(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関始動時に気筒内に於ける吸気圧縮度を変更することができる吸気圧縮度変更手段を有する内燃機関の機関始動時に於ける吸気圧縮度変更手段の作動状態を検出する方法であって、電動機によるクランキング時の内燃機関のクランキングに対する反応により前記吸気圧縮度変更手段が吸気圧縮度を所定の高圧縮度に設定しているか否かを判断することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記内燃機関のクランキングに対する反応として前記内燃機関のクランク軸のクランキング時の回転数増大過程に於ける回転数の変動が検出され、前記回転数の変動の幅が所定のしきい値を越えるとき、前記吸気圧縮度変更手段が吸気圧縮度を前記所定の高圧縮度に設定していると判断することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記内燃機関のクランキングに対する反応として前記内燃機関のクランク軸のクランキング時の回転数に対する筒内圧の上昇度が検出され、或る所定のクランク軸回転数に対する筒内圧が或る所定値より高いとき前記吸気圧縮度変更手段が吸気圧縮度を前記所定の高圧縮度に設定していると判断することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいづれかに記載の方法であって、筒内圧を検出する筒内圧センサを前記内燃機関の複数の気筒の一つに対して設け、機関停止時または機関始動時の少なくとも一方に於いて電動機によりクランク軸を回動させてクランキング開始時のクランク軸回転位置を所定の一定位置に設定することを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の始動時に於ける吸気圧縮度が所定の高圧縮度に設定されているか否かを検出する方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料噴射式内燃機関の始動は、クランク軸を電動機により駆動し、クランク軸回転数が機関の自爆を誘発する適当な回転数に達したところで燃料噴射を開始することにより行なわれている。かかるクランキングにより機関が一般に首尾よく始動するのは、気筒内にて圧縮された吸気の圧力と温度とが混合気の爆発的燃焼をもたらす或る所定の共役的臨界点を十分に越えたところで燃料の噴射が行なわれるようになっているからである。もしかかる共役的臨界点に対し燃料の噴射が早すぎると、噴射された燃料は燃焼することなくその一部が気筒壁面に付着し、次回の混合気に混入して上記の共役的臨界点を狂わせ、機関始動の失敗をもたらす虞れがある。
【０００３】
気筒内にて圧縮された吸気の温度は、機関が冷温状態にて始動されるときと暖機状態にて始動されるときとでかなり大きく異なり、機関が冷温状態にて始動されるときには、機関が暖機状態にて始動されるときに比して該温度が低いことにより、上記の共役的臨界点をなす圧力の方が高くなるので、機関の冷温始動時には吸気の圧縮度を上げることが望まれる。かかる事情に鑑み、可変バルブタイミング（Variable Valve Timing、略してＶＶＴ）として知られる吸気弁や排気弁の開閉のタイミングを可変に制御する技術を組み込んだ機関に於いて、機関の冷温始動時には吸気弁の閉じ位相を早めることによりクランキングによる吸気の圧縮度を高めることが、本件出願人と同一人の出願に係る特開２０００−３２０３５６公報に記載されている。
【０００４】
尚、シリンダ内の吸気圧縮度を可変に制御することは、上記のＶＶＴによる以外にも、弁開閉カムをそのカム面の回転軸線からの偏倚が該回転軸線に沿って変化する３次元カムとして構成し、かかる３次元カムの軸線方向位置を調節することにより弁開閉リフトを可変に制御すること、クランク軸とピストンロッドの間の軸受部またはピストンロッドピストンの間の軸受部に調節可能な偏心スリーブを組み込んでピストンストロークを可変に制御すること、或はデコンプと称され、シリンダ内にて圧縮される吸気の一部を種々の手段にて逃がすこと等によっても行なうことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本件出願人は、本願と同日出願の特願２００１−１０８０７２にて、機関始動時に気筒内に於ける吸気圧縮度を変更することができる吸気圧縮度変更手段を有する内燃機関の始動方法にして、機関始動時の吸気圧縮度に対応させてクランキング態様を変更することを特徴とする内燃機関の始動方法を提案した。
【０００６】
上記の内燃機関始動方法の一つの実施の態様によれば、内燃機関が暖機状態にあるときの機関始動時には吸気圧縮度を相対的に低くしようとするところ、吸気圧縮度変更手段の誤作動により、吸気圧縮度が相対的に高く設定されたときには、燃料噴射を開始するクランク軸回転数を相対的に低くすることが行なわれる。
【０００７】
吸気圧縮度変更手段の例は、本件出願人と同一人の出願に係る特開２０００−３２０３５６公報に、可変バルブタイミング（Variable Valve Timing、略してＶＶＴ）装置として記載されている。このＶＶＴ装置は、クランク軸側から吸気弁のカム軸を駆動する歯車とカム軸との間に組み込まれたロータリピストン式のアクチュエータとして構成されており、内燃機関が冷温状態にて始動されるときには、吸気圧縮度を相対的に高く設定すべく、扇形シリンダ室内にそれに沿って揺動する扇形のロータリピストンを、その一方に設けられた孔に他方に設けられたピンがばねの作用により落とし込まれることにより、最進角位置にロックするようになっている。このような場合、シリンダもロータリピストンも共にカム駆動軸の回転と共に回転する部材であり、そこで生ずるピンの動き、即ちピンが孔に落とし込まれているか否か、を確認する信号を、機関の運転中かなりの高温と絶えざる振動に曝されるシリンダヘッド部より外部に取り出すことは、非常に困難である。またかかるＶＶＴ装置に於いては、吸気弁駆動カム軸と連結された被駆動側には常に回転に対する抵抗が作用しているので、クランク軸に同期する駆動側が回転するとき、シリンダとロータリピストンとの間の相対的位置は常に遅角側へ偏倚しようとする。従って、クランキングの開始前から上記のピンが孔に落とし込まれていないときには、一度クランキングが開始されると、ピンの位置と孔の位置とは益々隔たり、該クランキング中二度と最進角ロックは生ぜず、またクランキングの進行と共にＶＶＴ装置は遅角側へ偏倚する傾向にある。一方、クランキングの前から上記のピンが孔に落とし込まれてＶＶＴが最進角位置に設定されていると、機関始動時には、自動運転制御装置に於ける油圧系がまだ充分に機能しないことがあるので、ピンを孔より抜きたくても抜けないことがある。
【０００８】
シリンダ内の吸気圧縮度を可変に制御する手段として上に記した３次元カム、その他の手段のいづれについても、当該手段により設定されている吸気圧縮度を直接的に検出することは、上にＶＶＴ装置について記したと同様に、非常に困難である。しかし、上記別件同日出願の燃料噴射式内燃機関の始動方法を実施するためには、吸気圧縮度変更手段による吸気圧縮度の設定、特に上記のピンと孔の如き手段により高圧縮度に設定されているか否かを知ることが必要である。
【０００９】
本発明は、かかる要求に対処し、機関始動時に吸気圧縮度変更手段により吸気圧縮度が所定の高圧縮度に設定されているか否かを検出する方法を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、本発明は、機関始動時に気筒内に於ける吸気圧縮度を変更することができる吸気圧縮度変更手段を有する内燃機関の機関始動時に於ける吸気圧縮度変更手段の作動状態を検出する方法にして、電動機によるクランキングに対する内燃機関の反応により前記吸気圧縮度変更手段が吸気圧縮度を所定の高圧縮度に設定しているか否かを判断することを特徴とする方法を提供するものである。なお、当業者にとって理解される如く、内燃機関は、クランキング作動に対し、回転慣性及び筒内の空気の圧縮作用により抵抗を示す。従って、本明細書に於いては、電動機によるクランキングに対する内燃機関の反応を、内燃機関の抗クランキング反応（クランキングに抗する反応）と呼ぶこととする。
【００１１】
上記の如き本発明の方法の一つの態様に於いて、前記抗クランキング反応として、内燃機関のクランク軸のクランキングによる回転数増大過程に於ける回転数の変動が検出され、該変動の幅が所定のしきい値を越えるとき、吸気圧縮度変更手段が吸気圧縮度を前記所定の高圧縮度に設定していると判断してよい。
【００１２】
或はまた、上記の如き本発明の方法の別の態様に於いて、前記抗クランキング反応として、内燃機関のクランク軸のクランキングによる回転数に対する筒内圧の上昇度が検出され、或る所定のクランク軸回転数に対する筒内圧が或る所定値より高いとき前記吸気圧縮度変更手段が吸気圧縮度を前記所定の高圧縮度に設定していると判断してよい。
【００１３】
前記抗クランキング反応を筒内圧に基づいて検出するときには、筒内圧を検出する筒内圧センサは内燃機関の複数の気筒の一つに対し設けられ、機関停止時または機関始動時の少なくとも一方に於いて電動機によりクランク軸を回動させ、クランキング開始時のクランク軸回転位置が所定の一定位置に設定されるようにしてよい。
【００１４】
【発明の作用及び効果】
内燃機関を始動すべく電動機によりクランク軸を駆動するクランキングに於けるトルクの大きさは、通常、図１に示す如く、クランキングの開始と共に急速に或る所定値まで立ち上げられ、その後ほぼ一定の値に維持される。かかる駆動トルクによりクランク軸回転数（回転速度）は時間と共にほぼ線形的に増大するが、その際、吸気圧縮度が所定値を越えて高くならないときには、クランク軸回転数はクランキング時間の経過と共に、図２に示す如くほぼ一様に上昇する。これに対比して、吸気圧縮度が所定値を越えて高くなると、クランク軸回転数は、図３に例示する如く、一様な上昇度に対しかなりの変動を示す。
【００１５】
そこで、一つの実施例としては、電動機によるクランキングに対するこのようなクランク軸回転数増大過程に於けるクランク軸回転数の変動を内燃機関の抗クランキング反応として捉えてこれを検出すれば、吸気圧縮度変更手段の作動状態、即ち、それによって吸気圧縮度が所定の高圧縮度に設定されているか否かを判断することができる。
【００１６】
特に、吸気圧縮度変更手段が上記の特許公開公報に記載されている如きＶＶＴ装置であって、機関冷温始動には吸気弁の閉じ位相がピンと孔の係合により最進角位置にロックされるようになっている場合には、かかるロック機構が作動しているときには、吸気弁閉じ位相は下死点より後(After Bottom Dead Center、略してＡＢＤＣ)で測って７０〜８０°の位置に設定され、これに対し機関暖機時には吸気弁閉じ位相は１１０°を越えるあたりまで遅らされるので、吸気圧縮度には図４に例示する如く吸気弁閉じ位相に対応して大きな差を生じており、かかる吸気圧縮度の差により、クランキングによるクランク軸回転数上昇の過程に於いて図２と３に対比して示したような差が生ずる。
【００１７】
また、かかるＶＶＴ装置により吸気弁閉じ位相を進めた場合と遅らせた場合とでは、内燃機関のクランク軸のクランキングによる回転数に対する筒内圧の上昇度に図５に例示する如き差が現れる。従って、かかる特性に基づき、或る所定のクランク軸回転数に対する筒内圧が或る所定値より高いとき吸気弁の閉じ位相が前記ロック機構により前記進角位置にロックされており、即ち、原理的には、吸気圧縮度は所定の高圧縮度に設定されており、そうでないとき吸気圧縮度は所定の高圧縮度には設定されていない、と判断してよい。
【００１８】
【発明の実施の態様】
図６は、本発明による機関始動時の吸気圧縮度検出方法の実施の対象となるハイブリッド車の駆動構成を、その一例について解図的に示す図である。図に於いて、１は一例として４気筒４サイクルエンジンとして構成された内燃機関である。内燃機関のクランク軸１ａには、遊星歯車機構を備えた駆動連結装置２を介して発電機３と電動機４とが互いに動力を伝達し合う関係に連結されている。更にこれらの駆動連結体には、図示の例では電動機の軸部を介して変速機５が連結されており、内燃機関、発電機、電動機は、この変速機および一対の車軸７ａ、７ｂを経て駆動輪６ａ、６ｂと動力関係に連結されている。尚、図示の例では、変速機５の一部に差動歯車機構８が組み込まれており、変速機５を経て一対の車軸７ａ、７ｂに伝達される回転動力は車軸７ａ、７ｂに差動的に伝達されるようになっている。９は蓄電装置であり、インバータ１０を経て発電機３および電動機４と電気的に接続されている。発電機は、車輌減速走行中の車輌慣性または内燃機関の一方または両方により駆動されることにより、発電を行って蓄電装置を充電し、電動機はこの蓄電装置を電源として適宜車輌を駆動する。尚、図示の構成では、発電機３と電動機４とは別々の装置として設けられているが、これら両者は電動発電機（モータ・ジェネレータ）と称される一体の装置であって、電気回路の切換えにより電動機または発電機として作動するものにより置き換えられてもよい。
【００１９】
１１は上記の特許公開公報に記載されている如く、クランク軸側から図示は省略されている吸気弁のカム軸を駆動する歯車とカム軸との間に組み込まれたロータリピストン式のアクチュエータとして構成されたＶＶＴ装置であり、機関の冷温始動時に吸気弁の閉じ位相を７０〜８０°程度の進角位置にロックして吸気圧縮度を所定の高い値に設定することができ、また機関暖機後には吸気弁の閉じ位相を１１０°を越えるあたりまで遅らせ、吸気圧縮度を十分下げるようになっている。
【００２０】
内燃機関１、そのＶＶＴ装置１１、発電機３、電動機４、変速機５の作動は、コンピュータを組み込んだ電気式制御装置１２により制御される。電気式制御装置１２には、クランク軸回転数センサ１３よりクランク軸回転数（回転速度）を示す信号と、この実施例では４気筒中の一つの気筒に対してのみ設けられた気筒圧センサ１４より気筒圧を示す信号と、機関冷却水温センサ１５より機関の温度状態を示す信号とが、それぞれ供給されている。但し、クランク軸回転数、即ち、機関回転速度は、通常あらゆる車輛の運転制御に使用されるので、クランク軸回転数センサ１３は本発明の実施には使用しない場合にも、ほぼ間違いなく設けられるが、気筒圧センサ１４は、本発明に関する限り、本発明を気筒圧の検出に基づいて実施する場合に限り設けられればよい。尚、電気式制御装置１２には、更にその他の一般的入力信号として、アクセルペダルの踏込量Ｄpを示す信号および車速Ｓvを示す信号が、それぞれ図には示されていないセンサより供給されている。
【００２１】
本発明を図３に示されている如きクランク軸回転数の変動に基づいて実施する場合には、電気式制御装置１２は、クランク軸回転数センサ１３より供給される信号よりクランキングによるクランク軸回転数の立上がりに於ける変動を求め、その変動幅が或る所定のしきい値を越えるか否かに応じて吸気弁が進角位置にロックされているか否かを検出する。
【００２２】
また、本発明を図５に示されている如き筒内圧の偏差に基づいて実施する場合には、電気式制御装置１２は、筒内圧センサ１４より供給される信号よりクランキングによる筒内圧の立上がりに於けるクランク軸回転数に対比した筒内圧のピーク値を求め、それが進角状態に相当するのか遅角状態に相当するのかに応じて、吸気弁が最進角位置にロックされているか否かを検出する。尚、図示の実施例に於ける如く、筒内圧センサ１４が多気筒内燃機関の一気筒に対してのみ設けられているときには、機関を停止したとき、或は機関始動に当ってクランキングを開始する前に、電気式制御装置１２により電動機４を作動させて、クランク軸の回動位置を、筒内圧センサ１４がクランキングの当初からクランキング時間の進行に対し図５に示されている如き所定の対応関係を保った筒内圧の検出できるようにするのが好ましい。
【００２３】
かくして、本発明によれば、機関のクランキング始動に当って吸気圧縮度変更手段が吸気圧縮度を所定の高圧縮度に設定しているか否かを検出し、これとの関係に於いて上記別件同時出願による内燃機関の始動方法をより適切にに実行せしめることができる。
【００２４】
以上に於いては本発明を二つの実施例について詳細に説明したが、本発明の範囲内にて他に種々の実施例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関始動時クランキングに於けるクランキングトルクの一般的な掛け方を示す線図。
【図２】図１に示す如きクランキングトルクにより吸気圧縮度が比較的低い場合にクランク軸回転数が上昇する態様を示す線図。
【図３】同様のクランキングトルクにより吸気圧縮度がある臨界的所定値以上に高い場合にクランク軸回転数が上昇する態様を示す線図。
【図４】吸気弁閉じ位相とクランク軸回転数と筒内圧の関係を実験結果に基づいて例示する線図。
【図５】吸気弁閉じ位相が比較的早い時とそれが比較的遅い時とでクランキングの進行に伴って気筒内に生ずる筒内圧の変化を例示する線図。
【図６】本発明による機関始動時の吸気圧縮度変検出方法の適用の対象となるハイブリッド車の駆動構成の一例を解図的に示す図。
【符号の説明】
１…内燃機関
１ａ…クランク軸
２…駆動連結装置
３…発電機
４…電動機
５…変速機
６ａ、６ｂ…駆動輪
７ａ、７ｂ…車軸
８…差動歯車機構
９…蓄電装置
１０…インバータ
１１…ＶＶＴ装置
１２…電気式制御装置
１３…クランク軸回転数センサ
１４…筒内圧センサ
１５…機関冷却水温センサ
【図１】
0003864720.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003864720.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003864720.tif 000006
【図６】
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