JP2002276446A

JP2002276446A - 内燃機関の起動制御装置

Info

Publication number: JP2002276446A
Application number: JP2001077466A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Aoyama; 俊一青山; Katsuya Mogi; 克也茂木; Ryosuke Hiyoshi; 亮介日吉; Kenji Ushijima; 研史牛島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2002-09-25
Anticipated expiration: 2021-03-19
Also published as: JP4581273B2

Abstract

(57)【要約】【課題】実圧縮比を制御して冷機時の起動性を高め
る。【解決手段】吸気弁閉時期を可変制御するために可変
動弁機構を備えるとともに、圧縮比εを可変制御する可
変圧縮比機構を備える。可変動弁機構は、吸気弁のリフ
ト・作動角を連続的に拡大・縮小制御可能なリフト・作
動角可変機構とリフト中心角Φを変化させる位相可変機
構とからなる。クランキングの初期には、リフト・作動
角を小としつつ吸気弁閉時期を早めておいて実圧縮比を
下げ、クランキング回転数を早期に上昇させる。クラン
キング回転数上昇後に、中心角Φを遅角させて、そのと
きの高い圧縮比εとともに、実圧縮比を高め、吸気温度
を上昇させる。これにより、確実に初爆に至り、起動す
る。

Description

【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】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る内燃機関
の起動制御装置は、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、ピストン位置の変更によって内
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、を有する内燃機関において、機関起動時
に、上記可変動弁手段と上記圧縮比制御手段との制御の
組み合わせによって、起動性が高くなるようにクランキ
ング中の実圧縮比を最適に制御す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。

【００１０】より具体的な請求項２の発明では、クラン
キングの初期は圧縮比を低く設定し、クランキング開始
後に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。

【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。この請求項２のようにクランキン
グの初期に圧縮比を低くすることで、クランキング回転
数が上昇しやすい。そして、クランキング回転数がある
程度上昇した段階で圧縮比を高めることで、実圧縮比も
上昇し、混合気温度の上昇が図れる。

【００１２】請求項３の発明は、機関冷間起動時におけ
るクランキング中の圧縮比の最高値が、暖機後における
クランキング中の圧縮比の最高値よりも高くなるよう
に、上記圧縮比制御手段が制御されることを特徴とす
る。

【００１３】冷間時に圧縮比を相対的に高めることで、
実圧縮比も上昇し、冷間時の起動性が向上する。

【００１４】請求項４の発明は、クランキングの初期は
吸気弁閉時期が下死点から離れるように設定し、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ように
上記可変動弁手段が制御されることを特徴としている。
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、上述したようにクランキング
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、実圧縮比が上昇する。

【００１５】請求項５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６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
小となるように制御される。

【００１７】また請求項７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、機関冷機時に、上記吸気弁の
リフト中心角が遅角するように制御される。

【００１８】この請求項７の発明をさらに限定した請求
項８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９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１０
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１１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１
２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】

【発明の効果】この発明に係る内燃機関の起動制御装置
によれば、クランキング中の実圧縮比を、吸気弁閉時期
の可変制御と圧縮比の可変制御とを組み合わせて最適に
制御するので、例えば極低温時においても、筒内ガス温
度を高く確保して、高い起動性を得ることができる。

【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５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１
２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１
８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１
９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１
９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５
８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１
０２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、アイドリングおよび部分
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】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。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１
０２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。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（Ｉ
ＶＣ）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（ＩＶ
Ｏ）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１
６，１７）。

【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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｂ 75/04 Ｆ０２Ｂ 75/04 75/32 75/32 ＢＦ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 ＧＨＪ 15/02 15/02 Ｃ 41/06 ３２０ 41/06 ３２０３７０３７０ (72)発明者日吉亮介神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者牛島研史神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G016 AA06 AA19 BA19 BA30 BA33 BA34 BA36 BB16 BB21 CA06 CA08 CA21 CA25 CA47 DA03 DA04 DA06 DA08 DA22 DA23 GA07 3G018 AB02 AB05 AB07 AB16 BA02 BA17 BA19 BA32 CA13 CA20 DA04 DA05 DA10 DA15 DA19 DA70 EA02 EA11 EA17 EA21 EA24 EA26 EA31 EA32 FA01 FA06 FA07 FA16 FA27 GA11 3G084 BA22 BA23 CA01 CA03 DA09 EB12 EC03 FA00 FA11 FA18 FA20 FA27 FA33 3G092 AA11 AA12 DA01 DA02 DA05 DA08 DD06 EA01 EA02 EA03 EA04 EA11 EA21 EC03 FA31 GA01 GA02 HA05Z HA11Z HA13X HA13Z HA14X HC09X HD01Z HE01Z 3G301 HA00 HA19 JA00 KA02 LA07 LC03 LC08 NA06 NA07 ND04 NE01 NE11 NE12 PA07Z PA17Z PD11Z PE01Z PE10A PE10Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、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、を有する
内燃機関において、機関起動時に、上記可変動弁手段と
上記圧縮比制御手段との制御の組み合わせによって、起
動性が高くなるようにクランキング中の実圧縮比を最適
に制御することを特徴とする内燃機関の起動制御装置。
【請求項２】クランキングの初期は圧縮比を低く設定
し、クランキング開始後に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】機関冷間起動時におけるクランキング中
の圧縮比の最高値が、暖機後におけるクランキング中の
圧縮比の最高値よりも高くなるように、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または２に
記載の内燃機関の起動制御装置。
【請求項４】クランキングの初期は吸気弁閉時期が下
死点から離れるように設定し、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ように上記可変動弁手段
が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１〜４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・作動角可変機構を備え、機関冷間起動時に、上記吸
気弁のリフト・作動角が小となるように制御されること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関
の起動制御装置。
【請求項７】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、機関冷機
時に、上記吸気弁のリフト中心角が遅角するように制御
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７に記載の内燃機
関の起動制御装置。
【請求項９】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１〜８のいずれか
に記載の内燃機関の起動制御装置。
【請求項１０】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９に記載の内
燃機関の起動制御装置。
【請求項１１】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６または８に記載の内燃機関の
起動制御装置。
【請求項１２】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７ま
たは８に記載の内燃機関の起動制御装置。