(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリン機関である内燃機関の吸気弁の閉時期を可変制御する可変動弁手段と、負荷の上昇に伴って公称圧縮比が低下するようにピストン位置の変更によって内燃機関の公称圧縮比を可変制御する圧縮比制御手段と、を有する内燃機関において、機関起動時に、上記圧縮比制御手段により公称圧縮比をアイドリング時相当の高圧縮比に維持したまま、上記可変動弁機構によりクランキングの初期は吸気弁閉時期を下死点から離れた時期に設定し、クランキング開始後に吸気弁閉時期を下死点に近づけることを特徴とする内燃機関の起動制御装置。
【請求項２】
クランキング開始前の上記圧縮比制御手段の初期位置が上記アイドリング時相当の公称圧縮比よりも低い公称圧縮比状態であった場合には、低い公称圧縮比状態のままクランキングを開始し、クランキング開始後に、上記の吸気弁閉時期を下死点に近付けるのと同時に、公称圧縮比を上昇させるように上記圧縮比制御手段が制御されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の起動制御装置。
【請求項３】
上記圧縮比制御手段は、複リンク式ピストン−クランク機構からなり、クランクシャフトの回転に対するピストンの往復運動が、単振動運動に近いストローク特性となるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の起動制御装置。
【請求項４】
上記可変動弁手段は、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小制御可能なリフト・作動角可変機構を備え、機関冷間起動時に、上記吸気弁のリフト・作動角が、アイドリング時相当の小さなリフト・作動角に制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の起動制御装置。
【請求項５】
上記可変動弁手段は、吸気弁のリフト中心角の位相を遅進させる位相可変機構を備え、上記のクランキング開始後に、上記吸気弁閉時期が下死点前の位置から下死点に近付くように上記リフト中心角が遅角することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の起動制御装置。
【請求項６】
上記可変動弁手段は、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小制御可能なリフト・作動角可変機構と、上記位相可変機構と、の双方を備え、上記リフト・作動角に対応して、該リフト・作動角が小さい条件では上記リフト中心角の遅角を増大させるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の起動制御装置。
【請求項７】
上記圧縮比制御手段は、上記ピストンにピストンピンを介して連結された第１リンクと、この第１リンクに揺動可能に連結されるとともにクランクシャフトのクランクピン部に回転可能に連結された第２リンクと、上記第２リンクに揺動可能に連結されるとともに機関本体に揺動可能に支持された第３リンクと、を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の起動制御装置。
【請求項８】
上記第３リンクの機関本体に対する支点位置を機関運転条件に応じて変化させることで圧縮比の可変制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の起動制御装置。
【請求項９】
上記リフト・作動角可変機構は、駆動軸により回転駆動される偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと，上記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた回動可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつ上記リンクアームにより揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンクを介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより吸気弁のタペットを押圧する揺動カムと、を備えており、上記制御軸の偏心カム部の回動位置を変化させることにより吸気弁のリフト・作動角が同時に増減変化するように構成されていることを特徴とする請求項４または６に記載の内燃機関の起動制御装置。
【請求項１０】
上記位相可変機構は、チェーンまたはタイミングベルトを介して上記クランクシャフトにより回転駆動されるカムスプロケットと、このカムスプロケットにより回転駆動されるカムシャフトと、上記カムスプロケットと上記カムシャフトとの位相を変化させる機構と、を含んで構成されることを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関の起動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の低温時起動性を改善する起動制御装置に関し、特に、吸気弁の閉時期を可変制御し得る可変動弁手段と、内燃機関の圧縮比（公称圧縮比ε）を可変制御する圧縮比制御手段と、を備えたガソリン機関の低温時の起動性向上技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、先に、吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大，縮小制御可能な可変動弁機構を提案しており（例えば特開平１１−１０７７２５号公報、特開平１１−３２４６２５号公報等参照）、さらに、リフトの中心角の位相を遅進させる機構と組み合わせて、リフト特性の大幅な自由度を得るようにした可変動弁機構を提案している。
【０００３】
またレシプロ式内燃機関の可変圧縮比機構として、例えば、特開２０００−７３８０４号に開示されているように、複リンク式のピストン−クランク機構を利用したものが近年提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
−４０℃といった極低温時には、シリンダ内に流入する吸入空気の温度が低いだけでなく、ピストンやシリンダなどの燃焼室を構成する構造体の温度も低いために、圧縮時の最高温度は大幅に低下する。これに加えて、燃料の気化、霧化も不十分となるため、混合気の形成も悪化する。さらに、このような低温時には、一般に車載のバッテリの能力が低下しており、また、オイルの粘度も高いため、スタータモータによるクランキングの回転がなかなか上昇しない。これも、速やかな起動を阻害する要因になっている。
【０００５】
このような極低温時の起動性悪化に対しては、燃料の霧化を促進する吸気制御弁や、ディーゼル機関で利用されているグロープラグのように筒内の温度を高めるために何らかのエネルギーを直接筒内に加える手段や、吸気ポートにヒータを装着して吸気温度を高める手段、などが既に実用化されているが、基本的には、圧縮上死点における点火時の混合気温度をいかに上昇させるかが重要なポイントとなる。
【０００６】
そして、この混合気温度の上昇のためには、圧縮比、特に実圧縮比を高めることが本質的に必要である。
【０００７】
本発明は、内燃機関の幾何学的な圧縮比つまり公称圧縮比εを可変制御する圧縮比制御手段と、実圧縮比を左右する吸気弁の閉時期に影響する可変動弁手段との制御の組み合わせによって、起動性とりわけ低温時の起動性を高めることを目的とする。
【０００８】
請求項１に係る内燃機関の起動制御装置は、ガソリン機関である内燃機関の吸気弁の閉時期を可変制御する可変動弁手段と、負荷の上昇に伴って公称圧縮比が低下するようにピストン位置の変更によって内燃機関の公称圧縮比を可変制御する圧縮比制御手段と、を有する内燃機関において、機関起動時に、上記圧縮比制御手段により公称圧縮比をアイドリング時相当の高圧縮比に維持したまま、上記可変動弁機構によりクランキングの初期は吸気弁閉時期を下死点から離れた時期に設定し、クランキング開始後に吸気弁閉時期を下死点に近づけることを特徴としている。
【０００９】
例えばアイドルや部分負荷域では吸気弁閉時期を下死点よりも早めることでポンプ損失を低減することができるが、内燃機関の公称圧縮比が一定であれば、吸気弁閉時期を下死点よりも早めることで、実圧縮比が低下してしまう。そこで、この発明では、吸気弁閉時期による実圧縮比の変動をも考慮して、クランキング中の実圧縮比が起動性の上で最適となるように、可変動弁手段と圧縮比制御手段とを制御する。
【００１１】
すなわち、公称圧縮比εが高いと、スタータモータによるクランキングの回転数が低くなりやすい。クランキング回転数が低いと、混合気に点火しても初爆には至らないため、初期には、クランキング回転数の上昇が優先される。
【００１４】
クランキングの初期に吸気弁閉時期を下死点から遅角側もしくは進角側へ離して設定すれば、圧縮比（公称圧縮比ε）を高めてあっても、実圧縮比は低下し、クランキング中のコンプレッションを低下させる所謂デコンプ作用が得られる。そのため、クランキング回転数が上昇する。そして、クランキング開始後に吸気弁閉時期を下死点に近づければ、実圧縮比が上昇し、混合気温度の上昇が図れる。
【００１５】
請求項３の発明においては、上記圧縮比制御手段は、複リンク式ピストン−クランク機構からなり、クランクシャフトの回転に対するピストンの往復運動が、単振動運動に近いストローク特性となるように構成されている。このように単振動運動に近いストローク特性とすれば、騒音振動の点で有利となるのは勿論であるが、特に、上死点付近のピストン速度が、一般的な単リンク式ピストン−クランク機構に比べて、２０％程度緩やかとなる。これは、特に、冷機時のような燃焼速度が遅い条件下において、初期の火炎核が生成され、かつ成長していく上で、時間余裕が大きく与えられることになり、燃焼を安定させる上で効果がある。
【００１６】
請求項４に係る発明においては、上記可変動弁手段は、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小制御可能なリフト・作動角可変機構を備え、機関冷間起動時に、上記吸気弁のリフト・作動角が、アイドリング時相当の小さなリフト・作動角に制御される。
【００１７】
また請求項５に係る発明においては、上記可変動弁手段は、吸気弁のリフト中心角の位相を遅進させる位相可変機構を備え、上記のクランキング開始後に、上記吸気弁閉時期が下死点前の位置から下死点に近付くように上記リフト中心角が遅角する。
【００１８】
この請求項５の発明をさらに限定した請求項６の発明においては、上記可変動弁手段は、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小制御可能なリフト・作動角可変機構と、上記位相可変機構と、の双方を備え、上記リフト・作動角に対応して、該リフト・作動角が小さい条件では上記リフト中心角の遅角を増大させるようにしたことを特徴としている。
【００１９】
すなわち、リフト・作動角を小さくしつつリフト中心角を遅角することで、吸気弁閉時期は下死点近傍に近づき、実圧縮比が上昇する。また同時に、吸気弁開時期が上死点よりも遅れるようになり、吸入行程前半で負圧が発達した後に、吸気弁が小リフトで開き始める。そのため、音速で筒内に吸気が流入し、燃料および空気が高速で流れるので、混合気形成に極めて有利であり、霧化、気化が促進される。またこのような流速エネルギは最終的には熱エネルギに変換されるため、吸気温度を上昇させる効果がある。従って、幾何学的な圧縮比εを同時に高めておくことで、圧縮上死点の混合気温度は十分な温度に上昇し、初爆に至る。
【００２０】
上記圧縮比制御手段は、例えば請求項７のように、上記ピストンにピストンピンを介して連結された第１リンクと、この第１リンクに揺動可能に連結されるとともにクランクシャフトのクランクピン部に回転可能に連結された第２リンクと、上記第２リンクに揺動可能に連結されるとともに機関本体に揺動可能に支持された第３リンクと、を含んで構成される。このような複リンク式ピストン−クランク機構においては、各リンクや支点のアライメントを適切に設定することにより、上述したような単振動運動に近いストローク特性を容易に得ることができる。
【００２１】
そして、この構成では、例えば請求項８のように、上記第３リンクの機関本体に対する支点位置を機関運転条件に応じて変化させることで圧縮比の可変制御を行うことができる。すなわち、第３リンクの支点位置の変化に伴って、ピストン上死点でのピストン位置が変化し、公称圧縮比εが変化する。
【００２２】
上記リフト・作動角可変機構は、例えば請求項９のように、駆動軸により回転駆動される偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと，上記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた回動可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつ上記リンクアームにより揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンクを介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより吸気弁のタペットを押圧する揺動カムと、を備えており、上記制御軸の偏心カム部の回動位置を変化させることにより吸気弁のリフト・作動角が同時に増減変化するように構成される。
【００２３】
また上記位相可変機構は、例えば請求項１０のように、チェーンまたはタイミングベルトを介して上記クランクシャフトにより回転駆動されるカムスプロケットと、このカムスプロケットにより回転駆動されるカムシャフトと、上記カムスプロケットと上記カムシャフトとの位相を変化させる機構と、を含んで構成される。
【００２４】
特に、バッテリ能力が低下する極低温時においても、クランキング回転数を十分に上昇させることができ、確実に起動させることができる。
【００２５】
特に請求項２〜４によれば、バッテリ能力が低下する極低温時においても、クランキング回転数を十分に上昇させることができ、一層確実に起動させることができる。
【００２６】
さらに、請求項３のように圧縮比制御手段を構成する複リンク式ピストン−クランク機構が単振動運動に近いストローク特性となるようにすれば、上死点付近のピストン速度が、一般的な単リンク式ピストン−クランク機構に比べて緩やかとなることから、燃焼速度が遅い冷機時に、初期の火炎核の成長が十分に可能となり、燃焼を安定させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
図１は、この発明に係る内燃機関の起動制御装置の一実施例を示している。この起動制御装置は、吸気弁閉時期を可変制御するための可変動弁機構１０１と、内燃機関の公称圧縮比εを可変制御する圧縮比可変機構１０２と、を備えている。
【００２９】
図２は、上記可変動弁機構１０１の構成を示す構成説明図であり、この可変動弁機構は、吸気弁１２のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構１と、そのリフトの中心角の位相（クランクシャフトに対する位相）を進角もしくは遅角させる位相可変機構２と、が組み合わされて構成されている。
【００３０】
まず、図３の動作説明図を併せて、リフト・作動角可変機構１を説明する。なお、このリフト・作動角可変機構１は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開平１１−１０７７２５号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。
【００３１】
リフト・作動角可変機構１は、シリンダヘッド５１上部の図示せぬカムブラケットに回転自在に支持された中空状の駆動軸１３と、この駆動軸１３に、圧入等により固定された偏心カム１５と、上記駆動軸１３の上方位置に同じカムブラケットによって回転自在に支持されるとともに駆動軸１３と平行に配置された制御軸１６と、この制御軸１６の偏心カム部１７に揺動自在に支持されたロッカアーム１８と、各吸気弁１２の上端部に配置されたタペット１９に当接する揺動カム２０と、を備えている。上記偏心カム１５とロッカアーム１８とはリンクアーム２５によって連係されており、ロッカアーム１８と揺動カム２０とは、リンク部材２６によって連係されている。
【００３２】
上記駆動軸１３は、後述するように、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランクシャフトによって駆動されるものである。
【００３３】
上記偏心カム１５は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸１３の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム２５の環状部２５ａが回転可能に嵌合している。
【００３４】
上記ロッカアーム１８は、略中央部が上記偏心カム部１７によって支持されており、その一端部に、上記リンクアーム２５の延長部２５ｂが連係しているとともに、他端部に、上記リンク部材２６の上端部が連係している。上記偏心カム部１７は、制御軸１６の軸心から偏心しており、従って、制御軸１６の角度位置に応じてロッカアーム１８の揺動中心は変化する。
【００３５】
上記揺動カム２０は、駆動軸１３の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部２０ａに、上記リンク部材２６の下端部が連係している。この揺動カム２０の下面には、駆動軸１３と同心状の円弧をなす基円面２４ａと、該基円面２４ａから上記端部２０ａへと所定の曲線を描いて延びるカム面２４ｂと、が連続して形成されており、これらの基円面２４ａならびにカム面２４ｂが、揺動カム２０の揺動位置に応じてタペット１９の上面に当接するようになっている。
【００３６】
すなわち、上記基円面２４ａはベースサークル区間として、リフト量が０となる区間であり、図３に示すように、揺動カム２０が揺動してカム面２４ｂがタペット１９に接触すると、徐々にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。
【００３７】
上記制御軸１６は、図１，２に示すように、一端部に設けられたリフト・作動角制御用油圧アクチュエータ３１によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用油圧アクチュエータ３１への油圧供給は、エンジンコントロールユニット３３からの制御信号に基づき、第１油圧制御部３２によって制御されている。
【００３８】
このリフト・作動角可変機構１の作用を説明すると、駆動軸１３が回転すると、偏心カム１５のカム作用によってリンクアーム２５が上下動し、これに伴ってロッカアーム１８が揺動する。このロッカアーム１８の揺動は、リンク部材２６を介して揺動カム２０へ伝達され、該揺動カム２０が揺動する。この揺動カム２０のカム作用によって、タペット１９が押圧され、吸気弁１２がリフトする。
【００３９】
ここで、リフト・作動角制御用油圧アクチュエータ３１を介して制御軸１６の角度が変化すると、ロッカアーム１８の初期位置が変化し、ひいては揺動カム２０の初期揺動位置が変化する。
【００４０】
例えば偏心カム部１７が図３（Ａ）のように上方へ位置しているとすると、ロッカアーム１８は全体として上方へ位置し、揺動カム２０の端部２０ａが相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム２０の初期位置は、そのカム面２４ｂがタペット１９から離れる方向に傾く。従って、駆動軸１３の回転に伴って揺動カム２０が揺動した際に、基円面２４ａが長くタペット１９に接触し続け、カム面２４ｂがタペット１９に接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する。
【００４１】
逆に、偏心カム部１７が図３（Ｂ）のように下方へ位置しているとすると、ロッカアーム１８は全体として下方へ位置し、揺動カム２０の端部２０ａが相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム２０の初期位置は、そのカム面２４ｂがタペット１９に近付く方向に傾く。従って、駆動軸１３の回転に伴って揺動カム２０が揺動した際に、タペット１９と接触する部位が基円面２４ａからカム面２４ｂへと直ちに移行する。従って、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。
【００４２】
上記の偏心カム部１７の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、図４に示すように、連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させることができる。なお、この実施例では、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁１２の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。
【００４３】
次に、位相可変機構２は、図２に示すように、上記駆動軸１３の前端部に設けられたスプロケット３５と、このスプロケット３５と上記駆動軸１３とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用油圧アクチュエータ３６と、から構成されている。上記スプロケット３５は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動している。上記位相制御用油圧アクチュエータ３６への油圧供給は、エンジンコントロールユニット３３からの制御信号に基づき、第２油圧制御部３７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３６への油圧制御によって、スプロケット３５と駆動軸１３とが相対的に回転し、図５に示すように、リフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。位相可変機構２としては、油圧式のものに限られず、電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。
【００４４】
なお、リフト・作動角可変機構１ならびに位相可変機構２の制御としては、実際のリフト・作動角あるいは位相を検出するセンサを設けて、クローズドループ制御するようにしても良く、あるいは運転条件に応じて単にオープンループ制御するようにしても良い。
【００４５】
図６は、可変圧縮比機構１０２の構成を示す図である。
【００４６】
クランクシャフト５１は、複数のジャーナル部５２とクランクピン部５３とを備えており、シリンダブロック５０の主軸受に、ジャーナル部５２が回転自在に支持されている。上記クランクピン部５３は、ジャーナル部５２から所定量偏心しており、ここに第２リンクとなるロアリンク５４が回転自在に連結されている。
【００４７】
上記ロアリンク５４は、左右の２部材に分割可能に構成されているとともに、略中央の連結孔に上記クランクピン部５３が嵌合している。
【００４８】
第１リンクとなるアッパリンク５５は、下端側が連結ピン５６によりロアリンク５４の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン５７によりピストン５８に回動可能に連結されている。上記ピストン５８は、燃焼圧力を受け、シリンダブロック５０のシリンダ５９内を往復動する。なお、上記シリンダ５９の上部に、上記吸気弁１２および図示せぬ排気弁が配置されている。
【００４９】
第３リンクとなるコントロールリンク６０は、上端側が連結ピン６１によりロアリンク５４の他端に回動可能に連結され、下端側が制御軸６２を介して機関本体の一部となるシリンダブロック５０の下部に回動可能に連結されている。詳しくは、制御軸６２は、回転可能に機関本体に支持されているとともに、その回転中心から偏心している偏心カム部６２ａを有し、この偏心カム部６２ａに上記コントロールリンク６０下端部が回転可能に嵌合している。
【００５０】
上記制御軸６２は、エンジンコントロールユニット３３（図１参照）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６３によって回動位置が制御される。
【００５１】
上記のような複リンク式ピストン−クランク機構を用いた可変圧縮比機構１０２においては、上記制御軸６２が圧縮比制御アクチュエータ６３によって回動されると、偏心カム部６２ａ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６０の下端の揺動支持位置が変化する。
そして、上記コントロールリンク６０の揺動支持位置が変化すると、ピストン５８の行程が変化し、図８のように、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン５８の位置が高くなったり低くなったりする。これにより、機関圧縮比を変えることが可能となる。図８は、高圧縮比状態と低圧縮比状態とを代表的に示しているが、これらの間で圧縮比を連続的に変化させることができる。
【００５２】
また、上記の複リンク式可変圧縮比機構１０２においては、リンクディメンジョンを適切に選定することにより、図７に示すような単振動に近いピストンストローク特性が得られる。この単振動に近いストローク特性は振動騒音の上でも有利ではあるが、特に、上死点付近のピストン速度が、一般的な単リンク式ピストン−クランク機構に比べて、２０％前後緩やかとなる。これは、前述したように、特に冷機時のような燃焼速度が遅い条件下で、初期の火炎核の生成、成長の上で有利となる。
【００５３】
上記可変圧縮比機構１０２による圧縮比の制御特性を図９に示す。なお、この圧縮比は、ピストン５８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εである。可変動弁機構１０１と組み合わせた本発明では、最終的な実圧縮比は、吸気弁閉時期の制御によって左右される。つまり、吸気弁１２が閉じた時点から実質的な圧縮が開始するため、公称圧縮比εが高くても、吸気弁閉時期が下死点よりも早くなると実圧縮比は低下することになる。
【００５４】
図１０は、代表的な運転条件下での可変動弁機構１０１による吸気弁閉時期の制御を示す。なお、それぞれに対応する点（あるいは領域）を図９に付記してある。図示するように、▲１▼アイドリングおよび▲２▼部分負荷域（Ｒ／Ｌ域）では、小作動角とするとともにリフト中心角Φを進角させる。従って、吸気弁閉時期も下死点より相当早い特性となる。これにより、大幅なポンプ損失の低減が図れる。
ここで、もし公称圧縮比εが通常のレベルであると、実圧縮比が低下して燃焼が悪化するため、図９に示すように、このような低負荷領域では圧縮比εを高めている。
【００５５】
▲３▼加速領域では吸気充填効率を高める必要から、吸気弁閉時期が下死点に近づくように可変動弁機構１０１を制御する。そのため、ノック発生を事前に防止する上からも、圧縮比εを低下させることが必要となる。▲４▼▲５▼全開出力時は、充填効率を最大とするために、作動角を十分に拡大し、吸気弁開時期を上死点近傍とするとともに、吸気弁閉時期を下死点近傍とする。従って実圧縮比が高くなる傾向となるので、可変圧縮比機構１０２による圧縮比εはさらに低下させる。特にノッキングの厳しい▲４▼低速全負荷域では、通常のレベルの圧縮比εに近づけることが必要となる。▲５▼高速全負荷域では、作動角をさらに拡大するとともに、中心角を遅角し、閉時期が下死点よりもさらに遅れたものとすることになるが、この高速時は、ノッキング発生の要因となる過酸化物等の化学反応が進行する前に燃焼が終わるため、圧縮比εは低速より高めることが可能である。なお、これにより膨張比も高くなるため、排気温度が低下し、排気系に設けられた触媒の劣化を防止できる点でも有利となる。
【００５６】
このように、本実施例では、吸気弁１２の作動角とリフト中心角、ならびに圧縮比が、予め用意された制御マップに基づいて制御される。なお、図１に示したように、本実施例では、ノッキング発生を検出するノッキングセンサ７１がシリンダブロック５０等に設けられており、このノッキングによっても圧縮比ε等が修正されるようになっている。また、７２は点火進角制御装置である。
【００５７】
次に、起動時の制御について説明する。
【００５８】
図１１のタイムチャートは、冷機状態において、スタータモータによるクランキング開始から初爆を経て機関が自立運転に移行するまでの状況を示している。
本実施例では、圧縮比εは機関停止直前の状態を維持するようになっており、通常は、一旦アイドリング運転となってからキーＯＦＦとなるのが一般的であるから、この例では高い圧縮比の設定となっている。同様に吸気弁１２の作動角もアイドリング時の設定であり、最小作動角に近い状態に保たれている。吸気弁閉時期（ＩＶＣ）は、クランキング開始時は下死点前に進角されており、実圧縮比は最高値よりは相当低下している。このため、クランキング開始時に、過大なコンプレッションが避けられる所謂デコンプ効果が得られ、所定回転数まで速やかにクランキング回転数が上昇する。クランキング回転数が低すぎると燃料噴射をして点火しても初爆にはいたらないため、このように、実圧縮比よりもクランキング回転数を上昇させる方が優先される。
【００５９】
クランキング回転数が所定以上の値になったところで、吸気弁１２のリフト中心角φが遅角される。これに伴い、吸気弁閉時期は下死点近傍に近づき、実圧縮比が上昇する。また同時に吸気弁開時期（ＩＶＯ）は上死点よりも遅れることになるが、これにより、吸入行程前半で負圧が発達し、吸気弁１２が小リフトで開き始めると、筒内に音速で燃料や空気が吸入されるので、混合気形成に極めて有利となり、燃料の霧化や気化が促進される。しかも、このような流速エネルギは最終的には熱エネルギーに変換されるため、吸気温度を上昇させる効果もある。
【００６０】
幾何学的な圧縮比εはもともと高いため、実圧縮比の上昇によって、圧縮上死点の混合気温度は十分な温度に上昇し、初爆に至る。なお、初爆後も安定した燃焼維持のためには、このような高圧縮比状態を維持するのが好ましい。
【００６１】
次に、図１２のタイムチャートは、アイドリング以外など、圧縮比εが高くない条件で急に機関を停止させ、翌朝まで放置した後に、冷機始動を迎えたような場合の起動時の制御を示している。この場合の初期の条件は様々であるが、基本的な制御の考え方は、前述した例と同じである。この図示例では、キーＯＮ時に低圧縮比となっているので、クランキング初期には、低圧縮比の状態のままとし、クランキング回転数の上昇を促進する。そして、クランキング回転数が所定値以上になったところで、高圧縮比状態に移行する。同時に、リフト中心角Φを遅角させ、吸気弁閉時期を下死点に近づける。これにより、前述した例と同様に、良好な起動が可能となる。なお、この図１２の例でリフト中心角Φの遅角量が少ないのは、吸気弁作動角ＥＡが図１１の例より大きくなっているため、吸気弁閉時期を下死点に近づける上で必要な遅角量が少ないためである。
【００６２】
図１３は、上述した起動時の制御の流れを示すフローチャートである。まず、イグニッションキーがＯＮ（ステップ１）となったときに、冷却水温が所定温度以上（ステップ２）であれば、別の暖機時の制御（ステップ３）へ進む。冷機状態であれば、ステップ４へ進んで、冷機時における圧縮比ε、作動角ＥＡ、リフト中心角Φの各制御マップを読み込む。そして、ステップ５でそのときの実際の圧縮比εの状態を判別し、高圧縮比状態であれば、ステップ６以降へ進んで、図１１に相当する制御を実行する。また、低圧縮比状態であれば、ステップ１１以降へ進んで、図１２に相当する制御を実行する。
【００６３】
すなわち、高圧縮比状態の場合は、クランキング回転数が所定回転数に達する（ステップ６）まで待ってから、作動角ＥＡが目標値となるように、リフト・作動角可変機構１を制御する（ステップ７，８）。同時に、リフト中心角Φが目標値となるように、位相可変機構２を制御する（ステップ９，１０）。
【００６４】
低圧縮比状態の場合は、やはりクランキング回転数が所定回転数に達する（ステップ１１）まで待ってから、作動角ＥＡが目標値となるように、リフト・作動角可変機構１を制御する（ステップ１２，１３）とともに、リフト中心角Φが目標値となるように、位相可変機構２を制御する（ステップ１４，１５）。さらに同時に、圧縮比εの制御を開始し、圧縮比εが目標値となるように、圧縮比機構１０２を制御する（ステップ１６，１７）。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る起動制御装置のシステム全体を示す構成説明図。
【図２】この実施例における可変動弁機構を示す斜視図。
【図３】リフト・作動角可変機構の動作説明図。
【図４】リフト・作動角可変機構によるリフト・作動角の特性変化を示す特性図。
【図５】位相可変機構によるバルブリフト特性の位相変化を示す特性図。
【図６】この実施例における可変圧縮比機構を示す正面図。
【図７】この可変圧縮比機構となる複リンク式ピストン−クランク機構のピストンストローク特性を示す特性図。
【図８】可変圧縮比機構の動作説明図。
【図９】圧縮比制御特性を示す特性図。
【図１０】代表的な運転条件でのバルブリフト特性を示す特性図。
【図１１】高圧縮比状態からの冷機起動時の各部の動作を示すタイムチャート。
【図１２】低圧縮比状態からの冷機起動時の各部の動作を示すタイムチャート。
【図１３】起動時の制御の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
１０１…可変動弁機構
１０２…可変圧縮比機構
１…リフト・作動角可変機構
２…位相可変機構
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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