JP5348074B2 - 内燃機関の始動制御システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の始動制御システムに関し、特に２つの気筒を備えた内燃機関の始動制御システムに関する。

車両などに搭載される内燃機関として、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変更することにより、バルブ（吸気バルブ又は排気バルブ）の開閉タイミング（位相）を変更する可変動弁機構を備えた内燃機関が知られている。

上記したような内燃機関では、バルブスプリングの反力などがカムシャフトの位相を遅角させるように作用する。そのため、可変動弁機構が油圧を利用してカムシャフトの位相を進角及び遅角させる機構である場合は、内燃機関の始動時などにカムシャフトの位相が最も遅角された状態となる可能性がある。

これに対し、カム山がタペットを乗り越えたときのトルク及びカム山がタペットを乗り越えるときのトルクを利用してカムシャフトの位相を所定の中間位相まで変化させるとともに、カムシャフトの位相を所定の中間位相でロックする技術が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２００９−６８５００号公報 特開２００４−３２４４２１号公報

ところで、上記した従来の技術が２気筒の内燃機関に適用された場合は、クランキング開始からカムシャフトの位相がロックされるまでの所要時間が長くなる可能性がある。その場合、クランキング時間が長くなるため、スタータモータの消費電力が増加するなどの不具合を発生する可能性もある。また、内燃機関の運転が自動的に停止及び再開される車両においては、車両を速やかに発進させることができなくなる可能性もある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてされたものであり、その目的は、カムシャフトの位相を変更する可変動弁機構とカムシャフトの位相を所望の位相でロックするロック機構とを備えた２気筒の内燃機関が始動される際に、カムシャフトの位相を速やかに所望の位相でロックすることにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変更する可変動弁機構と、
前記カムシャフトの位相を内燃機関の始動に適した位相である基準位相に固定するロック機構と、
内燃機関をクランキングさせるためのトルクを発生する動力発生装置と、
を備えた２気筒の内燃機関の始動制御システムであって、
前記カムシャフトが前記基準位相より遅角した状態でクランキングが開始された場合に、バルブの閉弁動作期間中にバルブスプリングから前記カムシャフトへ作用するトルクを利用して、前記カムシャフトの位相を前記基準位相まで進角させる進角機構と、
前記進角機構が前記カムシャフトの位相を進角させる場合において、前記カムシャフトの回転位置が前記閉弁動作期間に属するときは前記閉弁動作期間に属さないときに比べ、前記動力発生装置の発生トルクを減少させる制御部と、を備えるようにした。

ここでいう「閉弁動作期間」は、バルブがリフトし始めてからリフトし終わるまでの期間（すなわち、バルブが開き始めてから閉じ終わるまでの期間）のうち、バルブが最大リフト状態からリフトし終わるまでの期間を示す。なお、以下では、バルブがリフトし始めてから最大リフト状態となるまでの期間を「開弁動作期間」と称する。

バルブの閉弁動作期間中は、バルブスプリングからカムシャフトに対し、該カムシャフトの位相を進角させようとするトルクが作用する。その際の進角量は、クランクシャフトの回転速度（機関回転速度）が高いときより低いときの方が多くなる。

ここで、内燃機関が４つの気筒を有する４ストローク・サイクル・エンジンである場合は、一の気筒の閉弁動作期間の一部が他の気筒の開弁動作期間とオーバーラップする。そのため、一の気筒の閉弁動作期間における機関回転速度は、他の気筒のバルブスプリングが発生する反力によって減速される。

これに対し、内燃機関が２つの気筒を有する４ストローク・サイクル・エンジンである場合は、一の気筒の閉弁動作期間と他の気筒の開弁動作期間とがオーバーラップしない。そのため、一の気筒の閉弁動作期間における機関回転速度が他の気筒のバルブスプリングが発生する反力によって減速されない。よって、２気筒の内燃機関の閉弁動作期間における機関回転速度は、４気筒の内燃機関の閉弁動作期間における機関回転速度より速くなる。このように、閉弁動作期間における機関回転速度が速くなると、カムシャフトの進角量が少なくなる。

また、内燃機関が４気筒の４ストローク・サイクル・エンジンである場合は、クランクシャフトの１回転当たりに、閉弁動作期間が２回発生する。これに対し、内燃機関が２気筒の４ストローク・サイクル・エンジンである場合は、クランクシャフトの１回転当たりに、閉弁動作期間が１回発生する。よって、２気筒の内燃機関においてカムシャフトの位相が進角される頻度は、４気筒の内燃機関においてカムシャフトの位相が進角される頻度より少なくなる。

したがって、単位時間当たり（たとえば、クランクシャフトの１回転当たり）にカムシャフトの位相が進角される量は、４気筒の内燃機関より２気筒の内燃機関の方が少なくなる。その結果、２気筒の内燃機関においては、カムシャフトの位相を速やかに基準位相まで変化させることができない可能性がある。

そこで、本発明に係わる内燃機関の始動制御システムは、カムシャフトの回転位置が閉弁動作期間にあるときに動力発生装置の発生トルクを減少させるようにした。これにより、閉弁動作期間中の機関回転速度が低下する。閉弁動作期間中の機関回転速度が低下すると、閉弁動作期間中におけるカムシャフトの進角量が増加する。その結果、カムシャフトの位相が基準位相へ速やかに到達する。

したがって、本発明に係わる内燃機関の始動制御システムによれば、２気筒の内燃機関の始動時において、カムシャフトの位相を速やかに基準位相でロックすることが可能となる。

なお、カムシャフトの位相が基準位相でロックされるまでは、クランクシャフトの回転位置とカムシャフトの回転位置とが同期しない。そのため、クランクポジションセンサな
どの検出値からカムシャフトの回転位置を演算した場合は、その演算値と実際の回転位置との間にずれが発生する可能性がある。また、カムシャフトの位相が基準位相でロックされるまでは、カムシャフトの位相が安定しないため、カムポジションセンサなどの検出値と実際の回転位置との間にずれが発生する可能性もある。

上記したようなずれが発生しているときに、動力発生装置の発生トルクを低減させるタイミング（以下、「トルク低減タイミング」と称する）がセンサの検出値に基づいて決定されると、閉弁動作期間とトルク低減タイミングとの間にもずれが生じる。その結果、閉弁動作期間中におけるカムシャフトの進角量が少なくなる。

これに対し、本発明の制御部は、機関回転速度が変動するタイミングをパラメータとしてセンサの検出値を補正し、補正後の検出値にしたがってトルク低減タイミングを決定するようにしてもよい。なお、ここでいう「センサ」は、カムシャフトの回転位置と相関する物理量を検出するセンサであり、たとえばクランクポジションセンサやカムポジションセンサなどである。

このような方法により動力発生装置のトルク低減タイミングが決定されると、カムシャフトの実際の回転位置が閉弁動作期間に属するタイミングと、動力発生装置の発生トルクが低減されるタイミングとのずれを減少又は解消することができる。その結果、タイミングのずれに起因した進角量の減少が抑制又は緩和される。

本発明によれば、カムシャフトの位相を変更する可変動弁機構とカムシャフトの位相を所望の位相でロックするロック機構とを備えた２気筒の内燃機関が始動される際に、カムシャフトの位相を速やかに所望の位相でロックすることができる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。 可変動弁機構の概略構成を示す図である。 ハウジング部材とベーンロータの構成を示す図である。 ロック機構の構成を示す図である。 ロック機構の作動状態を示す図である。 ラチェット機構の構成を示す図である。 ラチェット機構の非作動状態を示す図である。 吸気バルブのリフト量とバルブスプリングの反力との関係を示す図である。 トルク低減制御の実行手順を示すタイミングチャートである。 トルク低減制御が実施される際に実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。

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。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り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。

図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１００は、２つの気筒を有する４ストローク・サイクルの火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、図１においては、２つの気筒のうち１つの気筒のみが図示されている。

内燃機関１００の各気筒１０１には、ピストン１０２が軸方向へ摺動自在に装填されて
いる。各気筒１０１には、気筒１０１内へ新気（空気）を導入するための吸気ポート１０３と、気筒１０１内のガスを排出するための排気ポート１０４とが連通している。内燃機関１００は、気筒１０１内に臨む吸気ポート１０３の開口端を開閉するための吸気バルブ１０５と、気筒１０１内に臨む排気ポート１０４の開口端を開閉するための排気バルブ１０６とを備えている。

吸気バルブ１０５と排気バルブ１０６は、バルブスプリング１０５ａ，１０６ａによりそれぞれ閉弁方向に付勢されている。内燃機関１００には、インテークカムシャフト１とエキゾーストカムシャフト３０とが回転自在に取り付けられている。インテークカムシャフト１及びエキゾーストカムシャフト３０は、図示しないクランクシャフトの回転力により回転駆動されるようになっている。インテークカムシャフト１とエキゾーストカムシャフト３０にはカムが設けられており、それらカムが回転することにより吸気バルブ１０５と排気バルブ１０６が開弁方向へ駆動されるようになっている。

内燃機関１００には、各気筒１０１の吸気ポート１０３内へ燃料を噴射する燃料噴射弁１０７が取り付けられている。燃料噴射弁１０７から噴射された燃料は、吸気バルブ１０５が開弁したときに、吸気ポート１０３内の新気（空気）と混ざり合いながら気筒１０１内へ導入される。気筒１０１内に導入された混合気は、点火プラグ１０８が発生する火花を火種として燃焼せしめられる。気筒１０１内で燃焼したガス（既燃ガス）は、排気バルブ１０６が開弁したときに排気ポート１０４へ排出され、次いで排気ポート１０４から図示しないエキゾーストマニフォルドや排気管を経由して大気中へ排出される。

また、内燃機関１００は、クランクシャフトに対するインテークカムシャフト１の位相を変更する可変動弁機構２を備えている。以下、可変動弁機構２の構成について図２乃至図５に基づいて説明する。

インテークカムシャフト１の一端には、ベーンロータ２１がボルト２２によって締結され、インテークカムシャフト１とベーンロータ２１とが一体で回転するようになっている。ベーンロータ２１の外周には４枚の羽根体（ベーン）２１ａが放射状に形成されている。

ベーンロータ２１の外周には、該ベーンロータ２１を収容する円筒状のハウジング部材２３が設けられている。ハウジング部材２３は、インテークカムシャフト１に対して相対回転可能に取り付けられている。ハウジング部材２３の外周には、スプロケット２４が一体的に形成されている。スプロケット２４は、クランクシャフトの一端に取り付けられたスプロケットとタイミングチェーンを介して連結されている。これにより、クランクシャフトの回転力がタイミングチェーンを介してスプロケット２４及びハウジング部材２３へ伝達され、ハウジング部材２３がクランクシャフトと同期回転するようになっている。

ハウジング部材２３の内周には、ベーンロータ２１のベーン２１ａと同数（本図では４枚）の凸部２３ａが形成され、互いに隣り合う凸部２３ａの間に形成された空間にベーン２１ａが収容されている。ベーン２１ａの先端はハウジング部材２３の内周と摺接し、ハウジング部材２３の凸部２３ａの先端はベーンロータ２１の外周と摺接している。また、互いに隣り合う凸部２３ａの間の空間は、ベーン２１ａによって２つの空間２５、２６に区画されている。以下では、これら２つの空間２５、２６のうち、ベーン２１ａに対してインテークカムシャフト１の回転方向（図３中の矢印α方向）側の空間２５を遅角油圧室、その反対側の空間２６を進角油圧室と称する。

遅角油圧室２５と進角油圧室２６は、作動油の供給と排出（給排）により増圧又は減圧される。遅角油圧室２５及び進角油圧室２６の油圧が変更されてベーン２１ａの両側に作
用する力のバランスが変化すると、ベーンロータ２１がハウジング部材２３に対して相対回転する。

たとえば、遅角油圧室２５に作動油が供給されるとともに進角油圧室２６の作動油が排出されると、遅角油圧室２５が増圧するとともに進角油圧室２６が減圧する。その場合、ベーンロータ２１を図３中の矢印αと逆方向へ回転させる力がベーン２１ａに作用するため、ベーンロータ２１がハウジング部材２３に対して矢印αと逆方向へ相対回転する。その結果、インテークカムシャフト１は、クランクシャフトに対して遅角することになる。

一方、進角油圧室２６に作動油が供給されるとともに遅角油圧室２５の作動油が排出されると、進角油圧室２６が増圧するとともに遅角油圧室２５が減圧する。その場合、ベーンロータ２１を図３中の矢印αと同方向へ回転させようとする力がベーン２１ａに作用するため、ベーンロータ２１がハウジング部材２３に対して矢印αと同方向へ相対回転する。その結果、インテークカムシャフト１は、クランクシャフトに対して進角することになる。

このようにインテークカムシャフト１がクランクシャフトに対して進角又は遅角されると、それに応じて吸気バルブ１０５の開閉タイミングが進角又は遅角されることになる。なお、ベーン２１ａが図３中の矢印α方向へ回転してハウジング部材２３の凸部２３ａと当接したときに、インテークカムシャフト１の位相が最も進角した状態（最進角位相）となる。また、ベーン２１ａが図３中の矢印αと逆方向へ回転してハウジング部材２３の凸部２３ａと当接したときに、インテークカムシャフト１の位相が最も遅角した状態（最遅角位相）となる。

このように構成された可変動弁機構２には、遅角油圧室２５及び進角油圧室２６に対する作動油の給排を行うためのオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）７が併設されている。ＯＣＶ７の内部構造については図示していないが、ＯＣＶ７は軸方向に往復動可能なスプール（弁体）と、スプールを付勢するコイルバネと、電圧を印加されることでスプールをコイルバネの付勢方向とは逆方向に吸引する電磁ソレノイドと、を備えた５ポート式の電磁駆動弁である。

ＯＣＶ７の各ポートは、給油路Ｌ１、第１のドレイン油路Ｌ２ａ、第２のドレイン油路Ｌ２ｂ、遅角油路Ｌ３、及び進角油路Ｌ４の各々と連通している。給油路Ｌ１は、オイルポンプ９から吐出される作動油をＯＣＶ７へ供給する通路である。第１のドレイン油路Ｌ２ａ及び第２のドレイン油路Ｌ２ｂは、ＯＣＶ７からオイルパンへ作動油を戻すための通路である。遅角油路Ｌ３は、前記した可変動弁機構２の遅角油圧室２５とＯＣＶ７との間で作動油を往き来させるための通路である。進角油路Ｌ４は、前記した可変動弁機構２の進角油圧室２６とＯＣＶ７との間で作動油を往き来させるための通路である。

遅角油路Ｌ３は、ＯＣＶ７のスプールの変位に応じて給油路Ｌ１と第２のドレイン油路Ｌ２ｂのいずれかに導通される。遅角油路Ｌ３と給油路Ｌ１が導通されると、オイルポンプ９から吐出された作動油が給油路Ｌ１及び遅角油路Ｌ３を介して遅角油圧室２５へ供給される。一方、遅角油路Ｌ３と第２のドレイン油路Ｌ２ｂとが導通されると、遅角油圧室２５の作動油が遅角油路Ｌ３及び第２のドレイン油路Ｌ２ｂを介してオイルパンへ排出される。

進角油路Ｌ４は、ＯＣＶ７のスプールの変位に応じて給油路Ｌ１と第１のドレイン油路Ｌ２ａのいずれかに導通される。進角油路Ｌ４と給油路Ｌ１とが導通されると、オイルポンプ９から吐出された作動油が給油路Ｌ１及び進角油路Ｌ４を介して進角油圧室２６へ供給される。一方、進角油路Ｌ４と第１のドレイン油路Ｌ２ａとが導通されると、進角油圧
室２６の作動油が進角油路Ｌ４及び第１のドレイン油路Ｌ２ａを介してオイルパンへ排出される。

なお、ＯＣＶ７は、遅角油路Ｌ３と給油路Ｌ１が導通されたときに進角油路Ｌ４と第１のドレイン油路Ｌ２ａも導通され、遅角油路Ｌ３と第２のドレイン油路Ｌ２ｂが導通されたときに進角油路Ｌ４と給油路Ｌ１も導通されるように構成されている。そのため、遅角油路Ｌ３と給油路Ｌ１が導通されたときは、進角油路Ｌ４と第１のドレイン油路Ｌ２ａが導通されるため、遅角油圧室２５に作動油が供給されるとともに進角油圧室２６の作動油が排出されることになる。その結果、インテークカムシャフト１がクランクシャフトに対して遅角されることになる。また、遅角油路Ｌ３と第２のドレイン油路Ｌ２ｂが導通されたときは、進角油路Ｌ４と給油路Ｌ１が導通されるため、進角油圧室２６に作動油が供給されるとともに遅角油圧室２５の作動油が排出されることになる。その結果、インテークカムシャフト１がクランクシャフトに対して進角されることになる。

また、本実施例における可変動弁機構２には、インテークカムシャフト１の位相を所定の位相に固定（ロック）するためのロック機構２０が設けられている。ここでいう所定の位相は、最進角位相と最遅角位相との中間の位相であって、吸気バルブ１０５の開閉タイミングが内燃機関１００の始動に適したタイミングとなる位相である。以下では、この位相を基準位相と称する。

ここで、ロック機構２０の構成について図３乃至５に基づいて説明する。４つのベーン２１ａのうち、１つのベーン２１ａの側面（図４，５中の左側面）には、該ベーン２１ａの軸方向（ベーンロータ２１の軸方向）に延在する円柱状の収納孔２１ｂが設けられている。収納孔２１ｂはベーン２１ａの側面に近い部位が遠い部位より径小に形成され、径小部分と径大部分とが段差を介して連通している。

上記した収納孔２１ｂには、軸方向へ摺動自在なロックピン２０ａ、及びロックピン２０ａを収納孔２１ｂから突出させる付勢力を発生するスプリング２０ｂが収納されている。ロックピン２０ａは、収納孔２１ｂの径小部分と略同等の外径を有する筒状部と、収納孔２１ｂの径大部分と略同等の外径を有するフランジ部と、を備えている。

また、ハウジング部材２３において、インテークカムシャフト１の位相が基準位相と一致するときに前記収納孔２１ｂと対向する部位には、ロックピン２０ａの先端が嵌合する係止孔２３ｂが形成されている。

このように構成されたロック機構２０によると、ベーンロータ２１がハウジング部材２３に対して相対回転することによって収納孔２１ｂの位置と係止孔２３ｂの位置が一致すると、スプリング２０ｂの付勢力によりロックピン２０ａが収納孔２１ｂから突出し、該ロックピン２０ａの先端が係止孔２３ｂに嵌合する（図５を参照）。この嵌合により、ハウジング部材２３に対するベーンロータ２１の相対回転が規制され、インテークカムシャフト１の位相が基準位相に固定（ロック）される。

なお、前記した収納孔２１ｂにおいて、前記した段差とロックピン２０ａのフランジ部との間の環状の空間２１ｃは、ロックピン２０ａを係止孔２３ｂから離脱させるための油圧を発生させる油圧室（以下、「ロック解除油圧室」と称する）として機能する。ロック解除油圧室２１ｃは、図２に示すように、ロック解除用油路Ｌ７を介して作動油スイッチングバルブ（ＯＳＶ）８と連通している。

ＯＳＶ８は、電磁ソレノイド及びコイルバネの協働によって往復動するスプールを内蔵し、電磁ソレノイドの印加電圧がデューティ制御されることによりスプールの変位が制御
される３ポート弁である。ＯＳＶ８の１つのポートには、前記したロック解除用油路Ｌ７が接続されている。ＯＳＶ８における残り２つのポートには、給油路Ｌ１から分岐した分岐油路Ｌ５と、作動油をオイルパンに戻すための第３のドレイン油路Ｌ６とが接続されている。

ロック解除用油路Ｌ７は、ＯＳＶ８のスプールの変位に応じて分岐油路Ｌ５と第３のドレイン油路Ｌ６のいずれかに導通される。ロック解除用油路Ｌ７が分岐油路Ｌ５と導通された場合は、オイルポンプ９から吐出された作動油が給油路Ｌ１、分岐油路Ｌ５、及びロック解除用油路Ｌ７を介してロック解除油圧室２１ｃへ供給される。その場合、ロック解除油圧室２１ｃの油圧が上昇する。そして、ロック解除油圧室２１ｃの油圧がスプリング２０ｂの付勢力より大きくなると、ロックピン２０ａが係止孔２３ｂから離脱するとともに収納孔２１ｂ内に収納される（図４を参照）。その結果、ベーンロータ２１とハウジング部材２３との連結状態が解除され、ベーンロータ２１とハウジング部材２３との相対回転が許容される。

次に、可変動弁機構２には、ハウジング部材２３に対してベーンロータ２１が進角側へ回転する動作を許容し、遅角側へ回転する動作を規制するラチェット機構２７が設けられている。ラチェット機構２７は、たとえば、図６に示すように、ベーンロータ２１の一側面に設けられた駒収納孔２１ｄと、駒収納孔２１ｄ内に摺動自在に挿入された駒２７ａと、駒２７ａを駒収納孔２１ｄから突出する方向へ付勢するスプリング２７ｂと、駒収納孔２１ｄと対向するハウジング部材２３に設けられた嵌合溝２３ｃと、を備えている。

駒収納孔２１ｄは、前述した収納孔２１ｂと同様に、径小部と径大部とを段差を介して連通させた孔である。駒２７ａは、駒収納孔２１ｄの径小部と略同径の外径を有する筒状部と、径大部と略同径の外径を有するフランジ部とから構成されている。嵌合溝２３ｃは、図３に示すように、駒収納孔２１ｄが移動する円弧状の軌跡と対向する部位の複数箇所に配置されている。また、嵌合溝２３ｃにおいてベーンロータ２１の遅角側に位置する面は急斜面で形成され、ベーンロータ２１の進角側に位置する面は緩斜面で形成されている。

このように構成されたラチェット機構２７によれば、ベーンロータ２１が進角側へ回転して駒収納孔２１ｄの位置と嵌合溝２３ｃの位置が一致すると、駒２７ａが駒収納孔２１ｄから突出し、駒２７ａの先端部が嵌合溝２３ｃに嵌合する。駒２７ａの先端部が嵌合溝２３ｃに嵌合しているときにベーンロータ２１を遅角側へ回転させようとする力が発生しても、ベーンロータ２１の遅角側への回転が規制される。逆に、ベーンロータ２１を進角側へ回転させようとする力が発生した場合は、駒２７ａが嵌合溝２３ｃの緩斜面に沿って退行させられるため、ベーンロータ２１の進角側への回転が許容される。

なお、前記した駒収納孔２１ｄにおいて、前記した段差と駒２７ａのフランジ部との間の環状の空間２１ｅは、駒２７ａを駒収納孔２１ｄ内に収容させるための油圧を発生させる油圧室（以下、「ラチェット解除油圧室」と称する）として機能する。ラチェット解除油圧室２１ｅは、図２に示すように、ラチェット解除用油路Ｌ８を介してロック解除用油路Ｌ７に連通している。そのため、ＯＳＶ８によりロック解除用油路Ｌ７と分岐油路Ｌ５とが導通されたときに、オイルポンプ９から吐出された作動油がロック解除油圧室２１ｃに加えラチェット解除油圧室２１ｅにも供給されることになる。

ラチェット解除油圧室２１ｅに作動油が供給されると、ラチェット解除油圧室２１ｅの油圧がスプリング２７ｂの付勢力に抗して駒２７ａを駒収納孔２１ｄ内へ退行させる（図７を参照）。その結果、ベーンロータ２１の遅角側への回転も許容されるようになる。

以上述べたように構成された内燃機関１００には、ＥＣＵ４０が併設されている。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどから構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ４０は、アクセルポジションセンサ５０、クランクポジションセンサ６０、カムポジションセンサ７０などの各種センサと電気的に接続されている。

アクセルポジションセンサ５０は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ６０は、クランクシャフトの回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。カムポジションセンサ７０は、インテークカムシャフト１の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。

また、ＥＣＵ４０には、燃料噴射弁１０７、点火プラグ１０８、スタータモータ８０、可変動弁機構２（ＯＣＶ７及びＯＳＶ８）などの各種機器が電気的に接続されている。ＥＣＵ４０は、上記した各種センサの出力信号に基づいて前記した各種機器を制御する。なお、スタータモータ８０は、内燃機関１００を始動させる際にクランクシャフトを回転（クランキング）させる動力を発生する電動機である。

たとえば、ＥＣＵ４０は、内燃機関１００の運転が停止されるときに、次回の始動に備えてロック機構２０を作動（ＯＳＶ８によりロック解除用油路Ｌ７と第３のドレイン油路Ｌ６とを導通）させる。

ところで、ロックピン２０ａが係止孔２３ｂに嵌合しない状態で内燃機関１００の運転が停止される可能性もある。そのような状態で内燃機関１００が始動される場合において、内燃機関１００のクランキング中は可変動弁機構２に十分な大きさの油圧を印加することができない。そのため、インテークカムシャフト１の位相が基準位相より遅角した状態で内燃機関１００がクランキングされる可能性があり、始動性の低下を招く可能性があった。

これに対し、吸気バルブ１０５の閉弁動作期間にバルブスプリング１０５ａからインテークカムシャフト１へ作用するトルクと前記したラチェット機構２７とを利用して、インテークカムシャフト１の位相を基準位相まで進角させ、以てロック機構２０によりハウジング部材２３とベーンロータ２１とを固定（ロック）させる方法が考えられる。

ここで、図８に示すように、吸気バルブ１０５がリフトし始めてからリフトし終わるまでの期間（すなわち、吸気バルブ１０５が開き始めてから閉じ終わるまでの期間）Ｐｉｖのうち、吸気バルブ１０５がリフトし始めてから最大リフト状態になるまでの期間（開弁動作期間）Ｐｉｖｏにおいては、バルブスプリング１０５ａの反力がインテークカムシャフト１を回転させる力に対してマイナスに作用する。つまり、開弁動作期間Ｐｉｖｏ中は、バルブスプリング１０５ａの反力がインテークカムシャフト１を遅角させるように作用する。

一方、吸気バルブ１０５が最大リフト状態からリフトし終わるまでの期間（閉弁動作期間）Ｐｉｖｃにおいては、バルブスプリング１０５ａの反力がインテークカムシャフト１を回転させる力に対してプラスに作用する。つまり、閉弁動作期間Ｐｉｖｃ中は、バルブスプリング１０５ａの反力がインテークカムシャフト１を進角させるように作用する。

よって、内燃機関１００のクランキング中にラチェット機構２７が作動させられると、閉弁動作期間Ｐｉｖｃ中においてバルブスプリング１０５ａの反力によるインテークカムシャフト１の進角が許容されるとともに、開弁動作期間Ｐｉｖｏ中においてバルブスプリング１０５ａの反力によるインテークカムシャフト１の遅角が規制される。その際、ラチェット機構２７の嵌合溝２３ｃの間隔が１回当たりの閉弁動作期間Ｐｉｖｃ中にインテー
クカムシャフト１が進角する量（ベーンロータ２１が回転する量）と同等以下に設定しておけば、インテークカムシャフト１を徐々に進角させることができる。このように、ラチェット機構２７が作動させられることにより、本発明に係わる進角機構が実現される。

なお、閉弁動作期間Ｐｉｖｃ中にインテークカムシャフト１が進角する量は、クランクシャフトの回転速度（機関回転数）が高いときより低いときの方が多くなる。よって、４気筒の４ストローク・サイクル・エンジンのように、一の気筒の閉弁動作期間の一部が他の気筒の開弁動作期間とオーバーラップすると、閉弁動作期間中の機関回転速度が他の気筒のバルブスプリングの反力によって減速されるため、１回当たりの閉弁動作期間におけるインテークカムシャフトの進角量が多くなる。

これに対し、内燃機関１００のように２気筒の４ストローク・サイクル・エンジンでは、一の気筒の閉弁動作期間と他の気筒の開弁動作期間がオーバーラップしないため、閉弁動作期間中の機関回転速度が高くなり易い。その結果、１回当たりの閉弁動作期間におけるインテークカムシャフトの進角量が少なくなる。

さらに、４気筒の４ストローク・サイクル・エンジンにおいては、クランクシャフトの１回転当たりに、閉弁動作期間が２回発生する。これに対し、内燃機関１００のように２気筒の４ストローク・サイクル・エンジンにおいては、クランクシャフトの１回転当たりに、閉弁動作期間が１回のみ発生する。その結果、クランクシャフトの１回転当たりにおけるインテークカムシャフトの進角量が少なくなる。

したがって、２気筒の内燃機関１００においては、インテークカムシャフト１の位相が基準位相に進角するまでの所要時間が長くなるため、スタータモータ８０の消費電力が多くなったり、車両を速やかに発進させることができなくなったりする可能性がある。

そこで、ＥＣＵ４０は、内燃機関１００のクランキング中において、インテークカムシャフト１の回転位置が閉弁動作期間Ｐｉｖｃに属するときは閉弁動作期間Ｐｉｖｃに属さないときに比べ、機関回転数を低下させるようにした。具体的には、ＥＣＵ４０は、図９に示すように、インテークカムシャフト１の回転位置が閉弁動作期間Ｐｉｖｃに属するときは閉弁動作期間Ｐｉｖｃに属さないときに比べ、スタータモータの発生トルク（スタータモータ８０の印加電力）を低減させるトルク低減制御を行うようにした。

このようなトルク低減制御によれば、１回当たりの閉弁動作期間中におけるインテークカムシャフト１の進角量は、トルク低減制御が実行されない場合（図９中の破線を参照）に比してトルク低減制御が実行された場合（図９中の実線を参照）の方が多くなる。その結果、インテークカムシャフト１の位相が基準位相に進角するまでの所要時間が短くなる。よって、スタータモータ８０の消費電力が増加する事態や、車両を速やかに発進させることができない事態を回避することが可能となる。

なお、インテークカムシャフト１の位相が基準位相にロックされていない状況下では、クランクシャフトの回転位置とインテークカムシャフト１の回転位置とが同期しない。そのため、クランクポジションセンサ６０の出力信号からインテークカムシャフト１の回転位置を演算した場合は、その演算値と実際の回転位置との間にずれが発生する可能性がある。

また、インテークカムシャフト１の位相が基準位相にロックされていない状況下では、クランクシャフトに対するインテークカムシャフト１の相対位置（言い換えれば、ハウジング部材２３に対するベーンロータ２１の相対位置）が安定しないため、カムポジションセンサ７０の出力信号と実際の回転位置との間にずれが発生する可能性もある。

上記したようなずれが発生しているときに、カムポジションセンサ７０やクランクポジションセンサ６０の出力信号（センサ値）に基づいて、スタータモータ８０の発生トルクを低減させるタイミング（トルク低減タイミング）が決定されると、閉弁動作期間Ｐｉｖｃの開始タイミングとトルク低減タイミングとの間にもずれが生じる。

そこで、ＥＣＵ４０は、吸気バルブ１０５のリフト量が最大リフト量を超えたときにバルブスプリング１０５ａの反力によって機関回転数が低下傾向から上昇傾向へ反転（変動）する現象を利用して、センサの出力信号を補正するようにした。詳細には、ＥＣＵ４０は、カムポジションセンサ７０又はカムポジションセンサ７０が閉弁動作期間Ｐｉｖｃの開始タイミングＴｐｉｖｃを検出したタイミングと機関回転数が低下傾向から上昇傾向へ反転するタイミングとの差を求め、その差をセンサ値に加算する。

このようにしてセンサの出力信号が補正されると、閉弁動作期間Ｐｉｖｃの開始タイミングとトルク低減タイミングとを同期させることができる。その結果、センサの出力信号と実際のタイミングとのずれに起因した進角量の減少が抑制される。

以下、本実施例におけるトルク低減制御の実行手順について図１０に沿って説明する。図１０は、トルク低減制御が実施される際にＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ４０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、クランキングの開始をトリガとして実行されるルーチンである。

図１０の制御ルーチンでは、ＥＣＵ４０は、先ずＳ１０１においてクランキングが開始されたか否かを判別する。すなわち、ＥＣＵ４０は、スタータモータ８０の作動スイッチ（スタータスイッチ）がオン（ＯＮ）にされたか否かを判別する。Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ４０は本ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ４０は、Ｓ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ４０は、インテークカムシャフト１を進角させる必要（進角要求）があるか否かを判別する。具体的には、ＥＣＵ４０は、カムポジションセンサ７０の出力信号が基準位相より遅角側の位相を示している場合はインテークカムシャフト１を進角させる必要があると判定する。Ｓ１０２において否定判定された場合は、ＥＣＵ４０は、本ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ４０は、Ｓ１０３へ進む。

続いて、ＥＣＵ４０は、Ｓ１０３においてカムポジションセンサ７０の出力信号（センサ値）を読み込み、Ｓ１０４においてセンサ値が閉弁動作期間Ｐｉｖｃの開始タイミングＴｐｉｖｃを示しているか否かを判別する。Ｓ１０４において否定判定された場合は、ＥＣＵ４０は、Ｓ１０３以降の処理を再度実行する。一方、Ｓ１０４において肯定判定された場合は、ＥＣＵ４０は、Ｓ１０５へ進む。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ４０は、機関回転速度が低下傾向から上昇傾向へ反転する回転変動が発生したか否かを判別する。Ｓ１０５において否定判定された場合は、ＥＣＵ４０は、Ｓ１０６へ進む。Ｓ１０６では、ＥＣＵ４０は、センサ値を補正する。続いて、ＥＣＵ４０は、Ｓ１０７へ進み、補正後のセンサ値が閉弁動作期間Ｐｉｖｃの開始タイミングＴｐｉｖｃと一致したときにスタータモータ８０の発生トルクを低減（トルク低減処理）させる。なお、Ｓ１０５において肯定判定された場合は、ＥＣＵ４０は、Ｓ１０６の処理をスキップしてＳ１０７の処理を実行する。

このようにＥＣＵ４０が図１０の制御ルーチンを実行することにより、本発明に係わる
制御部が実現される。よって、２気筒の内燃機関１００のクランキング中において、インテークカムシャフト１の位相を速やかに基準位相でロックすることができる。その結果、スタータモータ８０の消費電力が増加する事態を回避することができるとともに、内燃機関１００を速やかに始動させることができる。

なお、本実施例では、本発明に係わる可変動弁機構として、インテークカムシャフトの位相を変更する可変動弁機構を例に挙げたが、エキゾーストカムシャフトの位相を変更する可変動弁機構であってもよい。

また、本実施例では、本発明を適用する内燃機関として火花点火式内燃機関を例に挙げるが、圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）であってもよい。

１ インテークカムシャフト
２ 可変動弁機構
９ オイルポンプ
２０ ロック機構
２０ａ ロックピン
２０ｂ スプリング
２１ ベーンロータ
２１ａ ベーン
２１ｂ 収納孔
２１ｃ ロック解除油圧室
２１ｄ 駒収納孔
２１ｅ ラチェット解除油圧室
２２ ボルト
２３ ハウジング部材
２３ａ 凸部
２３ｂ 係止孔
２３ｃ 嵌合溝
２４ スプロケット
２５ 遅角油圧室
２６ 進角油圧室
２７ ラチェット機構
２７ａ 駒
２７ｂ スプリング
４０ ＥＣＵ
１００ 内燃機関
１０１ 気筒
１０３ 吸気ポート
１０５ 吸気バルブ
１０５ａ バルブスプリング
Ｌ２ａ 第１のドレイン油路
Ｌ２ｂ 第２のドレイン油路
Ｌ３ 遅角油路
Ｌ４ 進角油路
Ｌ５ 分岐油路
Ｌ６ 第３のドレイン油路
Ｌ７ ロック解除用油路
Ｌ８ ラチェット解除用油路

Claims (2)

1. クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変更する可変動弁機構と、
   前記カムシャフトの位相を内燃機関の始動に適した位相である基準位相に固定するロック機構と、
   内燃機関をクランキングさせるためのトルクを発生する動力発生装置と、
   を備えた２気筒の内燃機関の始動制御システムであって、
   前記カムシャフトが前記基準位相より遅角した状態でクランキングが開始された場合に、バルブの閉弁動作期間中にバルブスプリングから前記カムシャフトへ作用するトルクを利用して、前記カムシャフトの位相を前記基準位相まで進角させる進角機構と、
   前記進角機構が前記カムシャフトの位相を進角させる場合において、前記カムシャフトの回転位置が前記閉弁動作期間に属するときは前記閉弁動作期間に属さないときに比べ、前記動力発生装置の発生トルクを減少させる制御部と、
   を備える内燃機関の始動制御システム。
2. 請求項１において、前記カムシャフトの回転位置と相関する物理量を検出するセンサをさらに備え、
   前記制御部は、機関回転速度が変動するタイミングをパラメータとして前記センサの検出値を補正し、補正後の検出値にしたがって前記動力発生装置の発生トルクを低減させるタイミングを決定する内燃機関の始動制御システム。

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