(57)【要約】【課題】機関を長期間停止させることでオイルが潤滑部から抜け落ちることに起因した始動時の吹き上がり現象を的確に防止する。【解決手段】  機関停止状態が所定期間（例えば１週間）以上続いている場合は、オイルが潤滑部から抜け落ちて機関の回転に対する抵抗が減少していると判定して、オルタネータを標準状態より高い駆動率に設定して始動する。オルタネータによってクランク軸に余分な負荷が掛かっているため、オイルの抵抗が減少していてもクランク軸がアイドリング回転数より大幅に回転する（吹き上がる）ことを防止できる。オイルが行き亙って吹き上がりのおそれがなくなったら、オルタネータの駆動率は標準状態に戻す。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転停止後における潤滑部又は作動部からのオイルの抜け落ち量が予め設定した量を超えたと判定された場合に、負荷可変式補機の駆動率を調節することにより、始動時の機関負荷がオイルの抜け落ち量に応じて増大するように設定されている、
内燃機関。
【請求項２】
前記負荷可変式補機はオルタネータである、
請求項１に記載した内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は始動時の制御に特徴を有する内燃機関に関し、特に、自動車用（車両用）の内燃機関を好適な対象にしている。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の内燃機関はアイドリング回転数が設定されているが、スロットル開度を一定にしただけでは安定したアイドル回転数を得難い場合がある。例えば暖機運転を伴うファーストアイドルがその例であり、この点について特許文献１では、暖機運転用の補助吸気弁を備えると共に、暖機運転中は点火時期を遅角することで回転数の上昇を抑制する構成の内燃機関において、点火時期の遅角の総量を検知して暖機時間の終了時を判断することが開示されている。
【０００３】
つまり、特許文献１が前提とするのは、暖機のためには燃料を増量して発熱量を多くすることを基本にしつつ、単にスロットル開度を開いただけでは回転数が急激に高くなる吹き上がり現象が生じるので、点火時期を遅角することで回転数の上昇（吹き上がり）を防止しつつ発熱量を増大させる制御であり、特許文献１では、ファーストアイドル時の遅角制御を前提にして、暖機終了のタイミングを積算遅角量に基づいて行うものである。
【０００４】
他方、特許文献２には、暖機を伴うファーストアイドル時にオルタネータを駆動し、オルタネータに接続されているヒータの負荷を調節することで、機関の回転数を一定化することが開示されている。すなわち、特許文献２では、ヒータの発熱量とオルタネータの駆動率（仕事率）とは比例関係にあり、ヒータの発熱量を高くすると機関に対するオルタネータの負荷は大きくなって、クランク軸の回転を抑制するように作用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６４２０１号公報
【特許文献２】特開昭６０−５６１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さて、例えば自動車を１週間以上運転停止状態にしていると、クランク軸の軸受け部やカム軸の軸受け部などの潤滑部に溜まっていたオイルが徐々に下方に抜け落ちてしまって、オイルパンに戻る現象が見られる。同様に、トルクコンバータも作動油を使用しているが、作動油もトルクコンバータの停止によってポンプ部やモーター部等の作動部から徐々に下方に抜け落ちていき、オイル溜まり部に戻る現象が見られる。
【０００７】
そして、次に内燃機関を始動すると、始動と同時にオイルポンプが駆動されてオイルが各潤滑部に圧送されると共に、トルクコンバータの作動油も作動部に吸い上げられるが、潤滑油が各潤滑部に到達するには若干の時間があると共に、トルクコンバータの作動油が作動部に到達するのにも僅かながら時間が掛かるため、僅かの時間ながら、始動の当初に機関やトルクコンバータはオイルの抵抗が存在しない状態が存在し、このため、始動と共にクランク軸がアイドリング回転数よりも相当に高い回転数で回転する吹き上がり現象が生じることがある。
【０００８】
つまり、オイルは粘性があるため軸の回転等に対して抵抗として作用しているが、内燃機関の停止状態がある程度以上に長く続くと、潤滑部等からオイルが抜け落ちることで軸等の回転に対するオイルの抵抗が無くなり、これによって始動当初に吹き上がり現象が生じるのであった。
【０００９】
そして、特許文献１，２は内燃機関を始動した後における回転の制御であるため、オイルの抜け落ちに起因した始動当初の吹き上がり現象に対しては、全く対応することができない。
【００１０】
本願発明は、このオイルの抜け落ちに起因した始動当初の吹き上がり現象を防止することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため請求項１の発明に係る内燃機関は、運転停止後における潤滑部又は作動部からのオイルの抜け落ち量が予め設定した量を超えたと判定された場合に、負荷可変式補機の駆動率を調節することにより、始動時の機関負荷がオイルの抜け落ち量に応じて増大するように設定されている。
【００１２】
本願は請求項２の発明も含んでいる。この発明は、請求項１において、前記負荷可変式補機としてオルタネータを使用している。
【００１３】
なお、本願発明において、オイルの抜け落ち量の判定は、例えばオイルパンのオイル量をレベルセンサで検知すること（実測すること）で行ってもよいし、オイル抜け落ち量が運転停止時間と共に増大することを利用して、運転停止期間で代替（推測）することも可能である。更に、オイルの抜け落ち速度はオイルの粘度に反比例するので、外気温度が高いと短い運転停止期間でも補機の負荷を高くすると云うように、運転停止期間を外気温で補正することも可能である。
【発明の効果】
【００１４】
オルタネータは負荷可変式補機の一例であり、駆動率（発電量）を任意に調節することができるので、クランク軸に対するオルタネータの付加も任意に調節できる。そして、オルタネータは、機関の始動と同時に駆動されることが多いが、一般に、エンジンストールを防止するため駆動率は１００％よりも低く設定されている。
【００１５】
そして、本願発明はオルタネータ等の負荷可変式補機の付加を始動時に増量させるものであり、オイルが潤滑部等から抜け落ちて軸等に対するオイルの負荷が低減していると、負荷可変式補機によってクランク軸に掛かる負荷がオイルの抜け落ち量に応じて高くなるため、オイルが抜け落ちることに起因して始動当初に吹き上がり現象が生じることを、的確に防止できる。しかも、補機に仕事をさせることでエネルギを回収できるため、燃費の改善や燃料の有効利用にも貢献できる。
【００１６】
オルタネータはロータの巻き線に対する励磁電流を調節することで駆動率（クランク軸に対する負荷）を自在に調節できるため、本願発明の負荷可変式補機としては好適である。従って、請求項２の構成を採用することにより、ファーストアイドル時のクランク軸の回転数制御をきめ細かく的確に行うことができる。また、発電した電力はバッテリーに蓄電できるため、燃費向上の点からも好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る内燃機関の概念図である。
【図２】制御態様を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
(1).構造の説明
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいて構造を説明する。本実施形態の内燃機関は自動車用の火花点火式４サイクル内燃機関であり、気筒数は任意であるが、一般には３気筒以上が多い。
【００１９】
内燃機関は、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とを主要要素とする機関本体３を有しており、シリンダヘッド２の上面には動弁機構を覆うシリンダヘッドカバー４が装着されている。シリンダヘッド２の下面にはオイルパン５を固定している。シリンダブロック１には、ピストン６が摺動自在に嵌まったシリンダボア７を形成しており、ピストン６の往復動がクランク軸８の回転に変換される。
【００２０】
シリンダヘッド２には、吸気バルブ（図示せず）で開閉される吸気ポート９と排気バルブで開閉される排気ポート１０が形成されており、吸気ポート９には吸気マニホールド１１から新気が供給され、排気ガスは排気ポート１０から排気マニホールド１２に排出される。また、シリンダヘッド２に設けた燃焼室には、点火プラグ１３を露出させている。
【００２１】
吸気マニホールド１１には、エアクリーナ（図示せず）を始端とする吸気通路１４が接続されており、吸気通路１４に、電子的に制御されるスロットルバルブ１５を設けている。燃料は、吸気マニホールド１１や吸気ポート９に噴射されるか、又は、燃焼室に直接に噴射される。
【００２２】
シリンダブロック１とシリンダヘッド２との一側面には、機関本体３の一部を構成するチェーンカバー１６が固定されており、チェーンカバー１６とシリンダブロック１との間の空間に、動弁機構を駆動するタイミングチェーン（図示せず）が配置されている。図示していないが、シリンダブロック１の他側面（紙面の奥側の面）には、ＣＶＴとトルクコンバータとを組み込んだ変速装置を取り付けている。
【００２３】
クランク軸８の一端部はチェーンカバー１６の外側に露出しており、この露出部に、回転検知ロータ１７と補機駆動プーリ１８とを固定している（回転検知ロータ１７は補機駆動プーリ１８の内面に固定してもよい。）。回転検知ロータ１７はその外周に多数の突起を設けたギア状に形成されており、チェーンカバー１６の外面に、回転検知ロータ１７の外周と対向した回転検知センサ１９を設けている。回転検知センサ１９で回転検知ロータ１７の突起を検知することで、クランク軸８の角速度を細かいピッチで検知できる。
【００２４】
機関本体３には、負荷可変式補機の一例としてのオルタネータ２０と、常時駆動式のウォーターポンプ２１とを取り付けている。オルタネータ２０とウォーターポンプ２１とは、クランク軸８の軸心方向から見てシリンダボア６の左右両側に振り分けて配置されており、これらに設けたプーリと補機駆動プーリ１８とに補機駆動ベルト２２が巻き掛けられている。負荷可変式補機の他の例として、エアコンのコンプレッサを設けて、エアコンのコンプレッサを補機駆動ベルト２１で駆動することも可能である。
【００２５】
内燃機関は、トロコイド式のオイルポンプ２３を備えている。トロコイド式のオルポンプ２３は２つのハウジングの間の圧縮室にインナーロータとアウターロータとを配置した構成になっているが、本実施形態では、片方のハウジングをチェーンカバー１６に一体に設けており、インナーロータはクランク軸８に直結している。
【００２６】
オイルポンプ２３には、オイルパン５のオイルがストレーナ２４を介して吸い上げられる。オイルポンプ２３で圧送されたオイルは、オイルフィルター２５介してオイルポンプ２２の吐出口２６に至り、オイル吐出口２６からオイルギャラリーを介して潤滑部やオイルジェット部等に圧送される。潤滑等の仕事をしたオイルは、シンリダブロック１に設けた戻り通路等からオイルパン５に流下する。
【００２７】
内燃機関はバッテリー２９を備えており、オルタネータ１９で発電された電力は、そのまま消費されたりバッテリー２９に蓄電されたりする。なお、オルタネータ１９は、ロータの巻き線に対する起電力を調節することで、駆動率（発電量、クランク軸８に対する負荷）を任意に調節できる。バッテリー２９には電位レベルセンサ３０を設けている。
【００２８】
内燃機関は、制御装置としてのＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）３１を備えている。このＥＣＵ３１に、既述の回転検知センサ１９や電位レベルセンサ３０、点火プラグ１３、スロットルバルブ１５が電気的に接続されている。また、ＥＣＵ３１には、オイルパン５に設けたオイルレベルセンサ３３、冷却水温度を検知する機関温度センサ３４、外気温センサ３５が接続されている。
【００２９】
ＥＣＵ３１はＣＰＵや各種メモリーなどで構成されているが、時計（カレンダー）を内蔵したものが好ましい。ＥＣＵ３１に時計を内蔵していない場合は、計時手段（期間計測手段）として、車両に設けたデジタル時計３６又はカーナビゲーション３７とＥＣＵ３１とを電気的に接続したらよい。これらの計時手段により、内燃機関の運転と停止との履歴を長期に亙って認識できるようになっている。なお、一度運転したら、過去の停止履歴はクリアーしたらよい。
【００３０】
(2).制御態様
次に、本願発明の制御態様を図２に基づいて説明する。図２のうち（Ａ）では、基本的な制御態様である実施例１と、制御しない場合の比較例とを示している。例えば、内燃機関を１週間以上運転停止状態にしていると、各潤滑部のオイルは大部分がオイルパン５に流れ落ちてしまって、軸等の回転に対するオイルの抵抗が著しく低下してしまう。
【００３１】
同様に、変速機を構成するトルクコンバータでも、ポンプ部とモーター部とからオイルがオイル溜まり部に抜け落ちて、ポンプ部とモーター部との回転に対するオイルの抵抗が著しく低下している。このため、何等の対策を講じないと、比較例に示すように、始動当初にクランク軸が基準アイドリング回転数Ｒ０より相当に高い回転数で回転する吹き上がり現象が生じることがある。
【００３２】
そこで、相当量のオイルの抜け落ちが生じている場合は、次の始動が、オルタネータ２０の駆動率を標準状態よりも高くした状態で行われ、かつ、駆動率の付加量はオイルの抜け落ち量に比例して大きくなるように設定されている。すると、機関はオルタネータ２０の負荷がオイルの抜け落ち量に応じた量だけ余分に掛かった状態で始動されるため、実施例１のとおり、吹き上がり現象を的確に防止できるのである。
【００３３】
オイルの抜け落ち量が少ない場合は、目立った吹き上がり現象は見られないので、オイル抜け落ち量が予め設定した量（例えば総量の２０〜５０％）になってから始動時の負荷増加制御を実行する。なお、イグニッションキーをＯＮにしてからスターターモータが回転して最初の爆発が起きるまでには若干の時間があるので、オルタネータ２０の駆動率を演算する時間は十分に確保されている。
【００３４】
始動時に吹き上がり現象が生じる程にオイルの抜け落ちが発生しているか否か、及び、オイルの抜け落ち量（或いは抜け落ち率）の判定手段の１つとして、オイルレベルゲージ３３から判断することが可能である。すなわち、オイルは徐々に消費されていくので、機関停止後のオイル量をオイルレベルゲージ３３によって計時的に記憶しておくことで、オイルの抜け落ちがない状態での予想貯蔵量を算定しておいて、オイルパン５に実際に溜まっているオイルが過去の消費量を勘案した上での予想貯蔵量よりも多い場合は、貯蔵量が多いのは潤滑部からの抜け落ちに起因したものと判断して、実際の貯蔵量と予想貯蔵量と実際の貯蔵量との差、及び、オイルが抜け切った状態での貯蔵量と実際の貯蔵量との差を演算して、この演算結果に基づいて、予め設定したマップに基づいてオルタネータ２０の駆動率付加量を算定し、標準駆動率に付加量を加算した駆動率で始動する。
【００３５】
オイルセンサを変速機のオイル溜まり部に設けて、変速機のオイルの抜け落ち量から吹き上がり現象可能性を予測することも可能である。或いは、運転停止期間を基にした判断と、オイルパン５のオイルレベルセンサ３３の値も基にした判断と、変速機のオイルセンサの値を基にした判断とを併用してもよい（例えば、３つの変数の設定値を定めておいて、各変数が設定値を超えたときにオルタネータ２０の駆動制御を実行する。）。
【００３６】
始動時に吹き上がり現象が生じる程にオイルの抜け落ちが発生しているか否かの他の判定手法としては、運転停止期間を使用することが可能である。すなわち、運転を停止してからある程度の期間まではオイルは徐々に抜け落ちていき、例えば１週間程度運転を停止していると抜け落ち切ることが多いので、運転停止期間に基づいて、オルタネータ２０の駆動率の付加量を判定できる。
【００３７】
この場合、図２（Ａ）に点線の比較例１，２，３で示すように、オイルの抜け落ち量によって機関の駆動に対するオイルの抵抗は相違すると共に、オイルの抜け落ち量は運転停止期間によって異なるので、運転停止期間の長さに応じてオルタネータ２０の駆動率の付加量が大きくなるように設定する。例えば、３日（７２時間）の運転停止からオイル落ちが顕著になって１週間（１６８時間）停止するとオイルが完全に落ち切る場合は、７２時間経過を制御のスタート条件として、１６８時間に至るまで運転停止時間に応じて駆動付加率を徐々に増大させていき、運転停止時間が１６８時間を経過したら最高付加率を維持する、という制御が可能である。
【００３８】
オイル落ちが継続している状態での制御としては、停止時間（期間）の長さに応じて付加率を無段階に増加していくことに代えて、段階的に増加させることも可能である。例えば、６０〜１００時間の停止の場合は最大付加量の４０％、１００超〜１６０時間では最大付加量の７５％、１６０時間を経過したら１００％の付加量とする、といった制御が可能である。運転停止期間とオイルレベルセンサ３３の検出値とを組み合わせて、オルタネータ２０の駆動率を算定することも可能である。
【００３９】
オイルが潤滑部等に入り込むことで軸等に対するオイルの抵抗は増大するため、オルタネータ２０を継続して駆動し続けているとクランク軸８の回転数が基準回転数Ｒ０以下に低下してしまう。そこで、オイルが機関全体に行き亙ったら、オルタネータ２０の駆動率を標準状態に戻す。
【００４０】
オイルが機関全体に行き亙ったことの判断（すなわち、オルタネータ２０を標準状態に戻すタイミング）は、始動からの経過時間（例えば数秒）で行ってもよいし、回転数が基準回転数Ｒ０まで低下したことで判断してもよいし、或いは、回転数のピークからの経過時間で行ってもよい。オイルの行き亙りに応じて回転に対するオイルの抵抗は大きくなるので、オルタネータ２０の駆動率を所定時間にわたって徐々に低下させることで、回転変動を殆どなくことも可能である。
【００４１】
上記のように、始動当初のオルタネータ２０の駆動率をオイル抜け落ち量に応じて調節しているが、これに併せて、クランク軸８の角速度の大きさに基づいてオルタネータ２０の駆動率を微調整することも可能である。
【００４２】
例えば、図２（Ａ）に示すように、角速度の変化量とΔＲを時間の変化量Δｔで除することで、単位時間当たりの角速度の変化率（傾き）を演算し、この角速度の変化率に応じてオルタネータ２０の駆動率の付加量を変えることが可能である。
【００４３】
図２（Ｂ）の実施例２〜４に示すように、基準角速度（基準回転数）Ｒ０を中心にした目標ゾーンの上限Ｒ１と下限Ｒ２とを設定しておいて、現実の角速度が基準角速度Ｒ０を超えたらオルタネータ２０の駆動率（の付加量）を大きくして、角速度が基準回転数Ｒ０を下回ったらオルタネータ２０の駆動率（の付加量）を小さくするように制御することで、回転数を基準回転数Ｒに収束させ、回転数を基準回転数Ｒに収束したらオルタネータ２０の駆動を標準状態に戻すことも可能である。
【００４４】
始動後の予め設定した時間において予め設定した量の回転数の低下が見られる場合は、失火可能性ありと判断して、オルタネータ２０の駆動自体を停止するか、又は、オルタネータ２０の駆動率を標準状態に戻す（低下率に基準値を設定しておいて、基準値より大きい場合はオルタネータ２０の駆動自体を停止して、基準値より小さい場合は標準状態に戻すという制御も可能である。）。
【００４５】
他方、回転数低下には至らないものの、始動しても角速度が基準回転数Ｒ０に至らない場合は、オルタネータ２０の駆動率を標準状態に戻したらよい。その場合、オルタネータ２０の駆動を標準状態に戻して角速度が上限Ｒ１と下限Ｒ２の間に位置していたら、オルタネータ２０の駆動率は標準状態のままに維持する。他方、オルタネータ２０の駆動率を標準状態に戻すことで角速度が基準回転数Ｒ０を超えた場合は、吹き上がり現象の発生可能性ありと判断して、オルタネータ２０の駆動率を再び増加させけたらよい。つまり、実際の角速度と基準回転数Ｒ０との乖離量に応じてフィードバック制御を行ったらよい。
【００４６】
なお、オルタネータ２０の駆動を停止しても回転数が上がらない場合は、点火時期を進角制御することも可能である。すなわち、本願発明は、点火時期の制御と併用することも可能である。
【００４７】
上記の実施形態は負荷可変式補機としてオルタネータを使用したが、エアコンのコンプレッサをクランク軸で駆動している場合は、エアコンのコンプレッサを負荷可変式補機に使用することも可能である。この場合、エアコンのファンを停止しておいたら車内に冷気が送られることはないので、搭乗者に違和感を与えるようなことはない。また、コンプレッサの駆動時間はごく僅かなので、エアコンの機能自体が発揮されることはないと云える。オルタネータ２０とエアコンのコンプレッサとの両方を駆動することも可能である。
【００４８】
ピストンの移動速度は一定ではなくて相違するため、クランク軸の角速度も回転角度に応じて変化する。すなわち、クランク軸の角速度は、爆発行程の初期において最も大きくなるように、周期的に変化する。この周期は、例えば３気筒４サイクル機関の場合は、クランク軸の回転角度でみると２７０度の周期で変化する。そして、本願発明の実際の制御では、角速度をどの位置で見るかが問題になるが、この点、瞬時最高角速度で見たらよいと云える。これは、クランク軸のトルクが瞬時最高角速度において最も反映しているからである。
【００４９】
潤滑部等からのオイルの抜け落ちやすさは粘度に比例し、粘度は温度に反比例するので、外気温を制御システムに取り入れて、外気温度に応じてオルタネータ等の駆動率や制御開始時期を補正することも可能である。すなわち、外気温度を適当な範囲（例えば５度刻みの範囲）で幾つかのゾーンに分けておいて、温度が高いほど制御開始時期を早めるというように制御することが可能である。
【００５０】
機関がオルタネータ等の負荷可変式補機を駆動しない状態で始動される場合は、負荷可変式補機の駆動率をオイル抜け落ち量に応じて設定したらよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本願発明は実際に自動車用等の内燃機関に適用できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１  機関本体を構成するシリンダブロック
２  機関本体を構成するシリンダヘッド
３  機関本体
５  オイルパン
８  クランク軸
１６  機関本体を構成するチェーンカバー
１７  回転検知ロータ
１８  補機駆動プーリ
１９  回転検知ロータ
２０  負荷可変式補機の一例としてのオルタネータ
２２  補機駆動ベルト
２９  バッテリー
３０  地区でレベルセンサ
３１  制御手段としてのＥＣＵ
３３  オイルレベルセンサ
２５  外気温度センサ
３６  デジタル時計
３７  カーナビゲーション
【図１】
2014163302.tif 000003
【図２】
2014163302.tif 000004