JP2005023873A

JP2005023873A - 可変動弁機構付内燃機関の始動制御装置

Info

Publication number: JP2005023873A
Application number: JP2003191842A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Shimizu; 博和清水
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】冷却水温度（機関温度）を検出するセンサの故障時であっても、機関の始動性を確保できるようにする。
【解決手段】水温センサが故障している始動時には、固定水温に基づいて始動時噴射量（故障時燃料噴射量）を設定すると共に、吸気バルブの目標バルブリフト量を、正常時における最小値よりも小さい所定値に設定する。固定水温に基づいて始動時噴射量を設定することで、実際の冷却水温度が前記固定水温よりも低いときに、燃料噴射量が不足することになるが、バルブリフト量を小さくすることで始動限界水温をより低温側にシフトさせることができ、水温センサ故障時でかつ低温時における始動性が向上する。
【選択図】図１０

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変動弁機構付内燃機関の始動制御装置に関し、詳しくは、機関温度を検出する手段の故障時における始動制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、機関の冷却水温度（機関温度）を検出する水温センサを設け、該水温センサで検出された冷却水温度に基づいて、燃料噴射量やアイドル時の回転速度などを制御することが行なわれていた。
【０００３】
また、特許文献１には、前記水温センサの故障時に、水温を所定の固定値として機関制御を行なわせる構成の開示がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０９−３２４６８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、始動の燃料噴射量を冷却水温度に応じて設定する構成の場合、上記従来技術によると、水温を固定値として燃料噴射量を決定することになる。
【０００６】
しかし、この場合、温度条件によっては実際の温度と固定値して与えられる温度とに大きな乖離が生じ、実際の温度が固定値よりも大幅に低いときには、始動に要求される燃料量よりも実際に噴射される燃料量が少なくなり、機関を始動させることができなくなる場合があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、機関温度を検出するセンサの故障時であっても、機関の始動性を確保できる内燃機関の始動制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明では、機関温度検出手段の正常時には、検出された機関温度に応じて始動時の燃料噴射量を設定する一方、機関温度検出手段の故障時には、始動時の燃料噴射量を、故障時燃料噴射量に設定すると共に、正常時に設定される始動時バルブリフト量の最小値以下に吸気バルブの始動時バルブリフト量を制限する構成とした。
【０００９】
かかる構成によると、機関温度検出手段が正常であれば、実際の機関温度に応じた始動時噴射量を設定するが、機関温度検出手段が故障して実際の機関温度が不明になると、故障時燃料噴射量を始動噴射量に設定し、更に、始動時における吸気バルブのバルブリフト量を正常時の最小値以下に制限して、バルブリフト量を小さくする。
【００１０】
吸気バルブのバルブリフト量を小さくすると、吸気流速が速くなってリーン燃焼限界が拡大し、始動に要求される噴射量が減少するから、始動限界温度を下げることができ、始動不能となることを抑止できる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、正常時に設定される始動時バルブリフト量の最小値を、機関温度検出手段の故障時における始動時バルブリフト量とする構成とした。
【００１２】
かかる構成によると、正常時に設定される始動時バルブリフト量のうちの最小値を、機関温度検出手段が故障したときの始動時バルブリフト量とすることで、簡易にバルブリフト量を制限して、機関温度検出手段が故障したときの低温始動性を向上させることができる。
【００１３】
請求項３記載の発明では、正常時に設定される始動時バルブリフト量の最小値よりも小さい所定バルブリフト量を、機関温度検出手段の故障時における始動時バルブリフト量とする構成とした。
【００１４】
かかる構成によると、正常時に設定される始動時バルブリフト量のうちの最小値よりも小さい所定のバルブリフト量を、機関温度検出手段が故障したときの始動時バルブリフト量とすることで、故障時に最適な始動時バルブリフト量を設定し、機関温度検出手段が故障したときの低温始動性を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、可変動弁機構を備えた車両用内燃機関のシステム構成図である。
【００１６】
図１において、内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００１７】
燃焼排気は燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に軸支されたカム１１１によって一定のバルブリフト量及びバルブ作動角で開閉駆動される。
【００１８】
一方、吸気バルブ１０５には、可変動弁機構として、バルブリフト量を作動角と共に連続的に可変制御するＶＥＬ（ＶａｒｉａｂｌｅｖａｌｖｅＥｖｅｎｔａｎｄＬｉｆｔ）機構１１２が設けられる。
【００１９】
尚、前記ＶＥＬ機構１１２と共に、クランク角に対するバルブ作動角の位相を変化させることでバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構を吸気バルブ１０５に備える構成であっても良く、また、排気バルブ１０７側にも可変動弁機構を設ける構成であっても良い。
【００２０】
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４は、機関運転状態に応じて前記電子制御スロットル１０４，ＶＥＬ機構１１２を制御する。
【００２１】
前記ＥＣＵ１１４には、機関の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１１３、機関１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサＡＰＳ１１６、クランク軸１２０からクランク角１８０°毎の基準クランク角信号Ｒｅｆを取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、車速ＶＳＰを検出する車速センサ１１９などからの検出信号が入力される。
【００２２】
尚、前記水温センサ１１３で検出される機関の冷却水温度Ｔｗは、本実施形態において機関温度を代表する温度であり、前記水温センサ１１３が機関温度検出手段に相当する。
【００２３】
また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、前記ＥＣＵ１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、噴射パルス幅（開弁時間）に比例する量の燃料を噴射する。
【００２４】
図２〜図４は、前記ＶＥＬ機構１１２の構造を詳細に示すものである。
但し、可変動弁機構を、図２〜図４に示す構造のＶＥＬ機構１１２に限定するものではなく、少なくとも吸気バルブ１０５のバルブリフト量を可変にできる構造のものであれば良い。
【００２５】
図２〜図４に示すＶＥＬ機構１１２は、一対の吸気バルブ１０５，１０５と、シリンダヘッド１１のカム軸受１４に回転自在に支持された中空状のカム軸１３（駆動軸）と、該カム軸１３に軸支された回転カムである２つの偏心カム１５，１５（駆動カム）と、前記カム軸１３の上方位置に同じカム軸受１４に回転自在に支持された制御軸１６と、該制御軸１６に制御カム１７を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム１８，１８と、各吸気バルブ１０５，１０５の上端部にバルブリフター１９，１９を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム２０，２０とを備えている。
【００２６】
前記偏心カム１５，１５とロッカアーム１８，１８とは、リンクアーム２５，２５によって連係され、ロッカアーム１８，１８と揺動カム２０，２０とは、リンク部材２６，２６によって連係されている。
【００２７】
上記ロッカアーム１８，１８，リンクアーム２５，２５，リンク部材２６，２６が伝達機構を構成する。
前記偏心カム１５は、図５に示すように、略リング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部１５ｂとからなり、内部軸方向にカム軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがカム軸１３の軸心Ｙから所定量だけ偏心している。
【００２８】
また、前記偏心カム１５は、カム軸１３に対し前記バルブリフター１９に干渉しない両外側にカム軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されている。
前記ロッカアーム１８は、図４に示すように、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部１８ａが制御カム１７に回転自在に支持されている。
【００２９】
また、基部１８ａの外端部に突設された一端部１８ｂには、リンクアーム２５の先端部と連結するピン２１が圧入されるピン孔１８ｄが貫通形成されている一方、基部１８ａの内端部に突設された他端部１８ｃには、各リンク部材２６の後述する一端部２６ａと連結するピン２８が圧入されるピン孔１８ｅが形成されている。
【００３０】
前記制御カム１７は、円筒状を呈し、制御軸１６外周に固定されていると共に、図２に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸１６の軸心Ｐ２からαだけ偏心している。
【００３１】
前記揺動カム２０は、図２及び図６，図７に示すように略横Ｕ字形状を呈し、略円環状の基端部２２にカム軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２２ａが貫通形成されていると共に、ロッカアーム１８の他端部１８ｃ側に位置する端部２３にピン孔２３ａが貫通形成されている。
【００３２】
また、揺動カム２０の下面には、基端部２２側の基円面２４ａと該基円面２４ａから端部２３端縁側に円弧状に延びるカム面２４ｂとが形成されており、該基円面２４ａとカム面２４ｂとが、揺動カム２０の揺動位置に応じて各バルブリフター１９の上面所定位置に当接するようになっている。
【００３３】
即ち、図８に示すバルブリフト特性からみると、図２に示すように基円面２４ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、カム面２４ｂの前記ベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２が所謂ランプ区間となり、更に、カム面２４ｂのランプ区間θ２から所定角度範囲θ３がリフト区間になるように設定されている。
【００３４】
また、前記リンクアーム２５は、円環状の基部２５ａと、該基部２５ａの外周面所定位置に突設された突出端２５ｂとを備え、基部２５ａの中央位置には、前記偏心カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合穴２５ｃが形成されている一方、突出端２５ｂには、前記ピン２１が回転自在に挿通するピン孔２５ｄが貫通形成されている。
【００３５】
更に、前記リンク部材２６は、所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部２６ａ，２６ｂには前記ロッカアーム１８の他端部１８ｃと揺動カム２０の端部２３の各ピン孔１８ｄ，２３ａに圧入した各ピン２８，２９の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２６ｃ，２６ｄが貫通形成されている。
【００３６】
尚、各ピン２１，２８，２９の一端部には、リンクアーム２５やリンク部材２６の軸方向の移動を規制するスナップリング３０，３１，３２が設けられている。
【００３７】
上記構成において、制御軸１６の軸心Ｐ２と制御カム１７の軸心Ｐ１との位置関係によって、図６，７に示すように、バルブリフト量が変化することになり、前記制御軸１６を回転駆動させることで、制御カム１７の軸心Ｐ１に対する制御軸１６の軸心Ｐ２の位置を変化させる。
【００３８】
そして、前記制御軸１６を、ＤＣサーボモータ等のアクチュエータによって回転駆動することで、吸気バルブ１０５のバルブリフト量及びバルブ作動角が連続的に変化する（図９参照）。
【００３９】
ここで、前記ＥＣＵ１１４による始動時における燃料噴射量・バルブリフト量の制御を、図１０のフローチャートに従って説明する。
図１０のフローチャートに示すルーチンは、機関１０１の始動時において実行される。
【００４０】
尚、前記始動時とは、例えば、キースイッチがＳＴＡＲＴの位置に操作されるクランキング時である。
ステップＳ１では、前記水温センサ１１３が故障しているか否かを判断する。
【００４１】
前記故障判断は、例えば、前記水温センサ１１３の出力信号が、通常の出力範囲外に張り付いているか否かに基づいて行なわれる。
水温センサ１１３が正常であるときには、ステップＳ２へ進み、前記水温センサ１１３で検出された冷却水温度Ｔｗに基づいて始動時噴射量を演算する。
【００４２】
具体的には、冷却水温度Ｔｗに応じて始動時基本噴射量を演算し、該始動時基本噴射量を、機関回転速度及び始動後経過時間に応じて補正して、これを最終的な始動時噴射量とする。
【００４３】
また、前記エアフローメータ１１５で検出される吸入空気量と機関回転速度とに応じた基本噴射量を、冷却水温度Ｔｗ等で増量補正して求めた噴射量と、前記冷却水温度Ｔｗに応じた始動時基本噴射量に基づく始動時噴射量との大きい方を選択する構成であっても良い。
【００４４】
また、ステップＳ３では、前記ＶＥＬ機構１１２の目標バルブリフト量（制御軸１６の目標作動角）を冷却水温度Ｔｗ毎に記憶したテーブルを参照し、そのときに水温センサ１１３で検出された冷却水温度Ｔｗに対応する目標バルブリフト量（制御軸１６の目標作動角）を検索する。
【００４５】
上記ステップＳ２，３の設定に基づき、水温センサ１１３が正常であるときには、上記ステップＳ２で冷却水温度Ｔｗに応じて設定される始動時噴射量に基づいて始動時における燃料噴射弁１３１の燃料噴射量が制御され、また、ステップＳ３で冷却水温度Ｔｗに応じて設定されるバルブリフト量に従って始動時における吸気バルブ１０５のバルブリフト量が制御される。
【００４６】
一方、ステップＳ１で、水温センサ１１３が故障していると判断されたときには、ステップＳ４へ進み、そのときの冷却水温度Ｔｗを予め記憶された固定値（例えば７０℃）とし、前記ステップＳ２と同様にして始動時噴射量（故障時燃料噴射量）を設定する。
【００４７】
また、ステップＳ５では、予め記憶されている所定のバルブリフト量を、始動時における目標バルブリフト量（制御軸１６の目標作動角）として設定する。
前記所定のバルブリフト量は、前記ステップＳ３で冷却水温度Ｔｗに応じて設定される目標バルブリフト量の最小値よりも小さい値に設定される。
【００４８】
水温センサ１１３が故障すると、冷却水温度Ｔｗを固定値として始動時噴射量（故障時燃料噴射量）が設定されるが、低水温時ほど要求の始動時噴射量が多くなるので、実際の冷却水温度Ｔｗが前記固定値よりも低い場合には、始動時噴射量が要求よりも少ない量として設定されることになってしまい、ある温度以下の条件では、始動時おけるリーン限界を超えるほどに噴射量が不足し、始動不能になってしまう（図１１参照）。
【００４９】
しかし、吸気バルブ１０５のバルブリフト量を、水温センサ１１３の正常時に設定される最小バルブリフト量よりも小さい値に制限すれば、バルブリフト量を小さくすることで、図１２に示すように、始動時の要求噴射量が少なくなりリーン燃焼限界が拡大する。
【００５０】
従って、始動限界の冷却水温度Ｔｗがより低温側にシフトし（図１３参照）、前記固定値よりも低い温度領域での始動不良の発生を抑止できる。
図１４のフローチャートは、始動時制御の第２実施形態を示すものであり、図１０のフローチャートに示した第１実施形態に対して、ステップＳ５Ａの部分のみが異なる。
【００５１】
ステップＳ５Ａでは、前記ステップＳ３で参照する目標バルブリフト量（制御軸１６の目標作動角）のテーブルから、最小の目標バルブリフト量（制御軸１６の目標作動角）を検索し、これを、故障時の始動時バルブリフト量に設定する。
【００５２】
上記構成の場合も、水温センサ１１３が故障しているときのバルブリフト量を正常時の最小値以下に制限することで、固定の水温に基づいて始動時噴射量が設定される状態での始動限界をより低温側にシフトさせて、始動不良の発生を抑制することができる。
【００５３】
また、正常時に参照するテーブルから水温センサ１１３故障時における目標バルブリフト量を決定するので、故障時における目標バルブリフト量を簡便に設定させることができる。
【００５４】
尚、上記実施形態では、機関温度を代表する温度として冷却水温度Ｔｗを検出させる構成としたが、この他、潤滑油の温度や機関本体の温度などを検出させる構成としても良い。
【００５５】
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の可変動弁機構付内燃機関の始動制御装置において、
前記機関温度検出手段の正常時において、前記機関温度検出手段で検出される機関温度に応じて、前記吸気バルブの始動時バルブリフト量を設定する構成であり、
前記機関温度検出手段の故障時においては、前記機関温度に応じて設定される始動時バルブリフト量の最小値以下に前記吸気バルブの始動時バルブリフト量を制限することを特徴とする可変動弁機構付内燃機関の始動制御装置。
【００５６】
かかる構成によると、機関温度検出手段が正常であるときには、機関温度に応じてバルブリフト量を変化させることで始動性の向上を図り、更に、機関温度検出手段が故障し、故障時燃料噴射量が設定されるときには、よりバルブリフト量を小さくして始動不能になることを抑止する。
（ロ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の可変動弁機構付内燃機関の始動制御装置において、
前記故障時燃料噴射量が、固定温度に基づいて設定されることを特徴とする可変動弁機構付内燃機関の始動制御装置。
【００５７】
かかる構成によると、機関温度検出手段が正常であれば、実際の機関温度に応じた始動時噴射量を設定するが、機関温度検出手段が故障して実際の機関温度が不明になると、固定温度に基づいて故障時燃料噴射量を設定し、更に、始動時における吸気バルブのバルブリフト量を正常時の最小値以下に制限して、バルブリフト量を小さくする。
【００５８】
吸気バルブのバルブリフト量を小さくすると、吸気流速が速くなってリーン燃焼限界が拡大し、始動に要求される噴射量が減少するから、前記固定温度よりも低い温度領域での始動限界温度を下げることができ、始動不能となることを抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】ＶＥＬ機構（可変バルブリフト機構）を示す断面図（図３のＡ−Ａ断面図）。
【図３】上記ＶＥＬ機構の側面図。
【図４】上記ＶＥＬ機構の平面図。
【図５】上記ＶＥＬ機構に使用される偏心カムを示す斜視図。
【図６】上記ＶＥＬ機構の低リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図７】上記ＶＥＬ機構の高リフト時の作用を示す断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図８】上記ＶＥＬ機構における揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図９】上記ＶＥＬ機構のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図１０】噴射量・バルブリフト量の始動時制御の第１実施形態を示すフローチャート。
【図１１】冷却水温度に応じた始動時噴射量とリーン燃焼限界との相関を示す線図。
【図１２】バルブリフト量によるリーン燃焼限界の変化を示す線図。
【図１３】バルブリフト量による始動限界水温の変化を示す線図。
【図１４】噴射量・バルブリフト量の始動時制御の第２実施形態を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０１…内燃機関、１０５…吸気バルブ、１１２…ＶＥＬ機構、１１３…水温センサ、１１４…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、１３１…燃料噴射弁

Claims

少なくとも吸気バルブのバルブリフト量を可変とする可変動弁機構と、機関温度検出手段とを備え、
前記機関温度検出手段の正常時には、検出された機関温度に応じて始動時の燃料噴射量を設定する一方、
前記機関温度検出手段の故障時には、前記始動時の燃料噴射量を、故障時燃料噴射量に設定すると共に、正常時に設定される始動時バルブリフト量の最小値以下に前記吸気バルブの始動時バルブリフト量を制限することを特徴とする可変動弁機構付内燃機関の始動制御装置。
前記正常時に設定される始動時バルブリフト量の最小値を、前記機関温度検出手段の故障時における始動時バルブリフト量とすることを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構付内燃機関の始動制御装置。
前記正常時に設定される始動時バルブリフト量の最小値よりも小さい所定バルブリフト量を、前記機関温度検出手段の故障時における始動時バルブリフト量とすることを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構付内燃機関の始動制御装置。