JP2004339979A

JP2004339979A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2004339979A
Application number: JP2003135641A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Date; 知善伊達; Koichi Mori; 浩一森
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】始動初期のフリクションを減らし、始動回転数を高めてＨＣの排出を低減し、かつ始動直後のピーク回転を抑制して振動、騒音を減少させる。
【解決手段】内燃機関のクランクシャフト２の回転をフライホイール３に伝達する経路に、機関の所定の低回転数以上で締結するクラッチ機構４，１０を介在させる。機関の始動初期にはクランクシャフト２からフライホイール３を切り離し、機関回転がピーク回転数に達する前の、所定の低回転数でクラッチ機構４，１０によりフライホイール３が繋がるので、始動直後の回転数を高めて吸気系の負圧を強め、燃料の気化を促進し、始動時のＨＣの排出量を低減し、また完爆直後のピーク回転数の上昇を抑え、振動、騒音の抑制が図れる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は機関始動時の始動特性を改善した内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の始動時のＨＣ排出量の低減のために、始動時に供給される燃料の気化をできるだけ促進することが望ましい。始動初期の機関回転数を上昇させ、吸気系の負圧を高めることで、吸気ポートに燃料噴射弁から噴射される燃料の気化促進が可能となるが、この場合には、完爆後、すなわち自立回転開始後に、機関の発生トルクによりピーク回転数が高くなり過ぎ、振動、騒音の悪化を招くという問題を生じる。
【０００３】
従来、内燃機関の振動を低減するために、クランクシャフトの回転により駆動されるバランスシャフトを備えることが知られている。この場合、機関始動時などバランスシャフトのフリクションにより、回転数の上昇が速やかに行われず、そこで、低温の始動時など、形状記憶合金などからなる感温部材によって、バランスシャフトをクランクシャフトから切り離し、温度が上昇したら温度感応部材が変形してバランスシャフトの駆動を開始することで、冷機時のフリクションを低減し、機関の始動特性を改善を図っているものがある（特許文献１参照）。
【０００４】
また、エンジンの回転軸とフライホイールとの間に電磁クラッチを設け、エンジン暖機後には、所定回転数以上の加速時に電磁クラッチを遮断し、加速性を高めるようにしたものがある（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３４９２８３号公報
【特許文献２】
特開平５−１５７１４０号公報
【０００６】
【発明の解決すべき課題】
前記特許文献１では、バランスシャフトをクランクシャフトから切り離すのに形状記憶合金による感温部材を用いているため、低温の始動時など、始動初期のフリクションを低減することはできるとしても、その直後のピーク回転数の過剰な上昇を防ぐため、短時間のうちにバランスシャフトを締結するというような制御はできず、とくに感温部材であるから、雰囲気温度の影響で締結回転数には大きなバラツキも生じてしまう。
【０００７】
また、前記特許文献２は、機関の暖機後の所定回転数以上での加速時にフライホイールを切り離して加速性を向上させるものであって、始動初期の未燃ＨＣの低減のための回転数上昇については何も触れておらず、またその直後のピーク回転数の抑制による振動、騒音の改善についての考慮は、全くなされていない。
【０００８】
本発明は、始動初期のフリクションを減らし、始動回転数を高めてＨＣの排出を低減し、かつ始動直後のピーク回転を抑制して振動、騒音を減少させられる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の制御装置は、内燃機関のクランクシャフトに同期して回転するフライホイールを備えた内燃機関において、前記クランクシャフトの回転を前記フライホイールに伝達する経路に、機関の所定の低回転数以上で締結するクラッチ機構を介在させる。
【００１０】
【作用・効果】
したがって、機関の始動初期にはクランクシャフトからフライホイールを切り離し、機関回転がピーク回転数に達する前の所定の低回転数でクラッチ機構によりフライホイールが締結されるので、始動初期のエンジン回転数を高めて吸気系の負圧を強め、燃料の気化を促進し、始動初期のＨＣの排出量を低減し、一方でピーク回転数の過剰な上昇を抑制することで、ピーク回転での振動、騒音の低減も図れる。
【００１１】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
まず、第１の実施形態を図１に示す。
【００１３】
図１において、エンジン１は４気筒エンジンで構成され、エンジン１の出力を取り出すクランクシャフト２が回転自由に支持され、クランクシャフト２の前端には、遠心クラッチ４を介してフライホイール３が同軸的に連結されている。
【００１４】
遠心クラッチ４はエンジン始動初期の低回転数域では締結されず、この状態ではクランクシャフト２の回転はフライホイール３には伝達されない。遠心クラッチ４は、クランクシャフト２の回転数が所定の低回転数（例えばアイドル回転数よりもわずかに低い回転数）に達すると締結され、これに伴いフライホイール３がクランクシャフト２と一体的に回転するようになっている。
【００１５】
フライホイール３と同軸的にクランクシャフト２にはリングギヤ６が設けられ、リングギヤ６にはスタータモータ５のピニオンが噛み合い、スタータモータ５の回転によりリングギヤ６を介してクランクシャフト２を回転させ、エンジンの始動時のクランクキングを行う。
【００１６】
したがって、このエンジン１では、エンジン始動時に、フライホイール３がクランクシャフト２から切り離されていて、スタータモータ５によるクランキング回転時にはクランクシャフト２のみが回転し、速やかに回転数が上昇し、この上昇回転数が所定の低回転数に達すると、遠心クラッチ４が締結してフライホイール３がクランクシャフト２と一体的に回転を始め、エンジン自立運転に移行直後のピーク回転数が過剰に上昇するのを抑制できる。
【００１７】
なお、燃料はエンジン１の吸気系、すなわち、吸気ポートに噴射供給され、新気と混合しながらエンジン１に供給される。
【００１８】
ここで、エンジン始動時の動作について、図２のタイムチャートにしたがって詳しく説明する。なお、図中の太い実線が本発明、細い実線が従来例（フライホイールがクランクシャフトと繋がったままのもの）による、それぞれの特性を示す。
【００１９】
スタータスイッチがオンになるとスタータモータ５が起動してエンジン１のクランキングが開始される（▲１▼）。これに伴いエンジン１は回転を始め、始動に必要な燃料と空気が吸気ポートから燃焼室に送り込まれ、エンジン１は初爆、始動する（▲２▼）。この状態では遠心クラッチ４は締結されていないので、フライホイール３はクランクシャフト２から切り離されており、その分だけクランキング時のフリクションが低下し、エンジン始動回転数も相対的に高まる。このため、吸気系の負圧発達が促進され、燃料の気化がよくなり、初爆時の燃焼が向上でき、エンジン回転数の吹き上がりは、従来に比べて速くなる（▲３▼〜▲４▼）。これにより始動時間の短縮化が可能となり（▲５▼）、また、この負圧の発達による燃料の気化促進で、燃焼が改善され、エンジン１からのＨＣの排出量が従来例よりも低下する（▲６▼ａ）。
【００２０】
そして、エンジン回転数がアイドル回転数よりも低く設定された所定の低回転数に達すると（▲７▼）、遠心クラッチ４の締結が開始される（▲８▼ａ）。これによりフライホイール３の駆動負荷が加わり出し、エンジン回転数の過剰な吹き上がりが抑制され、排気ガスのボリュームが低減することにより、ＨＣの排出も抑制される（▲６▼ｂ）。
【００２１】
この後遠心クラッチ４が完全に締結し（▲８▼ｂ）、これに伴いエンジン吹き上がりピークの回転数の上昇が抑制され、騒音レベルが低減する（▲９▼）。
【００２２】
このように本実施形態によれば、エンジン１の始動初期のフリクション低減、また吹き上がり回転数も抑制されるので、始動燃料を減少させ、燃費の改善が図れる。また、始動初期のエンジン回転数の相対的な上昇による、吸気系の負圧の発達により、燃料の気化促進が図れ、燃焼改善に伴い、エンジン１からのＨＣ排出量の大幅な低減が可能となる。また、その一方で、始動後のピーク回転数の抑制に伴い、ピーク回転時の振動、騒音の低減が図れる。
【００２３】
さらには、バッテリ電圧が低い状態での始動や、新車時などフリクションが高い状態にあっても、始動時のフリクションを相対的に低減できるので、始動性の向上が可能となる。
【００２４】
次に第２の実施形態を、図３、図４を参照して説明する。
【００２５】
この実施形態では、クランクシャフト２とフライホイール３との締結のためのクラッチ機構として、電磁クラッチ１０を備えている。
【００２６】
この場合、電磁クラッチ１０によりクランクシャフト２とフライホイール３との締結が相互に所定の回転数で適切に行われるように、クランク角度を検出するクランク角度センサ８と、カムシャフト回転位相を検出する位相検出センサ９とを備え、これらの各検出信号がコントローラ７に入力され、これに基づいてコントローラ７が電磁クラッチ１０の締結が適正なエンジン回転数で行われるように制御する。
【００２７】
図４を参照してクランキング動作について説明する。
【００２８】
図２と異なるところを中心に説明すると、始動に際して電磁クラッチ１０は開放されていて、このためクランキングを開始するときには、フライホイール３はクランクシャフト２から切り離されている。したがって、フリクションの低減により、始動に伴うクランキング中、初爆後のエンジン回転数が相対的に高くなり、燃料の気化促進に伴い、ＨＣの排出量が低減される。
【００２９】
その後、コントローラ１０が、クランク角度センサ８あるいは位相検出センサ９などの検出信号から、エンジン１の回転数が所定の低回転数を越えたと認識すると、吸気系の負圧発達から回転数の吹き上がり抑制へと制御目標が移行し、ピーク回転に到達する前に、電磁クラッチ１０の締結を開始し（▲８▼ａ）、これに伴いフライホイール３へのトルク伝達が始まる。
【００３０】
これによりフライホイール３がクランクシャフト２と同期して回転を始め、電磁クラッチ１０の締結が完了するときには（▲８▼ｂ）、フライホイール３の駆動により、始動後のピーク回転数が抑制される。
【００３１】
このようにして本実施形態では、始動後、エンジン回転数の上昇に伴い、電磁クラッチ１０により応答よく所定の低回転数でフライホイール３をクランクシャフト２と締結することができ、精度よくピーク回転数の抑制が可能となり、この間のＨＣの排出量の低減、燃費の改善と、さらにはピーク回転での振動、騒音の低減が図れる。
【００３２】
本発明は上記した実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で、当業者がなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成図である。
【図２】同じくその制御動作を示すタイムチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態の構成図である。
【図４】同じくその制御動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１エンジン
２クランクシャフト
３フライホイール
４遠心クラッチ
５スタータモータ
６リングギヤ
７コントローラ
８クランク角度センサ
１０電磁クラッチ

Claims

内燃機関のクランクシャフトに同期して回転するフライホイールを備えた内燃機関において、
前記クランクシャフトの回転を前記フライホイールに伝達する経路に、機関の所定の低回転数以上で締結するクラッチ機構を介在させたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記所定の低回転数は、機関アイドル回転数近傍の回転数である請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記アイドル回転数の近傍の回転数は、アイドル回転数未満の回転数である請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記クラッチ機構が、前記所定の低回転数以上で締結される遠心クラッチで構成される請求項１〜３のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
前記クラッチ機構が電磁クラッチで構成され、この電磁クラッチを前記所定の低回転数以上で締結させるコントローラを備える請求項１〜３のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
前記クランクシャフトには、前記フライホイールとは別体のリングギアが取付けられ、機関始動時に、スタータモータの回転駆動力によりクランクシャフトを回転駆動させるように構成される請求項１〜５のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。