(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁駆動式の吸気弁及び排気弁を備える可変動弁エンジンにおいて、
クランキング中、吸気弁を閉状態、排気弁を開状態に固定する初期化手段を有し、クランキング回転数が所定の初爆移行回転数以上になった時点で、吸気弁及び排気弁の開閉動作を行わせる始動時吸排気弁制御手段と、
吸気通路に配置した燃料噴射弁より、吸気弁を閉状態に固定している間に、初爆用の燃料噴射を行わせる初爆用噴射手段を有し、初爆後にエンジン回転に同期した燃料噴射を行わせる始動時燃料噴射制御手段と、
を設け、
前記始動時吸排気弁制御手段は、クランキング回転数が所定の初爆移行回転数以上になった時点で、最初に上死点を迎える気筒から順に、上死点付近で排気弁を閉じて後、吸気弁及び排気弁の開閉動作を行わせることを特徴とする可変動弁エンジンの始動装置。
【請求項２】
前記初期化手段は、クランキング開始に先立って、吸気弁を閉状態、排気弁を開状態に初期化することを特徴とする請求項１記載の可変動弁エンジンの始動装置。
【請求項３】
前記初爆用噴射手段は、クランキング開始と同時に、初爆用の燃料噴射を行わせることを特徴とする請求項２記載の可変動弁エンジンの始動装置。
【請求項４】
前記初爆移行回転数がエンジン冷却水温に応じて設定されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの始動装置。
【請求項５】
前記始動時吸排気弁制御手段は、吸気弁の開時期を上死点後に遅らせる始動用吸気弁開時期設定手段を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの始動装置。
【請求項６】
前記始動用吸気弁開時期設定手段は、エンジン冷却水温に応じて吸気弁の開時期の遅角量を設定することを特徴とする請求項５記載の可変動弁エンジンの始動装置。
【請求項７】
前記始動時吸排気弁制御手段は、吸気弁の閉時期を下死点付近に設定する始動用吸気弁閉時期設定手段を有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの始動装置。
【請求項８】
電磁駆動式の吸気弁及び排気弁を備える可変動弁エンジンにおいて、
クランキング中、吸気弁を閉状態、排気弁を開状態に固定する初期化手段を有し、クランキング回転数が所定の初爆移行回転数以上になった時点で、吸気弁及び排気弁の開閉動作を行わせる始動時吸排気弁制御手段と、
吸気通路に配置した燃料噴射弁より、吸気弁を閉状態に固定している間に、初爆用の燃料噴射を行わせる初爆用噴射手段を有し、初爆後にエンジン回転に同期した燃料噴射を行わせる始動時燃料噴射制御手段と、
を設け、
前記初爆移行回転数がエンジン冷却水温に応じて設定されることを特徴とする可変動弁エンジンの始動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動式の吸気弁及び排気弁を備える可変動弁エンジンの始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の可変動弁エンジンの始動装置としては、電磁駆動式の排気弁を用い、エンジン始動時に排気弁を開制御して、低回転時の無意味な圧縮仕事を避け、始動を容易にするようにしたものがある（特開平５−２８０３８０号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の装置では、吸気弁の制御、燃料の供給方法等については考慮しておらず、始動困難な条件でのリカバーにとどまっており、排気エミッションが悪化する恐れがあるなど、不十分なものであった。
【０００４】
本発明は、このような実状に鑑み、始動時の吸気弁及び排気弁の制御と、燃料噴射制御とを最適化して、始動性の更なる向上と、排気エミッションの改善とを図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、図１に示すように、電磁駆動式の吸気弁及び排気弁を備える可変動弁エンジンにおいて、クランキング中、吸気弁を閉状態、排気弁を開状態に固定する初期化手段を有し、クランキング回転数が所定の初爆移行回転数以上になった時点で、吸気弁及び排気弁の開閉動作を行わせる始動時吸排気弁制御手段と、吸気通路に配置した燃料噴射弁より、吸気弁を閉状態に固定している間に、初爆用の燃料噴射を行わせる初爆用噴射手段を有し、初爆後にエンジン回転に同期した燃料噴射を行わせる始動時燃料噴射制御手段と、を設けて、可変動弁エンジンの始動装置を構成する。そして、前記始動時吸排気弁制御手段は、クランキング回転数が所定の初爆移行回転数以上になった時点で、最初に上死点を迎える気筒から順に、上死点付近で排気弁を閉じて後、吸気弁及び排気弁の開閉動作を行わせることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に係る発明では、前記初期化手段は、クランキング開始に先立って、吸気弁を閉状態、排気弁を開状態に初期化することを特徴とする。
請求項３に係る発明では、前記初爆用噴射手段は、クランキング開始と同時に、初爆用の燃料噴射を行わせることを特徴とする。
【０００７】
請求項４に係る発明では、前記初爆移行回転数がエンジン冷却水温に応じて設定されることを特徴とする。
請求項５に係る発明では、前記始動時吸排気弁制御手段は、吸気弁の開時期を上死点後に遅らせる始動用吸気弁開時期設定手段を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項６に係る発明では、前記始動用吸気弁開時期設定手段は、エンジン冷却水温に応じて吸気弁の開時期の遅角量を設定することを特徴とする。
請求項７に係る発明では、前記始動時吸排気弁制御手段は、吸気弁の閉時期を下死点付近に設定する始動用吸気弁閉時期設定手段を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項８に係る発明では、図１に示すように、電磁駆動式の吸気弁及び排気弁を備える可変動弁エンジンにおいて、クランキング中、吸気弁を閉状態、排気弁を開状態に固定する初期化手段を有し、クランキング回転数が所定の初爆移行回転数以上になった時点で、吸気弁及び排気弁の開閉動作を行わせる始動時吸排気弁制御手段と、吸気通路に配置した燃料噴射弁より、吸気弁を閉状態に固定している間に、初爆用の燃料噴射を行わせる初爆用噴射手段を有し、初爆後にエンジン回転に同期した燃料噴射を行わせる始動時燃料噴射制御手段と、を設けて、可変動弁エンジンの始動装置を構成する。そして、前記初爆移行回転数がエンジン冷却水温に応じて設定されることを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、クランキング中、排気弁を開状態に固定することで、無駄なポンプ仕事をしないため、高いクランキング回転数を速やかに得ることができ、始動性を向上できる。また、クランキング中、吸気弁を閉状態に固定し、この間に、吸気通路内に初爆用の燃料噴射を行わせることで、クランキング回転数が所定の初爆移行回転数以上になって、吸気弁が開いたときに、必要な燃料を速やかかつ正確に筒内に供給できるため、始動性の向上とあわせ、排気エミッションを改善できる。また、クランキング中、吸気弁及び排気弁を固定保持して動作させないため、動作電流に比べ、保持電流は少なくて済むことから、電力消費を低減でき、これも始動性向上に寄与する。
更に、クランキング回転数が所定の初爆移行回転数以上になった時点で、最初に上死点を迎える気筒から順に、上死点付近で排気弁を閉じて後、吸気弁及び排気弁の開閉動作を行わせることで、各気筒の初爆を速やかつスムーズに得ることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、クランキング開始に先立って、すなわち、電源投入時に、吸気弁を閉状態、排気弁を開状態に初期化することで、確実にクランキングに備えることができる。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、クランキング開始と同時に、すなわち、スタートスイッチＯＮで、初爆用の燃料噴射を行わせることで、確実に初爆用の燃料を待機させることができる。
【００１３】
請求項４に係る発明によれば、初爆移行回転数をエンジン冷却水温に応じて設定し、エンジン冷却水温が低いときは、初爆移行回転数を低くして、フリクションが大きい状態での始動を可能にし、エンジン冷却水温が高いときは、初爆移行回転数を高くすることで、より高いクランキング回転数を得て、始動をより良好にすることができる。
【００１４】
請求項５に係る発明によれば、始動時の吸気弁の開時期を上死点後に遅らせることで、吸気弁が開いた際の吸気流速を高め、これにより燃料の霧化を改善して、始動性向上とエミッション改善とを図ることができる。また、吸気弁の開時期を遅らせることで、排気弁の閉時期とラップしないために、電力消費のピークを抑えることができ、これも始動性向上に寄与する。
【００１５】
請求項６に係る発明によれば、エンジン冷却水温に応じて吸気弁の開時期の遅角量を設定し、エンジン冷却水温が低いほど、吸気弁の開時期を遅らせることで、低温時に吸気流速アップによる燃料の霧化を促進できる。
【００１６】
請求項７に係る発明によれば、始動時の吸気弁の閉時期を下死点付近に設定することで、有効圧縮比をかせぎ、始動性向上とエミッション改善とを図ることができる。
【００１７】
請求項８に係る発明によれば、クランキング中、排気弁を開状態に固定することで、無駄なポンプ仕事をしないため、高いクランキング回転数を速やかに得ることができ、始動性を向上できる。また、クランキング中、吸気弁を閉状態に固定し、この間に、吸気通路内に初爆用の燃料噴射を行わせることで、クランキング回転数が所定の初爆移行回転数以上になって、吸気弁が開いたときに、必要な燃料を速やかかつ正確に筒内に供給できるため、始動性の向上とあわせ、排気エミッションを改善できる。また、クランキング中、吸気弁及び排気弁を固定保持して動作させないため、動作電流に比べ、保持電流は少なくて済むことから、電力消費を低減でき、これも始動性向上に寄与する。
更に、初爆移行回転数をエンジン冷却水温に応じて設定し、エンジン冷却水温が低いときは、初爆移行回転数を低くして、フリクションが大きい状態での始動を可能にし、エンジン冷却水温が高いときは、初爆移行回転数を高くすることで、より高いクランキング回転数を得て、始動をより良好にすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図２は本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図である。
【００１９】
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火栓４を囲むように、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６を備えている。７は吸気通路、８は排気通路である。
【００２０】
吸気弁５及び排気弁６の電磁駆動装置（可変動弁装置）の基本構造を図３に示す。弁体２０の弁軸２１にプレート状の可動子２２が取付けられており、この可動子２２はスプリング２３，２４により中立位置に付勢されている。そして、この可動子２２の下側に開弁用電磁コイル２５が配置され、上側に閉弁用電磁コイル２６が配置されている。
【００２１】
従って、開弁させる際は、上側の閉弁用電磁コイル２６への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル２５に通電して、可動子２２を下側へ吸着することにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。逆に、閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル２５への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル２６に通電して、可動子２２を上側へ吸着することにより、弁体２０をシート部に着座させて閉弁させる。
【００２２】
図２に戻って、吸気通路７には、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁９が設けられている。
ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、燃料噴射弁９及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１０により制御され、このコントロールユニット１０には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力しこれによりクランク角位置と共にエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ１１、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ１２、吸気通路７の上流側にて吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ１３、エンジン冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ１４、更には、スタートスイッチ１５等から、信号が入力されている。
【００２３】
このエンジン１では、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６の開閉動作を制御、特に吸気弁５の開時期ＩＶＯを上死点（ＴＤＣ）付近とし、閉時期ＩＶＣをアクセル開度ＡＰＯとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて定められる目標空気量に応じて制御（早閉じ制御）することにより吸入空気量を制御して、ノンスロットル運転を行う。但し、所定のエンジン運転条件にて吸気管負圧を得る目的でスロットル弁を設ける場合もある。排気弁６の開時期ＥＶＯ及び閉時期ＥＶＣは熱効率が最良となるように制御する。
【００２４】
燃料噴射弁９の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジン運転条件に基づいて制御するが、基本的には、燃料噴射時期は排気行程中とし、燃料噴射量はエアフローメータ１３により検出される吸入空気量Ｑａに基づいて所望の空燃比となるように制御する。
【００２５】
点火栓４による点火時期は、エンジン運転条件に基づいて、ＭＢＴ又はノック限界に制御する。
かかる可変動弁エンジンにおいて、始動時には、始動性を向上させるべく、次のように制御する。
【００２６】
図４は始動時制御のフローチャートであり、電源投入（イグニッションキースイッチＯＮ）により実行を開始する。
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、電源投入時の初期化処理として、吸気弁を閉状態（全閉）に駆動し、排気弁を開状態（全開）に駆動して、これらの状態に固定保持する。
【００２７】
この場合、全気筒の吸気弁５及び排気弁６を同時に初期化処理してもよいが、電源投入からスタートスイッチＯＮまでには、ある程度の時間（最短で例えば０．７５ｓ）があるので、電力消費のピークを避けるため、所定の順序で初期化処理を行うようにしてもよい。
【００２８】
ステップ２では、スタートスイッチＯＮか否かを判定する。スタートスイッチＯＮになった場合は、スタータモータによるクランキングを開始する一方、ステップ３へ進む。
【００２９】
ステップ３では、全気筒同時に、各気筒の燃料噴射弁より初爆用の燃料を吸気通路内に噴射させる。
クランキング中、吸気弁は閉じているが、排気弁は開いているため、無駄なポンプ仕事は行わない。よって、高いクランキング回転数を速やかに得ることができる。また、吸気弁が閉じているので、噴射された初爆用の燃料は吸気通路内に待機する。
【００３０】
ステップ４では、エンジン回転数（クランキング回転数）Ｎｅを検出し、所定の初爆移行回転数Ｎｅ１以上になったか否かを判定する。ここでの初爆移行回転数Ｎｅ１は、図５に示すように、エンジン冷却水温Ｔｗに応じて、低温側ほど低回転、高温側で高回転に設定する。
【００３１】
Ｎｅ≧Ｎｅ１になった場合は、ステップ５へ進む。
ステップ５では、エンジン回転数Ｎｅが所定の初爆移行回転数Ｎｅ１以上となった後の１サイクル目か否かを判定する。
【００３２】
１サイクル目の場合は、初爆用の燃料は噴射済みであるので、ステップ６へ進む。
ステップ６では、最初に上死点（ＴＤＣ）を迎える気筒から、図６に示す始動用バルブタイミングで、吸気弁及び排気弁の開閉動作を行わせる。
【００３３】
すなわち、最初に上死点（ＴＤＣ）を迎える気筒から、排気弁を上死点（ＴＤＣ）付近で閉じ、吸気弁を上死点（ＴＤＣ）より遅らせたタイミングで開き、下死点（ＢＤＣ）付近で閉じる。ここで、始動用吸気弁開時期ＩＶＯは、図７に示すように、エンジン冷却水温Ｔｗに応じて設定し、低温ほど遅らせる。
【００３４】
このように、最初にＴＤＣを迎える気筒から、ＴＤＣ付近で排気弁を閉じた後、ＴＤＣ後の遅いタイミングで、筒内を負圧にしてから、吸気弁を開けることにより、吸気流速を上げて、燃料の霧化改善を図り、エミッションを改善する。また、吸気弁閉時期ＩＶＣはＢＤＣ付近として、有効圧縮比を向上させる。
【００３５】
順次、点火順序に従い同様にＴＤＣを迎える気筒を始動させていく。各気筒の燃料と空気量は等しいため、確実な始動が可能になる。また、燃料と空気量が正確であるため、確実に燃焼させることができ、エミッションを改善できる。
【００３６】
２サイクル目以降の場合は、ステップ７へ進む。
ステップ７では、エンジン回転に同期した通常燃料噴射、すなわち、各気筒毎に、排気行程にて燃料噴射弁より燃料噴射を行う。
【００３７】
ステップ８では、始動用バルブタイミングを用いて、吸気弁及び排気弁の開閉動作を行わせる。すなわち、吸気弁開時期ＩＶＯは、エンジン冷却水温Ｔｗに応じた遅角量、ＴＤＣ後に遅らせ、吸気弁閉時期ＩＶＣは、ＢＤＣ付近とする。
【００３８】
ここで、図８に示すように、例えば４気筒の場合、エンジン回転数Ｎｅが所定の初爆移行回転数Ｎｅ１以上となった後、最初にＴＤＣを迎える気筒は、２つあるが、可変動弁エンジンにおいては、いずれを吸気行程としても問題はないので、＃２気筒と＃３気筒の場合は、例えば＃３気筒から、＃１気筒と＃４気筒の場合は、例えば＃１気筒からと決めておけばよい。＃３気筒からスタートする場合は、点火順序（＃１→＃３→＃４→＃２）に従い、＃３→＃４→＃２→＃１の順で吸気行程を行わせる。この場合、通常燃料噴射（排気行程噴射）も＃３気筒から行われる。
【００３９】
また、点火制御については、フロー上では省略したが、最初に吸気行程を行わせた気筒から順に、その圧縮上死点前に点火を行わせることは言うまでもない。ステップ９では、スタートスイッチＯＦＦか否かを判定し、スタートスイッチＯＮ中はステップ５へ戻る。
【００４０】
スタートスイッチＯＦＦになった場合は、ステップ１０へ進む。
ステップ１０では、エンジン回転数Ｎｅを検出し、所定の始動完了回転数Ｎｅ２以上になったか否かを判定する。
【００４１】
Ｎｅ≧Ｎｅ２になった場合は、ステップ１１へ進み、始動後の通常制御へ移行する。
以上のように、吸気弁及び排気弁の初期化時からクランキング時のポンプ仕事を考慮してあり、いかなる条件でも常に高いクランキング回転数が得られ、吸気弁の開閉タイミング、燃料供給方法も最適化してあり、始動性、始動時エミッションの改善を図ることができる。
【００４２】
尚、ステップ１，６，８の部分が始動時吸排気弁制御手段に相当し、特にステップ１の部分が初期化手段、ステップ６，８の部分が始動用吸気弁開時期設定手段及び始動用吸気弁閉時期設定手段に相当する。また、ステップ３，７の部分が始動時燃料噴射制御手段に相当し、特にステップ３の部分が初爆用噴射手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図
【図３】吸気弁及び排気弁の電磁駆動装置の基本構造図
【図４】始動時制御のフローチャート
【図５】初爆移行回転数Ｎｅ１の設定用テーブルを示す図
【図６】始動用バルブタイミングを示す図
【図７】吸気弁開時期ＩＶＯの設定用テーブルを示す図
【図８】クランキング→初爆の各気筒のピストンの挙動を示す図
【符号の説明】
１  エンジン
２  ピストン
３  燃焼室
４  点火栓
５  電磁駆動式の吸気弁
６  電磁駆動式の排気弁
７  吸気通路
８  排気通路
９  燃料噴射弁
１０  コントロールユニット
１１  クランク角センサ
１２  アクセルペダルセンサ
１３  エアフローメータ
１４  水温センサ
１５  スタートスイッチ
【図１】
0003578023.tif 000002
【図２】
0003578023.tif 000003
【図３】
0003578023.tif 000004
【図４】
0003578023.tif 000005
【図５】
0003578023.tif 000006
【図６】
0003578023.tif 000007
【図７】
0003578023.tif 000008
【図８】
0003578023.tif 000009