(57)【要約】【課題】圧縮比可変機構を備える内燃機関の始動性を向上させる。【解決手段】圧縮比を変更可能な圧縮比可変機構６と、気化特性の異なる複数の燃料を任意に選択して供給可能な燃料供給装置５と、を備える内燃機関１００の始動制御装置であって、複数の燃料から始動時に供給する始動用燃料を選択する始動用燃料選択手段（Ｓ５，Ｓ６，Ｓ８）と、始動用燃料の気化特性が良いときほど、圧縮比を低くする圧縮比変更手段（Ｓ７，Ｓ９）と、を備えることを特徴とする。【選択図】図３
2010196578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮比を変更可能な圧縮比可変機構と、
気化特性の異なる複数の燃料を任意に選択して供給可能な燃料供給装置と、
を備える内燃機関の始動制御装置であって、
前記複数の燃料から始動時に供給する始動用燃料を選択する始動用燃料選択手段と、
前記始動用燃料の気化特性が良いときほど、圧縮比を低くする圧縮比変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項２】
前記始動用燃料選択手段は、供給可能な燃料のうち最も気化特性の良い燃料を始動用燃料として選択する
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装置。
【請求項３】
前記始動用燃料選択手段は、機関停止時に次回始動時に供給する始動用燃料を選択し、
前記圧縮比変更手段は、機関停止時に選択した始動用燃料の気化特性に基づいて、機関停止時に圧縮比を変更する
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装置。
【請求項４】
圧縮比を変更可能な圧縮比可変機構と、
ガス燃料及び液体燃料のいずれかを任意に選択して供給する燃料供給装置と、
を備える内燃機関の始動制御装置であって、
始動時に供給する始動用燃料を前記ガス燃料にするか前記液体燃料にするかを選択する始動用燃料選択手段と、
前記ガス燃料が供給されるときの圧縮比を、前記液体燃料が供給されるときの圧縮比よりも低くする圧縮比変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項５】
前記燃料供給装置は、
ガス燃料を貯蔵するガス燃料タンクと、
前記ガス燃料タンク内のガス燃料の状態を検出する燃料状態検出センサと、
を備え、
前記始動用燃料選択手段は、
前記燃料状態検出センサによって検出したガス燃料の状態に基づいて、次回始動時の前記ガス燃料タンクの予測内部圧力を算出する予測内部圧力算出手段と、
前記予測内部圧力が所定圧力よりも高いときに始動用燃料としてガス燃料を選択するガス燃料選択手段と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項６】
前記始動用燃料選択手段は、機関停止時に次回始動時に供給する始動用燃料を選択し、
前記圧縮比変更手段は、機関停止時に選択した始動用燃料に基づいて、機関停止時に圧縮比を変更する
を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項７】
前記圧縮比可変機構は、
クランクシャフトと略平行に延びるコントロールシャフトと、
ピストン、前記クランクシャフト及び前記コントロールシャフトを連結する複数のリンクと、
前記コントロールシャフトを回転させる駆動装置と、
を備え、
前記コントロールシャフトを回転させて、前記複数のリンクの一つであって一端が前記コントロールシャフトに揺動自在に支持されるコントロールリンクの支持位置を変化させることによって、圧縮比を変更する
ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１つに記載の内燃機関の始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の始動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関として、シリンダ内を往復動するピストンにピストンピンを介して連結された第１リンクと、この第１リンクに揺動可能に連結されるとともにクランクシャフトのクランクピンに回転可能に装着された第２リンクと、一端部が上記第２リンクに揺動可能に連結された第３リンクと、シリンダブロックに回転可能に設けられかつ上記第３リンクの他端部を揺動自在に支持する偏心カム部を備えたコントロールシャフトと、このコントロールシャフトの回転位置を制御するアクチュエータと、を備えてなり、上記コントロールシャフトの回転位置によって圧縮比を変化させる圧縮比可変機構を備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３９１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧縮比可変機構を備える内燃機関の場合、始動時には圧縮比を相対的に低くすることで起動トルクを小さくし、始動性を向上させることが望ましい。しかしながら、前述した従来の内燃機関は液体燃料を供給していた。そのため、圧縮比を低くしすぎると燃料を気化するために必要な熱量が不足して、逆に始動性が悪化するという問題点があった。そのため、燃料を気化するために必要な熱量を得られる範囲内でしか圧縮比を低くすることができなかった。
【０００５】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、燃料を気化するための熱量を低減させることで圧縮比可変機構を備えた内燃機関の始動性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、圧縮比を変更可能な圧縮比可変機構（６）と、気化特性の異なる複数の燃料を任意に選択して供給可能な燃料供給装置（５）と、を備える内燃機関（１００）の始動制御装置であって、前記複数の燃料から始動時に供給する始動用燃料を選択する始動用燃料選択手段（Ｓ５，Ｓ６，Ｓ８）と、前記始動用燃料の気化特性が良いときほど、圧縮比を低くする圧縮比変更手段（Ｓ７，Ｓ９）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、圧縮比を変更可能な圧縮比可変機構（６）と、ガス燃料及び液体燃料のいずれかを任意に選択して供給する燃料供給装置（５）と、を備える内燃機関の始動制御装置であって、始動時に供給する始動用燃料を前記ガス燃料にするか前記液体燃料にするかを選択する始動用燃料選択手段（Ｓ５，Ｓ６，Ｓ８）と、前記ガス燃料が供給されるときの圧縮比を、前記液体燃料が供給されるときの圧縮比よりも低くする圧縮比変更手段（Ｓ７，Ｓ９）と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、気化特性の異なる複数の燃料を供給可能にし、選択された始動用燃料の気化特性に応じて圧縮比を変更する。これにより、燃料を気化するための熱量を確保しつつ、気化特性の良い燃料で始動するときには相対的に圧縮比を低くすることができるので、始動性を向上させることができる。
【００１０】
また、ガス燃料を供給する場合には、燃料を気化するための熱量が不要なので、始動時の圧縮比をより低くすることができ、より始動性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】エンジンのシステム構成を示す概略図である。
【図２】圧縮比可変機構による圧縮比変更方法を説明する図である。
【図３】始動制御について説明するフローチャートである。
【図４】始動制御の動作を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態によるエンジン１００のシステム構成を示す概略図である。
【００１４】
エンジン１００は、シリンダブロック１と、シリンダヘッド２と、吸気通路３と、排気通路４と、燃料供給装置５と、圧縮比可変機構６と、コントローラ７と、を備える。
【００１５】
シリンダブロック１には、複数のシリンダ１１が形成される。シリンダ１１の内部には、燃焼圧力を受けてシリンダ１１の内部を往復動するピストン１２が収められる。これらシリンダブロック１とシリンダヘッド２とピストン１２とによって、ペントルーフ形の燃焼室１３が区画形成される。
【００１６】
シリンダヘッド２には、吸気通路３に接続され燃焼室１３の頂壁に開口する吸気ポート２１と、排気通路４に接続され燃焼室１３の頂壁に開口する排気ポート２２とが形成される。また、シリンダヘッド２には、燃焼室１３と吸気ポート２１との開口を開閉する吸気弁２３と、燃焼室１３と排気ポート２２との開口を開閉する排気弁２４と、が設けられる。さらに、シリンダヘッド２には、燃焼室１３の頂壁中央に臨むように点火栓２５が設けられる。
【００１７】
吸気通路３は、シリンダに吸入される空気が流れる通路であり、吸気ポート２１に接続される。
【００１８】
排気通路４は、シリンダから排出される排気が流れる通路であり、排気ポート２２に接続される。
【００１９】
燃料供給装置５は、液体燃料タンク５１と、液体燃料噴射弁５２と、改質装置５３と、ガス燃料ポンプ５４と、ガス燃料タンク５５と、ガス燃料噴射弁５６と、を備える。
【００２０】
液体燃料タンク５１は、外部から供給された液体燃料を貯蔵する。本実施形態では、液体燃料としてガソリンを使用する。
【００２１】
液体燃料噴射弁５２は、シリンダヘッド２に設けられ、液体燃料タンク５１から送られてきた液体燃料を吸気ポート２１の内部に噴射する。
【００２２】
改質装置５３は、モノリス担体５３１と、改質用液体燃料噴射弁５３２と、を備える。
【００２３】
モノリス担体５３１は、排気通路４の外周を囲むように形成された円環状のケースの内部に、表面に白金などの改質触媒を坦持させたハニカム状のコーデュライトが収められた一体構造物である。
【００２４】
改質用液体燃料噴射弁５３２は、排気通路４の下流側に位置するモノリス担体５３１の入口に設けられる。改質用液体燃料噴射弁５３２は、液体燃料タンク５１から送られてきた液体燃料を改質触媒に向けて噴射する。
【００２５】
改質装置５３は上記のように構成され、排気通路４を流れる排気の熱を利用して改質用液体燃料噴射弁５３２から噴射された液体燃料をガス燃料に改質する。本実施形態では、ガソリンをガス燃料である水素に改質する。
【００２６】
ガス燃料ポンプ５４は、排気通路４の上流側に位置するモノリス担体５３１の出口とガス燃料タンク５５とを接続するガス燃料配管５７ａに設けられる。ガス燃料ポンプ５４は、改質装置５３で生成されたガス燃料を加圧してガス燃料タンク５５に送り込む。
【００２７】
ガス燃料タンク５５は、ガス燃料を貯蔵する。ガス燃料タンク５５には、圧力センサ５５１と、温度センサ５５２と、が設けられる。
【００２８】
圧力センサ５５１は、ガス燃料タンク５５の内部圧力を検出する。
【００２９】
温度センサ５５２は、ガス燃料タンク５５の内部温度を検出する。
【００３０】
ガス燃料噴射弁５６は、燃焼室１３に臨むようにシリンダヘッド２に設けられる。ガス燃料噴射弁５６は、ガス燃料タンク５５からガス燃料配管５７ｂを通って送られてきたガス燃料を直接燃焼室１３に噴射する。
【００３１】
圧縮比可変機構６は、ピストン１２とクランクシャフト１４とを２つのリンク(アッパリンク６１、ロアリンク６２)で連結するとともに、コントロールリンク６３でロアリンク６２を制御して、エンジン１００の機械圧縮比を変更する。
【００３２】
アッパリンク６１は、その上端がピストンピン１５を介してピストン１２と連結し、その下端がアッパピン６４を介してロアリンク６２の一端と連結する。
【００３３】
ロアリンク６２は、その一端がアッパピン６４を介してアッパリンク６１に連結し、その他端がコントロールピン６５を介してコントロールリンク６３に連結する。また、ロアリンク６２は、その略中央の連結孔に、クランクシャフト１４のクランクピン１４ｂが挿入され、クランクピン１４ｂを中心軸として揺動する。ロアリンク６２は左右の２部材に分割可能である。
【００３４】
クランクシャフト１４は、複数のジャーナル１４ａとクランクピン１４ｂとカウンタウェイト１４ｃとを備える。ジャーナル１４ａは、シリンダブロック１及びラダーフレーム１６によって回転自在に支持される。クランクピン１４ｂは、ジャーナル１４ａから所定量偏心しており、ここにロアリンク６２が揺動自在に連結する。カウンタウェイト１４ｃは、ジャーナル１４ａとクランクピン１４ｂとをつなぐアーム部に設けられ、回転部分の重量アンバランスを取り除く。
【００３５】
コントロールリンク６３は、その一端がコントロールピン６５を介してロアリンク６２に連結し、その他端が連結ピン６６を介してコントロールシャフト６７に連結する。コントロールリンク６３は、この連結ピン６６を中心として揺動する。またコントロールシャフト６７にはギアが形成されており、そのギアがアクチュエータ６８の回転軸６９に設けられたピニオン６９ａに噛合する。アクチュエータ６８によってコントロールシャフト６７が回転させられ、連結ピン６６が移動する。
【００３６】
コントローラ７は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ７には、ガス燃料タンク５５の状態を検出する圧力センサ５５１及び温度センサ５５２からの信号の他に、エンジン１００の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される。コントローラ７は、ガス燃料タンク５５の状態に応じて始動用燃料を選択し、始動用燃料に応じて圧縮比を変更する。以下、圧縮比の変更方法について説明した後に、この始動制御について説明する。
【００３７】
図２は圧縮比可変機構６による圧縮比変更方法を説明する図である。
【００３８】
圧縮比可変機構６は、コントロールシャフト６７を回転させて連結ピン６６の位置を変更させることで、圧縮比を変更させる。
【００３９】
例えば図２(Ａ)、図２(Ｃ)に示すように連結ピン６６を位置Ｐにすれば、上死点位置(ＴＤＣ)が高くなり高圧縮比になる。
【００４０】
そして図２(Ｂ)、図２(Ｃ)に示すように、連結ピン６６を位置Ｑにすれば、コントロールリンク６３が上方へ押し上げられ、コントロールピン６５の位置が上がる。これによりロアリンク６２はクランクピン１４ｂを中心として反時計方向に回転し、アッパピン６４が下がり、ピストン１２上死点(ＴＤＣ)におけるピストン１２の位置が下降する。したがって圧縮比が低圧縮比になる。
【００４１】
図３は、本実施形態による始動制御について説明するフローチャートである。コントローラ７は、本ルーチンをエンジン１００の運転中に所定の演算周期（例えば１０ｍｓ）で実行する。
【００４２】
ステップＳ１において、コントローラ７は、イグニッションスイッチがオフされたか否かを判定する。コントローラ７は、イグニッションスイッチがオフされていればステップＳ２に処理を移行し、そうでなければステップＳ１０に処理を移行する。
【００４３】
ステップＳ２において、コントローラ７は、液体燃料噴射弁５２、改質用液体燃料噴射弁５３２及びガス燃料噴射弁５６から燃料が噴射されていれば、燃料噴射を停止する。
【００４４】
ステップＳ３において、コントローラ７は、ガス燃料タンク５５の内部圧力及び内部温度を検出する。
【００４５】
ステップＳ４において、コントローラ７は、検出したガス燃料タンク５５の内部圧力及び内部温度に基づいて、次回始動時のガス燃料タンク５５の内部圧力（以下、「予測内部圧力」という）を算出する。
【００４６】
ステップＳ５において、コントローラ７は、予測内部圧力が所定のガス燃料供給可能圧力より高いか否かを判定する。コントローラ７は、予測内部圧力がガス燃料供給可能圧力より高ければステップＳ６に処理を移行し、そうでなければステップＳ８に処理を移行する。
【００４７】
ステップＳ６において、コントローラ７は、次回始動時に供給する燃料（以下「始動用燃料」という）をガス燃料とする。
【００４８】
ステップＳ７において、コントローラ７は、圧縮比を所定のガス燃料用始動圧縮比に変更する。
【００４９】
ステップＳ８において、コントローラ７は、始動用燃料を液体燃料とする。
【００５０】
ステップＳ９において、コントローラ７は、圧縮比を所定の液体燃料用始動圧縮比に変更する。液体燃料用始動圧縮比は、ガス燃料用始動圧縮比よりも高い。これは、液体燃料の場合、燃料を気化するための熱量が必要なためである。
【００５１】
ステップＳ１０において、コントローラ７は、始動又は暖機運転中か否かを判定する。コントローラ７は、始動又は暖機運転中であればステップＳ１１に処理を移行し、そうでなければステップＳ１２に処理を移行する。
【００５２】
ステップＳ１１において、コントローラ７は、始動時制御を実施する。具体的には、始動用燃料としてガス燃料が選択されていたときは、圧縮比をガス燃料用始動圧縮比に維持したままガス燃料を供給する。一方で、始動用燃料として液体燃料が選択されていたときは、圧縮比を液体燃料用始動圧縮比に維持したまま液体燃料を供給する。
【００５３】
ステップＳ１２において、コントローラ７は、通常時制御を実施する。具体的には、運転状態に応じて圧縮比を制御し、液体燃料を噴射する。
【００５４】
図４は、本実施形態による始動制御の動作を説明するタイムチャートである。フローチャートとの対応を明確にするため、フローチャートのステップ番号を併記して説明する。
【００５５】
時刻ｔ１でイグニッションスイッチがオフにされると（図４（Ａ）；Ｓ１でＹｅｓ）、ガス燃料タンク５５の内部圧力と内部温度とに基づいて予測内部圧力が算出され（Ｓ３，Ｓ４）、予測内部圧力に基づいて始動用燃料が選択される（Ｓ５）。
【００５６】
始動用燃料としてガス燃料が選択されたとき、つまり、予測内部圧力がガス燃料供給可能圧力よりも高くガス燃料での始動が可能と判断されたときは（Ｓ５でＹｅｓ、Ｓ６）、一点鎖線で示すように、圧縮比が相対的に低圧縮比なガス燃料用始動圧縮比に変更される（図４（Ｂ）；Ｓ７）。一方で、始動用燃料として液体燃料が選択されたとき、つまり、予測内部圧力がガス燃料供給可能圧力よりも低くガス燃料での始動が不可能と判断されたときは（Ｓ５でＮｏ、Ｓ８）、破線で示すように、圧縮比が相対的に高圧縮比な液体燃料用始動圧縮比に変更される（図４（Ｂ）；Ｓ９）。時刻ｔ２でイグニッションスイッチがオンにされるまでは、この始動圧縮比が保持される（図４（Ｂ）。
【００５７】
時刻ｔ２でイグニッションスイッチがオンにされると（図４（Ａ）；Ｓ１でＮｏ）、エンジン１００が始動する。エンジン１００が始動してから暖機が完了する時刻ｔ３までの間は、イグニッションスイッチをオフにしたときに変更した始動圧縮比に保持したまま、イグニッションスイッチをオフにしたときに選択した始動用燃料を噴射する（図４（Ｂ）；Ｓ１１でＹｅｓ、Ｓ１２）。
【００５８】
時刻ｔ３で暖機が完了すると、運転状態に応じて圧縮比を制御し、液体燃料を噴射する（図４（Ｂ）；Ｓ１１でＮｏ、Ｓ１２）。
【００５９】
以上説明した本実施形態によれば、ガス燃料と液体燃料とを任意に選択してエンジン１００に供給できるようにし、始動時にはガス燃料を供給することとした。
【００６０】
液体燃料を供給してエンジン１００を始動させる場合は、液体燃料を気化させてから燃焼させないと、所望の燃焼圧力を得られず始動性が悪化する上に、未燃燃料（ハイドロカーボン；ＨＣ）が排出されて排気性能も悪化する。そのため、ガス燃料と比べて燃料を気化するための熱量が必要になる分、ガス燃料を供給してエンジン１００を始動させるときと比べて圧縮比を高くする必要がある。しかしながら、始動時に高圧縮比にしなければならいないと、起動トルクが大きくなるためスタータモータの負担が大きくなり、始動性が悪化する。
【００６１】
これに対し、ガス燃料を供給してエンジン１００を始動させる場合は、燃料を気化するための熱量が不要なので、圧縮比が低い状態で燃料を燃焼させることができる。これにより、低圧縮比の状態でクランキングを実施できるので起動トルクが小さくて済み、液体燃料を供給してエンジン１００を始動させる場ときと比べて始動性を向上させることができる。また、排気性能を悪化させることもない。
【００６２】
また、始動用燃料の選択及び始動圧縮比への変更をエンジン停止時に実施するので、始動時に圧縮比を変更する必要がない。そのため、始動時に素早くクランキングを開始でき、より一層始動性を向上させることができる。
【００６３】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００６４】
例えば、本実施形態ではガス燃料と液体燃料とを任意に選択してエンジン１００に供給できるようにしたが、気化特性の異なる２種類以上の液体燃料を任意に選択してエンジン１００に供給できるようにしてもよい。この場合は、供給可能な液体燃料のうち最も気化特性が良い液体燃料、すなわち、最も気化しやすい液体燃料を始動時に供給するようにして、気化特性が良い液体燃料を供給するときほど圧縮比を低くしてやればよい。これにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
また、本実施形態ではガス燃料を改質装置５３で生成したが、液体燃料と同様に外部から供給してもよい。
【００６６】
また、改質反応としては、本実施形態のように部分酸化反応によるものに限らず、例えば脱水素反応のように、改質によって得られた改質ガスが凝縮分離によってガス成分（水素）とともに液体成分も得られる反応としてもよい。この場合、改質後の液体燃料と改質前の液体燃料の気化特性が異なるなら、改質後の液体燃料を別のタンクに貯蔵し、始動時に、改質前の液体燃料、改質後の液体燃料及びガス燃料を使い分けるようにすれば、綿密な始動制御が実施できる。また、液体燃料を蒸留によって分離してもよい。
【００６７】
さらに、本実施形態ではガス燃料として水素を使用したが、気化ガソリンやその他のガス燃料でもよい。
【符号の説明】
【００６８】
５    燃料供給装置
６    圧縮比可変機構
１２    ピストン
１４    クランクシャフト
５５    ガス燃料タンク
６１    アッパリンク（複数のリンク）
６２    ロアリンク（複数のリンク）
６３    コントロールリンク（複数のリンク）
６７    コントローラシャフト
６８    アクチュエータ（駆動装置）
１００    エンジン（内燃機関）
５５１    圧力センサ（燃料状態検出センサ）
５５２    温度センサ（燃料状態検出センサ）
Ｓ４    予測内部圧力算出手段
Ｓ５    始動用燃料選択手段
Ｓ６    始動用燃料選択手段、ガス燃料選択手段
Ｓ７    圧縮比変更手段
Ｓ８    始動用燃料選択手段
Ｓ９    圧縮比変更手段
【図１】
2010196578.tif 000003
【図２】
2010196578.tif 000004
【図３】
2010196578.tif 000005
【図４】
2010196578.tif 000006