(57)【要約】【課題】可変圧縮比機構付き内燃機関で、始動性（始動時間の短縮）と始動の確保を両立できるようにした。【解決手段】エンジン回転速度、アクセル開度、エンジン水温、バッテリ電圧を順次読込み、スタートスイッチがＯＮとされる始動（クランキング）時には、始動時用の高い圧縮比をバッテリ電圧が低くスターターの駆動出力が小さいときには減少補正して設定した目標圧縮比を設定し、該目標圧縮比に制御する構成とした。【選択図】  図８
2005016381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮比を可変とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関の始動制御装置であって、
機関始動時用の目標圧縮比を設定し、機関始動時に前記設定された始動時用の目標圧縮比となるように可変圧縮比機構を制御することを特徴とする可変圧縮比機構付き内燃機関の始動制御装置。
【請求項２】
前記機関始動時用の目標圧縮比は、機関運転状態に基づいて設定される目標圧縮比より高い値に設定されることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の始動制御装置。
【請求項３】
前記機関始動時に機関回転速度が増大しにくい条件を検出し、該条件のときは、目標圧縮比を減少補正して設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の始動制御装置。
【請求項４】
前記機関始動時に機関回転速度が増大しにくい条件としてバッテリ電圧を検出し、バッテリ電圧が低いほど目標圧縮比の減少補正量を大きくすることを特徴とする請求項３に記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の始動制御装置。
【請求項５】
前記機関始動時に機関回転速度が増大しにくい条件として機関温度を検出し、機関温度が低いほど目標圧縮比の減少補正量を大きくすることを特徴とする請求項３に記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の始動制御装置。
【請求項６】
前記機関始動時に機関回転速度が増大しにくい条件を、始動中の機関回転速度に基づいて検出することを特徴とする請求項３に記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の始動制御装置。
【請求項７】
始動直後は補正無しの目標圧縮比に制御し、機関回転速度が初爆可能な許容回転速度まで増大しないときに徐々に目標圧縮比を減少補正していき、始動を確認できる機関回転速度まで増大したときに該減少補正を停止することを特徴とする請求項６に記載の可変圧縮比機構付き内燃機関の始動制御装置。
【請求項８】
前記圧縮比可変機構は、
一端がピストンにピストンピンを介して連結されるアッパリンクと、
前記アッパリンクの他端が第１連結ピンを介して連結されるとともに、クランクシャフトのクランクピンに回転可能に取り付けられるロアリンクと、
このロアリンクに第２連結ピンを介して一端が連結されるとともに、他端が機関本体に対して揺動可能に支持されるコントロールリンクと、
圧縮比の変更時に、前記コントロールリンクの他端の位置を機関本体に対して変位させる支持位置可変手段と、
を有することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の可変圧縮比機構付き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、圧縮比を可変制御する内燃機関において始動（クランキング）時の圧縮比を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮比を可変にできる内燃機関においては、ノッキングを回避し耐久性を確保するために高負荷域では圧縮比を低く設定するようにしている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０７−２２９４３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記圧縮比制御によれば、シリンダー内の充填効率が高い（ほぼ全負荷と同様）状態から運転が始まる始動（クランキング）時も同様に高負荷領域となるため、始動時の目標圧縮比は低く設定されることとなる。
【０００５】
圧縮比固定の機関でも、始動時はデコンプ機構などを用いて圧縮圧力を逃がし、フリクションを減らすことでクランキング回転速度をかせいで、始動性を確保させるものがある。これは、実質的に始動時に圧縮比を小さくしたのと同様の作用である。
【０００６】
しかし、一般に混合気は同一λの場合、圧縮比が高いほど着火性が向上することが知られており、始動時が高負荷であるので目標圧縮比を単純に低く設定して圧縮圧力を下げると混合気の着火性が低下してしまい、初爆を得るまでのクランキング時間が増加してしまい、速やかな始動が行えなえず始動性が低下することが解った。
【０００７】
さらに、その結果、バッテリー容量の消費の増加や、スターターモーターへの負荷の増大、始動時間延長による運転性の低下などの問題も発生する。
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、圧縮比制御によって良好な始動性を得られるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、機関始動時用の目標圧縮比を設定し、機関始動時に前記設定された機関始動時用の目標圧縮比となるように圧縮比可変機構を制御する構成とした。
【０００９】
始動後の運転状態に応じた目標圧縮比の設定とは別に、機関始動時用の目標圧縮比を設定して制御することにより、始動に最適な圧縮比に制御できる。具体的には、始動時は基本的に高圧縮比としてクランキング時間を短縮して速やかに始動させ、機関回転速度が増大しにくい条件では圧縮比を減少補正して必要なクランキング回転速度まで増大させて始動を確保することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、実施形態における可変圧縮比機構付き内燃機関のシステム構成図である。
【００１１】
内燃機関１の吸気通路５５のコンプレッサ５３上流には、吸入空気量を検出するエアフロメータ２が配置され、コンプレッサ５３の下流に介装されるインタークーラ３の下流側に、過給圧を検出する吸気圧センサ４が配置されている。
【００１２】
また、機関１のクランク角を検出するクランク角センサ５と、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ６と、冷却水温を検出する水温センサ７と、ノッキングを検出するノッキングセンサ８と、スロットル弁９の開度を検出するスロットル開度センサ１０と、インタークーラ３出口部で吸気温を検出する吸気温センサ６０、機関１を始動（クランキング）するスタータをＯＮ，ＯＦＦするスタータスイッチ６１と、を備えており、これらのセンサ類の検出信号及びバッテリ電圧ＶＢの信号が、エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）１１に入力される。
【００１３】
前記内燃機関１は、過給機としてターボ過給機５１を備えている。
このターボ過給機５１は、排気通路５４に位置するタービン５２と吸気通路５５に位置するコンプレッサ５３とを同軸状に配置した構成であり、運転条件に応じて過給圧を制御するために、タービン５２の上流側から排気の一部をバイパスさせる排気バイパス弁５６を備えている。
【００１４】
機関１の吸気ポート部には、各気筒毎に燃料噴射弁１６が設けられ、該燃料噴射弁１６から噴射される燃料によって、燃焼室内に混合気が形成される。
前記燃焼室内に形成された混合気は、点火栓１７による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は、前記タービン５２に回転エネルギーを与えた後、触媒１９で浄化され、マフラー２０を介して排気中に放出される。
【００１５】
また、本実施形態の内燃機関１には、図２に示す構成の可変圧縮比機構１００が備えられている。
機関１のクランク軸３１は、複数のジャーナル部３２とクランクピン部３３とカウンタウエィト部３１ａとを備えており、図示せぬシリンダブロックの主軸受に、ジャーナル部３２が回転自在に支持されている。
【００１６】
上記クランクピン部３３は、ジャーナル部３２から所定量偏心しており、ここにロアーリンク３４が回転自在に連結されている。
上記ロアーリンク３４は、略中央の連結孔に上記クランクピン部３３が嵌合している。
【００１７】
アッパーリンク３５は、下端側が連結ピン３６によりロアーリンク３４の一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン３７によりピストン３８に回動可能に連結されている。
【００１８】
上記ピストン３８は、燃焼圧力を受け、シリンダブロックのシリンダ３９内を往復動する。
制御リンク４０は、上端側が連結ピン４１によりロアーリンク３４の他端に回動可能に連結され、下端側が制御軸４２を介して機関本体例えばシリンダブロックの適宜位置に回動可能に連結されている。
【００１９】
詳しくは、制御軸４２は、小径部４２ｂを中心として回転するように機関本体に支持されており、この小径部４２ｂに対し偏心している大径部４２ａに、上記制御リンク４０下端部が回転可能に嵌合している。
【００２０】
上記のような可変圧縮比機構１００においては、上記制御軸４２がアクチュエータ４３によって回動されると、小径部４２ｂに対して偏心している大径部４２ａの軸中心位置、特に、機関本体に対する相対位置が変化する。
【００２１】
これにより、制御リンク４０の下端の揺動支持位置が変化する。
そして、上記制御リンク４０の揺動支持位置が変化すると、ピストン３８の行程が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン３８の位置が高くなったり低くなったりする。
【００２２】
これにより、機関圧縮比を吸気行程中においても変えることが可能となる。
かかる構成の内燃機関において、前記エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）１１は、各種エンジン制御（燃料噴射制御、点火制御等）と共に、前記可変圧縮比機構による圧縮比の制御を以下のように実行する。
【００２３】
図３は、基本的な実施形態である第１の実施形態における圧縮比制御のフローを示す。
図３において、ステップ（図ではＳと記す。以下同様）１では、回転速度センサ６２によって検出されるエンジン回転速度ｒＮｅ１を読み込む。
【００２４】
ステップ２では、アクセル開度センサ６１によって検出されるアクセル開度ｒＡＰＯ１を読み込む。
ステップ３では、水温センサ６５によって検出されるエンジン水温ｒＴｗ１を読み込む。
【００２５】
ステップ４では、スタータスイッチ６１がＯＮか否かを判定する。
ステップ４でスタータスイッチ６１がＯＮ（始動）と判定されたときは、ステップ５へ進んで、始動時用の目標圧縮比＃ｔεＳＴを読込み、ステップ６で該目標圧縮比＃ｔεＳＴを最終的な目標圧縮比ｔεとして設定する。この始動時用の目標圧縮比＃ｔεＳＴは、通常（始動後）の機関運転状態（回転速度と負荷）に基づいて設定される値に対して十分高い圧縮比に設定される。すなわち、図４は、通常の機関運転状態（回転速度と負荷）に基づいて設定される目標圧縮比のマップを示し、このマップで始動時の目標圧縮比を設定すると始動時は低回転で全負荷に近い高負荷状態であるので、小さい目標圧縮比が設定されることとなるが、本ステップで設定される始動時用の目標圧縮比＃ｔεＳＴは、前記通常時用のマップで設定される目標圧縮比に比較して十分大きく、最大に近い大きな圧縮比に設定される。
【００２６】
これにより、前記可変圧縮比機構が駆動されて、図５に示すように、スタータスイッチ６１がＯＮである始動（クランキング）時に前記高圧縮比＃ｔεＳＴに制御されることにより、図６に示すように圧縮圧力が増大して着火性が良化するので、初爆して始動するまでのクランキング時間が短縮し、始動性が向上する。
【００２７】
また、ステップ４でスタータスイッチ６１がＯＦＦと判定されたとき、つまり始動後はステップ６へ進み、エンジン回転速度ｒＮｅとエンジン負荷を代表するアクセル開度ｒＡＰＯとに基づいて、前記図４のマップから基本目標圧縮比ｔε０を検索する。
【００２８】
次に、ステップ７へ進み、エンジン水温ｒＴｗ１に基づいて図７に示したテーブルにより圧縮比の水温補正係数ｈｏｓ−Ｔｗε１を算出し、ステップ８で前記基本目標圧縮比ｔε０に水温補正係数ｈｏｓ−Ｔｗε１を乗算して、最終的な目標圧縮比ｔεを設定する。ここで、前記水温補正係数ｈｏｓ−Ｔｗε１は、エンジン水温ｒＴｗ１が低いときほど大きい値（＞１．０）に設定されている。すなわち、低水温時はノッキングが発生しにくくなるので、目標圧縮比を通常より高めに設定することにより、エンジン出力ひいては燃費を向上できる。
【００２９】
次に、始動時に機関回転速度が増大しにくい条件を検出し、該条件のときは、目標圧縮比を減少補正して設定する実施形態について説明する。
図８は、バッテリ電圧に基づいて始動時の目標圧縮比の減少補正を行う第２の実施形態のフローを示す。
【００３０】
第１の実施形態と同様に、ステップ１〜３で、エンジン回転速度ｒＮｅ１、アクセル開度ｒＡＰＯ１、エンジン水温ｒＴｗ１を順次読み込んだ後、ステップ１１でバッテリ電圧ＶＢを読み込み、ステップ４でスタータスイッチ６１がＯＮか否かを判定する。
【００３１】
ステップ４でスタータスイッチ６１がＯＮの始動時と判定されたときは、ステップ５’へ進んで、前記バッテリ電圧ＶＢに基づいて図９のテーブルから始動時用の目標圧縮比ｔεＶＢを検索し、ステップ６’でこの目標圧縮比ｔεＶＢを最終的な目標圧縮比ｔεとして設定する。該バッテリ電圧ＶＢに応じた始動時用の目標圧縮比ｔεＶＢは、バッテリ電圧ＶＢが標準値近傍以上であるときには、第１の実施形態で設定される値と同じく、最大に近い大きな圧縮比（例えば１４）に設定されるが、それよりバッテリ電圧ＶＢが低下するにしたがって、減少補正した値（下限値例えば８以上）に設定される。
【００３２】
すなわち、図１０に示すように、バッテリ電圧が低下すると、スタータの駆動出力が低下するのでエンジン回転速度が増大しにくくなり、始動中に許容回転速度に達しないと始動できなくなってしまう。一方、図１１に示すように、エンジンの圧縮比を高くするほどフリクショントルクが増大するので、圧縮比を減少することによりフリクショントルクを減少させれば、エンジン回転速度が増大しやすくなる（図１２参照）。そこで、バッテリ電圧が低下してスタータの駆動出力が低下するほど、始動時の目標圧縮比を大きく減少補正してフリクショントルクを大きく減少させることにより、始動中に許容回転速度まで増大させることができ、始動を確保することができる。
【００３３】
スタータスイッチ６１をＯＦＦとする始動後は、ステップ７以降へ進み第１の実施形態と同様の圧縮比制御を行う。以下の実施形態でも同様である。
図１３は、エンジン温度としてエンジン水温に基づいて始動時の目標圧縮比の減少補正を行う第３の実施形態のフローを示す。
【００３４】
第１の実施形態と同様に、ステップ１〜３で、エンジン回転速度ｒＮｅ１、アクセル開度ｒＡＰＯ１、エンジン水温ｒＴｗ１を順次読み込み、ステップ４でスタータスイッチ６１がＯＮの始動時と判定されたときは、ステップ５”へ進んで、前記エンジン水温ｒＴｗ１に基づいて図１４のテーブルから始動時用の目標圧縮比ｔεＴＷを検索し、ステップ６”でこの目標圧縮比ｔεＴＷを最終的な目標圧縮比ｔεとして設定する。該エンジン水温ｒＴｗ１に応じた始動時用の目標圧縮比ｔεＴＷは、エンジン水温ｒＴｗ１が低いときは、減少補正して設定される。
【００３５】
すなわち、エンジン水温ｒＴｗ１が低いときはオイル粘度が大きくエンジンフリクションが増大してエンジン回転速度Ｎｅが増大しにくくなるので、始動時の目標圧縮比を減少補正してフリクショントルクを大きく減少させることにより、始動中に許容回転速度まで増大させることができ、始動を確保することができる。
【００３６】
また、第２の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせた実施形態とすることもできる。すなわち、第１の実施形態のステップ４で設定される始動時用の目標圧縮比＃ｔεＳＴに対し、バッテリ電圧ＶＢの低下に応じて減少するバッテリ電圧補正係数（図９と同一特性を係数に換算したもの）と、エンジン水温の低下に応じて減少するエンジン水温補正係数（図１４と同一特性を係数に換算したもの）とを乗じて最終的な目標圧縮比ｔεを算出して設定する。このようにすれば、バッテリ電圧によるスタータの駆動出力低下と低温時のフリクション増大との双方に対応して始動中に許容回転速度まで増大させて始動を確保することができる。
【００３７】
図１３は、始動中のエンジン回転速度に基づいて始動時の目標圧縮比の減少補正を行う第４の実施形態のフローを示す。
ステップ１〜５は、第１の実施形態と同一であり、ステップ５で始動時用の目標圧縮比ｔｗを＃ｔεＳＴに算出した後、ステップ２１へ進んで補正フラグが１であるか否かを判定する。この補正フラグは、後述する目標圧縮比の減少補正が実行されるときに１にセットされ、そうでないときに０にリセットされる。
【００３８】
初回は補正フラグが０にリセットされており、ステップ２２へ進んで目標圧縮比ｔεを前記ステップ５で算出された圧縮比＃ｔεＳＴに設定する。これにより、該圧縮比＃ｔεＳＴに制御される。
【００３９】
上記圧縮比＃ｔεＳＴに制御後、ステップ２３へ進んで（短い設定時間経過後に）エンジン回転速度が初爆の可能な許容回転速度に達したかを判定する。
そして、許容回転速度に達していれば、そのままの目標圧縮比＃ｔεＳＴに維持したまま、ステップ２４で前記補正フラグを０にリセットするが、許容回転速度に達しないときは、ステップ２５へ進んで目標圧縮比を減算補正する。具体的には、前回値ｔεＳＴ２（初期値：＃ｔεＳＴ）から所定値＃ＳＴＥＰ−ＳＴｔεＤＥＣずつ減算した値で今回値ｔεＳＴ２を更新し、ステップ２５で更新した値ｔεＳＴ２をステップ２６で目標圧縮比ｔεとして設定し、ステップ２７で前記補正フラグを１にセットする。
【００４０】
かかる構成とすれば、図１６に示すように、目標圧縮比ｔεを始動用の初期値＃ｔεＳＴに制御後、許容回転速度に達しないときは、目標圧縮比ｔεを徐々に減少補正してフリクショントルクを減少させることによりエンジン回転速度を増大させる。そして、エンジン回転速度が増大して初爆の可能な許容回転速度に達するとステップ２３からステップ２４へ進んで目標圧縮比ｔεの減少補正を停止し、現在設定されている値に維持する。
【００４１】
このようにすれば、前記バッテリ電圧の低下、エンジン水温、その他何らかの原因でエンジン回転速度が増大しにくいあらゆる条件を、始動中のエンジン回転速度を検出することで直接的に正確に検出しながら、圧縮比の必要最小限の減少補正により、確実に許容回転速度まで増大させて始動させることができ、できるだけ短時間で確実に始動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可変圧縮比機構付き内燃機関のシステム構成図。
【図２】可変圧縮比機構の機構図。
【図３】第１の実施形態での圧縮比制御を示すフローチャート。
【図４】機関運転状態に基づいて設定される目標圧縮比の特性を示す線図。
【図５】第１実施形態の圧縮比制御の様子を示すタイムチャート。
【図６】圧縮比と混合気着火性の関係を示す線図。
【図７】始動後の圧縮比のエンジン水温に対する補正係数の特性を示す線図。
【図８】第２の実施形態での圧縮比制御を示すフローチャート。
【図９】バッテリ電圧に基づいて設定される始動時用の目標圧縮比の特性を示す線図。
【図１０】第２の実施形態の制御の様子を示す図。
【図１１】圧縮比とフリクショントルクの関係を示す線図。
【図１２】圧縮比とクランキング回転速度の関係を示す線図。
【図１３】第３の実施形態での圧縮比制御を示すフローチャート。
【図１４】エンジン水温に基づいて設定される始動時用の目標圧縮比の特性を示す線図。
【図１５】第３の実施形態での圧縮比制御を示すフローチャート。
【図１６】第３の実施形態の制御の様子を示す図。
【符号の説明】
１…内燃機関
５…クランク角センサ
１０…スロットル開度センサ
１１…エンジンコントロールモジュール
１６…燃料噴射弁
３４…ロアーリンク
３５…アッパーリンク
４０…制御リンク
４２…制御軸
４３…アクチュエータ
６１…スタータスイッチ
１００…可変圧縮比機構
【図１】
2005016381.tif 000003
【図２】
2005016381.tif 000004
【図３】
2005016381.tif 000005
【図４】
2005016381.tif 000006
【図５】
2005016381.tif 000007
【図６】
2005016381.tif 000008
【図７】
2005016381.tif 000009
【図８】
2005016381.tif 000010
【図９】
2005016381.tif 000011
【図１０】
2005016381.tif 000012
【図１１】
2005016381.tif 000013
【図１２】
2005016381.tif 000014
【図１３】
2005016381.tif 000015
【図１４】
2005016381.tif 000016
【図１５】
2005016381.tif 000017
【図１６】
2005016381.tif 000018