(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の開閉時期を任意に制御自由な可変動弁手段を備えたエンジンにおいて、
燃料が気化しにくい始動条件を検出する始動条件検出手段と、
前記燃料が気化しにくい始動条件で、吸気行程で吸気弁を複数回開弁する吸気弁開弁制御手段と、
前記燃料が気化しにくい始動条件で、吸気ポートへの燃料噴射を、燃料の気化しにくさが大きいときは吸気行程下死点付近で吸気弁が開弁したときに行い、燃料の気化しにくさが小さいときは、吸気行程上死点付近で吸気弁が開弁したときに行う燃料噴射制御手段と、
を含んで構成したことを特徴とする可変動弁エンジンの始動制御装置。
【請求項２】
前記始動条件検出手段は、エンジン温度が所定以下の低温時又は燃料の性状が所定以上重質であるときに、燃料が気化しにくい始動条件として検出することを特徴とする請求項１に記載の可変動弁エンジンの始動制御装置。
【請求項３】
燃料の気化しにくさが大きいときでも気化しにくさが最大のときは、吸気ポートへの燃料噴射を、前記吸気行程下死点付近で吸気弁が開弁したときでの燃料噴射を行わず、吸気行程中の吸気弁の閉期間中にのみ行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変動弁エンジンの始動制御装置。
【請求項４】
燃料噴射期間が長い条件で、燃料噴射を複数回に分割して行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変動弁エンジンの始動制御装置。
【請求項５】
吸気弁開弁制御手段は、吸気弁の開期間を燃料の気化しにくさのレベルに基づいて制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変動弁エンジンの始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁の開閉時期を任意に制御自由な可変動弁手段を備えたエンジンにおいて、始動性を改善した技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン（内燃機関）  においては、低温時や燃料性状により燃料が気化しにくい条件で始動性が悪化するため、従来より種々の対策が採用されており、例えば、可変バルブタイミング機構により吸気弁の閉時期遅らせつつ吸気弁の開弁時に燃料噴射して負圧で燃料を微粒化することにより始動性改善を図ったものがある（特開平６−３２３１６８号等参照）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の始動時対策では、燃料の気化しにくさに応じて十分適切な混合気状態が得られるものではなく、なお、改善の余地があった。本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、吸気弁の開時期の制御と燃料噴射との組合せにより、運転条件に見合った適切な混合気状態が得られ、以て始動性を可及的に改善した可変動弁の始動制御装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
吸気弁の開閉時期を任意に制御自由な可変動弁手段を備えたエンジンにおいて、
燃料が気化しにくい始動条件を検出する始動条件検出手段と、
前記燃料が気化しにくい始動条件で、吸気行程で吸気弁を複数回開弁する吸気弁開弁制御手段と、
前記燃料が気化しにくい始動条件で、吸気ポートへの燃料噴射を、燃料の気化しにくさが大きいときは吸気行程下死点付近で吸気弁が開弁したときに行い、燃料の気化しにくさが小さいときは、吸気行程上死点付近で吸気弁が開弁したときに行う燃料噴射制御手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【０００５】
請求項１に係る発明によると、始動条件検出手段により、燃料が気化しにくい始動条件が検出されると、吸気弁開弁制御手段が、吸気行程で吸気弁が複数回に分けて開弁されることにより、後半の吸気下死点付近での開弁時には、シリンダ内に大きな負圧で吸気が行われるため強い吸気流動が発生し、また、その前の開弁である程度は吸気を吸入しておくことにより、前記負圧の大きさをある程度抑制してポンピングロスを低減し、クランキングを可能にする。
そして、燃料の気化しにくさが大きいときは、吸気行程下死点付近で吸気弁が開弁したときに燃料噴射を行うことにより、強い吸気流によって、短時間で十分に混合，気化が促進される。また、吸気弁閉期間中に燃料噴射する場合に比較して壁流となる燃料がなく直接シリンダ内に噴射されるので、シリンダへの輸送性に優れ、その結果、噴射燃料量を減少できる。また、吸気行程下死点付近では、シリンダ容積（表面積) が大きいため点火栓容積（表面積)／シリンダ容積（表面積) の比率が小さいので、燃料噴射しても、点火栓の被り，燻りを生じにくく、以て、燃料の混合，気化促進と相まって、良好な始動性を確保できる。
【０００６】
これにより、吸気行程で吸気弁が複数回に分けて開弁されることにより、後半の吸気下死点付近での開弁時には、シリンダ内に大きな負圧で吸気が行われるため強い吸気流動が発生し、また、その前の開弁である程度は吸気を吸入しておくことにより、前記負圧の大きさをある程度抑制してポンピングロスを低減し、クランキングを可能にする。
【０００７】
また、燃料の気化しにくさが小さく、点火栓の被り，燻りを心配しないでよいときは、吸気行程上死点付近で吸気弁が開弁したときに燃料噴射を行うことにより、早い燃料噴射で気化時間を稼ぐことにより、気化を促進する。これにより、良好な始動性を確保できる。
また、請求項２に係る発明は、前記始動条件検出手段は、エンジン温度が所定以下の低温時又は燃料の性状が所定以上重質であるときに、燃料が気化しにくい始動条件として検出することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明によると、エンジン温度（冷却水温度等） が所定以下の低温時や燃料の性状が重質であるときには、燃料が気化しにくいので、これを燃料が気化しにくい始動条件として検出する。
また、請求項３に係る発明は、
燃料の気化しにくさが大きいときでも気化しにくさが最大のときは、吸気ポートへの燃料噴射を、前記吸気行程下死点付近で吸気弁が開弁したときでの燃料噴射を行わず、吸気行程中の吸気弁の閉期間中にのみ行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明によると、
燃料の気化しにくさが最大のときは、吸気弁の開弁期間中に燃料噴射すると、点火栓の被り，燻りを生じて着火しにくくなるので、吸気弁の閉期間中に燃料噴射する。これにより、吸気ポートに噴射された燃料が吸気弁が開弁するまでに気化を促進され、吸気弁開弁後、シリンダ内に前記気化された燃料及び壁流状態の燃料が流入するため、点火栓の被り，燻りを防止でき、良好な始動性を確保できる。
【００１１】
また、請求項４に係る発明は、燃料噴射期間が長い条件で、燃料噴射を複数回に分割して行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明によると、
燃料噴射弁の仕様等により、燃料噴射期間が長い場合は、複数回に分けて燃料噴射を行う。この場合、噴射量の比率を適切に設定することにより、気化を促進することができる。
また、請求項５に係る発明は、
吸気弁開弁制御手段は、吸気弁の開期間を燃料の気化しにくさのレベルに基づいて制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明によると、
例えば、燃料の気化しにくさが大きい場合には、後半の吸気弁の開期間をより下死点に近づけ、あるいは後半の開期間の比率をより大きくして吸気流動による燃料の気化促進効果を高め、それほど気化しにくくない場合には、吸気弁の開期間を下死点から遠ざけ、あるいは後半の開期間の比率を相対的に小さくしてポンピングロスを低減したりすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図に基づいて説明する。一実施の形態の全体構成を示す図２において、エンジン１には、弁駆動装置２により開閉を電子制御される吸気弁３及び排気弁４が装着されている。各気筒の吸気ポート５には、燃料噴射弁６が装着され、燃焼室７には点火栓８及び点火コイル９が装着されている。また、吸気通路の上流部で吸入空気質量流量を検出する吸入空気質量流量検出手段として熱線式流量計等のエアフロメータ１０が装着されている。エンジン本体には各気筒の基準クランク角で基準信号を出力すると共に、微小クランク角毎に単位角信号を出力するクランク角センサ１１が装着されている。この他、イグニッションスイッチ１２，スタータスイッチ１３，エンジン冷却水温度（以下水温という）  を検出する水温センサ１４，燃料性状の重軽質を検出する重軽質センサ１５，大気圧を検出する大気圧センサ１６が設けられる。
【００１５】
これらセンサ類の検出信号はコントロールユニット１７に出力され、コントロールユニット１７は、これらの検出信号に基づいて前記燃料噴射弁６に燃料噴射信号を出力して燃料噴射制御を行い、前記点火コイル９に点火信号を出力して点火制御を行い、更に、前記弁駆動装置２に弁駆動信号を出力して吸気弁３及び排気弁４の開閉を制御する。また、水温，燃料の重軽質に基づいて燃料の気化しにくさを判定し、この判定結果に基づいて吸気弁を吸気行程中に複数回（本実施の形態では２回）  開弁するか否かを判定して吸気弁の開弁を制御する。また、該吸気弁の開閉とタイミングを同期させて燃料噴射制御を行う。
【００１６】
次に、前記弁駆動装置２の構成を図３に示す。図３において弁駆動装置２は、シリンダヘッド上に設けられる非磁性材料製のハウジング２１と、吸気弁３（又は排気弁４、以下吸気弁３で代表する）  のステムに一体に設けられてハウジング２１内に移動自由に収納されるアーマチュア２２と、該アーマチュア２２を吸引して吸気弁３を閉弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア２２の上面に対向する位置でハウジング２１内に固定配置される閉弁用電磁石２３と、該アーマチュア２２を吸引して吸気弁３を開弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア２２の下面に対向する位置でハウジング２１内に固定配置される開弁用電磁石２４と、吸気弁３の閉弁方向に向けてアーマチュア２２を付勢する閉弁側戻しバネ２５と、吸気弁３の開弁方向に向けてアーマチュア２２を付勢する開弁側戻しバネ２６と、を備えて構成される。そして、閉弁用電磁石２３と開弁用電磁石２４とを共に消磁したときに、吸気弁３は全開位置と閉弁位置との間の略中央位置にあるように、閉弁側戻しバネ２５と開弁側戻しバネ２６とのバネ力が設定され、閉弁用電磁石２３のみを励磁したときに吸気弁３は閉弁し、開弁用電磁石２４のみを励磁したときに吸気弁３は開弁（全開）  するように駆動される。該弁駆動装置２が吸気弁駆動手段を構成する。
【００１７】
前記弁駆動装置２による吸気弁３及び排気弁４の吸・排気のための開閉時期は、エンジン１の運転状態に基づいて設定された目標開閉時期となるように制御されるが、始動時は、後述するようにして吸気弁の開弁を制御する。始動後の通常運転時は、特に、吸気弁３の吸気下死点前の閉時期ＩＶＣを、アクセル開度とエンジン回転速度、或いはこれらに基づいて設定された要求トルクなどに基づいて広範囲に可変制御して吸入空気量を制御するようになっている。
【００１８】
以下に、前記始動時の吸気弁の開弁制御及び燃料噴射制御について説明する。
図４は、同上制御のメインルーチンのフローチャートを示す。
ステップ１では、イグニッションスイッチ１２がＯＮであるかを判定し、ＯＮのときは、ステップ２で水温センサ１４によって検出された水温ＴＷを読み込む。
ステップ３では、可変動弁である吸・排気弁の初期化を行う。これは、前記弁駆動装置２の閉弁用電磁石２３、開弁用電磁石２４を交互に通電して共振させて振幅を増幅しつつ閉弁状態に保持するものである。
【００１９】
ステップ４ではスタータを駆動してクランキングを開始し、気筒判別信号を検出した時点からステップ５でクランク角の検出を開始する。
そして、ステップ６で、始動時に吸気弁３を吸気行程中に２度開弁するか否かを判定する。
具体的には、以下のように行う。水温センサ１４により水温ＴＷが第１の所定値ＴＷ０（例えば０°Ｃ）  以下の低温時か否かを判定すると共に、重軽質センサ１５により燃料の性状が第１の所定値Ｈ０以上の重質であるか否かを判定する。そして、前記第１の所定値ＴＷ０以下の低温時であるか又は第１の所定値Ｈ０以上の重質である場合は、吸気弁３を吸気行程中に２度開弁させる。またそうでない場合は、吸気弁３を吸気行程中に１度開弁させる通常制御（例えば略上死点から略下死点まで開弁させる制御）  を行う。
【００２０】
前記ステップ６で吸気弁３を２度開弁させると判定された場合は、ステップ７へ進んで、燃料噴射モードを燃料の気化のしにくさに基づいて切り換える。なお、そうでないと判定された場合は、ステップ８へ進んで通常の始動制御を行う。前記ステップ７へ進んだ場合の燃料噴射モードについて図５を参照して説明する。まず、水温ＴＷが前記第１の所定値ＴＷ０以下の低温時で、かつ、燃料性状が前記第１の所定値Ｈ０以上の重質である場合は、以下の制御Ａを実行する。
【００２１】
また、水温ＴＷが前記所定以下の低温時で、かつ、燃料性状が前記第１の所定値Ｈ０未満〜該Ｈ０より小さい第２の所定値Ｈ１以上の範囲にある中程度の軽質のときか、又は、燃料性状が第１の所定値Ｈ０以上の重質で、かつ、水温が第１の所定値ＴＷ０以上〜該ＴＷ０より高温の第２の所定値ＴＷ１未満の範囲にある中程度の水温のときは、以下のＢ制御を実行する。
【００２２】
また、水温ＴＷが前記所定以下の低温時で、かつ、燃料性状が前記第２の所定値Ｈ１未満の高程度の軽質のときか、又は、燃料性状が第１の所定値Ｈ０以上の重質で、かつ、水温が第２の所定値ＴＷ１以上の高程度の水温のときは、以下のＣ制御を実行する。
以下、前記Ａ，Ｂ，Ｃの制御について、サブルーチンのフローチャートを示す図６〜図８に従って説明する。
【００２３】
まず、制御Ａを図６に基づいて説明する。
ステップ１１では、吸気行程の上死点付近のクランク角度Ａが検出されたかを判定し、検出されたときにステップ１２へ進んで吸気弁３を開弁する。
ステップ１３で前記吸気弁３を閉弁するクランク角Ｂが検出されたか否かを判定し、検出されたときにステップ１４へ進んで吸気弁３を閉弁する。
【００２４】
ステップ１５でさらに進んだピストン中間点付近のクランク角Ｃが検出されたか否かを判定し、検出されたときにステップ１６へ進んで設定された期間だけ燃料噴射を行う。
次いで、ステップ１７で吸気行程の下死点よりのクランク角Ｄが検出されたか否かを判定し、検出されたときにステップ１８へ進んで再び吸気弁３を開弁する。
【００２５】
ステップ１９で吸気行程の下死点付近のクランク角Ｅが検出されたか否かを判定し、検出されたときにステップ２０に進んで吸気弁３を閉弁する。
即ち、吸気行程の上死点付近と下死点付近とでそれぞれ吸気弁３を開弁すると共に、これら２回の開弁期間の間の吸気弁の閉期間中に燃料を噴射する。
このようにすれば、吸気弁の閉期間中に吸気ポートに燃料噴射されるので、その後吸気弁が開弁するまでの間に、気化を促進され、また、吸気弁開弁後は、シリンダ内に前記吸気ポート内で気化された燃料及び壁流状態となっている燃料が流入するため、直接シリンダに燃料噴射される場合のような点火栓の被り，燻りを防止でき、極めて気化しにくい始動条件でも、良好な始動性を確保できる。
【００２６】
なお、本実施の形態では、１回目と２回目の吸気弁の開期間の間の閉期間中に燃料噴射する構成としたが、１回目の吸気弁の開期間の前、排気行程から吸気行程初期にかけての間に燃料噴射する構成としてもよい。このように早期に燃料噴射する方が燃料のシリンダ内に滞在する時間が長く、それによって混合，気化がより促進されるが、一方、遅めに燃料噴射する方が燃料がシリンダ内に流入するときのシリンダ容積が大きくなってシリンダ容積（表面積）  ／点火栓容積（表面積）  の比率が大きくなるので、より確実に点火栓の被り，燻りを防止できる。
【００２７】
次に、Ｂの制御を図７に基づいて説明する。
ステップ２１〜ステップ２４では、前記Ａの制御のステップ１１〜ステップ１４と同様にして吸気行程の上死点付近で吸気弁３を１回開弁する。
次いで、ステップ２５では吸気行程の下死点よりのクランク角Ｄが検出されたか否かを判定し、検出されたときにステップ２６へ進んで再び吸気弁３を開弁する。
【００２８】
ステップ２７では、吸気弁３開弁中のクランク角Ｆが検出されたか否かを判定し、検出されたときにステップ２８へ進んで所定期間燃料噴射を行う。
次いで、ステップ２９で吸気行程の下死点付近のクランク角Ｅが検出されたか否かを判定し、検出されたときにステップ３０に進んで吸気弁３を閉弁する。
即ち、吸気行程の上死点付近と下死点付近とでそれぞれ吸気弁３を開弁すると共に、２回目の開弁期間中に燃料を噴射する。
【００２９】
このようにすれば、吸気行程下死点付近で吸気弁が開弁したときに燃料噴射を行うことにより、強い吸気流によって、短時間で十分に混合，気化が促進される。また、吸気弁閉期間中に燃料噴射する場合に比較して壁流となる燃料がなく直接シリンダ内に噴射されるので、シリンダへの輸送性に優れ、その結果、噴射燃料量を減少できる。また、前記吸気行程下死点付近では、シリンダ容積（表面積）  ／点火栓容積（表面積）  の比率が最も小さくなるので、シリンダ内に直接燃料噴射しても点火栓の被り，燻りを生じにくい。したがって、前記Ａの制御を行うほどではないが、かなり気化しにくい始動条件の場合でも、燃料の混合，気化促進と相まって、良好な始動性を確保できる。
【００３０】
次に、Ｃの制御を図８に基づいて説明する。
ステップ３１，ステップ３２で、前記Ａの制御のステップ１１，１２と同様にして吸気行程の上死点付近で吸気弁３を開弁する。
次いで、ステップ３３で該吸気弁３開弁中のクランク角Ｇが検出されたか否かを判定し、検出されたときにステップ３４へ進んで所定期間燃料噴射を行う。
【００３１】
その後、ステップ３５でクランク角Ｂが検出されたか否かを判定し、検出されたときにステップ３６へ進んで吸気弁３を閉弁する。
次いで、ステップ３７で吸気行程の下死点よりのクランク角Ｄが検出されたか否かを判定し、検出されたときにステップ３８へ進んで再び吸気弁３を開弁する。
ステップ３９で吸気行程の下死点付近のクランク角Ｅが検出されたか否かを判定し、検出されたときにステップ４０に進んで吸気弁３を閉弁する。
【００３２】
即ち、吸気行程の上死点付近と下死点付近とでそれぞれ吸気弁３を開弁すると共に、１回目の開弁期間中に燃料を噴射する。
このように燃料の気化しにくさが比較的小さく、点火栓の被り，燻りを心配しないでよいときは、吸気行程上死点付近で吸気弁が開弁したときに燃料噴射を行うことにより、吸気ポート中に壁流の残すことなく、シリンダ内への早期の燃料噴射で気化時間を稼ぐことにより、混合，気化が促進され、良好な始動性を確保できる。
【００３３】
なお、以上示した実施の形態では、燃料噴射を１回のみ行うものを示したが、燃料噴射弁の仕様その他特に燃料が気化しにくいときに燃料噴射量が多く設定された場合は、２回以上に分けて噴射する構成とすることもできる。この場合、吸気弁の２回の閉期間中（１回目の開期間前と２開目の開期間前）  や２回の開期間中にそれぞれ燃料噴射したり、選択された所定の閉期間中と開期間中とに１回ずつ燃料噴射したりすることができ、燃料の気化のしにくさに応じて適宜選択すればよい。
【００３４】
また、前記大気圧センサ１６によって検出される大気圧が低い高地等では、空気密度の低下により低地に比較して燃料が気化しやすくなるため、燃料噴射量を減少補正して点火栓の被り，燻りを防止する制御を一般に行うが、これと並行して、又はその代わりに、例えば、前記吸気弁を２回開弁するためのしきい値である水温ＴＷ０，ＴＷ１をそれぞれ低温側に補正し、重質のレベルＨ０，Ｈ１をそれぞれ大（重質）  側に補正して、Ａ，Ｂ，Ｃの各制御が水温，燃料性状について燃料がより気化しにくい条件で実行されるようにしてもよい。
【００３５】
この他、燃料の気化しにくさのレベルに基づいて、吸気弁の複数の開弁の時期や期間を変えるようにしてもよい。例えば、燃料の気化しにくさが大きい場合には、後半の吸気弁の開期間をより下死点に近づけ、あるいは後半の開期間の比率をより大きくして吸気流動による燃料の気化促進効果を高め、それほど気化しにくくない場合には、吸気弁の開期間を下死点から遠ざけ、あるいは後半の開期間の比率を相対的に小さくしてポンピングロスを低減したりすることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、燃料性状の重軽質を重軽質センサで検出する構成としたため、始動直前に燃料が交換された場合にも対処できる。これに対し、専用の重軽質センサを設けることなく、重軽質を検出することも可能である。例えば、クランキング状態で燃焼前に、酸素センサ等により排気通路中の空燃比を検出し、リッチ状態となる時間が早ければ気化しやすい軽質燃料であり、リッチとなる時間が遅ければ気化しにくい重質燃料であるというように検出することができる。
【００３７】
この他、燃料交換直後の始動時には対処できないが、始動後のエンジン運転状態に基づいて重軽質を検出することも可能であり、検出結果を記憶しておけば、直前での燃料交換があった場合を除き、次回の始動時に対処することができる。例えば、所定の定常条件で燃焼圧に基づいてサージを検出し、サージレベルが大きいときほど重質と検出する等の公知方法を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】第１の実施の形態に係るシステム構成図。
【図３】弁駆動装置の構成を示す断面図。
【図４】第１の実施の形態に係る吸気弁開弁制御及び燃料噴射制御のメインルーチンを示すフローチャート。
【図５】第１の実施の形態における燃料の気化しにくさに応じた制御の切り換えを説明するための図。
【図６】第１の実施の形態に係る制御Ａのサブルーチンを示すフローチャート。
【図７】第１の実施の形態に係る制御Ｂのサブルーチンを示すフローチャート。
【図８】第１の実施の形態に係る制御Ｃのサブルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１      エンジン
２      弁駆動装置
３      吸気弁
４      排気弁
６      燃料噴射弁
７      燃焼室
１０      エアフロメータ
１１      クランク角センサ
１２      イグニッションスイッチ
１３      スタータスイッチ
１４      水温センサ
１５      重軽質センサ
１６      大気圧センサ
１７      コントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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