JP2006112366A - エンジンの始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン始動時のクランキング時における筒内圧の過上昇を防止して、振動の発生を抑制することができる始動制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンが停止した際に、クランク角センサから現在のクランクシャフトの回転角度を読み込んでそのまま記憶し、次に吸入、圧縮行程はどこの気筒になっているかを検出する。ステップ４では、吸気弁の閉時期を読み込み、ステップ６で、クランク角度がピストンの下死点から±４０°の角度内になっていると判別した場合は、ステップ７において、予め演算によって求められた逆回転目標値までクランクシャフトを一時的に逆回転させ、ステップ８でクランクシャフトの逆回転量が、前記吸気弁の閉弁時期を越えて閉弁時期直前の開弁期間の範囲に入っていると判別した場合は、今度はクランクシャフトを正回転方向へ回転させる制御を行う。
【選択図】 図８

Description

本発明は、車両のエンジンの始動特性を向上し得るエンジンの始動制御装置に関する。

従来のエンジンの始動制御装置としては、以下の特許文献１に記載されているものが知られている。

概略を説明すれば、このエンジン始動制御装置は、シリンダ内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段と、エンジン停止時のクランク角を検出するクランク角検出手段と、シリンダ内の混合気に点火する点火手段と、エンジンの一時停止後に、膨張行程にある気筒を検出して、燃料を噴射・点火してエンジンを再始動させるようになっている。

また、圧縮行程にある気筒の吸気弁の開閉タイミングを制御するバルブタイミング位相可変機構を備え、エンジンの再始動の起動時には、コントロールユニットが、圧縮行程にある気筒の吸気弁が開くように、前記バルブタイミング位相可変機構によって吸気弁の閉時期を変換制御するようになっている。

これによって、エンジンの再始動時に、圧縮行程にある気筒の圧縮力を低下させて、膨張行程で発生したトルクを消費する圧縮力を低減して、スタータを用いることなく、自己始動できるようにしたものである。

また、他の従来のエンジン始動制御装置としては、特許文献２に記載されたものがあり、この装置は、吸気弁の閉時期をピストン下死点よりも早めて、気筒の筒内圧力を低減するようになっている。
特開２００２−３９０３８号公報 特開２００２−６１５２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたエンジンの始動制御装置にあっては、エンジンが回転していない再始動の起動時に、バルブタイミング位相可変機構を変換制御するのは難しく、現実的でなかった。また、バルブタイミング位相可変機構ではなく、電磁駆動弁を用いる実施例も示されているが、この場合は、開閉作動時において振動や異音が発生し易く、またバッテリー電気消費量が増加すると共に、コストの高騰が余儀なくされるなど多くの技術的課題を招くことから、実用性に乏しい。

一方、特許文献２に記載されたエンジンの始動制御装置は、エンジン停止時のピストンの位置が下死点近傍にあった場合に、吸気弁は閉じているので一時的には負圧になるものの、筒内は完全にシールされているわけではないので、隙間から経時的に筒内に大気圧が導入されて、筒内が大気圧状態になる。

このため、この状態でエンジンを再始動しようとすると、下死点近傍にあったピストンが大気圧状態にある筒内の空気を圧縮することになるので、図７の破線（矢印）で示すように、かかる圧縮行程時の圧縮上死点において筒内圧力が過大（約１０気圧程度）になって、エンジンに大きな振動が発生するおそれがある。

特に、いわゆるハイブリッド車のような、運転者の意志によらずアイドル時に自動的にエンジンをストップさせたり、再始動を繰り返す車両にあっては、前記振動などによって乗員に違和感を発生させやすい。

本発明は、前記従来のエンジンの始動制御装置の実状に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明にあっては、クランクシャフトの回転角度を検出するクランク角検出手段と、各気筒が吸気行程ないし圧縮行程であるか、あるいは排気行程ないし膨張行程であるかを判別する行程判別手段とを備え、吸気弁の閉弁時期がピストンの下死点位置より早くなる位置に設定され、１つの気筒の前記クランクシャフトの回転角度がピストンの下死点近傍で、かつ前記行程判別手段によって吸気行程ないし圧縮行程であると判断された場合に、エンジンのクランキング時に前記吸気弁が閉弁状態から開弁するまで前記クランクシャフトを一時的に逆回転させると共に、前記吸気弁の開弁後に正回転させるように制御したことを特徴としている。

この発明によれば、エンジンのクランキング時において、この時点でピストンが吸気行程ないし圧縮行程であると判断された場合に、吸気弁が開弁されるまでクランクシャフトを逆回転させることにより、ピストンが一時的に上昇ストロークして筒内を圧縮することから筒内圧力は僅かに高くなるが、吸気弁の開弁位置までピストンが上昇ストロークすると筒内と大気側が連通して筒内圧は大気圧まで低下する。

そして、前記吸気弁が開弁した後にクランクシャフトを正回転させることにより、ピストンが下死点方向へ下降ストロークすると共に、その途中で吸気弁が再び閉弁するが、この閉弁するまでは筒内はほぼ大気圧状態になっている。前記吸気弁の閉弁後は筒内は負圧になり下死点位置で最も負圧が大きくなるが、続くピストンの上死点までの間の圧縮行程時に負圧から大気圧になり、さらに圧縮された筒内圧は上昇するわけであるが、最大となる上死点においても数気圧程度以下に抑えることができる。

したがって、かかるクランキング時における筒内圧の過上昇を防止することができる。これにより、振動の発生を抑制し、乗員の違和感を抑制できる。

この一連の制御の中でエンジンが回転していない状態でバルブタイミングを変化させる必要もないので、実用性も高くなる。

請求項２に記載の発明は、前記クランクシャフトが逆回転する回転角度を、前記吸気弁が必ず開弁する一定の角度に設定したことを特徴としている。

この発明によれば、クランクシャフトを逆回転させる範囲（回転角度）を予め定めておくことによって複雑な制御が不要になるので、制御の簡素化とコストの低減化が図れる。

請求項３に記載の発明は、前記クランクシャフトの前記吸気弁が開弁するまでの逆回転角度を、前記クランク角検出手段からの検出信号に基づいて前記吸気弁の開弁時期を演算により求めて、前記クランクシャフトを逆回転制御したことを特徴としている。

この発明によれば、前記クランクシャフトを前記吸気弁が開弁するまでの範囲だけ逆回転させるだけであるから、無駄に逆回転させることがなく、したがって、スタータモータやバッテリーなどへの負荷が小さい。

以下、本発明に係るエンジンの始動制御装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態は、いわゆる４サイクルの多気筒内燃機関で吸気弁側に可変動弁機構が設けられた始動制御装置の一例について示している。

まず、本発明における内燃機関全体の構成を図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に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。

前記ピストン０１は、クランクシャフト０２にコンロッド０３を介して連結されていると共に、冠面とシリンダヘッドＳＨの下面との間に燃焼室０４を形成している。

前記吸気ポートＩＰに接続された吸気管Ｉの吸気マニホルドＩａの上流側の内部には、吸入空気量を制御するスロットルバルブＳＶが設けられていると共に、下流側に図外の燃料噴射弁が設けられている。また、前記シリンダヘッドＳＨのほぼ中央には、点火栓０５が設けられている。

前記クランクシャフト０２は、ピニオンギア機構０６を介してスタータモータ０７によって正逆回転可能になっている。

そして、前記可変動弁機構は、図１及び図２に示すように、両吸気弁４，４のバルブリフト及び開弁期間を制御する第１可変機構であるリフト可変機構（ＶＥＬ）１と、吸気弁４，４のリフト位相を制御する第２可変機構であるバルブタイミング制御機構（ＶＴＣ）２とから構成されている。

前記リフト可変機構１は、本出願人が先に出願した例えば特開２００３−１７２１１２号公報などに記載されたものと同様の構成であるから、簡単に説明
すると、シリンダヘッドＳＨの上部の軸受に回転自在に支持された中空状の駆動軸６と、該駆動軸６に圧入等により固設された偏心回転カムである駆動カム７と、駆動軸６の外周面に揺動自在に支持されて、各吸気弁４，４の上端部に配設されたバルブリフター８、８の上面に摺接して各吸気弁４，４を開作動させる２つの揺動カム９，９と、駆動カム７と揺動カム９，９との間に連係されて、駆動カム７の回転力を揺動カム９，９の揺動力として伝達する伝達機構とを備えている。

前記駆動軸６は、前記クランクシャフト０２から図外のタイミングチェーンなどを介して回転力が伝達されており、この回転方向は図２中、時計方向（矢印方向）に設定されている。

前記駆動カム７は、ほぼリング状を呈し、内部軸方向に形成された駆動軸挿通孔を介して駆動軸６に貫通固定されていると共に、カム本体の軸心が駆動軸６の軸心から径方向へ所定量だけオフセットしている。

前記両揺動カム９は、図２及び図３などにも示すように、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、円環状のカムシャフト１０の両端部に一体的に設けられていると共に、該カムシャフト１０が内周面を介して駆動軸６に回転自在に支持されている。また、下面にカム面９ａが形成され、カムシャフト１０の軸側の基円面と、該基円面からカムノーズ部側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部の先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面が形成されており、該基円面とランプ面及びリフト面が、揺動カム９の揺動位置に応じて各バルブリフター８の上面の所定位置に当接するようになっている。

前記伝達機構は、駆動軸６の上方に配置されたロッカアーム１１と、該ロッカアーム１１の一端部１１ａと駆動カム７とを連係するリンクアーム１２と、ロッカアーム１１の他端部１１ｂと揺動カム９とを連係するリンクロッド１３とを備えている。

前記ロッカアーム１１は、中央に有する筒状の基部が支持孔を介して後述する制御カムに回転自在に支持されていると共に、一端部１１ａがピン１４によってリンクアーム１２に回転自在に連結されている一方、他端部１１ｂがリンクロッド１３の一端部１３ａにピン１５を介して回転自在に連結されている。

前記リンクアーム１２は、比較的大径な円環状の基部１２ａの中央位置に前記駆動カム７のカム本体が回転自在に嵌合する嵌合孔が形成されている一方、突出端１２ｂが前記ピン１４によってロッカアーム一端部１１ａに連結されている。

前記リンクロッド１３は、他端部１３ｂがピン１６を介して揺動カム９のカムノーズ部に回転自在に連結されている。

また、駆動軸６の上方位置に同じ軸受に制御軸１７が回転自在に支持されていると共に、該制御軸１７の外周に前記ロッカアーム１１の支持孔に摺動自在に嵌入されて、ロッカアーム１１の揺動支点となる制御カム１８が固定されている。

前記制御軸１７は、駆動軸６と並行に機関前後方向に配設されていると共に、駆動機構１９によって回転制御されている。一方、前記制御カム１８は、円筒状を呈し、軸心位置が制御軸１７の軸心から所定分だけ偏倚している。

前記駆動機構１９は、図外のハウジングの一端部に固定された電動モータ２０と、ハウジングの内部に設けられて電動モータ２０の回転駆動力を前記制御軸１７に伝達するボール螺子伝達手段２１とから構成されている。

前記電動モ−タ２０は、比例型のＤＣモータによって構成され、機関運転状態を検出するコントローラ２２からの制御信号によって駆動するようになっている。

前記ボール螺子伝達手段２１は、電動モータ２０の駆動シャフトとほぼ同軸上に配置されたボール螺子軸２３と、該ボール螺子軸２３の外周に螺合する移動部材であるボールナット２４と、前記制御軸１７の一端部に直径方向に沿って連結された連係アーム２５と、該連係アーム２５と前記ボールナット２４とを連係するリンク部材２６とから主として構成されている。

前記ボール螺子軸２３は、両端部を除く外周面全体に所定幅のボール循環溝が螺旋状に連続して形成されていると共に、一端部が電動モータ２０の駆動シャフトに結合され、かかる結合によって電動モータ２０の回転駆動力を前記ボール螺子軸２３に伝達すると共に、ボール螺子軸２３の軸方向の僅かな移動を許容している。

前記ボールナット２４は、ほぼ円筒状に形成され、内周面に前記ボール循環溝と共同して複数のボールを転動自在に保持するガイド溝が螺旋状に連続して形成されていると共に、各ボールを介してボール螺子軸２３の回転運動をボールナット２４に直線運動に変換しつつ軸方向の移動力が付与されるようになっている。

この前記リフト可変機構１の作動を簡単に説明すると、まず、例えば、機関が低負荷状態にある車両のクルージング走行中やコースティング走行時には、コントローラ２２からの制御信号によって電動モータ２０に伝達された回転トルクは、ボール螺子軸２３に伝達されて回転すると、ボールナット２４が最大一方向へ直線状に移動し、これによって制御軸１７がリンク部材２６と連係アーム２５を介して一方向へ回転する。

したがって、制御カム１８は、図３Ａ、Ｂ（リアビュー）に示すように、軸心が制御軸１７の軸心の回りを同一半径で回転して、肉厚部が駆動軸６から上方向に離間移動する。これにより、ロッカアーム１１の他端部１１ｂとリンクロッド１３の枢支点は、駆動軸６に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム９は、リンクロッド１３を介してカムノーズ部２１側が強制的に引き上げられて全体が図３に示す反時計方向へ回動する。

よって、駆動カム７が回転してリンクアーム１２を介してロッカアーム１１の一端部１１ａを押し上げると、そのバルブリフト量がリンクロッド１３を介して揺動カム９及びバルブリフター１６に伝達され、これによって、吸気弁４，４は、そのバルブリフト量が図５のバルブリフト曲線で示すように小リフト（Ｌ１）になると共に、その作動角Ｄ１（クランク開弁期間の半分）が小さくなるので、フリクションが低減すると共に、各吸気弁４，４の開時期が遅くなり、排気弁５，５とのバルブオーバーラップが小さくなり、燃焼が安定し、燃費が向上する。

また、この低負荷領域から例えば中負荷域に移行した場合は、コントローラ２２からの制御信号によって電動モータ２０が逆回転してこの回転トルクがボール螺子軸２３に伝達されて回転すると、この回転に伴ってボールナット２４が反対方向へ直線移動する。これにより、制御軸１７が、図３中、反時計方向へ所定量だけ回転駆動する。

このため、制御カム１８は軸心が制御軸１７の軸心から所定量だけ下方の回転角度位置に保持され、肉厚部が下方へ移動する。このため、ロッカアーム１１は、全体が図３の位置から時計方向へ移動して、これによって各揺動カム９がリンク部材１３を介してカムノーズ部側が強制的に押し下げられて、全体が時計方向へ僅かに回動する。

したがって、駆動カム７が回転してリンクアーム１２を介してロッカアーム１１の一端部１１ａを押し上げると、そのリフト量がリンク部材１３を介して各揺動カム９及びバルブリフタ８に伝達され、吸気弁４，４のバルブリフト量が図５に示すように中リフト（Ｌ２）になる。

また、運転域が高負荷領域に移行した場合は、コントローラ２２からの制御信号によって電動モータ２０がさらに逆回転し、制御軸１７は、制御カム１８をさらに反時計方向へ回転させて、図４Ａ、Ｂに示すように軸心を下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム１１は、全体がさらに駆動軸６方向寄りに移動して他端部１１ｂが揺動カム９のカムノーズ部をリンクロッド１３を介して下方へ押圧して該揺動カム９全体を所定量だけさらに時計方向へ回動させる。

よって、駆動カム７が回転してリンクアーム１２を介してロッカアーム１１の一端部１１ａを押し上げると、そのバルブリフト量がリンクロッド１３を介して揺動カム９及びバルブリフター８に伝達されるが、そのリフト量は図５に示すようにＬ２からＬ３に連続的に大きくなる。

すなわち、吸気弁４，４のリフト量は、機関の低負荷領域から高負荷領域に至るまで小リフトのＬ１から負荷の大きさに応じてＬ３まで連続的に変化するようになっており、したがって、各吸気弁４，４の作動角も小リフトＤ１から大リフトのＤ３まで連続的に変化する。

前記バルブタイミング制御機構（ＶＴＣ）２は、本出願人が先に出願した、例えば、特開２００４−１１５３７号公報に記載されたヒステリシスブレーキを用いた公知のものを利用している。

これは、クランクシャフト０２と連係したタイミングプーリ３０側の駆動リングと前記駆動軸６側の従動軸部材の間に、両者の組付角を変更するための組付角変更手段を介在させ、組付変更手段を機関の運転状態を含む車両の状態に応じて前記コントローラ２２から制御電流を出力してヒステリシスブレーキを作動制御して、吸気弁４，４の開閉タイミングを進角側あるいは遅角側に位相を変換制御するようになっている。なお、このバルブタイミング制御機構（ＶＴＣ）としては、油圧により位相を変換するタイプであってもよい。

また、前記吸気弁４，４は、その閉弁時期が図６に示すように、前記ピストン０１の下死点（ＢＤＣ）よりも早くなる位置ＩＣ１となるように予め設定されている。

そして、前記コントローラ２２によって前記バルブタイミング制御機構２による吸気弁４，４の開閉タイミングの進角あるいは遅角側への位相変換制御すると共に、前記リフト可変機構１によるバルブリフト量と開弁期間とをそれぞれ制御することによって、エンジン運転中の諸性能を高めることができる
具体的に説明すれば、前記コントローラ２２は、クランクシャフト０２の回転角度を検出するクランク角検出手段であるクランク角センサ２７と、前記駆動軸６の回転角度を検出して燃焼行程を判別する行程判別手段である駆動軸角度センサ２８と、前記制御軸１７の回転角度を検出する制御軸角度センサ２９と、エンジン回転数を検出する回転数センサ、前記スロットルバルブＳＶの開度を検出する図外のスロット開度センサ及び吸気管Ｉ内の吸入空気量を検出してエンジンの負荷を検出するエアフロメータ０８や、さらに水温センサなどの各種センサ類から情報信号を入力して、現在の機関運転状態などを検出して、前記リフト可変機構１の電動モータ２０やバルブタイミング制御機構２に制御電流を出力すると共に、前記点火栓や燃料噴射弁に信号を出力してそれぞれを作動するようになっている。

通常、クランクシャフト０２は、吸入−圧縮−膨張−排気で２回転（７２０°）するが、駆動軸６は１回転（３６０°）するため、前記駆動軸角度センサ２８によって駆動軸６の回転角度を検出することによって、各気筒の燃焼行程を判別することが可能になる。ちなみに、バルブタイミング制御機構２により、この駆動軸６の位相は少し変化するが、行程判別には支障を来さない。

また、前記バルブタイミング制御装置２を作動させると、前記バルブリフトリフトカーブの位相が変化するが、この位相差は前記駆動軸６とタイミングプーリ３０との位相差によって生じる。したがって、前記駆動軸角度センサ２８によって前記位相差を検出することができる。

さらに、リフト可変機構１の前記制御軸１７を一方向に回転させると、吸気弁４，４のバルブリフト量（Ｌ１〜Ｌ３）、つまり作動角がＤ１〜Ｄ３まで連続的に変化し、このとき制御軸１７の回転角度とバルブリフト量（作動角）は一対一で対応することから、前記制御軸角度センサ２９によって制御軸１７の回転角度を検出することによって吸気弁４，４の作動角（Ｄ１〜Ｄ３）を検出することができる。

また、前記コントローラ２２は、前記クランクシャフト０２の前記吸気弁４，４が開弁するまでの角度を、前記クランク角センサ２７や駆動軸角度センサ２８、制御軸角度センサ２９からの検出信号に基づいて演算などにより求めて、前記クランクシャフト０２を逆回転制御するようになっている。

以下、前記コントローラ２２によって、エンジンのクランキング時におけるクランクシャフト０２の逆回転の制御について説明する。

まず、図８に示すフローチャート図は、エンジン停止時に燃焼行程などを検出する制御である。

ステップ１では、イグニッションキーが操作されてエンジンが停止したか否かを判別し、停止していないと判別した場合は、そのまま終了するが、停止したと判別した場合は、ステップ２に進む。

ステップ２では、前記クランク角センサ２７から現在のクランクシャフト０２の回転角度（ＣＲ０）を読み込んで、そのまま記憶する。

続いて、ステップ３では、前記駆動軸角度センサ２８から検出された情報信号によって吸入ないし圧縮行程はどこの気筒になっているかを検出する。

ステップ４では、前記駆動軸角度センサ２８や制御軸角度センサ２９からの各情報信号によって吸気弁４，４の閉時期（ＩＣ１）を読み込み、これを記憶する。

ステップ５では、イグニッションキーをオン操作してエンジンが始動したか否かを判別する。ここで始動していない場合はそのまま終了するが、始動したと判別した場合は、ステップ６に移行する。

このステップ６では、前記吸入ないし圧縮行程にある気筒の現在のピストン０１位置、つまり図６に示すように、クランクシャフト０２のクランク角度（ＣＲ０）がピストン０１の下死点（ＢＤＣ）から±４０°の角度内になっているか否かを判別する。

この範囲外であると判別した場合は、ピストン０１による上死点（ＴＤＣ）圧縮圧力がさほど高くならないため、ステップ９に移行してクランクシャフト０２の逆回転制御は行わないが、範囲内であると判別した場合は、ステップ７において前記スタータモータ０７に制御電流を出力して、前記クランクシャフト０２を一時的に逆回転させる。

このステップ７では、スタータモータ０７に制御電流を出力してクランクシャフト０２を一時的に逆回転させるが、このクランクシャフト０２を逆回転させる前に予めクランクシャフト０２の目標逆回転角度を算出する。つまり、クランクシャフト０２の目標逆回転角度は、予め演算によって求め、その方法としては、図９に示すように、エンジン始動時のクランク角をＣＲ０としたとき、ＩＣ１に至るまでの角度に僅かな余裕分Δを加えたαを演算により求める。このαが目標逆回転角度値である。

次に、ステップ８では、クランクシャフト０２の逆回転量が、前記吸気弁４，４の閉弁時期（ＩＣ１）を越えて該閉弁時期ＩＣ１直前の開弁期間の範囲（Ｘ）に入っているか否かを逆回転角度が目標αを越えたか否かで判別する。越えいない場合はステップ７に戻るが、越えている場合は、ステップ９において今度はクランクシャフト０２を正回転方向へ回転させる制御を行う。このとき、前記クランクシャフト０２が逆回転している状態において、正回転側へ切り換える前に、回転力を減少させて正回転させるようになっている。

その後、ステップ１０では、次のサイクルからはクランクシャフト０２の通常の回転駆動によって燃焼室での吸入、圧縮行程を経て完爆させる処理を行う。

そして、前述のように、クランクシャフト０２を一時的に逆回転させて、該クランクシャフト０２が図６に示すＣＲ１まで継続的に逆回転させると、吸気弁４，４の閉弁時期（ＩＣ１の位置）から開弁領域（Ｘ）に移行ため、図７に示すように閉弁期間で一旦上昇した筒内圧が（ａ）から大気圧（ｂ）まで低下する。

その後、クランクシャフト０２が、ＣＲ１の回転位置に達すると、今度は、そのまま回転方向が切り換えられて、正回転側へゆっくりと回転する。この時点では、吸気弁４，４から筒内が大気圧に開放されることから、筒内はほぼ大気圧まで低下し、さらに正回転すると大気圧（ｂ）よりも僅かに低い負圧（ｃ）になる。

その後、クランクシャフト０２が正回転を続け、ＩＣ１に到達した時点では吸気弁４，４が閉弁するため、クランクシャフト０２がさらに下死点（ＢＤＣ）方向へ回転するにしたがって筒内圧は低下し、下死点（ＢＤＣ）位置になると約０．５気圧程度のピーク負圧になる。

続いて、クランクシャフト０２がさらに正回転すると、ピストン０１の圧縮力で今度は逆に筒内圧が増加し出す。下死点（ＢＤＣ）を中心にとしてＩＣ１とほぼ対称の点となるＩＣ１’まで回転すると筒内圧はほぼ大気圧（ｂ）に戻る。

このＩＣ１’ではかなり上死点（ＴＤＣ）に近づくので、該ＴＤＣまで回転しても、筒内圧は図７で示すように約２気圧（ｄ）程度しか上昇せず、筒内圧が十分に抑制される。

したがって、このデコンプ作用によって、エンジン始動時のコンプレッションによる振動の発生を十分に抑制できるのである。

また、前述した目標逆回転角度値を一定値として与えることも可能であり、例えば、下死点（ＢＤＣ）後、４０°からＩＣ１に至るまでの角度余裕分を加えたβを固定値として与えることも可能である。この場合は、下死点（ＢＤＣ）の±４０°の範囲内のどこの位置であっても、ＩＣ１を越えるまでクランクシャフト０２を逆回転できる。このように、クランクシャフト０２を逆回転させる範囲（回転角度）を予め一定に定めておくことによって複雑な制御が不要になるので、制御の簡素化とコストの低減化が図れる。

図１０は前記コントローラ２２によるクランクシャフト０２のさらに異なる制御を示し、エンジンの始動のクランキング前にクランクシャフト０２などの回転角度を検出するものである。

まず、ステップ１１では、イグニッションキーをオンしたか否かを判別し、オフの状態であれば、そのままリターンするが、オンしたと判別した場合は、ステップ１２に進む。

このステップ１２では、前述と同じく、前記クランク角センサ２７から現在のクランクシャフト０２の回転角度（ＣＲ０）を読み込んで、そのまま記憶する。

続いて、ステップ１３では、前記駆動軸角度センサ２８から検出された情報信号によって吸入ないし圧縮行程はどこの気筒になっているかを検出し、そのまま記憶する。

ステップ１４では、前記吸入ないし圧縮行程にある気筒の現在のピストン０１位置、つまり図６に示すように、クランクシャフト０２のクランク角度（ＣＲ０）がピストン０１の下死点（ＢＤＴ）から±４０°の角度内になっているか否かを判別する。この範囲外であると判別した場合は、ピストン０１による圧縮圧力がさほど高くならないため、ステップ１８に移行してクランクシャフト０２の逆回転制御は行わないが、範囲内であると判別した場合は、ステップ１５に移行する。

ステップ１５では、前記駆動軸角度センサ２８や制御軸角度センサ２９からの各情報信号によって吸気弁４，４の閉時期（ＩＣ１）を読み込み、これを記憶する。

ステップ１６では、図８に示すステップ７と同じく、クランクシャフト０２の目標逆回転値を演算により求めて、前記スタータモータ０７に制御電流を出力して、前記クランクシャフト０２を一時的に逆回転させる。

続くステップ１７では、クランクシャフト０２の逆回転量が、前記吸気弁４，４の閉弁時期（ＩＣ１）を越えて該閉弁時期ＩＣ１直前の開弁期間の範囲（Ｘ）に入っているか否かを逆回転角度が目標αを越えたか否かで判別する。越えていない場合はステップ１６に戻るが、越えている場合は、ステップ１８において、今度はクランクシャフト０２を正回転方向へ回転させる制御を行う。

続いて、ステップ１９では、クランクシャフト０２が正回転方向へ所定回転したか否かを判別し、いまだ所定回転以下であると判別した場合は、ステップ１８に戻るが、所定回転以上であると判別した場合はステップ２０に移行する。

このステップ２０では、前記リフト可変機構１の電動モータ２０に制御電流を出力して各吸気弁４，４の作動角Ｄを拡大する制御を行うと共に、バルブタイミング制御機構２の電磁コイルに制御電流を出力してタイミングプーリ３０と駆動軸６との回転位相を遅角側へ変換して、各吸気弁４，４の閉弁時期の遅角制御を行う。ここで、エンジン回転が開始しているので、動弁各部の摩擦係数の小さな動摩擦状態になっているので、機構１，２ともにスムーズな変換制御が可能になる。次に、ステップ２１において、点火栓０６に点火電流を出力して、燃焼室０４内の混合気に点火する。

このように、前記ステップ２０において各吸気弁４，４の大作動角制御及び閉弁時期の遅角制御したことによって、吸気弁４，４の閉弁時期が下死点（ＢＤＣ）付近となり、十分吸入吸気量が得られ、圧縮行程での有効圧縮比が向上するため、その後の混合気への点火によりスムーズかつ効果的な完爆が得られ、エンジンの始動性が向上する。

また、前述のように、エンジン始動初期（クランキング前）の吸気弁４，４の開弁期間は、図６のＸに示す領域になるが、始動後期（クランク回転上昇後）の開弁期間は図６のＺに示す領域になる。

また、通常運転領域では、要求出力に応じて、前記各機構１，２によって図６のＱに示すように吸気弁４，４の開弁時期を進角させ、閉弁時期を下死点以降まで遅らせる制御が行われる。

さらに、エンジンの軽負荷領域では、吸気弁４，４の開弁時期及び開弁期間が、図６の前記Ｘに示す状態に近い制御が行われ、これによってポンピング損失の低減化が図れ、燃費が向上する。なお、この制御状態でエンジンを停止させた場合は、エンジン始動後期のクランク回転上昇後に前記リフト可変機構１やバルブタイミング制御機構２を作動させる必要がなくなるので、制御が簡素化される。

また、前記図１０に示す制御フローチャートにおけるステップ１１でのイグニッションキーをオンしたか否かの判別の前、つまりエンジンスタート前のエンジン停止後においては、図１１に示すフローチャートによる制御を行ってエンジン始動時間の短縮化などを図る制御を行うことも可能である。

すなわち、ステップ３１ではイグニッションキーがオフされて、エンジン停止条件が揃っているか否かを判別し、停止条件になっていないと判別した場合はステップ３１に戻るが、停止条件になっていると判別した場合は、ステップ３２に移行する。

このステップ３２では、前記リフト可変機構１によって各吸気弁４，４の作動角Ｄを最小（Ｄ１）に制御すると共に、バルブタイミング制御機構２によって各吸気弁４，４の閉弁時期を最進角側に制御する。

次に、ステップ３３では、前記リフト可変機構１とバルブタイミング制御機構２によるそれぞれの制御が目標の制御に変換されたか否かを判別する。この判別する手段としては、前記駆動軸角度センサ２８及び制御軸角度センサ２９から検出された駆動軸６と制御軸１７の回転角検出信号によって判別する。

ここで、各機構１，２が制御目標値になっていないと判別した場合は、ステップ３２に戻るが、制御目標値になっていると判別した場合には、ステップ３４においてエンジン停止制御を行う。その後、前記図１０のステップ１１に移行する。

このように、前記ステップ３２において、各吸気弁４，４の作動角を最小（Ｄ１）制御すると共に、閉弁時期を最進角側へ制御することにより、エンジン再始動時におけるクランキング時の圧縮行程時のＴＤＣ圧縮圧力を低下させることが可能になり、また、前述のようにクランクシャフト０２を吸気弁４，４の開弁させるまで逆回転させることによって、該始動時の振動を効果的に抑制することができる。

なお、各吸気弁４，４を前記リフト可変機構１によって最小作動角Ｄ１よりも若干大きく制御すると共に、位相を最進角よりも若干遅くする制御を行えば、前記クランクシャフト０２の逆回転制御時における該逆回転量を小さくすることができる。これによって、逆回転に必要な時間を十分に短縮でき、また始動時間も短縮でき、さらにバッテリー電源の負荷も小さくすることが可能になる。

また、この実施形態では、前述のように、クランクシャフト０２の逆回転制御時のステップ６において、吸入、圧縮行程にある気筒の現在のピストン０１位置、つまりクランクシャフト０２のクランク角度（ＣＲ０）がピストン０１の下死点（ＢＤＴ）から±４０°の角度内か否かとしたのは、エンジン停止時のクランクシャフト０２の回転角度は、ピストン０１の下死点後４０°以降になっていることが比較的多い。なぜなら、ＴＤＣ近くまでエンジンが回転すると筒内圧が高まり、このため、ピストンが押し戻されて、ＢＤＣ後９０°±５０°付近で停止する場合が多く、つまりＢＤＣ後４０°以上でエンジン停止する場合が多いのである。したがって、この状態から外れるクランクシャフト０２の±４０°回転角度範囲に設定することによって、クランクシャフト０２の逆回転の作動回数を低減できる。もう一つの理由は、ＢＤＣ±４０°を外れる場合は、ピストン上死点（ＴＤＣ）で筒内圧比較的低くなるので、クランク逆回転制御が必要性が低いからである。

さらに別の理由として、ＢＤＣ±４０°（レンジ８０°）に入る気筒は通常の４〜８気筒エンジンでは１つの気筒に限定されるためである。気筒間のクランク角差は４気筒では、７２０°／４＝１８０°、８気筒では７２０°／８＝９０°でいずれもレンジ８０°より広い。したがって、ＢＤＣ±４０°となる気筒は１つであるので、制御上の複雑さが発生しない。

また、エンジン停止時にクランクシャフト０２の回転角度を検出してメモリーに記憶させておけば、エンジンを再始動する際には、クランクシャフト０２を正回転させるか逆回転させるかを予め決定できるので、エンジンの再始動の応答性が良好になる。

前記クランク角センサ２７は、エンジンを再始動する瞬間にクランクシャフト０２の回転角度を検出するようになっているため、エンジン停止後に、仮にクランクシャフト０２の回転角度がズレてしまった場合でも、正確なクランクシャフト０２の回転角度を検出することができ、したがって、メモリーも不要になる。

また、前記クランクシャフト０２が逆回転している状態において、正回転側へ切り換える前に、回転力を減少させて正回転させるようになっているため、クランクシャフト０２の回転方向の切換時における急激な回転変更が防止できる。これによって、慣性力の影響を極力防止することができる。

前記各吸気弁４，４は、通常運転時にリフト可変機構１及びバルブタイミング制御機構２開閉時期を変更可能に制御され、エンジンの停止する直前には、閉弁時期がピストン０１の下死点前の一定の位置となるように制御されるため、エンジン停止時または始動時に吸気弁４，４の閉弁時期が結果として一定になることから、クランクシャフト０２を逆回転させる際に、容易に逆回転させる角度または時間を決定することができる。

また、バルブタイミング制御機構２をエンジン停止時に最遅角に安定する構造としたり、バルブタイミング制御機構２を廃止した場合は、前記制御軸１７の回転角度を検出することによって前記吸気弁４，４の開弁時期を検出する制御軸角度センサ２９よって前記制御軸１７の回転角度を検出することにより、前記吸気弁４，４の閉弁時期を容易に検出することができる。

前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。

請求項（１）前記ピストンの下死点近傍とは、該ピストンの下死点からクランク角±４０°の角度範囲であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動制御装置。

エンジン停止時のクランクシャフトの回転角度は、ピストン下死点後４０°以降になっていることが比較的多く、この場合のＴＤＣ筒内圧は比較的低くなっている。したがって、この状態から外れるクランクシャフトの±４０°回転角度範囲に設定することによって、クランクシャフトの逆回転の作動回数を低減できる。なお、−４０°以前であれば、±４０°同様にＴＤＣ筒内圧は比較的低い状態になる。

請求項（２）前記クランク角検出手段は、エンジン停止時にクランクシャフトの回転角度を検出し、該検出情報をメモリーに記憶することを特徴とする請求項（１）に記載のエンジンの始動制御装置。

エンジンを再始動する際には、クランクシャフトを正回転させるか、逆回転させるかを予め決定していることから、エンジン再始動の応答性が良好になる。

請求項（３）前記クランク角検出手段は、エンジンを再始動する瞬間にクランクシャフトの回転角度を検出することを特徴とする請求項１及び（１）に記載のエンジンの始動制御装置。

エンジン再始動時にクランクシャフトの回転角度を検出するようになっているため、エンジン停止後に仮にクランクシャフトの回転角度がズレてしまった場合でも、正確なクランクシャフトの回転角度を検出することができ、したがって、メモリーも不要になる。

請求項（４）前記行程判別手段は、駆動軸の回転角度を検出することによって、前記行程を判別することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動制御装置。

通常、クランクシャフトは１サイクルで２回転（７２０°）するが、駆動軸は１回転（３６０°）なので、この角度検出によって各気筒の行程判別を行うことができる。例えば、同じクランクシャフトの回転角度（ＡＴＤＣ）９０°でも、吸入行程と膨張行程の２つがあり得るが、それは、駆動軸の回転角度では１８０°の位相差があり、それによって吸入行程のＡＴＤＣ９０°なのか膨張行程のＡＴＤＣ９０°なのかを判別できる。

請求項（５）前記駆動軸の回転角度をエンジン停止時に検出し、該検出情報をメモリーに記憶させるようにしたことを特徴とする請求項（４）に記載のエンジンの始動制御装置。

請求項（６）前記駆動軸の回転角度を、エンジンの再始動する瞬間に検出することを特徴とする請求項（２）に記載のエンジンの始動制御装置。

請求項（７）前記クランクシャフトが逆回転している状態において、正回転側へ切り換える前に、回転力を減少させて正回転させることを特徴とする請求項２または３に記載のエンジンの始動制御装置。

クランクシャフトの回転方向の切換時における急激な回転変更が防止できる。これによって、慣性力の影響を極力防止することができる。

請求項（８）前記吸気弁は、通常運転時には、可変動弁機構によって弁開閉時期を変更可能に制御され、エンジンの停止及び／または始動時には、吸気弁閉弁時期がピストン下死点前の一定の位置となるように予めエンジン回転時に制御されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動制御装置。

この発明によれば、吸気弁の閉弁時期が常に一定になることから、クランクシャフトを逆回転させる際に、容易に逆回転させる角度または時間を決定することができる。

請求項（９）前記吸気弁は、通常運転時には、可変動弁機構によって弁開閉時期を変更可能に制御され、エンジンの停止及び／又は始動時には、前記吸気弁の閉弁時期が最進角よりも遅らせる位置になるように予めエンジン回転時に制御されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動制御装置。

吸気弁の閉弁時期を遅らせることによって、クランクシャフトの逆回転角度を小さくすることが可能になる。この結果、エンジン始動までの時間を十分に短縮でき、あるいはバッテリー負荷を低減できる。

請求項（１０）前記吸気弁は、通常運転時には、可変動弁機構によって弁開閉時期を変更可能に制御され、エンジン停止時及び／又は始動時には、前記吸気弁の閉弁時期を最も早くなる位置になるように予めエンジン回転時に制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動制御装置。

吸気弁の閉時期を最も早く制御することによって、ピストンの圧縮圧力を最大限に小さくすることができる。これにより、振動の発生を極力防止できる。

請求項（１１）前記可変動弁機構は、制御軸を回転制御することにより吸気弁のバルブリフト量と開弁期間の両方を可変制御する構成であって、前記制御軸の回転角度を検出することによって前記吸気弁の閉弁時期を検出する閉弁時期検出手段を設けたことを特徴とする請求項（８）〜（１０）に記載のエンジンの始動制御装置。

前記閉弁時期検出手段によって前記制御軸の回転角度を検出することにより、前記吸気弁の閉弁時期を容易に検出することができる。

請求項（１２）前記可変動弁機構は、制御軸を回転制御することにより吸気弁のバルブリフト量と開弁時間の両方を可変制御する第１可変機構と、前記駆動軸の回転位相を変化させる第２可変機構とから構成され、前記制御軸の回転角度と駆動軸の回転角度の両方を検出することによって前記吸気弁の閉弁時期を検出することを特徴とする請求項（８）〜（１０）に記載のエンジン始動制御装置。

この発明によれば、吸気弁の閉弁時期をより正確に検出することが可能になる。

請求項（１３）前記可変動弁機構は、前記機関のクランク軸に同期して回転し、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、支軸に揺動自在に支持されて、カム面がバルブリフター上面を摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、前記駆動カムと揺動カムとを機械的に連係する伝達手段と、機関運転状態に応じて前記伝達手段の揺動支点を前記制御軸を介して変化させる制御手段とを備えたことを特徴とする請求項（８）〜（１１）に記載のエンジンの始動制御装置。

請求項（１４）ピストンの位置を検出するピストン位置検出手段と、
現在のピストン行程が吸気行程か排気行程かを判別する行程判別手段と、
１つの気筒のピストン位置が下死点近傍で、かつ前記行程判別手段によって吸気行程ないし圧縮行程であると判別された場合に、エンジンを再始動する際に吸気弁が開弁するまでクランクシャフトを逆回転させ、前記吸気弁の開弁後に正回転させることを特徴とするエンジンの始動制御装置。

この発明によれば、前記請求項１の発明と同様な作用効果が得られる。

請求項（１５）少なくとも筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、
吸気行程であるか排気行程かを判別する行程判別手段と、
エンジンの停止した瞬間から所定時間の間の筒内圧力が所定以上の負圧となり、かつ前記行程判別手段によって吸気行程ないし圧縮行程であると判断された場合に、エンジンをクランキングする際に吸気弁が開弁するまでクランクシャフトを逆回転させ、前記吸気弁の開弁後に正回転させることを特徴とするエンジンの始動制御装置。

この発明によれば、前記請求項１の発明と同様な作用効果が得られる。

請求項（１６）前記クランクシャフトを前記逆回転から正回転に切り換えた後の吸気行程において吸気弁の閉時期をピストンの下死点側に遅角制御させることを特徴とする請求項１〜（１５）に記載のエンジンの始動制御装置。

この発明によれば、クランキング初期の振動を抑制しつつクランクシャフトが正回転方向へ回転した後の吸気行程では十分吸入吸気量が得られると共に、圧縮行程での圧縮圧力が上昇するため、エンジンのスムーズな完爆が得られる。この結果、エンジンの始動性が向上する。

請求項（１７）前記第１可変機構による前記吸気弁の開弁期間の拡大制御と、前記第２可変機構による吸気弁の閉弁時期の遅角制御とによって、前記吸気弁の閉時期をピストンの下死点側に遅角制御することを特徴とする請求項（１６）に記載のエンジンの始動制御装置。

前記第１、第２の可変機構によって吸気弁の開弁期間の拡大制御と閉弁時期に遅角制御することから、この両者の変換幅を縮小することができる。

請求項（１８）前記エンジンの停止条件になると、前記第１可変機構によって前記吸気弁を最小作動角に制御すると共に、第２可変機構によって最進角に制御することを特徴とする請求項（１０）に記載のエンジンの始動制御装置。

エンジン始動時には、第２可変機構によって予め吸気弁の閉時期が最進角側に制御されていることから、ピストンの圧縮圧力を最大限に小さくすることができるといった前記請求項（１０）の発明の作用効果を確実に得ることが可能になる。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば図８のステップ２や図１０のステップ１２におけるクランクシャフト０２の回転角を検出するものに変えて、筒内圧力を検出する筒内圧検出センサやピストン０１の位置を検出するピストン位置検出センサなどの情報信号を前記各ステップ２，１２以下の制御に利用することも可能である。

本発明に係る始動制御装置の実施形態に供されるエンジンの概略図である。 本実施形態に供されるリフト可変機構とバルブタイミング制御機構を示す斜視図である。 Ａ及びＢはリフト可変機構による小リフト制御時の作動説明図である。 Ａ及びＢは同リフト可変機構による最大リフト制御時の作動説明図である。 本実施形態における吸気弁のバルブリフト量と作動角及びバルブタイミング特性図である。 本実施形態におけるクランクシャフトの逆回転及び正回転制御のクランク角特性図である。 本実施形態の制御時における筒内圧とクランク角との関係を示す特性図である。 本実施形態におけるコントローラの制御フローチャート図である。 該制御中におけるクランクシャフトの逆回転目標値を演算するためのクランク角特性図である。 コントローラのさらに異なる制御を示すフローチャート図である。 エンジン停止時の制御フローチャート図である。

符号の説明

１…リフト可変機構
２…バルブタイミング制御機構
４…吸気弁
６…駆動軸
７…駆動カム
９…揺動カム
１１…ロッカアーム
１２…リンクアーム
１３…リンクロッド
１７…制御軸
１８…制御カム
１９…駆動機構
２０…電動モータ
２２…コントローラ
２７…クランク角センサ（クランク角検出手段）
２８…駆動軸角度センサ（行程判別手段）
２９…制御軸角度センサ

Claims (3)

1. クランクシャフトの回転角度を検出するクランク角検出手段と、
   各気筒が吸気行程ないし圧縮行程であるか、あるいは排気行程ないし膨張行程であるかを判別する行程判別手段とを備え、
   吸気弁の閉弁時期がピストンの下死点位置より早くなる位置に設定され、
   １つの気筒の前記クランクシャフトの回転角度がピストンの下死点近傍で、かつ前記行程判別手段によって吸気行程ないし圧縮行程であると判断された場合に、エンジンのクランキング時に、前記吸気弁が閉弁状態から開弁するまで前記クランクシャフトを一時的に逆回転させると共に、前記吸気弁の開弁後に正回転させるように制御したことを特徴とするエンジンの始動制御装置。
2. 前記クランクシャフトが逆回転する回転角度を、前記吸気弁が必ず開弁する一定の角度に設定したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動制御装置。
3. 前記クランクシャフトの前記吸気弁が開弁するまでの逆回転角度を、前記クランク角検出手段からの検出信号に基づいて前記吸気弁の開弁時期を演算により求めて、前記クランクシャフトを逆回転制御したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動制御装置。
   

Images