WO2018051852A1 - 可変動弁装置及び可変動弁装置のコントローラ - Google Patents

可変動弁装置及び可変動弁装置のコントローラ Download PDF

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WO2018051852A1
WO2018051852A1 PCT/JP2017/032017 JP2017032017W WO2018051852A1 WO 2018051852 A1 WO2018051852 A1 WO 2018051852A1 JP 2017032017 W JP2017032017 W JP 2017032017W WO 2018051852 A1 WO2018051852 A1 WO 2018051852A1
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WO
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exhaust
variable valve
initial
opening timing
valve
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/032017
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English (en)
French (fr)
Inventor
中村　信
村井　淳
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D29/00—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto
    • F02D29/02—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto peculiar to engines driving vehicles; peculiar to engines driving variable pitch propellers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine and a controller for the variable valve operating apparatus, and more particularly to a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine having a function of automatically stopping and starting the internal combustion engine and a controller for the variable valve operating apparatus. It is about.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-337110
  • Patent Document 1 in an internal combustion engine having a variable valve timing mechanism capable of adjusting the timing at which an exhaust valve is opened and closed, and a control means for controlling the variable valve timing mechanism, an air-fuel mixture is first generated when the internal combustion engine is started. It has been proposed to delay the opening timing of the exhaust valve of the first explosion cylinder that changes after the combustion of the first explosion cylinder that burns.
  • the gas pressure (combustion pressure) in the cylinder bore changes between the positive peak pressure and the negative pressure due to the lowering of the piston of the first explosion cylinder, but the gas pressure acts to push down the piston in the positive pressure range.
  • Patent Document 1 no consideration is given to controlling the opening timing of the exhaust valve of the first explosion cylinder corresponding to the initial piston position at the start of the start, and when the initial piston position is different, There is a possibility that sufficient startability is not improved.
  • An object of the present invention is to provide a novel variable valve operating apparatus for an internal combustion engine and a controller for the variable valve operating apparatus that can improve the startability of the internal combustion engine by effectively utilizing the gas pressure generated by the combustion of the first explosion cylinder. There is.
  • a variable valve operating apparatus is provided in an internal combustion engine including an intake valve and an exhaust valve, and the variable valve operating apparatus adjusts the valve timing of the exhaust valve.
  • an intake side variable valve mechanism that adjusts the valve timing of the intake valve, and the exhaust side variable valve mechanism is the first to inject fuel into the cylinder in the expansion stroke at the start of the internal combustion engine and perform the first combustion.
  • the first opening timing of the exhaust valve that opens after combustion of the explosion cylinder is adjusted based on at least the information of the initial piston position of the first explosion cylinder.
  • the gas pressure (combustion energy) of the initial explosion cylinder can be effectively applied to the piston, and as a result, good Can be obtained.
  • FIG. 7 is a characteristic diagram showing a change in gas pressure in the in-cylinder combustion chamber during self-sustained combustion at the initial crank angle shown in FIGS. It is a control flowchart explaining the control at the time of the automatic stop which becomes the 1st Embodiment of this invention.
  • variable valve operating apparatus for an internal combustion engine and a controller for the variable valve operating apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.
  • a combustion chamber 04 is formed between a cylinder block 01 and a cylinder head 02 via a piston 03, and an ignition plug 05 is provided at a substantially central position of the cylinder head 02. Is provided.
  • the cylinder block 01, the cylinder head 02, the piston 03, and the like may be collectively referred to as “cylinder”.
  • the piston 03 is connected to a crankshaft 07 via a connecting rod 06 whose one end is connected to a piston pin (not shown).
  • the crankshaft 07 is connected to a drive motor 09 via a pinion gear mechanism 08.
  • the engine can be started.
  • the drive motor 09 can also be used as a crank position control means for controlling the crank angle (crank position) when the engine is stopped and the sliding position of the piston 03.
  • the crankshaft 07 is detected by a crank angle sensor 010 described later.
  • the cylinder block 01 is provided with a water temperature sensor 011 for detecting the water temperature in the water jacket, and the cylinder head 02 is provided with a fuel injection valve 012 for injecting fuel into the combustion chamber 04. Further, two intake valves 4 and five exhaust valves 5 are slidably provided for each cylinder that opens and closes the intake port 013 and the exhaust port 014 formed in the cylinder head 02, and the intake valve 4 side is also provided. On the exhaust valve 5 side, a variable valve operating device is provided.
  • the detailed configurations of the exhaust VEL1, the exhaust VTC2, and the intake VTC3 are not so related to the present invention, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the details of the exhaust VEL1 are the same as those described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-36864, etc. previously filed by the present applicant.
  • the exhaust VEL1 is not used in the first embodiment but is used in the second embodiment. Therefore, in Example 1, the operating angle and lift of the exhaust valve 5 are constant, and in this embodiment, the minimum operating angle is set with the minimum lift. Of course, in this embodiment, only the exhaust VTC2 may be used without using the exhaust VEL1.
  • the exhaust VTC 2 and the intake VTC 3 are electric valve timing control devices, and have the same configuration as that described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-169630.
  • the camshaft tends to stabilize near the most retarded angle due to the reaction force of the valve spring, and the responsiveness of the advance angle conversion of the opening timing of the exhaust valve at the start of startup tends to be poor (especially at the start of startup or engine stop Time).
  • the exhaust VTC 2 is provided with an advance side biasing spring, and is thereby biased toward the advance side, so that the advance angle conversion response that is a concern is accelerated, and as will be described later, it is favorable. Start-up by self-sustained combustion can be realized without delay.
  • the operation state of the piston by self-sustained combustion the gas state of the cylinder bore, and the state of the gas pressure will be described.
  • the self-sustained combustion does not perform compression operation using an external drive motor such as a starter motor, but injects and burns fuel into a cylinder in an expansion stroke, and starts with the combustion energy of the air-fuel mixture. It means that.
  • FIG. 2A shows an initial piston position of a cylinder (first explosion cylinder) in an expansion stroke when the internal combustion engine is idled and stopped.
  • the initial piston position is slightly close to the top dead center (TDC) at the present time, and is about 70 ° from the top dead center (TDC) in terms of crank angle.
  • ⁇ s R ⁇ (1 ⁇ cos ⁇ Pi) + ⁇ ⁇ R ⁇ (1 ⁇ (Ys)) (2)
  • R is the rotation radius of the crankpin shown in FIG. 1
  • L is FIG.
  • the distance between the axes of the connecting rods shown in FIG. 2 is obtained, where “ ⁇ ” is obtained by L / R and “Ys” is obtained by 1 ⁇ (sin 2 ⁇ P1) / ⁇ 2 . That is, the initial crank angle ( ⁇ Pi) determined by the initial piston position is detected, and the in-cylinder combustion chamber volume Vs can be obtained by the above-described formulas (1) and (2). The amount can be easily calculated.
  • combustion pressure rises as a positive pressure in the in-cylinder combustion chamber, starts to push down the piston, and when further combustion of the fuel proceeds, the gas temperature rises due to the heat generation Then try to expand the volume.
  • the in-cylinder combustion chamber has the in-cylinder combustion chamber pressure at the peak pressure, the in-cylinder combustion chamber volume Vs' slightly larger than Vs, and the in-cylinder combustion chamber gas is the combustion gas.
  • the initial crank angle ( ⁇ Pi ⁇ 70 °) as the initial piston position is the state shown in FIGS. 2A and 2B, and the in-cylinder combustion chamber pressure is atmospheric pressure.
  • the in-cylinder combustion chamber pressure rapidly increases and reaches the peak pressure (Peak1) in the state of FIG.
  • the in-cylinder combustion chamber pressure from the initial crank angle ( ⁇ Pi ⁇ 70 °) to the crank angle reaching the atmospheric pressure ( ⁇ Pa ⁇ 140 °) acts to push down the piston, and the crank angle reaching the atmospheric pressure ( ⁇ Pa
  • the in-cylinder combustion chamber pressure from ⁇ 140 ° to the bottom dead center (BDC) acts to raise the piston.
  • the in-cylinder combustion chamber pressure can be effectively utilized by opening the exhaust valve at a crank angle ( ⁇ Pa ⁇ 140 °) reaching atmospheric pressure.
  • ⁇ Pa crank angle
  • ⁇ a R ⁇ (1-cos ⁇ Pa) + ⁇ ⁇ R ⁇ (1- ⁇ (Ya)) (4) ′
  • Ya 1 ⁇ (sin 2 ⁇ Pa) / ⁇ 2 , so that ⁇ a is ⁇ Pa It becomes the function of. Since ⁇ a is already known from the equation (3), ⁇ Pa can be calculated backward. In this way, the crank angle ( ⁇ Pa) at the cylinder combustion chamber volume Va approaching atmospheric pressure can be obtained.
  • the crank angle ( ⁇ Pa) can be determined to be about 140 °, for example.
  • the exhaust valve opening timing (EOS) in the vicinity of the crank angle ( ⁇ Pa) when the in-cylinder combustion chamber volume Va approaches atmospheric pressure.
  • the crank angle ( ⁇ Pa) at the in-cylinder combustion chamber volume Va approaching the atmospheric pressure is determined according to the initial crank angle ( ⁇ Pi) corresponding to the initial piston position at the time of idling stop.
  • the opening time (EOS) of the exhaust valve is changed. As a result, the engine torque at the time of self-sustained start can be increased, and the rotational start-up performance can be enhanced to improve the self-sustainability.
  • the internal combustion engine in a self-powered (self-standing) start from an idle stop, the internal combustion engine is generally already warmed up. However, when the idle stop period is long or the outside air temperature is extremely low, the temperature of the internal combustion engine is low. It may go down. In this case, it is recognized that the influence of heat escape from the cylinder bore is increased, and the actual expansion coefficient K ′ is slightly smaller than the standard expansion coefficient K.
  • the relationship between the actual expansion coefficient K ′ and the standard expansion coefficient K can be expressed by introducing a correction coefficient ⁇ .
  • Actual expansion coefficient K ′ ⁇ ⁇ K (5) Therefore, when the actual expansion coefficient K ′ is obtained, ⁇ is set to be smaller than “1” when the engine temperature is low, and heat escape is caused when the engine temperature is high. Since it decreases, it may be set larger than “1”.
  • FIG. 5, and FIG. 6 show the relationship between the initial piston position at the start of the start of the internal combustion engine or the initial piston position at the previous engine stop and the valve timing. Specifically, the relationship between the initial piston position at the start of the start or the initial crank angle ( ⁇ Pi) corresponding to the initial piston position at the previous engine stop and the exhaust valve opening timing (EOS) is shown.
  • ⁇ Pi initial crank angle
  • EOS exhaust valve opening timing
  • FIG. 5, and FIG. 6 also show the posture of the crankshaft (crank pin). As shown in FIG. 1, the crank pin and the piston pin are actually connected via a connecting rod, but in FIG. 4, FIG. 5, and FIG. It is expressed in a simplified manner that matches. Also, the # 2 cylinder which is the expansion cylinder (first explosion cylinder), the # 1 cylinder which is the compression cylinder opposed thereto, the intake valve operation section (IOS to ICS) and the exhaust valve operation section of the # 2 cylinder (expansion cylinder) (EOS to ECS).
  • the opening timing of the exhaust valve advances to the opening timing (EOS1) before the bottom dead center (BDC). Horned. That is, this opening timing (EOS1) represents the time when the cylinder combustion chamber pressure approaches the atmospheric pressure.
  • this opening timing (EOS1) represents the time when the cylinder combustion chamber pressure approaches the atmospheric pressure.
  • the initial crank angle ( ⁇ Pi2) is about 90 ° between the top dead center (TDC) and the bottom dead center (BDC)
  • the exhaust valve is opened more than in the case shown in FIG.
  • the timing is retarded until the opening timing (EOS2) near the bottom dead center (BDC) where the in-cylinder combustion pressure approaches atmospheric pressure.
  • the opening timing of the exhaust valve is delayed from the bottom dead center (BDC)
  • the positive movement of the in-cylinder combustion chamber pressure suppresses the movement of the piston that has started to rise, and the piston moves upward.
  • a braking force due to positive pressure is applied.
  • the piston work is reduced. Therefore, in the case of FIG. 6, the setting is made so that the exhaust valve is opened at the bottom dead center (BDC).
  • the valve is opened at the timing (EOS1), whereby the inside of the cylinder is maintained at substantially atmospheric pressure. Thereby, the combustion energy of the first explosion can be effectively converted into piston work.
  • the change in the in-cylinder pressure when the initial rank angle ( ⁇ Pi) shown in FIG. 6 is combusted from 110 ° after the top dead center (TDC) changes as shown by the characteristic p3 in FIG. .
  • the gas pressure (in-cylinder pressure) due to combustion rises from the initial crank angle ( ⁇ Pi3) with the combustion of the first explosion, and as the piston descends after reaching the peak pressure (Peak3), the gas Pressure decreases.
  • the gas pressure rapidly decreases due to heat escape to the cylinder bore, but the exhaust valve is forcibly opened near the bottom dead center (BDC) before the gas pressure becomes almost atmospheric pressure.
  • the valve is opened at (EOS3), whereby the inside of the cylinder is maintained at substantially atmospheric pressure.
  • EOS3 effectively converts the combustion energy of the first explosion into piston work in the process up to bottom dead center, and the negative work that the combustion energy (positive pressure) of this first explosion suppresses the piston rise after bottom dead center. (Brake action) can be suppressed.
  • this EOS3 is near the bottom dead center, as a result, it is almost the same time as the above-mentioned EOS2.
  • the opening timing of the exhaust valve is delayed from the bottom dead center (BDC)
  • the positive movement of the in-cylinder combustion chamber pressure suppresses the movement of the piston that has started to rise, and the piston moves upward.
  • a braking force due to positive pressure is applied.
  • the piston work is reduced.
  • the setting is made such that the exhaust valve is forcibly opened at the bottom dead center (BDC).
  • the control of the exhaust valve opening timing (EOS) described above may be performed when the internal combustion engine is automatically stopped, or may be performed when the internal combustion engine is automatically started. It is also possible to carry out both.
  • FIG. 8 is a control flowchart when the internal combustion engine is automatically stopped
  • FIG. 9 is a control when the internal combustion engine is automatically started. The flowchart is shown.
  • Step S10 parameters necessary for executing the following control steps are read as engine operating states.
  • the parameter is detected from each sensor and converted into a physical quantity that can be processed by the microcomputer and calculated.
  • step S11 the process proceeds to step S11.
  • Step S11 it is determined whether or not the internal combustion engine has reached a stop condition, for example, an idle stop condition.
  • the idle stop condition is determined by detecting, for example, brake pedal information, accelerator pedal information, transmission shift position information, and the like. Of course, it is also possible to make a determination using other information.
  • Step S12 since it is determined in step S11 that the engine is in the idling stop condition, the fuel injection cut process and the ignition cut process are executed to stop the internal combustion engine to automatically stop the internal combustion engine. To do. In this state, the rotational speed of the internal combustion engine decreases toward the stop. When the fuel injection cut process and the ignition cut process are completed, the process proceeds to step S13.
  • Step S13 it is determined whether or not the decreasing rotational speed N (rpm) has reached a predetermined extremely low rotational speed ⁇ N or less. If it is determined that the rotation speed has not reached the extremely low rotational speed ⁇ N or less, the same determination in step S13 is executed again. If this determination is repeated and it is determined that the engine speed has reached the extremely low rotational speed ⁇ N or less, it is assumed that the internal combustion engine is immediately before stopping, and the routine proceeds to step S14.
  • N decreasing rotational speed N
  • step S14 control to the initial crank angle ( ⁇ Pi), which is the initial piston position to be stopped, is performed by the drive motor.
  • a control signal is output to the drive motor so that the target initial crank angle ( ⁇ Pit) becomes.
  • the piston position is controlled to achieve the target initial crank angle ( ⁇ Pit).
  • the target initial crank angle ( ⁇ Pit) is selected, for example, around 90 ° after the compression top dead center (TDC) shown in FIG.
  • Step S16 the actual initial crank angle ( ⁇ Pia) corresponding to the actually stopped piston position is read by the crank angle sensor. This state becomes the piston position of the first explosion cylinder (# 2 cylinder), and when the actual initial crank angle ( ⁇ Pia) is detected, the process proceeds to step S17.
  • Step 17 it is determined whether or not the actual actual initial crank angle ( ⁇ Pia) detected in Step S16 is within an allowable range.
  • step S14 the drive motor is controlled to achieve the target initial crank angle ( ⁇ Pit), and the actual initial crank angle ( ⁇ Pia) is determined as a result of this control.
  • step S18 If it is determined that the actual initial crank angle ( ⁇ Pia) is within the allowable range, the process proceeds to step S18. If it is determined that the actual initial crank angle ( ⁇ Pia) is not within the allowable range, the process returns to step S14. Then, the piston position of the first explosion cylinder (# 2 cylinder) is adjusted by the drive motor.
  • step S18 since it is determined in step S17 that the actual initial crank angle ( ⁇ Pia) is within the allowable range, target opening of the exhaust valve corresponding to the actual initial crank angle ( ⁇ Pia) is determined. Calculate the time (EOSt). Since the target opening time (EOSt) is the crank angle ( ⁇ Pa) at which the in-cylinder combustion chamber shown in FIG. 7 is at atmospheric pressure, the target opening time (EOSt) is calculated by executing the above-described calculation. Can do.
  • the crank angle ( ⁇ Pa) at atmospheric pressure is not obtained by calculation, but the crank angle ( ⁇ Pa) at atmospheric pressure corresponding to each initial crank angle ( ⁇ Pi) is obtained by matching work or simulation. It is also possible to perform mapping and store this as a map in the controller 22 and obtain it by referring to this map in actual control. Adopting such a map has the effect of shortening the computation time and enabling faster control. As a result, for example, the actual initial crank angle ( ⁇ Pia) is about 90 ° after compression top dead center (TDC). If so, the opening timing (EOS2) that is near the bottom dead center (BDC) shown in FIG. 7 is selected as the target opening timing (EOSt) of the exhaust valve.
  • EOS2 opening timing
  • BDC bottom dead center
  • the target opening timing (EOSt) of the exhaust valve is from the bottom dead center (BDC) shown in FIG.
  • the advanced opening time (EOS1) is selected.
  • the target opening timing (EOSt) of the exhaust valve is around the bottom dead center (BDC) shown in FIG.
  • a certain opening time (EOS3) is selected.
  • Step S19 the target opening time (EOSt) obtained in step S18 is given as a control signal to the exhaust VTC, and the exhaust VTC is adjusted so that the exhaust valve opens at the target opening time (EOSt).
  • the target closing timing (ICSt) of the target intake valve is given to the intake VTC as a control signal, and the intake valve is adjusted to close at the target closing timing (ICSt) by the intake VTC.
  • the target valve closing timing (ICSt) of the intake valve is set later than the normal state, and the startability is improved by the decompression function by the late closing of the intake valve.
  • Step S20 In step S19, the exhaust VTC and the intake VTC are controlled so as to reach the target opening timing (EOSt) of the exhaust valve and the target closing timing (ICSt) of the intake valve. As a result of this control, The opening time (EOSA) and the actual actual closing time (ICSa) are determined.
  • EOSt target opening timing
  • ICSt target closing timing
  • Step S21 the motors provided in the exhaust VTC and the intake VTC so as to maintain the target exhaust valve opening timing (EOSt) and the target intake valve closing timing (ICSt).
  • EOSt target exhaust valve opening timing
  • ICSt target intake valve closing timing
  • a holding current is supplied to If the exhaust VTC and the intake VTC having high reverse efficiency characteristics are used, the holding current can be stopped.
  • the initial piston position of the first explosion cylinder can be prevented from changing while the engine is stopped, and the gas pressure (combustion energy) of the first explosion cylinder can be stably applied to the piston at the next start. It can be effectively applied and good startability can be obtained.
  • control flowchart at the time of automatic start of the internal combustion engine will be described. This control flow is also executed by the microcomputer constituting the controller 22. This control flow may be executed in addition to the control at the time of automatic stop shown in FIG. 8 described above, or may be executed by this control flow alone.
  • Step S30 parameters (including engine temperature) necessary for executing each control step described below are read as the engine operating state.
  • the parameter is detected from each sensor and converted into a physical quantity that can be processed by the microcomputer and calculated.
  • step S31 the process proceeds to step S31.
  • Step S31 it is determined whether the starting condition is satisfied. If the start condition is not satisfied, the process returns to return and waits for the next start timing. On the other hand, if the starting condition is satisfied, the process proceeds to step S32.
  • Step S32 it is determined whether or not the automatic start condition is satisfied.
  • the engine In a state where the vehicle is stopped at an idle stop, it is possible to determine whether or not the engine is automatically started by detecting brake pedal information, accelerator pedal information, transmission shift position information, and the like.
  • Step S33 «Step S34», «Step S35», «Step S36», «Step S37» If determined that the automatic start condition is not satisfied in Step S32, it is considered as a normal start, and Steps S33 to S33 are performed. The process of step S37 is executed. Since normal starting is not the gist of the present invention, it will be briefly described.
  • step S32 If it is determined in step S32 that the automatic start condition is not satisfied, the starter motor or the hybrid motor is started in step S33.
  • the target exhaust valve opening timing (EOE) at the normal time is set as the exhaust VTC and the target intake air at the normal time is set as the intake VTC at step S34.
  • a control signal for valve closing timing (ICE) is output.
  • step S35 the fuel injection signal and the ignition signal are sequentially output for each cylinder to start the start.
  • Step S38 When it is determined in step S32 that the self-sustained start condition is satisfied, the process of step S38 is executed.
  • the initial opening timing information is obtained from the actual initial crank angle.
  • step S40 since it is determined in step S39 that the actual initial crank angle ( ⁇ P′ia) is within the allowable range, the target of the exhaust valve corresponding to the actual initial crank angle ( ⁇ P′ia).
  • the target opening time (EOS't) is calculated and obtained. Since the target opening time (EOS't) is the crank angle ( ⁇ P'a) at which the in-cylinder combustion chamber is at atmospheric pressure, the target opening time (EOS't) is calculated by executing the above-described calculation. Can be sought. In this case as well, the crank angle ( ⁇ P′a) at atmospheric pressure is not obtained by calculation, but the map can be stored in the controller 22 and this map can be referred to in actual control.
  • EOS′t target opening timing of the exhaust valve is the bottom dead center (BDC) shown in FIG. ) Open time (EOS3) that is in the vicinity is selected.
  • EOS3 is near the bottom dead center, as a result, it is almost at the same time as the aforementioned EOS2.
  • the target opening timing (EOS't) of the exhaust valve can be corrected according to the engine temperature at the start. For example, the lower the engine temperature, the worse the combustion in the self-sustained combustion. Therefore, the crank angle period until the combustion gas expands to the atmospheric pressure decreases, and the target opening timing (EOS) is correspondingly reduced. 'T) may be advanced.
  • the target opening time (EOS't) is obtained, the process proceeds to step S41.
  • Step S41 the target opening timing (EOS't) obtained in step S40 is given to the exhaust VTC as a control signal, and the exhaust valve is opened at the target opening timing (EOS't) by the exhaust VTC. Adjust to valve.
  • a target intake valve closing timing (ICS't) is given to the intake VTC as a control signal, and the intake VTC is adjusted to close at the target valve closing timing (ICS't).
  • the target closing timing (ICS't) of the intake valve is set later than the normal state as in the control of FIG. 8, and the startability is improved by the decompression function by the late closing of the intake valve. Yes.
  • the process proceeds to step S42.
  • step S42 the actual opening timing (EOS'a) as a result of adjusting the valve opening at the target opening timing (EOS't) of the exhaust valve executed in step S41, and the target closing of the intake valve.
  • the actual opening timing (ICS'a) as a result of adjusting the valve to close at the opening timing (ICS't) is detected, and the actual opening timing (EOS'a) of the exhaust valve is detected as the target opening timing (EOS ' t) and whether the intake valve actual closing timing (ICS'a) is controlled to the target closing timing (ICS't).
  • the exhaust valve actual opening timing (EOS'a) does not coincide with the exhaust valve target opening timing (EOS't), and the intake valve actual closing timing (ICS'a) is equal to the intake valve target closing timing (ICS). ′ T), the process returns to step S41 to adjust to open at the exhaust valve target opening timing (EOS′t). Similarly, the intake valve target closing timing (ICS′t). ) Adjust the valve to close.
  • This control can be executed by well-known feedback control of the opening timing and closing timing.
  • the actual opening timing of the exhaust valve (EOSa 'coincides with the target opening timing (EOS't) of the exhaust valve
  • the actual closing timing (ICS'a) of the intake valve is the target closing timing (ICS't) of the intake valve. If it is determined that they match, the process proceeds to step S43.
  • Step S43 fuel is injected from the fuel injection valve into the expansion stroke cylinder, which is the first explosion cylinder, and then ignited with a spark plug after a lapse of a predetermined atomization time. It shifts to the start by the so-called self-sustained combustion which does not depend.
  • FIG. 10 shows the initial crank angle ( ⁇ P′i) when the piston is stopped in the expansion stroke of the first explosion cylinder after the warm-up is completed, and the target opening timing of the exhaust valve controlled correspondingly ( EOS't). The same applies to the control of FIG.
  • the target opening timing (EOS′t) is as shown in FIG. It is controlled to the target opening timing (EOS1) on the top dead center (TDC) side.
  • EOS't is controlled to the target opening timing (EOS2) near the bottom dead center (BDC) retarded from the target opening timing (EOS1).
  • the target opening timing (EOS′t) is The target opening timing (EOS3) near the bottom dead center (BDC) delayed from the timing (EOS1) is controlled.
  • the gas pressure in the in-cylinder combustion chamber is larger than the atmospheric pressure even when the piston is near the bottom dead center (BDC), and the target opening timing (EOS't) is set near the bottom dead center (BDC). This is for avoiding the phenomenon of trying to stop the movement of the piston even if the target opening timing (EOS3) is further delayed.
  • crank angle stop position control allows the initial crank angle ( ⁇ P′i) to fall within the allowable range ( ⁇ Pi1 to ⁇ Pi3), and the exhaust valve opening timing (EOS) corresponding to the initial crank angle ( ⁇ P′i). ), It is possible to realize start-up by self-sustained combustion “without relying on an external drive motor”.
  • “do not rely on an external drive motor” may be a start by self-sustained combustion that does not rely on the power of the external drive motor at all, or a start using both self-sustained combustion and an external drive motor It may be.
  • step S43 when the crankshaft rotates by self-sustained combustion and the first explosion cylinder exceeds the bottom dead center, the subsequent cylinder (# 1 cylinder in FIGS. 4 to 6) is compressed top dead center (TDC). Over.
  • the closing timing (ICS) of the intake valve is extremely late, the compression top dead center (TDC) can be easily exceeded by the decompression function by the late closing of the intake valve.
  • step S43 the process proceeds to step S44.
  • Step S44 it is determined whether or not the crankshaft has started rotating and has been rotated by a predetermined angle. If it is determined that the rotation is not performed by the predetermined angle, the process returns to step S43 and the same processing is executed.
  • the predetermined angle may be set to a value exceeding the rotation angle at which the exhaust valve opening timing (EOS) of the first explosion cylinder (# 2 cylinder in FIGS. 4 to 6) is reached. Therefore, the predetermined angle needs to be increased to some extent.
  • step S44 determines whether the rotation has been performed by a predetermined angle.
  • Step S45 the target opening timing (EOE) at the normal start is given to the exhaust VTC as a control signal, and the exhaust VTC is adjusted so that the exhaust valve opens at the target opening timing (EOE).
  • the target closing timing (ICE) of the target intake valve is given to the intake VTC as a control signal, and the intake valve is adjusted to close at the target closing timing (ICE) by the intake VTC.
  • step S44 If it is determined in step S44 that the crankshaft has rotated by a predetermined angle, the exhaust valve opening timing (EOE) and the intake valve closing timing (ICE) at normal start are changed as described in step S43. Is preferred. In other words, after self-sustained combustion, the first explosion cylinder (# 2 cylinder in FIGS. 4 to 6) again performs normal combustion (not self-sustained combustion) in the second cycle after about two rotations of the crankshaft. Therefore, in this case, it is preferable that the valve timing is converted to the normal intake / exhaust valve timing shown in FIG.
  • the closing timing of the intake valve is advanced from the closing timing (ICS) of the intake valve during self-combustion to the closing timing (ICE) of the intake valve in normal combustion.
  • the intake VTC is provided with an advance bias spring, the advance operation is quickly performed.
  • the charging efficiency (torque) can be increased, and the rotation increase in the subsequent combustion can be promoted.
  • so-called valve overlap is expanded, and exhaust gas containing high-concentration exhaust harmful components (HC, CO, etc.) exhausted to the exhaust port side at the end of the exhaust stroke can be partially returned to the intake system. it can. Then, the high concentration exhaust harmful components are reburned in the next combustion cycle, and as a result, exhaust harmful components discharged from the internal combustion engine can be reduced.
  • Step S46 normal ignition combustion is performed by injecting fuel from the fuel injection valve into the subsequent combustion cylinder and igniting with a spark plug at a predetermined ignition timing thereafter. In this way, the torque in the subsequent combustion cylinder is increased to increase the rotation, and further, the exhaust harmful components of the internal combustion engine are reduced and the activation (warm-up) of the catalyst is promoted to greatly reduce the exhaust harmful components. As a result, quick startability can be obtained.
  • the exhaust VEL of the present embodiment is provided with a biasing spring that biases the exhaust valve in the direction of advancing the opening angle of the exhaust valve, that is, the exhaust valve opening timing.
  • the exhaust valve tends to stabilize at the minimum operating angle at which the opening timing of the exhaust valve becomes the most retarded angle due to the spring reaction force of the valve spring. For this reason, in the exhaust VEL, the conversion responsiveness that moves the opening timing of the exhaust valve to the most advanced angle side tends to deteriorate.
  • by providing an urging spring it is possible to improve the conversion responsiveness for moving the opening timing of the exhaust valve to the most advanced angle side.

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Abstract

初爆気筒の燃焼によるガス圧力を有効に利用して内燃機関の始動性を向上することができる新規な内燃機関の可変動弁装置及び可変動弁制御方法を提供することにある。　自動始動時に膨張行程にある最初に燃焼を行う初爆気筒（＃２気筒）の燃焼後におとずれる最初の排気バルブの開時期を、少なくとも、自動始動時または前回の自動停止時における初爆気筒の初期ピストン位置情報に基づき調整する。初爆気筒の初期ピストン位置が異なった場合であっても、初爆気筒のガス圧力（燃焼エネルギー）をピストンに有効に与えることができ、結果的に良好な始動性を得ることができるものである。

Description

可変動弁装置及び可変動弁装置のコントローラ
　本発明は内燃機関の可変動弁装置及び可変動弁装置のコントローラに係り、特に、内燃機関を自動的に停止・始動させる機能を備えた内燃機関の可変動弁装置及び可変動弁装置のコントローラに関するものである。
　内燃機関の燃料消費量低減や排気ガス有害成分の排出量の低減を図るため、運転者の意思によらず、内燃機関を自動的に停止・始動する制御が実用化されている。例えば運転中に自動車が交差点等で一時的に停車すると、内燃機関を自動的に停止し、また走行開始前に内燃機関を自動的に始動させる、いわゆるアイドルストップ制御が行われている。また、動力として電動機と内燃機関の両方を備えるハイブリッド自動車では、走行モードに応じて走行中にも内燃機関を自動的に停止・始動させる制御が行われている。
　このように運転者の意思によらずに、内燃機関を自動的に停止・始動する自動車では、自動始動時の振動や騒音によって、運転者に違和感が生じやすく、内燃機関を迅速かつ円滑に始動する技術が重要になっている。自動始動時に内燃機関のクランク軸の回転立ち上がりを円滑に行う技術として、例えば、特開２００５－３３７１１０号公報（特許文献１）に示されている技術が知られている。
　特許文献１においては、排気バルブが開閉される時期を調整可能な可変バルブタイミング機構と、この可変バルブタイミング機構を制御する制御手段を備えた内燃機関において、内燃機関の始動時に混合気が最初に燃焼する初爆気筒の燃焼後におとずれる初爆気筒の排気バルブの開弁時期を遅角させる制御を行なうことを提案している。
　排気バルブの開弁時期を遅角させることで、膨張行程において燃焼圧が排気バルブを開くことによって早期に開放されることを防ぎ、初爆気筒の燃焼圧を動力として効率良くクランクシャフトに取り出すことができるものである。したがって、内燃機関を迅速に始動することができるようになる。
特開２００５－３３７１１０号公報
　ところで、初爆気筒のピストンの下降によってシリンダボア内のガス圧力（燃焼圧）は、正のピーク圧力から負の圧力の間で変化するが、正の圧力範囲ではガス圧力はピストンを押し下げる作用を行い、負の圧力範囲ではガス圧力はピストンを引き上げる作用を行う。したがって、排気バルブの開時期は、ガス圧力が正の圧力から負の圧力に切り替わる圧力（＝大気圧）付近に設定することが重要である。
　しかしながら、このガス圧力の変化特性は、初爆気筒の初期ピストン位置によって異なっており、排気バルブの開時期が、大気圧に達する時のクランク角より早い場合では、正のガス圧力が発生している状態で排気バルブが開くので、せっかくのガス圧力が排気ポ－ト側に抜けてしまい、ピストンを押し下げるエネルギーを無駄にしてしまうことになる。逆に、排気バルブの開時期が、大気圧に達する時のクランク角より遅い場合では、排気バルブの開時期に至る前に負の圧力となってしまい、ピストンの下降作動に制動を与えてしまうことになる。このため、内燃機関の始動性を阻害するという課題がある。
　したがって、内燃機関を自動的に始動する場合において、シリンダボア内のガス圧力を有効に利用することが必要であり、このためにはガス圧力が大気圧付近の時に排気バルブを開いてやることが重要である。
　尚、特許文献１においては、始動開始時の初期ピストン位置に対応して初爆気筒の排気バルブの開時期を制御することについては考慮されておらず、初期ピストン位置が異なった場合においては、充分な始動性の向上が得られていない恐れがある。
　本発明の目的は、初爆気筒の燃焼によるガス圧力を有効に利用して内燃機関の始動性を向上することができる新規な内燃機関の可変動弁装置及び可変動弁装置のコントローラを提供することにある。
　本発明の一実施形態に係る可変動弁装置は、吸気バルブと排気バルブを備える内燃機関に設けられており、前記可変動弁装置は、排気バルブのバルブタイミングを調整する排気側可変動弁機構と、吸気バルブのバルブタイミングを調整する吸気側可変動弁機構とを備え、排気側可変動弁機構は、内燃機関の始動時に膨張行程にある気筒に燃料を噴射して最初に燃焼を行う初爆気筒の燃焼後に開弁する排気バルブの最初の開時期を、少なくとも初爆気筒の初期ピストン位置の情報に基づいて調整する。
　本発明の一実施形態によれば、初爆気筒の初期ピストン位置が異なった場合であっても、初爆気筒のガス圧力（燃焼エネルギー）をピストンに有効に与えることができ、結果的に良好な始動性を得ることができるものである。
本発明の一実施形態が適用される内燃機関の可変動弁システムの構成を示す構成図である。 自立燃焼過程の筒内燃焼室内のガス圧力、筒内燃焼室容積、筒内燃焼室ガスの状態を説明する説明図である。 自立燃焼時の筒内燃焼室の圧力変化を示す特性図である。 本発明の第１の実施形態における初期ピストン位置に対応する初期クランク角が７０°の時の排気バルブの開時期の特性を説明する説明図である。 本発明の第１の実施形態における初期ピストン位置に対応する初期クランク角が９０°の時の排気バルブの開時期の特性を説明する説明図である。 本発明の第１の実施形態における初期ピストン位置に対応する初期クランク角が１１０°の時の排気バルブの開時期の特性を説明する説明図である。 図４～図６に示す初期クランク角での自立燃焼時の筒内燃焼室のガス圧力変化を示す特性図である。 本発明の第１の実施形態になる自動停止時における制御を説明する制御フローチャートである。 本発明の第１の実施形態になる自動始動時における制御を説明する制御フローチャートである 始動時の自立燃焼と通常燃焼に対する排気バルブの開時期を説明する説明図である。 自立燃焼から通常燃焼に移行した時の排気バルブの開時期の特性を説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態に使用される排気ＶＥＬの特性を示す特性図である。 本発明の第２の実施形態における初期ピストン位置に対応する初期クランク角が９０°の時の排気バルブの開時期の特性を説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態における初期ピストン位置に対応する初期クランク角が７０°の時の排気バルブの開時期の特性を説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態における初期ピストン位置に対応する初期クランク角が５０°の時の排気バルブの開時期の特性を説明する説明図である。
　本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
　次に、本発明の第１の実施形態になる内燃機関の可変動弁装置及び可変動弁装置のコントローラについて説明する。
　本実施形態では、火花点火式ガソリン仕様のいわゆる４サイクル４気筒内燃機関に適用したものであって、運転者の始動操作によらず自動的に内燃機関の停止・始動を行うアイドリングストップ車に適用される可変動弁装置及び可変動弁装置のコントローラである。
　この内燃機関は、図１に示すように、シリンダブロック０１とシリンダヘッド０２との間に、ピストン０３を介して燃焼室０４が形成されていると共に、シリンダヘッド０２のほぼ中央位置に点火プラグ０５が設けられている。尚、シリンダブロック０１とシリンダヘッド０２及びピストン０３等を合せて「気筒」と表記する場合もある。
　ピストン０３は、ピストンピン（図示せず）に一端部が連結されたコネクチングロッド０６を介してクランクシャフト０７に連結されており、このクランクシャフト０７は、ピニオンギア機構０８を介して駆動モータ０９によって始動を行うことができるようになっている。また、駆動モータ０９は、機関停止時のクランク角（クランク位置）やピストン０３の摺動位置を制御するクランク位置制御手段として使うことも可能である。尚、クランクシャフト０７は、後述するクランク角センサ０１０によってクランク角及び回転数が検出されるようになっている。
　シリンダブロック０１には、ウォータジャケット内の水温を検出する水温センサ０１１が取り付けられていると共に、シリンダヘッド０２には、燃焼室０４内に燃料を噴射する燃料噴射弁０１２が設けられている。さらに、シリンダヘッド０２の内部に形成された吸気ポート０１３や排気ポート０１４を開閉する１気筒当たりそれぞれ２つ吸気バルブ４及び排気バルブ５がそれぞれ摺動自在に設けられていると共に、吸気バルブ４側と排気バルブ５側には、可変動弁装置が設けられている。
　可変動弁装置は、内燃機関の排気バルブ５のバルブリフト及び作動角（開期間）を制御する第１可変動弁機構である排気ＶＥＬ１と、排気バルブ５の開閉時期(バルブタイミング)を制御する第２可変動弁機構である排気ＶＴＣ２と、吸気バルブ４の開閉時期(バルブタイミング)を制御する第３可変動弁機構である吸気ＶＴＣ３と、を備えている。また、排気ＶＥＬ１と排気ＶＴＣ２及び吸気ＶＴＣ３は、後述するコントローラ２２によって機関運転状態に応じてそれぞれの作動が制御されるようになっている。
　コントローラ２２は、マイクロコンピュータや周辺駆動回路等からなり、内燃機関の動作状態を表すパラメータを検出し、このパラメータを用いて所定の演算を実行して内燃機関の制御量を調整する機能を備えている。マイクロコンピュータは、パラメータを検出する入力部と、演算を実行する中央処理部と、演算によって得られた制御量を出力する出力部より構成されている。この出力部からの制御量は周辺駆動回路に送られ、制御駆動信号として排気ＶＥＬ１、排気ＶＴＣ２、吸気ＶＴＣ３に与えられるものである。
　排気ＶＥＬ１、排気ＶＴＣ２、吸気ＶＴＣ３の詳細な構成は、本発明とさほど関係しないので詳細な説明は省略する。ここで、排気ＶＥＬ１の詳細は、本出願人が先に出願した、例えば特開２０１２－３６８６４号公報等に記載されたものと同様の構成である。
　尚、この排気ＶＥＬ１は実施例１では用いられず、実施例２で使用されるものである。したがって、実施例１では排気バルブ５の作動角及びリフトは一定となっており、本実施形態では最小リフトで最小作動角に設定されている。もちろん、本実施形態では排気ＶＥＬ１を用いず、排気ＶＴＣ２だけでも良いものである。
　また、排気ＶＴＣ２、吸気ＶＴＣ３は電動式のバルブタイミング制御装置であり、本出願人が先に出願した、例えば特開２０１４－１６９６３０号公報等に記載されたものと同様の構成である。ここで、カム軸はバルブスプリング反力により、最遅角付近に安定する傾向があり、始動開始時に排気バルブの開時期の進角変換の応答性が良くない傾向（特に始動開始時や機関停止時）にある。
　したがって、排気ＶＴＣ２には、進角側付勢スプリングが設けられており、これによって進角側に付勢されるので、懸念される進角変換応答性が速くなり、後述するように、良好な自立燃焼による始動が遅れなく実現できるようにしている。
　次に、自立燃焼によるピストンの作動状態、シリンダボアのガス状態、及びガス圧力の状態を説明する。以下では、例えば、アイドルストップ後に、自立始動する場合の上述した状態の変化について説明する。ここで、自立燃焼とはスタータモータのような外部駆動モータを使用して圧縮動作を行なわず、膨張行程にある気筒内に燃料を噴射して燃焼させ、この混合気の燃焼エネルギーによって始動を行うことを意味している。
　図２は膨張行程にある初爆気筒の燃料噴射時点から燃焼が実施されてピストンが下降して下死点（ＢＤＣ）に至る状態を示しており、図３はシリンダボア内のピストン位置とガス圧力の変化を示している。尚、以下では説明の都合上からピストン冠面とシリンダ及びシリンダヘッドによって形成される空間を「筒内燃焼室」と表記する。
　図２の（Ａ）で示す状態は、内燃機関がアイドルストップして停止した時の膨張行程にある気筒（初爆気筒）の初期ピストン位置を示している。この初期ピストン位置は、現時点では上死点（ＴＤＣ）にやや近い位置にあって、クランク角換算で上死点（ＴＤＣ）から約７０°の位置となっている。
　そして、このアイドルストップした時の膨張行程にある気筒が初爆気筒となるものであり、この初爆気筒の初期ピストン位置は、アイドルストップする毎に異なるものである。また、アイドルストップ直後には、ピストンとシリンダボアの間からすぐに空気が流入して筒内燃焼室内はほぼ大気圧となっている。この状態で筒内燃焼室内は、筒内燃焼室圧力が大気圧、筒内燃焼室容積がＶｓ、筒内燃焼室ガスが空気となっている。ここで、ブレーキペダルの踏み込みが解除されたり、アクセルペダルが踏み込まれて自立始動の要求があると、（Ａ）で示す状態のクランク角（例えば、７０°）を初期クランク角（θＰｉ）として、自立始動のためのシ－ケンスに移ることになる。
　まず、図２の（Ｂ）で示す状態のように、初期ピストン位置で決まる筒内燃焼室容積Ｖｓに存在する空気量に見合った燃料を筒内燃焼室内に直接噴射する。すなわち、理論空燃比（ストイキオメトリ）となるだけの燃料が燃料噴射弁から噴射される。この状態で筒内燃焼室内は、筒内燃焼室圧力が大気圧、筒内燃焼室容積がＶｓ、筒内燃焼室ガスが空気と燃料の混合気となっている。
　ここで、初期ピストン位置での筒内燃焼室容積Ｖｓは以下の式で求まる。Ｖｓ＝Ｖ０＋Ａ×χｓ……（１）尚、Ｖ０はピストンが圧縮上死点（ＴＤＣ）に達した状態での筒内燃焼室容積、Ａはボア面積、χsは圧縮上死点（ＴＤＣ）からのピストン降下長さである。
　また、ピストン降下長さχsは以下の式で求まる。χs＝Ｒ×（1-cosθＰｉ）+λ×Ｒ×（1-√（Ｙs））……（２）ここで、「Ｒ」は図１に示すクランクピンの回転半径、「Ｌ」は図１に示すコンロッドの軸間距離であり、「λ」はＬ／Ｒ、「Ｙs」は1－(sin2θＰ1)／λ2で求められている。つまり、初期ピストン位置で決まる初期クランク角（θＰｉ）を検出し、上述した（１）式、（２）式で、筒内燃焼室容積Ｖｓを求めることができ、理論空燃比で燃焼させる燃料噴射量を容易に算出できるものである。
　次に、燃料噴射が実行された後に、図２の（Ｃ）で示すように点火プラグによって、混合気に点火されて燃焼が開始される。燃焼が開始されると燃焼によるガス圧力（燃焼圧）によって、筒内燃焼室内のガス圧力は正の圧力として立ち上がり、ピストンを押し下げ始め、更に燃料の燃焼が進行すると、その発熱によりガス温度が上昇して容積膨張しようとする。
　しかしながら、筒内燃焼室容積Ｖｓは急に増加しないので、筒内燃焼室内の圧力が急上昇してピーク圧（Ｐｅａｋ１）となる。この状態で筒内燃焼室内は、筒内燃焼室圧力がピーク圧、筒内燃焼室容積がＶｓより僅かに大きなＶｓ´、筒内燃焼室ガスが燃焼ガスとなっている。
　次に、筒内燃焼室圧力がピーク圧（Ｐｅａｋ１）に達した後に図２の（Ｄ）で示すように、ピストンが本格的に下降しはじめ、燃焼ガスによって筒内燃焼室容積Ｖが本格的に膨張を開始し、膨張するにつれて筒内燃焼室内の圧力は低下して大気圧に至る。この状態で筒内燃焼室内は、筒内燃焼室圧力が大気圧、筒内燃焼室容積がＶａ、筒内燃焼室ガスが燃焼ガスとなっている。
　更にピストン下降して筒内燃焼室の容積が最大値Ｖｍａｘに達すると、図２の（Ｅ）で示すように、筒内燃焼室内に負の圧力が発生して下死点（ＢＤＣ）に至る。この状態で筒内燃焼室内は、筒内燃焼室圧力が負の圧力、筒内燃焼室容積がＶｍａｘ、筒内燃焼室ガスが燃焼ガスとなっている。
　次に、初爆気筒の燃料噴射時点から燃焼が実施されてピストンが下降して下死点（ＢＤＣ）に至るときのシリンダボア内のピストン位置とガス圧力の変化を説明する。
　図３にあるように、初期ピストン位置である初期クランク角（θＰｉ≒７０°）は図２の（Ａ）、（Ｂ）の状態で、筒内燃焼室圧力は大気圧である。そして、この状態から点火プラグによって燃焼が開始されると、筒内燃焼室圧力は急激に上昇していき図２の（Ｃ）の状態でピーク圧（Ｐｅａｋ１）に達する。
　そして、筒内燃焼室容積Ｖが膨張するにしたがい、筒内燃焼室圧力は下降していき、図２の（Ｄ）の状態で大気圧に近づくようになる。この時の大気圧に達するクランク角（θＰａ≒１４０°）を過ぎると負の圧力に反転する。更にピストンが下降すると図２の（Ｅ）の状態となって、ピストンに負の圧力による制動力が作用するようになる。
　このように、初期クランク角（θＰｉ≒７０°）から大気圧に達するクランク角（θＰａ≒１４０°）までの筒内燃焼室圧力がピストンを押し下げる作用を行い、大気圧に達したクランク角（θＰａ≒１４０°）から下死点（ＢＤＣ）までの筒内燃焼室圧力がピストンを引き上げる作用を行うようになる。
　したがって、大気圧に達するクランク角（θＰａ≒１４０°）で排気バルブを開いてやれば、筒内燃焼室圧力を有効に活用できることがわかる。次に、この大気圧に達するクランク角（θＰａ）の求め方について説明する。
　まず、図２の（Ｄ）の状態の大気圧となる筒内燃焼室容積Ｖａについて考察する。膨張係数Ｋ（＝Ｖａ／Ｖｓ）を定義すると、この膨張係数Ｋは一般的な内燃機関（気筒あたりの排気量が５００ｃｃ程度）だと、通常Ｋ＝２程度の値であるが、これは、厳密には内燃機関の仕様によって決まる値である。
　上述したように、混合気が燃焼するとその発熱により燃焼ガス温度が上昇し、燃焼ガスが膨張しようとしてピストンを押し下げ、筒内燃焼室容積は拡大していく。しかしながら、一方でシリンダボアの壁面から熱が逃げていくことで、燃焼ガス温度の上昇が抑制されて筒内燃焼室容積の拡大が抑制される。そのバランスの結果として、筒内燃焼室容積Ｖａ（膨張係数Ｋ）に落ち着くようになる。したがって、この膨張係数Ｋは内燃機関の仕様によって決まるものである。
　ちなみに、気筒当りの排気量が小さくなると、燃焼室のＳ／Ｖ比（Ｓ：燃焼室の壁面積、Ｖ：燃焼室の容積）が大きくなり、熱逃げの影響が相対的に大きくなる。よって、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Ｖａが小さくなり、膨張係数Ｋは相対的に小さくなる。すなわち、膨張係数Ｋは内燃機関の仕様によって決まるものである。以下の説明では、通常の内燃機関（気筒当りの排気量が５００ｃｃ程度）と想定し、膨張係数Ｋ＝２程度であったとして説明を行う。
　次に、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Ｖａの時のクランク角(θＰａ)を求めることにする。上述した（１）式と同様に以下が成り立つ。Ｖａ＝Ｖ０＋Ａ×χａ……（３）´ここで、Ｖａ＝Ｋ×Ｖｓであるので、χａを求めることができる。
　また、（２）式と同様に以下が成り立つ。χa＝Ｒ×（1-cosθＰａ）+λ×Ｒ×（1-√（Ｙa））……（４）´ここで、Ｙa＝1－(sin2θＰａ)／λ2であるので、χaはθＰａの関数になる。そして、χaは（３）式から既に分かっているので、θＰａを逆算することができる。このようにして、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Ｖａの時のクランク角(θＰａ)を求めることができる。ここでは、このクランク角（θＰａ）が、例えば約１４０°と求めることができる。
　次に、この大気圧に近づく筒内燃焼室容積Ｖａの時のクランク角をクランク角(θＰａ)としたとき、排気バルブの開時期（ＥＯＳ）をどのような時期としたら、自立燃焼による始動性が向上するかを説明する。
　仮に、排気バルブの開時期（ＥＯＳ）が、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Ｖａの時のクランク角(θＰａ)より早かった場合を想定すると、正のガス圧力が発生している状態で排気バルブが開くので、せっかくの燃焼ガスの圧力が排気ポ－ト側に逃げてしまい、ピストンを押し下げるエネルギーをみすみす逃がしてしまうことになる。
　逆に、排気バルブの開時期（ＥＯＳ）が、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Ｖａの時のクランク角(θＰａ)より遅かった場合を想定すると、排気バルブの開時期（ＥＯＳ）に至る前の筒内燃焼室内は負の圧力となってしまい、この負の圧力がピストンの下降作動に制動をかけてしまうことになる。
　すなわち、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Ｖａの時のクランク角(θＰａ)付近で、排気バルブの開時期（ＥＯＳ）を設定するのが適切であることがわかる。後述するように、本実施形態では、アイドルストップした際の初期ピストン位置に対応する初期クランク角（θＰｉ）に応じて、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Ｖａの時のクランク角(θＰａ)が異なることに注目して、排気バルブの開時期（ＥＯＳ）を変化させるものである。これによって、自立始動時における機関トルクを高め、回転立ち上がり性能を高めて自立始動性を向上できるものである。
　尚、膨張係数Ｋ（＝Ｖａ／Ｖｓ）は、通常ではＫ＝２程度であり、内燃機関の仕様によって定まることを説明したが、同じ内燃機関であっても、内燃機関の運転状態により変動する場合があるので補足説明する。
　例えば、アイドルストップからの自力（自立）始動においては、内燃機関は既に暖機状態にあるのが一般的だが、アイドルストップ期間が長い場合、或いは外気温度が極めて低い場合では、内燃機関の温度が下がってしまうことがある。この場合は、シリンダボアからの熱逃げの影響が大きくなり、実膨張係数Ｋ´は、標準での膨張係数Ｋに対してやや小さくなることが認められる。
　この場合、補正係数αを導入して実膨張係数Ｋ´と標準での膨張係数Ｋの関係を表すことができる。実膨張係数Ｋ´=α×Ｋ……（５）したがって、実膨張係数Ｋ´を求める場合では、機関温度が低い場合はαを「１」より小さく設定し、逆に高い場合は熱逃げが減少するので、「１」より大きく設定すれば良いものである。
　更に、燃料消費量を低減するために燃料噴射量を減少させて、いわゆるリ－ン燃焼させた場合では、燃料量が減少していることで発熱量も減少するので、補正係数αを小さくすることができる。
　このように、内燃機関の状態に対応して、実膨張係数Ｋ´を求めることで、実機での、大気圧に近づく筒内燃焼室容積Ｖａの時のクランク角(θＰａ)の補正値を求めることができる。これに基づき、排気バルブの開時期（ＥＯＳ）を補正することで、更に自立始動を適切におこなうことが可能になる。
　図４、図５、図６は、内燃機関の始動開始時の初期ピストン位置、或いは前回の機関停止時の初期ピストン位置とバルブタイミングの関係を示している。具体的には、始動開始時の初期ピストン位置、或いは前回の機関停止時の初期ピストン位置に対応する初期クランク角（θＰｉ）と、排気バルブ開時期（ＥＯＳ）の関係を示している。
　図４、図５、図６においては、クランクシャフト（クランクピン）の姿勢も示している。図１に示しているように、クランクピンとピストンピンは実際にはコンロッドを介して連結されているが、図４、図５、図６はでは分かりやすくするために、ピストンピン位置をクランクピン位置と一致させて簡略的に表現している。また、膨張気筒（初爆気筒）である＃２気筒とこれに対向する圧縮気筒である＃１気筒と、＃２気筒（膨張気筒）の吸気弁作動区間（ＩＯＳ～ＩＣＳ）と排気弁作動区間（ＥＯＳ～ＥＣＳ）を示している。
　図４において、初期クランク角（θＰｉ１）が上死点（ＴＤＣ）側の例えば約７０°の位置にあれば、排気バルブの開時期は下死点（ＢＤＣ）前の開時期（ＥＯＳ1）まで進角される。つまり、この開時期（ＥＯＳ1）が、筒内燃焼室圧力が大気圧に近づいた時を表しているものである。同様に、図５において、初期クランク角（θＰｉ２）が上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）の中間の約９０°の位置にあれば、図４に示す場合よりも排気バルブの開時期は、同様に筒内燃焼圧が大気圧に近づく下死点（ＢＤＣ）付近の開時期（ＥＯＳ２）まで遅角される。
　更に、図６において、初期クランク角（θＰｉ３）が上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）の中間より下がった約１１０°の位置にあれば、図５に示す場合と同じように図４に示す場合よりも排気バルブの開時期は、下死点（ＢＤＣ）付近の開時期（ＥＯＳ３）まで遅角される。なお、この場合は、筒内燃焼圧は大気圧より高くなっている。すなわち、図６の場合では、初期ピストン位置がかなり下降側に位置しているので、筒内燃焼室容積が大きく燃焼の開始時期がかなり遅角されることから、筒内燃焼室圧力が大気圧に近づくまでの期間も同じ膨張係数２に対して長くなる。このため、ピストンが下死点（ＢＤＣ）付近に達しても、まだ筒内燃焼室圧力は正圧を維持している。
　したがって、仮に排気バルブの開時期を下死点（ＢＤＣ）より遅らせてしまうと、上昇に転じたピストンの動きを、筒内燃焼室圧力の正圧が抑えてしまい、ピストンの上昇方向の動きに対して逆に正圧による制動力を作用させてしまう。その結果、ピストン仕事を逆に低減させてしまうことになる。このため、図６の場合は下死点（ＢＤＣ）で排気バルブを開くような設定に調整している。
　このように、初期クランク角（θＰｉ）の位置に対応して、大気圧に達するクランク角（θＰａ）付近で排気バルブを開いてやることで（ＥＯＳ1、ＥＯＳ２）、初期クランク角（θＰｉ）から大気圧に達するクランク角（θＰａ）までの筒内燃焼室圧力がピストンを押し下げる作用を行うので筒内燃焼室圧力を有効に活用でき、初爆の燃焼エネルギーを有効にピストン仕事に変換することができる。なお、下死点（ＢＤＣ）でも大気圧まで下がり切らない場合は、下死点付近で排気バルブを開いてやるのである（ＥＯＳ３）。
　次に、図７において初爆気筒の燃焼による筒内圧がクランク角でどう変化するかを図４、図５、図６に示す初期ピストン位置の場合を例にとって説明する。
　図４に示す初期ランク角（θＰｉ）が上死点（ＴＤＣ）後の約７０°から燃焼が行われた場合の筒内圧変化は、図７の特性ｐ１で示す変化を行うものである。すなわち、初爆の燃焼に伴い初期クランク角（θＰｉ１）から燃焼によるガス圧力（燃焼圧）が立ち上がり、ピーク圧（Ｐｅａｋ１）になった後にピストンが下降していくにつれ、ガス圧力が低下していく。
　そして、上述したようにシリンダボアへの熱逃げによりガス圧力は急速に低下していき、ガス圧力がほぼ大気圧になるクランク角（θＰａ1）、つまり膨張係数Ｋ＝２の付近で、排気バルブが開時期（ＥＯＳ１）で開弁され、これによって筒内はほぼ大気圧に維持されるようになる。これにより、初爆の燃焼エネルギーを有効にピストン仕事に変換することができる。
　つまり、排気バルブの開弁時期（ＥＯＳ１）が、ガス圧力がほぼ大気圧になるクランク角（θＰａ1）より遅いと、筒内が負の圧力（大気圧未満）となってしまい、ピストンの下降動作に負の圧力による制動力が作用してガス圧力による燃焼エネルギーが無駄になってしまうようになる。逆に、排気バルブの開弁時期（ＥＯＳ１）が、ガス圧力がほぼ大気圧になるクランク角（θＰａ1）より早いと、筒内圧が大気圧より高い状態で排気バルブが開かれるので、排気ポ－ト側に高いガス圧力が逃げてしまい、その分ピストンを押し下げるエネルギーが減少してしまうようになる。
　したがって排気バルブの開弁時期（ＥＯＳ１）を、ガス圧力がほぼ大気圧になるクランク角（θＰａ1）付近に調整することで、初爆の燃焼エネルギーを最も有効にピストン仕事に変換することができるようになる。
　次に、図５に示す初期ランク角（θＰｉ）が上死点（ＴＤＣ）後の約９０°から燃焼が行われた場合の筒内圧変化は、図７の特性ｐ２で示す変化を行うものである。図４の場合と同様に、初爆の燃焼に伴い初期クランク角（θＰｉ２）から燃焼によるガス圧力（筒内圧）が立ち上がり、ピーク圧（Ｐｅａｋ２）になった後にピストンが下降していくに連れ、ガス圧力が低下していく。
　そして、上述したようにシリンダボアへの熱逃げによりガス圧力は急速に低下していき、ガス圧力がほぼ大気圧になるクランク角（θＰａ２）である下死点（ＢＤＣ）付近で、排気バルブが開時期（ＥＯＳ２）で開弁され、これによって筒内はほぼ大気圧に維持されるようになる。これにより、初爆の燃焼エネルギーを有効にピストン仕事に変換することができる。
　次に、図６に示す初期ランク角（θＰｉ）が上死点（ＴＤＣ）後の１１０°から燃焼が行われた場合の筒内圧変化は、図７の特性ｐ３で示す変化を行うものである。図４の場合と同様に、初爆の燃焼に伴い初期クランク角（θＰｉ３）から燃焼によるガス圧力（筒内圧）が立ち上がり、ピーク圧（Ｐｅａｋ３）になった後にピストンが下降していくにつれ、ガス圧力が低下していく。
　そして、上述したようにシリンダボアへの熱逃げによりガス圧力は急速に低下していくが、ガス圧力がほぼ大気圧になる手前の下死点（ＢＤＣ）付近で、強制的に排気バルブが開時期（ＥＯＳ３）で開弁され、これによって筒内はほぼ大気圧に維持されるようになる。これにより、初爆の燃焼エネルギーを下死点に至るまでの過程で有効にピストン仕事に変換しつつ、下死点後にこの初爆の燃焼エネルギー（正圧）がピストン上昇を抑えるという負の仕事（制動作用）を抑制することができる。なお、このＥＯＳ３であるが、下死点付近なので、結果として、前述のＥＯＳ２とほぼ同じ時期となっている。
　このように、下死点（ＢＤＣ）付近で強制的に排気ガスバルブを開弁する理由は上述した正圧による制動作用を回避するためである。すなわち、図６の場合では、初期ピストン位置（θＰｉ３）がかなり下降側に位置しているので、筒内燃焼室容積が大きく、燃焼の開始時期がかなり遅角されることから、筒内燃焼室圧力が大気圧に近づくまでの期間も同じ膨張係数Ｋ＝２に対して長くなる。このため、ピストンが下死点（ＢＤＣ）付近に達しても、まだ筒内燃焼室圧力は正圧を維持している。
　したがって、仮に排気バルブの開時期を下死点（ＢＤＣ）より遅らせてしまうと、上昇に転じたピストンの動きを、筒内燃焼室圧力の正圧が抑えてしまい、ピストンの上昇方向の動きに対して逆に正圧による制動力を作用させてしまう。その結果、ピストン仕事を逆に低減させてしまうことになる。このため、図６の場合は下死点（ＢＤＣ）で排気バルブを強制的に開くような設定に調整している。
　以上に説明した排気バルブの開時期（ＥＯＳ）の制御は、内燃機関が自動的に停止される時に行っても良いし、内燃機関が自動的に始動される時に行っても良いものである。また、両方で行うことも可能である。
　次に、上述した排気バルブの開時期（ＥＯＳ　）の制御を行なう制御フローを説明するが、図８は内燃機関の自動停止時における制御フローチャートを示し、図９は内燃機関の自動始動時における制御フローチャートを示している。
　まず、内燃機関の自動停止時の制御フローチャートについて説明するが、この制御フローはコントローラ２２を構成するマイクロコンピュータによって実行されるものである。
　≪ステップＳ１０≫ステップＳ１０では、以下に述べる各制御ステップを実行するために必要なパラメータを機関運転状態として読み込むものである。パラメータは各センサから検出されており、マイクロコンピュータで処理できる物理量に変換、演算される。ステップＳ１０でパラメータの検出が終了するとステップＳ１１に移行する。
　≪ステップＳ１１≫ステップＳ１１では、内燃機関が停止条件、例えばアイドルストップ条件になったかどうかを判断する。アイドルストップ条件は、例えばブレーキペダル情報、アクセルペダル情報、変速機の変速位置情報等を検出することによって判断している。もちろん、これ以外の情報を用いて判断することも可能である。
　ステップＳ１１で、アイドルストップ条件にないと判断されるとリターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。一方、ステップＳ１１で、アイドルストップ条件にあると判断されるとステップＳ１２に移行する。
　≪ステップＳ１２≫ステップＳ１２では、ステップＳ１１でアイドルストップ条件にあると判断されているので、内燃機関を停止すべく燃料噴射カット処理、及び点火カット処理を実行して内燃機関を自動停止させるようにする。この状態になると内燃機関の回転数は停止に向けて低下していくことになる。燃料噴射カット処理、及び点火カット処理が完了すると、ステップＳ１３に移行する。
　≪ステップＳ１３≫ステップＳ１３では、低下していく回転数Ｎ（ｒｐｍ）が所定の極低回転数ΔＮ以下に達したかどうかを判断する。極低回転数ΔＮ以下に達していないと判断されると再び同じステップＳ１３の判断を実行する。この判断を繰り返して極低回転数ΔＮ以下に達したと判断されると、内燃機関が停止の直前にあると見做してステップＳ１４に移行する。
　≪ステップＳ１４≫ステップＳ１４では、駆動モ－タにより停止すべき初期ピストン位置である初期クランク角（θＰｉ）への制御を行う。例えば、圧縮上死点（ＴＤＣ）でのクランク角速度から、機関停止時に初爆気筒である膨張行程となる気筒（＃２気筒）を判定し、更に同じくこの膨張行程気筒（＃２気筒）が目標とする目標初期クランク角(θＰｉｔ)となるように、駆動モ－タへ制御信号を出力する。これによって目標初期クランク角(θＰｉｔ)になるようにピストン位置が制御される。ここで、目標初期クランク角（θＰｉｔ）は、例えば図７に示す圧縮上死点（ＴＤＣ）後の約９０°付近が選ばれる。この処理が完了するとステップＳ１５に移行する。
　≪ステップＳ１５≫ステップＳ１５では、回転数Ｎ＝０になったかどうかを判断して内燃機関が停止したことを検出している。内燃機関が停止していないと判断されるとステップＳ１４に戻って同じ制御を繰り返すことになる。そして、内燃機関が実際に停止するとステップＳ１６に移行する。
　≪ステップＳ１６≫ステップＳ１６では、実際に停止した状態のピストン位置に対応した実初期クランク角（θＰｉａ）をクランク角センサで読み取る。この状態が初爆気筒（＃２気筒）のピストン位置となり、実初期クランク角（θＰｉａ）を検出するとステップＳ１７に移行する。
　≪ステップＳ１７≫ステップ１７では、ステップＳ１６で検出した実際の実初期クランク角（θＰｉａ）が許容範囲に収まっているかどうかが判断される。ステップＳ１４では目標とする目標初期クランク角(θＰｉｔ)になるように駆動モータを制御しており、この制御の結果として実初期クランク角（θＰｉａ）が決まるものである。
　ここで、許容範囲は図７に示している初期クランク角であり、初期クランク角（θＰｉ１＝７０°）～初期クランク角（θＰｉ３＝１１０°）に決められている。したがって、目標とする目標初期クランク角(θＰｉｔ＝９０°)であるので、実初期クランク角（θＰｉa）もこの付近のクランク角となる。
　そして、実初期クランク角（θＰｉａ）が許容範囲に収まっていると判断されるとステップＳ１８に移行し、実初期クランク角（θＰｉａ）が許容範囲に収まっていないと判断されると再びステップＳ１４に移行して、駆動モータによって初爆気筒（＃２気筒）のピストン位置を調整する。
　≪ステップＳ１８≫ステップＳ１８では、ステップＳ１７で実初期クランク角（θＰｉａ）が許容範囲に収まっていると判断されているので、実初期クランク角（θＰｉａ）に対応した排気バルブの目標とする目標開時期（ＥＯＳｔ）を演算して求める。目標開時期（ＥＯＳｔ）は、図７に示す筒内燃焼室が大気圧となるクランク角（θＰａ）であるので、目標開時期（ＥＯＳｔ）の演算は上述したような演算を実行して求めることができる。
　尚、大気圧となるクランク角（θＰａ）は演算により求めるのではなく、各初期クランク角（θＰｉ）に対応した大気圧となるクランク角（θＰａ）を、適合作業（マッチング）やシミュレーションによって求めてマッピングし、これをマップとしてコントローラ２２に記憶させ、実際の制御でこのマップを参照して求めることもできる。このようなマップを採用すると、演算時間が短縮されてより早く制御を行なえる効果がある　その結果、例えば、実初期クランク角（θＰｉa）が圧縮上死点（ＴＤＣ）後の約９０°付近であれば、排気バルブの目標開時期（ＥＯＳｔ）は、図７に示す下死点（ＢＤＣ）付近である開時期（ＥＯＳ２）が選ばれる。ここで、実初期クランク角（θＰｉａ）が圧縮上死点（ＴＤＣ）後の約７０°付近であれば、排気バルブの目標開時期（ＥＯＳｔ）は、図７に示す下死点（ＢＤＣ）より進角された開時期（ＥＯＳ１）が選ばれる。更に、実初期クランク角（θＰｉａ）が圧縮上死点（ＴＤＣ）後の約１１０°付近であれば、排気バルブの目標開時期（ＥＯＳｔ）は、図７に示す下死点（ＢＤＣ）付近である開時期（ＥＯＳ３）が選ばれる。目標開時期（ＥＯＳｔ）が求まるとステップＳ１９に移行する。なお、この場合は、下死点においても筒内圧は正圧であるが、その後のピストン制動作用を抑制するため、下死点付近のＥＯＳ３で強制的に排気弁を開くことが選択されるのである。
　≪ステップＳ１９≫ステップＳ１９では、ステップＳ１８で求めた目標開時期（ＥＯＳｔ）を制御信号として排気ＶＴＣに与え、排気ＶＴＣによって，排気バルブが目標開時期（ＥＯＳｔ）で開弁するように調整する。同様に、吸気ＶＴＣに，目標とする吸気バルブの目標閉時期（ＩＣＳｔ）を制御信号として与え、吸気ＶＴＣによって吸気バルブが目標閉弁時期（ＩＣＳｔ）で閉弁するように調整する。ここで、吸気バルブの目標閉弁時期（ＩＣＳｔ）は通常状態より遅く設定されており、吸気バルブの遅閉じによるデコンプ機能によって始動性を改善している。これらの処理が終了するとステップＳ２０に移行する。
　≪ステップＳ２０≫ステップＳ１９では排気バルブの目標開時期（ＥＯＳｔ）及び吸気バルブの目標閉時期（ＩＣＳｔ）になるように排気ＶＴＣと吸気ＶＴＣを制御しており、この制御の結果として、実際の実開時期（ＥＯＳａ）と実際の実閉時期（ＩＣＳａ）が決まるものである。
　そして、ステップＳ２０では、ステップＳ１９で実行した、排気バルブの目標開時期（ＥＯＳｔ）で開弁するように調整した結果の実際の実開時期（ＥＯＳa）と、吸気バルブの目標閉時期（ＩＣＳｔ）で閉弁するように調整した結果の実際の実閉時期（ＩＣＳａ）とを検出し、排気バルブの実開時期（ＥＯＳａ）が目標開時期（ＥＯＳｔ）に制御されているか、及び吸気バルブの実閉時期（ＩＣＳａ）が目標閉時期（ＩＣＳｔ）に制御されているかを判断している。
　したがって、排気バルブの実開時期（ＥＯＳａ）が排気バルブの目標開時期（ＥＯＳｔ）と一致しない、及び吸気バルブの実閉時期（ＩＣＳａ）が吸気バルブの目標閉時期（ＩＣＳｔ）と一致しないと判断されるとステップＳ１９に戻って、排気バルブが目標とする開時期（ＥＯＳｔ）で開弁するように調整し、同様に吸気バルブが目標とする閉弁時期（ＩＣＳｔ）で閉弁するように調整する。この制御は周知の開時期及び閉時期のフィードバック制御で実行できる。
　一方、排気バルブの実開時期（ＥＯＳａ）が排気バルブの目標開時期（ＥＯＳｔ）と一致した、及び吸気バルブの実閉時期（ＩＣＳa）が吸気バルブの目標閉時期（ＩＣＳｔ）と一致したと判断されるとステップＳ２１に移行する。
　≪ステップＳ２１≫ステップＳ２１では、目標とする排気バルブの開時期（ＥＯＳｔ）と、目標とする吸気バルブの閉時期（ＩＣＳｔ）の状態を維持するように、排気ＶＴＣと吸気ＶＴＣに設けられた電動機に保持電流を流して自動始動に備えるようにする。尚、逆効率特性が高い排気ＶＴＣと吸気ＶＴＣを使用すれば、保持電流を停止することも可能である。
　このような制御や設定によれば、初爆気筒の初期ピストン位置が機関停止中に変化するのを抑制でき、次回始動時において、初爆気筒のガス圧力（燃焼エネルギー）をピストンに安定的に有効に与えることができ、良好な始動性を得ることができるものである。
　次に、内燃機関の自動始動時の制御フローチャートについて説明するが、この制御フローもコントローラ２２を構成するマイクロコンピュータによって実行されるものである。尚、本制御フローは上述した図８に示した自動停止時の制御に加えて実行しても良いし、本制御フロー単独で実行しても良いものである。
　以下の説明では、自動停止時と異なり自動始動時であるので、クランク角、排気バルブや吸気バルブの開閉時期を表す記号に「´」を付加して区別している。
　≪ステップＳ３０≫ステップＳ３０では、以下に述べる各制御ステップを実行するために必要なパラメータ（機関温度を含む）を機関運転状態として読み込むものである。パラメータは各センサから検出されており、マイクロコンピュータで処理できる物理量に変換、演算される。ステップＳ３０でパラメータの検出が終了するとステップＳ３１に移行する。
　≪ステップＳ３１≫ステップＳ３１では始動条件かどうかが判断される。始動条件が成立しないとリターンに抜けて次の起動タイミングを待つことになる。一方、始動条件が成立するとステップＳ３２に移行する。
　≪ステップＳ３２≫ステップＳ３２では自動始動条件かどうかが判断される。アイドルストップで停止した状態では、例えばブレーキペダル情報、アクセルペダル情報、変速機の変速位置情報等を検出することによって自動始動かどうかが判断できる。もちろん、これ以外の情報を用いて判断することも可能である。尚、例えば、機関温度が所定温度以下であれば、内燃機機関の機構系のフリクションが大きいので自立燃焼による始動は困難として、通常のスタータモータのような外部駆動モータによる始動が行われる。したがって、自動始動が困難と判断されればステップＳ３３に移行し、自動始動が可能と判断されればステップＳ３８に移行する。
　≪ステップＳ３３≫、≪ステップＳ３４≫、≪ステップＳ３５≫、≪ステップＳ３６≫、≪ステップＳ３７≫ステップＳ３２で自動始動条件でないと判断されると、通常始動であると見做して、ステップＳ３３～ステップＳ３７の処理を実行する。尚、通常始動は本発明の趣旨ではないので簡単にまとめて説明する。
　ステップＳ３２で自動始動条件でないと判断されると、ステップＳ３３でスタータモータやハイブリッド用のモータによって始動が行なわれる。この場合、初爆気筒が圧縮行程を経た後に燃焼行程が実施される通常燃焼であるため、ステップＳ３４で排気ＶＴＣに通常時の目標排気バルブ開時期（ＥＯＥ）、吸気ＶＴＣに通常時の目標吸気弁閉時期（ＩＣＥ）の制御信号を出力する。更に、ステップＳ３５で、気筒毎に順次燃料噴射信号と点火信号を出力して始動を開始する。始動が完了するとステップＳ３５、ステップＳ３６で機関温度を検出して、その上昇度合いを監視してリターンに抜ける。
　≪ステップＳ３８≫ステップＳ３２で、自立始動条件と判断されると、ステップＳ３８の処理が実行される。ステップＳ３８では、クランク角センサによって、初爆気筒の現在の停止クランク角である実初期クランク角（θＰ´ｉａ＝実位置）を検出する。この実初期クランク角から初期開時期情報を求める。
　≪ステップＳ３９≫ステップ３９では、ステップＳ３８で検出した実際の実初期クランク角（θＰ´ｉａ）が許容範囲に収まっているかどうかが判断される。ここで、許容範囲は図７に示している初期クランク角であり、初期クランク角（θＰ´ｉ１＝７０°）～初期クランク角（θＰ´ｉ３＝１１０°）に決められている。
　そして、実初期クランク角（θＰ´ｉａ）が許容範囲に収まっていると判断されるとステップＳ４０に移行し、実初期クランク角（θＰ´ｉａ）が許容範囲に収まっていないと判断されると、自立燃焼が困難と見做されるのでステップＳ３３に移行して通常始動が実行される。ここで、図８の自動停止制御を行っていた場合は、この許容範囲内に入っている可能性が極めて高いものである。
　≪ステップＳ４０≫ステップＳ４０では、ステップＳ３９で実初期クランク角（θＰ´ｉａ）が許容範囲に収まっていると判断されているので、実初期クランク角（θＰ´ｉａ）に対応した排気バルブの目標とする目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）を演算して求める。目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）は、筒内燃焼室が大気圧となるクランク角（θＰ´ａ）であるので、目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）の演算は上述したような演算を実行して求めることができる。尚、この場合も大気圧となるクランク角（θＰ´ａ）は演算により求めるのではなく、マップをコントローラ２２に記憶させて、実際の制御でこのマップを参照することもできる。
　その結果、例えば、実初期クランク角（θＰ´ｉａ）が圧縮上死点（ＴＤＣ）後の約９０°付近であれば、排気バルブの目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）は、図７に示す下死点（ＢＤＣ）付近である開時期（ＥＯＳ２）が選ばれる。また、実初期クランク角（θＰ´ｉａ）が圧縮上死点（ＴＤＣ）後の約７０°付近であれば、排気バルブの目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）は、図７に示す下死点（ＢＤＣ）より進角された開時期（ＥＯＳ１）が選ばれる。更に、実初期クランク角（θＰ´ｉａ）が圧縮上死点（ＴＤＣ）後の１１０°付近であれば、排気バルブの目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）は、図７に示す下死点（ＢＤＣ）付近である開時期（ＥＯＳ３）が選ばれる。ここで、このＥＯＳ３は下死点付近なので、結果として前述のＥＯＳ２とほぼ同時期となっているのである。
　尚、排気バルブの目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）を始動時の機関温度に応じて補正することも可能である。例えば、機関温度が低いほど自立燃焼での燃焼が悪化する恐れがあるため、燃焼ガスが膨張して大気圧に至るまでのクランク角度期間が減少するようになり、その分だけ目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）を進角しても良いものである。目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）が求まるとステップＳ４１に移行する。
　≪ステップＳ４１≫ステップＳ４１では、ステップＳ４０で求めた目標とする開時期（ＥＯＳ´ｔ）を制御信号として排気ＶＴＣに与え、排気ＶＴＣによって排気バルブが目標とする開時期（ＥＯＳ´ｔ）で開弁するように調整する。同様に、吸気ＶＴＣに目標とする吸気バルブの閉時期（ＩＣＳ´ｔ）を制御信号として与え、吸気ＶＴＣによって吸気バルブが目標とする閉弁時期（ＩＣＳ´ｔ）で閉弁するように調整する。ここで、吸気バルブの目標とする閉弁時期（ＩＣＳ´ｔ）は、図８の制御と同様に通常状態より遅く設定されており、吸気バルブの遅閉じによるデコンプ機能によって始動性を改善している。これらの処理が終了するとステップＳ４２に移行する。
　≪ステップＳ４２≫ステップＳ４１では排気バルブの目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）、及び吸気バルブの目標閉時期（ＩＣＳ´ｔ）になるように排気ＶＴＣと吸気ＶＴＣを制御しており、この制御の結果として、排気バルブの実際の開時期（ＥＯＳ´a）と吸気バルブの実際の閉時期（ＩＣＳ´a）が決まるものである。
　そして、ステップＳ４２では、ステップＳ４１で実行した、排気バルブの目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）で開弁するように調整した結果の実際の実開時期（ＥＯＳ´a）と、吸気バルブの目標閉開時期（ＩＣＳ´ｔ）で閉弁するように調整した結果の実際の実開時期（ＩＣＳ´a）とを検出し、排気バルブの実開時期（ＥＯＳ´a）が目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）に制御されているか、及び吸気バルブの実閉時期（ＩＣＳ´a）が目標閉時期（ＩＣＳ´ｔ）に制御されているかを判断している。
　したがって、排気バルブの実開時期（ＥＯＳ´a）が排気バルブの目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）と一致しない、及び吸気バルブの実閉時期（ＩＣＳ´a）が吸気バルブの目標閉時期（ＩＣＳ´ｔ）と一致しないと判断されるとステップＳ４１に戻って、排気バルブの目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）で開弁するように調整し、同様に吸気バルブの目標閉弁時期（ＩＣＳ´ｔ）で閉弁するように調整する。この制御は周知の開時期及び閉時期のフィードバック制御で実行できる。
　一方、排気バルブの実開時期（ＥＯＳa´排気バルブの目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）と一致した、及び吸気バルブの実閉時期（ＩＣＳ´a）が吸気バルブの目標閉時期（ＩＣＳ´ｔ）と一致したと判断されるとステップＳ４３に移行する。
　≪ステップＳ４３≫ステップＳ４３では、初爆気筒である膨張行程気筒に燃料噴射弁から燃料を噴射し、その後の所定の霧化時間の経過後に点火プラグで点火することで、外部駆動モ－タに頼らない、いわゆる自立燃焼による始動に移行する。
　図１０には、暖機完了後の初爆気筒の膨張行程でピストンが停止している時の初期クランク角（θＰ´ｉ）と、これに対応して制御される排気バルブの目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）との関係を示している。尚、図８の制御でも同様である。
　上述したように、初期クランク角（θＰ´ｉ）が、例えば、上死点（ＴＤＣ）側のθＰ´ｉ＝７０°の場合は、図７にあるように目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）は上死点（ＴＤＣ）側の目標開時期(ＥＯＳ１)に制御される。また、初期クランク角（θＰ´ｉ）が、例えば、上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）の中間のθＰ´ｉ＝９０°の場合は、図７にあるように目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）は、目標開時期(ＥＯＳ１)より遅角した下死点（ＢＤＣ）付近の目標開時期(ＥＯＳ２)に制御される。
　更に、初期クランク角（θＰ´ｉ）が、例えば、下死点（ＢＤＣ）側のθＰ´ｉ＝１１０°の場合は、図７にあるように目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）は、目標開時期(ＥＯＳ１)より遅角した下死点（ＢＤＣ）付近の目標開時期(ＥＯＳ３)に制御される。これは、上述したように、ピストンが下死点（ＢＤＣ）付近になっても筒内燃焼室のガス圧力が大気圧より大きく、目標開時期（ＥＯＳ´ｔ）を下死点（ＢＤＣ）付近の目標開時期(ＥＯＳ３)を越えてさらに遅角しても、かえってピストンの動きを止めようとする現象を回避するためである。
　このように、クランク角停止位置制御により、初期クランク角（θＰ´ｉ）を許容範囲（θＰｉ１～θＰｉ３）に収め、且つ初期クランク角（θＰ´ｉ）に対応して排気バルブの開時期（ＥＯＳ）の制御を行うことで、「外部駆動モ－タに頼らない」自立燃焼による始動を実現できるようになる。ここで、「外部駆動モ－タに頼らない」とは、全く外部駆動モ－タの力を借りない自立燃焼による始動であっても良いし、自立燃焼と外部駆動モ－タを併用する始動であっても良いものである。
　前者の場合は、迅速で騒音が少ない始動ができ、また外部駆動モ－タのトルクを利用しないので、外部駆動モ－タの耐久性を向上することができる。また、ハイブリッド車のような車両においては、始動のために保持しておく駆動モ－タ余裕トルクが不要となるため、走行に使える駆動モ－タトルクを高められるので、エンジン燃焼によらず駆動モ－タで走行できる運転領域を拡大して実用上の燃費を向上することができる。また、後者の場合は、外部駆動モ－タのトルクを部分的に使用することで、自立燃焼の安定性が確保できない場合に、始動の不安定性が発生するのを抑制して安定した始動性を確保できる。
　一方、初期クランク角（θＰ´ｉ）が許容範囲（θＰ´ｉ１～θＰ´ｉ３）から外れた場合には、自立燃焼による確実な始動は困難と見做して外部駆動モータを使用した通常燃焼による始動を行うようにしている。この場合、排気バルブの開時期は通常始動時の開時期（ＥＯＥ）とされている。更に、冷機始動の場合は内燃機関のフリクションが大きいので、初期クランク角（θＰ´ｉ）によらず、外部駆動モータを使用した始動を行うようにしている。
　再び、ステップＳ４３に戻って、自立燃焼でクランクシャフトが回転して、初爆気筒が下死点を越えると、後続気筒（図４～６での＃１気筒）は圧縮上死点（ＴＤＣ）を越える。ここで、吸気バルブの閉時期（ＩＣＳ）は極めて遅くなっているため、吸気バルブの遅閉じによるデコンプ機能によって容易に圧縮上死点（ＴＤＣ）越えができる。
　そして、その過程で初爆気筒の後続燃焼では圧縮動作を行ない、圧縮された混合気に点火プラグによって点火され燃焼によって膨張行程に移るが、この場合は、自立燃焼（＝圧縮動作が行われない状態からの始動）ではなくなっている。したがって、通常始動時の排気バルブの開時期（ＥＯＥ）、及び吸気バルブの閉時期（ＩＣＥ）に変更する方が好ましいので、次のステップでバルブタイミングの変更を実行する。このステップＳ４３が終了するとステップＳ４４に移行する。
　≪ステップＳ４４≫　ステップＳ４４では、クランクシャフトが回転を開始して所定角度だけ回転したかどうかを判断する。所定角度だけ回転していないと判断されると再びステップＳ４３に戻って同じ処理を実行する。ここで、この所定角度というのは、初爆気筒（図４～６での＃２気筒）の排気バルブの開時期（ＥＯＳ）を迎える回転角度を越えた値に設定とすれば良い。したがって、所定角度はある程度大きくする必要がある。
　ここで、気筒数が少ない場合は気筒間燃焼インターバルが長いので、比較的大きな所定角度とし、気筒数が多いと燃焼インターバルが短くなるので、比較的小さな所定角度とすれば良い。このステップＳ４４で所定角度だけ回転したと判断されるとステップＳ４５に移行する。
　≪ステップＳ４５≫ステップＳ４５では、通常始動時の目標開時期（ＥＯＥ）を制御信号として排気ＶＴＣに与え、排気ＶＴＣによって排気バルブが目標開時期（ＥＯＥ）で開弁するように調整する。同様に、吸気ＶＴＣに目標とする吸気バルブの目標閉時期（ＩＣＥ）を制御信号として与え、吸気ＶＴＣによって吸気バルブが目標閉弁時期（ＩＣＥ）で閉弁するように調整する。
　ステップＳ４４でクランクシャフトが所定角度だけ回転したと判断されると、ステップＳ４３で説明したように、通常始動時の排気バルブの開時期（ＥＯＥ）、及び吸気バルブの閉時期（ＩＣＥ）に変更する方が好ましい。つまり、自立燃焼した後に、クランクシャフトの２回転程度で再び初爆気筒（図４～６での＃２気筒）が、今度は２サイクル目として通常燃焼（自立燃焼ではない）を行うことになるので、その場合は図１１に示す通常の吸排気バルブのバルブタイミングに変換されているのが好ましい。
　例えば、初爆気筒が図５に示す状態で自立燃焼を行った場合、次の２サイクル目の燃焼は圧縮動作を伴う通常燃焼であるため、点火タイミングが図５の状態に比べて進角側の通常始動時の正規のタイミングに設定される。したがって、図１１に示すように排気バルブの開時期は、自立燃焼時の排気バルブの開時期（ＥＯＳ）から通常燃焼での排気バルブの開時期（ＥＯＥ）まで進角される。この排気バルブの開時期（ＥＯＥ）は下死点（ＢＤＣ）より進角側であり、排気ＶＴＣに進角付勢スプリングが備えられている場合は、進角動作が迅速に行われる。そして、自立燃焼に比べて早めに排出された排気ガスにより、排気温度を高めて後流の触媒の暖機を促進することができる。
　一方、吸気バルブの閉時期は、自立燃焼時の吸気バルブの閉時期（ＩＣＳ）から通常燃焼での吸気バルブの閉時期（ＩＣＥ）まで進角される。ここで、吸気ＶＴＣに進角付勢スプリングが備えられている場合は、進角動作が迅速に行われる。これによって、充填効率（トルク）を高めて、後続燃焼での回転上昇を促進することができる。また、いわゆるバルブオーバーラップが拡大され、排気行程末期に排気ポ－ト側に排出されていた高濃度の排気有害成分（ＨＣやＣＯ等）を含む排気ガスを吸気系に部分的に戻すことができる。そして、その高濃度の排気有害成分が次の燃焼サイクルで再燃焼されることで、結果として内燃機関から排出される排気有害成分を低減することができる。
　排気ＶＴＣによって排気バルブが目標開時期（ＥＯＥ）に調整され、同様に、吸気ＶＴＣによって吸気バルブが目標閉弁時期（ＩＣＥ）に調整されると、ステップＳ４６に移行する。
　≪ステップＳ４６≫　ステップＳ４６では、後続の燃焼気筒に燃料噴射弁から燃料を噴射し、その後の所定の点火タイミングで点火プラグによって点火することで、通常の点火燃焼を実行する。このように、後続の燃焼気筒でのトルクを高めて回転上昇を促し、更に内燃機関の排気有害成分の低減と触媒の活性化（暖機）の促進により、排気有害成分を大幅に低減すると共に、迅速な始動性を得ることができるようになる。
　以上の通り、本実施形態によれば、始動開始時に膨張行程にある最初に燃焼を行う初爆気筒の燃焼後におとずれる最初の排気バルブの開時期を、少なくとも、始動開始時または前回の機関停止時における初爆気筒の初期ピストン位置情報に基づき調整することによって、初爆気筒の初期ピストン位置がばらついた場合であっても、初爆気筒のガス圧力（燃焼エネルギー）をピストンに有効に与えることができ、結果的に良好な始動性を得ることができるようになる。
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、上述の第１の実施形態に対して、排気バルブにバルブ作動角とリフトを連続的に調整可能な排気ＶＥＬを併設した点で異なっているものである。尚、排気ＶＥＬは先に述べた通り、例えば特開２０１２－３６８６４号公報等に記載されたものと同様の構成である。
　図１２は、排気バルブのバルブ作動角とリフトの変化を示しており、最小作動角Ｄ１及び最少リフトＬ１の特性が、第１の実施形態の一定作動角と一定リフトと等価となっている。この図からわかるように、最小リフトＬ１～最大リフトＬ４に対応して作動角Ｄ１～Ｄ４まで拡大しており、排気ＶＥＬはリフトが大きくなるにつれて作動角も大きくなる機構である。
　尚、本実施形態の排気ＶＥＬには、大作動角（大リフト）側、すなわち排気バルブの開時期を進角する方向に付勢する付勢スプリングが設けられている。排気バルブはバルブスプリングのスプリング反力により、排気バルブの開時期が最遅角となる最小作動角に安定する傾向にある。このため、排気ＶＥＬにおいては排気バルブの開時期を最進角側へ移動させる変換応答性が悪化する傾向にある。これに対して、付勢スプリングを設けることによって、排気バルブの開時期を最進角側へ移動させる変換応答性を改善できるようにしている。
　図１３、図１４、図１５には、排気ＶＥＬを使用した、内燃機関の自動始動時、或いは前回の自動停止時の初期ピストン位置とバルブタイミングの関係を示している。具体的には、自動始動時、或いは前回の自動停止時の初期ピストン位置に対応する初期クランク角（θＰｉ）と、排気バルブの開時期（ＥＯＳ）の関係を示している。
　図１３は最小作動角Ｄ１及び最少リフトＬ１の特性とした場合であり、第１の実施形態の作動角とリフトと等価の状態である。したがって、図１３の特性は図５の特性と同一である。初期クランク角（θＰｉ２）が上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）の中間の約９０°の位置にあれば、排気バルブの開時期は下死点（ＢＤＣ）付近の開時期（ＥＯＳ２）まで遅角される。
　この場合、最遅角位置である。また、排気バルブの閉時期（ＥＣＳ２）は吸気バルブの開時期（ＩＯＳ）とほぼ同じであり、バルブオーバーラップもほぼ「０」となっている。従って、図５に示す第１の実施形態と同様に、燃焼によるガス圧力を有効にピストン仕事に変換できるものである。
　次に、図１４は中作動角Ｄ２及び中リフトＬ２の特性とした場合であり、排気バルブの作動角が中作動角Ｄ２まで拡大して開時期が進角している。したがって、初期クランク角（θＰｉ１）が上死点（ＴＤＣ）側の例えば約７０°の位置にあれば、排気バルブの開時期は下死点（ＢＤＣ）前の開時期（ＥＯＳ１）まで進角される。したがって、この場合も第１の実施形態と同様に、燃焼によるガス圧力を有効にピストン仕事に変換できるものである。
　一方、排気バルブの閉時期（ＥＣＳ´１）は第１の実施形態の図４に示す排気バルブの閉時期（ＥＣＳ１）より大きく遅角しており、図１３に示す排気バルブの閉時期（ＥＣＳ２）とほぼ同程度に維持されて、その結果バルブオーバーラップもほぼ「０」に維持されている。したがって、初期クランク角が、初期クランク角（θＰｉ１）、或いは初期クランク角（θＰｉ２）と違っていても、排気バルブの閉時期（ＥＣＳ´１）と、排気バルブの閉時期（ＥＣＳ２）がほぼ変わらず、バルブオーバーラップがほぼ「０」、或いはバルブオーバーラップの変動が抑制されているので、回転立ち上がり特性を良くできるという優れた効果が得られる。
　つまり、図４の場合において、初期クランク角（θＰｉ１）では排気バルブの閉時期（ＥＣＳ１）が進角側にあるため、大きなマイナスオーバーラップが形成されてしまい、後続気筒において、上死点（ＴＤＣ）から吸気バルブが開く開時期（ＩＯＳ）までの間（いわゆる、マイナスオーバーラップ区間）で、筒内に負の圧力が発生し、そのポンプ損失により、回転上昇が阻害されてしまい、その分だけ始動時における回転立ち上がりが阻害されてしまうことがある。これに対して、図１４の場合においては、マイナスオーバーラップが殆どないので、ホンプ損失を抑制し、回転立ち上がり特性を良くできる効果があるものである。
　また、排気バルブの閉時期（ＥＣＳ´１）と、排気バルブの閉時期（ＥＣＳ２）が変わらない、或いは変動が抑制されているので、内部ＥＧＲ量を安定化できる効果がある。すなわち、排気行程においては、ピストンの上昇に対応して排気上死点（ＴＤＣ）前に排気バルブが開き、ピストンが排気上死点（ＴＤＣ）を越えてその後ピストンが下降していき、排気バルブが閉じるように動作する。
　そして、排気バルブの閉時期（ＥＣＳ´１）と、排気バルブの閉時期（ＥＣＳ２）が変わらない、或いは変動が抑制されているので、上死点（ＴＤＣ）からピストンが下降していき、排気バルブが閉じるまでに筒内に吸い込む内部ＥＧＲ（排気ガス）の量は安定しており、後続燃焼時の通常の排気バルブの開時期（ＥＯＥ）と、通常の吸気バルブの閉時期（ＩＣＥ）への過渡時の変更過程での燃焼が安定化するようになる。
　尚、排気バルブの開時期（ＥＯＳ）は排気バルブのバルブスプリング反力により遅角側で安定化する傾向にあり、このため進角方向の応答性が悪化しがちであった。しかしながら、本実施形態では排気ＶＥＬの付勢スプリングと排気ＶＴＣの付勢スプリングにより、排気バルブの開時期（ＥＯＳ）を進角方向に付勢しているため、進角方向の応答性の悪化を改善できるようになっている。
　したがって、図１３にある初期クランク角（θＰｉ２）に対応する始動初期の排気バルブの開時期（ＥＯＳ２）から、図１１に示すような後続燃焼用の排気バルブの開時期（ＥＯＥ）に変更する時の応答性を高めることができる。
　次に、図１５は最大作動角Ｄ４及び最大リフトＬ４の特性とした場合であり、排気バルブの作動角が最大作動角Ｄ４まで拡大して開時期が進角している。したがって、初期クランク角（θＰｉ０）が上死点（ＴＤＣ）側の例えば約５０°の位置にあれば、排気バルブの開時期は上死点（ＴＤＣ）側の開時期（ＥＯＳ０）まで進角される。
　初期クランク角（θＰｉ０）が、上死点（ＴＤＣ）側の例えば約５０°の位置にあれば、ピストン停止位置がシリンダボアに対して位置的に高くなり、膨張気筒の燃焼室容積が減少して混合気の量も相対的に減少する。そして、筒内圧の特性は、図７の特性ｐ１を上死点（ＴＤＣ）側に２０°だけ立ち上がりがずれた特性となる。
　このため、自立燃焼しても燃焼エネルギー自体が小さく、比較的短期間（クランク角）で再び大気圧付近まで圧力が低下するので、排気バルブの開時期も更に進角側の開時期（ＥＯＳ０）とする必要がある。
　したがって、排気ＶＥＬによって作動角を拡大して、図１３の排気バルブの閉時期（ＥＣＳ２）及び図１４の排気バルブの閉時期（ＥＣＳ´１）と同様の排気バルブの閉時期（ＥＣＳ０）とし、更にバルブオーバーラップをほぼ「０」付近に維持するように制御する。
　このような排気ＶＥＬの制御によって、ポンプ損失の低減による回転上昇特性の改善、自立燃焼から通常燃焼に移行する過渡時のバルブタイミングの変更過程での燃焼が安定化するので、例えば、初期クランク角（θＰｉ０）が、上死点（ＴＤＣ）側の約５０°の位置であっても、自立燃焼による自立始動を行なうことができるようになる。本実施形態のように排気ＶＥＬを使用することによって自力燃焼による始動ができる領域を第１の実施形態に比べて広げることができる。
　以上に説明した第１及び第２の実施形態では、排気可変動弁の1つの実施形態として、電動式の可変位相機構（ＶＴＣ）を示したが、電動に限らず油圧式でも構わないものである。例えば、非特許文献である「MTZ 07-08 /2013（題名；NEW CAMSHAFT PHASER MODULE FOR AUTOMOBILE ENGINES）」に示すような油圧アキュ－ムレータを用いるものであれば、機関停止や始動初期にバルブタイミングが変更可能なので、本発明を適用することができる。
　また、別の実施例として、排気可変動弁として、可変作動角機構（ＶＥＬ）と可変位相機構（ＶＴＣ）を組み合わせたものを示したが、排気可変動弁として可変作動角機構（ＶＥＬ）のみでも実現は可能である。
　尚、上述した実施形態から把握することができる技術的思想は種々あるが、代表的なものを以下に記載する。
　（１）始動開始時に膨張行程にあって最初に燃焼を行う初爆気筒において、燃焼後に訪れる最初の排気バルブ開時期を、少なくとも始動開始時または前回の停止時における初爆気筒の初期ピストン位置の情報に基づき調整する。これによれば、初爆気筒の初期ピストン位置に基づき、排気バルブ開時期を調整することにより、初爆気筒における燃焼エネルギーをピストンに有効に作用させて良好な始動性を実現できる。
　（２）内燃機関の停止時に初期ピストン位置を検出すると共に、初期ピストン位置の情報に基づき、機関停止時に排気バルブ開時期を所定位置に設定する。これによれば、前回の機関停止直後の初期ピストン位置に基づき予め所望の排気バルブ開時期に調整されるので、次回の自動始動の際に、最初から初爆気筒における燃焼エネルギーをピストンに有効に作用させて良好な始動性を実現できる。
　（３）機関始動時に初期ピストン位置を検出すると共に、初期ピストン位置の情報に基づき、排気バルブ開時期を調整する。これによれば、機関始動時の最新の初期ピストン位置情報に基づき、始動時に所望の排気バルブの開時期に調整されるので、初爆気筒における燃焼エネルギーをピストンに有効に高精度に作用させて良好な始動性を実現できる。また、初期ピストン位置情報に加え、機関温度なども考慮して所望の排気バルブの開時期を補正する場合に、最新情報に基づくのでその補正精度を高くすることができる。
　（４）初期ピストン位置が上死点（ＴＤＣ）に近い程、排気バルブ開時期を進角変換する。つまり、初期ピストン位置が上死点（ＴＤＣ）に近い程、膨張行程後半に筒内負圧が早めに発達し易くピストン仕事が抑制されてしまう。これに対し、筒内負圧が発達する前に排気バルブが早めに開かれるので、筒内圧は大気圧付近に維持され、ピストン仕事が筒内負圧により減少されず、燃焼エネルギーをピストンに有効に作用させることができる。
　（５）初期ピストン位置が上死点（ＴＤＣ）から遠ざかる程、排気バルブ開時期を遅角変換する。つまり、初期ピストン位置が上死点（ＴＤＣ）から遠ざかる程、膨張行程後半に筒内負圧が発達する時期が遅れ、筒内燃焼圧が高い正圧に維持され、それが排気バルブが開かれた後に排気ポ－ト側に抜けてしまい、燃焼エネルギーをピストンに有効に作用されなくなる。これに対し、排気バルブ開時期が遅角されるので、正圧の燃焼圧が排気ポ－ト側に抜けにくくなり、燃焼エネルギーをピストンに有効に作用させることができる。
　（６）排気バルブ開時期の遅角変換限界は、下死点（ＢＤＣ）付近である。これによれば、下死点（ＢＤＣ）後も筒内圧が正圧だった場合に、ピストンの上昇作動を抑制する現象を防止でき、円滑な機関作動を実現でき、その分のピストン仕事の減少も防止できる。
　（７）排気バルブの開時期を、始動開始時または前回の機関停止時における初爆気筒の初期ピストン位置の情報に加え、始動時における機関温度情報に基づいて補正する。これによれば、初爆気筒における筒内容積膨張特性が始動時における機関温度により変化することを考慮して、排気バルブの開時期の補正を行えるので、より高精度な始動を実現できる。
　（８）可変動弁装置に、排気バルブ開時期を進角側に付勢する付勢手段を設けた。バルブスプリング反力により、排気バルブ開時期は最遅角付近に安定する傾向があり、始動開始時に排気バルブの開時期の進角変換の応答性が良くない傾向にある。付勢手段により進角側に付勢されるので、始動開始時または前回の機関停止時における進角側への応答性が速くなり、良好な自立始動が遅れ無く実現できる。
　以上の通り、本発明によれば、始動開始時に膨張行程にある最初に燃焼を行う初爆気筒の燃焼後におとずれる最初の排気バルブの開時期を、少なくとも、始動開始時または前回の機関停止時における初爆気筒の初期ピストン位置情報に基づき調整する構成としたものである。
　この構成よれば、初爆気筒の初期ピストン位置が異なった場合であっても、初爆気筒のガス圧力（燃焼エネルギー）をピストンに有効に与えることができ、結果的に良好な始動性を得ることができるものである。
　尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　本願は、２０１６年９月１４日付出願の日本国特許出願第２０１６－１７９１４２号に基づく優先権を主張する。２０１６年９月１４日付出願の日本国特許出願第２０１６－１７９１４２号の明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書を含む全開示内容は、参照により本願に全体として組み込まれる。
　０１…シリンダブロック、０２…シリンダヘッド、０３…ピストン、０４…燃焼室、０５…点火プラグ、０６…コネクチングロッド、０７…クランクシャフト、０８…ピニオンギア機構、０９…駆動モータ、０１２…燃料噴射弁、４…吸気バルブ、５…排気バルブ、１…排気ＶＥＬ、２…排気ＶＴＣ、３…吸気ＶＴＣ、２２…コントローラ。

Claims (17)

  1. 　可変動弁装置であって、
    　該可変動弁装置は、吸気バルブと排気バルブを備える内燃機関に設けられており、
    　前記該可変動弁装置は、排気バルブのバルブタイミングを調整する排気側可変動弁機構と、吸気バルブのバルブタイミングを調整する吸気側可変動弁機構とを備え、
    　前記排気側可変動弁機構は、前記内燃機関の始動時に膨張行程にある気筒に燃料を噴射して最初に燃焼を行う初爆気筒の燃焼後に開弁する前記排気バルブの最初の開時期（以下、初期開時期と表記する）を、少なくとも前記初爆気筒の初期ピストン位置の情報に基づいて調整することを特徴とする可変動弁装置。
  2. 　請求項１に記載の可変動弁装置において、
    　前記排気側可変動弁機構は、前記排気バルブの前記初期開時期を前記内燃機関の筒内燃焼室の筒内圧がほぼ大気圧になる時期に設定することを特徴とする可変動弁装置。
  3. 　請求項２に記載の可変動弁装置において、
    　前記排気側可変動弁機構は、前記内燃機関が停止される時に前記初期ピストン位置を検出すると共に、前記初期ピストン位置の情報に基づき、前記内燃機関の停止時に前記排気バルブの前記初期開時期を調整することを特徴とする可変動弁装置。
  4. 　請求項２に記載の可変動弁装置において、
    　前記排気側可変動弁機構は、前記内燃機関が始動される時に前記初期ピストン位置を検出すると共に、前記初期ピストン位置の情報に基づき、前記内燃機関の始動時に前記排気バルブの前記初期開時期を調整することを特徴とする可変動弁装置。
  5. 　請求項３或いは請求項４に記載の可変動弁装置において、
    　前記排気側可変動弁機構は、前記初期ピストン位置が上死点に近い程、前記排気バルブの前記初期開時期を進角側に調整することを特徴とする可変動弁装置。
  6. 　請求項３或いは請求項４に記載の可変動弁装置において、
    　前記排気側可変動弁機構は、前記初期ピストン位置が上死点から遠ざかる程、前記排気バルブの前記初期開時期を遅角側に調整することを特徴とする可変動弁装置。
  7. 　請求項５或いは請求項６に記載の可変動弁装置において、
    　前記排気側可変動弁機構は、前記排気バルブ開時期の遅角側限界を下死点付近に設定して前記排気バルブの前記初期開時期を調整することを特徴とする可変動弁装置。
  8. 　請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の可変動弁装置において、
    　前記排気側可変動弁機構は、前記初期ピストン位置の情報に基づいて求められた前記排気バルブの前記初期開時期を、前記内燃機関の始動時における機関温度の情報に基づいて補正し、この補正後の前記排気バルブの前記初期開時期に排気バルブを調整することを特徴とする可変動弁装置。
  9. 　請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の可変動弁装置において、
    　前記排気側可変動弁機構は、排気バルブ開時期を進角側に付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする可変動弁装置。
  10. 　可変動弁装置を制御する可変動弁装置のコントローラであって、
    　前記可変動弁装置は、内燃機関の排気バルブのバルブタイミングを調整する排気側可変動弁機構と、内燃機関の吸気バルブのバルブタイミングを調整する吸気側可変動弁機構と、を有しており、
    　前記コントローラは、前記内燃機関の始動時に膨張行程にある気筒に燃料を噴射して最初に燃焼を行う初爆気筒の燃焼後に開弁する前記排気バルブの最初の開時期情報（以下、初期開時期情報と表記する）を、少なくとも前記初爆気筒の初期ピストン位置の情報に基づいて求め、求められた前記排気バルブの前記初期開時期情報を前記排気側可変動弁機構に与え、この前記初期開時期情報に基づいて前記排気バルブの最初の開時期を調整することを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
  11. 　請求項１０に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
    　前記コントローラは、前記排気バルブの前記初期開時期情報を前記内燃機関の筒内燃焼室の筒内圧がほぼ大気圧になる時期に設定することを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
  12. 　請求項１１に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
    　前記コントローラは、前記内燃機関が停止される時に前記初期ピストン位置を検出すると共に、前記初期ピストン位置の情報に基づき、前記内燃機関の停止時に前記排気バルブの前記初期開時期情報を求めることを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
  13. 　請求項１１に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
    　前記コントローラは、前記内燃機関が始動される時に前記初期ピストン位置を検出すると共に、前記初期ピストン位置の情報に基づき、前記内燃機関の始動時に前記排気バルブの前記初期開時期情報を求めることを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
  14. 　請求項１２或いは請求項１３に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
    　前記コントローラは、前記初期ピストン位置が上死点に近い程、前記排気バルブの前記初期開時期情報を進角側に設定することを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
  15. 　請求項１２或いは請求項１３に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
    　前記コントローラは、前記初期ピストン位置が上死点から遠ざかる程、前記排気バルブの前記初期開時期情報を遅角側に設定することを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
  16. 　請求項１４或いは請求項１５に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
    　前記コントローラは、前記排気バルブ開時期の遅角側限界を下死点付近に設定して前記排気バルブの前記初期開時期情報を求めることを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
  17. 　請求項１０乃至請求項１６のいずれか１項に記載の可変動弁装置のコントローラにおいて、
    　前記コントローラは、前記初期ピストン位置の情報に基づいて求められた前記排気バルブの前記初期開時期情報を、前記内燃機関の始動時における機関温度の情報に基づいて補正し、この補正後の前記排気バルブの前記初期開時期情報を前記排気側可変動弁機構に与えて前記排気バルブの最初の開時期を調整することを特徴とする可変動弁装置のコントローラ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6863216B2 (ja) * 2017-10-12 2021-04-21 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP2020041534A (ja) * 2018-09-13 2020-03-19 いすゞ自動車株式会社 内燃機関の可変動弁装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002317740A (ja) * 2001-03-13 2002-10-31 Robert Bosch Gmbh 多気筒直接噴射型内燃機関のスタータ無し始動方法
JP2005337110A (ja) * 2004-05-27 2005-12-08 Denso Corp 内燃機関
JP2008507662A (ja) * 2004-07-30 2008-03-13 ローベルト　ボツシユ　ゲゼルシヤフト　ミツト　ベシユレンクテル　ハフツング 内燃機関の制御装置および制御方法
JP2010031693A (ja) * 2008-07-25 2010-02-12 Toyota Motor Corp 内燃機関の始動制御装置
JP2010144611A (ja) * 2008-12-18 2010-07-01 Mitsubishi Motors Corp 直接始動機能付き内燃機関

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002317740A (ja) * 2001-03-13 2002-10-31 Robert Bosch Gmbh 多気筒直接噴射型内燃機関のスタータ無し始動方法
JP2005337110A (ja) * 2004-05-27 2005-12-08 Denso Corp 内燃機関
JP2008507662A (ja) * 2004-07-30 2008-03-13 ローベルト　ボツシユ　ゲゼルシヤフト　ミツト　ベシユレンクテル　ハフツング 内燃機関の制御装置および制御方法
JP2010031693A (ja) * 2008-07-25 2010-02-12 Toyota Motor Corp 内燃機関の始動制御装置
JP2010144611A (ja) * 2008-12-18 2010-07-01 Mitsubishi Motors Corp 直接始動機能付き内燃機関

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