JP7130320B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に関する。

ミラーサイクルエンジン（アトキンソンサイクルエンジン模擬）では、ピストンが下死点を越えた後も吸気バルブを開いた状態に保つ、いわゆる遅閉じにより、オットーサイクルエンジンに比べて、高圧縮エンジンでありながら、低圧縮比を実現できる。

特開２００４－１８３５１３号公報

しかしながら、エンジンの始動時に圧縮比が低いと、シリンダ内の空気量が少ないので始動が困難になる。そこで、ミラーサイクルエンジンでは、可変バルブタイミング機構が採用されており、始動が可能となるように、吸気バルブの閉じ角度を早めることにより圧縮比が上げられる。そのため、始動時には、オットーサイクルエンジンと同様、機械的な（圧縮）ロスが大きく、クランキングに多くのエネルギを消費する。

本発明の目的は、始動時のエネルギ消費を低減できる、内燃機関を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る内燃機関は、吸気バルブと、前記吸気バルブの閉弁時期を第１時期と前記第１時期よりも進角した第２時期とに変更する可変バルブタイミング機構とを含み、可変バルブタイミング機構は、モータの動力によるクランキング中における前記吸気バルブの閉弁時期である前記第１時期に設定されるようにイニシャル位置が設定されている。

この構成によれば、モータの動力によるクランキング中は、可変バルブタイミング機構がイニシャル位置であり、吸気バルブが第２時期よりも遅角した第１時期で閉じられる。そのため、クランキング中における圧縮比を低下（デコンプ）させることができ、クランキングに必要なエネルギを低減させることができる。その結果、エンジンの始動時のエネルギ消費を低減でき、燃料消費量の低減を図ることができる。

本発明によれば、エンジンの始動時のエネルギ消費を低減することができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車の構成を示すブロック図である。 吸気バルブの開閉時期を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜ハイブリッド車の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車１の構成を示すブロック図である。

ハイブリッド車１は、たとえば、シリーズ方式を採用しており、エンジン（Ｅ／Ｇ）１１、発電機１２および駆動用モータ１３を搭載している。

エンジン１１は、たとえば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。

発電機１２は、たとえば、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータからなる。発電機１２の回転軸は、エンジン１１のクランクシャフトと機械的に連結されている。発電機１２は、エンジン１１の停止時に、エンジン１１をクランキングさせるスタータモータとして使用される。エンジン１１の始動後、発電機１２は、エンジン１１の動力を電力に変換する発電機として機能する。

駆動用モータ１３は、たとえば、ブラシレスＤＣモータからなる。駆動用モータ１３の回転軸は、動力伝達機構１４に連結されている。動力伝達機構１４には、デファレンシャルギヤ１５が含まれており、駆動用モータ１３の動力は、デファレンシャルギヤ１５に伝達され、デファレンシャルギヤ１５から左右の前輪または後輪からなる駆動輪１６Ｌ，１６Ｒに分配されて伝達される。

ハイブリッド車１には、発電機１２および駆動用モータ１３をそれぞれ駆動するためのインバータやマイコン（マイクロコントローラユニット）などを内蔵するＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）１７と、複数の二次電池を組み合わせた組電池からなる駆動用電池１８とが搭載されている。

ＰＣＵ１７は、駆動用電池１８に接続されている。発電機１２が発生する電力は、ＰＣＵ１７を介して駆動用モータ１３に駆動電力として供給される。また、発電機１２が発生する電力は、ＰＣＵ１７を介して駆動用電池１８に蓄えられる。ハイブリッド車１の急加速や登坂走行などの高負荷走行時には、発電機１２が発生する電力に加えて、駆動用電池１８から取り出される電力が駆動用モータ１３に供給される。

ハイブリッド車１にはさらに、マイコンを含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。図１には、エンジン１１およびＰＣＵ１７を制御するための１つのＥＣＵ１９のみが示されているが、ハイブリッド車１には、各部を制御するため、複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ１９を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。ＥＣＵ１９には、制御に必要なセンサ、たとえば、運転者により操作されるアクセルペダルの操作量に応じた検出信号を出力するアクセルセンサなどが接続されている。

また、エンジン１１には、可変バルブタイミング（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）機構２１が採用されている。可変バルブタイミング機構２１は、油圧により、クランクシャフトと吸気バルブ２２を開閉動作させるカムシャフト２３との位相を変更する構成である。

＜吸気バルブの開閉時期＞
図２は、吸気バルブ２２の開閉時期を示す図である。

可変バルブタイミング機構２１は、エンジン１１のクランキング中における吸気バルブ２２の開弁時期ＶＯが第１開弁時期であり、閉弁時期ＶＣが第１閉弁時期であるように、イニシャル位置が設定されている。第１開弁時期は、図２（ａ）に示されるように、上死点後（ＡＴＤＣ）Ａ１°である。第１閉弁時期は、下死点後（ＡＢＤＣ）Ａ２°であり、Ａ２°は、Ａ１°と同じかそれよりも大きく、たとえば、１１０°以上１８０°未満である。

エンジン１１のクランキングにより、エンジン１１の回転数が所定回転数まで上昇すると、ＥＣＵ１９により可変バルブタイミング機構２１が制御されて、吸気バルブ２２の開弁時期ＶＯおよび閉弁時期ＶＣがそれぞれ第２開弁時期および第２閉弁時期に変更される。所定回転数は、発電機１２の動力により駆動される機械式オイルポンプによる発生油圧が所定圧まで立ち上がったと判定できる回転数（たとえば、６００～７００ｒｐｍ）以上、あるいはエンジン１１が自立運転可能な回転数（たとえば、８００ｒｐｍ）以上の回転数（たとえば、１０００ｒｐｍ）である。第２開弁時期は、図２（ｂ）に示されるように、上死点前（ＢＴＤＣ）Ａ３°であり、第２閉弁時期は、下死点後Ａ４°であり、Ａ４°は、Ａ２°よりも小さく、たとえば、１１０°未満である。そして、吸気バルブ２２の開弁時期ＶＯおよび閉弁時期ＶＣがそれぞれ第２開弁時期および第２閉弁時期に変更された後、点火プラグがスパークされることにより、エンジン１１が始動される。

＜作用効果＞
以上のように、発電機１２の動力によるエンジン１１のクランキング中は、可変バルブタイミング機構２１がイニシャル位置であり、吸気バルブ２２が第２閉弁時期よりも遅角した第１閉弁時期で閉じられる。そのため、クランキング中における圧縮比を低下させることができ、クランキングに必要なエネルギを低減させることができる。その結果、エンジン１１の始動時のエネルギ消費を低減でき、燃料消費量の低減を図ることができる。

また、エンジン１１の点火時には、吸気バルブ２２の閉弁時期ＶＣが第１閉弁時期から第２閉弁時期に進角される。これにより、エンジン１１のシリンダ内に十分な空気量を確保することができ、エンジン１１を良好に始動させることができる。

なお、従来のエンジンでは、スタータモータの動力によるクランキングが行われる。このクランキング時のエンジンの最高回転数は、５００ｒｐｍ程度であり、その程度の回転数では、機械式オイルポンプの発生油圧が十分に立ち上がらない。そのため、エンジンが点火プラグのスパークにより始動して、燃焼によりエンジンの回転数が所定の完爆判定回転数（たとえば、８００ｒｐｍ）以上に上昇した後でなければ、可変バルブタイミング機構を可動できない。これに対し、前述の実施形態の構成では、発電機１２の動力によりエンジン１１の回転数を自立運転可能な回転数以上に引き上げることができるので、エンジン１１の始動前（燃焼前）であっても、エンジン１１の回転数が所定回転数に上昇して、機械式オイルポンプの油圧が十分に立ち上がった状態で、可変バルブタイミング機構２１を作動させることができる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、発電機１２は、ＩＰＭモータに限らず、ＩＰＭモータ以外のブラシレスＤＣモータであってもよい。

また、シリーズ方式を採用したハイブリッド車１のエンジン１１に限らず、他のハイブリッド方式を採用したハイブリッド車のエンジンに本発明を適用することもできる。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１１：エンジン
２１：可変バルブタイミング機構
２２：吸気バルブ

Claims (1)

1. 吸気バルブと、
   前記吸気バルブの閉弁時期を第１時期と前記第１時期よりも進角した第２時期とに変更する可変バルブタイミング機構とを含み、
   可変バルブタイミング機構は、モータの動力によるクランキング中における前記吸気バルブの閉弁時期である前記第１時期に設定されるようにイニシャル位置が設定され、
   下死点と前記第１時期との間のクランク角度は、前記クランキング中における前記吸気バルブの開弁時期と下死点との間のクランク角度と同じかそれよりも大きく設定されている、内燃機関。

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