(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮着火式内燃機関の吸気弁の開弁時期を吸気行程上死点より遅角させるよう形成された低負荷用カムプロフィールと吸気弁の開弁時期を吸気行程上死点近傍となるよう形成された高負荷用カムプロフィールとの何れか一方を選択可能に構成された可変動弁機構と、
前記内燃機関の負荷が低いとき及び始動時は前記低負荷用カムプロフィールを選択し、
前記内燃機関の負荷が高いときは前記高負荷用カムプロフィールを選択するよう前記可変動弁機構を制御する動弁機構制御手段と、を備えた圧縮着火式内燃機関において、
前記内燃機関の始動開始から始動完了までの期間のうち、前記内燃機関のクランキング開始から機関回転数が所定回転数以上となるまでの期間は前記高負荷用カムプロフィールを選択するよう前記可変動弁機構を制御するとともに前記内燃機関の燃料噴射を禁止し、
機関回転数が前記所定回転数以上且つ前記内燃機関の回転振動が該内燃機関の駆動系に設けられた共振体と共振する機関回転数の下限値未満となる期間は前記低負荷用カムプロフィールを選択するよう前記可変動弁機構を制御し、機関回転数が前記下限値以上且つ前記内燃機関の回転振動が前記共振体と共振する回転数の上限値以下となる期間は前記高負荷用カムプロフィールを選択するよう前記可変動弁機構を制御し、機関回転数が前記上限値より高くなると前記低負荷用カムプロフィールを選択するよう前記可変動弁機構を制御する始動制御手段を備えることを特徴とする圧縮着火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両などに搭載される内燃機関に関し、特に可変動弁機構を備えた圧縮着火式内燃機関の始動制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）では、高負荷時における空気過剰率の低下を防止、言い換えれば高負荷時における吸気の充填効率を向上させることを目的として、吸気弁の閉時期が吸気行程下死点以降に大きく遅角されるとともに、始動性の向上及び低負荷運転時における燃焼効率の向上を目的として圧縮比が高く設定されている。
【０００３】
ところで、高圧縮比の圧縮着火式内燃機関では、シリンダヘッドやシリンダブロックの強度及び剛性を高くする必要があるため、点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）に比して排気量当たりの質量が大きくなり易く、その結果、車両搭載時の重量増加を招き、燃料消費量を向上させる上で不利になる可能性があった。
【０００４】
これに対し、圧縮着火式内燃機関の圧縮比を低下させる方法が考えられるが、燃料噴射時期（圧縮行程上死点近傍）における筒内雰囲気温度、いわゆる圧縮端温度が低下するため、始動時や低負荷時に不完全燃焼となり易く、白煙や粒子状物質（Particulate Matter:PM）の排出量増加、燃料消費率の悪化、又は始動性の悪化などを招く虞がある。
【０００５】
そこで、従来では、圧縮比を低下させると同時に可変動弁機構を組み込んだ圧縮着火式内燃機関の開発が進められている。
【０００６】
このような低圧縮比の圧縮着火式内燃機関は、例えば、アイドル運転時などの低負荷運転時及び始動時において吸気弁開弁時期を吸気行程上死点後まで遅角させるとともに吸気弁閉弁時期を吸気行程下死点近傍に設定し、定常運転時や加速運転時などの中高負荷時において吸気弁開弁時期を吸気行程上死点以前に設定するとともに吸気弁閉弁時期を吸気行程下死点後まで遅角させている。
【０００７】
内燃機関の始動時や低負荷運転時において吸気弁開弁時期が吸気行程上死点後まで遅角されると、気筒内が負圧となった状態で吸気弁が開弁されることになるため、吸気が気筒内へ流入する速度が高くなり、吸気の運動エネルギが増大する。
【０００８】
吸気の運動エネルギは圧縮行程において熱エネルギに変換されるため、上記したように吸気の運動エネルギが増大すると、気筒内の熱エネルギが増加し、以て圧縮上死点近傍における気筒内の雰囲気温度（圧縮端温度）が高められることになる。
【０００９】
更に、内燃機関の始動時及び低負荷運転時は、吸気弁閉弁時期が吸気行程下死点近傍に設定されるため、有効圧縮ストローク長が十分に確保され、圧縮端温度を高め易くなる。
【００１０】
従って、内燃機関の始動時及び低負荷運転時において吸気弁開弁時期が吸気行程上死点後まで遅角されるとともに吸気弁閉弁時期が吸気行程下死点近傍に設定されると、圧縮端温度を高めることが可能となり、以て始動性の向上、ＰＭの排出量抑制、燃料消費率の悪化防止などを図ることが可能となる。
【００１１】
一方、内燃機関の中高負荷運転時は、吸気の慣性効果を得ることが容易であるため、吸気弁開弁時期が吸気行程上死点以前に設定されることにより、吸気のポンプ損失を抑制しつつ吸気の充填効率を向上させることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したような低圧縮比の圧縮着火式内燃機関では、始動時において吸気弁の開弁時期が吸気行程上死点後まで遅角されるため、吸気行程時における内燃機関のポンプ損失が増大し、内燃機関をクランキングさせるために必要となるトルク（クランキングトルク）が増大する。更に、前述した低圧縮比の圧縮着火式内燃機関では、始動時において吸気弁の閉弁時期が吸気行程下死点近傍に設定されるため、有効圧縮ストローク長が長くなり、クランキングトルクが増大する。
【００１３】
このように内燃機関のクランキングトルクが増大すると、始動時において機関回転数を速やかに上昇させることが困難となるため、スタータモータにかかる負荷が増加するとともに、内燃機関の始動性が悪化してしまう虞がある。
【００１４】
また、前述したような低圧縮比の圧縮着火式内燃機関の駆動系にフライホイールダンパなどの共振体が設けられていると、クランキング期間の途中で内燃機関の回転振動と共振体とが共振してしまう場合があり、そのような場合には、機関回転数が一層上昇し難くなるため、クランキングトルクが不要に増大し、内燃機関の始動性が一層悪化してしまうという問題がある。
【００１５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、始動時及び低負荷時に圧縮端温度が高くなるように吸気弁の開閉時期およびまたはリフト量を変更可能な可変動弁機構を備えた圧縮着火式内燃機関において、始動時の機関回転数を速やかに上昇させることができる技術を提供することにより、内燃機関の始動性を向上させることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記したような課題を解決するために以下のような手段を採用した。
すなわち、本発明に係る圧縮着火式内燃機関は、
圧縮着火式内燃機関の吸気弁の開閉時期およびまたはリフト量を変更する可変動弁機構と、
前記内燃機関の負荷が低いとき及び始動時は、前記内燃機関の負荷が高い時に比して気筒内の圧縮端温度が高くなるように可変動弁機構を制御する動弁機構制御手段と、を備えた圧縮着火式内燃機関において、
前記内燃機関の始動開始から始動完了までの期間のうちの所定期間は、吸気のポンプ損失が少なくなるよう可変動弁機構を制御する始動制御手段を備えている。
【００１７】
この発明は、始動時及び低負荷運転時に圧縮端温度が高く且つ高負荷時にポンプ損失が少なくなるよう吸気弁の開閉時期およびまたはリフト量を変更可能な可変動弁機構を備えた圧縮着火式内燃機関において、始動時の所定期間は、ポンプ損失が少なくなるよう可変動弁機構を制御することにより内燃機関のクランキングトルクを低下させることを最大の特徴としている。
【００１８】
かかる圧縮着火式内燃機関では、動弁機構制御手段は、内燃機関の始動時及び低負荷運転時は圧縮端温度が高くなるように可変動弁機構を制御し、内燃機関の中高負荷運転時はポンプ損失が少なくなるよう可変動弁機構を制御する。
【００１９】
ここで、内燃機関の負荷が低いときに圧縮端温度が高められると、燃料の着火性及び燃焼安定性が向上するため、粒子状物質（ＰＭ）の排出量増加や燃料消費率の悪化を防止することが可能となる。
【００２０】
ところで、内燃機関の始動時に可変動弁機構が圧縮端温度を高めるべく制御されると、燃料の気化が促進されるとともに着火性が向上するが、その一方でポンプ損失が増大し易いため、内燃機関をクランキングさせる上で必要となるクランキングトルクが増大し、機関回転数を上昇させ難くなる。
【００２１】
これに対し、本発明に係る圧縮着火式内燃機関では、内燃機関の始動開始から始動完了までの期間のうちの所定期間において、始動時制御手段がポンプ損失を少なくすべく可変動弁機構を制御するようにした。
【００２２】
この場合、前記した所定期間において内燃機関のクランキングトルクが減少するため、機関回転数が速やかに上昇するようになる。
【００２３】
ここで、前記した所定期間としては、内燃機関の始動開始から機関回転数が所定回転数以上となるまでの期間を例示することができる。
【００２４】
この場合、内燃機関の始動開始から機関回転数が所定回転数以上となるまでの期間では内燃機関のクランキングトルクが減少するため、始動開始後に機関回転数が速やかに上昇するようになる。そして、機関回転数が所定回転数以上まで上昇した後は、圧縮端温度が高くなるよう可変動弁機構が制御されることになるため、燃料の着火性が向上し、内燃機関が完爆し易くなる。
【００２５】
尚、上記したように内燃機関の始動開始から機関回転数が所定回転数以上となるでの期間においてポンプ損失が少なくなるよう可変動弁機構が制御される場合には、その期間中の燃料噴射を禁止するようにしてもよい。これは、機関回転数が低く且つ圧縮端温度が低い状況下で燃料噴射が行われると、燃料が燃焼せずに排出されることが想定されるからである。
【００２６】
また、前記した所定期間としては、上記したような内燃機関の始動開始から機関回転数が所定回転数以上となるまでの期間に加え、内燃機関の回転振動が該内燃機関の駆動系に設けられた共振体と共振する期間を例示することができる。
【００２７】
これは、内燃機関の始動途中で内燃機関の回転振動と共振体とが共振すると、機関回転数の上昇が妨げられる場合があるため、そのような場合に圧縮端温度が高くなるよう可変動弁機構が制御されると、機関回転数が一層上昇し難くなるからである。
【００２８】
ここで、上記した共振体としては、内燃機関のフライホイールに設けられたフライホイールダンパなどを例示することができる。
【００２９】
本発明に係る圧縮着火式内燃機関において、可変動弁機構としては、吸気弁の開弁時期が吸気行程上死点より遅角されるよう形成された低負荷用カムプロフィールと、吸気弁の開弁時期が吸気行程上死点近傍となるよう形成された高負荷用カムプロフィールとの何れか一方を選択可能に構成されるものであってもよく、又は、前記低負荷用カムプロフィールから前記高負荷用カムプロフィールまで連続的にカムプロフィールを変更可能に構成されるものであってもよい。
【００３０】
この場合、動弁機構制御手段は、内燃機関の始動時及び低負荷運転時は低負荷用カムプロフィールを選択し、内燃機関の中高負荷運転時は高負荷用カムプロフィールを選択するよう可変動弁機構を制御することになるが、内燃機関の始動開始から始動完了までの期間のうちの所定期間では、始動時制御手段が高負荷用カムプロフィールを選択するよう可変動弁機構を制御するようにすればよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る圧縮着火式内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１は、本発明に係る圧縮着火式内燃機関の概略構成を示す図である。
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４ストローク・サイクル・ディーゼル機関であり、圧縮比が比較的低く設定されている。
【００３３】
内燃機関１の各気筒２には、吸気弁２０と排気弁２１とがそれぞれ二つ配設されるとともに、図示しない燃焼室へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３が配置されている。更に、各気筒２には、筒内の圧力に対応した電気信号を出力する筒内圧センサ４が設けられている。
【００３４】
前記した各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）５と連通している。このコモンレール５には、該コモンレール５内の燃料の圧力（コモンレール圧）に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ５ａが取り付けられている。
【００３５】
前記コモンレール５は、燃料供給管６を介して燃料ポンプ７と連通している。この燃料ポンプ７は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ７の入力軸に取り付けられたポンププーリ７ａが内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト８を介して連結されている。
【００３６】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ７の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ７は、クランクシャフトから該燃料ポンプ７の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００３７】
前記燃料ポンプ７から吐出された燃料は、燃料供給管６を介してコモンレール５へ供給され、コモンレール５にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に所定の駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００３８】
次に、内燃機関１には、吸気枝管９が接続されており、吸気枝管９の各枝管は、各気筒２の燃焼室と図示しない吸気ポートを介して連通している。前記吸気枝管９は、吸気管１０に接続され、この吸気管１０は、上流にて図示しないエアクリーナボックスやエアダクトと接続されている。
【００３９】
前記吸気管１０の途中には、該吸気管１０内を流れる吸気の流量を絞る吸気絞り弁６０が取り付けられ、この吸気絞り弁６０には、ステップモータなどからなり印加電力の大きさに応じて前記吸気絞り弁６０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ６１が取り付けられている。
【００４０】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックスに流入した吸気が該エアクリーナボックス内のエアクリーナによって吸気中の塵や埃等が除去された後に吸気管１０へ導かれる。吸気管１０に導かれた吸気は、吸気絞り弁６０により必要に応じて流量を絞られた後に吸気枝管９へ流入し、次いで吸気枝管９の各枝管を介して各気筒２の吸気ポートへ分配される。吸気ポートへ分配された吸気は、吸気弁２０が開弁した際に、各気筒２の燃焼室内へ吸入されることになる。
【００４１】
一方、内燃機関１には、排気枝管１１が接続され、排気枝管１１の各枝管が図示しない排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記排気枝管１１は、排気管１２と接続され、その排気管１２は下流にて排気浄化触媒に接続されている。
【００４２】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気枝管１１へ排出され、次いで排気枝管１１から排気管１２へ排出される。排気管１２へ流入した排気は、該排気管１２下流の排気浄化触媒にて浄化された後に大気中へ放出されることになる。
【００４３】
また、吸気枝管９と排気枝管１１とは、排気枝管１１内を流れる排気の一部を吸気枝管９へ導く排気再循環通路（ＥＧＲ通路）１３を介して連通されている。このＥＧＲ通路１３の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路１３内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を変更する流量調整弁（ＥＧＲ弁）１４が設けられている。
【００４４】
前記ＥＧＲ通路１３においてＥＧＲ弁１４より上流の部位には、該ＥＧＲ通路１３内を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１５が設けられている。
【００４５】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁１４が開弁されると、ＥＧＲ通路１３が導通状態となり、排気枝管１１内を流れる排気の一部が前記ＥＧＲ通路１３へ流入し、ＥＧＲクーラ１５を経て吸気枝管９へ導かれる。
【００４６】
その際、ＥＧＲクーラ１５では、ＥＧＲ通路１３内を流れるＥＧＲガスと所定の冷媒との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却されることになる。
【００４７】
ＥＧＲ通路１３を介して排気枝管１１から吸気枝管９へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管９の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれ、燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００４８】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００４９】
更に、ＥＧＲクーラ１５においてＥＧＲガスが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することもなくなる。
【００５０】
また、本実施の形態に係る内燃機関１には、吸気弁２０のリフト量及び作用角を変更する可変動弁機構１００が設けられている。
【００５１】
この可変動弁機構１００は、機関始動時及び低負荷時における内燃機関１の運転性及び排気エミッションの向上と、中高負荷時における内燃機関１の運転性及び排気エミッションの向上とを両立するために設けられた機構である。
【００５２】
これは、低圧縮比の圧縮着火式ディーゼル機関は、吸気の慣性効果が得られやすく吸気の充填効率を高めやすい中高負荷運転領域では圧縮端温度の過剰な上昇を抑制して窒素酸化物（ＮＯx）や煤の発生量を抑制しつつ燃焼安定性を確保することが可能となるが、吸気の慣性効果が得られ難く吸気の充填効率が低下し易い低負荷運転領域では圧縮端温度を高めることが困難となるため、着火性や燃焼安定の低下による運転性の低下及び排気エミッションの悪化を招く場合があるからである。
【００５３】
可変動弁機構１００は、図２に示すように、内燃機関１のシリンダヘッドに回転自在に支持されたインテークカムシャフト３０と、前記インテークカムシャフト３０と平行にシリンダヘッドに固定されたロッカシャフト３３と、前記ロッカシャフト３３に回転自在に支持されたロッカアーム３４と、前記ロッカアーム３４の回動により開閉駆動される吸気弁２０と、前記吸気弁２０を閉弁方向へ付勢するバルブスプリング２００とを備えている。
【００５４】
前記インテークカムシャフト３０には、カムプロフィールの異なる２種類のカム３１，３２がそれぞれ気筒数と同数（本実施の形態では４つ）設けられている。これら２種類のカム３１，３２は、一方のカム３１のプロフィールが他方のカム３２のプロフィールに比してリフト量及び作用角が大きくなるよう形成されている。以下では、カム３１を高リフトカム３１と称し、カム３２を低リフトカム３２と称する。
【００５５】
前記インテークカムシャフト３０の斜め下方には、前記したロッカシャフト３３が配設され、そのロッカシャフト３３には、前記ロッカアーム３４の基端部が回転自在に支持されている。その際、ロッカシャフト３３には、気筒数と同数個のロッカアーム３４が取り付けられているものとする。
【００５６】
前記した各ロッカアーム３４の先端部にはアーム３５が突設されている。前記アーム３５の先端部は二股に分岐しており、分岐した二つの先端部が各気筒２の二つの吸気弁２０の基端部とそれぞれ当接している。
【００５７】
また、各ロッカアーム３４の表面には、図３に示すように、高リフトカム３１と当接可能な可動カムフォロワ３６と、低リフトカム３２と当接可能なローラカムフォロワ３７とが配設されている。
【００５８】
前記ローラカムフォロワ３７は、ロッカアーム３４に回転可能に支持されており、低リフトカム３２と転がり接触しつつ低リフトカム３２の押圧力をロッカアーム３４へ伝達するように構成されている。
【００５９】
前記可動カムフォロワ３６は、ロッカアーム３４に対して上下方向に摺動自在に配設されている。この可動カムフォロワ３６とロッカアーム３４との間には、可動カムフォロワ３６を高リフトカム３１へ向けて付勢するコイルスプリング３８が介設されている。
【００６０】
ここで、前記したロッカアーム３４には、該ロッカアーム３４に対する前記可動カムフォロワ３６の相対摺動を選択的に許容または規制（ロック）するロック機構３９が備えられている。
【００６１】
前記ロック機構３９は、図４に示すように、ロッカアーム３４を上下方向に貫通し前記可動カムフォロワ３６を摺動自在に支持する摺動孔４０と、前記摺動孔４０と交差するようロッカアーム３４内に形成されたシリンダ孔４１と、前記シリンダ孔４１内に摺動自在に遊嵌されたロックピン４２と、前記シリンダ孔４１内に配置され、前記ロックピン４２を前記摺動孔４０から離間する方向へ付勢するコイルスプリング４３と、を備えている。
【００６２】
前記ロックピン４２の摺動孔４０側の端部には、ストッパ４４が突設されている。このストッパ４４は、ロックピン４２がシリンダ孔４１の基端に位置するときは図４に示すように該ストッパ４４の大部分がシリンダ孔４１内に収容され、ロックピン４２がシリンダ孔４１の先端に位置するときは図５に示すように該ストッパ４４の大部分が前記摺動孔４０内に突出するよう構成されている。
【００６３】
また、前記シリンダ孔４１において前記ロックピン４２により区画された基端側の空間４５は、ロックピン４２を摺動させるための作動油が導入される油圧室となっている。この油圧室４５には、ロッカアーム３４内に形成されたロッカアーム油通路４６が連通している。このロッカアーム油通路４６は、前記ロッカシャフト３３内に形成されたロッカシャフト油通路４７（図１及び図２参照）と連通している。
【００６４】
前記ロッカシャフト油通路４７は、図３に示すように、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）５０と油通路４８を介して連通している。前記ＯＣＶ５０には、オイル供給通路５１とオイルリターン通路５２とが接続されている。
【００６５】
前記オイル供給通路５１は、電動モータなどによって駆動されて作動油を吐出するオイルポンプ５３に接続され、前記オイルリターン通路５２は、作動油を貯蔵するためのオイルパン５４に接続されている。
【００６６】
前記したＯＣＶ５０は、オイル供給通路５１とオイルリターン通路５２との何れか一方を選択的に前記油通路４８と導通させるものである。このＯＣＶ５０は、例えば、ソレノイドバルブで構成され、駆動電流が印加されていないときにはオイルリターン通路５２と前記油通路４８と導通させ、駆動電流が印加されたときにはオイル供給通路５１と前記油通路４８と導通させる。
【００６７】
このように構成されたロック機構３９では、ＯＣＶ５０に駆動電流が印加されていないときは、油通路４８とオイルリターン通路５２とが導通するため、油圧室４５内の作動油がロッカアーム油通路４６→ロッカシャフト油通路４７→油通路４８→オイルリターン通路５２を経てオイルパン５４へ排出される。
【００６８】
前記油圧室４５の作動油がオイルパン５４へ排出されると、前記油圧室４５の油圧が低下するため、ロックピン４２がコイルスプリング４３の付勢力を受けてシリンダ孔４１の基端へ移動し（図４参照）、それに伴ってストッパ４４がシリンダ孔４１内に収容される。
【００６９】
この場合、可動カムフォロワ３６が摺動孔４０内を摺動自在となる。すなわち、ロッカアーム３４に対する可動カムフォロワ３６の相対摺動が許容されることになる。
【００７０】
ロッカアーム３４に対する可動カムフォロワ３６の相対摺動が許容された場合には、高リフトカム３１から可動カムフォロワ３６へ伝達される押圧力はコイルスプリング３８を介してロッカアーム３４へ伝達されることになる。
【００７１】
その際、コイルスプリング３８の付勢力がバルブスプリング２００の付勢力に比して十分に小さく設定されているため、高リフトカム３１から可動カムフォロワ３６へ伝達された押圧力はコイルスプリング３８の伸縮動作（言い換えれば、可動カムフォロワ３６の摺動動作）によって吸収されることになる。言い換えれば、高リフトカム３１からロッカアーム３４に対し、バルブスプリング２００の付勢力より大きな力が伝達されることはない。
【００７２】
この結果、ロッカアーム３４は、低リフトカム３２からローラカムフォロワ３７へ伝達される押圧力により揺動されることになり、このロッカアーム３４の揺動に伴って吸気弁２０が開閉駆動されることになる。すなわち、吸気弁２０は、低リフトカム３２のカムプロフィール形状に従って開閉駆動されることになる。
【００７３】
一方、オイルポンプ５３及びＯＣＶ５０に駆動電流が印加されているときは、オイルポンプ５３が作動油を吐出するとともに油通路４８とオイル供給通路５１とが導通するため、オイルポンプ５３から吐出された作動油がオイル供給通路５１→油通路４８→ロッカシャフト油通路４７→ロッカアーム油通路４６を経て油圧室４５へ供給される。
【００７４】
前記オイルポンプ５３から前記油圧室４５へ作動油が供給されると、前記油圧室４５の油圧が上昇するため、ロックピン４２がコイルスプリング４３の付勢力に抗してシリンダ孔４１の先端へ移動し（図５参照）、それに伴ってストッパ４４が摺動孔４０内に突出するようになる。
【００７５】
この場合、可動カムフォロワ３６が最上位に変位した状態で該可動カムフォロワ３６の底面がストッパ４４と当接するため、ロッカアーム３４に対する可動カムフォロワ３６の相対摺動が規制（ロック）されることになる。
【００７６】
ロッカアーム３４に対する可動カムフォロワ３６の相対摺動が規制（ロック）された場合には、高リフトカム３１から可動カムフォロワ３６へ伝達される押圧力がストッパ４４及びロックピン４２を介してロッカアーム３４に伝達されるようになる。
【００７７】
この結果、ロッカアーム３４は、高リフトカム３１から可動カムフォロワ３６及びロックピン４２へ伝達される押圧力によって揺動されることになり、このロッカアーム３４の揺動に伴って吸気弁２０が開閉駆動される。すなわち、吸気弁２０は、高リフトカム３１のカムプロフィール形状に従って開閉駆動されることになる。
【００７８】
ここで、前記した高リフトカム３１のカムプロフィールは、例えば、図６中の実線で示されるように、吸気弁２０の開弁時期が吸気行程上死点（TDC:TOP DEAD CENTER）より２°早い時期（BTDC 2°, BTDC:BEFORE TOP DEAD CENTER）となり、且つ、吸気弁２０の閉弁時期が吸気行程下死点（BDC:BOTTOM DEAD CENTER）より３０°遅い時期（ABDC 30°, ABDC:AFTER BOTTOM DEAD CENTER）となるよう形成されるものとする。
【００７９】
このように形成された高リフトカム３１が選択された場合には、吸気弁２０が吸気行程上死点の直前で開弁するため、吸気のポンプ損失が少なくなるとともに、吸気弁が吸気行程下死点より大幅に遅れて閉弁するため、吸気の慣性効果を利用して吸気の充填効率を高め易くなる。
【００８０】
従って、吸気の慣性効果が得られ易い中高負荷運転領域において高リフトカム３１が選択されれば、ポンプ損失の低下によって機関出力の低下を防止することが可能になるとともに、吸気の慣性効果によって吸気の充填効率を高めることが可能となる。
【００８１】
一方、低リフトカム３２のカムプロフィールは、例えば、図６中の破線で示されるように、吸気弁２０の開弁時期が吸気行程上死点より６０°遅い時期（ATDC 60°）となり、且つ、吸気弁２０の閉弁時期が吸気行程下死点より２０°遅い時期（ABDC 20°）となるように形成されるものとする。
【００８２】
このように形成された低リフトカム３２が選択された場合には、吸気弁２０が吸気行程の半ばで開弁することになるため、吸気弁２０の開弁時に気筒２内が負圧となり、吸気が勢いよく気筒２内へ流入するようになる。また、吸気弁２０が吸気行程下死点後の比較的早い時期に閉弁されるため、有効圧縮ストローク長が長くなり、気筒２内の圧力を高めることができる。
【００８３】
従って、吸気の慣性効果が得られ難く吸気の充填効率が低くなり易い低負荷運転領域において低リフトカム３２が選択されれば、圧縮端温度を高めることが可能となり、燃料の気化及び着火性を向上させることが可能となる。
【００８４】
ここで図１に戻り、内燃機関１には、該内燃機関１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１８が併設されている。このＥＣＵ１８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の運転状態を制御するユニットであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びバックアップＲＡＭ等を備えた算術論理演算回路として構成されている。
【００８５】
ＥＣＵ１８には、前述した筒内圧センサ４やコモンレール圧センサ５ａに加え、内燃機関１のクランクシャフトが所定角度（例えば、１０°）回転する度にパルス信号を出力するクランクポジションセンサ１６、内燃機関１のウォータジャケットを循環する冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ１７、アクセルペダルの操作量に対応した電気信号を出力するアクセル開度センサ１９などが電気的に接続され、各種センサの出力信号がＥＣＵ１８に入力されるようになっている。
【００８６】
また、ＥＣＵ１８には、燃料噴射弁３、ＥＧＲ弁１４、及び可変動弁機構１００のＯＣＶ５０及びオイルポンプ５３が電気的に接続されるとともに、内燃機関１に取り付けられたスタモータ３００が電気的に接続され、ＥＣＵ１８の出力信号が上記した燃料噴射弁３、ＥＧＲ弁１４、可変動弁機構１００、及びスタータモータ３００に入力されるようになっている。
【００８７】
このように構成されたＥＣＵ１８は、ＲＯＭに予め記憶された各種のアプリケーションプログラムに従って、燃料噴射制御、ＥＧＲ制御、動弁制御などの既知の制御に加え、本発明の要旨となる始動時制御を実行する。
【００８８】
以下、始動時制御について図７〜図８に基づいて説明する。
先ず、通常の動弁制御では、ＥＣＵ１８は、内燃機関１がアイドル運転状態などの低負荷運転状態にあるとき又は始動時には、低リフトカム３２により吸気弁２０を開閉駆動すべくＯＣＶ５０及びオイルポンプ５３に対する駆動電流の印加を停止する。また、内燃機関１が定常運転状態又は加速運転状態にあるときには、ＥＣＵ１８は、高リフトカム３１により吸気弁２０を開閉駆動すべくＯＣＶ５０及びオイルポンプ５３に対して駆動電流を印加する。
【００８９】
先に述べたように、内燃機関１の中高負荷運転領域において高リフトカム３１が選択されると、ポンプ損失を抑制しつつ吸気の充填効率を向上させることが可能となる。一方、内燃機関１の始動時や低負荷運転領域において低リフトカム３２が選択されると、圧縮端温度が上昇するため、燃料の着火性及び燃焼安定性を高めることが可能となる。
【００９０】
ところで、低リフトカム３２が選択された場合には、吸気弁２０の開弁時期が吸気行程上死点後まで遅角されるため、図７に示すように、圧縮端温度が上昇する一方で内燃機関１のポンプ損失が増大する。更に、低リフトカム３２が選択された場合には、吸気弁２０の閉弁時期が吸気行程下死点近傍に設定されるため、有効圧縮ストローク長が長くなる。
【００９１】
従って、内燃機関１の始動時に低リフトカム３２が選択されると、ポンプ損失の増大と有効圧縮ストローク長の増加により、内燃機関１をクランキングさせる上で必要となるトルク（クランキングトルク）が増大してしまい、始動時において機関回転数を速やかに上昇させることが困難となり、その結果、内燃機関の始動性が悪化してしまう虞がある。
【００９２】
そこで、本実施の形態における始動時制御では、ＥＣＵ１８は、内燃機関１の始動開始から機関回転数が所定回転数：NE1以上となるまでの期間では、高リフトカム３１によって吸気弁２０を開閉駆動させるべく可変動弁機構１００を制御するようにした。
【００９３】
このように内燃機関１の始動開始から機関回転数が所定回転数：NE1以上となるまでの期間において高リフトカム３１が選択されると、その期間のポンプ損失が低下するとともに有効圧縮ストローク長が短縮され、それに応じてクランキングトルクが低下するため、機関回転数が速やかに上昇するようになる。
【００９４】
そして、機関回転数が所定回転数：NE1以上まで上昇した後に、低リフトカム３２によって吸気弁２０を開閉駆動すべく可変動弁機構１００が制御されると、各気筒２の圧縮端温度が好適に上昇し、燃料の着火性が向上する。
【００９５】
また、本実施の形態における始動時制御では、ＥＣＵ１８は、内燃機関１の始動開始から機関回転数が所定回転数：NE1以上となるまでの期間において、燃料噴射の実行を禁止するようにした。これは、機関回転数が低く且つ圧縮端温度が低い状況下で燃料噴射が行われると、燃料が燃焼せずに気筒２内に残留したり、或いは大気中へ排出される虞があるからである。
【００９６】
このような始動制御が実行されると、図８に示すように、内燃機関１の始動開始から始動完了までの全期間において低リフトカム３２が選択された場合に比して機関回転数が速やかに上昇するため、始動開始から始動完了までの時間も短縮することが可能となる。
【００９７】
次に、本実施の形態における始動制御について図９に沿って具体的に説明する。
図９は、始動時制御ルーチンを示すフローチャート図である。この始動時制御ルーチンは、予めＲＯＭに記憶されているルーチンであり、図示しないイグニッションスイッチがオフからオンへ切り換えられたことをトリガにしてＥＣＵ１８が実行するルーチンである。
【００９８】
始動時制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１８は、先ずＳ９０１において、スタータスイッチがオンにされているか否かを判別する。
【００９９】
前記Ｓ９０１においてスタータスイッチがオフであると判定された場合は、ＥＣＵ１８は、スタータスイッチがオフからオンへ切り換えられるまでＳ９０１の処理を繰り返し実行する。
【０１００】
一方、前記Ｓ９０１においてスタータスイッチがオンであると判定された場合は、ＥＣＵ１８は、Ｓ９０２へ進み、吸気弁２０が高リフトカム３１によって開閉駆動されるようにＯＣＶ５０とオイルポンプ５３へ駆動電力を印加する。
【０１０１】
Ｓ９０３では、ＥＣＵ１８は、スタータモータ３００へ駆動電力を印加する。
【０１０２】
Ｓ９０４では、ＥＣＵ１８は、クランクポジションセンサ１６の出力信号に基づいて実際の機関回転数：Neを算出し、その機関回転数：Neが所定回転数：NE1以上であるか否かを判別する。
【０１０３】
前記Ｓ９０４において実際の機関回転数：Neが所定回転数：NE1未満であると判定された場合は、ＥＣＵ１８は、実際の機関回転数：Neが所定回転数：NE1以上に上昇するまで前記Ｓ９０４の処理を繰り返し実行する。
【０１０４】
そして、実際の機関回転数：Neが前記所定回転数：NE1以上に上昇すると、ＥＣＵ１８は、Ｓ９０５へ進み、ＯＣＶ５０及びオイルポンプ５３に対する駆動電力の印加を停止し、吸気弁２０が低リフトカム３２によって開閉駆動されるようにする。
【０１０５】
Ｓ９０６では、ＥＣＵ１８は、燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始する。このＳ９０６の処理を実行し終えると、ＥＣＵ１８は、本ルーチンの実行を終了する。
【０１０６】
このようにＥＣＵ１８が始動時制御ルーチンを実行することにより、内燃機関１の始動開始から始動完了までの期間のうち、始動開始から機関回転数：Neが所定回転数：NE1以上となるまでの期間において吸気弁２０が高リフトカム３１によって開閉駆動されることになるため、始動開始後の早い時期に機関回転数：Neを上昇させることが可能となる。そして、機関回転数：Neが所定回転数：NE1以上まで上昇した後は吸気弁２０が低リフトカム３２によって開閉駆動されることになるため、気筒２内の圧縮端温度が好適に高められ、その結果、内燃機関１が速やかに完爆するようになり、内燃機関１の始動性が向上する。
【０１０７】
＜他の実施の形態＞
次に、本発明に係る圧縮着火式内燃機関の他の実施の形態について図１０及び図１１に基づいて説明する。ここでは、前述した実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【０１０８】
車両に搭載される内燃機関では、駆動輪に対する内燃機関の加減速に伴う衝撃を緩和することを目的として、内燃機関のフライホイールにフライホイールダンパを取り付ける技術が普及している。このフライホイールダンパは、自身が撓むことにより、駆動輪に対する機関出力軸（クランクシャフト）の加減速方向変位を許容し、以て加減速に伴う衝撃の緩和する。
【０１０９】
しかしながら、内燃機関の始動時のように機関回転数が極めて低いときは、内燃機関の回転振動に対してフライホイールダンパが共振してしまい、機関回転数がハンチングを起こす場合がある。このように始動時において機関回転数がハンチングを起こすと、機関回転数が速やかに上昇し難くなる。
【０１１０】
このため、前述した実施の形態に係る内燃機関１のフライホイールにフライホイールダンパが取り付けられると、図１０に示すように、内燃機関１の始動途中、すなわち内燃機関１の回転振動とフライホイールダンパとが共振する回転領域（図中NE2〜NE3）において、機関回転数の上昇が一時的（図中の期間：ｔ）に滞ってしまう。
【０１１１】
そこで、本実施の形態では、内燃機関１の始動開始から機関回転数：Neが所定回転数：NE1以上に上昇するまでの期間に加え、内燃機関１の回転振動とフライホイールダンパが共振する期間において、吸気弁２０が高リフトカム３１によって開閉駆動されるようにした。
【０１１２】
具体的には、内燃機関１の回転振動とフライホイールダンパとが共振する機関回転数の下限値（以下、共振下限回転数と称する）：NE２と上限値（以下、共振上限回転数と称する）：NE３とを予め実験的に求めておき、内燃機関１の始動開始から機関回転数：Neが所定回転数：NE1以上となるまでの第１の期間と、機関回転数：Neが共振下限回転数：NE2以上且つ共振上限回転数：NE3以下の範囲内にある第２の期間とにおいて、高リフトカム３１によって吸気弁２０が開閉駆動されるようにする。
【０１１３】
このように内燃機関１の回転振動とフライホイールダンパとが共振する第２の期間において吸気弁２０が高リフトカム３１によって開閉駆動されると、該第２の期間において内燃機関１のクランキングトルクが低下するため、図１０に示すように機関回転数が滞ることなく速やかに上昇するようになる。
【０１１４】
以下、本実施の形態における始動制御について図１１に沿って具体的に説明する。
図１１は、始動時制御ルーチンを示すフローチャート図である。この始動時制御ルーチンは、予めＲＯＭに記憶されているルーチンであり、図示しないイグニッションスイッチがオフからオンへ切り換えられたことをトリガにしてＥＣＵ１８が実行するルーチンである。
【０１１５】
始動時制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１８は、先ずS11０１において、スタータスイッチがオンにされているか否かを判別する。
【０１１６】
前記S11０１においてスタータスイッチがオフであると判定された場合は、ＥＣＵ１８は、スタータスイッチがオフからオンへ切り換えられるまでS11０１の処理を繰り返し実行する。
【０１１７】
一方、前記S11０１においてスタータスイッチがオンであると判定された場合は、ＥＣＵ１８は、S11０２へ進み、吸気弁２０が高リフトカム３１によって開閉駆動されるようにＯＣＶ５０とオイルポンプ５３へ駆動電力を印加する。
【０１１８】
S11０３では、ＥＣＵ１８は、スタータモータ３００へ駆動電力を印加する。
【０１１９】
S11０４では、ＥＣＵ１８は、クランクポジションセンサ１６の出力信号に基づいて実際の機関回転数：Neを算出し、その機関回転数：Neが所定回転数：NE1以上であるか否かを判別する。
【０１２０】
前記S11０４において実際の機関回転数：Neが所定回転数：NE1未満であると判定された場合は、ＥＣＵ１８は、実際の機関回転数：Neが所定回転数：NE1以上に上昇するまで前記S11０４の処理を繰り返し実行する。
【０１２１】
そして、実際の機関回転数：Neが前記所定回転数：NE1以上に上昇すると、ＥＣＵ１８は、S11０５へ進み、ＯＣＶ５０及びオイルポンプ５３に対する駆動電力の印加を停止し、吸気弁２０が低リフトカム３２によって開閉駆動されるようにする。
【０１２２】
S11０６では、ＥＣＵ１８は、燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を開始する。
【０１２３】
Ｓ１１０７では、ＥＣＵ１８は、クランクポジションセンサ１６の出力信号に基づいて現時点における実際の機関回転数：Neを算出し、その機関回転数：Neが共振下限回転数：NE2以上であるか否かを判別する。
【０１２４】
前記S11０７において機関回転数：Neが共振下限回転数：NE2未満であると判定された場合は、ＥＣＵ１８は、機関回転数：Neが共振下限回転数：NE2以上となるまで前記S11０７の処理を繰り返し実行する。
【０１２５】
そして、機関回転数：Neが共振下限回転数：NE2以上まで上昇すると、ＥＣＵ１８は、Ｓ１１０８へ進み、吸気弁２０が高リフトカム３１によって開閉駆動されるようにＯＣＶ５０とオイルポンプ５３へ駆動電力を印加する。
【０１２６】
Ｓ１１０９では、ＥＣＵ１８は、クランクポジションセンサ１６の出力信号に基づいて現時点における実際の機関回転数：Neを算出し、その機関回転数：Neが共振上限回転数：NE3より高いか否かを判別する。
【０１２７】
前記S11０９において機関回転数：Neが共振上限回転数：NE3以下であると判定された場合は、ＥＣＵ１８は、機関回転数：Neが共振上限回転数：NE3より高くなるまで前記S11０９の処理を繰り返し実行する。
【０１２８】
そして、機関回転数：Neが共振上限回転数：NE3より高くなると、ＥＣＵ１８は、Ｓ１１１０へ進み、ＯＣＶ５０及びオイルポンプ５３に対する駆動電力の印加を停止して、吸気弁２０が低リフトカム３２によって開閉駆動されるようにする。
【０１２９】
このようにＥＣＵ１８が始動時制御ルーチンを実行することにより、内燃機関１の始動開始から始動完了までの期間のうち、始動開始から機関回転数：Neが所定回転数：NE1以上となるまでの第１の期間に加え、内燃機関１の回転振動とフライホイールダンパとが共振する第２の期間において、吸気弁２０が高リフトカム３１によって開閉駆動されることになるため、前記した第１及び第２の期間において機関回転数が速やかに上昇するようになる。その結果、内燃機関１が早期に完爆し易くなり、内燃機関１の始動開始から始動完了までの期間を短縮することが可能となる。
【０１３０】
【発明の効果】
本発明に係る圧縮着火式内燃機関では、始動時及び低負荷運転時に圧縮端温度が高く且つ高負荷時にポンプ損失が少なくなるよう吸気弁の開閉時期およびまたはリフト量を変更可能な可変動弁機構を備えた圧縮着火式内燃機関において、始動開始から始動完了までの期間のうちの所定期間に、ポンプ損失が少なくなるよう可変動弁機構が制御されるため、前記した所定期間におけるクランキングトルクが低下し、機関回転数が速やかに上昇するようになる。
従って、本発明に係る圧縮着火式内燃機関によれば、始動時において機関回転数を速やかに上昇させることが可能となるため、内燃機関を速やかに始動させることができ、以て内燃機関の始動性が向上することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施の形態に係る圧縮着火式内燃機関の概略構成を示す図
【図２】  可変動弁機構の構成を示す（１）
【図３】  可変動弁機構の構成を示す図（２）
【図４】  ロック機構の構成を示す図
【図５】  ロック機構の動作を説明する図
【図６】  高リフトカム及び低リフトカムのカムプロフィールを示す図
【図７】  吸気弁開弁時期の変更に伴う圧縮端温度及びポンプ損失の変化の様子を示す図
【図８】  内燃機関の始動時における可変動弁機構の制御状態と機関回転数との関係を示す図（１）
【図９】  始動時制御ルーチンを示すフローチャート図
【図１０】  内燃機関の始動時における可変動弁機構の制御状態と機関回転数との関係を示す図（２）
【図１１】  他の実施の形態における始動時制御ルーチンを示す図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・筒内圧センサ
１３・・・ＥＧＲ通路
１４・・・ＥＧＲ通路
１８・・・ＥＣＵ
２０・・・吸気弁
１００・・可変動弁機構
３００・・スタータモータ
【図１】
0003945206.tif 000002
【図２】
0003945206.tif 000003
【図３】
0003945206.tif 000004
【図４】
0003945206.tif 000005
【図５】
0003945206.tif 000006
【図６】
0003945206.tif 000007
【図７】
0003945206.tif 000008
【図８】
0003945206.tif 000009
【図９】
0003945206.tif 000010
【図１０】
0003945206.tif 000011
【図１１】
0003945206.tif 000012