(57)【要約】【課題】  短時間で掃気運転を完了させ、掃気運転の高効率化を図ることができる内燃機関の始動制御装置を提供する。【解決手段】  始動フェール発生後の掃気運転時、電動ＶＶＴにより吸気バルブ２Ａのバルブタイミングを遅角側に移行して、吸気バルブ２Ａの閉じタイミングを遅く設定する。これにより、掃気クランキング動作時、ピストン上昇による筒内容積の縮小に伴う気筒内から吸気通路２へ向かう大きな気流を発生させて点火プラグ３０のカブリ状態を迅速に解消する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に向けての燃料供給及び点火栓の点火を伴う「始動クランキング動作」を所定期間以上行っても内燃機関が始動しなかった場合に、燃料供給を停止または減量した「掃気クランキング動作」を実行する内燃機関の始動制御装置において、
前記掃気クランキング動作時、圧縮行程開始初期における筒内空気の吸気通路側への戻し量を増大するよう、吸気バルブの閉じタイミングを前記始動クランキング動作時の閉じタイミングよりも遅くするバルブタイミング変更手段を備えていることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項２】
燃焼室内に向けての燃料供給及び点火栓の点火を伴う「始動クランキング動作」を所定期間以上行っても内燃機関が始動しなかった場合に、燃料供給を停止または減量した「掃気クランキング動作」を実行する内燃機関の始動制御装置において、
前記掃気クランキング動作時、吸気バルブのバルブタイミングを前記始動クランキング動作時のバルブタイミングよりも遅角側へ移行させるバルブタイミング変更手段を備えていることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項３】
燃焼室内に向けての燃料供給及び点火栓の点火を伴う「始動クランキング動作」を所定期間以上行っても内燃機関が始動しなかった場合に、燃料供給を停止または減量した「掃気クランキング動作」を実行する内燃機関の始動制御装置において、
前記掃気クランキング動作時、吸気バルブのバルブタイミングを前記始動クランキング動作時とは異なる掃気バルブタイミングに切り換えることにより、気筒内に導入された空気が一旦吸気通路側に排出される量を増加させるバルブタイミング変更手段を備えていることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項４】
前記請求項１、２または３記載の内燃機関の始動制御装置において、
内燃機関はアトキンソンサイクルによって運転されるものであることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項５】
前記請求項１〜４のうち何れか一つに記載の内燃機関の始動制御装置において、
吸気バルブのバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構は電動モータを駆動源とするものであって、掃気クランキング動作時、バルブタイミング変更手段が電動モータの駆動を制御する構成となっていることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジン等に代表される内燃機関の始動制御装置に係る。特に、本発明は、内燃機関の始動が良好に行われない場合に実行される掃気運転制御の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用エンジンにおいては、始動の際、スタータモータが駆動されてクランキングが行われる。また、このクランキングに伴って燃焼室内への燃料供給及び点火プラグの点火が行われ、始動に至ることになる。
【０００３】
ところが、何らかの原因で始動フェールつまり始動に失敗した場合には、燃焼室内に残存する燃料の濃度が高くなり過ぎて着火燃焼が困難になり、極端な場合には、点火プラグが液相燃料で濡れた状態（所謂点火プラグのカブリ状態）となって、その後の始動が一層困難となってしまう。特に、冷間始動時や寒冷地における前記クランキング時にあっては、始動性を良好にするべく大量の燃料を気筒内に供給するといった制御が行われるため、この傾向は顕著である。
【０００４】
このような始動フェール時の課題を解消するために、従来から、例えば特許文献１や特許文献２に開示されているように掃気運転が行われている。この掃気運転は、上述した始動フェールが発生した場合に、スロットル弁の開度を所定開度以上に設定し且つ燃料供給を停止または減量した状態でクランキングを行うものである。また、始動フェール後の再始動時に運転者の操作によってアクセルペダルが略全開状態となった場合には、掃気運転要求があると判断し、この場合にも燃料供給を停止または減量した状態でクランキングすることが行われている。このような掃気運転により、燃焼室内の未燃焼燃料が気筒内から排出（掃気）されることになり、その後の始動性を良好に確保することが可能になる。
【０００５】
また、下記の特許文献３には、掃気運転時に吸気バルブの閉時期をその気筒のピストンの下死点近傍まで進角させ、つまり、排気バルブとのオーバラップを大きくし、これによって大量の新気を気筒内に吸入して掃気を促すことが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２６５８８０号公報
【特許文献２】特開平１０−３３１６９１号公報
【特許文献３】特開２０００−３２８９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献３に開示されているように吸気バルブの閉時期を進角させるものにあっては以下に述べる課題があった。
【０００７】
エンジンが停止している際には、吸気バルブのバルブタイミングを進角側へ移行させるための動力（油圧によって進角させるものでは油圧力、電動モータによって進角させるものではモータ回転力）も解除される。このため、カムシャフトから吸気バルブに作用していた進角側への押圧力（吸気バルブのバルブタイミングを進角させるための押圧力）も解除されることになり、カムシャフトは、バルブスプリングからの反力を受けて遅角側の回転位相位置となっていることが多い。それに伴い、この状態での吸気バルブのバルブタイミングも遅角側となっている。
【０００８】
従って、掃気運転は、バルブタイミングが遅角された状態から開始されることになる。
この場合、前記特許文献３のものでは、掃気運転の開始に伴い、バルブタイミングを進角側へ移行させるための動力を発生（オイルポンプの駆動によって油圧を昇圧または可変バルブタイミング機構の電動モータを駆動）させて、前記遅角状態にある吸気バルブを進角させていきながらクランキングを行うことになる。このため、前記効果が得られる状況（排気バルブとのオーバラップが大きくなる状況）となるまでの間、掃気促進効果を得ることができず、掃気完了までに要する時間を長く要してしまうことになる。特に、掃気運転中にも燃料供給（減量した燃料供給）を行うものにあっては、未燃焼燃料が比較的長い間（掃気完了までの間）、大量に排気系に流れ出てしまうことになり、エミッションの悪化が懸念される状況となってしまう。また、オイルポンプの駆動によって油圧を昇圧してバルブタイミングを進角側へ移行させるものにおいては、一般にオイルポンプはクランクシャフトからの回転力を受けて駆動するものであるため、吸気バルブを進角させるだけの油圧力が得られるまでには長い時間を要し、掃気完了までに要する時間が特に長くなってしまう。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、短時間で掃気運転を完了させ、掃気運転の高効率化を図ることができる内燃機関の始動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】
【００１０】
−課題の解決原理−
前記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、掃気運転時には気筒内から吸気通路へ向かう空気の流れを、通常のクランキング動作時よりも増大させることにより、点火プラグ周辺を流れる空気量を増大させ、これによって点火プラグのカブリ状態を早期に解消できるようにしている。
【００１１】
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃焼室内に向けての燃料供給及び点火栓の点火を伴う「始動クランキング動作」を所定期間以上行っても内燃機関が始動しなかった場合に、燃料供給を停止または減量した「掃気クランキング動作」を実行する内燃機関の始動制御装置を前提とする。この内燃機関の始動制御装置に対し、前記掃気クランキング動作時、圧縮行程開始初期における筒内空気の吸気通路側への戻し量を増大するよう、吸気バルブの閉じタイミングを前記始動クランキング動作時の閉じタイミングよりも遅くするバルブタイミング変更手段を備えさせている。
【００１２】
この特定事項により、始動クランキング動作を所定期間以上行っても内燃機関が始動しなかった始動フェールが生じた後に掃気運転を実行するに際し、吸気バルブの閉じタイミングを前記始動クランキング動作時の閉じタイミングよりも遅くするよう掃気バルブタイミングを変更して掃気クランキング動作を実行する。この掃気クランキング動作では、吸気バルブの閉じタイミングが遅くなることによって、ピストンの上昇による筒内容積の縮小に伴う気筒内から吸気通路へ向かう大きな気流が発生する。この気流が点火栓の周囲を流れることで点火栓のカブリ状態が迅速に解消されることになり、その後の始動性が良好になる。このように、本解決手段では、吸気バルブの閉時期を進角させる（吸気バルブの閉じタイミングを早くする）ものではないため、吸気バルブのバルブタイミングを遅角位置から進角位置に移行させた後でなければ掃気効果が発揮されないといった状況を招くことがなく、掃気クランキング動作の開始と同時に掃気効果を発揮させることができる。このため、短時間で掃気運転を完了させることが可能になる。また、掃気運転中にも燃料供給（減量した燃料供給）を行うものにあっては、掃気運転時間の短縮化に伴い、未燃焼燃料の排出量の削減によるエミッションの改善を図ることができる。
【００１３】
また、上述した解決手段と同様の技術的特徴を有する構成として以下のものが挙げられ
る。つまり、燃焼室内に向けての燃料供給及び点火栓の点火を伴う「始動クランキング動作」を所定期間以上行っても内燃機関が始動しなかった場合に、燃料供給を停止または減量した「掃気クランキング動作」を実行する内燃機関の始動制御装置を前提とする。この内燃機関の始動制御装置に対し、前記掃気クランキング動作時、吸気バルブのバルブタイミングを前記始動クランキング動作時のバルブタイミングよりも遅角側へ移行させるバルブタイミング変更手段を備えさせた構成である。
【００１４】
また、他の構成としては以下のものも挙げられる。つまり、燃焼室内に向けての燃料供給及び点火栓の点火を伴う「始動クランキング動作」を所定期間以上行っても内燃機関が始動しなかった場合に、燃料供給を停止または減量した「掃気クランキング動作」を実行する内燃機関の始動制御装置を前提とする。この内燃機関の始動制御装置に対し、前記掃気クランキング動作時、吸気バルブのバルブタイミングを前記始動クランキング動作時とは異なる掃気バルブタイミングに切り換えることにより、気筒内に導入された空気が一旦吸気通路側に排出される量を増加させるバルブタイミング変更手段を備えさせた構成である。
【００１５】
これらの特定事項によっても、掃気クランキング動作時には、気筒内から吸気通路へ向かう大きな気流を発生させることができ、点火栓のカブリ状態を迅速に解消することができ、その後の始動性を良好にできる。また、吸気バルブのバルブタイミングを遅角側へ移行させた状態で掃気クランキング動作が行えるため、掃気クランキング動作の開始と同時に掃気効果を発揮させることができる。つまり、前記特許文献３に開示されている掃気運転にあっては、吸気バルブのバルブタイミングを進角側へ移行させるものであったため、エンジン停止状態ではバルブタイミングが遅角位置にある吸気バルブを進角側に移行させねばならず、この移行の間は掃気効果を得ることが難しく、掃気完了までに要する時間を長く要してしまうことになっていた。本解決手段では、このようなバルブタイミングを大きく変化させるといった動作が必要ないため、掃気クランキング動作の開始と同時に掃気効果を発揮させることができ、短時間で掃気運転を完了させることが可能になる。
【００１６】
また、上述した解決手段をアトキンソンサイクル（ミラーサイクルとも呼ぶ）によって運転される内燃機関に適用した場合には、掃気運転から通常運転（アトキンソンサイクルでの運転）への移行を円滑に行うことができる。その理由について述べる。通常、アトキンソンサイクルは、吸気バルブのバルブタイミングが大きく遅角側へ移行されることによって行われる。本発明では内燃機関の始動（完爆）前の掃気クランキング動作時には既に吸気バルブのバルブタイミングが遅角側に移行されているため、完爆後のアトキンソンサイクル運転に移行する際のバルブタイミングの変化量（タイミング差）は小さくて済み、掃気クランキング動作の後、迅速に通常運転（アトキンソンサイクル運転）を開始させることが可能になる。
【００１７】
吸気バルブのバルブタイミングを変更するための構成として具体的には、電動モータを駆動源とする可変バルブタイミング機構が挙げられる。つまり、掃気クランキング動作時に、バルブタイミング変更手段が電動モータの駆動を制御して、吸気バルブのバルブタイミングを前記始動クランキング動作時のバルブタイミングとは異なったものとするようにしている。これによれば、可変バルブタイミング機構は、内燃機関のクランクシャフトからの回転力を受けるものではないため、掃気クランキング動作の開始前あるいは開始と同時に吸気バルブのバルブタイミングを掃気クランキング動作用のバルブタイミングに設定することが可能となり、掃気クランキング動作の開始と同時に効果的な掃気動作を実行することができ、掃気運転をよりいっそう短時間で完了させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、掃気運転時に、気筒内から吸気通路へ向かう空気の流れが増大するように
吸気バルブのバルブタイミングを変更して、点火栓周辺を流れる空気量を増大させるようにしている。このため、点火栓のカブリ状態が迅速に解消されることになり、その後の始動性が良好になる。このように、本発明は、吸気バルブの閉時期を進角させる（吸気バルブの閉じタイミングを早くする）ものではないため、掃気クランキング動作の開始と同時に掃気効果を発揮させることができ、短時間で掃気運転を完了させることが可能になり、内燃機関の始動性を改善できる。また、掃気運転中にも燃料供給を行うものにあっては、掃気運転時間の短縮化に伴い、未燃焼燃料の排出量の削減によるエミッションの改善を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、本発明を自動車に搭載された筒内直噴型多気筒（例えば４気筒）ガソリンエンジンに適用した場合について説明する。
【００２０】
−エンジンの概略構成−
図１は、本実施形態に係るエンジン（内燃機関）１の概略構成を示している。この図１に示すように、このエンジン１の吸気系としては、吸気バルブ２Ａの開弁動作によって燃焼室に連通可能な吸気通路２を備え、この吸気通路２にはエアクリーナの下流側にスロットルバルブ３が設けられている。このスロットルバルブ３の回動軸の一端にはこのスロットルバルブ３を駆動するためのアクチュエータであるスロットルモータ４が設けられており、他端にはスロットルバルブ３の開度を検出するためのスロットル開度センサ５が設けられている。つまり、アクセルペダル１４の開度をアクセル開度センサ１５によって検出し、そのアクセル開度信号やエンジン１に取り付けられた各種電子制御機器の制御信号が後述するＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）１０に入力されて最適なスロットル開度が演算され、その演算値に基づきスロットルモータ４によって開度調整される電子制御スロットルとして前記スロットルバルブ３は構成されている。
【００２１】
前記吸気通路２におけるスロットルバルブ３の上流側には大気圧センサ１８が配設されている一方、スロットルバルブ３の下流側にはサージタンク６が配設されている。このサージタンク６内には吸気圧力を検出するための圧力センサ７が設けられている。更に、各気筒には燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）８及び燃焼室内の混合気に対して着火を行う点火プラグ（点火栓）３０がそれぞれ設けられている。
【００２２】
また、エンジン１のシリンダブロックの冷却水通路（ウォータジャケット）９には、冷却水の温度を検出するための水温センサ１１が設けられている。この水温センサ１１は冷却水の温度に応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。
【００２３】
エンジン１の排気系としては、排気バルブ１２Ａの開弁動作によって燃焼室に連通可能な排気通路１２を備え、この排気通路１２には、排気ガス中の有害成分であるＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを浄化する三元触媒コンバータが設けられている。また、この触媒コンバータの上流側の排気通路１２には、空燃比センサの一種であるＯ2センサ１３が設けられている
。このＯ2センサ１３は排気ガス中の酸素成分濃度に応じた電気信号を発信する。
【００２４】
そして、前記スロットル開度センサ５の出力信号、圧力センサ７の出力信号、水温センサ１１の出力信号、Ｏ2センサ１３の出力信号は、マイクロコンピュータを内蔵したＥＣ
Ｕ１０に入力されるようになっている。更に、前記ＥＣＵ１０には、アクセル開度センサ１５からのアクセルペダルの踏込量信号（前記アクセル開度信号）、バッテリ１６に接続されたイグニッションスイッチ１７からのキー位置信号（アクセサリ位置、オン位置、スタータ位置を判別するための信号）、クランクシャフトの一端に取り付けられたクランクシャフトタイミングプーリと回転一体のタイミングロータ２４に近接して配置されたクラ
ンク位置センサ２１からの上死点信号ＴＤＣや所定角度毎のクランク角信号ＣＡ、油温センサ２２からの潤滑油の温度信号等が入力されるようになっている。
【００２５】
また、クランクシャフトの他端に設けられたリングギヤ２３には、エンジン１の始動時に起動するスタータ１９が連繋されており、このスタータ１９の起動に伴うリングギヤ２３の回転によりエンジン１のクランキングが行われるようになっている。
【００２６】
エンジン回転数Ｎｅは、所定クランク角信号ＣＡの間隔（時間）を計測することにより得られる。前記タイミングロータ２４の外周面には、上死点の検出用に２枚の欠歯部２６を備えた３４歯から成る信号歯２５が設けられている。クランク位置センサ２１は電磁ピックアップにより構成されており、１０°毎のクランク回転信号を出力する。クランク位置センサ２１は欠歯部２６の形成箇所の信号を検出することにより、正確な上死点を検出することができる。また、燃料噴射が実行される気筒は、このクランク位置センサ２１からの信号と、図示しないカム位置センサからの信号により判別することができるようになっている。
【００２７】
直流直巻モータを備えて構成される前記スタータ１９はスタータ駆動回路２０を介してバッテリ１６に接続されている。そして、このスタータ駆動回路２０は、ＥＣＵ１０からのスタータ信号ＳＴが入力されない限りスタータ１９をバッテリ１６に接続しないようになっている。このため、イグニッションスイッチ１７がスタータ位置にされた時にスタータ１９が起動されてエンジン１のクランキングが開始されるようになっている。そして、エンジン１が稼働を開始すると、ＥＣＵ１０が通電されてプログラムが起動し、各センサからの出力を取り込み、スロットルバルブ３を開閉するスロットルモータ４やインジェクタ８、或いはその他のアクチュエータを制御する。ＥＣＵ１０には、各種センサからのアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が含まれ、各種センサからの入力ディジタル信号や各アクチュエータを駆動する信号が出入りする入出力インタフェース１０１、演算処理を行うＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０３及びＲＡＭ１０４等のメモリや、クロック１０５等が設けられており、これらはバス１０６で相互に接続されている。ＥＣＵ１０の構成については公知であるので、これ以上の説明を省略する。
【００２８】
尚、本実施形態に係るエンジン１は、後述する可変バルブタイミング機構４０によって吸気バルブ２Ａのバルブタイミングが制御され、ピストンの吸気下死点よりも遅角側で吸気バルブ２Ａが閉弁する制御を行い、これによって、アトキンソンサイクル（ミラーサイクルとも呼ぶ）での運転を行うようになっている。このアトキンソンサイクルでは、吸気バルブ２Ａの閉弁時期がピストンの吸気下死点よりも遅れるために、圧縮行程の初期では気筒内に吸入された吸気が吸気通路２に向けて吹き返されることになる。このため、圧縮行程の実質的な開始が遅れることになり、結果として実圧縮比を高めることなく高い膨張比を得ることが可能なサイクルとなる。そして、このように膨張比を高めることに伴って、膨張行程での実質的なピストンストロークを長くすることができるため、燃料の持つ熱エネルギーを効率よく運動エネルギーに変換することができ、エンジン１の熱効率の向上を図ることができるものである。また、実質的な吸気量が少なくなるため大幅な低燃費が実現できるものでもある。
【００２９】
−可変バルブタイミング機構の説明−
本実施形態に係るエンジン１では、吸排気の各バルブ２Ａ，１２Ａを開閉作動させるカムシャフトの端部に可変バルブタイミング機構４０，４０がそれぞれ備えられており、バルブ開閉タイミングが可変となっている。各バルブ２Ａ，１２Ａの可変バルブタイミング機構４０は共に同一の構成となっているため、ここでは、吸気バルブ２Ａ側の可変バルブタイミング機構４０について説明する。
【００３０】
図２〜図４は、本実施形態に係る可変バルブタイミング機構４０を示しており、図２は可変バルブタイミング機構４０の内部構成を示す断面図であり、図３は図２におけるIII-III線に対応した位置での断面図であり、図４は図２におけるIV-IV線に対応した位置での断面図である。
【００３１】
この可変バルブタイミング機構４０は、エンジン１のクランクシャフトの駆動トルクをカムシャフト４１に伝達する伝達系に設けられている。また、この可変バルブタイミング機構４０は、前記ＥＣＵ１０備えられたモータ制御装置１０７により制御される電動モータ（以下、単にモータという）４２の回転トルクを利用してエンジン１の吸排気バルブ２Ａ，１２Ａのバルブタイミングを調整するようになっている。即ち、本実施形態の可変バルブタイミング機構４０は、モータ利用型バルブタイミング調整装置（ＭＤ−ＶＶＴ：Ｍｏｔｏｒ  Ｄｒｉｖｅ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ）として構成されている。
【００３２】
図２及び図３に示すように可変バルブタイミング機構４０に備えられているモータ４２は、モータ軸４４、軸受４６、回転数センサ４８、ステータ５０等から構成される三相モータである。
【００３３】
前記モータ軸４４は、二つの軸受４６，４６により軸方向の二箇所が支持されて軸線Ｏ周りに回転可能となっている。また、このモータ軸４４は、軸本体から径方向外側に突出する円形板状のロータ部４５を備えており、このロータ部４５の外周壁に複数の磁石４５ａが埋設されている。回転数センサ４８はロータ部４５の近傍に配設され、各磁石４５ａによる形成磁界の強さを感知することによりモータ軸４４の回転数（以下、モータ回転数という）を検出するようになっている。また、この回転数センサ４８は、モータ回転数の検出値Ｒmを表すモータ回転数信号を生成する。
【００３４】
前記ステータ５０はモータ軸４４の外周側に配設されている。このステータ５０の複数のコア５１はモータ軸４４の軸線Ｏ周りに等間隔に並んでいる。各コア５１に巻線５２が一つずつ巻回されている。例えば、この巻線５２は、三つを一組としてスター結線され、各非結線側の端子がモータ制御装置１０７の駆動回路１０８に接続されている。これにより、モータ制御装置１０７の制御に従って、各巻線５２は、図３の時計回り方向又は反時計回り方向の回転磁界をモータ軸４４の外周側に形成することになる。図３の時計回り方向の回転磁界が形成されるときには、ロータ部４５の各磁石４５ａが順に吸引力と反発力とを受け、図３の時計回り方向の回転トルクがモータ軸４４に付与される。同様に、図３の反時計回り方向の回転磁界が形成されるときには、図３の反時計回り方向の回転トルクがモータ軸４４に付与されるようになっている。
【００３５】
図２及び図４に示すように可変バルブタイミング機構４０は位相変化機構６０を備えている。この位相変化機構６０は、スプロケット６２、リングギア６３、偏心軸６４、遊星歯車６５、出力軸６６等を備えた構成となっている。
【００３６】
前記スプロケット６２は出力軸６６の外周側に同軸上に配設されており、出力軸６６に対してモータ軸４４と同じ軸線Ｏ周りに相対回転可能である。クランクシャフトの駆動トルクがチェーンベルトを通じてスプロケット６２に入力されるとき、このスプロケット６２はクランクシャフトに対する回転位相を保ちつつ、軸線Ｏを中心として図４の時計回り方向に回転する。リングギア６３は内歯車で構成されてスプロケット６２の内周壁に同軸上に固定されており、スプロケット６２と一体に回転する。
【００３７】
偏心軸６４は、モータ軸４４に連結固定されることにより軸線Ｏに対し偏心して配設されており、モータ軸４４と一体となって回転可能である。遊星歯車６５は外歯車で構成さ
れており、複数の歯の一部をリングギア６３の複数の歯の一部に噛み合わせるようにしてリングギア６３の内周側に遊星運動可能に配設されている。偏心軸６４の外周壁に同軸上に支持されている遊星歯車６５は、偏心軸６４に対して偏心軸線Ｐ周りに相対回転可能である。出力軸６６はカムシャフト４１に同軸上にボルト固定されており、モータ軸４４と同じ軸線Ｏを中心としてカムシャフト４１と一体に回転する。出力軸６６には、軸線Ｏを中心とする円環板状の係合部６７が形成されている。この係合部６７には、軸線Ｏ周りに等間隔に複数の係合孔６８が設けられている。遊星歯車６５には、各係合孔６８と向き合う箇所に係合突起６９が設けられている。複数の係合突起６９は、偏心軸線Ｐ周りに等間隔に配設されている。係合突起６９は出力軸６６側に突出し、対応する係合孔６８に突入している。
【００３８】
モータ軸４４がスプロケット６２に対して相対回転しないときには、クランクシャフトの回転に伴い遊星歯車６５が、リングギア６３との噛合位置を保ちつつスプロケット６２と一体に図４の時計回り方向に回転する。このとき、係合突起６９が係合孔６８の内周壁を回転方向に押圧するため、出力軸６６はスプロケット６２に対して相対回転することなく図４の時計回り方向に回転する。これにより、クランクシャフトに対するカムシャフト４１の回転位相（以下、単に回転位相ともいう）が保たれる。
【００３９】
一方、モータ軸４４がスプロケット６２に対して図４の反時計回り方向に相対回転するときには、遊星歯車６５がその遊星運動により、偏心軸６４に対して図４の時計回り方向へ相対回転しつつリングギア６３との噛合位置を変化させる。このとき、係合突起６９が係合孔６８を回転方向に押圧する力が増大するため、出力軸６６はスプロケット６２に対して進角する。これにより、回転位相が進角側に変化する。また、モータ軸４４がスプロケット６２に対して図４の時計回り方向に相対回転するときには、遊星歯車６５がその遊星運動により、偏心軸６４に対して図４の反時計回り方向へ相対回転しつつリングギア６３との噛合位置を変化させる。このとき、係合突起６９が係合孔６８を反回転方向に押圧するようになるため、出力軸６６はスプロケット６２に対して遅角する。これにより、回転位相が遅角側に変化する。
【００４０】
次に、モータ制御装置１０７について説明する。このモータ制御装置１０７は、前記駆動回路１０８、制御回路１０９等から構成されている。尚、図２では、駆動回路１０８及び制御回路１０９を模式的にモータ４２の外部に位置するように示しているが、駆動回路１０８及び制御回路１０９の各設置箇所については適宜設定可能である。例えば、駆動回路１０８をモータ４２内に設置し、制御回路１０９をモータ４２外に設置するようにしてもよい。また例えば、駆動回路１０８の一部をモータ４２内に設置し、駆動回路１０８の残部及び制御回路１０９をモータ４２外に設置するようにしてもよい。
【００４１】
制御回路１０９は、駆動回路１０８によるモータ４２の通電を制御する。具体的に、制御回路１０９は電子回路で構成され、図１に示すようにクランク位置センサ２１に接続されている。
【００４２】
制御回路１０９は、受信したクランク回転数信号及びカム回転数信号等に基づき、バルブタイミングを保持するか変化させるかを決定する。この決定は、スロットル開度、油温、クランク回転数の各検出値又はカム回転数等のエンジン運転状況から設定した目標の回転位相と、クランク回転数の検出値及びカム回転数から割り出した実際の回転位相とを比較することにより行う。バルブタイミングを保持すると決定したとき制御回路１０９は、モータ回転数の目標変化量ΔＲを実質的に０とする。一方、バルブタイミングを変化させると決定したとき制御回路１０９は、上述のようにクランク回転数信号等に基づき求められた目標の回転位相と実際の回転位相とを比較して位相差を算出し、その算出した位相差からモータ回転数の目標変化量ΔＲを設定する。本実施形態の制御回路１０９は、目標の
回転位相と実際の回転位相との位相差と、モータ回転数の目標変化量ΔＲとの相関を予めメモリに記憶しており、その相関に従って目標変化量ΔＲを求めることができる。ここで目標変化量ΔＲは、目標の回転位相に実際の回転位相を一致させるのに必要な位相変化速度に対応している。こうして設定された目標変化量ΔＲを電圧で表す制御信号を、制御回路１０９は生成する。
【００４３】
そして、駆動回路１０８は、前記制御回路１０９からの制御信号を受け、この制御信号に応じてモータ４２に対して通電動作を行ってモータ４２を駆動する。これにより、所定のバルブタイミング（バルブ進角量）でバルブの開閉動作が行われることになる。
【００４４】
−掃気制御−
本実施形態に係るエンジン１は、スタータ１９が起動してクランキング（始動クランキング動作）が行われた場合に、始動フェールつまり始動に失敗した際、掃気運転（掃気クランキング動作）を実行するようになっている。この掃気運転は、前記始動クランキング（気筒内への燃料供給及び点火プラグ３０の点火を行うクランキング）を所定期間以上行ってもエンジン１が始動しなかった場合に実行されるものであって、燃焼室内の未燃焼燃料を気筒内から排出（掃気）することで、その後の始動性を良好に確保するために行われる。
【００４５】
そして、本実施形態では、前記掃気運転を実行するか否かを決定するための「掃気制御実行フラグ」が各種条件に応じて設定されるようになっており、また、この掃気運転を実行する際の可変バルブタイミング機構４０の動作（バルブタイミング変更手段による制御動作）に特徴がある。以下、「掃気制御実行フラグ」の設定動作及び掃気運転時のバルブタイミング設定動作について説明する。
【００４６】
＜掃気制御実行フラグの設定＞
図５は掃気制御実行フラグ（ＦＳＣＶ）の設定手順を示すフローチャートである。この図５に示すルーチンはエンジン１の始動時にのみイニシャルルーチンにおいて所定時間毎、例えば、数ｍｓ毎に実行される。また、所定クランク角度毎に実行するようにしてもよい。
【００４７】
掃気制御は、イグニッションスイッチ１７のオンによりスタータ１９によってクランキングが所定時間実行されたが、エンジン１が始動しない場合に行われる。即ち、掃気制御は、エンジン１の冷間始動時等にクランキングを所定期間に渡って続けてもエンジン１が始動しない場合に、インジェクタ８から噴射され続けた燃料が過度に燃焼室に溜まってしまって始動が困難になっている状況を解消するものであり、インジェクタ８からの燃料噴射を停止して燃焼室内の未燃焼燃料を掃気して始動性を向上させるものである。本実施形態では、掃気制御実行フラグが「１」に設定されている間、インジェクタ８からの燃料の噴射を停止することになる。
【００４８】
掃気制御実行フラグの設定においては、先ず、ステップＳＴ１でクランキング中か否かを判定する。クランキング中でない場合はステップＳＴ２に進み、掃気制御実行フラグが既に「１」であるか否かを判定する。この判定はクランキングを続けてもエンジン１が始動しない場合に、イグニッションスイッチ１７が一度スタータ位置から戻された場合を考慮したものである。即ち、最初のクランキング中に掃気制御実行フラグが「１」にされた場合には、この後に再度イグニッションスイッチ１７がスタータ位置にされる場合を考慮して、後述するクランキングの継続時間Ｔｃの値をクリアしないようにしたものである。従って、ステップＳＴ２で「掃気制御実行フラグ＝１」と判定（ＹＥＳ判定）された場合はこのままこのルーチンを終了する。
【００４９】
一方、ステップＳＴ２で「掃気制御実行フラグ＝０」と判定（ＮＯ判定）された場合はクランキングが未だ行われていないと判断してステップＳＴ３に進み、クランキング時間カウンタの値をクリアしてクランキングの継続時間Ｔｃを「０」にセットする。そして、続くステップＳＴ４において、掃気制御実行フラグの値を「０」にセットしてこのルーチンを終了する。
【００５０】
また、ステップＳＴ１でエンジン１がクランキング中であると判定（ＹＥＳ判定）された場合はステップＳＴ５に進み、クランキング時間カウンタを用いてクランキングの継続時間Ｔｃを算出してステップＳＴ６に進む。ステップＳＴ６ではクランキングの継続時間Ｔｃの値が基準時間ＭＮ以上になったか否かを判定する。この基準時間ＭＮは、例えば、クランキングが開始されてからエンジン１が始動するまでに一般に要する時間の最も長い時間よりも僅かに長くなるように定められている。ステップＳＴ６においてＴｃ＜ＭＮである（ＮＯ判定された）場合にはステップＳＴ４に進んで掃気制御実行フラグの値を「０」にしてこのルーチンを終了するが、このステップＳＴ６でＴｃ≧ＭＮである（ＹＥＳ判定された）場合にはステップＳＴ７に進む。
【００５１】
ステップＳＴ７ではクランキングの継続時間Ｔｃの値が、上述の基準時間ＭＮに掃気継続時間Ｌを加えた掃気終了時間ＭＸ以下であるか否かを判定する。このステップＳＴ７における判定は、掃気制御が所定時間Ｌだけ継続したら掃気制御を打ち切るためのものである。即ち、掃気制御実行フラグの値を「０」に戻すタイミングを決定するものである。よって、ステップＳＴ７においてＴｃ≦ＭＸの（ＹＥＳ判定された）場合はステップＳＴ８に進んで掃気制御実行フラグの値を「１」にしてこのルーチンを終了するが、Ｔｃ＞ＭＸとなった（ＮＯ判定された）時点でステップＳＴ４に進み、掃気制御実行フラグの値を「０」にしてこのルーチンを終了する。
【００５２】
このように、本実施形態では、エンジン１のクランキングが行われた際に、エンジン１が始動せず、クランキングの継続時間ＴｃがＭＮ≦Ｔｃ≦ＭＸの間だけ掃気制御が実行されるようになっている。
【００５３】
尚、前記掃気継続時間Ｌは、前記水温センサ１１によって検出される冷却水温に応じて設定される。具体的には、冷却水温が低いほど掃気運転の継続時間Ｌを長く設定するようにしている。その理由は、冷却水温が比較的高い場合には、クランキング中に気筒内に供給された燃料は比較的少なく、且つその気化も促進されている。また、掃気運転時のクランキング回転数も比較的高くなって掃気が促進される。このため、掃気運転の継続時間Ｌを比較的短くしても気筒内は良好に掃気されることになる。これに対し、冷却水温が比較的低い場合には、始動性を高めるためにクランキング中に気筒内に供給された燃料は比較的多く、且つその気化も不十分な状態となっている。また、掃気運転時のクランキング回転数も比較的低いため掃気の効率は低下する傾向にある。このため、本実施形態では、冷却水温が比較的低いほど掃気運転の継続時間Ｌを長くして確実な掃気が行えるようにしている。この掃気運転の継続時間Ｌの変動幅は、例えば１０〜２０ｓｅｃの間で調整される。
【００５４】
＜掃気運転動作＞
次に、上述の如く設定される掃気制御実行フラグに基づいた掃気運転動作について、図６のクランキング制御動作手順を示すフローチャートに沿って説明する。
【００５５】
先ず、イグニッションスイッチ１７がスタータ位置となる等してクランキング要求がなされると、ステップＳＴ１１において掃気制御実行フラグが読み込まれ、ステップＳＴ１２で掃気制御実行フラグが「１」となっているか否かが判定される。そして、この掃気制御実行フラグが「０」であるＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ１３に移り、燃料供
給（燃料噴射）及び点火プラグ３０の点火を伴う通常のクランキング動作（始動クランキング動作）が開始される。これにより、エンジン１が完爆に至って始動すると、上述したアトキンソンサイクルで運転するためのバルブタイミング制御に移行することになる。尚、この通常のクランキング動作においてエンジン１が始動しなかった場合、前記図５を用いて説明した掃気制御実行フラグの設定動作によって掃気制御実行フラグが「１」に設定されることになる。
【００５６】
前記ステップＳＴ１２の判定において、掃気制御実行フラグが「１」であるＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１４に移り、掃気クランキング動作が実行される。つまり、前記モータ制御装置１０７の制御回路１０９は、掃気運転時の目標変化量ΔＲを電圧で表す制御信号を駆動回路１０８に送信する。ここで制御回路１０９が作成する制御信号は吸気バルブ２Ａの開閉タイミングを遅角させるものである。つまり、この制御信号を受けた駆動回路１０８は吸気バルブ２Ａの開閉タイミングが遅角するようにモータ４２に対して通電動作を行ってモータ４２を駆動させることになる。
【００５７】
具体的には、モータ軸４４がスプロケット６２に対して図４の時計回り方向に相対回転するように各巻線５２への通電が行われてモータ軸４４の外周側に回転磁界が形成され、遊星歯車６５がその遊星運動により、偏心軸６４に対して図４の反時計回り方向へ相対回転しつつリングギア６３との噛合位置を変化させる。これにより、前記係合突起６９が係合孔６８を反回転方向に押圧し、出力軸６６はスプロケット６２に対して遅角する。これにより、回転位相が遅角側に変化されることになり、吸気バルブ２Ａの開閉タイミングも遅角される、つまり、吸気バルブ２Ａの閉じタイミングが遅くなるようにバルブタイミングが変更される。具体的には、例えば吸気バルブ２Ａの閉じタイミングが、ピストンの吸気下死点よりも遅角側にクランク角度で６０°だけ遅角されることになる。この数値はこれに限るものではなく任意に設定可能である。また、この掃気クランキング動作では、燃料供給は停止される。
【００５８】
図７は、本実施形態におけるスタータ信号、燃料噴射、掃気制御実行フラグ、吸気バルブタイミング、エンジン回転数の推移を示すタイムチャートである。
【００５９】
この図７に示すように、時刻Ｔ０においてイグニッションスイッチ１７がスタータ位置に操作されることにより、スタータ信号が「１」となり、スタータ１９によるクランキングが開始される。これに伴い、インジェクタ８からの燃料噴射（図７中の時刻Ｔ１から燃料噴射開始）及び点火プラグ３０の点火が行われて、エンジン１の始動動作が開始される。この始動動作によってエンジン１が正常に始動（完爆）した場合には掃気運転が行われることはない。この場合のエンジン回転数の変化状態を図７中の一点鎖線で示している。このようにしてエンジン１が正常に始動すると、その後も、掃気制御実行フラグは「０」に維持され、インジェクタ８からの燃料噴射は継続される。また、吸気バルブ２Ａのバルブタイミングも所定のアトキンソンサイクルでの運転を行うように制御される。
【００６０】
これに対し、時刻「Ｔ０＋ＭＮ」に達してもエンジン１が始動しない場合には、始動フェールと判断し、この時刻「Ｔ０＋ＭＮ」の時点で、前記掃気制御実行フラグを「１」に設定してインジェクタ８からの燃料噴射を停止した状態で掃気運転に移行する。
【００６１】
そして、この掃気運転においては、上述した如く、前記モータ制御装置１０７の制御回路１０９が、掃気運転時の目標変化量ΔＲを電圧で表す制御信号を駆動回路１０８に送信し、吸気バルブ２Ａの開閉タイミングが遅角される（遅角量を図中Ａで示す）。このため、圧縮行程初期時に気筒内から吸気通路２へ向かう空気の大きな流れが作り出されることになり、これによって点火プラグ３０のカブリ状態が早期に解消されることになる。
【００６２】
上述した掃気がある程度進んで燃焼室内の空燃比が着火可能な範囲に達した時点でエンジンが始動する（掃気運転途中でエンジンが始動する）可能性がある。その際のエンジン回転数の変化状態を図７の実線で示している。このようにして掃気運転途中でエンジンが始動した場合には、直ちに掃気運転を停止し、通常のエンジン制御に移る。つまり、掃気制御実行フラグを「０」に戻して燃料噴射を再開させる。
【００６３】
一方、エンジンが始動することなく図中の時刻「Ｔ０＋ＭＸ」まで掃気運転が継続された場合には、この時刻「Ｔ０＋ＭＸ」に達した時点で、掃気制御実行フラグを「０」に戻し、再度のクランキング（燃料噴射及び点火プラグ３０の点火によるクランキング）動作を開始させる。この場合、気筒内が良好に掃気されているためエンジン１は良好に始動することになる。その際のエンジン回転数の変化状態を図７に破線で示している。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態では、始動フェールが生じた後に掃気運転を実行するに際し、吸気バルブ２Ａの開閉タイミングを遅角させて、圧縮行程初期時に気筒内から吸気通路２へ向かう空気の大きな流れを作り出して点火プラグ３０のカブリ状態を早期に解消できるようにしている。このため、掃気運転の開始と同時に掃気効果を発揮させることができ、短時間で掃気運転を完了させることが可能になり、エンジン１の始動性が良好に得られる。
【００６５】
また、本実施形態に係るエンジン１は、アトキンソンサイクルによって運転されるものであるため、掃気運転から通常運転（アトキンソンサイクルでの運転）へ移行する際のバルブタイミングの変化量（タイミング差：図７におけるＢ）は少なくて済み、掃気運転の後、迅速に定常運転（アトキンソンサイクル運転）を開始させることが可能である。
【００６６】
−その他の実施形態−
以上説明した実施形態は、本発明を自動車に搭載された筒内直噴型４気筒ガソリンエンジンに適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、例えば筒内直噴型６気筒ガソリンエンジンなど他の任意の気筒数のガソリンエンジンに適用可能である。また、筒内直噴型に限らず、吸気管内に向けて燃料を噴射（ポート噴射）するタイプのエンジンにも適用可能である。更には、本発明が適用可能なエンジンは、自動車用エンジンに限るものでもない。
【００６７】
また、上述した実施形態では、掃気運転中は燃料噴射を完全に停止するようにしていたが、本発明はこれに限らず、掃気運転中に燃料噴射を減量するものに対しても適用可能である。このように掃気運転中に燃料噴射を行うものの場合、掃気運転時間の短縮化に伴い、未燃焼燃料の排出量の削減によるエミッションの改善を図ることができる。また、掃気クランキング動作時における実圧縮比に比べて膨張比を高く得ることができるため、この掃気クランキング動作時の実質的な吸気量が少なくなり、低燃費化を図ることもできる。
【００６８】
また、前記実施形態では、モータ利用型バルブタイミング調整装置（所謂、電動ＶＶＴ）によってバルブタイミングを可変としていたが、油圧利用型バルブタイミング調整装置によってバルブタイミングを可変とするものにも本発明は適用可能である。この油圧利用型バルブタイミング調整装置の駆動源としては、クランクシャフトからの回転力または電動モータの回転力が利用可能である。
【００６９】
また、本発明は、内燃機関と走行用電動モータとを搭載しこれらのうち片側の駆動力または両方の駆動力により走行する所謂ハイブリッド車に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施形態に係るエンジンの概略構成を示す図である。
【図２】可変バルブタイミング機構の内部構成を示す断面図である。
【図３】図２におけるIII-III線に対応した位置での断面図である。
【図４】図２におけるIV-IV線に対応した位置での断面図である。
【図５】掃気制御実行フラグの設定手順を示すフローチャート図である。
【図６】クランキング制御の動作手順を示すフローチャート図である。
【図７】実施形態におけるスタータ信号、燃料噴射、掃気制御実行フラグ、吸気バルブタイミング、エンジン回転数の推移を示すタイムチャート図である。
【符号の説明】
【００７１】
１          エンジン（内燃機関）
２          吸気通路
２Ａ        吸気バルブ
３０        点火プラグ（点火栓）
４０        可変バルブタイミング機構
４２        電動モータ
【図１】
2007056787.tif 000003
【図２】
2007056787.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007056787.tif 000006
【図５】
2007056787.tif 000007
【図６】
2007056787.tif 000008
【図７】
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