JP4749988B2 - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents
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Description
機関のクランキング開始前における機関状態に基づき、クランキング開始前に、前記可変機構の目標位置を演算すると共に、該可変機構の実位置を検出し、該実位置が前記目標位置から所定以上乖離している場合のみ、前記可変機構の作動手段に前記目標位置に変換する作動制御信号を出力し、
その後、前記可変機構の電流値がピークタイミングを越えた時点でクランキングを開始させる作動制御信号を出力することを特徴としている。
しかも、前記可変機構の電流値がピークタイミングを越えた時点でクランキングを開始させる作動制御信号を出力するようになっているため、クランキングの際のバッテリーの負荷が小さくなり、良好な始動性を実現できる。
〔第1実施例〕
まず、本発明における内燃機関の基本構造を、図1に基づいて概略を説明すると、シリンダブロックSB内に形成されたシリンダボア内を燃焼圧力などによって上下摺動自在に設けられたピストン01と、シリンダヘッドSHの内部にそれぞれ形成された吸気ポートIP及び排気ポートEPと、該シリンダヘッドSHに摺動自在に設けられて前記吸、排気ポートIP,EPの開口端を開閉する一気筒当たりそれぞれ一対の吸気弁4,4及び排気弁5,5とを備えている。
圧縮比εは、ε=(VO+V)/VO=V/VO+1と表せる。
図6AのεはV1/VO1+1、図6Bの圧縮比εはV2/VO2+1であるが、ここで、V1≒V2でVO1>VO2になるので、圧縮比εはBの方がAよりも大きくなる。
〔第2実施例〕
図10は第2実施例を示し、リフト・作動角可変機構1と位相可変機構2とを組み合わせたものを第1可変機構としたものであって、これと公称圧縮比可変機構である第2可変機構(VCR)3に対する前記コントローラ22による具体的な制御フローチャートを説明する。
〔第3実施例〕
図14は第3実施例を示し、リフト・作動角可変機構(VEL)1と位相可変機構(VTC)2を、吸気弁4,4側ではなく排気弁5,5側に設け、これらによって排気弁5,5の開時期(EVO)を変更し、有効膨張比を変えられるようになっており、これらの可変機構1,2は、第1実施例の図2に示すものと同様の構成になっている。また、この実施例でも、前記第2可変機構3としての公称圧縮比可変機構が設けられており、これは、公称膨張比を変更可能な公称膨張比比可変機構(VCR)でもあって、符号をε’として記載する(ε=ε’)。
〔第4実施例〕
図18は第4実施例におけるコントローラの制御フローチャートを示し、装置は第3実施例の装置ものから排気側のリフト・作動角可変機構を廃止して排気側の位相可変機構2のみとし、この位相可変機構(VTC)2を第2可変機構として構成し、公称膨張比可変機構(VCR)3を第1可変機構として構成した。
〔第5実施例〕
図21は第5実施例を示し、吸気側の有効圧縮比を変化可能なリフト・作動角可変機構(吸気VEL)1と吸気側の位相可変機構(吸気VTC)2a(両方で第1可変機構を構成)とを設けると共に、排気弁5,5の開時期(EVO)を制御して有効膨張比を変化させる位相可変機構2b(排気VTC)(第2可変機構を構成)を設け、前記公称圧縮(膨張)比可変機構を廃止したものである。
〔第6実施例〕
図25は第6実施例を示し、VCRや排気側の可変機構を設けずに、吸気側のVELを第1可変機構1とし、同じく吸気側のVTCを第2可変機構2として構成したもので、機関のクランキング開始前における吸気VTCの状態を含む機関状態に基づいてコントローラ22がクランキング開始前に前記吸気VELの作動を制御する制御信号を出力するようになっている。
〔第7実施例〕
図28は第7実施例を示し、今度は吸気側ではなく排気側を可変制御し、排気VTCを第1可変機構1とし排気VELを第2可変機構2として構成し、クランキング開始前における排気VEL2の状態を含む機関状態に基づきコントローラ22からクランキング開始前に、排気VTC1の作動を制御する作動制御信号を出力するようになっている。
以下、前記各実施形態から導かれる本願請求項1〜3に係る各発明以外の発明について説明する。
第4の発明としては、機関のクランキング開始前における前記第2可変機構の現在の状態と機関温度を含む機関状態に基づき、クランキング前に、コントローラから前記第1可変機構である吸気弁作動特性可変機構の作動を制御する制御信号を出力することを特徴としている。
これによれば、機関温度による実圧縮比要求も加味した上で、第1可変機構(吸気弁作動特性可変機構)により実圧縮比を補正するので、さらに良好な始動性が得られる。
第5の発明は、第4発明を引用したものであって、機関始動前に機関温度が低温の場合に、第2可変機構の公称圧縮比に応じて第1可変機構により吸気弁閉時期(IVC)を制御すると共に、前記公称圧縮比が低いほど、クランキング開始前に、前記第1可変機構によってIVCを下死点付近に近づけるような作動信号をコントローラから作動手段に出力することを特徴としている。
これによれば、冷機時に公称圧縮比が低い場合であっても、第1可変機構(吸気弁作動特性可変機構)により有効圧縮比が高く制御されるので実圧縮比を高められ、その結果、安定的な燃焼が実現でき、よって、始動性能を向上できる。
第6の発明は、第4の発明を引用したものであって、機関始動前に機関温度が高温のときに、第2可変機構の公称圧縮比が高いほど、クランキング前に、IVCを下死点付近から遠ざけるように制御する作動制御信号をコントローラから前記第1可変機構の作動手段に出力することを特徴としている。
これによれば、機関高温時に公称圧縮比が高い場合であっても、第1可変機構により有効圧縮比が低く制御されるので、クランキング1回転目から生じる起動振動やプレイグニッションなどを抑制できる。
第7の発明は、第1発明を引用したもので、前述の始動制御装置において、排気弁の開時期(EVO)を制御するようにしたものである。
つまり、前記第2可変機構を、ピストン膨張行程の下死点における筒内容積とピストン圧縮行程の上死点における筒内容積の比である公称膨張比を調整可能な公称膨張比可変機構によって構成し、第1可変機構を、排気弁の開時期(EVO)を調整することによって有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構によって構成し、機関のクランキング開始前における前記第2可変機構の状態を含む機関状態に基づき、クランキング開始前に、コントローラが前記第1可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
この発明によれば、公称膨張比可変機構がクランキング開始前に不適切な位置にあった場合であっても、第1可変機構によって有効膨張比を変化させて実膨張比を補正するため、クランキング開始時点から良好な始動性が得られる。
第8の発明は、第7の発明を引用したものであって、クランキング開始前における第2可変機構の状態と機関温度を含む機関状態に基づき、クランキング開始前に、コントローラから前記第1可変機構(排気弁作動特性可変機構)の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
この発明によれば、機関温度による実膨張比要求をも加味した上で、第1可変機構によって実膨張比が補正されるため、さらに良好な始動性が得られる。
第9の発明は、第8の発明を引用したものであって、機関温度が低温時の場合な、第2可変機構の公称膨張比が高いほど、クランキング開始前に、コントローラから前記第1可変機構に排気弁開時期(EVO)を下死点より早めに制御するような作動制御信号を出力することを特徴としている。
クランキング前の機関の温度が低温の場合に公称膨張比が大きく排気温度が低下している場合に、第1可変機構によって排気弁開時期(EVO)を早めて実膨張比を低減する、すなわち、燃焼ガスの温度が低下しないよううちに排出させることによって排気温度の上昇を図り、この結果、触媒の昇温が促進され、排気エミッションが低減する。
第10の発明は、第8の発明を引用したものであって、前記第2可変機構の公称膨張比が逆に小さい場合に、クランキング開始前、コントローラから前記第1可変機構に、排気弁開時期(EVO)を下死点側に遅らせて制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
第1可変機構によって減少した膨張仕事を増加させることができるので機関回転が安定する。
第11の発明は、第1発明を引用し、前述の始動制御装置における公称圧縮比または公称膨張比を制御するものであって、
前記第2可変機構を、吸気弁閉時期を調整することによって有効圧縮比を調整可能な吸気弁作動特性制御機構または排気弁開時期を調整することによって有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構によって構成し、前記第1可変機構を、公称圧縮比または公称膨張比を調整可能な公称圧縮比または公称膨張比可変機構とし、クランキング開始前に、コントローラから前記第1可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
この発明によれば、クランキング開始前の第2可変機構の実位置が誤作動によって目標から外れた位置になっている場合であっても、第1可変機構により実圧縮比または実膨張比を補正できるので、最低限の始動性は保証される。
すなわち、例えば第2可変機構として排気弁作動特性可変機構を用い、これによって排気弁開時期(EVO)を早く制御した場合は、膨張行程の期間が短くなることから、機関の有効仕事が減少して機関の回転が不安定になる。そこで、第1可変機構によって公称膨張比を増加させれば、膨張仕事が増加することになって機関回転を安定化させることが可能になる。
また、冷機時に排気弁開時期(EVO)が遅い場合は、膨張期間長いので、排気温度が低く触媒の活性化が遅れて排気エミッションのHCが増加してしまうおそれがある。
そこで、第1可変機構によって公称膨張比を低減化すれば、排温が上昇し、もって排気エミッションのHCなどを低減できる。
第12の発明は、第1の発明を引用したものであって、前記排気弁開時期(EVO)に対する吸気弁閉時期(IVC)制御またはIVCに対するEVO制御を前述の始動制御装置によって行うものである。
すなわち、前記第2可変機構を、排気弁開時期(EVO)を調整することによって有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構あるいは吸気弁閉時期(IVC)を調整することによって有効圧縮比を調整可能な吸気弁作動特性可変機構の一方とし、前記第1可変機構を、排気弁開時期(EVO)を調整することによって有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構あるいは吸気弁閉時期(IVC)を調整することによって有効圧縮比を調整可能な吸気弁作動特性可変機構の他方とし、機関のクランキング開始前における前記第2可変機構の状態を含む機関状態に基づきクランキング開始前に、コントローラから前記第1可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
これによれば、前述のような、公称圧縮比(公称膨張比)可変機構を用いることによる弊害、すなわち、公称圧縮比と公称膨張比が常に同一変化することによる弊害を回避できる。例えば、冷機始動時に燃焼を良くしようとして公称圧縮比を高めると、公称膨張比が増加して排気温度が低下してしまい排気エミッション性能が悪化してしまう。
これに対して、有効圧縮比を制御できる機構と有効膨張比を制御できる機構を別個に設け、かつ一方の実位置に基づいて他方をクランキング開始前から制御するので、前記弊害を回避しつつ始動性を高められる。
第13の発明は、第12の発明を引用したものであって、第2可変機構を、排気弁開時期(EVO)を調整することによって有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構とし、第1可変機構を、吸気弁閉時期(IVC)を調整することによって有効圧縮比を調整可能な吸気弁作動特性可変機構として構成し、クランキング開始前における前記第2可変機構の状態を含む機関状態に基づきコントローラからクランキング開始前に、前記第1可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
これによれば、例えば冷機始動時に、第2可変機構により排気弁開時期(EVO)が下死点に対して過度に早かった場合には、実膨張比が低下して排気温度が上昇し排気エミッションのHCが低減するが、駆動仕事が低下して機関回転が不安定になるおそれがある。そこで、排気弁開時期(EVO)に応じて第1可変機構の吸気弁閉時期(IVC)を下死点側に近づければ、実圧縮比高まるため、燃焼が改善され、結果として機関の安定性と排気エミッションのHC低減化が図れる。
あるいは、機関始動前の冷機時に、第2可変機構によってEVOが下死点付近になっていた場合には、排気温度が低下してしまい、排気エミッションが悪化してしまう。そこで、IVCを下死点から離間させると有効圧縮比が低下して燃焼速度が緩慢になって燃焼が遅れ、EVO時点での排気温度についていえば、逆に高めることが可能になり、もって排気エミッションのHCを低減できる。
第14の発明は、第1の発明を引用したものであって、第2可変機構のIVCまたはEVOに対し第1可変機構のそれぞれのIVCまたはEVOを、前述の始動制御装置によって制御するものである。
例えば第2可変機構を、吸気弁閉時期(IVC)を調整することで、有効圧縮比を調整可能な吸気弁作動特性可変機構とし、第1可変機構によって吸気弁閉時期(IVC)を調整することで、有効圧縮比を調整可能な別の吸気弁作動特性可変機構とし、クランキング開始前における前記第2可変機構の状態を含む機関状態に基づいてコントローラからクランキング開始前に、前記第1可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
この発明によれば、第2可変機構の位置が目標から外れている場合でも、吸気弁閉時期(IVC)を第1可変機構によって補正することができるので、始動に適切な吸気弁閉時期(IVC)にすることができ、もって良好な始動性を実現できる。
第15の発明は、第1の発明を引用したものであって、同様に第2可変機構を、排気弁開時期(EVO)を調整することで有効膨張比を調整可能な排気弁作動特性可変機構として構成し、前記第1可変機構を、排気弁開時期(EVO)を調整することによって有効膨張比を調整可能な別の排気弁作動特性可変機構として構成し、クランキング開始前における前記第2可変機構の状態を含む機関状態に基づいてコントローラからクランキング開始前に、前記第1可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
この発明によれば、クランキング開始前の第2可変機構の位置が目標から外れている場合であっても、排気弁開時期(EVO)を第1可変機構によって補正することができるので、始動に適切な排気弁開時期(EVO)にすることが可能になり、よって、良好な始動性を実現できる。
第16の発明は、第1の発明を引用したものであって、第2可変機構を機関停止前に制御するものである。
すなわち、第2可変機構を機関停止前に始動に適した位置へ作動させるため制御信号をコントローラから出力すると共に、クランキング開始前における前記第2可変機構の状態を含む機関の状態に基づき前記コントローラからクランキング開始前に、前記第1可変機構の作動を制御する作動制御信号を出力することを特徴としている。
この発明によれば、前記第2可変機構を機関停止前に始動に適した位置へ切り換える制御信号を発すると共に、クランキング開始前に第1可変機構によって補正されるため、確実に良好な始動性を実現できる。
02…クランクシャフト
07…スタータモータ
1…リフト・作動角可変機構(第1可変機構)
2…位相可変機構
3…公称圧縮比可変機構(第2可変機構)
4…吸気弁
6…駆動軸
20…電動モータ
22…コントローラ
27…クランク角センサ
28…駆動軸角センサ
29…制御軸角センサ
Claims (3)
- 気筒内の圧縮比または膨張比を制御する可変機構を備え、
機関のクランキング開始前における機関状態に基づき、クランキング開始前に、前記可変機構の目標位置を演算すると共に、該可変機構の実位置を検出し、該実位置が前記目標位置から所定以上乖離している場合のみ、前記可変機構の作動手段に前記目標位置に変換する作動制御信号を出力し、
その後、前記可変機構の電流値がピークタイミングを越えた時点でクランキングを開始させる作動制御信号を出力することを特徴とする内燃機関の始動制御装置。 - 前記請求項1に記載の内燃機関の始動制御装置において、
前記可変機構を、ピストンの有効ストロークを変化させて圧縮比または膨張比を制御する機構として構成したことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。 - 前記請求項1に記載の内燃機関の始動制御装置において、
前記可変機構を、吸気弁の閉時期を変更して有効圧縮比を変化させる吸気弁閉時期可変機構として構成したことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
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