JP5035124B2 - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の始動制御装置に関し、特に、油圧式スタータシステムを有する内燃機関の始動制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されているように、油圧モータによる内燃機関の始動制御装置が知られている。また、本公報には、目標回転数を得られるまでの間、油圧モータに油圧を供給する制御が開示されている。このようなシステムによれば、内燃機関の始動に際して、機関回転数が安定するまでクランク軸の回転力を補助することができる。

特開２００１−８２２０２号公報 特開２００４−６０５２７号公報 特開２００２−３４９４０３号公報 特開２００６−３７８２０号公報

ところで、内燃機関サイクルの圧縮行程では圧縮反力が生じる。圧縮反力によりクランク軸の回転力は低下する。しかし、上記従来の内燃機関においては、圧縮反力による回転力の低下に関わらず、油圧モータは一定の力でクランク軸の回転力を補助する。この補助は、圧縮反力が生じる時期を考慮していないため、圧縮行程におけるクランク軸の回転力低下を十分に抑制することができない。そのため、圧縮行程における機関回転数の低下を十分に抑制できないという課題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、圧縮行程における機関回転数の低下を抑制しう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。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の始動制御装置であって、
油圧を発生させる油圧発生器と、
内燃機関のクランク軸に油圧の強さに応じた回転力を加える油圧モータと、
前記油圧発生器から前記油圧モータに油圧を供給するための油路と、
前記油路に配置された油圧供給制御弁と、
前記内燃機関の始動要求に応じて、前記油圧供給制御弁を開弁する開弁手段とを備え、
前記油路の経路長は、前記始動要求後から回転力補助期間が経過するまでのいずれかの圧縮行程において、前記油圧モータに到達する油圧の強さが極大となる長さであること、
を特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記油路の経路長は、前記内燃機関の前記始動要求直後の圧縮行程において、前記油圧モータに到達する油圧の強さが極大となる長さであること、を特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、
前記油路は、経路長を可変する経路長可変手段、を備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１の発明又は第３の発明において、
前記始動要求後から回転力補助期間が経過するまでのすべての圧縮行程において、前記油圧モータに到達する油圧の強さが極大となるように、前記経路長を可変制御する経路長制御手段、を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、油圧供給制御弁を開くことで油圧モータに油圧が供給される。また、油圧供給制御弁を開くことで油圧に脈動が生じる。油圧の脈動が生じることで、油圧モータに供給される油圧の強さは変動する。本発明では、始動要求後から回転力補助期間が経過するまでのいずれかの圧縮行程において、油圧モータに到達する油圧の強さを極大とすることができる。油圧モータに到達する油圧の強さを極大とすることで、油圧モータはクランク軸に大きな回転力を与えることができる。大きな回転力を与えることで機関回転数の低下を抑えることができる。このため、本発明によれば、始動要求直後の圧縮行程において、機関回転数の低下を抑制することができる。

第２の発明によれば、特に機関回転数が低い状態にある始動要求直後の圧縮行程において、油圧モータに到達する油圧の強さを極大とすることができる。このため、本発明によれば、始動要求直後の圧縮行程において、好適に機関回転数の低下を抑制することができる。

第３の発明によれば、油路の経路長を変更することができる。このため、本発明によれば、各圧縮行程に合わせて油圧モータに到達する油圧の強さが極大となるように、経路長を設定することが可能となる。

第４の発明によれば、始動要求後の各圧縮行程において、油圧モータに到達する油圧の強さが極大となるように油路の経路長を可変制御することができる。このため、本発明によれば、すべての圧縮行程において機関回転数の低下を抑制することができる。

実施の形態１．
［実施の形態１における基本構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは内燃機関１０（図示略）を備えている。内燃機関１０はクランク軸１２を備えている。クランク軸１２の近傍には、クランク角や機関回転数を検出するためのクランク角センサ１４が配置されている。また、クランク軸１２はギア機構を介して、ワンウェイクラッチを備えたリングギア１６に咬合している。リングギア１６は、常噛式の油圧スタータ１８に咬合している。油圧スタータ１８は、流入側オイル通路２０と流出側オイル通路２２に接続している。

流出側オイル通路２２の下流には、油圧スタータ１８から流出したオイルを蓄えるためのリザーバータンク２４が設けられている。リザーバータンク２４は、オイルポンプ２６に接続している。オイルポンプ２６は、蓄圧容器２８に接続している。蓄圧容器２８は、流入側オイル通路２０により油圧スタータ１８に接続している。流入側オイル通路２０には、開閉によりオイルの流通を制御するソレノイド弁３０が設けられている。

本実施の形態のシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力側には、前述のクランク角センサ１４が接続されている。ＥＣＵ５０の出力側には、前述のソレノイド弁３０が接続されている。

上述した基本構成により油圧スタータシステムが実現されている。具体的には、まず、オイルポンプ２６は、リザーバータンク２４からオイルを吸入し昇圧する。昇圧された油圧は蓄圧容器２８に蓄圧される。蓄圧容器２８に蓄圧された油圧は、ＥＣＵ５０がソレノイド弁３０を開くことで、流入側オイル通路２０を通じて油圧スタータ１８に到達する。油圧スタータ１８は到達した油圧に応じた回転力を生じる。この回転力は油圧スタータ１８に咬合しているリングギア１６に伝達される。さらに、ギア機構を介してクランク軸１２に伝達されクランク軸１２の回転力を補助する。このように、上述した基本構成によって油圧スタータシステムが実現されている。

［実施の形態１における特徴的構成］
次に、本実施形態のシステムにおける流入側オイル通路２０の特徴的構成について説明する。内燃機関サイクルでは、燃焼・膨張行程において機関回転数が上昇する。一方、圧縮行程においては圧縮反力により機関回転数が低下する。図２は内燃機関の始動過程における機関回転数の変化を示した図である。図２に示すように、内燃機関の始動過程において、機関回転数は変動を繰り返しながら上昇する。この機関回転数の変動について、始動直後の圧縮行程を示した図２のＡ期間に着目する。上述の通り圧縮行程においては圧縮反力が生じるため、機関回転数はＸからＹまで低下している。その後、燃焼・膨張行程において機関回転数はＹからＺまで上昇している。結果的にこの１サイクルで上昇した機関回転数の上昇量はＺ−Ｘである。一方、機関回転数の変動量はＺ−Ｙである。この変動量が大きいほど車両振動は大きくなる。車両振動を抑制するためには、圧縮行程における機関回転数の低下量Ｘ−Ｙを小さく抑えることが求められる。

ところで、上述した油圧スタータシステムでは、ソレノイド弁３０を開いて流入側オイル通路２０へ油圧を供給する際に油圧の脈動が生じる。油圧の脈動により、油圧スタータ１８に到達する油圧の強さは変動する（図３）。油圧の強さの変動に応じて、油圧スタータ１８がクランク軸１２に与える回転力も変動する。このため、油圧の強さが極大となるタイミングで、油圧スタータ１８がクランク軸１２に与える回転力は極大となる。

そこで、本実施形態のシステムでは、機関回転数が低い状態にある始動直後の圧縮行程において、油圧スタータ１８に供給される油圧の強さが極大となるように、流入側オイル通路２０の経路長を構成することとした。

以上のような構成によれば、始動直後の圧縮行程において、油圧スタータ１８に到達する油圧の強さを極大とすることができる。油圧の強さを極大とすることで、油圧スタータ１８がクランク軸１２に与える回転力も極大となる。回転力を極大とすることで圧縮行程における圧縮反力を好適に抑制することができる。そのため、圧縮行程における機関回転数の低下を抑制することができる。図４は、始動直後の圧縮行程における機関回転数の変動を示した具体例である。図４に示すように、本実施形態のシステム（破線５２）では油圧の脈動を考慮しない比較対象（実線５４）に比して、圧縮行程における機関回転数の低下を抑制することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、油圧の脈動を利用して、始動直後の圧縮行程における機関回転数の低下を抑制することができる。機関回転数の低下を抑制することで、機関回転数の変動を小さくすることができる。機関回転数の変動を小さくすれば、車両振動を抑えることができる。また、機関回転数の低下を抑制することで、始動直後のサイクルにおける機関回転数の上昇量を大きくすることも容易になる。

ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、油圧スタータ１８に到達する油圧の強さを極大とする時期を、始動直後の圧縮行程としているが、この時期はこれに限定されるものではない。始動要求後から始動が完了したと判断されて油圧スタータ１８によるクランク軸１２への回転力補助が停止するまでのいずれかの圧縮行程としてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、油圧スタータ１８が前記第１の発明における「油圧モータ」に、流入側オイル通路２０が前記第１の発明における「油路」に、ソレノイド弁３０が前記第１の発明における「油圧供給制御弁」に、それぞれ相当している。また、実施の形態１においては、始動要求後から始動が完了したと判断されて油圧スタータ１８によるクランク軸１２への回転力補助が停止するまでの期間が前記第１の発明における「回転力補助期間」に対応している。

実施の形態２．
次に、図５〜図８を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは後述する図５に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図８のルーチンを実施させることにより実現することができる。図５は、本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。図５のシステム構成は、上述した図１のシステムと同様の構成を含むため、共通する構成については共通する符号を付してその説明を簡略又は省略する。

［実施の形態２のシステム構成］
図５に示すように、図１で述べたソレノイド弁３０の下流には、三方弁３２が配置されている。三方弁３２により、流入側オイル通路２０は第１オイル通路２０ａと第２オイル通路２０ｂに分岐されている。第１オイル通路２０ａと第２オイル通路２０ｂの下流は、油圧スタータ１８に接続されている。

［実施の形態２における特徴］
上述した実施の形態１のシステムでは、始動直後の圧縮行程において油圧モータ１８に到達する油圧の強さを極大とすることができる。その結果、始動直後の圧縮行程における機関回転数の低下を抑制することができる。図６は始動過程における機関回転数の変化を示した図である。図６に示すように、始動過程において機関回転数は圧縮行程における下降と、燃焼・膨張行程における上昇を繰り返しながら段階的に上昇していく。この始動過程の全域において車両振動の原因となる機関回転数の変動を抑えるためには、各圧縮行程において機関回転数の低下を抑制することが必要となる。

そこで、本実施形態のシステムでは、始動初期の圧縮行程において油圧スタータ１８に到達する油圧の強さが極大となる経路長の第１オイル通路２０ａと、始動後期の圧縮行程において油圧スタータ１８に到達する油圧の強さが極大となる経路長の第２オイル通路２０ｂを設けることとした。さらに、各圧縮行程において油圧スタータに到達する油圧の強さが極大となるように、三方弁３２で両通路２０ａと２０ｂを切り替えることとした。

より具体的な制御の概要について図７を用いて説明する。図７は本実施の形態のシステムにおいて実行される特徴的な動作を説明するためのタイミングチャートである。図７のＡ〜Ｄはそれぞれ内燃機関サイクルの圧縮行程を示している。

図７（Ａ）は始動過程における機関回転数の変動を示す図である。実線６０は比較対象の機関回転数の変動を示している。比較対象は、油圧スタータ１８に油圧を供給する際に生じる油圧の脈動を考慮していない。図７（Ａ）に示すように、比較対象では、Ａ〜Ｄの各圧縮行程において機関回転数が大きく低下している。
一方、本実施形態のシステムでは、油圧の経路２０ａと２０ｂとを切り替える三方弁３２の制御により、図７（Ｂ）のＡ〜Ｄの各圧縮行程において、油圧スタータに到達する油圧の強さを極大としている。そのため、本実施形態のシステムでは、図７（Ａ）の破線６２で示すようにＡ〜Ｄの各圧縮行程において機関回転数の低下を抑制することができる。

図８は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図８に示すルーチンでは、まずＥＣＵ５０は、クランク角センサ１４により始動要求後のクランク角を取得する（ステップ１００）。次に、取得したクランク角が経路長変更値以上であるか否かを判断する（ステップ１１０）。具体的には、ＥＣＵ５０は、圧縮行程毎に、油圧スタータ１８に到達する油圧を極大とする経路（第１オイル通路２０ａ又は第２オイル通路２０ｂ）と、その経路長変更タイミング（クランク角）とを定めたマップを予め記憶している。経路長変更値には初期値として、始動直後の圧縮行程に対応する経路長変更タイミングが設定されている。

クランク角が経路長変更値よりも小さいと判断された場合には、ＥＣＵ５０は本ルーチンを終了する。一方、クランク角が経路長変更値以上と判断された場合には、ＥＣＵ５０は油圧スタータ１８にオイルを供給するための経路を設定する（ステップ１２０）。具体的には、ＥＣＵ５０は、上述したマップから経路長変更タイミングに対応した経路（第１オイル通路２０ａ又は第２オイル通路２０ｂ）を取得する。そして、当該経路に油圧を供給するように三方弁３２を設定する。その後、次回ルーチンの経路長変更値として、次回の経路長変更タイミングを設定する（ステップ１３０）。

以上説明したように、図８に示すルーチンによれば、各経路長変更タイミングで、定めた第１オイル通路２０ａ又は第２オイル通路２０ｂに油圧を供給することができる。そのため、始動過程の各圧縮行程において油圧スタータ１８に到達する油圧の強さを極大とすることができる。油圧の強さを極大とすることで、油圧スタータ１８がクランク軸１２に与える回転力も極大となる。そのため、始動過程の各圧縮行程において機関回転数の低下を抑制することができる。機関回転数の低下を抑制することで、機関回転数の変動を小さくすることができる。よって、本実施形態のシステムでは、始動過程の全域において車両振動を低減することができる。また、機関回転数の低下を抑制することで、１サイクル毎の機関回転数の上昇量を大きくすることも容易になる。

ところで、上述した実施の形態２のシステムにおいては、油圧スタータ１８へ油圧を供給する経路を、第１オイル通路２０ａと第２オイル通路２０ｂの２経路としているが、この経路はこれに限定されるものではない。３つ以上の経路長の異なる経路としてもよい。

また、上述した実施の形態２のシステムにおいては、油路の経路長を可変とする構成を、経路長の異なる複数の通路を切り替えることで実現しているが、この油路の経路長を可変とする構成はこれに限定されるものではない。例えば、経路長を伸縮させるアクチュエータを備えた１つのオイル通路により実現することとしてもよい。

また、上述した実施の形態２のシステムにおいては、経路長を変更するタイミングを、クランク角に基づいて判断することとしているが、このタイミングの判断基準はこれに限定されるものではない。例えば、始動要求後の経過時間に基づいて判断することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態２においては、三方弁３２と第１オイル通路２０ａと第２オイル通路２０ｂとが前記第３の発明における「経路長可変手段」に相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００〜１３０の処理を実行することにより前記第４の発明における「経路長制御手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 始動直後の機関回転数の変動を示す図である。 油圧スタータ入口における油圧の変動を示す図である。 本発明の実施の形態１のシステムにおいて実現される動作の一例を説明するための図である。 本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。 始動過程の機関回転数の変動を示す図である。 本発明の実施の形態２のシステムにおいて実現される動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２のシステムにおいて実行される制御ルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ クランク軸
１４ クランク角センサ
１６ リングギア
１８ 油圧スタータ
２０ 流入側オイル通路
２０ａ、２０ｂ 第１オイル通路、第２オイル通路
２４ リザーバータンク
２６ オイルポンプ
２８ 蓄圧容器
３０ ソレノイド弁
３２ 三方弁
５０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 油圧を発生させる油圧発生器と、
   内燃機関のクランク軸に油圧の強さに応じた回転力を加える油圧モータと、
   前記油圧発生器から前記油圧モータに油圧を供給するための油路と、
   前記油路に配置された油圧供給制御弁と、
   前記内燃機関の始動要求に応じて、前記油圧供給制御弁を開弁する開弁手段とを備え、
   前記油路の経路長は、前記始動要求後から回転力補助期間が経過するまでのいずれかの圧縮行程において、前記油圧モータに到達する油圧の強さが極大となる長さであること、
   を特徴とする内燃機関の始動制御装置。
2. 前記油路の経路長は、前記内燃機関の前記始動要求直後の圧縮行程において、前記油圧モータに到達する油圧の強さが極大となる長さであること、
   を特徴とする請求項１記載の内燃機関の始動制御装置。
3. 前記油路は、経路長を可変とする経路長可変手段、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の始動制御装置。
4. 前記始動要求後から回転力補助期間が経過するまでのすべての圧縮行程において、前記油圧モータに到達する油圧の強さが極大となるように、前記経路長を可変制御する経路長制御手段、
   を備えることを特徴とする請求項１又は３記載の内燃機関の始動制御装置。

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