JP2006170163A - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン始動時の車両振動低減と始動時間短縮を実現する。
【解決手段】 エンジン始動時に予め実圧縮比がクランキング時の車両振動を低減できるレベルまで低下するように可変吸気バルブタイミング装置によって実吸気バルブタイミングを遅角させた状態でスタータによるクランキングを開始し、このクランキングによりエンジン回転速度が初爆発生時の車両振動を所定レベル以下に抑えることが可能な回転速度に上昇した時点でエンジンの燃焼（点火）を開始させる。更に、クランキング中にクランキング継続時間（又はエンジン回転速度）に応じて実圧縮比を徐々に上昇させるように実吸気バルブタイミングを徐々に進角させることで、上記燃焼開始タイミングに合わせて実圧縮比を燃焼圧力によりエンジンを自力回転させることができる実圧縮比まで上昇させる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の始動時にスタータでクランク軸を回転駆動（クランキング）する内燃機関の始動制御装置に関するものである。

従来の一般的な内燃機関の始動制御では、スタータでクランク軸を回転駆動（クランキング）する際に、クランキング時の筒内圧変動による回転変動によって車両振動が発生し、更に、スタータでクランキングしながら燃焼圧力によって内燃機関の回転速度を上昇させる際に、燃焼毎の回転速度変動によって車両振動が発生し、更に、内燃機関と車両との共振回転速度領域（例えば４００ｒｐｍ前後）を通過する過程で、大きな車両振動が発生するという始動時の車両振動特性がある。

近年の自動車は、始動時の車両振動を低減したいという要望が多くなってきており、そのために、始動時に燃料噴射量の低減や点火時期の遅角を行って燃焼エネルギーを低下させることで燃焼毎の回転速度変動を低減するようにしたものがある。しかし、このような振動低減方法では、始動時の回転速度上昇が遅くなって始動時間が長くなってしまうという欠点があった。

一方、内燃機関とモータを駆動源とするハイブリット車においては、特許文献１（特開平１０−８２３３２号公報）に記載されているように、内燃機関を始動する際に、まず、可変バルブタイミング装置で吸気バルブタイミングを遅角して有効圧縮比を低下させた状態で発電用モータによるクランキングを実行することでクランキング時の振動を低減し、このクランキングによって内燃機関の回転速度が所定値以上になってから吸気バルブタイミングを進角して有効圧縮比を上昇させ、その後、内燃機関の回転速度がアイドル回転速度付近まで上昇した時点で燃料噴射・点火を開始して初爆を発生させるようにしたものがある。
特開平１０−８２３３２号公報（第８頁〜第１０頁等）

しかし、上記特許文献１の技術は、内燃機関とモータを駆動源とするハイブリット車における内燃機関の始動制御であり、その技術を内燃機関のみを駆動源とする一般的な車両に適用して実施するには、始動時にハイブリット車の発電用モータに相当する大型のモータのみで内燃機関をアイドル回転速度付近までクランキングし続けるシステムを新たに搭載するという大幅な改造が必要となり、大幅にコストアップするという問題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、始動時の車両振動低減と始動時間短縮を実現しながら、低コスト化の要求を満たす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。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の始動時にクランク軸を回転駆動（以下「クランキング」という）するスタータと、内燃機関の吸気バルブ開閉特性を変化させる可変吸気バルブ装置とを備えた内燃機関の始動制御装置において、内燃機関の始動時に予め前記可変吸気バルブ装置によって実圧縮比を低下させた状態で前記スタータによるクランキングを開始し、このクランキングにより内燃機関の回転速度が初爆発生時の車両振動を所定レベル以下に抑えることが可能な回転速度まで上昇した時点で内燃機関の燃焼（点火）を開始させると共に、この燃焼開始時又はそれ以前に前記可変吸気バルブ装置によって実圧縮比を上昇させるように制御するようにしたものである。

この構成では、可変吸気バルブ制御により実圧縮比を低下させた状態でスタータによるクランキングを行うため、クランキング時の筒内圧変動を低減して車両振動を低減できると共に、実圧縮比の低下によりクランキングトルクを低下させることができて、スタータで内燃機関の回転速度を速やかに上昇させることができる。これにより、内燃機関の回転速度が内燃機関と車両との共振回転速度領域を速やかに通過して共振による車両振動を低減させるという制御が可能になると共に、始動時間を短縮することも可能となる。しかも、スタータによるクランキングで内燃機関の回転速度が初爆発生時の車両振動を所定レベル以下に抑えることが可能な回転速度に上昇した時点で燃焼を開始させるため、前記特許文献１とは異なり、スタータでアイドル回転速度付近までクランキングし続ける必要がない。このため、一般に内燃機関に搭載されているスタータを利用できて、クランキング用のモータ等を新たに設ける必要がなく、低コスト化の要求を満たすことができる。

この場合、請求項２のように、クランキング時の実圧縮比をクランキング時の車両振動が所定レベル以下に抑えられるように設定し、燃焼開始サイクルの実圧縮比を燃焼圧力により内燃機関を自力回転させることができる実圧縮比に設定すると良い。これにより、車両振動を確実に低減させながら、スタータによるクランキングで内燃機関の回転速度が初爆発生時の車両振動を所定レベル以下に抑えることが可能な回転速度に上昇した時点で速やかに初爆を発生させて始動を速やかに完了させることができる。この場合、クランキング時及び燃焼開始サイクルの実圧縮比の設定は、事前に計測した実圧縮比と車両振動との関係を表すマップ等を用いて、車種別に許容される振動レベルに応じて実圧縮比を設定するようにしても良い。

本発明は、例えば、クランキング開始から燃焼開始までのクランキング中に実圧縮比を一定値に維持して、燃焼開始時に実圧縮比を一気に目標値まで上昇させるようにしても良いが、可変吸気バルブ装置の応答遅れにより燃焼開始時に実圧縮比を一気に目標値に上昇させることが困難である可能性がある。

そこで、請求項３のように、クランキング中に内燃機関の回転速度及び／又はクランキング継続時間に応じて実圧縮比を徐々に上昇させるように可変吸気バルブ装置を制御するようにすることが好ましい。一般に、スタータによるクランキングにより内燃機関の回転速度が上昇するに従って車両振動が許容レベル以下となる実圧縮比の上限値が上昇するため、請求項３のように、内燃機関の回転速度又はクランキング継続時間に応じて実圧縮比を徐々に上昇させるように可変吸気バルブ装置を制御すれば、クランキング中に内燃機関の回転速度が上昇して車両振動が許容レベル以下となる実圧縮比の上限値が上昇するに従って実圧縮比を上昇させるという制御が可能となる。これにより、燃焼開始サイクルまでに実圧縮比を目標値まで近付けることができて、可変吸気バルブ装置の応答遅れの問題を解消することができる。また、一般に、内燃機関の回転速度が上昇するほどクランキングトルクが小さくなるという特性があるため、クランキング中に内燃機関の回転速度が上昇するに従って実圧縮比を上昇させても、それが内燃機関の回転速度の上昇に与える影響は少なく、共振回転速度領域を速やかに通過させることができる。

また、請求項４のように、初爆発生時の車両振動を所定レベル以下に抑えることが可能な回転速度は、内燃機関と車両との共振回転速度領域を越えた所定回転速度又はそれ以下の回転速度でも実圧縮比の低下による弱燃焼とのバランスで車両振動が所定レベル以下に抑えられる回転速度とすると良い。これにより、車両振動を確実に低減させることができる。

ところで、本発明は、スタータのみで内燃機関の回転速度を初爆発生時の車両振動を所定レベル以下に抑えることが可能な回転速度まで上昇させる必要があるため、ある程度の高回転型のスタータを用いることが望ましいが、スタータによるクランキング時の実圧縮比を低下させることで、クランキング開始時の初期トルク（最初の圧縮行程を乗り越えるのに必要なトルク）やクランキングに必要なトルクが低下するため、スタータは低トルク型でも良い。

このような事情を考慮して、請求項５のように、スタータを高回転型にすると良い。スタータを高回転型にすれば、スタータで内燃機関の回転速度を初爆発生時の車両振動を所定レベル以下に抑えることが可能な回転速度まで確実に上昇させることができる。しかも、高回転型のスタータは、一般に使用されている低回転・高トルク型のスタータの減速ギア（ピニオンギアとリングギア）のギヤ比を高回転側に変更するだけの小改造でも実現できるため、通常のスタータと部品を共通化して低コスト化することができる利点もある。さらに、可変トルク型のスタータを用いれば、必要なときのみに高回転始動を行い、状況に合わせて（例えば極冷間時などに）、高トルク始動を行うことができる。

また、請求項６のように、クランキング中に内燃機関の回転速度又はクランキング継続時間を計測し、その計測値に基づいて内燃機関の回転速度が初爆発生時の車両振動を所定レベル以下に抑えることが可能な回転速度まで上昇したか否か（つまり燃焼開始サイクルであるか否か）を判定するようにすると良い。要するに、クランキング中に内燃機関の回転速度を精度良く検出する機能を備えているシステムでは、内燃機関の回転速度の検出値に基づいて燃焼開始サイクルを判定するようにすれば良いが、予めクランキング継続時間と内燃機関の回転上昇との関係を求めておいて、クランキング継続時間から内燃機関の回転上昇を推定して、燃焼開始サイクルを判定するようにしても良い。

また、請求項７のように、環境条件の情報（冷却水温、エンジン油温、吸気温、大気圧等）に応じて実圧縮比が変化するように可変吸気バルブ装置を制御するようにしても良い。このようにすれば、環境条件に応じてクランキング時に車両振動が許容レベル以下となる実圧縮比や燃焼開始サイクルで十分な燃焼圧力を発生できる実圧縮比が変化するのに対応して実圧縮比を変化させることができ、環境条件に左右されずに適正な実圧縮比に制御することができる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

また、エンジン１１の吸気バルブ２９には、該吸気バルブ２９の開閉タイミング（吸気バルブタイミング）を変化させるモータ駆動式の可変吸気バルブタイミング装置３０が設けられている。この可変吸気バルブタイミング装置３０は、モータ（図示せず）でクランク軸に対する吸気側カム軸の回転位相を変化させることで、吸気側カム軸によって開閉駆動される吸気バルブ２９の開閉タイミングを変化させるようになっている。

一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２７が取り付けられている。このクランク角センサ２７の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。更に、エンジン油温が油温センサ３１によって検出され、吸気温が吸気温センサ３２によって検出される。

更に、エンジン１１には、始動時にエンジン１１を回転駆動（クランキング）するためのスタータ３３が取り付けられている。このスタータ３３は、高回転・低トルク型となるようにスタータ３３の減速ギア（ピニオンギアとリングギア）のギヤ比が設定されている。

上述した各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２８に入力される。このＥＣＵ２８は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。

更に、ＥＣＵ２８は、図示しないエンジン自動停止・始動制御プログラムを実行することで、エンジン１１の運転中に所定の自動停止条件が成立したとき（運転者が車両を停止させたとき）に、エンジン１１を自動的に停止し、この自動停止中に所定の自動始動条件が成立したとき（運転者が車両を発進させようとする操作を行ったとき）に、エンジン１１を自動的に始動する。

また、ＥＣＵ２８は、エンジン１１の始動時（通常の始動時及び自動始動時）に、後述する図２及び図３の始動制御プログラムを実行することで、図４のタイムチャートに示すように、エンジン始動時に予め実圧縮比がクランキング時の車両振動を低減できるレベルまで低下するように可変吸気バルブタイミング装置３０によって実吸気バルブタイミングを遅角させた状態でスタータ３３によるクランキングを開始し、このクランキングによりエンジン回転速度が初爆発生時の車両振動を所定レベル以下に抑えることが可能な回転速度に上昇した時点でエンジン１１の燃焼（点火）を開始させる。更に、ＥＣＵ２８は、クランキング中にクランキング継続時間（又はエンジン回転速度）に応じて実圧縮比を徐々に上昇させるように実吸気バルブタイミングを徐々に進角させることで、上記燃焼開始タイミングに合わせて実圧縮比を燃焼圧力によりエンジン１１を自力回転させることができる実圧縮比まで上昇させる。

以下、ＥＣＵ２８が実行する図２及び図３に示す始動制御プログラムの処理内容を説明する。
図２及び図３に示す始動制御プログラムは、エンジン１１の始動時（通常の始動時及び自動始動時）に実行され、特許請求の範囲でいう始動制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、環境条件の情報（冷却水温、エンジン油温、吸気温、大気圧等のうちの１つ以上）を読み込んだ後、ステップ１０２に進み、クランキング開始時の目標吸気バルブタイミング（吸気バルブタイミングの目標進角量）を、環境条件の情報（冷却水温、エンジン油温、吸気温、大気圧等のうちの１つ以上）に応じてマップ等により算出する。

このクランキング開始時の目標吸気バルブタイミングのマップは、予め、実験データや設計データ等に基づいて求めた環境条件と実圧縮比と振動との関係及び実圧縮比と吸気バルブタイミングとの関係を用いて作成され、環境条件に応じて目標吸気バルブタイミングを算出することで、クランキング時の車両振動を許容レベル以下に低減できる実圧縮比に相当する目標吸気バルブタイミングを算出するように設定されている。クランキング開始時の目標吸気バルブタイミングは、通常の目標吸気バルブタイミングよりも遅角側（例えばＡＢＤＣ１２０℃Ａ）に設定される。

この後、ステップ１０３に進み、現在の実吸気バルブタイミング（吸気バルブタイミングの実標進角量）を読み込んだ後、ステップ１０４に進み、実吸気バルブタイミングがクランキング開始時の目標吸気バルブタイミングに一致しているか否かを判定する。もし、実吸気バルブタイミングがクランキング開始時の目標吸気バルブタイミングに一致していなければ、ステップ１０５に進み、実吸気バルブタイミングをクランキング開始時の目標吸気バルブタイミングに一致させるように可変吸気バルブタイミング装置３０を制御する。これにより、クランキング開始直前に、実吸気バルブタイミングをクランキング開始時の目標吸気バルブタイミングまで遅角して、クランキング時の車両振動を許容レベル以下に低減できるレベルまで実圧縮比を低下させる。

この後、ステップ１０６に進み、クランキングが開始された（スタータ３３がオンされた）か否かを判定し、クランキングが開始されていないと判定されれば、ステップ１０１に戻る。

その後、ステップ１０６で、クランキングが開始されたと判定されたときに、図３のステップ１０７に進み、燃焼開始サイクルの吸気タイミング（爆発行程の約３６０℃Ａ前のタイミング）に到達するまでの所要時間を、環境条件の情報（冷却水温、エンジン油温、吸気温、大気圧等のうちの１つ以上）に応じてマップ等より算出する。

本実施例では、スタータ３３によるクランキングよりエンジン回転速度が初爆発生時の車両振動を所定レベル以下に抑えることが可能な“所定回転速度”まで上昇した時点で燃焼（点火）を開始させるが、環境条件に応じてエンジン回転速度が所定回転速度まで上昇するのに要する時間が変化して、燃焼開始サイクルの吸気タイミングに到達するまでの所要時間が変化する。そこで、燃焼開始サイクルの吸気タイミングに到達するまでの所要時間のマップは、予め、実験データや設計データ等に基づいて求めた環境条件と燃焼開始サイクルの吸気タイミングに到達するまでの所要時間との関係を用い作成され、環境条件に応じて燃焼開始サイクルの吸気タイミングに到達するまでの所要時間を算出するように設定されている。

この後、ステップ１０８に進み、燃焼開始サイクルの目標吸気バルブタイミングを、環境条件の情報（冷却水温、エンジン油温、吸気温、大気圧等のうちの１つ以上）に応じてマップ等により算出する。

この燃焼開始サイクルの目標吸気バルブタイミングのマップは、予め、実験データや設計データ等に基づいて求めた環境条件と実圧縮比と振動との関係及び実圧縮比と吸気バルブタイミングとの関係を用いて作成され、環境条件に応じて目標吸気バルブタイミングを算出することで、初爆時の車両振動を許容レベル以下に低減しながら燃焼圧力によりエンジン１１を自力回転させることができる実圧縮比に相当する目標吸気バルブタイミングを算出するように設定されている。

この後、ステップ１０９に進み、現在の実吸気バルブタイミングと、燃焼開始サイクルの目標吸気バルブタイミングと、燃焼開始サイクルの吸気タイミングに到達するまでの所要時間とに基づいてクランキング中の目標進角速度を算出する。この目標進角速度は、燃焼開始サイクルの吸気タイミングになるまでの所要時間が経過した時点で、実吸気バルブタイミングが燃焼開始サイクルの目標吸気バルブタイミングまで進角された状態となるように設定される。

この後、ステップ１１０に進み、可変吸気バルブタイミング装置３０を目標進角速度で進角動作するように制御して、燃焼開始サイクルの吸気タイミングになるまでの所要時間が経過した時点で、実吸気バルブタイミングが燃焼開始サイクルの目標吸気バルブタイミングまで進角されるように制御する。これにより、図４に示すように、車両振動を許容レベル以下に低減できる吸気バルブタイミングの上限進角量を越えないように実吸気バルブタイミングを徐々に進角して、車両振動を許容レベル以下に低減できる実圧縮比の上限値を越えないように実圧縮比を徐々に上昇させる。尚、エンジン回転速度に応じて実吸気バルブタイミングを徐々に進角させて実圧縮比を徐々に上昇させるようにしても良い。

この後、ステップ１１１に進み、クランキング中である（スタータ３３がオンである）か否かを判定し、クランキング中であると判定されれば、ステップ１１２に進み、クランキング継続時間（スタータ３３がオンされてからの経過時間）が所定時間未満であるか否かを判定する。この所定時間は、クランキングによるエンジン回転上昇が何らかの原因で遅れてクランキング継続時間が長くなり過ぎることを防止するためのクランキング継続時間に対するガード値に相当し、正常なクランキング時には、この所定時間以内にエンジン回転速度が所定回転速度（エンジン１１と車両との共振回転速度）を越えるように設定されている。

このステップ１１２で、クランキング継続時間が所定時間未満であると判定されれば、ステップ１１３に進み、エンジン回転速度が所定回転速度を越えたか否かを判定する。この所定回転速度は、エンジン１１と車両との共振回転速度（例えば４００ｒｐｍ付近）に設定されている。このステップ１１３で、エンジン回転速度が所定回転速度（共振回転速度）以下と判定されれば、ステップ１０９に戻る。

その後、ステップ１１３で、エンジン回転速度が所定回転速度（共振回転速度）を越えたと判定されたときに、燃焼開始サイクルに到達したと判断する。この時点で、実吸気バルブタイミングが燃焼開始サイクルの目標吸気バルブタイミング付近まで進角して、実圧縮比が燃焼圧力によりエンジン１１を自力回転させることができるレベルまで上昇しているため、点火プラグ２２の点火を開始して燃焼を開始させる。

この後、ステップ１１４に進み、通常の吸気バルブタイミング制御に移行して、エンジン運転状態等に基づいて目標吸気バルブタイミングを設定し、実吸気バルブタイミングを目標吸気バルブタイミングに一致させるように可変吸気バルブタイミング装置３０を制御する。

尚、上記ステップ１１３でエンジン回転速度が所定回転速度（共振回転速度）を越えたと判定される前に、上記ステップ１１１でクランキング中ではない（スタータ３３がオフされた）と判定された場合、又は、上記ステップ１１２でクランキング継続時間がガード値に相当する所定時間を越えたと判定された場合には、ステップ１１４に進み、通常の吸気バルブタイミング制御に移行する。

図４に二点鎖線で示す従来の始動制御では、エンジン始動時にスタータでクランキングしながら直ちに燃焼（点火）を開始するため、クランキング開始当初から実圧縮比がエンジン１１を自力回転させるのに十分な燃焼圧力を発生できるレベルに保持される。このため、スタータでクランキングする際に、クランキング時の筒内圧変動が大きくなり、その筒内圧変動による回転変動によって振動が発生し、更に、スタータでクランキングしながら燃焼圧力でエンジン回転速度を上昇させる際に、燃焼毎の回転速度変動によって振動が発生し、更に、エンジンと車両との共振回転速度領域を通過する過程で大きな振動が発生する。

これに対して、図４に実線で示す本実施例の始動制御では、エンジン始動時に予め実圧縮比がクランキング時の車両振動を低減できるレベルまで低下するように実吸気バルブタイミングを遅角させた状態でスタータ３３によるクランキングを開始し、このクランキングによりエンジン回転速度が初爆発生時の車両振動を所定レベル以下に抑えることが可能な回転速度に上昇した時点でエンジン１１の燃焼（点火）を開始させる。更に、このクランキング中にクランキング継続時間（又はエンジン回転速度）に応じて実圧縮比を徐々に上昇させるように実吸気バルブタイミングを徐々に進角させることで、上記燃焼開始タイミングに合わせて実圧縮比を燃焼圧力によりエンジン１１を自力回転させることができる実圧縮比まで上昇させる。

このようにすれば、吸気バルブタイミング制御により実圧縮比を低下させた状態でスタータ３３によるクランキングが実行されるため、クランキング時の筒内圧変動を低減して車両振動を低減できると共に、実圧縮比の低下によりクランキングトルクを低下させることができて、スタータ３３でエンジン回転速度を速やかに上昇させることができる。これにより、エンジン回転速度が共振回転速度領域を速やかに通過して共振による車両振動を低減できると共に、始動時間を短縮することができる。しかも、スタータ３３によるクランキングでエンジン回転速度が初爆発生時の車両振動を所定レベル以下に抑えることが可能な回転速度に上昇した時点で燃焼を開始させるため、スタータ３３でアイドル回転速度付近までクランキングし続ける必要がない。このため、一般に内燃機関に搭載されているスタータ３３を利用できて、クランキング用のモータ等を新たに設ける必要がなく、低コスト化の要求を満たすことができる。

尚、本実施例では、エンジン始動時（クランキング開始直前）に実圧縮比がクランキング時の車両振動を低減できるレベルまで低下するように実吸気バルブタイミングを遅角させたが、エンジン停止過程やエンジン停止中に、次回のクランキング時の実圧縮比が車両振動を低減できるレベルまで低下するように実吸気バルブタイミングを遅角しておいても良い。

また、本実施例では、環境条件の情報（冷却水温、エンジン油温、吸気温、大気圧等）に応じてクランキング時や燃焼開始サイクルの目標吸気バルブタイミングを算出して、環境条件の情報に応じて実圧縮比を変化させるようにしたので、環境条件に応じてクランキング時に振動低減できる実圧縮比や燃焼開始サイクルで十分な燃焼圧力を発生できる実圧縮比が変化するのに対応して実圧縮比を変化させることができ、環境条件に左右されずに適正な実圧縮比に制御することができる。

ところで、スタータ３３によるクランキング時の実圧縮比を低下させることで、クランキング開始時の初期トルク（最初の圧縮行程を乗り越えるのに必要なトルク）やクランキングに必要なトルクが低下するため、スタータ３３は低トルク型でも良い。

この点に着目して、本実施例では、スタータ３３を高回転・低トルク型にするようにしたので、スタータ３３でエンジン回転速度を所定回転速度まで確実に上昇させることができる。しかも、高回転・低トルク型のスタータ３３は、一般に使用されている低回転・高トルク型のスタータの減速ギア（ピニオンギアとリングギア）のギヤ比を高回転側に変更するだけの小改造で実現できるため、通常のスタータと部品を共通化して低コスト化することができる利点もある。

本発明は、例えば、クランキング開始から燃焼開始までのクランキング中に実圧縮比を一定値に維持して、燃焼開始時に実圧縮比を一気に目標値まで上昇させるようにしても良いが、可変吸気バルブタイミング装置３０の応答遅れにより燃焼開始時に実圧縮比を一気に目標値に上昇させることが困難である可能性がある。また、一般に、スタータ３３によるクランキングによりエンジン回転速度が上昇するに従って車両振動が許容レベル以下となる実圧縮比の上限値が上昇するという特性がある。

この点を考慮して、本実施例では、クランキング中に実吸気バルブタイミングを徐々に進角させて実圧縮比を徐々に上昇させるようにしたので、クランキング中にエンジン回転速度が上昇して車両振動が許容レベル以下となる実圧縮比の上限値が上昇するに従って実圧縮比を上昇させるという制御が可能となる。これにより、燃焼開始サイクルまでに実圧縮比を目標値まで近付けることができて、可変吸気バルブタイミング装置３０の応答遅れの問題を解消することができる。また、一般に、エンジン回転速度が上昇するほどクランキングトルクが小さくなるという特性があるため、クランキング中にエンジン回転速度が上昇するに従って実圧縮比を上昇させても、それがエンジン回転速度の上昇に与える影響は少なく、共振回転速度領域を速やかに通過させることができる。

尚、本実施例では、クランキング中の実吸気バルブタイミングを徐々に進角させるために、実吸気バルブタイミングと燃焼開始サイクルの目標吸気バルブタイミングと燃焼開始サイクルの吸気タイミングになるまでの所要時間とに基づいて目標進角速度を設定するようにしたが、これに限定されず、クランキング中にエンジン回転速度やクランキング継続時間に応じてマップ等により実吸気バルブタイミングを徐々に進角させて実圧縮比を徐々に上昇させるようにしても良い。

また、本実施例では、燃焼開始サイクルをエンジン回転速度に基づいて判定するようにしたが、予めクランキング継続時間とエンジン回転上昇との関係を求めておいて、クランキング継続時間からエンジン回転上昇を推定して、燃焼開始サイクルを判定するようにしても良い。

また、本実施例では、クランキングによりエンジン回転速度がエンジン１１と車両との共振回転速度（例えば４００ｒｐｍ付近）を越えたときに燃焼を開始させるようにしたが、これ以下の回転速度でも実圧縮比の低下による弱燃焼とのバランスで車両振動が所定レベル以下に抑えられる回転速度（例えば３００ｒｐｍ）を越えたときに燃焼を開始させるようにしても良い。

また、本実施例では、実吸気バルブタイミングを変化させて実圧縮比を変化させるようにしたが、これに限定されず、吸気バルブ２９のバルブ開閉特性（バルブタイミング、リフト量、開弁期間等）のうちの１つ又は２つ以上を変化させて実圧縮比を変化させるようにしても良い。

更に、吸気バルブ２９のバルブ開閉特性を変化させる可変吸気バルブ装置は、モータ駆動式の可変吸気バルブ装置に限定されず、エンジン始動時に駆動可能であれば、油圧駆動式や電磁駆動式等の他の駆動方式の可変吸気バルブ装置を備えたシステムに本発明を適用しても良い。

また、本実施例では、エンジン自動停止・始動制御を実行するシステムに本発明を適用したが、エンジン自動停止・始動制御を実行しないシステムに本発明を適用しても良い。また、本発明は、エンジンのみを駆動源とする車両に限定されず、エンジンとモータを駆動源とするハイブリット車に適用しても良い。

本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 始動制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その１）である。 始動制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その２）である。 本実施例の始動制御の実行例を示すタイムチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、２６…冷却水温センサ、２７…クランク角センサ、２８…ＥＣＵ（始動制御手段）、２９…吸気バルブ、３０…可変吸気バルブタイミング装置、３３…スタータ

Claims (7)

1. 内燃機関の始動時にクランク軸を回転駆動（以下「クランキング」という）するスタータと、内燃機関の吸気バルブ開閉特性を変化させる可変吸気バルブ装置とを備えた内燃機関の始動制御装置において、
   内燃機関の始動時に予め前記可変吸気バルブ装置によって実圧縮比を低下させた状態で前記スタータによるクランキングを開始し、このクランキングにより内燃機関の回転速度が初爆発生時の車両振動を所定レベル以下に抑えることが可能な回転速度に上昇した時点で内燃機関の燃焼を開始させると共に、この燃焼開始時又はそれ以前に前記可変吸気バルブ装置によって実圧縮比を上昇させるように制御する始動制御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。
2. 前記始動制御手段は、クランキング時の実圧縮比をクランキング時の車両振動が所定レベル以下に抑えられるように設定し、燃焼開始サイクルの実圧縮比を燃焼圧力により内燃機関を自力回転させることができる実圧縮比に設定することを特徴する請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置。
3. 前記始動制御手段は、クランキング中に内燃機関の回転速度及び／又はクランキング継続時間に応じて実圧縮比を徐々に上昇させるように前記可変吸気バルブ装置を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の始動制御装置。
4. 前記初爆発生時の車両振動を所定レベル以下に抑えることが可能な回転速度は、内燃機関と車両との共振回転速度領域を越えた所定回転速度又はそれ以下の回転速度でも実圧縮比の低下による弱燃焼とのバランスで車両振動が所定レベル以下に抑えられる回転速度であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の始動制御装置。
5. 前記スタータは、高回転型のスタータであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の始動制御装置。
6. 前記始動制御手段は、クランキング中に内燃機関の回転速度又はクランキング継続時間を計測し、その計測値に基づいて内燃機関の回転速度が初爆発生時の車両振動を所定レベル以下に抑えることが可能な回転速度まで上昇したか否かを判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の始動制御装置。
7. 前記始動制御手段は、環境条件の情報に応じて実圧縮比を変化させるように前記可変吸気バルブ装置を制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の始動制御装置。

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