｔ)が低い場合は、暖機を促進するために圧縮上死点(ＴＤＣ)での圧縮空気の温度を高めるため、目標機械圧縮比(εＣ))を機関温度(Ｔ)に対応して高くすることも有効である。目標機械圧縮比(εＣ)が算出されるとステップＳ３６に移行する。
【０１１６】
≪ステップＳ３５≫
ステップＳ３３によってクランクピン(ＣＰ)位置(Θ)が、吸気閉弁時期(ＩＶＣ)より遅角側(圧縮上死点(ＴＤＣ)の側)に位置していると判定されているので、ステップＳ３５においては、図７に示すような特性が記憶された目標機械圧縮比特性マップから、算出されたクランクピン(ＣＰ)位置(Θ)に対応した目標機械圧縮比(εＣ)を算出する。
【０１１７】
この場合、目標機械圧縮比(εＣ)は、クランクピン(ＣＰ)位置(Θ)に対応した第１目標機械圧縮比特性となっている。したがって、クランクピン(ＣＰ)位置(Θ)が、圧縮上死点(ＴＤＣ)側にいくにしたがって、目標機械圧縮比(εＣ)が大きくなっている。
【０１１８】
ステップＳ３５においても、機関温度(Ｔ）によって目標機械圧縮比(εＣ))を補正することも可能である。例えば、アイドルストップが行なわれた場合、機関温度(Ｔ)が高い場合には、初回の圧縮圧力が高すぎると、プレイグニッションが発生し易くなる。このため、目標機械圧縮比(εＣ))を機関温度(Ｔ)に対応して低くすることも有効である。
【０１１９】
逆に、機関温度(Ｔ)が低い場合は、暖機を促進するために圧縮上死点(ＴＤＣ)での圧縮空気の温度を高めるため、目標機械圧縮比(εＣ))を機関温度(Ｔ)に対応して高くすることも有効である。標機械圧縮比(εＣ)が算出されるとステップＳ３６に移行する。
【０１２０】
≪ステップＳ３６≫
ステップＳ３６においては、ステップＳ３４、或いはステップＳ３５で算出された目標機械圧縮比(εＣ)に基づいて、ＶＣＲ機構の圧縮比制御アクチュエータに変換信号(駆動信号)を出力する。これによって機械圧縮比が変更されることになる。ＶＣＲ機構の圧縮比制御アクチュエータに変換信号が出力されるとステップＳ３７に移行する。
【０１２１】
≪ステップＳ３７≫
ステップＳ３６で、ＶＣＲ機構によって機械圧縮比が目標機械圧縮比(εＣ)に変換されるが、この過程でステップＳ３７においては、この変換時間が所定時間(ｔ)だけ行なわれたかどうかが判定されている。この所定時間(ｔ)はＶＣＲ機構が目標機械圧縮比(εＣ)に変換するのに必要な時間であり、この場合、変換に必要な所定時間(ｔ)は温度の関数とすることができ、温度が低いほど長く設定される。
【０１２２】
尚、図８のステップＳ１９のように、機械圧縮比が目標機械圧縮比(εＣ)に変換されたかどうかを判定しても良い。そして、所定時間(ｔ)を経過しない場合は、再びステップＳ３７に戻り、所定時間(ｔ)を経過するとステップＳ３８に移行する。
【０１２３】
ここで、所定時間(ｔ)の設定であるが、ＶＣＲ機構の変換所要時間より長くすると、目標機械圧縮比(εＣ)に変換された後に、クランキングを開始するので高精度な始動制御が可能となる。一方、ＶＣＲ機構の変換所要時間より短くすると、目標機械圧縮比(εＣ)に完全に変換し終わる前に、クランキングを開始するので始動に要する時間を短縮することで、迅速な始動が実現できる。
【０１２４】
≪ステップＳ３８≫
ステップＳ３８においては、ＶＣＲ機構によって目標機械圧縮比(εＣ)に変換完了しているため、スタータモータによりクランキングを開始する。この場合、ピストン停止位置に対応した目標機械圧縮比(εＣ)に変換されているので、良好な始動性能を得ることができる。クランキングが開始されるとステップＳ３９に移行する。
【０１２５】
≪ステップＳ３９≫
ステップＳ３９においては、圧縮行程にある圧縮行程気筒のピストンが上死点に達したかどうかを判定する。このような判定を行なうのは、最初の圧縮行程気筒だけであり、後続する気筒では、既にクランキング回転速度が立ち上がっているので、機械圧縮比を内燃機関の動作状態に合わせて変更する必要があるためである。圧縮行程にある圧縮行程気筒のピストンが上死点に達していないと判定されると、再びステップＳ３９に戻り、圧縮行程気筒のピストンが上死点に達していると判定されると、ステップＳ４０に移行する。
【０１２６】
≪ステップＳ４０≫
ステップＳ４０においては、内燃機関の回転速度が既に十分な回転速度の達しているので、内燃機関の状態、ここでは機関温度(Ｔ)に対応した目標機械圧縮比(εＣ)の変換信号をＶＣＲ機構に出力する。この場合、アイドルストップの状態で、機関温度(Ｔ)が高いとノッキングの発生があるので、目標機械圧縮比(εＣ)は低減側に補正し、機関温度(Ｔ)が低いと暖機を促進する必要があるので、目標機械圧縮比(εＣ)は増大側に補正している。その後、エンドに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。
【０１２７】
ここで、各気筒の機械圧縮比の制御であるが、気筒毎に圧縮比制御アクチュータを設けて、各気筒の動作順序にしたがって順々に変換しても良く、この場合は気筒別の精密な制御が可能となる。一方、図１、図２に示すように同一の圧縮比制御アクチュエータで全気筒の機械圧縮比を同時に変換しても良く、この場合は制御を簡素化することができる。
【０１２８】
このように、内燃機関の始動時にＶＣＲ機構によって、始動時の圧縮行程気筒のピストンの停止位置に対応した機械圧縮比に補正するため、圧縮行程気筒の圧縮行程時の圧縮圧力を適切に設定できるので、始動性能を向上し、かつ安定した始動を行なうことができる。
【０１２９】
また、本実施形態においては、内燃機関の始動時にＶＣＲ機構による機械圧縮比の補正を行なうので、内燃機関の停止中にピストン停止位置が経時変化してしまった場合であっても、始動時にピストン停止位置を算出して対応する目標機械圧縮比を算出するので、高精度な目標機械圧縮比制御が可能となる。
【０１３０】
また、始動時に機械圧縮比の補正制御を行う本実施形態に加えて、実施例３の実施形態で記載したような内燃機関停止状態での機械圧縮比の補正制御を併せて行っても良い。その場合は、制御精度がさらに高まる。また、再始動時におけるＶＣＲ機構の変換量を低減することができ、より迅速な再始動が可能となる。
【０１３１】
尚、上述した説明においては、目標機械圧縮比特性は図７に示すような特性を使用しているが、図５に示すような特性を使用しても良いことはいうまでもない。この場合は、第２目標機械圧縮比特性が一定値ではなく、ピストン停止位置に対応して機械圧縮比が変更されるものとなる。
【０１３２】
上述した説明においては、ＶＣＲ機構は同一の圧縮比制御アクチュエータで全気筒の機械圧縮比を連続変換しているが、例えば、特開２０１８-９４８８号公報に示されている、各気筒に別個の圧縮比制御アクチュエータを設けて、各気筒の機械圧縮比を別個に、しかも段階的に変換するする構成も採用することができる。さらに、特開２０１６-１７４８９号公報に示すような機械圧縮比と機械膨張比を異なって変化できるＶＣＲ機構にも適用することもできる。
【０１３３】
また、吸気閉弁時期(ＩＶＣ)は、可変動弁機構によって変更しても良いし、また、固定の吸気閉弁時期(ＩＶＣ)とすることもできる。
【０１３４】
尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である
【符号の説明】
【０１３５】
０１…ピストン、０２…クランクシャフト、０３…コンロッド、０４…燃焼室、０５…点火栓、１Ａ…吸気側可変動弁機構、１Ｂ…排気側可変動弁機構、２Ａ、２Ｂ…位相制御用油圧アクチュエータ、３…可変圧縮比機構、４…吸気バルブ、５…排気バルブ、２…コントローラ、４９…圧縮比制御アクチュエータ、７２…スロットルバルブ。
【図１】
2020033937.tif 000003
【図２Ａ】
2020033937.tif 000004
【図２Ｂ】
2020033937.tif 000005
【図３】
2020033937.tif 000006
【図４】
2020033937.tif 000007
【図５】
2020033937.tif 000008
【図６】
2020033937.tif 000009
【図７】
2020033937.tif 000010
【図８】
2020033937.tif 000011
【図９】
2020033937.tif 000012