JP2010248965A - 内燃機関の始動制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、クランキング中の機関回転速度をより高い精度で制御することを目的とする。
【解決手段】本発明は、内燃機関の始動時にクランキングするスタータモータと、内燃機関の実圧縮比を変更する実圧縮比変更手段と、を備え、クランキング中において、内燃機関の実圧縮比を変更することで機関回転速度を目標回転速度に制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の始動制御システムに関する。

特許文献１には、内燃機関の始動時であって、クランキング開始時から所定の機関回転速度に到達するまでの所定の期間において、機関回転速度をフィードバック制御する技術が記載されている。

また、特許文献２には、機械圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、排気浄化装置の暖機期間に機械圧縮比を比較的高い状態に設定し、該暖機期間中に機関負荷が所定値以上となった場合は機械圧縮比を比較的低い状態に変更する技術が記載されている。

また、特許文献３には、機械圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、クランキング中は機械圧縮比を高くし、始動完了後に機械圧縮比を低下補正する技術が記載されている。

また、特許文献４には、冷間始動時におけるクランキング中の実圧縮比を暖機後におけるクランキング中の実圧縮比よりも高くする技術が記載されている。

特開平９−２６４１７８号公報 特開２００４−２７８４１５号公報 特開２００５−０３０２５３号公報 特開２００２−２７６４４６号公報

内燃機関始動時の初期においては、スタータモータをクランキングさせて機関回転速度を目標回転速度まで上昇させ、その状態で燃料を噴射し該燃料を燃焼させる。しかしながら、バッテリの充電状態のばらつき等に起因して、クランクキング中における実際の機関回転速度と目標回転速度との間にずれが生じる場合がある。このような機関回転速度のずれが生じると、噴射された燃料の挙動が変化するために所望の燃焼状態を得ることが困難となる場合がある。特に冷間始動時においては、このような現象が生じやすい。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、クランキング中の機関回転速度をより高い精度で制御することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明は、クランキング中において、内燃機関の実圧縮比を変更することで機関回転速度を制御するものである。

より詳しくは、本発明に係る内燃機関の始動制御システムは、
内燃機関の始動時にクランキングするスタータモータと、
内燃機関の実圧縮比を変更する実圧縮比変更手段と、を備え、
クランキング中において、内燃機関の実圧縮比を変更することで機関回転速度を目標回
転速度に制御することを特徴とする。

本発明によれば、クランキング中の機関回転速度をより高い精度で目標回転速度に制御することが出来る。

尚、実圧縮比変更手段は、内燃機関の機械圧縮比を変更することで実圧縮比を変更してもよく、また、内燃機関の吸気弁の閉弁時期を進角もしくは遅角して有効圧縮比を変更することで実圧縮比を変更してもよい。

本発明では、クランクキング中の実際の機関回転速度が目標回転速度よりも高い場合は内燃機関の実圧縮比を上昇させる。実圧縮比を上昇させると、機関回転に対する抵抗が増大するため、機関回転速度を低下させることが出来る。一方、クランクキング中の実際の機関回転速度が目標回転速度よりも低い場合は内燃機関の実圧縮比を低下させる。実圧縮比を低下させると、機関回転に対する抵抗が減少するため、機関回転速度を低下させることが出来る。

さらに、本発明において、実圧縮比変更手段が、内燃機関の機械圧縮比を変更する機械圧縮比変更手段を有している場合、内燃機関の始動時におけるクランキング終了後の機械圧縮比を、冷間始動時は温間始動時に比べて高くしてもよい。

機械圧縮比を高めることにより実圧縮比を高くすることが出来る。実圧縮比を高めることにより燃焼安定性を向上させることが出来る。また、燃焼効率も高くなるため燃費を向上させることも出来る。また、冷間始動時は気筒内の温度が低いため、機械圧縮比を高めてもノッキングは生じ難い。

尚、内燃機関の吸気弁の閉弁時期を変更して有効圧縮比を高くすることによっても実圧縮比を高くすることが出来るが、機械圧縮比を高めることで実圧縮比を高めた方が燃焼状態がばらつき難い。

本発明によれば、クランキング中の機関回転速度をより高い精度で制御することが出来る。その結果、内燃機関の始動性を向上させることが出来る。

第一の実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。 第一の実施例に係るクランキング中の実圧縮比制御のフローを示すフローチャートである。 第二の実施例に係るクランキング終了後における実圧縮比及び機械圧縮比を示す図である。 第二の実施例の第一の変形例に係るクランキング終了後における実圧縮比、吸気弁の閉弁時期及び機械圧縮比を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
本発明の第一の実施例について図１及び２に基づいて説明する。

（概略構成）
図１は、本発明の実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は、４つの気筒２を有する車両駆動用のガソリンエンジンである。

気筒２内にはピストン３が摺動自在に設けられている。気筒２内上部の燃焼室には吸気ポート４と排気ポート５とが接続されている。吸気ポート４および排気ポート５の燃焼室への開口部は、それぞれ吸気弁６および排気弁７によって開閉される。また、本実施例に係る内燃機関１には、吸気弁６のバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構１８が設けられている。

内燃機関１には、点火プラグ１０及び燃料噴射弁１１が設けられている。点火プラグ１０は気筒２内の燃焼室において混合気に点火する。燃料噴射弁１１は吸気ポート４内に燃料を噴射する。

吸気ポート４には吸気通路８が接続されている。排気ポート５には排気通路９が接続されている。吸気通路８にはスロットル弁１３が設けられている。排気通路９には、三元触媒等によって構成される排気浄化触媒１４が設けられている。

また、内燃機関１には、バッテリ２５を電源として作動するスタータモータ２４が設置されている。該スタータモータ２４が作動しフライホイール２３にクランキングすることで内燃機関１のクランクシャフトが回転する。

さらに、本実施例に係る内燃機関１は、シリンダブロック２１をクランクケース２２に対して上下方向に移動させる可変圧縮比機構１５を備えている。シリンダブロック２１がクランクケース２２に対して上下方向に移動すると燃焼室容積が変化し、それによって機械圧縮比が変化する。例えば、シリンダブロック２１が上方に移動すると、燃焼室容積が増加して機械圧縮比が低下する。

以上述べたように構成された内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０には水温センサ１９、クランクポジションセンサ１６及びアクセル開度センサ１７が電気的に接続されている。これらの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。

水温センサ１９は、シリンダブロック２１のウォータージャケット内の冷却水の温度を検出するセンサである。クランクポジションセンサ１６は、内燃機関１のクランク角を検出するセンサである。また、アクセル開度センサ１７は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出するセンサである。

また、ＥＣＵ２０には、可変動弁機構１８、点火プラグ１０、燃料噴射弁１１、スロットル弁１３、スタータモータ２４及び可変圧縮比機構１５が電気的に接続されている。ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。

（機関始動時の制御）
本実施例に係る内燃機関１の始動時においては、先ずスタータモータ２４を内燃機関１にクランキングさせ、該スタータモータ２４の回転によって内燃機関１の機関回転速度を上昇させる。その後、燃料噴射弁１１から燃料を噴射すると共に点火プラグによって着火することで該燃料を燃焼させる。

ここで、クランキング時のスタータモータ２４の回転は、内燃機関１の機関回転速度を
所定の目標回転速度とすべく制御される。しかしながら、スタータモータ２４に電力を供給するバッテリ２５の充電状態のばらつき等に起因して、スタータモータ２４の負荷がばらつくため、クランクキング中における実際の機関回転速度と目標回転速度との間にずれが生じる場合がある。

このような機関回転速度のずれが生じると、燃料噴射弁１１から燃料噴射タイミングにおけるピストン３の位置等が、機関回転速度が目標回転速度となっている場合とは異なったものとなる。そのため、燃料噴射弁１１から燃料が噴射された際の該燃料の挙動が変化し、所望の燃焼状態を得ることが困難となる場合がある。この場合、内燃機関１の始動性の低下を招く虞がある。

そこで、本実施例にでは、クランキング中において、内燃機関１の実圧縮比を変更することで機関回転速度を目標回転速度に制御する。実圧縮比を変更すると機関回転に対する抵抗の大きさが変化する。そのため、実圧縮比を変更することで、機関回転速度を変化させることが出来る。

（実圧縮比の変更方法）
ここで、本実施例に係る実圧縮比の変更方法について説明する。本実施例では、可変動弁機構１８により吸気弁６の閉弁時期を変更することで有効圧縮比（燃焼室容積と吸気弁６が閉弁した時の気筒２内の容積との比）を変更する方法、及び／又は、可変圧縮比機構１５によって機械圧縮比を変更する方法によって実圧縮比を変更する。

有効圧縮比を変更することで実圧縮比を変更する場合、例えば、吸気行程下死点以降において吸気弁６の閉弁時期を進角することにより有効圧縮比を上昇させることが出来、これにより実圧縮比を上昇させることが出来る。一方、吸気行程下死点以降において吸気弁６の閉弁時期を遅角することにより有効圧縮比を低下させることが出来、これにより実圧縮比を低下させることが出来る。

機械圧縮比を変更することで実圧縮比を変更する場合、機械圧縮比を上昇させることで実圧縮比を上昇させることが出来、機械圧縮比を低下させることで実圧縮比を低下させることが出来る。

尚、本実施例においては、可変動弁機構１８及び可変圧縮比機構１５が本発明に係る実圧縮比変更手段に相当する。

（クランキング中の実圧縮比制御フロー）
以下、本実施例に係るクランキング中の実圧縮比制御のフローについて図２に示すフローチャートに基づいて説明する。尚、本フローはＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。

本フローでは、先ずステップＳ１０１において、クランクキング中か否かが判別される。ステップＳ１０１において、肯定判定された場合、次にステップＳ１０２の処理が行われ、否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。

ステップＳ１０２においては、クランクポジションセンサ１６の出力値に基づいて現時点の実際の機関回転速度Ｎｅが推定される。

次に、ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２で推定された機関回転速度Ｎｅが目標回転速度Ｎｅｔより高いか否かが判別される。ステップＳ１０３において、肯定判定された場合、次にステップＳ１０４の処理が実行され、否定判定された場合、次にステッ
プＳ１０５の処理が実行される。

ステップＳ１０４においては、実圧縮比εａが上昇される。このときの実圧縮比εａの上昇量は、ステップＳ１０２で推定された機関回転速度Ｎｅと目標回転速度Ｎｅｔとの差に基づいて決定される。

一方、ステップＳ１０５においては、ステップＳ１０２で推定された機関回転速度Ｎｅが目標回転速度Ｎｅｔより低いか否かが判別される。ステップＳ１０５において、肯定判定された場合、次にステップＳ１０６の処理が実行され、否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。

ステップＳ１０６においては、実圧縮比εａが低下される。このときの実圧縮比εａの低下量は、ステップＳ１０２で推定された機関回転速度Ｎｅと目標回転速度Ｎｅｔとの差に基づいて決定される。

上記フローによれば、クランキング中において、実際の機関回転速度Ｎｅが目標回転速度Ｎｅｔより高い場合は実圧縮比εａが上昇する。実圧縮比εａが上昇すると、機関回転に対する抵抗が増大する。そのため、実際の機関回転速度Ｎｅを低下させることが出来る。一方、クランキング中において、実際の機関回転速度Ｎｅが目標回転速度Ｎｅｔより低い場合は実圧縮比εａが低下する。実圧縮比εａが低下すると、機関回転に対する抵抗が減少する。そのため、実際の機関回転速度Ｎｅを低下させることが出来る。

従って、本実施例によれば、クランキング中における機関回転速度Ｎｅをより高い精度で目標回転速度Ｎｅｔに制御することが出来る。その結果、内燃機関１の始動性を向上させることが出来る。

尚、上記フローでのステップＳ１０４及びＳ１０６において、実圧縮比εａを変更する時に用いる方法は予め定められている。

また、上記フローにおいては、クランクポジションセンサ１６の出力値に基づいて機関回転速度Ｎｅを推定し、該機関回転速度Ｎｅに基づいて実圧縮比εａを上昇又は低下させるか否かを判別した。しかしながら、該機関回転速度Ｎｅに代えて、バッテリ２５からの電流値に基づいてスタータモータ２４の負荷を推定し、該負荷に基づいて実圧縮比εａを上昇又は低下させるか否かを判別してもよい。

＜実施例２＞
本発明の第二の実施例について図３及び４に基づいて説明する。尚、ここでは、第一の実施例と異なる点についてのみ説明する。

（クランキング終了後の制御）
本実施例においても、クランキング中は第一の実施例と同様の制御を行う。図３は、本実施例におけるクランキング終了後における実圧縮比εａ及び機械圧縮比εｅを示す図である。図３において、実線は冷間始動時を表しており、破線は温間始動時を表している。尚、冷間始動であるか温間始動であるかは、水温センサ１９の出力値に基づいてＥＣＵ２０により判別する。

図３に示すように、本実施例では、クランキング終了後において、機械圧縮比εｅを冷間始動時は温間始動時に比べて高くする。これにより、実圧縮比εａが温間始動時に比べて高くなる。

実圧縮比εａを高めることで、燃焼安定性を向上させることが出来る。また、燃焼効率も高くなるため燃費を向上させることも出来る。

また、冷間始動時は気筒２内の温度が温間始動時に比べて低い。そのため、機械圧縮比εｅを高めてもノッキングは生じ難い。燃焼安定性及び燃焼効率を可及的に高めるためには、ノッキング発生の閾値となる上限まで機械圧縮比εｅを高めることが好ましい。

上述したように、吸気弁６の閉弁時期を進角して有効圧縮比を高めることによっても実圧縮比εａを高めることが出来る。しかしながら、クランキング終了後において、吸気弁６の閉弁時期を基準となる時期と異なる時期に変更すると、一旦気筒２内に吸入された燃料のうち吸気ポート４に吹き返される燃料（以下、吹き返し燃料と称する）の量等が変化する。その結果、燃焼状態がばらつく虞がある。そのため、機械圧縮比εｅを高めることで実圧縮比εａを高めた方が燃焼状態のばらつきを抑制することが出来る。

尚、実圧縮比εａを高めると内燃機関１の機関トルクが増加することになる。そこで、該機関トルクの増加分をキャンセルするために、冷間始動時は、スロットル弁１３の開度Ｒｖを温間始動時に比べて小さくする。

（変形例１）
図４は、本実施例の第一の変形例におけるクランキング終了後における実圧縮比εａ、吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣ及び機械圧縮比εｅを示す図である。図４において、実線は冷間始動時を表しており、破線は温間始動時を表している。

本変形例においても、上記と同様、クランキング終了後において、冷間始動時は、機械圧縮比εｅを温間始動時に比べて高くし、これにより、実圧縮比εａを温間始動時に比べて高くする。さらに、本実施例においては、クランキング終了後において、冷間始動時は、吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣを温間始動時に比べて遅角する。

吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣが遅角されると吹き返し燃料の量が増加する。これにより、燃料の霧化を促進することが出来る。その結果、燃料の燃焼性が向上するため、燃焼安定性及び燃焼効率をより高めることが出来る。また、未燃燃料成分の排出量を抑制することが出来る。

尚、吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣが遅角されると吹き返し燃料のみならず吸気ポート４に流出する吸気が増加する。そこで、該吸気の流出量の増加分をキャンセルために、本変形例では、上記のように吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣを変更しない場合に比べて、冷間始動時のスロットル弁１３の開度Ｒｖを大きくする。

（変形例２）
上述したように、本実施例によれば、冷間始動時における燃焼安定性及び燃焼効率が向上する。その結果、排気温度が低下すると共に排気浄化触媒１４に供給される未燃燃料成分の量が減少する。そのため、排気浄化触媒１４の暖機が遅れる虞がある。

そこで、本実施例の第二の変形例では、冷間始動時のクランキング終了後における機械圧縮比εｅをノッキング発生の閾値となる上限値よりも低くする。さらに、スロットル弁１３の開度Ｒｖを可及的に大きくする。

これによれば、排気温度の低下及び排気浄化触媒１４に供給される未燃燃料成分の量の減少を抑制することが出来、さらに、排気の流量を増加させることが出来る。そのため、排気浄化触媒１４の暖機を促進することが可能となる。

尚、上記第一の変形例のように、冷間始動時のクランキング終了後における吸気弁６の閉弁時期ＩＶＣを遅角する場合においては、その遅角量を上限値より小さくしてもよい。これにより、上記と同様、排気温度の低下及び排気浄化触媒１４に供給される未燃燃料成分の量の減少を抑制することが出来る。

１・・・内燃機関
２・・・気筒
４・・・吸気ポート
５・・・排気ポート
１１・・燃料噴射弁
１３・・スロットル弁
１５・・可変圧縮比機構
１６・・クランクポジションセンサ
１７・・アクセル開度センサ
１８・・可変動弁機構
１９・・水温センサ
２０・・ＥＣＵ
２１・・シリンダヘッド
２２・・シリンダブロック
２４・・スタータモータ
２５・・バッテリ

Claims (4)

1. 内燃機関の始動時にクランキングするスタータモータと、
   内燃機関の実圧縮比を変更する実圧縮比変更手段と、を備え、
   クランキング中において、内燃機関の実圧縮比を変更することで機関回転速度を目標回転速度に制御することを特徴とする内燃機関の始動制御システム。
2. クランクキング中の実際の機関回転速度が前記目標回転速度よりも高い場合は内燃機関の実圧縮比を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動制御システム。
3. クランクキング中の実際の機関回転速度が前記目標回転速度よりも低い場合は内燃機関の実圧縮比を低下させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の始動制御システム。
4. 前記実圧縮比変更手段が、内燃機関の機械圧縮比を変更する機械圧縮比変更手段を有しており、
   内燃機関の始動時におけるクランキング終了後の機械圧縮比を、冷間始動時は温間始動時に比べて高くすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の始動制御システム。
   

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