(57)【要約】【課題】極低温環境下の始動において燃料の冷間増量分を抑制すること。【解決手段】この内燃機関１００は、空気を加圧して供給する電動アシストターボ５０と、少なくともリフト量を変更できる吸気弁２とを備える。そして、極低温環境下においては、前記吸気弁２のリフト量を内燃機関１００の通常運転時よりも小さくするとともに、前記電動アシストターボ５０によって加圧された空気を供給してから、始動を開始する。これにより、昇温した空気を内燃機関１００の気筒１内へ供給することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を加圧して供給する過給装置と、
少なくともリフト量を変更できる吸気弁と、を備え、
極低温環境下における始動時においては、前記吸気弁のリフト量を前記内燃機関の通常運転時よりも小さくするとともに、前記過給装置によって加圧された空気が供給されることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
さらに、前記吸気弁の開弁時期変更装置を備え、前記内燃機関を極低温環境下で始動する際には、前記吸気弁の開弁時期を通常運転時よりも遅らせることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記過給装置は、前記内燃機関の運転状態に依存しないで動作可能なものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記過給装置は、電動アシストターボであることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
過給装置と、少なくともリフト量を変更できる吸気弁とを備える内燃機関を始動する際に用いるものであり、
前記内燃機関を極低温環境下において始動する場合か否かを判定する始動環境判定部と、
極低温環境下において始動する場合、前記吸気弁のリフト量を前記内燃機関の通常運転時よりも小さくする吸気弁動作決定部と、
極低温環境下において始動する場合、前記内燃機関に供給する空気を、予め定めた基準圧力よりも大きくなるまで前記過給装置に加圧させる過給制御部と、
を含んで構成され、前記空気の加圧が終了した後に前記内燃機関を始動することを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項６】
さらに、吸気弁動作決定部は、前記吸気弁の開弁時期を前記内燃機関の通常運転時よりも遅く設定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項７】
過給装置と、少なくともリフト量を変更できる吸気弁とを備える内燃機関を始動するにあたり、
前記内燃機関を極低温環境下において始動する場合か否かを判定する手順と、
極低温環境下において始動する場合には、前記吸気弁のリフト量を前記内燃機関の通常運転時よりも小さくするとともに、前記内燃機関に供給する空気を、予め定めた基準圧力よりも大きくなるまで加圧してから前記内燃機関の始動を開始する手順と、
を含むことを特徴とする内燃機関の始動制御方法。
【請求項８】
さらに、前記吸気弁の開弁時期を前記内燃機関の通常運転時よりも遅くすることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の始動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レシプロ式の内燃機関に関し、さらに詳しくは、極低温環境における内燃機関の始動に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに代表されるレシプロ式の内燃機関は、乗用車やトラック等の車両に広く使用されている。特許文献１には、ディーゼルエンジンの始動時に、吸気弁の開弁時期を遅らせて、吸気温度を上昇させることにより燃焼性を向上させるディーゼルエンジンの制御装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２５６８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、吸気温度の上昇幅が十分ではなく、特に極地のような極低温環境下においては前記上昇幅が不足する場合があった。その結果、極低温環境下の始動においては、燃焼性が悪化するため冷間増量分を増加させなければならなかった。そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、極低温環境下の始動において燃料の冷間増量分を抑制できる内燃機関及び内燃機関の始動制御装置、並びに内燃機関の始動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、空気を加圧して供給する過給装置と、少なくともリフト量を変更できる吸気弁と、を備え、極低温環境下における始動時においては、前記吸気弁のリフト量を前記内燃機関の通常運転時よりも小さくするとともに、前記過給装置によって加圧された空気が供給されることを特徴とする。
【０００６】
この内燃機関は、極低温環境下における始動時に、吸気弁のリフト量を通常運転時よりも小さくするとともに、過給装置により空気を加圧して供給する。これにより、内燃機関の始動に必要十分な空気量を確保しつつ、内燃機関の気筒内へ流入する空気の温度を上昇させることができる。その結果、燃料の気化を促進できるので、気化不良分を考慮した燃料の冷間増量分を低減できる。
【０００７】
また、次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、さらに、前記吸気弁の開弁時期変更装置を備え、前記内燃機関を極低温環境下で始動する際には、前記吸気弁の開弁時期を通常運転時よりも遅らせることを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関は、極低温環境下で始動する際には、前記吸気弁の開弁時期を通常運転時よりも遅らせるので、内燃機関に供給する空気をさらに昇温を促進できる。その結果、燃料の気化をさらに促進して、燃料の冷間増量分をより低減できる。
【０００９】
また、次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記過給装置は、前記内燃機関の運転状態に依存しないで動作可能なものであることを特徴とする。
【００１０】
このように、内燃機関の運転状態に依存しないで動作可能な過給装置により空気を加圧するので、極低温環境下における始動でも、確実に内燃機関へ圧縮した空気を供給できる。このような過給装置としては、例えば、次の本発明に係る内燃機関のように、電動アシストターボを用いることができる。
【００１１】
また、次の本発明に係る内燃機関の始動制御装置は、過給装置と、少なくともリフト量を変更できる吸気弁とを備える内燃機関を始動する際に用いるものであり、前記内燃機関を極低温環境下において始動する場合か否かを判定する始動環境判定部と、極低温環境下において始動する場合、前記吸気弁のリフト量を前記内燃機関の通常運転時よりも小さくする吸気弁動作決定部と、極低温環境下において始動する場合、前記内燃機関に供給する空気を、予め定めた基準圧力よりも大きくなるまで前記過給装置に加圧させる過給制御部と、を含んで構成され、前記空気の加圧が終了した後に前記内燃機関を始動することを特徴とする。
【００１２】
この内燃機関の始動制御装置は、過給装置と、少なくともリフト量を変更できる吸気弁とを備える内燃機関の始動時に用いるものであり、極低温環境下における始動時に、吸気弁のリフト量を通常運転時よりも小さくするとともに過給装置により加圧するように制御する。これにより、内燃機関の始動に必要十分な空気量を確保しつつ、内燃機関の気筒内へ流入する空気の温度を上昇させることができる。その結果、燃料の気化を促進できるので、気化不良分を考慮した燃料の冷間増量分を低減できる。
【００１３】
また、次の本発明に係る内燃機関の始動制御装置は、前記内燃機関の始動制御装置において、さらに、吸気弁動作決定部は、前記吸気弁の開弁時期を前記内燃機関の通常運転時よりも遅く設定することを特徴とする。
【００１４】
この内燃機関の始動制御装置は、極低温環境下で前記内燃機関を始動する際に、前記吸気弁の開弁時期を通常運転時よりも遅らせるように制御するので、内燃機関に供給する空気をさらに昇温を促進できる。その結果、燃料の気化をさらに促進して、燃料の冷間増量分をより低減できる。
【００１５】
また、次の本発明に係る内燃機関の始動制御方法は、過給装置と、少なくともリフト量を変更できる吸気弁とを備える内燃機関を始動するにあたり、前記内燃機関を極低温環境下において始動する場合か否かを判定する手順と、極低温環境下において始動する場合には、前記吸気弁のリフト量を前記内燃機関の通常運転時よりも小さくするとともに、前記内燃機関に供給する空気を、予め定めた基準圧力よりも大きくなるまで加圧してから前記内燃機関の始動を開始する手順と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
この内燃機関の始動制御方法は、過給装置と、少なくともリフト量を変更できる吸気弁とを備える内燃機関の始動に用いるものであり、極低温環境下における始動時には、吸気弁のリフト量を通常運転時よりも小さくするとともに過給装置により加圧する。これにより、内燃機関の始動に必要十分な空気量を確保しつつ、内燃機関の気筒内へ流入する空気の温度を上昇させることができる。その結果、燃料の気化を促進できるので、気化不良分を考慮した燃料の冷間増量分を低減できる。
【００１７】
また、次の本発明に係る内燃機関の始動制御方法は、前記内燃機関の始動制御方法において、さらに、前記吸気弁の開弁時期を前記内燃機関の通常運転時よりも遅くすることを特徴とする。
【００１８】
この内燃機関の始動制御方法は、極低温環境下で前記内燃機関を始動する際に、前記吸気弁の開弁時期を通常運転時よりも遅らせるので、内燃機関に供給する空気をさらに昇温を促進できる。その結果、燃料の気化をさらに促進して、燃料の冷間増量分をより低減できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る内燃機関及び内燃機関の始動制御装置、並びに内燃機関の始動方法によれば、内燃機関の気筒内へ流入する空気の温度を上昇させることができる。その結果、燃料の気化を促進できるので、燃料の冷間増量分を低減できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、本発明はレシプロ式の内燃機関に対して好適に適用でき、特に乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましい。
【実施例】
【００２１】
この実施例に係る内燃機関は、過給装置を備えるとともに、少なくとも吸気弁のリフト量を可変できるものであって、吸気弁のリフト量を通常運転時よりも小さくするとともに、過給装置により加圧した空気を供給して始動する点に特徴がある。また、この実施例に係る内燃機関の始動制御装置は、過給装置を備えるとともに、少なくとも吸気弁のリフト量を可変できる内燃機関の始動制御に用いるものであり、次の点に特徴がある。すなわち、極低温環境で前記内燃機関を始動する際には、吸気弁のリフト量を通常運転時よりも小さく設定するとともに、内燃機関に供給する空気の圧力が所定の値以上になったら内燃機関の始動を開始する。
【００２２】
図１は、この実施例に係る内燃機関を示す説明図である。図２は、この実施例に係る内燃機関が備える一つの気筒を示す断面図である。図１、２を用いて、まずこの実施例に係る内燃機関の構成について説明する。この実施例に係る内燃機関１００は、ガソリンを燃料とする火花点火式のレシプロ式の内燃機関であり、４個の気筒１を備えている。なお、本発明は、ディーゼル式の内燃機関に対しても適用することができる。また、気筒数は４に限られるものではなく、それ以上又はそれ以下の気筒数、あるいは単気筒でもよい。
【００２３】
この内燃機関１００は、少なくとも吸気弁２のリフト量を変更できるように構成されている。吸気弁２のリフト量は、例えば、それぞれリフト量の異なる複数の吸気弁用カムを備える吸気弁用カムシャフト４８を用い、必要に応じて前記カムを切り替えることにより実現できる。この内燃機関１００ではカム切替装置４７を備え、エンジンＥＣＵ３０からの指令により、吸気弁用カムを切り替える。また、この内燃機関１００は、吸気弁用カムシャフト４８に取り付けられる吸気弁の開弁時期変更装置４４により、吸気弁２の開弁時期も変更することができる。これは、エンジンＥＣＵ３０からの指令で油圧制御弁４５を駆動することにより、吸気時期変更装置４４に供給する制御油の量を制御することで実現できる。
【００２４】
また、この内燃機関１００は、内燃機関１００の運転状態に依存しないで動作可能な過給装置を備える。この実施例においては、電動アシストターボ５０を前記過給装置として用いる。この電動アシストターボは、コンプレッサ５１と、コンプレッサ５１を駆動する電動モータ５２と、この電動モータ５２の回転軸に連結されるとともに、内燃機関１００の排ガスによりコンプレッサを駆動するタービン５３とで構成される。タービン５３にはエキゾーストマニホールド９が取り付けられており、内燃機関１００の各気筒１から排気弁３を通って排出される排ガスにより駆動される。
【００２５】
内燃機関１００の始動時には内燃機関１００からは排ガスが発生しないため、電動モータ５２によってコンプレッサ５１を駆動して、加圧した空気を内燃機関１００へ供給する。このように、電動アシストターボ５０は、内燃機関１００の運転状態に依存しないで動作可能なので、極低温環境下における始動でも、確実に内燃機関へ圧縮した空気を供給できる。また、内燃機関１００の運転中において、機関回転数ＮＥが小さく、排ガスの量が少ない場合には、電動モータ５２によってコンプレッサ５１を駆動する。
【００２６】
内燃機関１００の運転を制御するエンジンＥＣＵ３０（Electronic Control Unit）は、内燃機関１００に取り付けられる水温センサ４１、エアフローセンサ４２、吸気圧力センサ４３、アクセル開度センサ４６、その他の各種センサ類からの出力を取得して、内燃機関１００の運転を制御する。また、内燃機関１００を始動する際には、エンジンＥＣＵ３０からの指令により、クランク軸６がスタータモータ６０により駆動されるように構成されている。
【００２７】
図２に示すように、内燃機関１００は、気筒１内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁７を備える。そして、燃料噴射弁７によって気筒内へ直接燃料Ｆを噴射して、インテークマニホールド８を通って気筒１内へ導入された空気Ａと混合気を形成させる、いわゆる直噴の内燃機関である。なお、インテークマニホールド８へ燃料を噴射する、いわゆるポート噴射式の内燃機関や、直噴及びポート噴射を併用する、いわゆるデュアル噴射式の内燃機関にも本発明は適用できる。
【００２８】
気筒１内には、内燃機関１００の負荷ＫＬや機関回転数ＮＥに応じた時期及び必要な量で燃料噴射弁７から燃料Ｆが噴射される。燃料噴射弁７から噴射された燃料Ｆは、インテークマニホールド８から気筒１内に導入される空気Ａと混合気を形成し、この混合気は吸気弁２を通って気筒１内へ導入される。気筒１内へ導入された前記混合気は、点火プラグ４で着火されて燃焼する。
【００２９】
混合気の燃焼圧力はピストン５に伝えられ、ピストン５を往復運動させる。ピストン５の往復運動はコネテクティングロッド６ｃを介してクランク軸６に伝えられ、ここで回転運動に変換されて、内燃機関１００の出力として取り出される。燃焼後の混合気は排ガスＥｘとなり、排気弁３を通ってエキゾーストマニホールド９へ排出される。
【００３０】
次に、運転時の内燃機関１００について説明する。エアクリーナ２０でごみが取り除かれた空気Ａは、電動アシストターボ５０のコンプレッサ５１で圧縮された後、吸気通路２３を通ってインタークーラー２１を通過した後、スロットル弁２５へ導かれる。スロットル弁２５は、エンジンＥＣＵ３０が取得したアクセル開度センサ４６の開度情報に基づいてスロットルアクチュエータ２６が駆動されることにより、スロットル弁２５の開度が所望の大きさに調整される。
【００３１】
スロットル弁２５を通過した空気Ａは、各インテークマニホールド８に分配される。インテークマニホールド８を通過した空気Ａは、吸気弁２を通って各気筒１内へ導入され、燃料噴射弁７から各気筒１へ噴射される燃料Ｆと混合気を形成する。この混合気は点火プラグ４により着火されて燃焼し、ピストン５を駆動する。ピストン５を駆動した後の排ガスＥｘは、エキゾーストマニホールド９へ排出された後、電動アシストターボ５０のタービン５３へ供給されて、これを駆動する。タービン５３は、コンプレッサ５１を駆動して内燃機関１００へ圧縮した空気Ａを供給する。タービン５３を駆動した後の排ガスＥｘは、触媒２２で浄化されて排出される。
【００３２】
内燃機関１００の始動時においては、スタータモータ６０により内燃機関１００のクランク軸６が駆動される。ここで、特に極低温環境（例えば−２０度〜−３０度以下）においては、吸入する空気の温度Ｔｉが極めて低くなるため、燃料が蒸発しにくくなる。これにより、安定燃焼しにくくなる結果、冷間増量分が増加して燃費が悪化するとともに、内燃機関１００の始動性が悪化する。
【００３３】
この問題を解決するため、この実施例に係る内燃機関１００は、極低温環境下における始動時には、吸気弁２のリフト量を通常運転時よりも小さくするとともに、過給装置である電動アシストターボ５０により空気Ａを加圧して、内燃機関１００を始動する。このように、吸気弁２のリフト量を通常運転時よりも小さくすると吸気弁２が絞りとなり、空気Ａが吸気弁２を通過する際には圧力損失が発生する。この圧力損失は熱として吸気弁２を通過する空気Ａに与えられるので、内燃機関１００の気筒１内に流入する空気Ａの温度は上昇する。
【００３４】
なお、極低温環境下における始動であっても、内燃機関１００の温度によっては、気筒１内に流入する空気Ａの温度を上昇させなくとも、燃料性が悪化しない場合もある。このため、本発明は、特に極低温環境下における始動であって、燃料の蒸発が悪化するような場合に特に好ましく適用できる。このような場合としては、例えば、内燃機関１００を構成するピストン５やシリンダブロックその他の部品が、極低温環境の温度と同程度まで冷えている場合や、内燃機関１００の運転停止後、長時間運転をしなかった場合等がある。例えば、内燃機関１の冷却水温が所定の基準値以下である場合に、吸気弁２のリフト量を小さくするとともに空気を加圧して供給することにより空気Ａを昇温させる場合であると判定することができる。
【００３５】
図３−１は、圧縮性の補正係数と圧力比との関係を示す説明図である。ここで、Ｐ1は、内燃機関１００の気筒内の圧力（以下筒内圧力という）であり、Ｐ2は、内燃機関１００のインテークマニホールド８内の圧力（以下吸気管圧力という）である。圧縮性の補正係数εが小さくなるということは、圧力損失量が大きくなることを意味する。図３から分かるように、圧力損失量は、圧力比Ｐ2／Ｐ1が小さくなるにしたがって小さくなる。すなわち、吸気管圧力Ｐ2と筒内圧力Ｐ1との差が大きくなるほど、圧力損失量は大きくなる。また、吸気弁２の開弁時期を遅くすると、それだけ吸気管圧力Ｐ2と筒内圧力Ｐ1との差を大きくすることができる。
【００３６】
図３−２は、内燃機関の気筒内へ流入する空気の温度の関係を示す説明図である。図３−２に示すように、内燃機関１００の気筒内へ流入する空気Ａの温度は、吸気弁２のリフト量が小さくなるとともに高くなる。また、前記空気Ａの温度は、吸気弁２の開弁時期が遅くなるほど高くなる。すなわち、吸気弁２のリフト量を小さく、かつ吸気弁２の開弁時期を遅くすることにより、内燃機関１００の気筒１内へ流入する空気Ａの温度を上昇させることができる。この昇温効果は、吸気弁２の開弁時期を遅らせるよりも吸気弁２のリフト量を小さくする方が大きい。したがって、内燃機関１００の気筒１内へ流入する空気Ａの温度を上昇させるためには、少なくとも吸気弁２のリフト量を通常運転時よりも小さくすることが必要である。
【００３７】
しかし、これだけでは気筒１内へ流入する空気量が減少してしまい、内燃機関１００の始動に必要な空気量を確保できない。そこで、吸気弁２のリフト量を通常運転時よりも小さくするとともに、電動アシストターボ５０により空気Ａを加圧して、必要空気量を確保する。また、加圧により吸気管圧力Ｐ2を大きくできるので、吸気管圧力Ｐ2と筒内圧力Ｐ1との差をより大きくすることができ、これによって気筒１内へ流入する空気Ａの温度をさらに高くすることができる。
【００３８】
このようにして、極低温環境下における始動時に、内燃機関１００の気筒１内へ流入する空気Ａの温度を上昇させるので、内燃機関１００の始動に必要な空気量を確保しつつ、燃料Ｆの気化を促進して燃焼性を改善できる。その結果、始動開始時における第１回目の噴射から、気化不良分を考慮した燃料Ｆの冷間増量分を大幅に低減できるので、内燃機関１００の燃費を改善することができる。また、燃料Ｆの気化が促進されるので燃焼性が改善し、極低温環境下においても確実に内燃機関１００を始動することができるとともに、未燃分の発生を抑制してエミッションを改善できる。
【００３９】
また、特に直噴の内燃機関では、気筒内へ全燃料が噴射されるので、特に高沸点成分が蒸発しきれずにピストン頂部に液膜として残留する。そして、その燃料の液膜から大量のスモークが発生してエミッションを悪化させており、特に極低温環境下における始動においてはこれが顕著であった。しかし、この実施例に係る内燃機関１００では、極低温環境下の始動において、気筒１内へ流入する空気Ａの温度を上昇させることができるので、燃料Ｆの気化が促進され、また燃焼性が改善される。これにより、直噴の内燃機関を極低温環境下で始動する場合でも、前記スモークもの発生を大幅に抑制してエミッションを改善できる。このように、本発明は、特に直噴の内燃機関に対して効果的に適用できる。
【００４０】
図４−１は、極低温環境下の始動時における吸気弁のリフト量を示す説明図である。図４−２は、通常運転時における吸気弁のリフト量を示す説明図である。この実施例に係る内燃機関１００では、すなわち、極低温環境下の始動時における吸気弁２のリフト量Ｌ0を、通常運転時における吸気弁２のリフト量Ｌ1よりも小さくする。外気温度や内燃機関１００の温度等にもよるが、Ｌ0は、０．０５Ｌ1≦Ｌ0≦０．５０Ｌ1以下程度である。ここで、通常運転時とは内燃機関１００の暖機終了以降をいう（以下同様）。そして、通常運転時における吸気弁２のリフト量とは、内燃機関１００の暖機終了以降におけるアイドリング時の吸気弁２のリフト量をいう。内燃機関１００の暖機が終了したか否かは、例えば、燃料Ｆの冷間増量が不要になったときに、暖機が終了したと判断する。
【００４１】
吸気弁２のリフト量は、上述したようにそれぞれ異なるリフト量を持つ複数の吸気弁用カムを切り替えることにより実現できる。また、ロッカーアームを介して吸気弁２を駆動する方式において、例えば、ロッカーアームの支点と吸気弁用カムとの距離を変化させて、吸気弁２のリフト量を変化させてもよい。このとき、ロッカーアームの支点と吸気弁用カムとの距離を連続的に変化させれば、吸気弁２のリフト量を連続的に変化させることができる。
【００４２】
図５は、吸気弁の開弁時期を示す説明図である。この実施例に係る内燃機関１００では、極低温環境下の始動時において、吸気弁２の開弁時期を遅く、すなわち遅角させる。例えば、図５に示すように、通常運転時において吸気弁開（ＩＶＯ）の時期が吸気上死点前である場合、極低温環境下の始動時においては吸気上死点側（図５中の矢印Ｓ方向）にＩＶＯを遅角させる。
【００４３】
図６は、過給装置の他の例を示す説明図である。この実施例において、過給装置としては電動アシストターボを使用するが、この他にも、電動モータ５４で駆動するコンプレッサ５５を過給装置として用いてもよい。図６に示すように、コンプレッサ５５を内燃機関１００の吸気通路２３の途中へ配置する。そして、極低温環境下の始動時には、バイパス弁２７を閉じてコンプレッサ５５を駆動し、内燃機関に空気Ａを加圧する。内燃機関１００が始動したら、バイパス弁２７を開き、コンプレッサ５５をバイパスさせて空気Ａを内燃機関１００に供給する。このような構成により、自然吸気式の内燃機関に対しても本発明を適用できる。
【００４４】
また、内燃機関１００によりコンプレッサ５５を駆動する、いわゆるスーパーチャージャーを過給装置として用いて、極低温環境下の始動時に空気Ａを加圧してもよい。この場合、始動前に、スタータモータ６０（図１）による内燃機関１００のクランキングを多くとることにより、コンプレッサ５５で空気Ａを加圧して、内燃機関１００へ供給することができる。このように、いわゆるスーパーチャージャーでも、内燃機関１００の運転状態に依存しないで空気Ａを加圧することができる。
【００４５】
図７は、この実施例に係る内燃機関の始動制御装置の構成を示す説明図である。図７を用いて、この実施例に係る内燃機関の始動制御装置１０の構成を説明する。ここで、本発明の内燃機関の始動制御方法は、本発明の内燃機関の始動制御装置１０によって実現できる。内燃機関の始動制御装置１０は、エンジンＥＣＵ３０に組み込まれて構成されている。なお、エンジンＥＣＵ３０とは別個に、この実施例に係る内燃機関の始動制御装置１０を用意し、これをエンジンＥＣＵ３０に接続してもよい。そして、この実施例に係る内燃機関の始動制御方法を実現するにあたっては、エンジンＥＣＵ３０が備える内燃機関１００の制御機能を、前記内燃機関の始動制御装置１０が利用できるように構成してもよい。
【００４６】
内燃機関の始動制御装置１０は、始動環境判定部１１と、吸気弁動作決定部１２と、過給制御部１３と、始動制御部１４とを含んで構成される。これらが、この実施例に係る内燃機関の始動制御方法を実行する部分となる。始動環境判定部１１と、吸気弁動作決定部１２と、過給制御部１３と、始動制御部１４とは、内燃機関の始動制御装置１０の入出力ポート（Ｉ／Ｏ）３９を介して接続される。これにより、始動環境判定部１１と、吸気弁動作決定部１２と、過給制御部１３と、始動制御部１４とは、それぞれ双方向でデータをやり取りできるように構成される。なお、装置構成上の必要に応じて片方向でデータを送受信するようにしてもよい（以下同様）。
【００４７】
内燃機関の始動制御装置１０とエンジンＥＣＵ３０の運転制御部３０ｐと記憶部３０ｍとは、エンジンＥＣＵ３０に備えられる入出力ポート（Ｉ／Ｏ）３９を介して接続されており、これらの間で相互にデータをやり取りすることができる。これにより、内燃機関の始動制御装置１０はエンジンＥＣＵ３０が有する内燃機関１００の負荷や機関回転数その他の内燃機関の運転制御データを取得したり、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）３９を介して内燃機関１００の各種センサからの情報を取得したり、あるいは内燃機関の始動制御装置１０の制御をエンジンＥＣＵ３０の内燃機関の運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。
【００４８】
記憶部３０ｍには、この実施例に係る内燃機関の始動制御方法の処理手順を含むコンピュータプログラムや、内燃機関１００の運転制御に用いる燃料噴射量のデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部３０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。また、内燃機関の始動制御装置１０やエンジンＥＣＵ３０の運転制御部３０ｐは、メモリ及びＣＰＵにより構成することができる。
【００４９】
上記コンピュータプログラムは、始動環境判定部１１や吸気弁動作決定部１２等へすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、この実施例に係る内燃機関の始動制御方法の処理手順を実現できるものであってもよい。この内燃機関の始動制御装置１０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、始動環境判定部１１、吸気弁動作決定部１２、過給制御部１３あるいは始動制御部１４の機能を実現するものであってもよい。次に、この内燃機関の始動制御装置１０を用いて、この実施例に係る内燃機関の始動制御方法を実現する手順を説明する。なお、この説明にあたっては、適宜図１、２、７を参照されたい。
【００５０】
図８は、この実施例に係る内燃機関の始動制御方法の手順を示すフローチャートである。この実施例に係る内燃機関１００を始動する際、この実施例に係る内燃機関の始動制御方法を実行する場合、まず、内燃機関の始動制御装置１０の始動環境判定部１１が、内燃機関１００の冷却水温度Ｔｗを取得して、予め定めた水温基準値Ｔｃと比較する（ステップＳ１０１）。この実施例においては、極低温環境における始動であるか否かを判定するため、内燃機関１００の冷却水温Ｔｗを用いるが、他にもエンジンオイルの温度や外気温度等を用いて前記判定をしてもよい。
【００５１】
冷却水温度Ｔｗがこの水温基準値Ｔｃ以下である場合には、内燃機関１００が吸気する空気の温度を昇温させる必要がある程度の極低温環境下における始動であると判断する。ここで、水温基準値Ｔｃを複数用意しておき、水温基準値に応じて内燃機関１００が吸気する空気の温度の昇温幅を設定し、その昇温幅に対応して吸気弁２のリフト量、開弁時期、過給圧力を決定してもよい。
【００５２】
冷却水温度Ｔｗが水温基準値Ｔｃよりも大きい場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、内燃機関１００が吸気する空気の温度を昇温させる必要はないので、吸気弁のリフト量、開弁時期は変更せず、過給もしないでスタータモータ６０を駆動する（ステップＳ１０６）。冷却水温度Ｔｗが水温基準値Ｔｃ以下である場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、内燃機関１００が吸気する空気の温度を昇温させる必要がある。このときには、吸気弁動作決定部１２が、冷却水温度Ｔｗや外気温度等に基づいて、吸気弁２のリフト量と開弁時期とを決定する（ステップＳ１０２）。
【００５３】
具体的には、吸気弁２のリフト量を通常運転時よりも小さく設定し、吸気弁２の開弁時期は、通常運転時よりも遅角させる。決定された吸気弁２のリフト量と開弁時期とは、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）３９を介して、エンジンＥＣＵ３０の運転制御部３０ｐに送られて、エンジンＥＣＵ３０はこれに基づいて吸気弁２を駆動する。なお、少なくとも、吸気弁２のリフト量を通常運転時よりも小さく設定すればよい。
【００５４】
次に、過給制御部が冷却水温度Ｔｗや外気温度等に基づいて、過給圧力を決定する（ステップＳ１０３）。なお、過給圧力は、インテークマニホールド８内における空気の圧力、すなわち吸気管圧力Ｐ2であり、吸気圧力センサ４３で測定される。過給圧力を決定したら、始動制御部１４が内燃機関の始動指令を発し、この始動指令を受けた過給制御部１３が、電動アシストターボ５０を駆動して、過給を開始する（ステップＳ１０４）。
【００５５】
過給制御部１３は、吸気圧力センサ４３から吸気管圧力Ｐ2を取得し、予め定めた基準圧力Ｐｓｅｔと比較する（ステップＳ１０５）。吸気管圧力Ｐ2が、予め定めた基準圧力Ｐｓｅｔよりも大きくなるまで加圧して（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、Ｐ2＞Ｐｓｅｔとなったら、始動制御部１４がスタータモータ６０を駆動して（ステップＳ１０６）、内燃機関１００の始動を開始する。
【００５６】
スタータモータ６０が駆動されると、内燃機関１００のクランク軸６が駆動され、コネテクティングロッド６ｃを介してピストン５が往復運動する。同時に、クランク軸によって吸気弁用カムシャフト４８が駆動され、吸気弁２が開いたときに、昇温した空気が気筒１内へ導入される。そして、燃料噴射弁７から所定のタイミングで噴射された燃料Ｆは、昇温した空気により気化が促進されて混合気を形成する。そして、吸気上死点後の所定のクランク角度で点火プラグ４が火花を飛ばしてこの混合気を点火し、燃焼させて、内燃機関１００が始動する。
【００５７】
内燃機関１００が最初の点火により始動しなかった場合は（ステップＳ１０８；Ｎｏ）、始動制御部１４は、内燃機関１００が始動するまで、過給制御部１３に過給を継続させるとともに、スタータモータ６０を継続して駆動する（ステップＳ１０８）。内燃機関１００が始動したら、この実施例に係る内燃機関の始動制御方法の全手順が終了する。なお、少なくとも前記内燃機関が始動するまで上記内燃機関の始動制御方法を適用すればよいが、始動後、安定して運転できるようになるまで、上記内燃機関の始動制御方法を適用してもよい。
【００５８】
以上、この実施例に係る内燃機関等によれば、極低温環境下における始動時に、吸気弁のリフト量を通常運転時よりも小さくするとともに過給装置により加圧する。これにより、内燃機関の始動に必要十分な空気量を確保しつつ、内燃機関の気筒内へ流入する空気の温度を上昇させることができる。その結果、燃料の気化を促進できるので、気化不良分を考慮した燃料の冷間増量分を大幅に低減して、内燃機関の燃費を改善することができる。また、燃料の気化が促進されるので、極低温環境下の始動においても確実に内燃機関を始動することができるとともに、燃料の気化促進により未燃分を低減してエミッションを改善できる。
【００５９】
さらに、直噴の内燃機関では、極低温環境下の始動において、気筒内へ流入する空気の温度を上昇させることができるので、燃料の気化が促進され、また燃焼性が改善される。これにより、直噴の内燃機関を極低温環境下で始動する場合では、確実に始動できるとともに、スモークもの発生を大幅に抑制してエミッションを改善できる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明に係る内燃機関及び内燃機関の始動制御装置、並びに内燃機関の始動制御方法は、内燃機関の始動に有用であり、特に、極低温環境下の始動において、燃料の冷間増量分を抑制することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】この実施例に係る内燃機関を示す説明図である。
【図２】この実施例に係る内燃機関が備える一つの気筒を示す断面図である。
【図３−１】圧縮性の補正係数と圧力比との関係を示す説明図である。
【図３−２】内燃機関の気筒内へ流入する空気の温度の関係を示す説明図である。
【図４−１】極低温環境下の始動時における吸気弁のリフト量を示す説明図である。
【図４−２】通常運転時における吸気弁のリフト量を示す説明図である。
【図５】吸気弁の開弁時期を示す説明図である。
【図６】過給装置の他の例を示す説明図である。
【図７】この実施例に係る内燃機関の始動制御装置の構成を示す説明図である。
【図８】この実施例に係る内燃機関の始動制御方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１  気筒
２  吸気弁
３  排気弁
４  点火プラグ
７  燃料噴射弁
８  インテークマニホールド
９  エキゾーストマニホールド
１０  内燃機関の始動制御装置
１１  始動環境判定部
１２  吸気弁動作決定部
１３  過給制御部
１４  始動制御部
２３  吸気通路
３０  エンジンＥＣＵ
４１  水温センサ
４３  吸気圧力センサ
５０  電動アシストターボ
６０  スタータモータ
１００  内燃機関
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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