(57)【要約】【課題】直噴式の可変圧縮比内燃機関において、冷間始動時に、燃料噴射弁からの噴射燃料が低温のピストンの頂面や燃焼室の壁面に衝突して気化が阻害されることを抑制でき、エミッションの悪化を抑制できる技術を提供する。【解決手段】直噴式の可変圧縮比内燃機関において、ピストンがＴＤＣを通過する際の、燃料噴射弁から噴射された燃料のピストンの頂面への衝突量が所定量以下となる機械圧縮比である始動時圧縮比を導出し、冷間始動時においては（Ｓ１０１）、機械圧縮比を始動時圧縮比まで低下させる（Ｓ１０５）。これにより、低温のピストン頂面で燃料の気化が阻害されて微粒子物質やＨＣ、黒煙が発生することを抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒におけるピストンの位置を変更することで燃焼室の容積を変更し、内燃機関の機械圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射する直噴式燃料噴射弁と、
前記ピストンがＴＤＣを通過する際の、前記直噴式燃料噴射弁から噴射された燃料の該ピストンの頂面への衝突に起因するエミッションの悪化が、許容値以下となる機械圧縮比である衝突回避圧縮比を導出する圧縮比導出手段と、
を備えた可変圧縮比内燃機関であって、
前記内燃機関の冷間始動時においては、前記可変圧縮比機構によって機械圧縮比を前記衝突回避圧縮比まで低下させることを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関の吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構をさらに備え、
前記可変圧縮比機構によって前記内燃機関の機械圧縮比を前記衝突回避圧縮比まで低下させる際には、前記可変動弁機構によって前記吸気弁の閉弁時期をよりＢＤＣ側に変更することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項３】
前記ピストンの頂面および／または燃焼室の壁面の温度を取得する温度取得手段をさらに備え、
前記圧縮比導出手段は、前記温度取得手段によって取得された温度がより低い場合に、より低い値の衝突回避圧縮比を導出することを特徴とする請求項１または２に記載の可変圧縮比内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の気筒におけるピストンの位置を変更して燃焼室の容積を変更することで、前記内燃機関の機械圧縮比を変更する可変圧縮比内燃機関に関し、特に燃焼室内に直接燃料を噴射して燃焼させる直噴式の可変圧縮比内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃費性能や出力性能などを向上させることを目的とした、内燃機関の圧縮比を可変にする技術が提案されている。この種の技術としては、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動可能に連結するとともにその連結部分にカム軸を設け、前記カム軸を回動させてシリンダブロックとクランクケースとを、気筒の軸線方向に相対移動させることで燃焼室の容積を変更し、以て内燃機関の圧縮比を変更する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
また、コンロッドを２分割し、クランクシャフトに連結された方のコンロッドに所定の揺動中心を中心に揺動可能な揺動部材を連結し、前記揺動中心がカム軸を回転させることによって移動することで燃焼室の容積及びピストンのストロークを変更し、以って内燃機関の圧縮比を変更する技術も提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００４】
一方、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関において、燃料を燃焼室内に直接噴射する直噴方式は、燃費が良好であり環境への負荷も軽減できる点で優れている。従って、直噴方式の内燃機関において圧縮比を変更する技術が用いられる場合が増加している（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
ところで、上記のように直噴方式の内燃機関において圧縮比を変更する技術が用いられた場合、特に冷間始動時において直噴方式の燃料噴射弁から燃焼室に噴射された燃料が低温のピストンの頂面や燃焼室の壁面に衝突すると、噴射燃料が冷却されるために燃料の気化が阻害される場合があった。そうすると、燃焼行程においてはピストンの頂面や燃焼室の壁面付近において燃料が過濃な雰囲気で燃焼するため、排気微粒子（ＰＭ）や、黒煙の排出量が増加し、エミッションが悪化する場合があった。
【特許文献１】特開２００３−２０６７７１号公報
【特許文献２】特開２００１−３１７３８３号公報
【特許文献３】特開２００５−１４７０６７号公報
【特許文献４】特開２００３−３２８７９４号公報
【特許文献５】特開２００６−２０７５６３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、上記の状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、直噴式の可変圧縮比内燃機関において、冷間始動時に、直噴式の燃料噴射弁からの噴射燃料がピストンの頂面や燃焼室の壁面に衝突することを抑制でき、エミッションの悪化を抑制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、気筒におけるピストンの位置（稼動範囲）を変更して機械圧縮比を変更する直噴式の可変圧縮比内燃機関についてのものである。そして、冷間始動時には機械圧縮比を低下させて、ＴＤＣにおけるピストンの位置を、燃料噴射弁からの燃料のピストンの頂面への衝突量が充分に抑えられる位置まで遠ざけることを最大
の特徴とする。
【０００８】
より詳しくは、気筒におけるピストンの位置を変更することで燃焼室の容積を変更し、内燃機関の機械圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射する直噴式燃料噴射弁と、
前記ピストンがＴＤＣを通過する際の、前記直噴式燃料噴射弁から噴射された燃料の該ピストンの頂面への衝突量が、所定量以下となる機械圧縮比である衝突回避圧縮比を導出する圧縮比導出手段と、
を備えた可変圧縮比内燃機関であって、
前記内燃機関の冷間始動時においては、前記可変圧縮比機構によって機械圧縮比を前記衝突回避圧縮比まで低下させることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る内燃機関は、気筒におけるピストンの位置（稼動範囲）を変更することで燃焼室の容積を変更し、内燃機関の機械圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備え、また、燃焼室に直接燃料を噴射する直噴式燃料噴射弁を備えることを前提としている。
【００１０】
このような内燃機関の冷間始動時においては、ピストンの頂面や燃焼室の壁面（シリンダボアの内壁面）の温度が低いため、直噴式燃料噴射弁から噴射された燃料がこれらの面に衝突した場合には、燃料の気化が阻害される場合がある。そうすると、燃焼時にはピストンの頂面や燃焼室の壁面の付近においては燃料が過濃な雰囲気で燃焼が生じる。その結果、微粒子物質（ＰＭ）やＨＣ、黒煙の発生量が増加してエミッションが悪化する場合がある。
【００１１】
そこで、本発明においては、冷間始動時には可変圧縮比機構によって機械圧縮比を低下させる。そうすると、気筒におけるピストンの稼動範囲がクランク軸側に移動し、ＴＤＣにおけるピストンの位置もクランク軸側に移動する。これにより、ＴＤＣにおけるピストンと直噴式燃料噴射弁との距離を遠ざけることができ、燃焼室の容積を増大することができる。その結果、直噴式の燃料噴射弁から噴射された燃料のピストンの頂面や燃焼室の壁面への衝突を抑制することができ、全体として燃料の気化を促進できる。そうすると、過濃な雰囲気における燃料の燃焼を抑制でき、微粒子物質やＨＣ、黒煙の発生を抑制することができる。
【００１２】
なお、本発明においては、ピストンがＴＤＣを通過する際の、燃料噴射弁から噴射された燃料のピストンの頂面への衝突に起因するエミッションの悪化が、許容値以下となる機械圧縮比である衝突回避圧縮比を導出する圧縮比導出手段を備えており、冷間始動時においては、機械圧縮比を衝突回避圧縮比まで低下させる。このように、本発明においては、機械圧縮比を上述の衝突回避圧縮比まで低下させるので、より確実にエミッションの悪化を抑制することが可能となる。
【００１３】
また、本発明は、燃料噴射弁からの燃料噴射時期がＴＤＣを含んで設定されている場合に適用されてもよい。すなわち、燃料噴射時期がＴＤＣを含んで設定されている場合は、燃料噴射中にピストンが最高位置を通過することとなるので、噴射燃料のピストンの頂面への衝突がより顕著になるからである。このような場合に本発明を適用することで、より顕著な効果を得ることができる。
【００１４】
また、本発明においては、前記内燃機関の吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構をさらに備え、
前記可変圧縮比機構によって前記内燃機関の機械圧縮比を前記衝突回避圧縮比まで低下させる際には、前記可変動弁機構によって前記吸気弁の閉弁時期をよりＢＤＣ側に変更するようにしてもよい。
【００１５】
ここで、本発明においては前述のように、冷間始動時において機械圧縮比を低下させることによってＴＤＣにおけるピストンの位置を燃料噴射弁から遠ざける。そうすると、冷間時において圧縮比が低くなることから圧縮端圧力及び圧縮端温度が低下し、燃焼状態の安定性及び燃費が悪化するおそれがあった。
【００１６】
従って、本発明においては、冷間始動時に機械圧縮比を衝突回避圧縮比まで低下させる一方で、可変動弁機構で吸気弁の閉弁時期をよりＢＤＣ側に変更し、圧縮端圧力及び圧縮端温度を上昇させることとした。具体的には、例えば吸気弁の閉弁時期がＢＤＣの遅角側にある場合には進角させるとよい。また、例えば吸気弁の閉弁時期がＢＤＣの進角側にある場合には遅角させるとよい。これにより、内燃機関の実圧縮比を極端に低下させることなく、ＴＤＣにおけるピストンの位置を燃料噴射弁から遠ざけることができ、燃焼状態と燃費の悪化の抑制と、エミッションの悪化の抑制とを両立させることが可能となる。
【００１７】
また、本発明においては、前記ピストンの頂面および／または燃焼室の壁面の温度を取得する温度取得手段をさらに備え、
前記圧縮比導出手段は、前記温度取得手段によって取得された温度がより低い場合に、より低い値の衝突回避圧縮比を導出するようにしてもよい。
【００１８】
すなわち、ピストンの頂面あるいは燃焼室の壁面の温度が低いほど、燃料がそれらの面に衝突した場合に気化が阻害され易く、微粒子物質やＨＣ、黒煙が発生し易い状態となる。そのような場合には、ＴＤＣにおけるピストンの位置をより燃料噴射弁から遠ざけて、燃料噴射弁から噴射された燃料が、ピストンの頂面あるいは燃焼室の壁面により衝突しづらくする必要がある。
【００１９】
従って、本発明においては、前記ピストンの頂面および／または燃焼室の壁面の温度を取得する温度取得手段をさらに備えるようにし、前記圧縮比導出手段は、前記温度取得手段によって取得された温度がより低い場合に、より低い値の衝突回避圧縮比を導出するようにした。
【００２０】
これによれば、内燃機関の機械圧縮比を、ピストンの頂面および／または燃焼室の壁面の温度に応じた最適の機械圧縮比に変更することができる。すなわち、微粒子物質やＨＣ、黒煙の発生によるエミッションの悪化が許容値を超えない範囲で最高の機械圧縮比を選択できるので、より確実に燃焼安定性や燃費の向上を図ることが可能となる。
【００２１】
なお、この場合、冷間始動時においては、ピストンの頂面および／または燃焼室の壁面の初期温度に応じた衝突回避圧縮比まで機械圧縮比を低下させ、その後、ピストンの頂面または燃焼室の壁面の温度が上昇するにつれて衝突回避圧縮比の値（機械圧縮比の目標値）を上昇させるようにしてもよい。
【００２２】
これによれば、冷間始動時から暖機完了までの期間について、燃焼安定性や燃費の悪化の抑制と、エミッションの悪化の抑制とを常に両立させることが可能となる。
【００２３】
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】
【００２４】
本発明にあっては、直噴式の可変圧縮比内燃機関において、冷間始動時に、燃料噴射弁からの噴射燃料がピストンの頂面に衝突することを抑制でき、微粒子物質やＨＣ、黒煙の発生によるエミッションの悪化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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】
【００２６】
図１は、機械圧縮比を可変とする可変圧縮比内燃機関（以下、単に「内燃機関」という）１の概略構成を表す断面図である。シリンダ２内の燃焼室には、シリンダヘッド１０に設けられた吸気ポート１８を介して吸気管１９が接続されている。シリンダ２への吸気の流入は吸気弁５によって制御される。吸気弁５の開閉は、吸気側カム７の回転駆動によって制御される。また、シリンダヘッド１０に設けられた排気ポート２０を介して、排気管２１が接続されている。
【００２７】
シリンダ２外への排気の排出は排気弁６によって制御される。排気弁６の開閉は排気側カム８の回転駆動によって制御される。更に、シリンダヘッド１０には燃料噴射弁１７が燃料を燃焼室内に直接噴射可能なように設けられている。また、シリンダ２の頂部には、点火プラグ１６が設けられている。そして、内燃機関１のクランクシャフト１３にコンロッド１４を介して連結されたピストン１５が、シリンダ２内で往復運動を行う。
【００２８】
ここで、内燃機関１においては、可変圧縮比機構９によって、シリンダブロック３をクランクケース４に対してシリンダ２の軸線方向に相対移動させることで、内燃機関１の機械圧縮比が変更される。即ち、可変圧縮比機構９が、シリンダブロック３と共にシリンダヘッド１０を、シリンダ２の軸線方向にクランクケース４に対して相対移動させることによって、シリンダブロック３、シリンダヘッド１０およびピストン１５によって構成される燃焼室の容積が変更され、その結果、内燃機関１の機械圧縮比が可変制御される。例えば、シリンダブロック３がクランクケース４から遠ざかる方向に相対移動されると、燃焼室容積が増えて機械圧縮比が低下する。
【００２９】
可変圧縮比機構９は、軸部９ａと、軸部９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部９ａに固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部９ｂと、カム部９ｂと同一外形を有し軸部９ａに対して回転可能且つカム部９ｂと同じように偏心状態で取り付けられた可動軸受部９ｃと、軸部９ａと同心状に設けられたウォームホイール９ｄと、ウォームホイール９ｄと噛み合うウォーム９ｅと、ウォーム９ｅを回転駆動させるモータ９ｆによって構成される。そして、カム部９ｂはシリンダブロック３に設けられた収納孔内に設置され、可動軸受部９ｃはクランクケース４に設けられた収納孔内に設置され、また、モータ９ｆは、シリンダブロック３に固定されており、シリンダブロック３と一体的に移動する。ここで、モータ９ｆからの駆動力は、ウォーム９ｅとウォームホイール９ｄとを介して軸部９ａに伝えられる。そして、偏心状態にあるカム部９ｂ、可動軸受部９ｄが駆動されることで、シリンダブロック３がクランクケース４に対してシリンダ２の軸線方向に相対移動させられる。
【００３０】
また、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（以下、「ＥＣＵ」という）９０が併設されている。このＥＣＵ９０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、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。
【００３１】
ここで、アクセル開度センサ９２がＥＣＵ９０と電気的に接続されており、ＥＣＵ９０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ９１がＥＣＵ９０と電気的に接続されており、ＥＣＵ９０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関
回転速度や、該機関回転速度とギア比等から内燃機関１が搭載されている車両の車両速度等を算出する。また、シリンダヘッド１０における点火プラグ１６及び燃料噴射弁１７もＥＣＵ９０と電気的に接続されており、ＥＣＵ９０からの指令信号に基づいて作動する。
【００３２】
更に、可変圧縮比機構９を構成するモータ９ｆがＥＣＵ９０と電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ９０からの指令によりモータ９ｆが駆動されて、可変圧縮比機構９による内燃機関１の機械圧縮比の変更が行われる。この内燃機関１の機械圧縮比の変更は、暖機終了後の通常運転時は内燃機関１の運転状態に基づいて行われる。例えば、内燃機関１の運転状態を機関負荷と機関回転速度で表す場合、低機関負荷から高機関負荷になるに従い又は低機関回転速度から高機関回転速度になるに従い、シリンダブロック３をクランクケース４から遠ざける方向にモータ９ｆを駆動して、内燃機関１の機械圧縮比を高圧縮比から低圧縮比へと移行させる。
【００３３】
内燃機関１においては、吸気弁５の開閉動作は前述のように吸気側カム７によって行われる。この吸気側カム７は可変動弁機構（以下、「吸気側ＶＶＴ」という）２３によって回転位相を変更することが可能となっている。この吸気側ＶＶＴ２３は、ＥＣＵ９０からの指令に従って吸気側カム７の回転位相を変更し、結果的に吸気弁５の開閉弁時期を変更可能としている。
【００３４】
ここで、内燃機関１の冷間始動時における動作について考える。内燃機関１の冷間始動時においては、ピストン１５の頂面やシリンダ２（燃焼室）の壁面が低温となっている。従って、冷間始動時において燃料噴射弁１７から噴射された燃料がピストン１５の頂面やシリンダ２の壁面に衝突した場合には、燃料の冷却されるため、燃焼室における燃料の気化が阻害されてピストン１５の頂面やシリンダ２の壁面に噴射燃料が付着する現象が生じる。
【００３５】
そうすると、ピストン１５の頂面やシリンダ２の壁面付近において、燃料の過濃な雰囲気での燃焼が生じ、微粒子物質やＨＣ、黒煙の発生量が増加し、結果としてエミッションの悪化を招来する場合があった。
【００３６】
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械圧縮比を低下させてシリンダブロック３とクランクケース４とを相対的に遠ざけることとした。そして、燃料噴射弁１７とピストン１５との距離を相対的に長くして、燃料噴射弁１７から噴射された燃料がピストン１５の頂面に衝突しづらくした。また、その際、燃焼室容積が増加するので、同時に燃料噴射弁１７から噴射された燃料のシリンダ２の壁面への衝突も抑制されると考えられる。
【００３７】
これにより、直噴式の内燃機関１の冷間始動時における微粒子物質やＨＣ、黒煙の発生を抑制でき、エミッションの悪化を抑制することができる。
【００３８】
図２は、本実施例における始動時圧縮比制御ルーチンについてのフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ９０のＲＯＭに記憶されたプログラムであって、内燃機関１の稼動中は所定期間毎に実行される。
【００３９】
本ルーチンが実行されるとまずＳ１０１において、始動時であって且つクランキングの開始後であるか否かが判定される。具体的には図示しないイグニッションスイッチがＯＮされており、やはり図示しないスタータモータへの通電が行われているか否かで判定してもよい。Ｓ１０１の処理が終了するとＳ１０２に進む。
【００４０】
Ｓ１０２においては、クランクシャフト１３の位置が所定のクランク位置となったか否
かが判定される。具体的にはクランクポジションセンサ９１の出力値を用いて判定してもよい。この所定のクランク位置は、内燃機関１における各シリンダ２に対して予め定められた値である。Ｓ１０２において肯定判定された場合にはＳ１０３に進む。一方、否定判定された場合にはＳ１０７に進む。
【００４１】
Ｓ１０３においては、ピストン１５の頂面および、燃焼室（シリンダ１２）の壁面の温度を取得する。具体的には、燃焼室内に温度センサ（不図示）を設けてもよい。また、簡易的には冷却水温または油温から推定してもよい。あるいは、冷却水温または油温に外気温あるいは前回の機関停止からの経過時間の影響を加味して推定してもよい。なお、本実施例においては、ピストン１５の頂面の温度と燃焼室の壁面の温度は略同じと仮定している。従って、いずれか一方の温度を検出あるいは推定することで、双方の温度が取得される。なお、本実施例における温度取得手段は、上記の温度センサまたは、温度推定処理を実行するＥＣＵ９０と含んで構成される。Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０４に進む。
【００４２】
Ｓ１０４においては、ピストン１５の頂面および燃焼室の壁面の温度が所定の閾値より低いか否かが判定される。この所定の閾値は予め実験などによって定められた値であり、ピストン１５の頂面および燃焼室の壁面の温度がこれより低い場合には、機械圧縮比を暖機後の通常運転時の制御と比較して低下させて（ＴＤＣにおける）ピストン１５と燃料噴射弁１７とを遠ざけるとともに燃焼室の容積を増加させることが必要と判定される基準値である。
【００４３】
なお、この閾値（基準値）は排気微粒子及び黒煙の排出許容値から定められる。すなわち圧縮比を通常運転時の値（一定値）とした場合には、ピストン１５の頂面及び燃焼室の壁面の温度と、排気微粒子及び黒煙の排出量には図３に示すような関係があるので、排気微粒子及び黒煙の排出許容量から略一義的に、閾値としての温度を決定することができる。Ｓ１０４の処理において肯定判定された場合にはＳ１０５に進む。一方、否定判定された場合にはＳ１０６に進む。
【００４４】
Ｓ１０５においては、機械圧縮比を予め定められた始動時圧縮比（不変値）まで低下させる。この始動時圧縮比は、予め実験などによって求められた圧縮比の値であって、機械圧縮比がこの値になるまで燃料噴射弁１７とピストン１５（シリンダブロック３とクランクケース４）を遠ざければ、燃料噴射弁１７から噴射された燃料の、ピストン１５の頂面及び燃焼室の壁面への衝突に起因するエミッションの悪化を確実に許容値以下に抑制できる圧縮比の値である。ここで始動時圧縮比は本実施例において衝突回避圧縮比に相当する。また、ここでいう許容値は、環境保護の観点から予め定められた値であり、排気微粒子及び黒煙の排出量が図３における排出許容量である場合のエミッションの悪化を示す値であってもよい。なお、ここで始動時圧縮比の値をＲＯＭに記憶しているＥＣＵ９０は、本実施例において圧縮比導出手段に相当する。Ｓ１０５の処理が終了するとＳ１０７に進む。
【００４５】
一方、Ｓ１０６においては、機械圧縮比を暖機後の通常運転時の制御に基づく値としておいても、ピストン１５の頂面及び燃焼室の壁面へ衝突した燃料は充分に気化し、微粒子物質やＨＣ、黒煙の発生量は排出許容量以下となると判断される。結果として、エミッションの悪化も許容値以下になると判断されるので、通常運転時の制御に基づく機械圧縮比に制御される。Ｓ１０６の処理が終了するとＳ１０７に進む。
【００４６】
Ｓ１０７においては、燃料噴射が開始されるべき時期か否かが判定される。ここで、肯定判定された場合にはＳ１０８に進む。一方、否定判定された場合にはそのまま本ルーチンを一旦終了する。
【００４７】
Ｓ１０８においては、燃料噴射弁１７による燃料噴射が開始される。Ｓ１０８の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００４８】
以上、説明したように、本実施例においは、内燃機関１の冷間始動時において、ピストン１５の頂面および燃焼室の壁面の温度が低く、通常運転時の制御における機械圧縮比で運転を継続した場合には、燃料の気化が阻害されて微粒子物質やＨＣ、黒煙の発生量が増加し、エミッションが許容値を超えると判定された場合に、内燃機関１の機械圧縮比を予め定められた始動時圧縮比まで低下させることとした。これにより、簡単な制御によって、内燃機関１の冷間始動時におけるエミッションの悪化を抑制することができる。
【００４９】
なお、本実施例においてはピストン１５の頂面の温度と燃焼室の壁面の温度を略同一と仮定して、Ｓ１０３においていずれか一方の温度を取得するとともにＳ１０４においては、いずれかの温度と一の閾値と比較することで、機械圧縮比の低下が必要か否かを判定した。
【００５０】
しかしながら、ピストン１５の頂面の温度と、燃焼室の壁面の温度を独立に取得して、各々に対して独立に設定された閾値と比較し、いずれか一方でも閾値より低い場合あるいは、いずれもが閾値より低い場合に、機械圧縮比の低下が必要と判定してもよい。さらに、ピストン１５の頂面の温度と、燃焼室の壁面の温度を独立に取得して、その平均値と、一の閾値とを比較してもよい。あるいは、ピストン１５の頂面の温度と燃焼室の壁面の温度とが異なる場合にも、ピストン１５の頂面の温度または燃焼室の壁面の温度のいずれか一方の温度のみを取得し、予め設定された閾値と比較するようにしてもよい。この点は以下の実施例についても同様である。
【実施例２】
【００５１】
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例においては、内燃機関の冷間始動時において、機械圧縮比を低下させるとともに、吸気弁の閉弁時期を（ＢＤＣの遅角側の範囲で）進角させる可変圧縮比内燃機関について説明する。なお、本実施例における可変圧縮比内燃機関のハード構成は図１に示したものと同等である。
【００５２】
ここで、内燃機関１の冷間始動時において機械圧縮比を低下させた場合には、実施例１で示したとおり、微粒子物質やＨＣ、黒煙の発生を抑制してエミッションの悪化を抑制することができる。しかしながら、機械圧縮比が低下することにより燃焼室における圧縮端圧力及び圧縮端温度が低下するため、燃焼が不安定化し燃費が悪化するおそれがある。
【００５３】
従って本実施例においては、冷間始動時において内燃機関１の機械圧縮比を低下させた場合に、併せて吸気弁５の閉弁時期を（ＢＤＣの遅角側の範囲で）進角制御し、燃焼室における圧縮端圧力および圧縮端温度の低下を抑制することとした。そうすれば、機械圧縮比を低下させたことに伴う燃焼の不安定化などの弊害を補償することが可能となり、冷間始動時におけるエミッションの悪化の抑制と、燃焼の安定化とを両立させることができる。
【００５４】
図４は、本実施例における始動時圧縮比制御ルーチン２についてのフローチャートである。本ルーチンもＥＣＵ９０のＲＯＭに記憶されたプログラムであって、内燃機関１の稼動中は所定期間毎に実行される。
【００５５】
本ルーチンと、実施例１で示した始動時圧縮比制御ルーチンとの相違点は、本ルーチンにおいては、Ｓ１０５の処理とＳ１０７の処理との間にＳ２０１の処理が実行される点と、Ｓ１０６の処理の代わりにＳ２０２の処理が実行される点である。ここでは、本ルーチンと始動時圧縮比制御ルーチンとの相違点についてのみ説明する。
【００５６】
本ルーチンにおいては、Ｓ１０５において機械圧縮比を始動時圧縮比に制御し、機械圧縮比を低下させた後に、Ｓ２０１に進む。
【００５７】
Ｓ２０１においては、吸気弁５の閉弁時期を始動時閉弁時期まで進角させる。この始動時閉弁時期は、始動時圧縮比との関係で予め定められた閉弁時期の値である。そして、機械圧縮比が始動時圧縮比とされた状態で、吸気弁１の閉弁時期が始動時閉弁時期に設定されると、圧縮端圧力及び圧縮端温度の低下が抑制され燃焼状態に悪化が見られない値として実験などによって定められる。Ｓ２０１の処理が終了するとＳ１０７に進む。
【００５８】
また、本ルーチンにおいてはＳ１０４で否定判定された場合にはＳ２０２に進む。Ｓ２０２においては、通常運転時の機械圧縮比及び吸気弁閉弁時期に制御される。Ｓ２０２の処理が終了するとＳ１０７に進む。
【００５９】
以上、説明したとおり、本実施例においては、ピストン１５の頂面及び、燃焼室の壁面の温度が低温の場合には、機械圧縮比を低下させて、燃料噴射弁１７から噴射される燃料の、ピストン１５の頂面及び燃焼室の壁面への衝突を抑制するとともに、吸気弁５の閉弁時期を進角させた。これにより、圧縮比低下時における燃焼室における圧縮端圧力及び圧縮端温度の低下を抑制でき、エミッションの悪化の抑制と燃焼状態の不安定化や燃費の悪化の抑制とを両立させることができる。
【実施例３】
【００６０】
次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例においては、冷間始動時に機械圧縮比を低下させる際の目標値である始動時圧縮比と、吸気弁の閉弁時期を進角させる際の目標値である始動時閉弁時期とを、ピストンの頂面及び燃焼室の壁面の温度に応じて変化させ、最適な機械圧縮比と吸気弁の閉弁時期に制御する例について説明する。なお、本実施例におけるハード構成も、図１に示したものと同等である。
【００６１】
ここで、冷間始動時におけるピストン１５の頂面及び燃焼室の壁面の温度が低いほど、噴射燃料が衝突した場合の付着の程度及び、気化の阻害の程度が顕著になるので、より微粒子物質やＨＣ、黒煙が発生し易く、エミッションが悪化し易くなる。従って、ピストン１５の頂面及び燃焼室の壁面の温度が低いほど、機械圧縮比をより低くしてピストン１５を燃料噴射弁１７から遠ざける必要がある。
【００６２】
このように、機械圧縮比の値及び、吸気弁５の閉弁時期の値はピストン１５の頂面及び燃焼室の壁面の初期温度に応じて変化させるべきである。そこで、本実施例においては、冷間始動時における機械圧縮比の目標値である始動時圧縮比の値を、ピストン１５の頂面及び燃焼室の壁面の初期温度が低いほど低く設定し、吸気弁５の閉弁時期の目標値である始動時閉弁時期はそのことに合わせ、ピストン１５の頂面及び燃焼室の壁面の初期温度が低いほど大きく進角させることとした。
【００６３】
図５には、本実施例における始動時圧縮比制御ルーチン３についてのフローチャートを示す。本ルーチンはＥＣＵ９０のＲＯＭに記憶されたプログラムであって、内燃機関１の稼動中は所定期間毎に実行される。
【００６４】
本ルーチンと、実施例２で示した始動時圧縮比制御ルーチン２との相違点は、本ルーチンにおいては、Ｓ１０５及びＳ２０１の処理の代わりにＳ３０１からＳ３０３までの処理が実行される点である。ここでは、本ルーチンと始動時圧縮比制御ルーチン２との相違点についてのみ説明する。
【００６５】
本ルーチンにおいては、Ｓ１０４でピストン１５の頂面及び、燃焼室の壁面の温度が閾値より低いと判定された場合に、Ｓ３０１に進む。
【００６６】
Ｓ３０１においては、Ｓ１０３で取得された、ピストン１５の頂面及び、燃焼室の壁面の温度から、目標値としての始動時圧縮比を導出する。具体的には、ピストン１５の頂面及び燃焼室の壁面の温度と、その温度においてもエミッションの悪化が許容値以下となる範囲で最高の圧縮比である始動時圧縮比との関係を予め実験などで求めてマップ化しておき、当該マップから、Ｓ１０３で取得された温度に対応する始動時圧縮比の値が読み出されて導出される。図６には当該マップの基準となる、ピストン１５の頂面及び燃焼室の壁面の温度と、その温度においてもエミッションを悪化させない範囲で最高の圧縮比である始動時圧縮比との関係の例を示す。Ｓ３０１の処理が終了するとＳ３０２に進む。
【００６７】
Ｓ３０２においては、Ｓ３０１で得られた始動時圧縮比に対応する吸気弁５の始動時閉弁時期が導出される。ここで、Ｓ３０１で得られた始動時圧縮比まで機械圧縮比が低下した状態においては、上述のように燃焼状態の安定性や燃費の点で問題が生じる場合がある。そこで、この処理において、機械圧縮比の低下による圧縮端圧力及び圧縮端温度の低下を補償するために、吸気弁５の閉弁時期を始動時閉弁時期まで進角して圧縮端圧力及び圧縮端温度を上昇させる。
【００６８】
具体的には、始動時機械圧縮比の値と、始動時閉弁時期との関係を実験などによって求めてマップ化しておく。そして、当該マップからＳ３０１で導出された始動時圧縮比に対応する始動時閉弁時期の値を読み出すことによって導出する。なお、図７には当該マップの基準となる、始動時圧縮比と始動時閉弁時期との関係の例を示す。Ｓ３０２の処理が終了するとＳ３０３に進む。
【００６９】
Ｓ３０３においては、機械圧縮比及び吸気弁５の閉弁時期を、Ｓ３０１及びＳ３０２で導出された始動時圧縮比及び始動時閉弁時期に制御する。Ｓ３０３の処理が終了するとＳ１０７に進む。
【００７０】
以上、説明したとおり、本実施例においては、ピストン１５の頂面及び、燃焼室の壁面の初期温度に応じて、エミッションの悪化が許容値以下となる範囲で最高の圧縮比である始動時圧縮比まで機械圧縮比を低下させる。また、吸気弁の閉弁時期を、選択された始動時圧縮比において燃焼安定性と燃費とを確保できる始動時閉弁時期まで進角させる。これにより、機械圧縮比を過剰に低い圧縮比まで低下させることを抑制でき、より確実に、内燃機関１の冷間始動時におけるエミッションの悪化の抑制と、燃焼安定性及び燃費の悪化の抑制とを両立させることができる。
【００７１】
なお、本実施例における始動時圧縮比は、上述のようにピストン１５の頂面及び、燃焼室の壁面の初期温度に対して、エミッションの悪化が許容値以下となる範囲で最高の圧縮比とした。しかし、必ずしもエミッションの悪化が許容値以下となる範囲で最高の圧縮比とする必要はなく、ピストン１５の頂面及び、燃焼室の壁面の初期温度に対して、エミッションの悪化が許容値以下となる範囲の圧縮比の値を適宜選択してもよい。
【実施例４】
【００７２】
次に、本発明における実施例４について説明する。本実施例においては、内燃機関の冷間始動時において機械圧縮比を始動時圧縮比まで低下させ、且つ吸気弁の閉弁時期を始動時閉弁時期まで進角させる制御を行なった後に、内燃機関の暖機が進み、ピストンの頂面及び、燃焼室の壁面の温度が上昇するにつれて、機械圧縮比の値と吸気弁の閉弁時期とをピストンの頂面及び、燃焼室の壁面の温度の上昇に応じて変化させる例について説明する。なお、本実施例におけるハード構成も図１に示したものと同等である。
【００７３】
図８には、本実施例における始動後圧縮比制御ルーチンについてのフローチャートを示す。本ルーチンはＥＣＵ９０のＲＯＭに記憶されたプログラムであって、内燃機関１の稼動中は所定期間毎に実行される。
【００７４】
本ルーチンが実行されるとまずＳ４０１において、燃料噴射が開始されているか否かが判定される。具体的には、スタータモータによるクランキングが終了し自立運転が開始した際にＯＮされるフラグの値から判定してもよいし、燃料噴射弁１７への通電状態から判定してもよい。Ｓ４０１において肯定判定された場合にはＳ４０２に進む。一方Ｓ４０１において否定判定された場合には本ルーチンを一旦終了する。
【００７５】
Ｓ４０２においては、燃料噴射の開始後におけるピストン１５の頂面及び燃焼室の壁面の温度を取得する。具体的には、燃焼室内に温度センサ（不図示）を設けてもよいし、Ｓ１０３で示した方法で求められた初期温度と、燃料噴射弁１７からの噴射燃料量の積算値から推定してもよい。Ｓ４０２の処理が終了するとＳ１０４に進む。
【００７６】
Ｓ１０４においては、ピストンの頂面および燃焼室の壁面の温度が閾値より低いか否かが判定される。本処理の内容は実施例１で説明済であるのでここでは説明を省略する。Ｓ１０４において肯定判定された場合にはＳ４０３に進む。一方、否定判定された場合にはＳ２０２に進む。
【００７７】
Ｓ４０３においては、Ｓ４０２で取得された、ピストン１５の頂面及び、燃焼室の壁面の温度から、目標値としての機械圧縮比を導出する。具体的には、ピストン１５の頂面及び燃焼室の壁面の温度と、その温度においてもエミッションの悪化が許容値以下となる範囲で最高の圧縮比である機械圧縮比との関係を予め実験などで求めてマップ化しておき、当該マップから、Ｓ４０２で取得された温度に対応する機械圧縮比の値が読み出されて導出される。このマップは実際には、図６に示したマップと同等のマップであってよい。Ｓ４０３の処理が終了するとＳ４０４に進む。
【００７８】
Ｓ４０４においては、Ｓ４０３で得られた機械圧縮比に対応する吸気弁５の閉弁時期が導出される。具体的には、機械圧縮比の値と、吸気弁５の閉弁時期との関係を実験などによって求めてマップ化しておく。そして、当該マップからＳ４０３で導出された機械圧縮比に対応する吸気弁５の閉弁時期の値を読み出すことによって導出する。このマップの内容は、実際には図７示したマップと同等の内容でもよい。Ｓ４０４の処理が終了するとＳ４０５に進む。
【００７９】
Ｓ４０５においては、機械圧縮比及び吸気弁５の閉弁時期を、各々Ｓ４０３及びＳ４０４で導出された目標値に制御する。Ｓ４０５の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００８０】
以上、説明したように、本実施例においては、燃料噴射の開始後においても、ピストン１５の頂面の温度及び燃焼室の外壁の温度を取得し、その温度に応じて、エミッションの悪化が許容値以下となる範囲で最高の圧縮比に機械圧縮比を変更する。そして、変更後の機械圧縮比において燃焼状態の不安定化及び燃費の悪化が生じない時期まで、吸気弁５を進角させる。
【００８１】
これにより、燃料噴射の開始後に内燃機関１の暖機が進む過程において常に最適な機械圧縮比と吸気弁５の閉弁時期とに設定することが可能となり、圧縮比が無駄に低い機械圧縮比に制御されることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る始動時圧縮比制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例に係るピストンの頂面の温度及び燃焼室の壁面の温度と、排気微粒子及び黒煙の排出量との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例２に係る始動時圧縮比制御ルーチン２を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例３に係る始動時圧縮比制御ルーチン３を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例に係るピストンの頂面の温度及び燃焼室の壁面の温度と、機械圧縮比の目標値（始動時圧縮比）との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例に係る機械圧縮比と、その機械圧縮比において燃焼状態及び燃費の悪化を抑えられる吸気弁の閉弁時期との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例３に係る始動後圧縮比制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８３】
１・・・・可変圧縮比内燃機関（内燃機関）
２・・・・シリンダ
３・・・・シリンダブロック
４・・・・クランクケース
５・・・・吸気弁
６・・・・排気弁
７・・・・吸気側カム
８・・・・排気側カム
９・・・・可変圧縮比機構
１３・・・・クランクシャフト
１５・・・・ピストン
１６・・・・点火バルブ
１７・・・・燃料噴射弁
１８・・・・吸気ポート
１９・・・・吸気管
２０・・・・排気ポート
２１・・・・排気管
２３・・・・吸気側ＶＶＴ
９０・・・・ＥＣＵ
９１・・・・クランクポジションセンサ
９２・・・・アクセルポジションセンサ
【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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