JP2002266670A - 車両用内燃機関の始動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関の始動性を悪化させることなく発電電
動機の体格低減が可能な車両用内燃機関の始動方法を提
供すること。 【解決手段】車両用内燃機関１の停止に際して、スロッ
トル弁及びアイドルスピードコントロ−ルバルブ６を次
の始動動作開始後の所定時点まで全閉するとともに、ス
ロットル弁５及びアイドルスピードコントロ−ルバルブ
６の全閉完了後の所定時間経過後から内燃機関１の停止
までの期間中の所定時点を起点として、少なくとも次の
始動動作開始時点まで各気筒の吸排気弁２１、２２の一
方もしくは両方をを全閉状態とするので、内燃機関再始
動時のポンピング損失を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用内燃機関の
始動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両用内燃機関にスタータとオル
タネータを個別に設ける代わりに発電電動機を連結し、
この発電電動機により、エンジン始動、回生制動、発
電、トルクアシストなどを行って、燃費改善を図ること
が試みられており、更には車両走行トルクの一定割合以
上又は全てをこの発電電動機の発電電力で賄うハイブリ
ッド車も提案乃至実用化されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、内燃機
関が低速回転である場合にのみ内燃機関に連結されるた
め高減速比を採用でき、かつ、内燃機関始動後ただちに
休止するスタータモータに比較して、上記した発電電動
機は内燃機関に常時連結され、内燃機関始動後も発電そ
の他の動作を行う必要がある上、内燃機関の高回転時に
も連結状態となるためスタータモータのようにモータト
ルクをギヤ比で増倍することができず、どうしても、僅
かの期間しか利用しない内燃機関始動トルク値により発
電電動機の体格が決定されてしまい、内燃機関始動後の
発電電動機の使用効率が低下し、大トルクの発電電動機
が車両重量や体積をいたずらに増大させるという問題が
あった。

【０００４】また、発電電動機のトルクを減らすと、た
とえば寒冷始動時などにおいて、エンジン始動に失敗す
る可能性が生じてしまう。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、内燃機関の始動性を悪化させることなく発電電動
機の体格低減が可能な車両用内燃機関の始動方法を提供
することを、その目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の車両用内
燃機関の始動方法は、電子スロットル弁及びアイドルス
ピードコントロ−ルバルブを有する車両用内燃機関を発
電電動機で始動する車両用内燃機関の始動方法におい
て、前記車両用内燃機関の停止に際して、前記電子スロ
ットル弁及びアイドルスピードコントロ−ルバルブを次
の始動動作開始後の所定時点まで全閉するとともに、前
記電子スロットル弁及びアイドルスピードコントロ−ル
バルブの全閉完了後の所定時間経過後から前記内燃機関
の停止までの期間中の所定時点を起点として少なくとも
次の始動動作開始時点まで、前記車両用内燃機関の各気
筒の吸排気弁の一方もしくは両方を全閉状態とすること
を特徴としている。

【０００７】すなわち、本構成によれば、車載の内燃機
関制御装置に停止指令が入力された場合に、電子スロッ
トル弁及びアイドルスピードコントロ−ルバルブを全閉
し、その後、所定時間経過後でエンジン停止前あるいは
エンジン停止時に各気筒の吸排気弁の一方もしくは両方
を全閉する。

【０００８】これにより、電子スロットル弁全閉後、内
燃機関は電子スロットル弁と吸排気弁との間の吸気通路
（以下、サージタンク部という）の空気を吸い込んで外
部に吐出し、サージタンク部は負圧となる。その後、吸
排気弁の一方もしくは両方は内燃機関停止前あるいは停
止時に全閉されるので、このサージタンク部の負圧は、
主として電子スロットル弁及びアイドルスピードコント
ロ−ルバルブの空気漏れ量により規定される所定時間、
負圧に維持される。

【０００９】その後、内燃機関の再始動がなされる際、
電子スロットル弁及びアイドルスピードコントロ−ルバ
ルブは、所定期間、全閉状態に維持され、この期間の燃
料噴射は停止される。これにより、サージタンク部の残
留負圧により圧縮行程におけるピストンの圧縮仕事は大
幅に低減され、いわゆるポンピング損失が減るために発
電電動機が発生せねばならない内燃機関始動用のトルク
を低減することができる。内燃機関の回転数が所定レベ
ルに上昇すれば電子スロットル弁を開放し、燃料を噴射
して通常運転に移行する。

【００１０】請求項２記載の構成によれば請求項１記載
の車両用内燃機関の始動方法において更に吸排気弁の一
方もしくは両方が全閉状態となるクランク位置で内燃機
関を停止させる。すなわち、クランク軸位置をモニタし
つつ発電電動機を制御することにより、エンジンを、吸
排気弁の一方（より好適には両方）が全閉状態となる所
定のクランク軸位置で停止させる。

【００１１】このようにすれば、吸排気弁を電磁弁構造
とすることなく、請求項１の作用を実現することができ
る。なお、発電電動機による停止位置制御を行わずにエ
ンジンを停止する場合、ほとんどの場合、エンジンは所
定のクランク軸範囲で停止する。したがって、このクラ
ンク軸位置に停止させる場合には、発電電動機によるク
ランク軸角制御の負担が小さくなる。

【００１２】請求項３記載の構成によれば請求項１記載
の車両用内燃機関の始動方法において更に、電磁弁構造
の吸排気弁を用い、全閉状態にすることを特徴としてい
る。

【００１３】このようにすれば吸排気弁を任意のクラン
ク軸位置で全閉することができるエンジン停止制御が容
易となる。

【００１４】請求項４記載の構成によれば請求項１記載
の車両用内燃機関の始動方法において更に、エンジンの
脈動トルクが最も小さくなるクランク位置で内燃機関を
停止させるので、次のエンジン始動の開始トルクが最も
小さいクランク軸位置で上記吸排気弁の全閉を実現する
ことができ、エンジン再始動が容易となる。

【００１５】請求項５記載の車両用内燃機関の始動方法
は、電磁弁構造の吸排気弁及び電子スロットル弁、アイ
ドルスピードコントロ−ルバルブを有する車両用内燃機
関の始動方法において、前記電子スロットル弁及びアイ
ドルスピードコントロ−ルバルブの全閉完了後、内燃機
関が完全停止するまでの所定期間、圧縮行程を排気行程
に置換し、爆発行程を吸入行程に置換することを特徴と
している。

【００１６】このようにすれば、サージタンク部の負圧
レベルを向上することができる。なお、本発明は、アイ
ドルストップからのエンジン再開時など、エンジン停止
期間が短い場合に好適である。

【００１７】請求項６記載の車両用内燃機関の始動方法
は、車両用内燃機関を発電電動機で始動する車両用内燃
機関の始動方法において、前記発電電動機による前記車
両用内燃機関の始動開始に際して、インバータにより駆
動される前記発電電動機のトルク発生方向を所定周期で
反転させることを特徴としている。

【００１８】本構成によれば、エンジン始動性を悪化す
ることなく、発電電動機の必要発生トルクを低減するこ
とができるとともに、インバータのスイッチング素子の
局部的過熱も低減することができる。

【００１９】更に詳しく説明すれば、エンジン始動時に
おいて最も負荷トルクが大きいのは、その初動時（回転
開始時点）及び内燃機関の上死点直前であるが、後者
は、回転慣性エネルギーも利用でき、また電子スロット
ル弁を閉じるなどの対策も図ることができるが、前者に
対して簡単で効果的な対策がなかった。すなわち、寒冷
時などにおいて潤滑油粘度が増大したりしてピストンの
静止摩擦係数が増大すると、小型の発電電動機では内燃
機関の始動は容易ではなかった。

【００２０】そこで、本構成では、内燃機関の始動に際
し、発電電動機への通電を一定周期で逆転させ、ピスト
ンをその往復方向前後に激しく付勢する。これにより、
ピストンは微視的に細振動し、ピストンとシリンダとの
間の潤滑油は加熱されてその粘度が低下し、その静止摩
擦係数が低下し、ピストンが動摩擦係数下で運転可能と
なるので、その後、発電電動機への正転方向への持続的
通電がなされる。したがって、小トルクの発電電動機に
よりエンジン始動が可能となり、発電電動機を駆動する
インバータも小型化することができる。

【００２１】本構成によれば更に、上記周期的交番通電
時にその半サイクルごとに、インバータの異なるスイッ
チング素子に通電することになるので、特に発電電動機
が同期機である場合において、所定のスイッチング素子
だけが長時間連続通電されて過熱するという問題を回避
することもでき、インバータを小型化することができ
る。

【００２２】請求項７記載の構成によれば請求項６記載
の車両用内燃機関の始動方法において更に、前記周期
は、前記車両用内燃機関のクランクシャフトの周方向共
振周波数値の逆数に略一致することを特徴としている。

【００２３】このようにすれば、ピストン運動系の機械
的共振による蓄積エネルギーを用いてピストンの微視的
往復運動のスパンを増幅するので、エンジン始動性を一
層向上することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施態様を以下の
実施例を参照して説明する。

【００２５】

【実施例１】（構成）図１は、この実施例の車両用内燃
機関の始動方法を適用したエンジン装置のブロック図で
ある。

【００２６】１は内燃機関、２は内燃機関１の出力軸、
３はサージタンク（本発明で言うサージタンク部）、４
は燃料噴射弁、５は電子スロットル弁、６はアイドルス
ピードコントロ−ルバルブ、７は吸入空気量調節手段、
８はアクセルセンサ、９はブレーキセンサ、１０はシフ
トスイッチ、１１はモータ（本発明で言う発電電動
機）、１２は差動装置、１３は駆動輪、１４は内燃機関
制御装置、１５はモータ１１の駆動装置（本発明で言う
三相インバータ）、１６はバッテリよりなる蓄電装置、
１７はハイブリッド制御装置、１８は電池の充電容量を
演算する状態測定器、１９は内燃機関１とモータ１１の
駆動トルクを伝達・開放するためのクラッチ、２０はＣ
ＶＴ等の変速装置である。２１は吸気バルブ、２２は排
気バルブであって、バルブの開閉時期、リフト量を可変
できる機能をもち、ＶＶＴ・電磁駆動バルブ等で構成さ
れる。モータ１１としては、三相同期機が用いられる。

【００２７】（動作）内燃機関１の始動動作を図２のフ
ローチャートを参照して以下に説明する。 ・エンジン停止時の吸気管負圧維持制御 エンジン停止の際、ハイブリッド制御装置１７はエンジ
ン制御装置１４に、エンジン停止要求信号を出力する。
ステップ２１にて、これを受け取ったエンジン制御装置
１４は、ステップ２２で電子スロットル弁５及びアイド
ルスピードコントロ−ルバルブ６を全閉する。

【００２８】次に、ステップ２３にて、サージタンク３
内の負圧が所定値以上であるか確認する。

【００２９】次に、ステップ２５にてエンジン回転数を
低下させ、ステップ２６にて次回のエンジン始動に備
え、エンジン脈動トルクが小さく、かつ吸気バルブ２１
と排気バルブ２２とが両方共開いていない任意の位置で
エンジン停止するように、モータ１１によりエンジン停
止制御を行う。

【００３０】なお、吸排気弁２１、２２として電磁駆動
バルブを用いれば、吸排気行程を任意に全閉することが
できるので、従来のタイミングベルト駆動バルブにおけ
るバルブオーバーラップ区間を回避するためのモータ制
御を省略することができるので、たとえばエンジン脈動
トルクが最小となるクランク位置でエンジンを停止する
ことができる。

【００３１】以上により、次回エンジン始動時に、吸気
管内が負圧で維持されるので、吸気行程時のシリンダへ
の空気流入量が少なく、圧縮時のポンプ損失が低減され
る。また、エンジン脈動トルクが小さくなる付近でエン
ジン停止するので、次回エンジン始動時に、モータでク
ランキングできない状態を回避することができる。

【００３２】

【実施例２】（構成）図３は、この実施例の車両用内燃
機関の始動方法を説明するフローチャートである。

【００３３】エンジン始動の際、ハイブリッド制御装置
１７はエンジン制御装置１４にエンジン始動要求信号を
出力する。ステップ３１にて、これを受け取ったエンジ
ン制御装置１４は、ステップ３２にて、吸排気バルブ２
１、２２を全閉にする。これにより、、吸気行程時のシ
リンダへの空気流入量が少なくするためである。

【００３４】次に、ステップ３３にて、クランク軸（出
力軸）２周りの機械共振周波数の逆数に等しい周期で、
モータ１１を駆動する。この時の通電位相は半周期ごと
にそれぞれの回転方向において最大トルクが得られる値
とする。これにより、クランク軸２を共振させる。

【００３５】次に、ステップ３４にて、三相インバータ
１５又はモータ１１の温度が所定値以下かどうかを判定
し、この温度が所定値を超えれば機器保護のためにエン
ジン始動を中止し、温度が所定値以下であれば、ステッ
プ３５にて上記交番通電の累積時間が所定時間に達した
かどうかを判定し、達するまでステップ３４、３５を継
続する。

【００３６】上記交番通電の累積時間が所定時間に達し
たら、ピストンの微振動によるり潤滑油の圧縮、引っ張
り仕事により潤滑油粘度がある程度低下し、かつ、ピス
トンの機械共振振幅も所定値以上となったと判断して、
ステップ３６にて正転駆動に切り替え、ステップ３７、
３８にて、モータシステムの温度を見ながらクランク回
転数をエンジン始動に必要な回転数まで引き上げ、ステ
ップ３９にて、燃料噴射および点火制御を行い、エンジ
ン１を始動する。

【００３７】このようにすれば、三相インバータ１５内
の特定のパワー素子に通電が長時間集中するのを抑制で
きるので、インバータ１５のパワー素子を小型化でき、
かつ、モータ１１を小型化しつつ、確実な内燃機関始動
を実現することができる。

【００３８】

【変形態様】実施例１において、電子スロットル弁５の
全閉完了後、内燃機関１が完全停止するまでの所定期
間、圧縮行程を排気行程に置換し、爆発行程を吸入行程
に置換してもよい。このようにすればサージタンク３の
負圧を一層向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に用いるエンジン装置のブロック
図である。

【図２】実施例１の車両用内燃機関の始動方法を説明す
るフローチャートである。

【図３】実施例２の車両用内燃機関の始動方法を説明す
るフローチャートである。

【符号の簡単な説明】

１ 内燃機関 ２ クランク軸 １１ モータ（発電電動機） １４ エンジン制御装置 １５ モータ制御装置（インバータ） １７ ハイブリッド制御装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 29/02 ＺＨＶ Ｆ０２Ｄ 29/02 ３２１Ｃ ３２１ 29/06 Ｊ 29/06 43/00 ３０１Ｋ 43/00 ３０１ ３０１Ｌ ３０１Ｖ ３０１Ｚ Ｆ０２Ｎ 11/04 Ａ Ｆ０２Ｎ 11/04 11/08 Ｆ 11/08 Ｖ Ｂ６０Ｋ 9/00 Ｅ (72)発明者 辻 浩也 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3G084 AA03 BA05 BA06 BA23 BA28 CA01 DA09 DA13 FA06 FA10 FA36 3G092 AA01 AA11 AC02 CB01 CB02 CB03 DA01 DA02 DC01 DC04 DD04 DG08 EA25 EA28 FA31 FA32 FA50 GA01 GA10 GB10 HA06X HA10X HA12X HF01X HF02Z HF05X HF08Z HF11Z HF19Z HF20X HF26Z 3G093 AA04 AA07 BA00 CA01 CA02 DA06 DA12 DA13 DB11 DB15 DB19 EA07 EA09 EA15 EC02 FA12 5H115 PA00 PC06 PG04 PI16 PI24 PU10 PU25 PV09 RE01 SE04 SE05 SE06 TI01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子スロットル弁及びアイドルスピードコ
   ントロ−ルバルブを有する車両用内燃機関を発電電動機
   で始動する車両用内燃機関の始動方法において、 前記車両用内燃機関の停止に際して、前記電子スロット
   ル弁及びアイドルスピードコントロ−ルバルブを次の始
   動動作開始後の所定時点まで全閉するとともに、前記電
   子スロットル弁及びアイドルスピードコントロ−ルバル
   ブの全閉完了後の所定時間経過後から前記内燃機関の停
   止までの期間中の所定時点を起点として少なくとも次の
   始動動作開始時点まで、前記車両用内燃機関の各気筒の
   吸排気弁の一方もしくは両方を全閉状態とすることを特
   徴とする車両用内燃機関の始動方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の車両用内燃機関の始動方法
   において、 前記吸排気弁の一方もしくは両方が全閉状態となるクラ
   ンク位置で前記車両用内燃機関を停止することを特徴と
   する車両用内燃機関の始動方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の車両用内燃機関の始動方法
   において、 電磁弁構造の吸排気弁を用いて前記全閉を行うことを特
   徴とする車両用内燃機関の始動方法。
4. 【請求項４】請求項１記載の車両用内燃機関の始動方法
   において、 脈動トルクが最も小さくなるクランク位置で前記車両用
   内燃機関を停止することを特徴とする車両用内燃機関の
   始動方法。
5. 【請求項５】電磁弁構造の吸排気弁、電子スロットル弁
   及びアイドルスピードコントロ−ルバルブを有する車両
   用内燃機関の始動方法において、 前記電子スロットル弁の全閉完了後、内燃機関が完了を
   停止するまでの所定期間、圧縮行程を排気行程に置換
   し、爆発行程を吸入行程に置換することを特徴とする車
   両用内燃機関の始動方法。
6. 【請求項６】車両用内燃機関を発電電動機で始動する車
   両用内燃機関の始動方法において、 前記発電電動機による前記車両用内燃機関の始動開始に
   際して、インバータにより駆動される前記発電電動機の
   トルク発生方向を所定周期で反転させることを特徴とす
   る車両用内燃機関の始動方法。
7. 【請求項７】請求項６記載の車両用内燃機関の始動方法
   において、 前記周期は、前記車両用内燃機関のクランクシャフトの
   周方向共振周波数値の逆数に略一致することを特徴とす
   る車両用内燃機関の始動方法。