(57)【要約】【課題】内燃機関の冷機始動時での排気ガスの温度を上昇させて排気ガス浄化触媒の暖機の進行を促進することができる新規な内燃機関の可変動作システム及びその制御装置を提供することにある。【解決手段】吸気バルブ４の開閉時期の位相を制御する吸気側可変動弁機構１Ａ、及び排気バルブ５の開閉時期の位相を制御する排気側可変動弁機構１Ｂを備え、機関冷機始動時において、排気側可変動弁機構１Ｂによって、排気バルブ５の開時期を上死点と下死点の「中間位置」付近まで進角し、かつ排気バルブ５の閉時期を上死点前の所定位置まで進角すると共に、吸気側可変動弁機構１Ａによって、吸気バルブ４の開時期を上死点後の所定位置まで遅角する。始動時における排気バルブの開時期を充分な量だけ進角することにより、燃焼室から排出される排気ガスの温度を高めることができ、後流の排気ガス浄化触媒を早期に暖機して触媒の転化率を高めることができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、内燃機関の吸気バルブの開閉時期を制御する吸気側可変動弁機構と、前記内燃機関の排気バルブの開閉時期を制御する排気側可変動弁機構と、前記吸気側可変動弁機構と前記排気側可変動弁機構を制御する制御手段を備え、冷機始動時においては、
前記排気側可変動弁機構によって、前記排気バルブの開時期(ＥＶＯ)を上死点と下死点の中間位置付近まで進角し、かつ前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を上死点前の第１の進角側所定位置まで進角すると共に、前記吸気側可変動弁機構によって、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を上死点後の第１の遅角側所定位置まで遅角する
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システム。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の可変動作システムにおいて、
前記排気側可変動弁機構は、冷機始動時から前記内燃機関の温度が上昇するにしたがって、前記排気バルブの開時期(ＥＶＯ)を遅角側に移行させる
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システム。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の可変動作システムにおいて、
前記排気側可変動弁機構は、冷機始動時から前記内燃機関の温度が上昇するにしたがって、前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を遅角側に移行させる
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システム。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の可変動作システムにおいて、
前記内燃機関の温度が所定温度に達した後の低負荷領域では、
前記排気側可変動弁機構は、前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を上死点後の第２の遅角側所定位置まで遅角し、
前記吸気側可変動弁機構は、前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)に対して負のバルブオーバーラップがほぼ「０」、或いは正のオーバーラップを形成するように、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を上死点後の遅角側に移行させると共に、前記吸気バルブの閉時期(ＩＶＣ）を上死点と下死点の中間位置付近まで遅角側に移行させる
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システム。
【請求項５】
請求項３に記載の内燃機関の可変動作システムにおいて、
前記内燃機関の温度が所定温度に達した後の高負荷領域では、
前記排気側可変動弁機構は、前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を上死点後の第３の遅角側所定位置まで遅角し、
前記吸気側可変動弁機構は、前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)に対して正のオーバーラップを形成するように、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を上死点前の第２の進角側所定位置まで進角すると共に、前記吸気バルブの閉時期(ＩＶＣ）を上死点と下死点の中間付近より進角側の下死点側に移行させる
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システム。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関の可変動作システムにおいて、
前記内燃機関のピストンの位置を変更して機械圧縮比及び機械膨張比を制御する可変圧縮比機構を更に設け、前記可変圧縮比機構は、冷機始動時には最小機械膨張比より大きい高機械膨張比に制御する
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システム。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関の可変動作システムにおいて、
前記吸気側可変動弁機構と前記排気側可変動弁機構は、少なくとも一方、或いは両方が作動角を調整できる作動角可変機構を含んで構成されている
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システム。
【請求項８】
少なくとも、内燃機関の吸気バルブの開閉時期を制御する吸気側可変動弁機構と、前記内燃機関の排気バルブの開閉時期を制御する排気側可変動弁機構と、前記吸気側可変動弁機構と前記排気側可変動弁機構を制御する制御手段を備え、冷機始動時においては、
前記制御手段は、
前記排気バルブの開時期(ＥＶＯ)を上死点と下死点の中間位置付近まで進角し、かつ前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を上死点前の第１の進角側所定位置まで進角するように前記排気側可変動弁機構を制御する機能と、
前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を上死点後の第１の遅角側所定位置まで遅角するように前記吸気側可変動弁機構を制御する機能と
を有することを特徴とする内燃機関の可変動作システムの制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の内燃機関の可変動作システムの制御装置において、
前記制御手段は、更に、冷機始動時から前記内燃機関の温度が上昇するにしたがって、前記排気バルブの開時期(ＥＶＯ)と閉時期（ＥＶＣ）を遅角側に移行させるように前記排気側可変動弁機構を制御する機能を有する
ことを特徴とする内燃機関の可変動作システムの制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の内燃機関の可変動作システムの制御装置において、
前記内燃機関の温度が所定温度に達した後の低負荷領域では、
前記制御手段は、
前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を上死点後の第２の遅角側所定位置まで遅角するように前記排気側可変動弁機構を制御する機能と、
前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)に対して負のバルブオーバーラップがほぼ「０」、或いは正のオーバーラップを形成するように、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を上死点後の遅角側に移行させると共に、前記吸気バルブの閉時期(ＩＶＣ）を上死点と下死点の中間付近まで遅角側に移行させるように前記吸気側可変動弁機構を制御する機能と
を有することを特徴とする内燃機関の可変動作システムの制御装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の内燃機関の可変動作システムの制御装置において、
前記内燃機関の温度が所定温度に達した後の高負荷領域では、
前記制御手段は、
前記排気バルブの開時期(ＥＶＯ)と閉時期(ＥＶＣ)を上死点後の第３の遅角側所定位置まで遅角するように前記排気側可変動弁機構を制御する機能と、
前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)に対して正のオーバーラップを形成するように、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を上死点前の第２の進角側所定位置まで進角すると共に、前記吸気バルブの閉時期(ＩＶＣ）を上死点と下死点の中間付近より進角側の下死点側に移行させるように前記吸気側可変動弁機構を制御する機能と
を有することを特徴とする内燃機関の可変動作システムの制御装置。
【請求項１２】
少なくとも、内燃機関の吸気バルブの開閉時期を制御する吸気側可変動弁機構と、前記内燃機関の排気バルブの開閉時期を制御する排気側可変動弁機構と、前記内燃機関のピストンの位置を変更して機械圧縮比及び機械膨張比を制御する可変圧縮比機構と、前記吸気側可変動弁機構、前記排気側可変動弁機構、及び前記可変圧縮比機構を制御する制御手段を備え、冷機始動時においては、
前記制御手段は、
前記内燃機関の機械膨張比を最小機械膨張比より大きい高機械膨張比に設定するように前記可変圧縮比機構を制御する機能と、
また、前記排気バルブの開時期(ＥＶＯ)を上死点と下死点の中間位置付近まで進角し、かつ前記排気バルブの閉時期(ＥＶＣ)を上死点前の所定位置まで進角するように前記排気側可変動弁機構を制御する機能と、
更に、前記吸気バルブの開時期(ＩＶＯ)を上死点後の所定位置まで遅角するように前記吸気側可変動弁機構を制御する機能と
を有することを特徴とする内燃機関の可変動作システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の可変動作システムに係り、少なくとも排気バルブと吸気バルブのバルブタイミングを制御する可変動弁機構を備えた内燃機関の可変動作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膨張比、つまり機械圧縮比及び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、及び排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。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。
【０００３】
また、「 CO2-potential of a two-stage VCR system in combination with future gasoline powertrains 」(非特許文献１)においては、図１３〜図１４に機械圧縮比マップが示されており、これによれば低負荷になるほど機械圧縮比を高めている。これは、低負荷ほどノック発生の問題が低減するので、機械圧縮比を大きくすることができ、それに付随して機械膨張比（＝機械圧縮比）も大きくさせることができ、結果的に内燃機関の熱効率を高めることができる。このため、始動時においても、機械圧縮比は最大機械圧縮比（＝最大機械膨張比）付近になっている。そして、始動時に機械圧縮比を大きくすることは圧縮上死点の温度が高まり、始動時における燃焼を改善して良好な始動性に繋げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２‐２７６４４６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】CO2-potential of a two-stage VCR system in combination with futuregasoline powertrains；33rd International Vienna Motor Symposium 26-27 April 2012
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、内燃機関を冷機始動する冷機始動時において、非特許文献１では機械圧縮比を最大機械圧縮比に設定されているため、機械膨張比も最大となって内燃機関から排出される排気ガスの温度が低下する現象が発生する。このため、排気管の途中に設けられている排気ガス浄化触媒の暖機が進みにくく、排気ガス浄化触媒での排気ガス有害成分の転化率が低くなってしまうことになる。その結果、排気ガス浄化触媒を経た後のテールパイプから大気に排出される排気ガス中の排気ガス有害成分の排出量が増加するという課題がある。尚、可変圧縮比機構を用いない内燃機関においても、燃費低減ニーズからの機械膨張比εＥ（＝機械圧縮比εＣ）の増大傾向を受けて、同様の問題が生じてきている。
【０００７】
本発明の目的は、内燃機関の冷機始動時での排気ガスの温度を上昇させて、排気ガス浄化触媒の暖機の進行を促進することができる新規な内燃機関の可変動作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、吸気バルブの開閉時期の位相を制御する吸気側可変動弁機構、及び排気バルブの開閉時期の位相を制御する排気側可変動弁機構を備え、機関冷機始動時において、排気側可変動弁機構によって、排気バルブの開時期を上死点と下死点の中間位置付近まで進角し、かつ排気バルブの閉時期を上死点前の所定位置まで進角すると共に、吸気側可変動弁機構によって、吸気バルブの開時期を上死点後の所定位置まで遅角する、ところにある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の好ましい態様によれば、内燃機関の機械膨張比が高機械膨張比であっても、始動時における排気バルブの開時期を充分な量だけ進角することにより、燃焼室から排出される排気ガスの温度を高めることができ、燃焼室の後流に配置された排気ガス浄化触媒を早期に暖機して触媒の転化率を高めることができる。
【００１０】
すなわち、燃焼して燃焼温度が高い状態のうちに排気バルブを開くことで、高温の排気ガスを排出できるだけでなく、気筒内が高圧の状態から排気バルブを開くことになるので高温の排気ガスを高圧で勢いよく排出でき、排気ガス浄化触媒の活性が更に高まり、冷機時の排気ガス有害成分を大幅に低減できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る内燃機関の可変動作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、最小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、最大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３Ａ】通常の機械膨張比(εＥ＝１２)の場合の「正のバルブオーバーラップ」を有する吸気バルブと排気バルブのバルブ特性を説明する説明図である。
【図３Ｂ】高機械膨張比(εＥ＝１８)の場合の「正のバルブオーバーラップ」を有する吸気バルブと排気バルブのバルブ特性を説明する説明図である。
【図３Ｃ】高機械膨張比(εＥ＝１８)の場合の「負のバルブオーバーラップ」を有する吸気バルブと排気バルブのバルブ特性を説明する説明図である。
【図４Ａ】本発明の第１の実施形態になる内燃機関の可変動作システムの吸気バルブと排気バルブの冷機始動時のバルブ特性を説明する説明図である。
【図４Ｂ】本発明の第１の実施形態になる内燃機関の可変動作システムの吸気バルブと排気バルブの暖機終了直前のバルブ特性を説明する説明図である。
【図４Ｃ】本発明の第１の実施形態になる内燃機関の可変動作システムの吸気バルブと排気バルブの暖機後の低負荷領域でのバルブ特性を説明する説明図である。
【図４Ｄ】本発明の第１の実施形態になる内燃機関の可変動作システムの吸気バルブと排気バルブの暖機後の高負荷領域でのバルブ特性を説明する説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態になる内燃機関の可変動作システムで、冷機始動時から暖機後の高負荷領域までの排気バルブの開閉時期、吸気バルブの開閉時期、及び機械膨張比の時間的な変化状態を説明する説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態になる内燃機関の可変動作システムの停止時における制御を実行するフローチャートである。
【図７Ａ】本発明の第１の実施形態になる内燃機関の可変動作システムで、始動時から高負荷領域までの制御を実行する制御フローの前半を示すフローチャートである。
【図７Ｂ】本発明の第１の実施形態になる内燃機関の可変動作システムで、始動時から高負荷領域までの制御を実行する制御フローの後半を示すフローチャートである。
【図８Ａ】本発明の第２の実施形態になる内燃機関の可変動作システムの吸気バルブと排気バルブの冷機始動時のバルブ特性を説明する説明図である。
【図８Ｂ】本発明の第２の実施形態になる内燃機関の可変動作システムの吸気バルブと排気バルブの暖機終了直前のバルブ特性を説明する説明図である。
【図８Ｃ】本発明の第２の実施形態になる内燃機関の可変動作システムの吸気バルブと排気バルブの暖機後の低負荷領域でのバルブ特性を説明する説明図である。
【図８Ｄ】本発明の第２の実施形態になる内燃機関の可変動作システムの吸気バルブと排気バルブの暖機後の高負荷領域でのバルブ特性を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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】
【００１３】
本発明の第1の実施形態になる内燃機関の可変動作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動作システムの全体の構成を示している。
【００１４】
まず、内燃機関の可変動作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。
【００１５】
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機構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。
【００１６】
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ものである。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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。更に、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、暖機後の高負荷領域における最小機械圧縮比での圧縮上死点のピストン位置を示し、図２Ｂは、冷機始動時及び低〜中負荷時における最大機械圧縮比での圧縮上死点のピストン位置を示している。ここで、最小機械圧縮比、及び最大機械圧縮比の両方とも、排気上死点のピストン位置は図２Ａ、図２Ｂに各々示す圧縮上死点のピストン位置と一致している。
【００２３】
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のピストン位置と排気上死点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、吸気下死点のピストン位置と膨張下死点のピストン位置も一致する。これは、吸気下死点のピストン位置から圧縮上死点のピストン位置に至る間の圧縮ストロークと、圧縮上死点のピストン位置から膨張下死点のピストン位置に至る間の膨張ストロークも制御位置によらず常に両者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も制御位置によらず原理的に一致（εＣ＝εＥ）するものである。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、図２Ａ、図２Ｂに示すように、ピストン上死点におけるピストン０１の位置が低くなったり高くなったりし、またピストン０１のストロークＳ１、Ｓ２も変化する。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。
【００２８】
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。図２Ａは最小機械圧縮比の状態を示し、図２Ｂは最大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を連続的に変化させることができる。
【００２９】
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、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に示す最小機械圧縮比(εＣｍｉｎ＝最小機械膨張比εＥｍｉｎ）は、「εＣｍｉｎ＝Ｖ１／ＶＯ１＋１」(例えば、εＣｍｉｎ＝８)となり、図２Ｂに示す最大機械圧縮比(εＣｍａｘ＝最大機械膨張比εＥｍａｘ)は、「εＣｍａｘ＝Ｖ２／ＶＯ２＋１」(例えば、εＣｍａｘ＝１８)となる。
【００３０】
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、内燃機関の冷機始動時において、非特許文献１では機械圧縮比(εＣ)を大きな機械圧縮比に設定しているため、機械膨張比(εＥ)も大きな機械膨張比となって、内燃機関から排出される排気ガスの温度が低下する現象が発生する。このため、排気管の途中に設けられている排気ガス浄化触媒の暖機が進みにくく、排気ガス浄化触媒での排気ガス有害成分の転化率が低くなってしまうことになる。その結果、排気ガス浄化触媒を経た後のテールパイプから大気に排出される排気ガス有害成分の排出量が増加するという課題がある。
【００３１】
このような課題に対応するため、本実施形態では、機関冷機始動時において、排気側ＶＴＣ機構によって、排気バルブの開時期を上死点と下死点の「中間角位置」付近まで進角し、かつ排気バルブの閉時期を上死点前の所定位置まで進角すると共に、吸気側ＶＴＣ機構によって、吸気バルブの開時期を上死点後の所定位置まで遅角する、構成としたものである。そして、排気側ＶＴＣ機構と吸気側ＶＴＣ機構を以下のように制御している。
【００３２】
まず、本実施形態の吸気側ＶＴＣ機構１Ａにおいては、油圧ポンプからの油圧供給が有る場合、及び油圧供給が無い場合の両方において、デフォルト位置である「中間角位置」付近にメカ的に安定制御される構成となっている。ここでデフォルト位置とは、メカ的に安定する位置のことである。
【００３３】
位相制御用油圧アクチュエータ２Ａにおいては、ベーンを進角側に付勢するバイアススプリングが用いられているが、その付勢荷重は小さく動弁反力により「中間角位置」付近までベーンは機械的に押し戻される。この位相の状態で回転数が低下すると、油圧が低下していき、「中間角位置」付近の位相でピンロックするようになっている。すなわち、「最遅角位置」と「最進角位置」の間の「中間角位置」付近がデフォルト位置となっている。
【００３４】
したがって、電気系に断線故障等があった場合にも、メカニカルフェールセーフの効果を備えているものである。後述するが、内燃機関が停止されている状態では、吸気バルブ４は「中間角位置」付近に設定されることになる。
【００３５】
次に、本実施形態の排気側ＶＴＣ機構１Ｂにおいては、油圧ポンプからの油圧供給が有る場合、及び油圧供給が無い場合の両方において、デフォルト位置である「最進角位置」付近にメカ的に安定制御される構成となっている。
【００３６】
位相制御用油圧アクチュエータ２Ｂにおいては、ベーンを進角側に付勢するバイアススプリングが用いられており、ベーンに作動油圧が作用しなかった場合には、この「最進角位置」付近に安定するようになっている。そして、この位相の状態で回転数が低下すると、油圧が低下していき、「最進角位置」付近の位相でピンロックするようになっている。すなわち、「最進角位置」がデフォルト位置となっている。
【００３７】
したがって、電気系に断線故障等があった場合にも、メカニカルフェールセーフの効果を備えているものである。後述するが、内燃機関が停止されている状態では、排気バルブ５は「「最進角位置」付近に設定されることになる。
【００３８】
尚、これらの吸気側ＶＴＣ機構１Ａ、及び排気側ＶＴＣ機構１Ｂの基本的な構成は、本出願人が出願した、特開２０１１‐２２０３４９号公報、特開２０１３‐１７０４９８号公報等に詳細に記載されているので、ここでは、これ以上の説明は省略する。本実施形態では、特開２０１１‐２２０３４９号公報等に記載された吸気側ＶＴＣ機構、及び排気側ＶＴＣ機構を利用しながら、デフォルト位置を上述の位置に制御するものである。
【００３９】
次に、吸気バルブ４と排気バルブ５の冷機始動を含む冷機運転時のバルブタイミングについて説明する。図３Ａ〜図３Ｃは、冷機運転時におけるバルブタイミングを説明する図であり、位相制御用油圧アクチュエータ２Ａ、２Ｂがデフォルト位置にある時の、吸気バルブ４と排気バルブ５のバルブタイミングを示している。
【００４０】
そして、図３Ａは通常の機械膨張比(εＥ＝１２)の場合の「正のバルブオーバーラップ」を有するバルブタイミング、図３Ｂは高機械膨張比(εＥ＝１８)の場合の「正のバルブオーバーラップ」を有するバルブタイミング、図３Ｃは高機械膨張比(εＥ＝１８)の場合の「負のバルブオーバーラップ」を有するバルブタイミングを示している。
【００４１】
図３Ａは、通常の機械膨張比(εＥ＝１２)の場合であり、吸気バルブ４の開時期ＩＶＯ１を上死点前に設定し、その閉時期ＩＶＣ１を下死点後に設定し、また、排気バルブ５の開時期ＥＶＯ１を下死点前に設定し、その閉時期ＥＶＣ１を上死点後に設定している。これによって、「正のバルブオーバーラップ」(以下、ＰＶＯ区間と表記する)が形成されて、高温の燃焼ガス（ＥＧＲガス）をＰＶＯ区間に吸気系に掃き出し、次の吸気行程で気筒内に再導入することで混合気温度を高め、また、吸気バルブ４の閉時期ＩＶＣをやや下死点に近づけることで圧縮上死点温度を高め、もって冷機運転時の燃焼を改善して排気ガス有害成分の発生を低減している。
【００４２】
ところで、上述したように冷機運転時に機械圧縮比(＝機械膨張比)を大きくして圧縮上死点の温度を高めることで、冷機運転時における燃焼を改善して良好な始動、運転を行なうことができる。このため、高機械膨張比に設定した内燃機関に、図３Ａ示すバルブタイミングを適用した場合は、図３Ｂのようなバルブタイミングに変更することが考えられる。この場合、吸気バルブ４の開時期ＩＶＯ１と排気バルブ５の閉時期ＥＶＣ１は図３Ａの場合と同じで、同様のＰＶＯ区間を形成している。しかしながら、高機械膨張比であるため排気弁開時期における燃焼ガス温度、すなわち排温が低下して触媒転化率が低下してしまう恐れがあるので、排気バルブ５の開時期を開時期ＥＶＯ１から開時期ＥＶＯ２に進角して、燃焼ガス温度が高いうちに排気バルブ５を開くようにしている。これによって図３Ａに示す通常の機械膨張比の場合と同程度の排温とでき、同程度の触媒転化性能を維持できるようになる。
【００４３】
また、機械圧縮比を大きくしたことによりコンプレッションが増加してスタータモータへの負荷が増加する恐れがあるが、吸気バルブ４の閉時期を閉時期ＩＶＣ1から閉時期ＩＶＣ２に遅角して下死点から離間させることで、通常の機械圧縮比と同程度のコンプレッションを維持するようにしている。
【００４４】
ところが、ＰＶＯ区間は同程度を維持しているので、設定上排気バルブ５と吸気バルブ４の作動角(開弁期間)が拡大してしまい、動弁系の機械摩擦力が増大して燃費悪化や排気ガス有害成分の増加を招く恐れがある。
【００４５】
本実施形態では、このような課題に対して図３Ｃにある通り、排気バルブ５の開時期を開時期ＥＶＯｃ(＝ＥＶＯ２)に進角して燃焼ガス温度が高いうちに排気バルブ５を開くようにすると共に、吸気バルブ４の閉時期を閉時期ＩＶＣｃ(＝ＩＶＣ２)に遅角して下死点から離間させる状態とし、更にこれらに加え、吸気バルブ４の開時期を上死点後に遅角して、開時期ＩＶＯｃ(第１の遅角側所定位置)とし、排気バルブ５の閉時期を上死点前に進角して、閉時期ＥＶＣｃ(第１の進角側所定位置)としている。
【００４６】
ここで、排気バルブ５の開時期ＥＶＯｃは上死点と下死点の間の中間位置付近に設定され、例えば、図３Ｃに示すように膨張下死点より進角側(反時計方向)に９０°±２０°〜３０°の範囲に設定されるのが望ましい。
【００４７】
また、上述のＥＶＣｃ進角とＩＶＯｃ遅角により、排気バルブ５と吸気バルブ４との間に「負のバルブオーバーラップ」(以下、ＮＶＯ区間と表記する)が形成されることになる。このため、設定上排気バルブ５と吸気バルブ４の作動角(開弁期間)を縮小でき、動弁系の機械摩擦力が増大するのを抑制することができる。更に、図３Ｃに示すバルブタイミングを実行することによって以下のような作用、効果を奏することができる。
【００４８】
（１）冷機運転時において、高機械膨張比であっても、排気バルブ５の開時期ＥＶＯを充分進角することにより、排気弁開時期における燃焼ガス温度、すなわち排温を高めることで、排気ガス浄化触媒を早期に暖機して触媒の転化率を高めることができる。すなわち、燃焼して燃焼温度が高い状態のうちに排気バルブ５を開くことで、高温の燃焼ガス（排気ガス）を排出するだけでなく、気筒内が高圧の状態から排気バルブ５を開くので、高温の燃焼ガスを高圧で勢いよく排出できるので、その分一層触媒の活性が高まり冷機運転時の排気ガス有害成分を有効に低減できる。
【００４９】
（２）また、排気バルブ５の閉時期ＥＶＣｃと吸気バルブ４の開時期ＩＶＯｃによって形成されるＮＶＯ区間に、高温の燃焼ガスを気筒内に封じ込め、且つピストンで加圧することにより、気筒内ガス及び機関本体が加熱されて、冷機運転時における燃焼を大幅に改善して燃費や排気ガス有害成分を低減し、且つ機関暖機性(機関温度の上昇速度）を高めるので、触媒の暖機速度を更に高めることができる。また付随して、油温も上昇するので、内燃機関の機械摩擦力もその分低減できて、冷機時の燃費も低減できる。
【００５０】
（３）更に、このＮＶＯ区間の形成によって、図３Ｂに示す吸気バルブ４の閉時期ＩＶＣ２と同じ閉時期ＩＶＣｃにも拘らず、図３Ｂに対して吸気バルブ４の開時期ＩＶＯｃが遅いので、吸気バルブ４の作動角が小さく設定でき、同様に、図３Ｂに示す排気バルブ５の開時期ＥＶＯ２と同じ開時期ＥＶＯｃにも拘らず、図３Ｂに対して排気バルブ５の閉時期ＥＶＣｃが早いので、排気バルブ５の作動角が小さく設定でき、結果として動弁系の機械摩擦力をその分低減でき、その面からの燃費低減もできるようになる。
【００５１】
このように、図３Ｃに示す本実施形態のバルブタイミングによれば、ＮＶＯ区間の形成により燃焼を改善でき、また動弁系の機械摩擦力も低減でき、燃費及び排気ガス有害成分を低減できるようになる。更に、排気バルブ５の開時期を開時期ＥＶＯｃのように進角して、上死点と下死点の中間位置に相当する開時期に設定したので、高機械膨張比による排気ガス温度の低下を抑制して排気ガス温度を上昇できる。
【００５２】
また、排気ガスを高圧で排出することができるので、排気ガス浄化触媒の暖機及び触媒の活性化が促進されるので、触媒の転化率も一段と向上して最終的に大気に排出される排気ガス有害成分を低減できるようになる。しかも、図３Ｃに示すバルブタイミングはクランキング開始時期から設定されているので、始動燃焼の初期から上述した排気ガス有害成分の低減効果を得ることができるものである。
さらに言うと、このＮＶＯの位相中心は上死点（ＴＤＣ）付近、すなわち、ＥＶＣｃ〜ＴＤＣの期間とＴＤＣ〜ＩＶＯｃの期間はほぼ同じであり、これにより格別な効果が得られる。すなわち、排気弁閉時期ＥＶＣｃの時点では筒内圧は大気圧付近であり、ここから筒内加圧が始まるが、ＴＤＣで圧力上昇した後再びＩＶＯｃではほぼ同じ大気圧付近に戻りそこで吸気弁を開くので、このＥＶＣｃ〜ＩＶＯｃの間のポンプ損失発生を抑制できる。その結果、ポンプ損失に起因する燃費悪化を抑制できる。また、ここで仮にＩＶＯｃが相対的に早く、すなわち吸気弁が早めに開いたと仮定すると、加圧された燃焼ガス（ＥＧＲガス）が吸気系に吐き出されてしまい、ポンプ損失が増加するだけでなく、せっかく暖めた燃焼ガスが吸気系で冷えてしまい、次サイクルに筒内に導入された際にこの温度低下により燃焼が悪化してしまうのである。このように、のＮＶＯの位相中心は上死点（ＴＤＣ）付近、すなわち、ＥＶＣｃ〜ＴＤＣの期間とＴＤＣ〜ＩＶＯｃの期間はほぼ同じとすれば、ポンプ損失の抑制や燃焼改善といった格別な効果を得ることができるのである。
【００５３】
尚、ＰＶＯ区間によっても気筒内に燃焼ガスを導入することができるが、この場合は吸気系に燃焼ガスを掃き出し、その後の吸気行程で再び気筒内に導入するという過程を経るので、この燃焼ガスの温度は原理的に本実施形態によるＮＶＯ区間でのガス温度よりは低くなる。また、吸気バルブ４と排気バルブ５の開弁期間（作動角）も大きく設定されることになるので、動弁系の機械摩擦力の増加による悪影響があり、本実施形態による上述した作用、効果を得ることができないものである。
【００５４】
次に、運転状態の変更に対応したバルブタイミング及び機械膨張比(機械圧縮比)の制御動作を、図４Ａ〜図４Ｄ、及び図５に基づき説明する。尚、図４Ａは高機械膨張比で、機関停止時から冷機始動時に至る間のバルブタイミングを示し、図４Ｂは高機械膨張比で、暖機運転を開始してから暖機終了直前になった際のバルブタイミングを示し、図４Ｃは高機械膨張比で、暖機後の低負荷時のバルブタイミングを示し、図４Ｄは低機械膨張比（低機械圧縮比）で、暖機後の高負荷時のバルブタイミングを示している。また、図５はこれらに対応した、排気バルブ５の開時期ＥＶＯと閉時期ＥＶＣ（実線で表示）、吸気バルブ４の開時期ＩＶＯと閉時期ＩＶＣ（破線で表示）、及び機械膨張比(＝機械圧縮比)の時間的な変化状態を示している。
【００５５】
≪機関停止から機関始動≫
図４Ａ、図５（０）（１）にある通り、排気バルブ５の開時期を開時期ＥＶＯｃに進角して燃焼ガス温度が高いうちに排気バルブ５を開くようにすると共に、吸気バルブ４の閉時期を閉時期ＩＶＣｃに遅角して下死点から離間させる状態とし、更に、吸気バルブ４の開時期を上死点後に遅角して開時期ＩＶＯｃ(第１の遅角側所定値)とし、排気バルブ５の閉時期を上死点前に進角して閉時期ＥＶＣｃ(第１の進角側所定位置)としている。また、排気バルブ５の開時期ＥＶＯｃは膨張下死点より進角側(反時計方向)に９０°±２０°〜３０°の範囲に設定されている。この状態は図３Ｃと同じ状態なので、説明は省略する（効果などの説明は上述の通り）。
【００５６】
尚、本実施形態では、冷機始動の際にＶＣＲ機構３により、最小機械膨張比(εＥｍｉｎ)より大きい高機械膨張比(例えば、最大機械膨張比εＥｍａｘ)に制御されている。このため、熱効率が高い分排気ガス温度の低下が大きくなり、触媒転化率が相対的に低下するので冷機時の排気ガス有害成分が増加する恐れがある。このような場合であっても、排気バルブ５の開時期(ＥＶＯ)を進角した開時期(ＥＶＯｃ)とすることで、排気ガス温度低下を抑制して触媒転嫁率を高く維持して排気ガス有害成分の低減効果を高めることができる。
【００５７】
≪暖機運転から暖機終了直前≫
図４Ｂ、図５（２）にある通り、内燃機関が冷機始動され暖機運転によって内燃機関の温度が上昇していくと、図５にある通り排気バルブ５の開時期ＥＶＯが徐々に遅角側に移行されていくようになる。これによれば、内燃機関の温度が上昇するにつれ触媒温度（触媒転化率）が上昇するので、排気バルブ５を開時期ＥＶＯｗまで遅角側に移行して、触媒温度の必要以上の過度の上昇を抑制すると共に、このＥＶＯ遅角により高有効膨張比（膨張仕事増大）に設定されてくるので燃費を向上することができる。
【００５８】
また、排気バルブ５の開時期ＥＶＯが徐々に遅角側に移行されていくので、排気バルブ５の閉時期ＥＶＣも内燃機関の温度上昇にあわせて、閉時期ＥＶＣｗまで遅角側に移行されていくようになる。これによれば、筒内に封じ込まれる高温ＥＧＲガス量が低下するので、内燃機関や触媒の必要以上の過度の温度上昇を抑制すると共に、気筒内の排気ガス量（ＥＧＲガス量）が減少するので過渡運転時の燃焼安定性が向上し、例えば急な加速要求があった場合でも良好な加速応答性を得ることができる。
【００５９】
そして、内燃機機関が所定温度Ｔ０に達すると暖機運転を終了するが、その直前のバルブタイミングは、図４Ｂに示すようなバルブタイミングになっており、排気バルブ５の閉時期ＥＶＣｗは、吸気バルブ４の開時期ＩＶＯｗとほぼ一致するまで遅角され、バルブオーバーラップがほぼ０になることで内部ＥＧＲ量は大幅に減少されることになる。
【００６０】
≪暖機後の低負荷≫
図４Ｃ、図５（３）にある通り、暖機終了後の低負荷時では、排気バルブ５を開時期ＥＶＯｌ、及び閉時期ＥＶＣｌ(第２の遅角側所定位置)まで遅角側に移行すると共に、吸気バルブ４を開時期ＩＶＯｌ、及び閉時期ＩＶＣｌまで遅角側に移行させるように制御する。これによって、ＮＶＯ区間をほぼ「０」にするか、又はＰＶＯ区間が形成されるようにすると共に、吸気バルブ４の閉時期ＩＶＣｌを上死点と下死点の中間位置付近まで遅角側に移行する。この吸気バルブ４の閉時期ＩＶＣｌは吸気下死点より遅角側(時計方向)に９０°±２０°〜３０°の範囲に設定されている。
【００６１】
これによれば、排気バルブ５を開時期ＥＶＯｌまで遅角側に移行させることにより膨張仕事を増加すると共に、吸気バルブ４を閉時期ＩＶＣｌまで遅角側に移行して、所謂吸気弁遅閉じアトキンソンサイクル効果でポンプ損失を低減し、さらにＮＶＯ区間を形成しないことで、ＴＤＣ付近で発生し得る吸気行程初期のポンプ損失をも低減し、もって総ポンプ損失を低減して、燃費を向上することができる。
【００６２】
≪暖機後の高負荷≫
図４Ｄ、図５（４）にある通り、暖機終了後の高負荷時では、排気バルブ５を開時期ＥＶＯｈ、及び閉時期ＥＶＣｈ(第３の遅角側所定位置)まで遅角側に移行すると共に、吸気バルブ４を閉時期ＩＶＯｈ(第２の進角側所定位置)、及び閉時期ＩＶＣｈまで進角側に移行させるように制御する。これによって大きなＰＶＯ区間を形成とすると共に、吸気バルブ４の開時期ＩＶＣｈを下死点側に向けて進角側に移行するように制御する。
【００６３】
これによれば、吸気バルブ４の閉時期ＩＶＣｈを下死点側に向けて進角側に移行することによって充填効率の向上が図れ、更には、大きなＰＶＯ区間の形成と排気バルブ５の開時期ＥＶＯｈの遅角側への移行による、いわゆる掃気機能（排気脈動の負圧波発生を遅らせることでこの負圧波とＰＶＯ区間と同期させて気筒内に新気を導く方法）が大きくなり、機関トルクを充分高めることができるようになる。更に、機械圧縮比は最小の機械圧縮比εＣｍｉｎ（＝８程度）に制御されるので、耐ノック性が向上して機関トルクを更に高めることができるようになる。
【００６４】
尚、本実施形態ではＶＣＲ機構３を使用していることにより次のような作用、効果を奏することができる。例えば、低回転／低負荷領域においてＶＣＲ機構で高機械膨張比に制御することで、この低回転／低負荷領域において燃費改善の効果をさらに高めることができる。また、低回転／高負荷領域においてＶＣＲ機構で低機械圧縮比に制御することで、低回転／高負荷領域においてノックを防止してさらに機関トルクの向上を図ることができる。
【００６５】
次に、上述した図４Ａ〜図４Ｄに示すバルブタイミングの制御を実行するための制御フローを図６、図７Ａ、図7Ｂに基づき簡単に説明する。この制御フローは、例えば１０ｍｓ毎の起動タイミングでコントローラ２２に内蔵されているマイクロコンピュータで実行されるものである。
【００６６】
図６には、内燃機関を停止する停止移行時に、吸気側ＶＴＣ機構１Ａ、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ、及びＶＣＲ機構３をデフォルト位置に機械的に移動させる制御フローを示している。
【００６７】
≪ステップＳ１０≫
まず、ステップＳ１０においては、内燃機関を停止する機関停止情報や、内燃機関の運転条件情報を読み込む。内燃機機関を停止する機関停止情報としては、代表的にはアイドルストップの要件が揃った場合が相当し、他に運転者の意志によるキーオフ信号である場合もある。、また、内燃機関の運転条件情報を示す信号としては数多くあるが、本実施形態では、内燃機関の回転数情報、吸気量情報、水温情報、要求負荷情報(アクセル開度)等があり、更に吸気側ＶＴＣ機構１Ａや排気側ＶＴＣ機構１Ｂの実位置情報等がある。このステップＳ１０で各種情報を読み込むとステップＳ１１に移行する。
【００６８】
≪ステップＳ１１≫
ステップＳ１１においては、機関停止移行条件かどうか、またはキーオフされたかどうかを判断する。このキーオフされたかどうかの判断は、例えば、キーオフ信号を監視しておけばよく、キーオフ信号が入力されないとエンドに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。一方、キーオフ信号が入力されると、あるいは機関停止移行条件であると判断された場合はステップＳ１２に移行する。
【００６９】
≪ステップＳ１２≫
ステップＳ１２においては、吸気側ＶＴＣ機構１Ａ、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ、及びＶＣＲ機構３にデフォルト位置に移行するように、変換制御信号を吸気側ＶＴＣ機構１Ａの位相制御用油圧アクチュエータ２Ａ、排気側ＶＴＣ機構１Ｂの位相制御用油圧アクチュエータ２Ｂ、及びＶＣＲ機構３の圧縮比制御アクチュエータ４９に出力する。つまり、次回の始動に対応するために、図４Ａの「機関停止時⇒冷機始動時」あるいは図５（0）のバルブ開閉時期特性、及びピストン位置特性になるように制御する。実際には、変換制御信号を遮断すれば機械的にデフォルト位置に戻る構成となっており、この制御は変換制御信号を遮断することで行えばよい。
【００７０】
したがって図５（０）に示す通り、吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯ)は開時期(ＩＶＯｏ)付近に設定され、また、吸気バルブ４の閉時期(ＩＶＣ)は閉時期(ＩＶＣｏ)付近に設定され、排気バルブ５の開時期(ＥＶＯ)は開時期(ＥＶＯｏ)付近に設定され、排気バルブ５の閉時期（ＥＶＣ）は閉時期（ＥＶＣｏ）付近に設定されるものである。
【００７１】
また、ＶＣＲ機構３による機械膨張比(εＥ)は、高機械膨張比（＝高機械圧縮比）、ここでは最大機械膨張比(εＥｍａｘ)に設定される。吸気側ＶＴＣ機構１Ａ、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ、及びＶＣＲ機構３によるデフォルト位置への設定出力が終了するとステップＳ１３に移行する。
【００７２】
≪ステップＳ１３≫
ステップＳ１３においては、吸気側ＶＴＣ機構１Ａの位相制御用油圧アクチュエータ２Ａ、排気側ＶＴＣ機構１Ｂの位相制御用油圧アクチュエータ２Ｂ、及びＶＣＲ機構３の圧縮比制御アクチュエータ４９の実位置を検出して制御状態を監視する。これらの実位置の検出が終了するとステップＳ１４に移行する。
【００７３】
≪ステップＳ１４≫
ステップＳ１４においては、吸気バルブ４が開時期(ＩＶＯｏ)付近、及び閉時期(ＩＶＣｏ)付近に設定され、また、排気バルブ５が開時期(ＥＶＯｏ)付近、閉時期（ＥＶＣｏ）付近に設定され、更に、機械膨張比(εＥ)が最大機械膨張比(εＥｍａｘ）に設定されているかどうかが各実位置ベースに判断されている。この条件を満足しない場合は、再びステップＳ１３に戻り、同様の制御を実行する。
【００７４】
一方、吸気バルブ４が開時期(ＩＶＯｏ)付近、及び閉時期(ＩＶＣｏ)付近に設定され、また、排気バルブ５が開時期(ＥＶＯｏ)付近、閉時期（ＥＶＣｏ）付近に設定され、更に、機械膨張比(εＥ)が最大機械膨張比(εＥｍａｘ）に設定されていると各実位置ベースに判断されると、ステップＳ１５に移行する。
【００７５】
≪ステップＳ１５≫
ステップＳ１５においては、内燃機関を停止するために燃料カット信号を燃料噴射弁に送り、また点火カット信号を点火装置に送る。これによって内燃機関の回転数Ｎｅが低下していき、内燃機関が停止されるようになる。このように、吸気側ＶＴＣ機構１Ａ、排気側ＶＴＣ機構１Ｂ、及びＶＣＲ機構３によるデフォルト位置の実際上の設定が終了し、内燃機関も停止に向かうとエンドに抜けて次の内燃機関の始動を待つことになる。
【００７６】
次に、この状態から内燃機関の運転を再開する場合の制御フローを図７Ａ、図７Ｂに基づき説明する。この制御フローもコントローラ２２に内蔵されているマイクロコンピュータで実行されるものである。
【００７７】
≪ステップＳ２０≫
ステップＳ２０においては、機関始動条件かどうかを判断する。この判断は、例えば、キーオン信号、或いはスタータ起動信号を監視しておけばよく、キーオン起動信号が入力されないとエンドに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。一方、キーオン起動信号が入力されると、機関始動条件と判断してステップＳ２１に移行する。
【００７８】
≪ステップＳ２１≫
ステップＳ２１においては、吸気側ＶＴＣ機構１Ａ、及び排気側ＶＴＣ機構１Ｂに始動位置（ここではデフォルト位置）に移行するように、変換制御信号が吸気側ＶＴＣ機構１Ａの位相制御用油圧アクチュエータ２Ａ、及び排気側ＶＴＣ機構１Ｂの位相制御用油圧アクチュエータ２Ｂに出力される。また、ＶＣＲ機構３の圧縮比制御アクチュエータ４９にも変換制御信号が出力される。つまり、始動に対応するために、図４Ａの「冷機始動時」に示すバルブ開閉時期特性、及びピストン位置特性になるように制御するものである。
【００７９】
したがって図５に示す通り、吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯ)は開時期(ＩＶＯｃ)に設定され、また、吸気バルブ４の閉時期(ＩＶＣ)は閉時期(ＩＶＣｃ)に設定され、排気バルブ５の閉時期（ＥＶＣ）は閉時期(ＥＶＣｃ)に設定される。更に、機械膨張比(εＥ）は最大機械膨張比(εＥｍａｘ)に設定される。
【００８０】
ここで、冷機始動時の排気バルブ５及び吸気バルブ４の開閉時期は、停止時のデフォルトでの開閉時期とされており、また、機械膨張比も停止時の最大機械膨張比(εＥｍａｘ)とされているので、実質的な変換動作を必要としないで円滑な始動が実現できるものとなっている。また、メカニカルフェールセーフ効果も併せ有するようになっている。
【００８１】
そして、変換制御信号を吸気側ＶＴＣ機構１Ａの位相制御用油圧アクチュエータ２Ａ、及び排気側ＶＴＣ機構１Ｂの位相制御用油圧アクチュエータ２Ｂに出力し、また、ＶＣＲ機構３の圧縮比制御アクチュエータ４９に変換制御信号を出力すると、ステップＳ２２、ステップＳ２３に移行する。
【００８２】
≪ステップＳ２２、ステップＳ２３≫
ステップＳ２２においては、スタータモータによってクランキングを開始し、その後のステップＳ２３においては、回転数Ｎｅが所定クランキング回転数に達したかどうかを判定している。回転数Ｎｅが所定クランクング回転数に達していないと、この判断を繰り返すことになる。次に、回転数Ｎｅが所定クランキング回転に達するとステップＳ２４に移行する。
【００８３】
≪ステップＳ２４≫
ステップＳ２４においては、スタータモータの回転に合せて内燃機関を始動するため燃料噴射弁や点火装置へ駆動信号を供給する。燃料噴射弁や点火装置へ駆動信号を供給するとステップＳ２５に移行する。
【００８４】
≪ステップＳ２５≫
ステップＳ２５においては、クランキングしてから所定時間を経過したかどうかを判断している。経過時間が所定時間を経過していないと、この判断を繰り返すことになる。次に、経過時間が所定時間を経過するとステップＳ２６、ステップ２７に移行する。
【００８５】
≪ステップＳ２６、ステップＳ２７≫
ステップＳ２６においては、内燃機関の機関温度Ｔ(冷却水温度)を検出し、その後のステップＳ２７においては、機関温度に対応して図５に示すように、排気ＶＴＣ機構１Ｂによって、排気バルブ５の開時期（ＥＶＯ）を「開時期(ＥＶＯｃ)⇒開時期(ＥＶＯｗ)」に向かって遅角し、同様に閉時期（ＥＶＣ）を「閉時期(ＥＶＣｃ)⇒開時期(ＥＶＣｗ)」に向かって遅角させる制御を実行する。この場合の制御では、機関温度の上昇に応じて、排気バルブ５の開時期及び閉時期を遅角することで、実膨張比（有効膨張比）を可及的に高めて熱効率を向上し、またＮＶＯ期間を可及的に狭めて機関温度や排気ガス温度の不必要な温度上昇を抑制して燃費を低減している。
【００８６】
尚、この状態で吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯ)と閉時期（ＩＶＣ）は、各々機関停止じでのタイミングと同じ値に維持され、「ＩＶＯｃ＝ＩＶＯｗ」、「ＩＶＣｃ＝ＩＶＣｗ」となっている。また、排気バルブ５の閉時期(ＥＶＣｗ)は吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯｗ)とほぼ一致するタイミングまで変化していき、ＮＶＯ期間も殆どなくなり内部ＥＧＲ量は大幅に減少されることになる。そして、排気ＶＴＣ機構１Ｂの遅角制御が実行されている過程で次のステップが実行される。
【００８７】
≪ステップＳ２８≫
ステップＳ２８においては、内燃機関の機関温度(冷却水温度)を検出して所定温度Ｔｏに達したかどうかを判断する。所定温度Ｔｏに達していなければ冷機状態と判断して、再度ステップＳ２６、Ｓ２７を実行し、所定温度Ｔｏに至るまでステップＳ２６、Ｓ２７の制御を継続する。尚、暖機終了直前の排気バルブ５は、開時期(ＥＶＯｗ)、閉時期(ＥＶＣｗ)とされ、吸気バルブ４は、開時期（ＩＶＯｗ）、閉時期(ＩＶＣｗ)」となっている。そして、内燃機関の暖機が進行して所定温度Ｔｏに達すると、冷機状態から暖機が完了したと判断してステップＳ２９に移行する。
【００８８】
≪ステップＳ２９≫
ステップＳ２９においては、機関運転状態(特に負荷状態)を検出し、これに合せて後述する制御ステップで、排気バルブ５の開時期(ＥＶＯ)と閉時期(ＥＶＣ)、及び吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯ)と閉時期(ＩＶＣ)、更に機械膨張比(εＥ)を制御するようにしている。ここで負荷状態は、例えば横軸に回転数をとり、縦軸に吸入空気量をとった負荷マップによって判定される。負荷状態が検出されるとステップＳ３０に移行する。
【００８９】
≪ステップＳ３０≫
ステップＳ３０においては、現在の機関運転状態が低負荷領域にあるかどうかが判断されている。低負荷領域にあると判断されるとステップＳ３１に移行し、低負荷状態より大きい負荷状態と判断されればステップＳ３２に移行する。
【００９０】
≪ステップＳ３１≫
ステップＳ３１においては、低負荷領域での変換制御信号が、吸気側ＶＴＣ機構１Ａの位相制御用油圧アクチュエータ２Ａ、及び排気側ＶＴＣ機構１Ｂの位相制御用油圧アクチュエータ２Ｂに出力される。また、ＶＣＲ機構３の圧縮比制御アクチュエータ４９にも変換制御信号が出力される。図５（３）に示す例は、例えば暖機後のアイドル状態を示している。
【００９１】
したがって、吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯ)は開時期(ＩＶＯｌ)に設定され、また、吸気バルブ４の閉時期(ＩＶＣ)は閉時期(ＩＶＣｌ)に設定され、排気バルブ５の閉時期（ＥＶＣ）は閉時期(ＥＶＣｌ)に設定される。更に、機械膨張比(εＥ）は高機械膨張比(εＥｍａｘ)に設定される。
【００９２】
また、排気バルブ５の閉時期(ＥＶＣｌ)と吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯｌ)は、ほぼ一致する状態とされ、内部ＥＧＲ量は大幅に減少されることになる。そして、変換制御信号を吸気側ＶＴＣ機構１Ａの位相制御用油圧アクチュエータ２Ａ、及び排気側ＶＴＣ機構１Ｂの位相制御用油圧アクチュエータ２Ｂに出力し、また、ＶＣＲ機構３の圧縮比制御アクチュエータ４９に変換制御信号を出力すると、エンドに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。
【００９３】
≪ステップＳ３２≫
ステップＳ３０で内燃機関の負荷が暖機後の低負荷領域を超えていると判断された場合は、ステップＳ３２が実行される。ステップＳ３２においては、現在の機関運転状態が高負荷領域にあるかどうかが判断されている。高負荷状態より小さい領域(いわゆる負荷マップ領域)と判断されればステップＳ３３に移行し、高負荷領域にあると判断されるとステップＳ３４に移行する。
【００９４】
≪ステップＳ３３≫
ステップＳ３２で内燃機関の負荷が暖機後の所定の高負荷領域に達していないと判断された場合は、ステップＳ３３が実行される。ステップＳ３３においては、負荷マップに対応した変換制御信号が、吸気側ＶＴＣ機構１Ａの位相制御用油圧アクチュエータ２Ａ、及び排気側ＶＴＣ機構１Ｂの位相制御用油圧アクチュエータ２Ｂに出力される。また、ＶＣＲ機構３の圧縮比制御アクチュエータ４９にも変換制御信号が出力される。
【００９５】
例えば、吸気ＶＴＣ機構１Ａによって、吸気バルブ４の開時期（ＩＶＯ）を「開時期(ＩＶＯｌ)⇒開時期(ＩＶＯｈ)」に向かって進角し、同様に閉時期（ＩＶＣ）を「閉時期(ＩＥＶＣｌ)⇒開時期(ＩＶＣｈ)」に向かって進角させる制御を実行する。尚、この状態で排気バルブ５の開時期(ＥＶＯ)と閉時期（ＥＶＣ）は変化が抑制され、各々ＥＶＯｌ〜ＥＶＯｈの範囲、ＥＶＣｌ〜ＥＶＣｈの範囲を変化するが、「ＥＶＯｌ≒ＥＶＯｈ」、「ＥＶＣｌ≒ＥＶＣｈ」となっており、変化が抑制されている。
【００９６】
また、機械膨張比(εＥ)は、ＶＣＲ機構３の圧縮比制御アクチュエータ４９によって高機械膨張比（εＥｍａｘ）⇒低機械膨張比（εＥｍｉｎ)に向かって小さく制御されていく。その結果、低機械圧縮比（εＣｍｉｎ）となり、ノッキングが防止される。
【００９７】
そして、変換制御信号を吸気側ＶＴＣ機構１Ａの位相制御用油圧アクチュエータ２Ａ、及び排気側ＶＴＣ機構１Ｂの位相制御用油圧アクチュエータ２Ｂに出力し、また、ＶＣＲ機構３の圧縮比制御アクチュエータ４９に変換制御信号を出力すると、エンドに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。
【００９８】
≪ステップＳ３４≫
ステップＳ３２で内燃機関の負荷が暖機後の所定の高負荷領域に達していると判断された場合は、ステップＳ３４が実行される。ステップＳ３４においては、高負荷領域での変換制御信号が、吸気側ＶＴＣ機構１Ａの位相制御用油圧アクチュエータ２Ａ、及び排気側ＶＴＣ機構１Ｂの位相制御用油圧アクチュエータ２Ｂに出力される。また、ＶＣＲ機構３の圧縮比制御アクチュエータ４９にも変換制御信号が出力される。
【００９９】
暖機後の高負荷時の場合は、吸気バルブ４の開時期(ＩＶＯ)は開時期(ＩＶＯｈ)に設定され、また、吸気バルブ４の閉時期(ＩＶＣ)は閉時期(ＩＶＣｈ)に設定され、排気バルブ５の開時期（ＥＶＯ）は閉時期(ＥＶＯｈ)に設定され、排気バルブ５の閉時期（ＥＶＣ）は閉時期(ＥＶＣｈ)に設定される。更に、機械膨張比(εＥ）は低機械膨張比(εＥｍｉｎ)に設定される。
【０１００】
そして、変換制御信号を吸気側ＶＴＣ機構１Ａの位相制御用油圧アクチュエータ２Ａ、及び排気側ＶＴＣ機構１Ｂの位相制御用油圧アクチュエータ２Ｂに出力し、また、ＶＣＲ機構３の圧縮比制御アクチュエータ４９に変換制御信号を出力すると、エンドに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。
【０１０１】
本実施形態によれば、吸気バルブの開閉時期の位相を制御する吸気側ＶＴＣ機構、及び排気バルブの開閉時期の位相を制御する排気側ＶＴＣ機構を備え、機関冷機始動時において、排気側ＶＴＣ機構によって、排気バルブの開時期を上死点と下死点の中間位置付近まで進角し、かつ排気バルブの閉時期を上死点前の所定位置まで進角すると共に、吸気側ＶＴＣ機構によって、吸気バルブの開時期を上死点後の所定位置まで遅角する構成を提案した。
【０１０２】
これによれば、内燃機関の機械膨張比が高機械膨張比であっても、始動時における排気バルブの開時期を充分な量だけ進角することにより、燃焼室から排出される排気ガスの温度を高めることができ、後流の排気ガス浄化触媒を早期に暖機して触媒の転化率を高めることなどができ、詳細は前述の通りである。
【実施例２】
【０１０３】
次に本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態で排気側ＶＴＣ機構と吸気側ＶＴＣ機構は、作動角(開弁区間)が一定の動弁機構を採用している。これに対して、本実施形態は、排気側ＶＴＣ機構、及び吸気側ＶＴＣ機構に加えて、作動角を調整できる可変作動角機構（以下、ＶＥＬと表記する）も併設した例を提案するものである。これによって、第１の実施形態を超える作用、効果を得ることが可能となる。より具体的にいうと、吸気側可変動弁機構は、第１実施形態での吸気側ＶＴＣ機構に加え、吸気側ＶＥＬが併設されており、排気側可変動弁機構は、第１実施形態での排気側ＶＴＣ機構に加え、排気側ＶＥＬが併設されている。この吸気/排気側ＶＥＬは、特開２０１６-００３６４９など記載されているものと同様なので、その作動角変化の原理などの説明は省略する。さらに、ここでは、ＶＥＬ以外の可変作動角機構にも適用できるものである。
【０１０４】
図８Ａから図８Ｄは、図４Ａ〜図４Ｄに対応するものであるが、特に図８Ａ、図８Ｃにおいて、排気バルブ５あるいは吸気バルブ４の作動角を拡大した例を示している。
【０１０５】
図８Ａにおいて、排気側ＶＥＬ機構によって排気バルブ５の作動角を拡大して排気バルブ５の開時期(ＥＶＯ)を、第１の実施形態の開時期(ＥＶＯｃ)に比べて更に進角側に移動させた開時期（ＥＶＯｃ´）としている。これによって更に排気ガスの燃焼温度を高めることで、排気ガス浄化触媒をさらに早期に暖機して排気ガス有害成分を低減することが可能となる。
【０１０６】
また、図８Ｃにおいて、吸気側ＶＥＬ機構によって吸気バルブ４の作動角を拡大して吸気バルブ４の閉時期(ＩＶＣ)を、第１の実施形態の開時期(ＩＶＣｌ)に比べて更に遅角側に移動させて閉時期（ＩＶＣｌ´）としている。これによって更にアトキンソン効果でポンプ損失を低減し、燃費を低減することが可能となる。
【０１０７】
以上の説明からわかる通り、本発明における吸気側ＶＴＣ機構、及び排気側ＶＴＣ機構は、油圧式の位相可変型でも良いし、電動式の可変位相型であっても良いものであるし、更には、リフトを制御できる機構を併設したものを使用しても良いものである。また、ＶＣＲ機構は、機械圧縮比と機械膨張比が常に同じ値で制御される形式であるが、例えば特開２０１６-０１７４８９号公報に示すような機械圧縮比と機械膨張比が異なった値に制御できる形式でも良いものである。また、場合によっては使用しなくても良いものである。ここで、機械圧縮比と機械膨張比が異なった値に制御できる形式のＶＣＲ機構においては、図５（４）に対応する暖機後高負荷時において、第１実施形態と同様に低機械圧縮比εＣminとして耐ノック性を高める一方、機械膨張比εＥの方は、εＣminより高く設定される。これにより、高負荷時に問題となる高排温による触媒熱劣化の問題を防止して、エミッションの経時劣化を防止するなどの格別な効果も得ることができる。
【０１０８】
以上述べた通り本発明は、吸気バルブの開閉時期の位相を制御する吸気側可変動弁機構、及び排気バルブの開閉時期の位相を制御する排気側可変動弁機構を備え、機関冷機始動時において、排気側可変動弁機構によって、排気バルブの開時期を上死点と下死点の中間位置付近まで進角し、かつ排気バルブの閉時期を上死点前の所定位置まで進角すると共に、吸気側可変動弁機構によって、吸気バルブの開時期を上死点後の所定位置まで遅角する、ところに特徴を有している。
【０１０９】
これによれば、内燃機関の機械膨張比が高機械膨張比であっても、始動時における排気バルブの開時期を充分な量だけ進角することにより、燃焼室から排出される排気ガスの温度を高めることができ、後流の排気ガス浄化触媒を早期に暖機して触媒の転化率を高めることができる。
【０１１０】
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】
【０１１１】
０１…ピストン、０２…クランクシャフト、０３…コンロッド機構、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】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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