(57)【要約】【課題】始動性を向上させることのできる内燃機関の始動制御装置を提供すること。【解決手段】本発明の内燃機関の始動制御装置は、内燃機関１の燃焼運転によらずにクランクシャフトの回転動作を行わせる外的駆動手段３３，４２を備え、内燃機関１の始動時に、燃料への点火（着火）が行われる圧縮上死点近傍でのクランクシャフトの回転速度がそれ以外の行程でのクランクシャフトの回転速度よりも早くなるように、外的駆動手段３３，４２がクランクシャフトを回転駆動させることを特徴としている。このように、点火圧縮上死点近傍にクランクシャフトの回転を増速させることで、燃焼によって発生するトルクを補助して回転数を一気に立ち上がらせ、吸気慣性による吸入空気充填効率向上や単位時間あたりの点火回数増加によって始動性を向上させることができる。【選択図】　　　図１
2004044491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼運転によらずにクランクシャフトの回転動作を行わせる外的駆動手段を備え、
前記内燃機関の始動時に、燃料への点火又は着火が行われる圧縮上死点近傍での前記クランクシャフトの回転速度がそれ以外の行程での前記クランクシャフトの回転速度よりも早くなるように、前記外的駆動手段が前記クランクシャフトを回転駆動させることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関がアトキンソンサイクルによる燃焼を行うもので、駆動源の一つとしてハイブリッド車に搭載されたものであ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の始動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関（エンジン）の始動時には、吸気ポートなどの吸気通路上（燃焼室内の場合もある）に燃料を供給し、かつ、点火プラグを点火しつつ、スタータモータなどで吸排気バルブの開閉動作とクランクシャフトの回転動作とを行わせる。ハイブリッド車などの場合は、スタータモータの代わりに発電用のモータや車両駆動用のモータが用いられることもある。また、ハイブリッド車の場合は、エンジン・モータ併用モードとモータ単独モードとの切替時に、運転者の操作によらずに自動でエンジンの始動や停止が行われる場合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンの始動性向上は、エンジンに求められる改善が要望される点の一つである。特に、冷間始動時などは混合気への着火性が悪く、始動性が悪化する状況である。また、圧縮比よりも膨張比を大きくするアトキンソンサイクルエンジンなどでは、圧縮比が相対的に低くなる分、低回転では良好な始動性が十分に得られないことも懸念される。なお、アトキンソンサイクルエンジンは熱効率がよいとされており、ハイブリッド車などで採用されている。
【０００４】
例えば、特開２０００−３２０３５６号公報には、ハイブリッド車用エンジンが開示されている。このエンジンは、吸気バルブを閉じるタイミングを遅くすることでアトキンソンサイクルを実現しているものであるが、低温始動時には圧縮量が低くなるため、吸気弁をやや早めに閉じて（進角させて）始動性を向上させている。しかし、この手法であると、吸気バルブの閉タイミングを進角させ、進角位置でロックさせる制御が必要となってしまう。
【０００５】
本発明は、このような状況を鑑みて発明されたもので、始動性を向上させることのできる内燃機関の始動制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置は、内燃機関の燃焼運転によらずにクランクシャフトの回転動作を行わせる外的駆動手段を備え、内燃機関の始動時に、燃料への点火又は着火が行われる圧縮上死点近傍でのクランクシャフトの回転速度がそれ以外の行程でのクランクシャフトの回転速度よりも早くなるように、外的駆動手段がクランクシャフトを回転駆動させることを特徴としている。なお、多気筒内燃機関の場合は、気筒毎に点火時期がずれるので、ある気筒が点火（着火）圧縮上死点近傍になくても、他の気筒が点火（着火）圧縮上死点近傍にあるためにクランクシャフトの回転速度が一瞬増速される場合が必然的に生じ得る。本発明は、このような場合をも含むものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置において、内燃機関がアトキンソンサイクルによる燃焼を行うもので、駆動源の一つとしてハイブリッド車に搭載されたものであることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の制御装置の一実施形態について、図面を参照しつつ以下に説明する。本実施形態の制御装置は、ハイブリッド車に適用したものであり、その構成を図１に示す。エンジン１は、モータジェネレータ（主として電動機として機能）３２と共に車両に搭載される。この車両は、エンジン１の出力を受けて発電を行うモータジェネレータ（主として発電機として機能）３３も有している。以下、モータジェネレータ３２，３３を単にＭＧ３２，３３と言うこととする。
【０００９】
これらのエンジン１、ＭＧ３２及びＭＧ３３は、動力分割機構３４によって接続されている。動力分割機構３４は、エンジン１の出力をＭＧ３３と駆動輪３５とに振り分けている。また、動力分割機構３４は、ＭＧ３２からの出力を駆動輪３５に伝達させる役割や、減速機３７及び駆動軸３６を介して駆動輪３５に伝達される駆動力に関する変速機としての役割も備えている。本実施形態の動力分割機構３４は、プラネタリギアによって上述した機構を実現している。
【００１０】
ＭＧ３２は、交流同期電動機であり、交流電力によって駆動される。インバータ３９は、バッテリ３８に蓄えられた電力を直流から交流に変換して、ＭＧ３２に供給すると共に、ＭＧ３３によって発電される電力を交流から直流に変換して、バッテリ３８に蓄えるためのものである。ＭＧ３３も、基本的には上述したＭＧ３２とほぼ等しい構成を有しており、交流同期電動機としての構成を有している。ＭＧ３２が主として駆動力を出力するのに対して、ＭＧ３３は、主としてエンジン１の出力を受けて発電する。
【００１１】
なお、エンジン１には各シリンダ１０毎にインジェクタ１１が配設されており、各シリンダ１０の吸気ポートに燃料を噴射するようになっている。また、各シリンダ１０毎に点火プラグ１２も配設されており、点火プラグ１２はインジェクタ１１から噴射された燃料によって生成される混合気に対して点火を行う。インジェクタ１１による燃料噴射はエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）１８によって制御され、また、点火プラグ１２の点火もエンジンＥＣＵ１８によって制御される。エンジンＥＣＵ１８には、エンジン１のクランクシャフトの回転位置を検出するクランクポジションセンサ１３も接続されている。クランクポジションセンサ１３の出力パルスから、エンジン１の回転数を検出すことも可能である。
【００１２】
ＭＧ３２の出力は、動力分割機構３４を介して駆動輪３５に伝達され、車両を走行させる駆動力となる。また、ＭＧ３２は、主として駆動力を発生させるが、駆動輪３５の回転を利用して発電（回生発電）することもでき、発電機としても機能し得る。このとき、駆動輪３５にはブレーキ（回生ブレーキ）がかかるので、これをフットブレーキ（オイルブレーキ）やエンジンブレーキと併用することにより、車両を制動させることができる。
【００１３】
一方、ＭＧ３３は、主としてエンジン１の出力を受けて発電をするが、インバータ３９を介してバッテリ３８の電力を受けて駆動する電動機としても機能し得る。即ち、ＭＧ３３は、いわゆるスタータモータとしても機能し得る。スタータモータとしてのＭＧ３３は、エンジン１のクランクシャフトを回転させてシリンダ内でピストンを往復運動させると共に、タイミングベルト（チェーン）を介してクランクシャフトと連動するカムシャフトを回転させて吸排気バルブの開閉動作を行わせることが出来る。即ち、ＭＧ３３は、外的駆動手段として機能する。
【００１４】
ＭＧ３２及びＭＧ３３の各駆動軸には、それぞれの回転位置及び回転数を検出する回転センサ（レゾルバ）５０，５１が取り付けられている。回転センサ５０，５１は、それぞれモータＥＣＵ４２に接続されている。回転センサ５１、インバータ３９及びモータＥＣＵ４２などによってＭＧ３３の状況を検出することで、エンジン１の状態（出力トルク）を検出することができる。即ち、エンジン１が完爆しているか否かを検出することができる。完爆しているとは、エンジン１のシリンダ内で生成された混合気が完全に燃焼することを言う。完爆していると、エンジン１が自立運転可能な状態になったとみなすことができる。
【００１５】
ハイブリッド車として特徴的な、エンジン１による駆動とＭＧ３２及びＭＧ３３による駆動とは、メインＥＣＵ４０によって総合的に制御される。メインＥＣＵ４０によって、エンジン１の出力とＭＧ３２（ＭＧ３３）による出力の配分が決定され、エンジン１、ＭＧ３２及びＭＧ３３を制御すべく各制御指令がエンジンＥＣＵ１８及びモータＥＣＵ４２に出力される。
【００１６】
また、エンジンＥＣＵ１８及びモータＥＣＵ４２は、エンジン１、ＭＧ３２及びＭＧ３３の情報をメインＥＣＵ４０に伝えてもいる。メインＥＣＵ４０には、バッテリ３８を制御するバッテリＥＣＵ４３や、ブレーキを制御するブレーキＥＣＵ４４も接続されている。バッテリＥＣＵ４３は、バッテリ３８の充電状態を監視し、充電量が不足した場合は、メインＥＣＵ４０に対して、充電要求指令を出力する。充電要求を受けたメインＥＣＵ４０は、バッテリ３８に対して充電をすべく、ＭＧ３３を発電させる制御を行う。ブレーキＥＣＵ４４は、車両の制動を司っており、メインＥＣＵ４０と共にＭＧ３２による回生ブレーキを制御する。
【００１７】
エンジン１の始動時には、メインＥＣＵ４０、エンジンＥＣＵ１８及びモータＥＣＵ４２が協調して、インジェクタ１１による燃料噴射と点火プラグ１２による点火を行いつつＭＧ３３の出力でクランキングを行う。即ち、メインＥＣＵ４０、エンジンＥＣＵ１８及びモータＥＣＵ４２などが、始動処理を行う。本実施形態では、ＭＧ３２の駆動力によって車両が走行中であるか、車両停止中であるかによらず、次のようにエンジン１の始動処理が行われる。
【００１８】
ＭＧ３３に対してバッテリ３８の電力がインバータ３９を介して供給され、ＭＧ３３の発生する駆動力によってエンジン１のクランクシャフトを回転させてクランキングが開始される。このとき、クランクシャフトの回転位置はクランクポジションセンサ１３によって検出されており、ＭＧ３３は、各シリンダ１０内のピストン位置が燃料（混合気）への点火が行われる圧縮上死点近傍となったときにクランクシャフトの回転速度を一瞬過渡的に増速させる。このＭＧ３３の制御は、エンジンＥＣＵ１８、モータＥＣＵ４２及びメインＥＣＵ４０の協調によって行われる。
【００１９】
このようにすることによって、点火圧縮上死点近傍でのピストン速度が速くなり、完爆しやすくなる。通常、エンジン回転数が所定回転以上とならないと完爆しないが、このように全般的な回転数が低くても、点火圧縮上死点近傍のみ回転数を速くすることで回転数が見かけ上増速されることになり、完爆しやすくするなり、この結果、始動性が向上する。なお、点火圧縮上死点近傍のみでなく全域にわたって外的駆動手段によってクランキングの回転を高回転化させてしまうと、電気エネルギーの消費が大きくなってしまう。このため、特に効果的な点火が行われる圧縮上死点近傍についてのみクランクシャフトの回転速度を増速させる。
【００２０】
また、本実施形態では、各シリンダにおいて初爆した後の所定期間（例えば、クランクシャフトが所定回転数回転するまで）は、ＭＧ３３によって、点火圧縮上死点近傍でのクランクシャフト回転速度増速制御が継続される。ただし、ここでは、各シリンダの完爆後におけるＭＧ３３による外的駆動は、全域にわたって行われずに、各ピストンが点火圧縮上死点近傍にある時のみとされており、電気エネルギーの消費を抑制している。
【００２１】
このように、完爆後も点火圧縮上死点近傍（点火されてから膨張が始まる行程：トルクが出る行程）にクランクシャフトの回転を増速させることで、燃焼によって発生するトルクを補助して回転数を一気に立ち上がらせることができ、始動性を向上させることができる。回転数が一気に立ち上がると、吸気慣性などによって吸入空気の充填効率が向上するため、燃焼が安定しやすくなるからである。また、回転数を上昇させることで単位時間あたりの点火回数も増加し、また、シリンダ内圧が上昇する（充填効率向上による）ため、この点からも始動性向上が見込める。
【００２２】
特に、本実施形態のエンジン１は、アトキンソンサイクルの高膨張比エンジンである。吸気バルブを遅く閉じることで高膨張比を実現しており、熱効率向上によるエネルギー効率向上を実現している。しかし、高膨張比エンジンであるために実圧縮比が相対的に低くなり、始動性が低下することが懸念される。そこで、上述したように、外的駆動手段を用いて点火圧縮上死点近傍でクランクシャフト回転速度を増速することには、始動性向上のために特に有効である。
【００２３】
本発明の空燃比制御装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、内燃機関の始動時に行う、点火圧縮上死点近傍でのクランクシャフト回転速度増速は、完爆した瞬間から行うようにしても良い。あるいは、点火圧縮上死点近傍でのクランクシャフト回転速度増速は、何れかのシリンダにおいて初爆（一回目の完爆）するまで（あるいは、全てのシリンダにおいて初爆が完了するまで）だけ行うようにしても良い。
【００２４】
何れの場合も、エンジンが自立運転を開始する以前にも行う場合には、外的駆動手段が全域にわたってクランクシャフトを回転させつつ、点火圧縮上死点近傍においてのみクランクシャフトの回転速度を増速させる。一方、エンジンの自立運転開始後に行う場合には、エンジンの自立運転によってクランクシャフトが回転されつつ、点火（着火）が行われる圧縮上死点近傍においてのみ外的駆動手段が駆動されてクランクシャフトの回転を増速させればよい。なお、エンジンの自立運転開始後も外的駆動手段によって全域にわたってクランクシャフトを回転させつつ、点火圧縮上死点近傍においてのみ外的駆動手段によるクランクシャフトの回転速度を増速させるようにしても良いが、エネルギー効率向上の観点からは好ましくない。
【００２５】
要は、外的駆動手段によって、点火圧縮上死点近傍におけるクランクシャフトの回転速度を、他の行程よりも増速させるようにすればよい。また、上述した実施形態における外的駆動手段は、ハイブリッド車におけるモータジェネレータであったが、ハイブリッド車ではない通常のエンジン車であれば、回転数制御を行えるスタータモータなどであってもよい。さらに、本発明の始動制御装置はディーゼルエンジンにも適用することができる（この場合は、着火上死点近傍においてクランクシャフトの回転速度を増速することになる）。また、多気筒内燃機関の場合、点火（着火）圧縮上死点近傍におけるクランクシャフトの増速は、全てのシリンダに関して行われても良いし、一部のシリンダ（四気筒のうちの二気筒のみ、とか、一気筒のみ）に関してだけ行われるようにしても良い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の内燃機関の始動制御装置によれば、外的駆動手段によって点火圧縮上死点近傍にクランクシャフトの回転を増速させることで、燃焼によって発生するトルクを補助して回転数を一気に立ち上がらせ、吸気慣性による吸入空気充填効率向上や単位時間あたりの点火回数増加によって始動性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の始動制御装置の一実施形態を有する車両の駆動系構成図である。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、１０…シリンダ、１１…インジェクタ、１２…点火プラグ、１８…エンジンＥＣＵ、３２…モータジェネレータ、３３…モータジェネレータ（外的駆動手段）、３４…動力分割機構、３５…駆動輪、３６…駆動軸、３７…減速機、３８…バッテリ、３９…インバータ、５０，５１…回転センサ、４０…メインＥＣＵ、４２…モータＥＣＵ（外的駆動手段）、４３…バッテリＥＣＵ、４４…ブレーキＥＣＵ。
【図１】
2004044491.tif 000003