(57)【要約】【課題】吸気弁が下死点後も圧縮行程の中盤付近まで開いているエンジンの始動性を向上させる。【解決手段】吸気弁の閉時期が圧縮行程の下死点と上死点との中間位置付近であるガソリンエンジン１の始動装置において、ガソリンエンジン１の吸気通路４に電動機７を駆動源とする過給機６を備え、エンジン始動時には過給機６を駆動して過給を行う。【選択図】      図１
2006090148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の閉時期が圧縮行程の下死点と上死点との中間位置付近であるガソリンエンジンの始動装置において、
前記ガソリンエンジンの吸気通路に電動機を駆動源とする過給機を備え、
エンジン始動時には前記過給機を駆動して過給を行うことを特徴とするガソリンエンジンの始動装置。
【請求項２】
エンジン始動時に必要な吸気量をエンジンの状態を表すパラメータに応じて設定し、
前記吸気量に応じて前記過給機の回転速度を設定する請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項３】
前記エンジンの状態を表すパラメータとしてエンジンフリクションを用いる請求項２に記載のエンジン始動装置。
【請求項４】
前記エンジンフリクションを、始動時のエンジン冷却水の温度に基づいて算出する請求項３のエンジン始動装置。
【請求項５】
前記エンジンフリクションを、始動時のエンジンオイルの温度に基づいて算出する請求項３のエンジン始動装置。
【請求項６】
大気圧を検出する大気圧検出手段を設け、
前記エンジン始動時に必要な吸気量を大気圧に応じて補正する請求項２〜５のいずれか一つに記載のエンジン始動装置。
【請求項７】
エンジン始動時に所定のエンジン回転速度に達したら、前記過給機を停止する請求項１〜６のいずれか一つに記載のエンジン始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機により駆動される過給機を備える内燃機関の始動性の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを始動させるためには、ピストンが上死点付近にある状態でシリンダ内が着火するのに必要な温度になっていること、着火後に連続運転させるためのトルクを発生させることが必要である。
【０００３】
特にディーゼルエンジンでは燃焼室の温度を軽油の着火温度に達するよう高くしなければならないので、圧縮比を大きくする必要があった。
【０００４】
ところが、着火性を確保するために圧縮比を高めると、ポンピングロス等の機械損失の増大や、無駄容積の増大によるスモークの発生等の問題が生じていた。
【０００５】
そこで、特許文献１では、吸気通路中に電動機で駆動される過給機を設け、エンジン始動時には過給を行うことによってシリンダ内の圧力を高め、これにより圧縮比を低く抑えたままで始動性を向上させている。
【特許文献１】特開平６−２８０７２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ディーゼルエンジンのように圧縮比が高いエンジンでは、特許文献１の技術によって始動性向上のためだけに圧縮比をさらに高める必要がなくなるとポンピングロスの低減等の効果が大きいが、慣性過給を積極的に利用するエンジンやミラーサイクルエンジンのように、下死点後も吸気バルブが開いており実質的な圧縮比が低くなるガソリンエンジンの場合は、特許文献１の技術を適用すると、始動性は確保できるものの、圧縮比を低く抑えることによって、通常走行時の燃費の悪化や、高い出力が得られない、といった問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明では、吸気弁の閉時期が遅いガソリンエンジンにおいて、燃費性能や出力性能を損なうことなく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】
【０００８】
本発明のガソリンエンジンの始動装置は、吸気弁の閉時期が圧縮行程の下死点と上死点との中間位置付近であるガソリンエンジンの始動装置において、前記ガソリンエンジンの吸気通路に電動機を駆動源とする過給機を備え、エンジン始動時には前記過給機を駆動して過給を行う。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、エンジン始動時に電動過給機によって過給を行うので、圧縮行程の下死点と上死点の中間付近まで吸気弁を開いていても、点火栓による着火後にアイドル回転速度を維持するのに十分な吸気量をシリンダ内に供給することができ、これにより安定したエンジン始動が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本実施形態を適用するシステムの構成を表す図である。
【００１２】
１はエンジン、２はエンジン１の各気筒に吸気を供給する吸気マニホールド、４は図示しないエアダクトと吸気マニホールド２とを接続する吸気通路、３は各気筒の排気を集合させる排気マニホールドである。
【００１３】
吸気通路４には電動機としてのモータ７により駆動される過給機６を介装する。そして過給機６を迂回して過給機６の上流側と下流側とを連通するバイパス通路５を設ける。過給機６の上流側の吸気通路４とバイパス通路５との接続部分を分岐部１５、過給機６の下流側の吸気通路４とバイパス通路５との接続部を合流部１６とする。
【００１４】
バイパス通路５には流路を開閉するバイパス弁１４を介装する。このバイパス弁１４の開閉は後述するコントロールユニット（ＥＣＵ）９により制御する。
【００１５】
合流部１６より下流には吸気量を調節するスロットルバルブ１０を設ける。スロットルバルブ１０の開度は過給機６と同様にＥＣＵ９により制御する。
【００１６】
ＥＣＵ９には、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ１２、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ１３、過給機６の回転速度を検出するシャフト回転速度センサ１１、後述するバッテリ８の蓄電量の検出信号等が読み込まれ、これらに基づいてバイパス弁５の開閉制御、過給機６の運転、スロットルバルブ１０の開度の制御等を行う。
【００１７】
上記の構成において、エンジン１はミラーサイクルエンジンである。したがって、図示しない吸気バルブの閉時期は圧縮行程の中盤付近であり、圧縮比が膨張比よりも小さくなる。これにより、吸気弁の閉時期が下死点付近である通常のエンジンに比べて、燃費性能に優れる。
【００１８】
過給機６について説明する。
【００１９】
過給機６は容積式の過給機であり、加速要求時や登坂時のように大トルクが必要な場合に、シャフト６ａを介して接続されるモータ７により駆動する。シャフト６ａの近傍にはシャフト６ａの回転速度を検出するシャフト回転速度センサ１１を設ける。
【００２０】
なお、モータ７として発電機能を備えるものを用いることによって、例えばコースト時等に過給機６をエンジン１の吸入負圧によって回転させて、この回転をシャフト６ａを介してモータ７に伝達して発電を行うことが可能となる。発電した電力はバッテリ８に蓄え、車載装置や過給機６の駆動に利用する。
【００２１】
次にバイパス弁１４の開閉について説明する。
【００２２】
加速要求等により大トルクが必要な場合には、過給機６を駆動してバイパス弁１４は閉じる。これによりエアダクトから導入した吸気の全量が過給機６を通過することになり、効率よく過給を行うことができる。なお、過給機６の駆動開始、停止時には、バイパス弁１４とモータ７とを関連付けて制御することにより、過渡特性を向上させる。また、前述したようにモータ７が発電機能を有する場合には、コースト時等にバイパス弁１４を閉じて吸気が過給機６を通過するようにする。これにより過給機６が回転しやすくなり、効率よく発電を行うことができる。
【００２３】
一定速度での走行時のように過給の必要がない場合には、過給機６を停止してバイパス弁１４を開く。これにより吸気は通気抵抗の少ないバイパス通路５を流れるので、機械的損失を小さく抑えることができる。
【００２４】
エンジン始動時のバイパス弁１４および過給機６の制御について説明する。
【００２５】
エンジン１は前述したとおりミラーサイクルエンジンであるので、実質的な圧縮比がシリンダ容積と燃焼室容積から定まる構造的な圧縮比に比べて低くなる。このため、膨張比が圧縮比に比べて大きくなり、これにより燃費が向上する。しかし圧縮比が低くなると出力が低下するので、出力要求を満たすためには構造的な圧縮比を高く設定することによって実質的な圧縮比を高めることが必要となる。
【００２６】
ところが、構造的な圧縮比を高くすると燃焼室容積は小さくなるので、冷間始動時のようにフリクションが大きく、点火栓による着火後にアイドル回転を維持するのに必要なトルクが通常運転時に比べて大きい場合には、吸気量不足でアイドル回転を維持できなくなる可能性がある。
【００２７】
このため、燃費性能向上のために吸気弁閉時期をより遅くしようとしても、始動性確保のために制限されてしまう。
【００２８】
なお、ミラーサイクルに限らず、小排気量エンジンのようにエンジンの出力に対してフリクションの割合が大きいエンジンでも同様に、始動性を確保するために吸気弁の閉時期に制限がある。
【００２９】
そこで、エンジン始動時において、点火栓による着火後にアイドル回転を維持できるだけの吸気量を確保するために、バイパス弁１４および過給機６を図２のフローチャートに示すように制御する。
【００３０】
以下、各ステップに従って説明する。
【００３１】
ステップＳ１でイグニッションスイッチがＯＮであるか否かを判定する。
【００３２】
ＯＮのときはステップＳ２に進み、ＯＦＦのときは処理を終了する。
【００３３】
ステップＳ２ではスタータスイッチがＯＮであるか否かを判定する。
【００３４】
ステップＳ３では水温センサ１２で検出した冷却水温が、予め設定した水温Ｔｗ１より低いか否かを判定する。水温Ｔｗ１は、エンジン始動が困難になる程度にエンジンフリクションが大きくなるときの冷却水温を予め実験等により求めて設定する。エンジンフリクションにはエンジンオイルの粘度が大きく影響し、エンジンオイルの粘度は温度に依存するので、エンジンオイルの温度を検出してもよい。ここでは、エンジンのフリクションとエンジンオイルの粘度、温度、冷却水温との関係を求め、これに基づいてエンジンのフリクションがエンジン始動に支障がなくなる程度になるときの冷却水温Ｔｗ１を設定する。
【００３５】
これにより、水温センサ１２を冷却水温の検出用とエンジンフリクションの大小の判定用とに兼用することができ、エンジンオイルの温度検出用にセンサを別途設ける必要がなくなり、コストの増加を抑えることができる。
【００３６】
ステップＳ３で冷却水温がＴｗ１より低い場合はステップＳ４に進み、後述する過給機６による過給を行う。
【００３７】
Ｔｗ１より高い場合は、アイドル回転維持に必要なエンジントルクは大きくなく、吸気量を増量する必要がないので、ステップＳ１４に進む。そしてステップＳ１４で従来通りスタータモータを始動してエンジン始動を行う。この判定により、無駄に過給機６を駆動することがなくなる。
【００３８】
ステップＳ４ではバイパス弁１４を閉じる。これにより、エンジンに供給される吸気はすべて過給機６を通過することになる。
【００３９】
ステップＳ５ではエンジンフリクションを推定する。
【００４０】
前述した水温Ｔｗ１を設定するときに用いたエンジンフリクションと冷却水温とは、図３に示すように低温になるほどフリクションが増大する関係にある。この関係に基づいて現在の冷却水温でのエンジンフリクションを推定することができる。
【００４１】
ステップＳ６では、下記の手順によりエンジン始動に必要な吸気量を供給するための過給機６の回転速度（要求過給機回転速度）を求める。
【００４２】
まず、ステップＳ５で求めたエンジンフリクションに対してエンジンを始動するために必要な吸気量を求める。エンジン始動に必要な吸気量は、エンジンフリクションの大きさにほぼ比例するので、ステップＳ５で求めたエンジンフリクションを用いて式（１）から求めることができる。
【００４３】
Ｑｅｎｇ＝ｋ１×Ｆ      ・・・（１）
Ｑｅｎｇ：要求吸気量
Ｆ：エンジンフリクション
ｋ１：係数
また、過給機６からエンジン１に供給する吸気量は、過給機６の回転速度に比例するので、式（２）から求めることができる。
【００４４】
Ｑｃｏｍｐ＝ｋ２×Ｎｅｑ      ・・・（２）
Ｑｃｏｍｐ：過給機からエンジンへの供給する吸気量
Ｎｅｑ：過給機の回転速度
ｋ２：係数
要求過給機回転速度を求めるには、Ｑｅｎｇ＝Ｑｃｏｍｐとなる回転速度を求めればよい。したがって式（３）により求めることができる。
【００４５】
Ｎｅｑ＝ｋ３×Ｆ      ・・・（３）
ｋ３：係数
なお、大気圧センサを設けて大気圧を検出し、要求吸気量を大気圧に応じて補正してもよい。これにより、要求過給機回転速度をより精度良く設定することができる。この場合、大気圧が低ければ要求吸気量は増大するので、要求過給機回転速度も高くなる。
【００４６】
上記のステップＳ４〜Ｓ６で、エンジンフリクションに応じて過給機６の要求回転数を設定するので、エンジンが確実に始動する吸気量を供給することができ、かつモータ７を駆動することによる消費電力を必要最小限にすることができる。
【００４７】
ステップＳ７ではモータ７を駆動して過給機６による過給を開始する。
【００４８】
ステップＳ８では過給機６の回転速度が要求過給機回転速度に達したか否かを判定し、達していない場合はステップＳ７に戻り、達するまで判定を繰り返す。
【００４９】
達した場合にはステップＳ９に進み、スタータモータ１７を始動する。これにより、スタータモータ１７始動時には、シリンダ内にエンジン始動に必要な吸気を供給することができる。
【００５０】
ステップＳ１０では、エンジン回転速度が予め設定した規定回転数に達したか否かの判定を行う。達していない場合はステップＳ９に戻り、規定回転速度に達するまで判定を繰り返す。
【００５１】
規定回転速度は、エンジン始動時に完爆状態となり自立運転を開始したときに達するピーク回転速度を設定する（図４のｔ１での回転速度）。
【００５２】
ステップＳ１０で規定回転速度に達している場合、つまりエンジン１が自立運転を開始している場合には、通常運転時のようにスロットルバルブ１０の開度制御によってエンジン回転速度を制御することが可能になり、過給機６による過給の必要がなくなる。そこで、ステップＳ１１で図示しないスタータモータ１７を停止し、ステップＳ１２でバイパス弁１４を開き、ステップＳ１３でモータ７を停止して過給機６による過給を停止する。
【００５３】
これにより吸気はバイパス通路５を通ってエンジン１に供給されるようになる。
【００５４】
ステップＳ９〜Ｓ１３で、スタータモータ１７始動後、エンジンが自立運転を開始した場合には直ちに過給機６による過給を停止するので、モータ７を無駄に駆動することがなくなり、消費電力を低減することができる。
【００５５】
上記のように制御することによって、エンジン始動時の吸気量不足が解消されて安定して始動することが可能となる。つまり、エンジン始動時に必要な吸気量は吸気弁の閉時期によらず過給機６によって供給されるので、通常走行時の燃費要求や出力要求に応じて吸気弁の閉時期をより遅くすることが可能となる。
【００５６】
また、過剰に多くの吸気量を供給することを防止できるので、エンジン始動後の吹け上がりを防止することができる。
【００５７】
以上により本実施形態では、エンジン始動時に過給機６による過給を行うので、エンジン始動に必要な吸気量を確保することができる。また、吸気バルブ閉時期によらずにエンジン始動に必要な吸気量を確保できるので、出力要求や燃費要求等に応じて吸気弁閉時期を設定することができる。
【００５８】
エンジン始動時の過給機６の回転速度は、冷却水温、油温等に基づいて算出するエンジンフリクションに応じて設定するので、過給機６を駆動することによる消費電力を低減することができる。
【００５９】
点火栓による着火後に、所定のエンジン回転速度に達したときには、完爆状態であると判定して過給機６を停止するので、始動後にエンジン回転速度が吹け上がることを防止できる。また、過給機６を無駄に駆動することがなく、過給機６を駆動することによる消費電力を低減することができる。
【００６０】
エンジン始動時に必要な吸気量を大気圧に応じて補正し、それに基づいて過給機６の回転速度を決定するので、環境によらずエンジン始動に必要な吸気量を供給することができる。
【００６１】
なお、本実施形態ではミラーサイクルエンジンを用いているが、慣性過給効果を積極的に使うために、吸気バルブを下死点後に閉じる通常のガソリンエンジンについても適用可能である。
【００６２】
また、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、吸気バルブを下死点後に閉じるガソリンエンジンに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本実施形態のシステムの構成を表す図である。
【図２】本実施形態の制御フローチャートである。
【図３】エンジンフリクションと冷却水温との関係を表す図である。
【図４】始動時のエンジン回転速度を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６５】
１    エンジン
２    吸気マニホールド
３    排気マニホールド
４    吸気通路
５    バイパス通路
６    過給機
７    モータ
８    バッテリ
９    エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１０  スロットルバルブ
１１  シャフト回転速度センサ
１２  水温センサ
１３  回転速度センサ
１４  バイパス弁
１５  分岐部
１６  合流部
１７  スタータモータ
【図１】
2006090148.tif 000003
【図２】
2006090148.tif 000004
【図３】
2006090148.tif 000005
【図４】
2006090148.tif 000006