(57)【要約】【課題】エンジン始動時の吸気抵抗を小さくして１回目の乗り越しトルクを低減することができると共に、圧縮工程の気筒における圧縮抵抗を小さくして平均クランキングトルクを低減することができ、スタータモータやバッテリー等の小型化を図ることができるエンジンの吸気制御装置を提供する。【解決手段】第１気筒＃１の圧縮工程と第３気筒＃３の吸気行程とのタイミングが重なると共に、第４気筒＃４の圧縮工程と第２気筒＃２の吸気行程とのタイミングが重なるように設定されるエンジン１０において、エンジン始動時に、吸気制御弁１５をアイドリング回転時の開度より大きい開度である第１開度ＯＤ１に設定してクランキングを開始し、１回目の圧縮工程の終了後、吸気制御弁１５を第１開度ＯＤ１より小さい開度である第２開度ＯＤ２に設定してクランキングを行う。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒と、前記複数の気筒の吸気通路にそれぞれ設けられ、前記各吸気通路を開閉し前記各気筒への吸気量を制御する吸気制御弁と、前記各吸気制御弁の開閉を行うアクチュエータと、を備え、
前記複数の気筒のうちの１つの気筒の圧縮工程と、前記複数の気筒のうちの他の１つの気筒の吸気工程とのタイミングが重なるように設定されるエンジンの吸気制御装置において、
エンジン始動時に、前記吸気制御弁をアイドリング回転時の開度より大きい開度である第１開度に設定してクランキングを開始し、
１回目の圧縮工程の終了後、前記吸気制御弁を前記第１開度より小さい開度である第２開度に設定してクランキングを行うことを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
【請求項２】
前記第２開度は、冷却水の温度に対応して予め決められた開度に設定されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気制御装置。
【請求項３】
前記第２開度は、全閉に設定されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒を有し、圧縮工程と吸気工程とのタイミングが重なるように設定されるエンジンの吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジンのクランキングにおいては、クランキング開始時にエンジンの吸気量を制御する吸気制御弁が閉じているので、吸気行程にある気筒の吸気抵抗が大きくなる。そして、圧縮工程と吸気行程とのタイミングが重なる気筒を有するエンジンにおいては、クランキング開始時に圧縮工程が始まる気筒の圧縮抵抗と、吸気行程が始まる気筒の吸気抵抗とが重なって、１回目の乗り越しトルク（１回目の圧縮工程が終了するときのトルク）が大きくなる。従って、この１回目の乗り越しトルクを上回る発生トルクを有するスタータモータ、スタータモータに大電流を供給可能な大容量バッテリー、或いはエンジン始動時におけるギヤレシオへの考慮などが必要であった。
【０００３】
また、エンジンの始動に関しては、ハイブリッド車両でのクランキングにおいて、エンジンの始動性の改善を図ったものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のハイブリッド車両の制御装置は、車両が停止した状態からモータ駆動によって走行を開始し、エンジン回転数が所定の回転数に達するまでの間はエンジンに燃料を供給せず、且つ吸排気バルブのタイミングをオーバーラップさせると共に吸気制御弁の開度を大きくして、ポンピング抵抗を低減させ、エンジン回転数が所定の回転数に達した時点で、吸排気バルブのタイミング及び吸気制御弁の開度を元の状態に戻した後、燃料を供給してエンジンを始動させる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１８５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載のハイブリッド車両の制御装置では、エンジンの始動時に、吸気制御弁を開いてポンピング抵抗を低減させた状態でクランキングを行っているが、吸気制御弁を開いた状態でのクランキングは吸気量が大きく、圧縮工程の気筒においては圧縮抵抗が大きくなってしまい、平均クランキングトルクが増大してしまう。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジン始動時の吸気抵抗を小さくして１回目の乗り越しトルクを低減することができると共に、圧縮工程の気筒における圧縮抵抗を小さくして平均クランキングトルクを低減することができ、スタータモータやバッテリー等の小型化を図ることができるエンジンの吸気制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数の気筒と、複数の気筒の吸気通路にそれぞれ設けられ、各吸気通路を開閉し各気筒への吸気量を制御する吸気制御弁と、各吸気制御弁の開閉を行うアクチュエータと、を備え、複数の気筒のうちの１つの気筒の圧縮工程と、複数の気筒のうちの他の１つの気筒の吸気工程とのタイミングが重なるように設定されるエンジンの吸気制御装置において、エンジン始動時に、吸気制御弁をアイドリング回転時の開度より大きい開度である第１開度に設定してクランキングを開始し、１回目の圧縮工程の終了後、吸気制御弁を第１開度より小さい開度である第２開度に設定してクランキングを行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、第２開度は、冷却水の温度に対応して予め決められた開度に設定されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１の構成に加えて、第２開度は、全閉に設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、エンジン始動時に、吸気制御弁をアイドリング回転時の開度より大きい開度である第１開度に設定してクランキングを開始するため、吸気工程の気筒の吸気抵抗を小さくすることができる。これにより、１回目の乗り越しトルクを低減することができるので、スタータモータやバッテリー等の小型化を図ることができる。
【００１１】
また、１回目の圧縮工程の終了後、吸気制御弁を第１開度より小さい開度である第２開度に設定してクランキングを行うため、吸気制御弁が第１開度で開かれたまま圧縮工程が行われる場合と比較して、圧縮工程の気筒の圧縮抵抗を小さくすることができ、平均クランキングトルクを低減することができる。さらに、平均クランキングトルクを低減することにより、平均クランキング回転数を高めることができるので、エンジンの始動時間を短縮することができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、第２開度が、冷却水の温度に対応して予め決められた開度に設定されるため、吸気制御弁の開度をエンジンの状態に合わせて最適化することができ、平均クランキングトルクを更に低減することができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、第２開度が、全閉に設定されるため、空気を圧縮する際の圧縮抵抗を小さくすることができ、平均クランキングトルクを更に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るエンジンの吸気制御装置の各実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００１５】
（第１実施形態）
まず、図１〜図６を参照して、本発明に係るエンジンの吸気制御装置の第１実施形態について説明する。
図１は本発明に係るエンジンの吸気制御装置の第１実施形態を説明するためのシステム構成概要図、図２は４気筒４サイクルエンジンのサイクルチャート、図３はクランキング時の抵抗要因を説明するための概念図、図４は吸気量とクランキングトルク、及び吸気量とクランキング回転数との関係を示すグラフ、図５は第１実施形態の吸気制御弁の制御手順を示すフローチャート、図６は図５の制御における吸気制御弁の開度、エンジン回転数、スタータ電流値、及びクランクシャフトの回転位相を示すグラフである。
【００１６】
本実施形態のエンジン１０は、第１〜第４気筒＃１〜＃４を備える４サイクルエンジンであり、図１に示すように、クランクシャフト１１の回転によってシリンダ室１２内で往復駆動されるピストン１３を備える。また、エンジン１０の吸気通路１４には、吸気制御弁１５及び燃料噴射装置１６が配設される。また、吸気ポート１７は、吸気バルブ１８によって開閉可能である。
【００１７】
吸気制御弁１５は、アクチュエータ１９を駆動することで、吸気通路１４を開閉し、吸気量を制御する。また、吸気制御弁１５の下流に配置される燃料噴射装置１６は、エンジン１０の運転状況に応じた量の燃料を噴射する。そして、噴射された燃料は、空気との混合ガスを形成して、吸気バルブ１８を介してエンジン１０の燃焼室２０に供給される。
【００１８】
エンジン１０の排気ポート２１は、排気バルブ２２によって開閉可能とされ、燃焼された排気ガスは、燃焼室２０から排気バルブ２２を介して排気通路２３に排出され、不図示の排気管、触媒装置、及び消音器を介して大気中に放出される。また、吸気バルブ１８及び排気バルブ２２は、それぞれ吸気側カムシャフト２４及び排気側カムシャフト２５に設けられるカム２４ａ，２５ａによって開閉駆動される。
【００１９】
吸気制御弁１５及び燃料噴射装置１６は、吸気制御装置である電子制御ユニット（ＥＣＵ）２６に接続される。そして、吸気制御弁１５は、電子制御ユニット２６により駆動されるアクチュエータ１９により開度が制御されて、燃焼室２０に供給される吸気量を制御する。また、燃料噴射装置１６は、電子制御ユニット２６により燃料噴射量や燃料噴射時期が制御される。
【００２０】
また、電子制御ユニット２６には、吸気通路１４の吸気量を検出するエアフローメータ２７、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ２８、クランクシャフト１１の角度を検出するクランク角センサ２９、及び冷却水の温度を検出する水温センサ３０等の各種センサが接続されており、電子制御ユニット２６は、これら各種センサから入力される検出信号に基づいて、吸気制御弁１５及び燃料噴射装置１６を制御する。
【００２１】
ここで、図２に示すように、エンジン１０の第１〜第４気筒＃１〜＃４は、互いに異なるタイミングで駆動している。即ち、第１気筒＃１の圧縮工程と第３気筒＃３の吸気行程とのタイミングが重なり、第４気筒＃４の圧縮工程と第２気筒＃２の吸気行程とのタイミングが重なるようにして、各気筒のタイミングが設定されている。
【００２２】
このようなエンジン１０の停止位相は、混合ガスの圧縮のために抵抗が大きくなる、いずれかの気筒が圧縮工程となる前の位置で停止する。従って、クランキングの開始位置は、いずれかの気筒の圧縮工程から開始されることとなる。例えば、図２に示す第１気筒＃１の圧縮工程前の位置ＳＰで停止し、この停止位置ＳＰからクランキングが開始される場合、クランキングトルクは、図３（ａ）に示すように、第１気筒＃１の圧縮抵抗、第３気筒＃３の吸気抵抗、及び機械的な摩擦抵抗の合計値となる。スタータモータには、上記クランキングトルク以上の発生トルクが要求されるので、クランキングトルクをできるだけ小さくすることが望ましい。そして、図３（ｂ）に示すように、クランキング開始に先立って、吸気制御弁１５の開度を大きく開いておけば、第３気筒＃３の吸気抵抗を小さくすることができるので、クランキングトルクを低減することができる。
【００２３】
また、図４に示すように、エンジン１０のクランキングトルクは、吸気量Ｇａによって異なる。そして、図中折れ線Ａで示すように、クランキング中で、最も大きな値を示す１回目の乗り越しトルク（１回目の圧縮工程が終了する時のトルク）ＦＴは、吸気量Ｇａが多い程小さくなる。また、平均クランキングトルクＡＴは、図中折れ線Ｂで示すように、吸気量Ｇａが少ない程小さくなる。また、平均クランキング回転数Ｎｅは、図中折れ線Ｃで示すように、吸気量Ｇａが少ない程高くなる。
【００２４】
なお、図４に示すように、最も多い吸気量Ｇａ（２．６８ｇ／ｓｅｃ）は、冷却水の温度が−１０℃におけるアイドリング時の吸気量に、また、最も少ない吸気量Ｇａ（０．８２ｇ／ｓｅｃ）は、冷却水の温度が８０℃におけるアイドリング時の吸気量に相当する。
【００２５】
そして、図４から分かるように、１回目の圧縮工程が終了するまでは、吸気量Ｇａが多い状態でクランキングを開始して１回目の乗り越しトルクＦＴを低減し、それ以後は、吸気量Ｇａが少ない状態でクランキングを行って平均クランキングトルクＡＴを低減することによって、全体のクランキングトルクを低減している。
【００２６】
以下に、エンジン１０の吸気制御弁１５の制御について説明する。図５及び図６に示すように、まず、ステップＳ１でエンジン始動要求（スタータスイッチｏｎ）の有無が判別され、始動要求がなければ元の制御に戻り、始動要求があればステップＳ２に進んで、吸気制御弁１５を第１開度ＯＤ１に設定する（図６（ａ）参照）。そして、本実施形態では、第１開度ＯＤ１は、安定後のアイドリング回転時の開度より大きい開度であり、例えば、図４における吸気量ＧａＡ（２．６８ｇ／ｓｅｃ）に相当する開度である。
【００２７】
そして、スタータモータによってクランクシャフト１１を回転させてクランキングを開始すると、図６（ｂ）に示すようにエンジン回転数が立ち上がる。このとき、吸気制御弁１５が第１開度ＯＤ１に設定されているので、第３気筒＃３の吸気抵抗が小さくなり、１回目の乗り越しトルクＦＴが低減される。これにより、スタータモータに要求される発生トルクが小さくなるので、スタータモータ及びスタータモータに電力を供給するバッテリーを小型化することが可能となる。
【００２８】
次に、ステップＳ３で１回目の乗り越しが終了したか否かが判別される。即ち、第１気筒＃１の圧縮工程の終了が判別される。圧縮工程の終了は、カムパルサー信号ＡＳによって検出される（図６（ｄ）参照）。なお、１回目の乗り越し終了の判別は、エンジン回転数が設定値以上となること（図６（ｂ）参照）、スタータモータへ供給する電流値が設定値以下となること（図６（ｃ）参照）、或いは、吸気圧が基準値以上となること等によって検出するようにしてもよい。
【００２９】
そして、１回目の乗り越しが終了していなければ、ステップＳ２の前に戻り、１回目の乗り越しの終了が検出されると、ステップＳ４に進んで、吸気制御弁１５を第２開度ＯＤ２に設定する。そして、本実施形態では、第２開度ＯＤ２は、第１開度ＯＤ１より小さな開度、且つ冷却水の温度に対応して予め決められた開度であり、例えば、図４における吸気量ＧａＢ（０．８２ｇ／ｓｅｃ）に相当する開度である。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態のエンジンの吸気制御装置によれば、エンジン始動時に、吸気制御弁１５をアイドリング回転時の開度より大きい開度である第１開度ＯＤ１に設定してクランキングを開始するため、吸気工程にある第３気筒＃３の吸気抵抗を小さくすることができる。これにより、１回目の乗り越しトルクＦＴを低減することができるので、スタータモータやバッテリー等の小型化を図ることができる。
【００３１】
また、１回目の圧縮工程の終了後、吸気制御弁１５を第１開度ＯＤ１より小さい開度である第２開度ＯＤ２に設定してクランキングを行うため、吸気制御弁１５が第１開度ＯＤ１で開かれたまま圧縮工程が行われる場合と比較して、圧縮工程にある第１気筒＃１の圧縮抵抗を小さくすることができ、平均クランキングトルクＡＴを低減することができる。さらに、平均クランキングトルクＡＴを低減することにより、平均クランキング回転数Ｎｅを高めることができるので、エンジン１０の始動時間を短縮することができる。
【００３２】
また、本実施形態のエンジンの吸気制御装置によれば、第２開度ＯＤ２が、冷却水の温度に対応して予め決められた開度に設定されるため、吸気制御弁１５の開度をエンジン１０の状態に合わせて最適化することができ、平均クランキングトルクＡＴを更に低減することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、図７及び図８を参照して、本発明に係るエンジンの吸気制御装置の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態のエンジンの吸気制御装置では、吸気制御弁の制御以外は、第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
図７は第２実施形態の吸気制御弁の制御手順を示すフローチャート、図８は図７の制御における吸気制御弁の開度、エンジン回転数、スタータ電流値、及びクランクシャフトの回転位相を示すグラフである。
【００３４】
図７及び図８に示すように、本実施形態では、まず、ステップＳ１でエンジン始動要求（スタータスイッチｏｎ）の有無が判別され、始動要求がなければ元の制御に戻り、始動要求があればステップＳ２に進んで、吸気制御弁１５を第１開度ＯＤ１に設定する。そして、本実施形態では、第１開度ＯＤ１は、安定後のアイドリング回転時の開度より大きい開度であり、例えば、図４における吸気量ＧａＡ（２．６８ｇ／ｓｅｃ）に相当する開度である。
【００３５】
そして、スタータモータによってクランクシャフト１１を回転させてクランキングを開始すると、図８（ｂ）に示すようにエンジン回転数が立ち上がる。このとき、吸気制御弁１５が第１開度ＯＤ１に設定されているので、第３気筒＃３の吸気抵抗が小さくなり、１回目の乗り越しトルクＦＴが低減される。
【００３６】
次に、ステップＳ３で１回目の乗り越しが終了したか否かが判別される。即ち、第１気筒＃１の圧縮工程の終了が判別される。圧縮工程の終了は、カムパルサー信号ＡＳによって検出される（図８（ｄ）参照）。なお、１回目の乗り越し終了の判別は、エンジン回転数が設定値以上となること（図８（ｂ）参照）、スタータモータへ供給する電流値が設定値以下となること（図８（ｃ）参照）、或いは、吸気圧が基準値以上となること等によって検出するようにしてもよい。
【００３７】
そして、１回目の乗り越しが終了していなければ、ステップＳ２の前に戻り、１回目の乗り越しの終了が検出されると、ステップＳ４に進んで、吸気制御弁１５を本実施形態の第２開度ＯＤ２である全閉に設定する（図８（ａ）参照）。
【００３８】
次に、ステップＳ５で完爆信号の入力の有無が判別され、完爆信号の入力がなければ、ステップＳ４の前に戻り、完爆信号の入力が確認されると、ステップＳ６に進んで、吸気制御弁１５を第３開度ＯＤ３に設定する。そして、本実施形態では、第３開度ＯＤ３は、冷却水の温度に対応して予め決められた開度であり、例えば、図４における吸気量ＧａＢ（０．８２ｇ／ｓｅｃ）に相当する開度である。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態のエンジンの吸気制御装置によれば、第２開度ＯＤ２が、全閉に設定されるため、吸気制御弁１５が第１開度ＯＤ１で開かれたまま圧縮工程が行われる場合と比較して、圧縮工程にある第１気筒＃１の圧縮抵抗を小さくすることができ、平均クランキングトルクＡＴを更に低減することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
【００４０】
（第３実施形態）
次に、図９を参照して、本発明に係るエンジンの吸気制御装置の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態のエンジンの吸気制御装置では、吸気制御弁の制御以外は、第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
図９は第３実施形態の制御における吸気制御弁の開度及びエンジン回転数を示すグラフである。
【００４１】
ところで、従来のクランキングにおいては、吸気制御弁１５をファーストアイドルに必要な開度としてクランキングを行っているが、低温環境下でのクランキングにおいては、ファーストアイドルに必要な吸気量は常温の２倍以上となる。従って、吸気された大量の空気を圧縮するために圧縮抵抗が大きくなるので、クランキングトルクが大きくなってスタータモータやバッテリーを大きくしなければならないという問題があった。
【００４２】
この問題に対処するため、本実施形態では、図９に示すように、クランキング開始時は、吸気制御弁１５を本実施形態の第１開度ＯＤ１である完爆に必要な吸気量を得ることができる小さな開度に設定して、吸気量を抑制して圧縮抵抗の低減を図る。そして、エンジン回転数Ｎが設定された回転数Ｎａを越えた時、吸気制御弁１５を本実施形態の第２開度ＯＤ２であるファーストアイドルに必要な開度に設定して、クランキングトルクを低減する。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
【００４３】
なお、本発明は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記各実施形態では、吸気量を吸気制御弁で制御するエンジンに本発明を適用した場合を例示したが、これに限定されず、吸気量をＩＡＣＶ(Ｉｄｌｅ  Ａｉｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｖａｌｖｅ)で制御するエンジンに本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係るエンジンの吸気制御装置の第１実施形態を説明するためのシステム構成概要図である。
【図２】４気筒４サイクルエンジンのサイクルチャートである。
【図３】クランキング時の抵抗要因を説明するための概念図である。
【図４】吸気量とクランキングトルク、及び吸気量とクランキング回転数との関係を示すグラフである。
【図５】第１実施形態の吸気制御弁の制御手順を示すフローチャートである。
【図６】図５の制御における吸気制御弁の開度、エンジン回転数、スタータ電流値、及びクランクシャフトの回転位相を示すグラフである。
【図７】第２実施形態の吸気制御弁の制御手順を示すフローチャートである。
【図８】図７の制御における吸気制御弁の開度、エンジン回転数、スタータ電流値、及びクランクシャフトの回転位相を示すグラフである。
【図９】第３実施形態の制御における吸気制御弁の開度及びエンジン回転数を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１０    エンジン
１１    クランクシャフト
１２    シリンダ室
１３    ピストン
１４    吸気通路
１５    吸気制御弁
１６    燃料噴射装置
１７    吸気ポート
１８    吸気バルブ
１９    アクチュエータ
２０    燃焼室
２１    排気ポート
２２    排気バルブ
２３    排気通路
２４    吸気側カムシャフト
２５    排気側カムシャフト
２６    電子制御ユニット（吸気制御装置、ＥＣＵ）
２７    エアフローメータ
２８    アクセル開度センサ
２９    クランク角センサ
３０    水温センサ
♯１    第１気筒
♯２    第２気筒
♯３    第３気筒
♯４    第４気筒
ＳＰ    停止位置
Ｇａ    吸気量
ＦＴ    １回目の乗り越しトルク
ＡＴ    平均クランキングトルク
Ｎｅ    平均クランキング回転数
ＡＳ    カムパルサー信号
【図１】
2009127550.tif 000003
【図２】
2009127550.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009127550.tif 000008
【図７】
2009127550.tif 000009
【図８】
2009127550.tif 000010
【図９】
2009127550.tif 000011