(57)【要約】【課題】内燃機関の運転状態に応じてピストンストローク量を変更する可変ピストンストローク型内燃機関において、低温始動時における始動性を向上することができる技術を提供する。【解決手段】冷却水温、スタータモータの作動、機関回転数によって、可変ピストンストローク型内燃機関の冷間始動時であると判定された場合には（Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０５）、可変ピストンストローク型内燃機関のピストンストローク量を所定の始動時ピストンストローク量まで増加させることにより（Ｓ１０６）、圧縮上死点付近における熱効率を向上させる。【選択図】図３
2005256818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のピストンストローク量を変更するストローク量変更手段と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記ストローク量変更手段によって変更すべきピストンストローク量であって、前記内燃機関の運転状態に対して良好な燃費性能および／または出力性能を得ることができるピストンストローク量を決定するストローク量決定手段と、
前記内燃機関が始動中であることを判定する始動判定手段と、を備え、
前記始動判定手段が前記内燃機関の始動中であると判定した場合、前記ストローク量変更手段は、前記内燃機関のピストンストローク量を、前記ストローク量決定手段によって決定される前記内燃機関の始動終了直後のピストンストローク量よりも大きい始動時ピストンストローク量に変更することを特徴とする可変ピストンストローク型内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関の温度を検知する内燃機関温度検知手段を更に備え、
前記始動判定手段が前記内燃機関の始動中であると判定し、且つ前記内燃機関温度検知手段によって検出された温度が所定温度以下である場合に、
前記ストローク量変更手段は、前記内燃機関のピストンストローク量を、前記ストローク量決定手段によって決定される前記内燃機関の始動終了直後のピストンストローク量よりも大きい始動時ピストンストローク量に変更することを特徴とする請求項１に記載の可変ピストンストローク型内燃機関。
【請求項３】
前記始動判定手段は、前記内燃機関の機関回転数が所定の自立回転数以下である場合に、前記内燃機関が始動中であると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の可変ピストンストローク型内燃機関。
【請求項４】
前記内燃機関のピストンストローク量を前記始動時ピストンストローク量としたときに生成される、前記内燃機関の気筒内におけるスワールの量を推定するスワール量推定手段と、
前記スワール量推定手段により推定された推定スワール量に基いて、前記内燃機関の気筒内に生成されるスワールの量を、前記内燃機関における熱効率を良好に維持する始動時スワール量となるように制御するスワール制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の可変ピストンストローク型内燃機関。
【請求項５】
前記スワール制御手段は、前記ストローク量変更手段によって、前記内燃機関のピストンストローク量を変更することにより、前記内燃機関の気筒内に生成させるスワールの量を制御することを特徴とする請求項４に記載の可変ピストンストローク型内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のピストンストローク量を変更することにより排気量を可変とする可変ピストンストローク型内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において良好な燃焼を維持するためには、燃焼時における混合気の着火性及び熱効率が重要な要因となることが分かっている。しかし、内燃機関の冷間始動時においては、機関回転数が低いために圧縮上死点付近での熱効率は低下し、熱効率の高い時期が圧縮上死点よりも遅角側に変化することがある。この場合、混合気の良好な着火性を得ることができる時期と、良好な熱効率を得ることができる時期とがずれることにより、それらを両立させる時期に混合気を燃焼させることが困難となる場合がある。結果として、内燃機関の良好な始動性を得ることが困難となる場合がある。
【０００３】
これは、冷間始動時においては機関温度が低いことに加えて機関回転数が低いため、燃焼行程において燃焼室から外部（例えばシリンダヘッドに設けられたウォータージャケット）に逃げる熱量が相対的に増加し、熱損失が多くなることに起因する。すなわち、この場合は、熱効率が最大の時期は、燃焼室のＳ／Ｖ比がより低くなる遅角側に変化するのに対し、内燃機関において筒内温度及び筒内圧力の点から混合気の着火性が最大となる時期は圧縮上死点付近であるので、熱効率と着火性とが両立するタイミングで混合気を燃焼させることが困難になる。
【０００４】
ここで、一般的な内燃機関においては、ピストンのストローク量は一定で排気量も一定である。しかし、運転状態に応じて最適なピストンストローク量（及び排気量）を得ることができれば、燃費性能や出力性能を向上させることができることが分かっている。このことより、ピストンストローク量（及び排気量）を可変制御することによってこれらの性能向上を図る可変ピストンストローク型の内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
これに類した従来技術の中には、吸気弁の閉弁時期を可変制御する可変動弁手段と、ピストン位置の変更によって内燃機関の圧縮比を可変制御する圧縮比制御手段とを備え、内燃機関の始動時の実圧縮比を、吸気弁閉弁時期と圧縮比とを可変制御することによって制御し、内燃機関の始動性を向上させようとする技術も提案されている。しかし、これでは、装置及び制御内容が複雑なものになってしまう（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１２９８７３号公報
【特許文献２】特開２００２−２７６４４６号公報
【特許文献３】特開平５−１６３９５８号公報
【特許文献４】特開平９−２０９７８７号公報
【特許文献５】特開平６−１３７１７６号公報
【特許文献６】特開２００１−３４２８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みでなされたもので、その目的とするところは内燃機関の運転状態に応じてピストンストローク量を変更する可変ピストンストローク型内燃機関において、冷間始動時における始動性を向上することができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、可変ピストンストローク型内燃機関の始動時においては、該可変ピストンストローク型内燃機関のピストンストローク量を大きくすることにより、圧縮上死点付近における熱効率を向上させることを最大の特徴とする。
【０００８】
より詳しくは、内燃機関のピストンストローク量を変更するストローク量変更手段と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記ストローク量変更手段によって変更すべきピストンストローク量であって、前記内燃機関の運転状態に対して良好な燃費性能および／または出力性能を得ることができるピストンストローク量を決定するストローク量決定手段と、
前記内燃機関が始動中であることを判定する始動判定手段と、を備え、
前記始動判定手段が前記内燃機関の始動中であると判定した場合、前記ストローク量変更手段は、前記内燃機関のピストンストローク量を、前記ストローク量決定手段によって決定される前記内燃機関の始動終了直後のピストンストローク量よりも大きい始動時ピストンストローク量に変更することを特徴とする。
【０００９】
すなわち、可変ピストンストローク型内燃機関において、始動判定手段が、前記内燃機関の始動中であると判定した場合、ピストンストローク量変更手段が、ピストンストロークを、従来変更されるべきピストンストローク量、換言すると、ストローク量決定手段によって決定される前記内燃機関の始動終了直後のピストンストローク量よりも大きく設定された始動時ピストンストローク量に変更する。
【００１０】
こうすることにより、前記内燃機関の始動中のピストン速度を相対的に増加させることができ、機関回転数が増加した場合と同様の効果を得ることができる。すなわち、燃焼行程において燃焼室から外部に逃げる熱量を相対的に減少させることができ、熱効率が最大となる時期を圧縮上死点に近づけることができる。結果として、混合気の着火性及び熱効率の両方が高い時記に混合気を燃焼させることができ、前記内燃機関の始動性を向上させることができる。
【００１１】
なお、ストローク量決定手段によって決定される前記内燃機関の始動終了直後のピストンストローク量とは、低機関負荷の運転状態においては、ピストンストローク量を小さくして排気量を減少させて燃費の向上を図り、高機関負荷の運転状態においては、ピストンストローク量を大きくして排気量を増加させ、出力向上を図るというピストンストローク制御において、内燃機関の始動直後の運転状態に対応して決定されるピストンストローク量を意味する。
【００１２】
また、始動時ピストンストローク量は、内燃機関の始動時において、圧縮上死点付近の熱効率を向上させるピストンストローク量として予め実験的に求められる量であり、不変の値として定められても良いし、内燃機関の機関温度や、機関回転数等に対応して変動する値として定められても良い。そして、上述のストローク量決定手段によって決定される前記内燃機関の始動終了直後のピストンストローク量よりも大きい値として定められる。
【００１３】
また、本発明においては、前記内燃機関の温度を検知する内燃機関温度検知手段を更に備え、
前記始動判定手段が前記内燃機関の始動中であると判定し、且つ前記内燃機関温度検知手段によって検出された温度が所定温度以下である場合に、
前記ストローク量変更手段は、前記内燃機関のピストンストローク量を、前記ストローク量決定手段によって決定される前記内燃機関の始動終了直後のピストンストローク量よりも大きい始動時ピストンストローク量に変更するようにしてもよい。
【００１４】
すなわち、内燃機関の始動時であっても、周囲温度が高い場合や、既に内燃機関が暖機
されている場合には、圧縮上死点付近においても、燃焼室から外部に流出する熱量は抑制され、圧縮上死点付近における熱効率の悪化は顕著でなくなる。このような場合には、前記内燃機関の始動時であっても、ストローク量変更手段が、ピストンストローク量を始動時ピストンストローク量に変更しないようにする。
【００１５】
こうすれば、内燃機関の始動時においてピストンストローク量を始動時ピストンストローク量に変更する制御を、当該制御を必要とする可能性が高い冷間始動時に絞って実施することができるので、エネルギーの無駄を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明においては、前記始動判定手段は、前記内燃機関の機関回転数が所定の自立回転数以下である場合に、前記内燃機関が始動中であると判定するとよい。ここで、自立回転数とは、前記内燃機関がスタータモータの補助を必要とせずに回転可能な機関回転数である。こうすれば、前記始動判定手段は、前記内燃機関が自立回転するかどうかを直接的に決定する自立回転数に基いて、前記内燃機関が始動中かどうかをより正確に判定することができる。
【００１７】
また、本発明においては、前記内燃機関のピストンストローク量を前記始動時ピストンストローク量としたときに生成される、前記内燃機関の気筒内におけるスワールの量を推定するスワール量推定手段と、
前記スワール量推定手段により推定された推定スワール量に基いて、前記内燃機関の気筒内に生成されるスワールの量を、前記内燃機関における熱効率を良好に維持する始動時スワール量となるように制御するスワール制御手段と、
を更に備えるようにするとよい。
【００１８】
ここで、前記内燃機関におけるピストンストローク量が変更された場合、前記内燃機関の気筒内で生成されるスワールの量も変化する。この場合、前記内燃機関におけるピストンストローク量が大きい程、前記内燃機関の気筒内で生成されるスワールの量は多くなる。一方、前記内燃機関の気筒内で生成されるスワールの量が多くなる程、前記内燃機関の気筒内における燃料と空気の混合が速くなるため燃焼期間は短くなる。逆に、スワールの量が少なくなる程、前記内燃機関の気筒内における燃料と空気の混合が遅くなるため燃焼期間は長くなる。そして、圧縮上死点の後において、燃焼期間が短か過ぎると、燃焼中の燃焼室のＳ／Ｖ比が相対的に高くなることと、燃焼温度が高くなることより、燃焼室から外部に流出する熱量が増加する場合がある。結果として熱効率が悪化する場合がある。
【００１９】
そこで本発明では、前記内燃機関の始動時において、ピストンストローク量が始動時ピストンストローク量に変更された場合に、前記内燃機関の気筒内に生成されるスワールの量をスワール量推定手段によって推定し、推定された推定スワール量に基いて、スワール量制御手段が、前記内燃機関の気筒内に生成されるスワールを前記内燃機関における熱効率を良好に維持する始動時スワール量となるように制御する。
【００２０】
ここで、ピストンストローク量の値と、気筒内で生成されるスワールの量とは略一対一の関係を有し、その関係をマップ化することができる。従って、始動時ピストンストローク量が、予め定められた不変の値である場合には、推定されるスワールの量も予め定めた一定値とするとよい。また、始動時ピストンストローク量が、機関温度や機関回転数によって変化する値である場合には、上記マップから始動時ピストンストローク量の値に対応するスワールの量を読み出すことにより、気筒内に生成されるスワールの量を推定するとよい。
【００２１】
また、始動時スワール量とは、前記内燃機関の始動時において、燃焼室での燃焼期間を過度に短くすることなく、前記内燃機関における熱効率を良好に維持する（顕著に悪化さ
せない）範囲に属するスワールの量をいう。本発明においては、始動時ピストンストローク量に対応して、上記範囲に属する始動時スワール量が決定される。
【００２２】
そして、推定スワール量に基いて、前記内燃機関の気筒内に生成されるスワールを前記の始動時スワール量になるように制御する際は、具体的には、推定スワール量が、前記始動時スワール量の範囲外にある場合、換言すると、推定スワール量が始動時スワール量の最大値より大きい場合に、気筒内に生成されるスワールの量を前記始動時スワール量の範囲まで低減させるようにしてもよい。
【００２３】
上記によれば、ピストンストローク量を始動時ピストンストローク量にすることによりピストンの運動速度を増加させ、前記内燃機関の圧縮上死点における熱効率を向上させることができると同時に、気筒内に生成されるスワールの量がピストンストローク量の増加に伴って増大して熱効率の向上の妨げとなることを抑制できる。結果として、前記内燃機関の熱効率をより確実に向上させることができる。
【００２４】
なお、スワール量制御手段としては、前記内燃機関の吸気系に備えられ、気筒内に生成されるスワールのスワール比を抑制するＳＣＶ（スワールコントロールバルブ）などを例示することができる。
【００２５】
また、本発明においては、前記スワール制御手段は、前記ストローク量変更手段によって、前記内燃機関のピストンストローク量を変更することにより、前記内燃機関の気筒内に生成させるスワールのスワール量を制御するようにしてもよい。
【００２６】
すなわち、ストローク量変更手段がスワール量制御手段を兼ねており、スワール量制御手段が、前記内燃機関の気筒内に生成されるスワールの量を、始動時スワール量になるように制御する際には、ストローク量変更手段が、ピストンストローク量を変更することにより、気筒内に生成されるスワールの量を制御する。
【００２７】
この際、ストローク量変更手段は、ピストンストローク量を一旦始動時ピストンストローク量に変更した後、さらに、始動時スワール量に相当するピストンストローク量に変更するようにしてもよい。
【００２８】
こうすれば、ＳＣＶなどの特別な装置を必要とすることなく、簡単な構成で、低コストで、内燃機関の気筒内に生成されるスワールの量を制御することができる。
【００２９】
なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明にあっては、内燃機関の運転状態に応じてピストンストローク量を変更する可変ピストンストローク型内燃機関において、冷間始動時における始動性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００３２】
本発明の可変ピストンストローク型内燃機関の実施例１について、図面を参照しつつ以下に説明する。図１に、本発明の可変ピストンストローク型内燃機関とその制御系の概略
構成図を示す。なお、以下の説明において、便宜上、図１に示される上側を上方として説明する。
【００３３】
図１に示す可変ピストンストローク型内燃機関１（以下、単に内燃機関１という）は直列四気筒型ディーゼルエンジンであり、ここではそのうちの一つの気筒３のみが断面図として示されているが、他の気筒に関しても同様の構造となっている。なお、本発明は直列四気筒ディーゼルエンジンに対してだけでなく、他の気筒数の直列内燃機関や他の形式（Ｖ型や水平対向型など）のディーゼルエンジンに対しても適用可能である。
【００３４】
内燃機関１の気筒３上部には、シリンダヘッド１ａが配置されている。このシリンダヘッド１ａには、吸気ポート１５及び排気ポート１８が設けられており、吸気ポート１５及び排気ポート１８と気筒３との境界には、吸気弁１３及び排気弁１４が配置されている。シリンダヘッド１ａの、気筒３の中心上方には、気筒３内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１６が備えられている。なお、内燃機関１においては、気筒３の側壁面と、シリンダヘッド１ａによって構成される気筒の天井面と、ピストン２の上面とによって燃焼室３ａが形成されている。
【００３５】
内燃機関１の気筒３は、内部にピストン２を往復運動可能に収容しており、ピストン２にはコネクティングロッド４の上端が連結されている。コネクティングロッド４の下端は、クランクシャフト５に直接連結されておらず、中間アーム６の一端側に連結されている。そして、この中間アーム６の他端側がクランクシャフト５に連結されている。また、クランクシャフト５には、クランクシャフト５の回転時に、回転軸回りの重量バランスをとるためのカウンターウェイト５ａが備えられている。
【００３６】
また、この中間アーム６には、中間アーム６の動きを規制してピストン２のストローク量を制御するためのコントロールロッド７の一端が連結されている。このコントロールロッド７の他端７ａは、後述する移動機構で移動可能に保持されている。コントロールロッド７は、他端７ａが揺動中心となって揺動可能となっている。上述した各ロッドやアームの連結部は、回転可能な連結部となっている。
【００３７】
コネクティングロッド４は、ピストン２の往復運動を効率よく受け止めるため、シリンダ３の下方方向に延設されている。コネクティングロッド４の下端及び中間アーム６の一端はピストン２の往復運動に伴って回転運動を行う。一方、中間アーム６の一端の動きはコントロールロッド７、中間アーム６自体及び、クランクシャフト５によって規制されている。その結果、中間アーム６の他端がクランクシャフト５を回転させるように運動する。このとき、中間アーム６の動きを規制しているコントロールロッド７は他端７ａを中心にして揺動する。
【００３８】
この機構においては、コネクティングロッド４の下端（中間アーム６の一端）の回転運動を、中間アーム６の動きを規制しつつ中間アーム６の他端で回転運動として取り出すので、必然的にクランクシャフト５の回転軸はピストン２の往復振動軸に対してオフセットした位置に配置されている。また、上述したクランクシャフト５は、エンジンブロック８に対して回転可能に保持されており、エンジンブロック８の下方にはオイルパン９が取り付けられている。
【００３９】
また、内燃機関１には、スタータモータ１９が併設されている。このスタータモータ１９の図示しない出力軸は、クランクシャフト５と連結されておりまた、その入力端は、バッテリ２０と電気的に連結されている。そして、内燃機関１の始動時にはバッテリ２０からの電力供給を受けて作動し、クランクシャフト５を回転させて、自立回転数以上の回転数まで加速させることによって内燃機関１を始動させる。
【００４０】
さらに、本実施例の内燃機関１においては、コントロールロッド７の他端７ａの位置を移動させるための機構がエンジンブロック８に取り付けられている。この機構は、他端７ａを回転可能に支持する支持部を一端に有し、その中央部にネジ部が設けられた支持ロッド１０と、この支持ロッド１０のネジ部に螺合され、エンジンブロック８に回動可能に取り付けられたギア１１と、このギア１１に噛み合うギア１２ａを出力軸に有するモータ１２とからなる。
【００４１】
支持ロッド１０は、その一端にコントロールロッド７の他端７ａが連結されている。また、支持ロッド１０は、その中心軸方向に進退可能な状態でエンジンブロック８内に収納されている。
【００４２】
ここで、モータ１２を駆動させることによってギア１２ａを回転させると、ギア１２ａとかみ合っているギア１１が回転する。その際、支持ロッド１０自体はコントロールロッド７と連結されているため回転できないので、支持ロッド１０はギア１１の回転に伴って進退動する。このように、モータ１２を駆動させることによって、コントロールロッド７の他端７ａを支持ロッド１０の中心軸方向に移動させることができる。
【００４３】
また、内燃機関１には、クランクシャフト５の角度位置に対応した信号を出力するクランクポジションセンサ３６や、運転者が操作するアクセルぺダルの動きと連動するアクセル開度に対応した信号を出力するアクセルポジションセンサ３７、内燃機関１における冷却水の温度を検出する冷却水温センサ３８などが備えられている。
【００４４】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。
【００４５】
ＥＣＵ３５には、上述したクランクポジションセンサ３６や、アクセルポジションセンサ３７、冷却水温センサ３８が電気配線を介して接続されており、それらの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁１６の他、モータ１２やスタータモータ１９が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。
【００４６】
また、ＥＣＵ３５には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されているプログラムの例としては、内燃機関１における始動時においてモータ１２を駆動し、支持ロッド１０を直線的に移動させることにより、他端７ａを変位させ、ピストン２のストローク量を可変制御する後述の始動時ピストンストローク変更ルーチンを挙げることができる。ここで、本発明におけるストローク量変更手段は、上述したモータ１２、ギア１２ａ、ギア１１、支持ロッド１０の他、ＥＣＵ３５を含んで構成される。
【００４７】
内燃機関１においては、上述したように、その運転状態に応じてピストンストローク量を変更する。例えば、低機関負荷の運転状態においては、ピストンストローク量を小さくして排気量を減少させて燃費の向上を図る。一方、高機関負荷の運転状態においては、ピストンストローク量を大きくして排気量を増加させ、出力向上を図る。このような制御を行うことにより、内燃機関の運転状態に応じた排気量を確保し、内燃機関の燃費性能と出力性能の向上を図る。なお、本実施例におけるストローク量決定手段は、上記の、内燃機関１の運転状態に応じてピストンストローク量を変更する制御を行うＥＣＵ３５を含んで
構成される。
【００４８】
次に、図１に示した可変ピストンストローク型内燃機関の始動時の作動について説明する。内燃機関１の始動時においては、運転者によってスタータモータ１９がＯＮされる。その結果、スタータモータ１９の図示しない出力軸が回転を開始し、それに伴ってクランクシャフト５が回転を開始する。そして、内燃機関１は、クランクシャフト５の回転数が自立回転数を超えた時点で自立回転を開始し、始動期間が終了する。内燃機関１が自立回転を開始した後は、スタータモータ１９はその役目を終えてＯＦＦされる。
【００４９】
ここにおいて、内燃機関１の始動が冷間始動であり且つ機関回転数が低い場合には、圧縮上死点付近における始動時の熱損失が大きくなる傾向がある。これは、特に圧縮上死点付近においては燃焼室のＳ／Ｖ比が大きいことに加えて、機関回転数が低いために、圧縮上死点付近において燃焼室から外部に流出する熱量が相対的に多くなるためである。
【００５０】
この場合、熱効率が最大となる時期は、燃焼室のＳ／Ｖ比が小さくなる、圧縮上死点より遅角した時期となる。これに対し、内燃機関１における着火性が最大となる時期は、筒内温度及び筒内圧力との関係で、圧縮上死点付近である。これらの結果、冷間始動時においては、熱効率が最大の時期と、着火性が最大の時期がずれることとなり、熱効率及び着火性の両方が最大の時期に混合気を燃焼させることが困難となる場合がある。結果として、内燃機関１に対し良好な始動性を得ることが困難となる場合がある。
【００５１】
ここで、内燃機関１における低温始動時の熱効率と、クランク角との間の関係の例を図２（ａ）に示す。図２（ａ）における横軸はクランク角、縦軸は熱効率を表す。そして図２（ａ）中の曲線は、内燃機関１の機関回転数が６００ｒｐｍとした場合の、クランク角による熱効率の変化を表している。図２（ａ）によれば、機関回転数が６００ｒｐｍである場合には、熱効率最大時期は、圧縮上死点（ＴＤＣ）より遅角側にずれているのが分かる。一方、着火性良好範囲は、図２（ａ）中斜線で示した範囲であるので、着火性と熱効率を両立させることが困難であることが分かる。
【００５２】
ここで、図２（ｂ）に破線で示すように、内燃機関１の機関回転数が１０００ｒｐｍと高い場合には、ピストン２の移動速度が増加するため、内燃機関１の圧縮上死点において、燃焼室から外部に流出する熱量は相対的に減少する。従って、熱効率最大の時期は、機関回転数が低い場合と比較すると、圧縮上死点側に移動する。
【００５３】
そこで、本実施例においては、内燃機関１の冷間始動時において機関回転数を上昇させたことと同等の効果を得るために、内燃機関１におけるピストンストローク量を増加させることとした。これにより、ピストン２の移動速度を相対的に増加させ、内燃機関１において熱効率が最大となる点を圧縮上死点に近づけるようにした。図２（ｂ）には、内燃機関１の機関回転数は６００ｒｐｍのままで、ピストンストローク量を約１．５倍にした場合の、クランク角と熱効率との関係を実線で示す。機関回転数を１０００ｒｐｍとした場合と同等の効果が得られることが分かる。
【００５４】
次に、本実施例における冷間始動時の、ピストンストローク量の制御について詳しく説明する。図３は、本実施例における始動時ピストンストローク変更ルーチンについて示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ３５内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃機関１の稼動中、所定時間間隔で、繰り返しＥＣＵ３５によって実行されるルーチンである。
【００５５】
本ルーチンが実行されると、先ずＳ１０１において冷却水温が取得される。具体的には、冷却水温センサ３８の出力信号がＥＣＵ３５によって読み込まれることによって取得さ
れる。
【００５６】
次に、Ｓ１０２に進み、Ｓ１０１で取得された冷却水温が低温判定温度Ｗｔ以下かどうかが判定される。ここで、低温判定温度Ｗｔは、内燃機関１の冷却水温がこれより高い場合には、内燃機関1全体としての温度が高く、熱効率が高いために、内燃機関１の始動時にピストンストローク量を変更する必要がないと判断できる閾値としての冷却水温である。ここで、冷却水温がＷｔより高い場合には、前述のようにピストンストローク量の変更の必要はないと判断されるので、本ルーチンを一旦終了する。一方Ｓ１０２において、冷却水温がＷｔ以下であると判定された場合には、ピストンストローク量を変更する必要がある可能性があると判断されるので、Ｓ１０３に進む。
【００５７】
Ｓ１０３においては、スタータモータ１９がＯＮしているかどうかが判定される。ここで、スタータモータ１９がＯＮしていないと判定された場合には、内燃機関１の始動中ではないと判断されるので一旦本ルーチンを終了する。一方、スタータモータ１９がＯＮしていると判定された場合には、内燃機関１の始動中であると判断できるのでＳ１０４に進む。
【００５８】
Ｓ１０４においては、内燃機関１の機関回転数が取得される。具体的には、クランクポジションセンサ３６の出力信号がＥＣＵ３５に読み込まれ、ＥＣＵ３５において演算が行われることにより機関回転数が取得される。
【００５９】
そして、Ｓ１０５に進む。Ｓ１０５においては、Ｓ１０４で取得された機関回転数が内燃機関１における自立回転数以下かどうかが判定される。ここで、内燃機関１の機関回転数が自立回転数よりも高いと判定された場合には、内燃機関１は始動中ではないと判断されるので、本ルーチンを一旦終了する。一方、内燃機関１の機関回転数が自立回転数以下であると判定された場合には、内燃機関１は始動中であると判断されるのでＳ１０６に進む。
【００６０】
Ｓ１０６においては、内燃機関１のピストンストローク量を始動時ピストンストローク量に変更する。具体的には、まず、始動時ピストンストローク量の値が導出される。ここで導出された始動時ピストンストローク量は、前述した、内燃機関１の運転状態に応じて通常行われるピストンストローク量の制御によって、内燃機関１の始動直後に制御されるべきピストンストローク量より大きい値である。そして、図２（ｂ）におけるように、内燃機関１の熱効率最大時期が、着火性良好範囲に属するようなピストンストローク量である。換言すると、内燃機関１の始動時において、熱効率と着火性とを両立させることができるピストンストローク量である。
【００６１】
ここでは、この始動時ピストンストローク量の値と、冷却水温および／または機関回転数との間の関係が予め実験的に求められてマップ化されており、Ｓ１０１において取得された冷却水温の値および／またはＳ１０４において取得された機関回転数の値に対応した値を始動時ピストンストローク量として前記マップから読み出すことによって導出される。
【００６２】
そして、Ｓ１０６の処理においては、続いてモータ１２を駆動させ、支持ロッド１０の位置を、内燃機関１のピストンストローク量が始動時ピストンストローク量となる位置まで移動させる。そしてＳ１０６の処理が終了した後、本ルーチンを一旦終了する。
【００６３】
以上、説明したように、本実施例においては、スタータモータ１９のＯＮ／ＯＦＦ及び、内燃機関１の機関回転数によって、内燃機関１が始動中であることを判断し、内燃機関１が始動中であると判断された場合には、ピストンストローク量を始動時ピストンストロ
ーク量に変更する。このことにより、内燃機関１におけるピストン２の移動速度を増加させることができ、熱効率最大の時期を、着火性良好範囲に属するようにできる。
【００６４】
これにより、内燃機関１の始動時における熱効率と着火性とを圧縮上死点付近で両立させることができ、内燃機関１の始動性を向上することができる。
【００６５】
また、本実施例においては、先ず最初に冷却水温を取得し、冷却水温が低温判定温度Ｗｔより高い場合には、本ルーチンを終了するようにしている。すなわち、内燃機関１が低温であり熱効率が低く、内燃機関１の始動性が悪化するおそれがある場合にのみ、その後の処理を行なうようにしている。これにより、周囲温度が高い場合や、内燃機関１が既に暖機されている場合などは、ピストンストローク量を変更しない。結果として、ピストンストローク量の変更が必要ない場合に、無駄にピストンストローク量を変更することを抑制でき、エネルギーの無駄を抑制することができる。
【００６６】
なお、本実施例における始動判定手段は、始動時ピストンストローク量変更ルーチンのＳ１０３〜Ｓ１０５の処理を行うＥＣＵ３５及び、クランクポジションセンサ３６を含んで構成される。また、本実施例における内燃機関温度検知手段は、始動時ピストンストローク量変更ルーチンのＳ１０１の処理を行うＥＣＵ３５及び、冷却水温センサ３８を含んで構成される。ここで、内燃機関温度検知手段は、冷却水温センサ３８を含んで構成されることに限定されない。例えば、図示しない潤滑油温センサを含み、潤滑油の油温から内燃機関１の温度を検知するようにしてもよい。
【実施例２】
【００６７】
次に実施例２について説明する。本実施例における内燃機関１のハード構成においては、吸気ポート１５がスワールを生成するためのヘリカルポートになっており、さらに吸気ポート１５内には、気筒３内に生成されるスワールの量を制御する図示しないＳＣＶ（スワールコントロールバルブ）を備えている。その他の点については実施例１におけるハード構成と同一であるので説明は省略する。
【００６８】
本実施例においては、内燃機関１の始動時において、ピストンストローク量を始動時ピストンストローク量に変更するとともに、ＳＣＶによって気筒３内のスワールを抑制することにより、圧縮上死点における熱効率をより確実に向上させる制御について説明する。
【００６９】
内燃機関１のピストンストローク量を始動時ピストンストローク量に変更した場合、通常、ピストンストローク量が増加するので、内燃機関１の気筒３内に生成されるスワールの量が増加する。そうすると、気筒３内における燃料と空気の混合が促進されるため燃焼期間が短くなる。その結果、燃焼期間中における燃焼室３ａのＳ／Ｖ比が相対的に高くこと及び、燃焼温度が高くなることにより、燃焼室３ａから外部に流出する熱量が増加し、熱効率が思うように向上しない場合がある。
【００７０】
そこで、本実施例においては、始動時スワール比を、燃焼期間及び燃焼温度の点において、燃焼室３ａから外部に流出する熱量を顕著に増加させず、熱効率を良好に維持する（熱効率を顕著に悪化させない）範囲のスワール比として定義し、内燃機関１のピストンストローク量を始動時ピストンストローク量に変更した後に、ＳＣＶによって、気筒３内に生成されるスワールのスワール比が始動時スワール比になるように制御することとした。なお、本実施例における始動時スワール比は、本発明における始動時スワール量に相当する。
【００７１】
図４に示すのは本実施例における始動時ピストンストローク変更ルーチンである。図４におけるＳ１０１〜Ｓ１０６までの処理は図３に示したものと同じであるので説明を省略
する。本ルーチンのＳ２０１においては、Ｓ１０６で導出され、ピストンストローク量が変更された始動時ピストンストローク量でピストン２を作動させたときに、内燃機関１の気筒３内で生成されるスワールの量を推定する。
【００７２】
ここで、ピストンストローク量と、そのピストンストローク量でピストン２を作動させたときに、気筒３内で生成されるスワールの量との関係は略一義的に決定されるので、この関係を格納したマップから始動時ピストンストローク量に対応したスワール比を読み出すことにより、内燃機関１の気筒３内で生成されるスワール比を推定することができる。なお、ここで推定されたスワール比は、本実施例における推定スワール比である。
【００７３】
次に、Ｓ２０２に進み、Ｓ２０１推定された推定スワール比が始動時最大スワール比以下かどうかが判定される。ここで、始動時最大スワール比は、内燃機関１の気筒３内で生成されたスワールのスワール比がこれ以上になった場合には、内燃機関１の熱効率が良好に維持されない閾値としてのスワール比であり、やはり始動時ピストンストロークとの関係を格納したマップから読み出される。換言すると、始動時最大スワール比は、始動時スワール比として設定されることが許されるスワール比の最大値である。
【００７４】
ここで、Ｓ２０１で推定された推定スワール比が始動時最大スワール比以下であると判定された場合には、特にスワールを抑制しなくても、内燃機関１の熱効率は良好に維持されると判断されるので、一旦本ルーチンを終了する。
【００７５】
一方、Ｓ２０１で推定された推定スワール比が始動時最大スワール比より大きいと判定された場合には、Ｓ１０６において導出され、ピストンストローク量が変更された始動時ピストンストローク量で内燃機関１を稼動させた場合には、スワールによって熱効率が良好に維持されず、トータルとして熱効率の向上が妨げられると判断されるので、Ｓ２０３に進む。
【００７６】
Ｓ２０３においては、内燃機関１の気筒３内に生成されるスワールのスワール比が始動時スワール比となるようにＳＣＶが制御される。
【００７７】
ここで、前述のように、始動時スワール比は燃焼期間及び燃焼温度の点において、燃焼室３ａから外部に流出する熱量を顕著に増加させず、熱効率を良好に維持する（熱効率を顕著に悪化させない）範囲のスワール比を意味するが、Ｓ２０３において実際に制御されるべき始動時スワール比の値は、始動時ピストンストローク量との関係において実験的に求め、マップ化しておいてもよい。
【００７８】
以上、説明したように、本実施例においては、始動時ピストンストローク量にピストンストローク量を変更し、導出された始動時ピストンストローク量にストローク量を変更した場合に気筒３内で生成されるスワール比を推定し、その推定スワール比が、内燃機関１における熱効率が良好に維持されない程大きい場合には、更にＳＣＶを制御して、内燃機関１の気筒３内で生成されるスワールの量が始動時スワール比になるようにしている。このことにより、始動時にピストンストローク量を大きくしたことに伴い、気筒３内で生成されるスワールの量が増加し、思うように熱効率が向上しないことを抑制できる。
【００７９】
なお、本実施例におけるスワール量推定手段は、本実施例における始動時ピストンストローク変更ルーチンにおけるＳ２０１の処理を行うＥＣＵ３５を含んで構成される。また、本実施例におけるスワール制御手段は、Ｓ２０３の処理を行うＥＣＵ３５及び、図示しないＳＣＶを含んで構成される。
【実施例３】
【００８０】
次に実施例３について説明する。本実施例においては、内燃機関１のハード構成は、実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００８１】
本実施例においては、内燃機関１の始動時ピストンストローク量を導出した後に、始動時ピストンストローク量に係るピストン２の運動によって気筒３内に生成されるスワール比を推定し、この推定スワール比が始動時最大スワール比より大きい場合には、内燃機関１のピストンストローク量が、始動時ピストンストローク量でなく、始動時最大スワール比に相当するピストンストローク量に変更される例について説明する。
【００８２】
図５に示すのは本実施例における始動時ピストンストローク量変更ルーチンである。ここで、Ｓ１０１〜Ｓ１０５までの処理は図３に示したものと同じであるので説明を省略する。そして、Ｓ３０１においては、冷却水温及び機関回転数と始動時ピストンストローク量との関係を格納したマップから、Ｓ１０１において取得された冷却水温及び、Ｓ１０４において取得された機関回転数に対応した始動時ピストンストローク量を読み出すことにより、始動時ピストンストローク量が導出される。
【００８３】
Ｓ２０１においては、Ｓ３０１で導出された始動時ピストンストローク量でピストン２を作動させたときに、内燃機関１の気筒３内で生成されるスワールの量を推定する。詳細は、図４におけるＳ２０１と同様なので、説明は省略する。次に、Ｓ２０２に進み、Ｓ２０１で推定された推定スワール比が始動時最大スワール比以下かどうかが判定される。これについても図４におけるＳ２０２と同様なので、説明は省略する。
【００８４】
Ｓ２０２において、Ｓ２０１で推定された推定スワール比が始動時最大スワール比以下であると判定された場合には、Ｓ３０１で導出された始動時ピストンストローク量に、ピストンストローク量を変更しても、スワールによって内燃機関１の熱効率は顕著に悪化せず、良好に維持されると判断されるので、Ｓ３０２に進む。Ｓ３０２においては、Ｓ３０１で導出された始動時ピストンストローク量に、内燃機関１のピストンストローク量が変更される。そして、この処理が実行された後、本ルーチンを一旦終了する。
【００８５】
一方、Ｓ２０２で推定された推定スワール比が始動時最大スワール比より大きいと判定された場合には、Ｓ３０１で導出された始動時ピストンストローク量に、ピストンストロークを変更すると、スワールによって内燃機関１の熱効率が良好に維持されないおそれがあると判断されるので、Ｓ３０３に進む。Ｓ３０３においては、始動時最大スワール比に相当するスワールを生成することとなるピストンストローク量まで、内燃機関１のピストンストローク量を変更する。この処理が実行された後、本ルーチンを一旦終了する。
【００８６】
以上、説明したように、本実施例においては、始動時ピストンストローク量を導出した後、ピストンストローク量を変更する前に、導出された始動時ピストンストローク量にストローク量を変更した場合に気筒３内で生成されるスワール比を推定し、その推定スワール比が、内燃機関１における熱効率を良好に維持できない程大きい場合には、熱効率を良好に維持する最大のピストンストローク量に変更することとしている。
【００８７】
従って、ピストンストローク量の増大による、ピストン２の移動速度の増加による熱効率の向上と、スワール比の増大による熱効率の悪化とをバランスさせることができ、全体として、内燃機関１の始動性をより確実に向上させることができる。
【００８８】
なお、本実施例においては、始動時ピストンストローク量を導出した後、ピストンストローク量を変更する前に、気筒３内で生成されるスワール比を推定し、その推定スワール比が、内燃機関１における熱効率が良好に維持されない程大きい場合には、熱効率が良好に維持される最大のピストンストローク量に変更することとした。しかし、その代わりに
、図３に示したフローにおけるＳ１０６において始動時ピストンストローク量を読み出す際のマップに格納された始動時ピストンストローク量のデータを、スワール比が始動時最大スワール比を超えない条件の下に作成してもよい。すなわち、冷却水温及び機関回転数と、始動時ピストンストローク量との関係を格納したマップを作成する際に、始動時ピストンストローク量のデータが始動時最大スワール比に相当するピストンストローク量より大きい値になる場合には、始動時ピストンストローク量のデータとして、始動時最大スワール比に相当するピストンストローク量を格納することとする。
【００８９】
こうすれば、図３に示したフローと同等の簡単なフローで、図５に示した本実施例における始動時ピストンストローク変更ルーチンと同等の効果を得ることができる。
【００９０】
また、本実施例におけるＳ３０３においては、始動時最大スワール比に相当するスワールを生成することとなるピストンストローク量まで、内燃機関１のピストンストローク量を変更したが、これを、始動時ピストンストローク量と、始動時最大スワール比に相当するスワール比を生成することとなるピストンストローク量との中間のストローク量に変更してもよい。こうすれば、ピストンストローク量の増大による、ピストン２の移動速度の増加による熱効率の向上と、スワール比の増大による熱効率の悪化とをより偏りなくバランスさせることができ、全体として、内燃機関１の始動性をさらに確実に向上させることができる
【００９１】
なお、本実施例におけるスワール制御手段は、Ｓ３０３の処理を行うＥＣＵ３５を含んで構成される。
【００９２】
また、上記の実施例においては、本発明をディーゼルエンジンについて適用した例について説明しているが、プラグ点火式のガソリンエンジンや、自着火式ガソリンエンジンに対して適用してもよい。なお、本発明をプラグ点火式のガソリンエンジンに適用する場合には、プラグ点火のタイミングを変更することによって着火時期をより熱効率のよい時期に調整するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明における可変ピストンストローク型内燃機関と、その制御系の概略構成図である。
【図２】内燃機関における冷間始動時の熱効率と、クランク角との間の関係を示す図である。図２（ａ）は、内燃機関の機関回転数が６００ｒｐｍの場合を示す図である。図２（ｂ）は、内燃機関の機関回転数が１０００ｒｐｍの場合及び、内燃機関の機関回転数は６００ｒｐｍのままで、ピストンストローク量を約１．５倍にした場合の図である。
【図３】本発明の実施例１における始動時ピストンストローク量変更ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例２における始動時ピストンストローク量変更ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例３における始動時ピストンストローク量変更ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９４】
１・・・可変ピストンストローク型内燃機関
１ａ・・・シリンダヘッド
２・・・ピストン
３・・・気筒
３ａ・・・燃焼室
４・・・コネクティングロッド
５・・・クランクシャフト
６・・・中間アーム
７・・・コントロールロッド
８・・・エンジンブロック
９・・・オイルパン
１０・・・支持ロッド
１１、１２ａ・・・ギア
１２・・・モータ
１３・・・吸気弁
１４・・・排気弁
１５・・・吸気ポート
１６・・・燃料噴射弁
１８・・・排気ポート
１９・・・スタータモータ
２０・・・バッテリ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・クランクポジションセンサ
３７・・・アクセルポジションセンサ
３８・・・冷却水温センサ
【図１】
2005256818.tif 000003
【図２】
2005256818.tif 000004
【図３】
2005256818.tif 000005
【図４】
2005256818.tif 000006
【図５】
2005256818.tif 000007