(57)【要約】【課題】フューエルハンマーやエンジンオイルの希釈の発生を防止しつつ、始動性を向上させる。【解決手段】内燃機関の始動制御装置（１）は、アルコールを含んでなる燃料（１６１）を使用可能な内燃機関（１１）、少なくとも内燃機関が始動するまでの間、内燃機関を回転させるモータ（１７）、及びモータに電力を供給するバッテリ（１４）を備える車両における内燃機関の始動制御装置である。該内燃機関の始動制御装置は、内燃機関の吸気バルブ（１１３）のバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング変更手段（１２）と、燃料に含まれるアルコールの濃度を検出するアルコール濃度検出手段（２１）と、内燃機関を始動させる際に、検出された濃度に応じて、バルブタイミングを変更するようにバルブタイミング変更手段を制御する制御手段（１５）とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコールを含んでなる燃料を使用可能な内燃機関、少なくとも前記内燃機関が始動するまでの間、前記内燃機関を回転させるモータ、及び前記モータに電力を供給するバッテリを備える車両における前記内燃機関の始動制御装置であって、
前記内燃機関の吸気バルブのバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング変更手段と、
前記燃料に含まれるアルコールの濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、
前記内燃機関を始動させる際に、前記検出された濃度に応じて、前記バルブタイミングを変更するように前記バルブタイミング変更手段を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記検出された濃度に応じて、前記バルブタイミングの目標となる目標バルブタイミングを設定するバルブタイミング設定手段を含み、
前記バルブタイミングが、前記設定された目標バルブタイミングになるように、前記バルブタイミング変更手段を制御する
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。
【請求項３】
前記内燃機関が始動されるまでの間における、前記内燃機関に係る情報を蓄積する情報蓄積手段を更に備え、
前記バルブタイミング設定手段は、前記蓄積された情報から、前記検出された濃度に対応する情報を特定して、前記目標バルブタイミングを設定する
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項４】
前記モータにより前記内燃機関が回転されている際に、前記バッテリの充電残量を検出する充電残量検出手段と、
前記検出された充電残量に応じて、前記設定された目標バルブタイミングを補正するバルブタイミング補正手段と
を更に備え、
前記制御手段は、前記検出された充電残量に応じたトルクが出力されるように前記モータを制御しつつ、前記バルブタイミングが、前記補正された目標バルブタイミングになるように前記バルブタイミング変更手段を制御する
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記検出された濃度が高い程、前記バルブタイミングが進角されるように前記バルブタイミング変更手段を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関の温度を検出する温度検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記検出された温度が温度閾値より低いことを条件に、前記検出された濃度に応じて、前記バルブタイミングを変更するように前記バルブタイミング変更手段を制御する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関のエンジンオイルの粘度を検出するオイル粘度検出手段を更に備え、
前記制御手段は、更に前記検出された粘度に応じて、前記バルブタイミングを変更するように前記バルブタイミング変更手段を制御する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項８】
前記バルブタイミング変更手段は、油圧駆動式の可変バルブ機構であり、
前記可変バルブ機構は、
前記内燃機関により油圧を発生可能な第１油圧ポンプと、
前記バッテリにより前記油圧を発生可能な第２油圧ポンプと
を有する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記内燃機関を始動させる際に、前記油圧を発生させるように前記第２油圧ポンプを制御することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ガソリン及びアルコールを含んでなる燃料を使用可能な内燃機関、並びにモータ・ジェネレータを備えるハイブリッド車等の車両における内燃機関の始動制御装置に関し、特に、バルブタイミング制御の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の始動制御装置として、例えば、始動時に、燃料中のアルコール濃度及びエンジンの冷却水温度に応じて、クランキング回転数及び燃料噴射量が決定される制御装置が提案されている。ここでは特に、クランキング回転数を、アルコール濃度が高い程且つ冷却水温度が低い程低下するように設定すると共に、燃料噴射量を、アルコール濃度が高い程且つ冷却水温度が低い程増加するように設定することによって、始動特性を向上させる技術が開示されている（特許文献１参照）。或いは、内燃機関の始動時のバッテリの状態に応じて、開弁特性を可変動弁機構により制御する制御装置が提案されている（特許文献２参照）。
【０００３】
或いは、始動時における内燃機関の冷却水温度に応じて、吸気バルブの閉タイミングを変更するバルブタイミング調整装置が提案されている。ここでは特に、冷却水温度が低いときに、閉タイミングを進角させることによって、冷間時の始動を容易にする技術が開示されている（特許文献３参照）。或いは、クランキング回転数が低いほど、またエンジン水温が低いほど、吸気弁閉時期の目標値を進角側に設定し、実際の吸気弁閉時期と目標値とが一致した際に燃料噴射を行う始動制御装置が提案されている（特許文献４参照）。
【０００４】
或いは、エンジンをクランキングするモータの出力トルクの目標トルクを、徐々に増大させると共に、その大きさを冷却水温度により定まる最大トルクに制限する始動制御装置が提案されている。ここでは特に、冷間時に目標トルクが低く抑えられることにより、バッテリの電力の無駄な消費を抑制する技術が開示されている（特許文献５参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７―２１１６５９号公報
【特許文献２】特開２００６−２９１７９２号公報
【特許文献３】特開平１０−２２７２３６号公報
【特許文献４】特開２０００−１５４７５３号公報
【特許文献５】特開平１１−１５３０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、燃料中のアルコール濃度が高い程且つ冷却水温度が低い程、燃料噴射量が増加される。すると、未燃燃料が燃焼室内に溜まり、フューエルハンマーが生じたり、未燃燃料によるエンジンオイルの希釈が生じたりする可能性があるという技術的問題点がある。
【０００７】
また、特許文献２乃至５に記載の技術によれば、アルコール燃料については考慮されていない。すると、特許文献２乃至５に記載の技術をアルコール燃料を使用可能な内燃機関に適用した場合に、期待通りの効果を得られない可能性があるという技術的問題点がある。
【０００８】
本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、フューエルハンマーやエンジンオイルの希釈の発生を防止しつつ、始動性を向上させることができる内燃機関の始動制御装置を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の内燃機関の始動制御装置は、上記課題を解決するために、アルコールを含んでなる燃料を使用可能な内燃機関、少なくとも前記内燃機関が始動するまでの間、前記内燃機関を回転させるモータ、及び前記モータに電力を供給するバッテリを備える車両における前記内燃機関の始動制御装置であって、前記内燃機関の吸気バルブのバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング変更手段と、前記燃料に含まれるアルコールの濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、前記内燃機関を始動させる際に、前記検出された濃度に応じて、前記バルブタイミングを変更するように前記バルブタイミング変更手段を制御する制御手段とを備える。
【００１０】
本発明の内燃機関の始動制御装置によれば、当該始動制御装置が搭載される車両は、アルコールを含んでなる燃料を使用可能な、例えばエンジンである内燃機関、少なくとも該内燃機関が始動するまでの間、内燃機関を回転させるモータ、及び該モータに電力を供給するバッテリを備える。ここに、「内燃機関が始動する」とは、燃焼室内で、通常燃焼の状態が得られること、或いは内燃機関が完爆する状態になることをいう。言い換えれば、内燃機関におけるクランキングが完了することを意味する。また、「内燃機関を回転させる」とは、典型的には、内燃機関のクランキングシャフトをクランキングすることを意味する。
【００１１】
本発明に係る「モータ」は、典型的には、当該車両の駆動用のモータであるが、例えばスタータモータ等の内燃機関をクランキングする専用のモータであってもよい。或いは、モータ・ジェネレータ（電動発電機）において実現されるモータであってもよい。即ち、モータとして機能し得る限りにおいて、典型的には、ハイブリッド車両に用いられるモータ・ジェネレータを意味してもかまわない。
【００１２】
本発明に係る「アルコールを含んでなる燃料」とは、典型的には、アルコールと、例えばガソリン等の他の燃料との混合燃料（即ち、アルコール混合燃料）であるが、アルコールのみの燃料であってもよい。
【００１３】
例えば可変バルブ機構等であるバルブタイミング変更手段は、内燃機関の吸気バルブのバルブタイミングを変更可能である。尚、バルブタイミング変更手段は、吸気バルブに加えて、排気バルブのバルブタイミングをも変更可能であってよい。
【００１４】
アルコール濃度検出手段は、燃料に含まれるアルコールの濃度を検出する。尚、濃度の検出は、例えば濃度センサを、燃料タンクに設置して直接的に検出してもよいし、例えば内燃機関への供給燃料量及び空燃比を検出して、該検出された供給燃料量及び空燃比の関係から間接的に検出してもよい。
【００１５】
例えばメモリ、プロセッサ等を備えて構成される制御手段は、内燃機関を始動させる際に、検出された濃度に応じて、バルブタイミングを変更するようにバルブタイミング変更手段を制御する。ここに、「内燃機関を始動させる際」とは、典型的には、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）から始動指令信号が発信された時点、又は内燃機関のクランキング開始時点を意味する。更に、始動指令信号が発信された時点又はクランキング開始時点から多少時間的に遡った時点、或いは、始動指令信号が発信された時点又はクランキング開始時点から所定の微小時間経過した時点を含んでもよい。
【００１６】
尚、「検出された濃度に応じて、バルブタイミングを変更」とは、典型的には、検出された濃度に応じて、予め定められた所定期間内に、内燃機関を始動可能な圧縮端温度（即ち、圧縮圧力）を得ることができるようにバルブタイミングを変更することを意味する。具体的には例えば、検出された濃度が高い程、バルブタイミングが進角されるようにする。ここで、「所定期間」は、例えば内燃機関を始動させるまでに消費される電力量等に応じて設定すればよい。
【００１７】
制御手段は、典型的には、内燃機関のクランキングの初期段階では、内燃機関の回転数が上昇し易いようなバルブタイミングとなるようにバルブタイミング変更手段を制御し、内燃機関の回転数が比較的高くなった段階では、内燃機関を始動可能な圧縮端温度が得られるようなバルブタイミングとなるようにバルブタイミング変更手段を制御する。
【００１８】
本願発明者の研究によれば、アルコールを含んでなる燃料は、ガソリン燃料に比べて揮発性が低く、また、燃料に含まれるアルコールの濃度に応じて揮発性が異なる。特に、例えば摂氏−３０度等の低温環境下では、燃料が蒸発しにくいので、内燃機関を始動可能な混合気を得るためには、供給される燃料量を増加しなければならない。すると、未燃燃料に起因して、例えばフューエルハンマー、エンジンオイルの希釈等が生じるおそれがある。
【００１９】
加えて、アトキンソンサイクルを採用している内燃機関では、吸気バルブの閉じタイミングが遅く、所定の圧縮圧力を得るためには、比較的長時間、内燃機関をクランキングしなければならない。すると、バッテリの充電残量によっては、内燃機関を始動できないおそれがあることが判明している。
【００２０】
しかるに本発明では、制御手段により、検出された濃度に応じて、バルブタイミングを変更するようにバルブタイミング変更手段が制御される。これにより、所定時間内に、内燃機関を始動可能な圧縮端温度を得ることができ、速やかに内燃機関を始動させる（即ち、完爆させる）ことができる（即ち、始動性を向上させることができる）。この結果、内燃機関が始動されるまでに供給される燃料量を抑制することができ、該供給された燃料に起因する、例えばフューエルハンマー、エンジンオイルの希釈等を防止することができる。加えて、バッテリの消費量を抑制することができ、実用上非常に有利である。
本発明の内燃機関の始動制御装置の一態様では、前記制御手段は、前記検出された濃度に応じて、前記バルブタイミングの目標となる目標バルブタイミングを設定するバルブタイミング設定手段を含み、前記バルブタイミングが、前記設定された目標バルブタイミングになるように、前記バルブタイミング変更手段を制御する。
【００２１】
この態様によれば、例えばメモリ、プロセッサ等を備えて構成されるバルブタイミング設定手段は、検出された濃度に応じて、バルブタイミングの目標となる目標バルブタイミングを設定する。尚、「目標バルブタイミング」は、内燃機関を始動可能な圧縮端温度が得られるバルブタイミングに限らず、例えば微小時間経過後のバルブタイミングを意味してよい。この場合は、バルブタイミングの時間軸に対する変化割合を比較的容易に変更することができる。
【００２２】
具体的には例えば、内燃機関のクランキングの初期段階ではバルブタイミングを殆ど変更せず、内燃機関の回転数が上昇させ、内燃機関の回転数が比較的高くなった段階では、バルブタイミングを大きく変更して、比較的速やかに内燃機関を始動可能な圧縮端温度が得られるようにすることができる。
【００２３】
制御手段は、実際のバルブタイミングが、設定された目標バルブタイミングになるように、バルブタイミング変更手段を制御する。尚、「目標バルブタイミングになるように」とは、実際のバルブタイミングと目標バルブタイミングとが完全に一致する場合に限らず、例えば誤差範囲等、所定範囲内で一致する場合を含んでよい。
【００２４】
バルブタイミング設定手段を含む態様では、前記内燃機関が始動されるまでの間における、前記内燃機関に係る情報を蓄積する情報蓄積手段を更に備え、前記バルブタイミング設定手段は、前記蓄積された情報から、前記検出された濃度に対応する情報を特定して、前記目標バルブタイミングを設定してよい。
【００２５】
このように構成すれば、当該始動制御装置に学習機能を付与することができる。特に、例えば経年変化等に起因して、製造時の設計からずれが生じている場合に、経年変化等の影響をも考慮して目標バルブタイミングを設定することができ、実用上非常に有利である。
【００２６】
例えばメモリ、プロセッサ等を備えて構成される情報蓄積手段は、内燃機関が始動されるまでの間における、内燃機関に係る情報を蓄積する。ここに、「内燃機関が始動されるまでの間」とは、典型的には、例えばＥＣＵから始動指令信号が発信された時点、又は内燃機関のクランキング開始時点から、内燃機関が完爆したと判定されるまでの期間を意味する。また、「内燃機関に係る情報」とは、例えば内燃機関が始動するまでの時間、バルブタイミング、回転数、温度、供給燃料量、アルコール濃度等、内燃機関の始動に、直接的又は間接的に、関係する情報を意味する。尚、情報蓄積手段は、内燃機関が始動されるまでの間に限らず、常時、内燃機関に係る情報を蓄積してよい。
【００２７】
バルブタイミング設定手段は、蓄積された情報から、検出された濃度に対応する情報を特定して、目標バルブタイミングを設定する。尚、バルブタイミング設定手段は、検出された濃度に加えて、例えば内燃機関の温度等、複数の物理量又はパラメータに対応する情報を特定して、目標バルブタイミングを設定してもよい。
【００２８】
バルブタイミング設定手段を含む態様では、前記モータにより前記内燃機関が回転されている際に、前記バッテリの充電残量を検出する充電残量検出手段と、前記検出された充電残量に応じて、前記設定された目標バルブタイミングを補正するバルブタイミング補正手段とを更に備え、前記制御手段は、前記検出された充電残量に応じたトルクが出力されるように前記モータを制御しつつ、前記バルブタイミングが、前記補正された目標バルブタイミングになるように前記バルブタイミング変更手段を制御してよい。
【００２９】
このように構成すれば、内燃機関を始動させるまでのバッテリの電力消費量を抑制することができると共に、電力不足により内燃機関が始動されないということを防止することができ、実用上非常に有利である。
【００３０】
特に、低温、且つ高濃度アルコール燃料（例えば、アルコール濃度８０％）使用時では、内燃機関を始動させるために、バルブタイミングを進角させると共に、クランキング回転数を高回転数にしなければならない。すると、モータにおける電力消費量が比較的多くなり、バッテリが早期に劣化するおそれがあることが、本願発明者の研究により判明している。
【００３１】
しかるに本発明では、制御手段により、検出された充電残量に応じたトルクが出力されるようにモータが制御されると共に、バルブタイミングが、補正された目標バルブタイミングになるようにバルブタイミング変更手段が制御される。これにより、電力消費量を最適化することができ、結果として、バッテリの早期劣化を防止することができる。
【００３２】
充電残量検出手段は、モータにより内燃機関がクランキングされている際に、バッテリの充電残量を検出する。ここに、「モータにより内燃機関がクランキングされている際」とは、典型的には、内燃機関のクランキングが開始された後、内燃機関が始動する前までを意味する。
【００３３】
例えばメモリ、プロセッサ等を備えて構成されるバルブタイミング補正手段は、検出された充電残量に応じて、設定された目標バルブタイミングを補正する。制御手段は、検出された充電残量に応じたトルクが出力されるようにモータを制御しつつ、バルブタイミングが、補正された目標バルブタイミングになるようにバルブタイミング変更手段を制御する。
【００３４】
本発明の内燃機関の始動制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記検出された濃度が高い程、前記バルブタイミングが進角されるように前記バルブタイミング変更手段を制御する。
【００３５】
この態様によれば、制御手段によって、検出された濃度が高い程、バルブタイミングが進角されるようにバルブタイミング変更手段が制御されるので、早期に燃料を気化させることができ、実用上非常に有利である。
【００３６】
本発明の内燃機関の始動制御装置の他の態様では、前記内燃機関の温度を検出する温度検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記検出された温度が温度閾値より低いことを条件に、前記検出された濃度に応じて、前記バルブタイミングを変更するように前記バルブタイミング変更手段を制御する。
【００３７】
この態様によれば、温度検出手段は、内燃機関の温度を検出する。尚、温度検出手段は、例えば温度センサ等により、内燃機関の温度を直接的に検出してもよいし、例えば冷却水の温度等、内燃機関の温度と何らかの関係を有する物理量又はパラメータを検出して、該検出された物理量又はパラメータから、内燃機関の温度を間接的に検出してもよい。
【００３８】
制御手段は、検出された温度が温度閾値より低いことを条件に、検出された濃度に応じて、バルブタイミングを変更するようにバルブタイミング変更手段を制御する。他方、制御手段は、検出された温度が温度閾値より高いことを条件に、典型的には、バルブタイミングを変更しないようにバルブタイミング変更手段を制御する。
【００３９】
ここに、本発明に係る「温度閾値」とは、検出された濃度に応じてバルブタイミングを変更するようにバルブタイミング変更手段を制御するか否かを決定する値であり、予め固定値として又は何らかのパラメータに応じた可変値として設定される値である。このような温度閾値は、例えば摂氏−２０度であり、経験的若しくは実験的に又はシミュレーションによって、例えば、所定期間内に内燃機関を始動させることができる、内燃機関の温度とバルブタイミングとの関係を、燃料中のアルコール濃度毎に求めて、該求められた関係に基づいて、バルブタイミングが顕著に変化する温度として設定すればよい。
【００４０】
尚、検出された温度と温度閾値とが「等しい」場合は、どちらかの場合に含めて扱えばよい。
【００４１】
本発明の内燃機関の始動制御装置の他の態様では、前記内燃機関のエンジンオイルの粘度を検出するオイル粘度検出手段を更に備え、前記制御手段は、更に前記検出された粘度に応じて、前記バルブタイミングを変更するように前記バルブタイミング変更手段を制御する。
【００４２】
この態様によれば、オイル粘度検出手段は、内燃機関のエンジンオイルの粘度を検出する。尚、粘度検出手段は、例えばセンサ等により、エンジンオイルの粘度を直接的に検出してもよいし、例えばクランクシャフトのフリクショントルク等、エンジンオイルの粘度と何らかの関係を有する物理量又はパラメータを検出して、該検出された物理量又はパラメータから、エンジンオイルの粘度を間接的に検出してもよい。
【００４３】
制御手段は、更に検出された粘度に応じて、バルブタイミングを変更するようにバルブタイミング変更手段を制御する。制御手段は、典型的には、検出された濃度が高い程、且つ検出された粘度が低い程、バルブタイミングが進角されるように、バルブタイミング変更手段を制御する。
【００４４】
従って、エンジンオイルの粘度に起因して内燃機関をクランキングする際に要求されるトルクが増加する場合であっても、バルブタイミングを変更することにより、圧縮反力を低下させることによって、要求されるトルクを低減して、全体として電力消費量の増加を抑制することができ、実用上非常に有利である。
【００４５】
本発明の内燃機関の始動制御装置の他の態様では、前記バルブタイミング変更手段は、油圧駆動式の可変バルブ機構であり、前記可変バルブ機構は、前記内燃機関により油圧を発生可能な第１油圧ポンプと、前記バッテリにより前記油圧を発生可能な第２油圧ポンプとを有する。
【００４６】
この態様によれば、バルブタイミング変更手段は、油圧駆動式の可変バルブ機構である。該可変バルブ機構は、内燃機関を駆動源として油圧を発生可能な第１油圧ポンプと、バッテリを駆動源として油圧を発生可能な（即ち、電動式の）第２油圧ポンプとを有している。
【００４７】
本願発明者の研究によれば、一般的な可変バルブ機構は、内燃機関を駆動源とする油圧ポンプのみを有しているが、内燃機関を駆動源としているが故に、内燃機関の回転数が低い場合（例えば、クランキングの初期段階等）では、油圧が低下してしまう。すると、低回転領域では、油圧低下により可変バルブ機構の駆動力が低下して作動遅れが生じるおそれがあることが判明している。
【００４８】
しかるに本発明では、電動式の第２油圧ポンプを有しているので、内燃機関を始動させる際等、比較的低回転数の場合に、第２油圧ポンプにより油圧を発生させることによって、内燃機関の回転数に影響されることなく、適切に油圧を発生させることができる。従って、可変バルブ機構の作動遅れが生じることを防止することができ、実用上非常に有利である。
【００４９】
バルブタイミング変更手段が可変バルブ機構である態様では、前記制御手段は、前記内燃機関を始動させる際に、前記油圧を発生させるように前記第２油圧ポンプを制御してもよい。
【００５０】
このように構成すれば、比較的容易にして、実際のバルブタイミングを目標バルブタイミングとすることができ、実用上非常に有利である。
【００５１】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下、本発明の内燃機関の始動制御装置に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
【００５３】
＜第１実施形態＞
本発明に係る内燃機関の始動制御装置に係る第１実施形態を、図１乃至図６を参照して説明する。ここに、図１は、本実施形態に係る始動制御装置の構成を示すブロック図である。尚、図中の一点鎖線は、電力の流れを示している。
【００５４】
図１において、本実施形態に係る始動制御装置１が搭載される車両は、エンジン１１、モータ・ジェネレータ（ＭＧ）１３及び１７、バッテリ１４、燃料タンク１６並びに動力分配機構１８を備えて構成されている。ここに、本実施形態に係る「エンジン１１」及び「モータ・ジェネレータ１７」は、夫々、本発明に係る「内燃機関」及び「モータ」の一例である。尚、エンジン１１のクランキングは、典型的には、モータ・ジェネレータ１７により行われる。
【００５５】
動力分配機構１８は、遊星歯車機構を含んで構成され、該遊星歯車機構の遊星キャリアの回転軸１８１は、エンジン１１のクランクシャフトに接続されており、外輪歯車の回転軸１８２は、モータ・ジェネレータ１３に接続されており、太陽歯車の回転軸１８３は、モータ・ジェネレータ１７に接続されている。尚、遊星キャリアの回転軸１８１及び太陽歯車の回転軸１８３は、同軸上に配置されているが、説明の便宜上、図１では、回転軸１８１及び１８３を夫々異なる軸上に配置している。
【００５６】
始動制御装置１は、エンジン１１の吸気バルブ（図示せず）のバルブタイミングを変更可能な可変バルブ機構（ＶＶＴ）１２と、燃料タンク１６に貯留されているアルコールを含んでなる燃料１６１に含まれるアルコールの濃度を検出する濃度センサ２１と、バッテリ１４の充電残量を検出する充電残量センサ２２と、エンジン１１の温度を検出する温度センサ２３と、エンジン１１のエンジンオイルの粘度を検出する粘度センサ２４と、エンジンを始動させる際に、少なくとも検出された濃度に応じて、バルブタイミングを変更するように可変バルブ機構１２を制御するＥＣＵ１５とを備えて構成されている。
【００５７】
ここに、本実施形態に係る「可変バルブ機構１２」、「濃度センサ２１」、「充電残量センサ２２」、「温度センサ２３」及び「粘度センサ２４」は、夫々、本発明に係る「バルブタイミング変更手段」、「濃度検出手段」、「充電残量検出手段」、「温度検出手段」及び「粘度検出手段」の一例である。また、本実施形態に係る「ＥＣＵ１５」は、本発明に係る「制御手段」、「バルブタイミング設定手段」、「バルブタイミング補正手段」及び「情報蓄積手段」の一例である。本実施形態では、各種電子制御用のＥＣＵ１５の一部を、始動制御装置１の一部として用いている。
【００５８】
次に、エンジン１１及び可変バルブ機構１２について、図２を参照して説明を加える。ここに、図２は、本実施形態に係るエンジン及び可変バルブ機構の各々の構成部材の関係を示す概念図である。尚、図中の矢印は、エンジンオイルの流れを示している。また、便宜上、エンジン１１の排気側のカムシャフト、カム、バルブ等は図示を省略している。
【００５９】
図２において、エンジン１１は、吸気側カムシャフト１１１、カム１１２、吸気バルブ１１３、ピストン１１４、クランクシャフト１１５、クランクプーリ１１６及びオイルパン１１７を備えて構成されている。
【００６０】
可変バルブ機構１２は、可変バルブタイミングアクチュエータ１２１、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）１２２、オイルポンプ（ＯＰ）１２３及び電動オイルポンプ（ＥＯＰ）１２４を備えて構成されている。ここに、本実施形態に係る「オイルポンプ１２３」及び「電動オイルポンプ１２４」は、夫々、本発明に係る「第１油圧ポンプ」及び「第２油圧ポンプ」の一例である。
【００６１】
図２に示すように、クランクシャフト１１５の一端には、ここでは図示しない、動力分配機構１８を介して、モータ・ジェネレータ１７が接続されており、クランクシャフト１１５の他端には、クランクシャフトプーリ１１６が接続されている。クランクシャフトプーリ１１６は、図示しないタイミングベルトを介して、可変バルブタイミングアクチュエータ１２１に接続されている。
【００６２】
クランクシャフト１１５が回転されることによって、可変バルブタイミングアクチュエータ１２１に接続されている吸気側カムシャフト１１１が回転され、該吸気側カムシャフト１１１に接続されているカム１１２によって、吸気バルブ１１３が所定のタイミングで開閉される。
【００６３】
オイルコントロールバルブ１２２は、クランクシャフト１１５に接続されたオイルポンプ１２３又は電動オイルポンプ１２４から供給されるエンジンオイル１１７ａを、可変バルブタイミングアクチュエータ１２１の進角側油路又は遅角側油路に導くことによって、吸気バルブ１１３のバルブタイミングを変更可能である。
【００６４】
次に以上のように構成された始動制御装置１を搭載する車両の始動時又は走行中（典型的には、モータ・ジェネレータ１３のみにより走行している際に、エンジン１１を始動させる場合）において、ＥＣＵ１５が実行するエンジン始動制御処理について、図３のフローチャートを参照して説明する。
【００６５】
図３において、操縦者によって、例えばエンジンスタートボタン等が押されることにより「イグニッションＯＮ状態」とされた後（ステップＳ１０１）、温度センサ２３は、エンジン１１の温度を検出する（ステップＳ１０２）。尚、温度センサ２３は、エンジン１１の気筒の温度を検出してもよいし、例えば冷却水の温度を検出してもよい。
【００６６】
次に、ＥＣＵ１５は、検出された温度が、例えば摂氏−２０度である温度閾値より高いか否かを判定する（ステップＳ１０３）。検出された温度が温度閾値より高いと判定された場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、例えば吸気バルブ１１３のバルブタイミング等に変更を加えることなく（即ち、通常の）始動制御が実行される（ステップＳ１０９）。
【００６７】
検出された温度が温度閾値より低いと判定された場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、濃度センサ２１によって、燃料１６１中に含まれるアルコールの濃度が検出される（ステップＳ１０４）。続いて、ＥＣＵ１５は、検出された濃度が、例えば５０％である濃度閾値より高いか否かを判定する（ステップＳ１０５）。尚、「濃度閾値」は、経験的若しくは実験的に又はシミュレーションによって、例えばエンジン１１の温度が温度閾値と等しい場合における、アルコールの濃度とエンジン１１が始動されるまでにかかる時間との関係を求め、該関係に基づいて、所定期間内に、エンジン１１を始動できない濃度として、或いは、該濃度から所定量だけ低い濃度として設定すればよい。
【００６８】
検出された濃度が濃度閾値より低いと判定された場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、通常の始動制御が実行される（ステップＳ１０９）。他方、検出された濃度が濃度閾値より高いと判定された場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１５は、検出された濃度に応じて、目標バルブタイミングを設定する（ステップＳ１０６）。
【００６９】
ここで、目標バルブタイミングの設定について、図４及び図５を参照して説明を加える。ここに、図４は、摂氏−３５度におけるアルコールの濃度と完爆までにかかる時間との関係の一例を、バルブタイミングの進角量毎に示す特性図であり、図５は、環境温度とバルブタイミングの進角量との関係の一例を、アルコールの濃度毎に示す特性図である。
【００７０】
尚、図４における時間Ｔｓは、完爆までに消費されるバッテリ１４の電力に基づいて定められた基準値を示している。また、図４における実線ａ１、ａ２、ａ３及びａ４は、夫々、進角量が０度、１０度、２０度及び３０度の場合の、アルコールの濃度と完爆までにかかる時間との関係を示している。また、図５における実線ｅ１、ｅ２及びｅ３は、夫々、高アルコール濃度（例えば８０％）、中アルコール濃度（例えば５０％）及び低アルコール濃度（例えば５％）の場合の、環境温度とバルブタイミングの要求進角量との関係を示している。
【００７１】
ＥＣＵ１５は、図４及び図５に示すような特性図をマップとして格納しており、例えば、検出された温度に対応する、図４に示すような特性図から、検出された濃度に対応した進角量（時間Ｔｓ内に完爆可能な進角量）を特定して目標バルブタイミングを設定する。或いは、図５に示すような特性図から、検出された濃度に対応した関係を特定し、検出された温度に対応する進角量を特定して目標バルブタイミングを設定する。
【００７２】
図４に示すように、バルブタイミングを進角（変更）させなければ、あるアルコール濃度以上では、長時間エンジンのクランキングを行っても完爆しないことがわかる。このため、何らの対策もとらなければ、クランキング中に供給された燃料に起因して、例えばフューエルハンマー、エンジンオイルの希釈等が発生するおそれがある。
【００７３】
しかるに、本実施形態では、後述するように、ＥＣＵ１５によって、吸気バルブ１１３のバルブタイミングが設定された目標バルブタイミングとなるように可変バルブ機構１２が制御される。即ち、ＥＣＵ１５は、所定期間内にエンジン１１を始動させるために、検出された濃度に応じてバルブタイミングを変更するように可変バルブ機構１２を制御する。
【００７４】
このため、エンジン１１が始動されるまでにかかる時間が不要に長くなることを防止することができる。この結果、エンジン１１が始動されるまでに供給される燃料量を抑制することができ、未燃燃料に起因するフューエルハンマー、エンジンオイルの希釈等を防止することができる。
【００７５】
再び、図３に戻り、検出された濃度に応じて、目標バルブタイミングが設定された後に、ＥＣＵ１５は、エンジン１１のクランキングを開始するようにモータ・ジェネレータ１７を制御すると共に、電動オイルポンプ１２４を起動する（ステップＳ１０７）。続いて、ＥＣＵ１５は、吸気バルブ１１３のバルブタイミングが、設定された目標バルブタイミングとなるように、可変バルブタイミングアクチュエータ１２１に電動オイルポンプ１２４により供給されたエンジンオイル１１７ａを導くようにオイルコントロールバルブ１２２を制御する（ステップＳ１０８）。
【００７６】
上記ステップＳ１０８の処理と同時に、又は微小時間遅い時点に、エンジン１１に燃料１６１を供給するように、例えば燃料噴射弁（図示せず）を制御すると共に、供給された燃料１６１に点火するように、例えばディストリビュータ（図示せず）を制御する。
【００７７】
続いて、ＥＣＵ１５は、エンジン１１が完爆したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。完爆したと判定された場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、処理を終了する。他方、完爆していないと判定された場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、完爆されたと判定されるまで繰り返しステップＳ１１０の処理を行う。
【００７８】
尚、本実施形態に係るＥＣＵ１５は、エンジン１１の回転数に加えて、例えば排気ポートの温度、モータ・ジェネレータ１７のトルク等、複数種類の物理量又はパラメータを検出して、該検出された物理量又はパラメータのいずれもが閾値を超えている場合に、完爆したと判定するように構成されている。
【００７９】
このように構成すれば、モータ・ジェネレータ１７によってエンジン１１の回転数が、完爆判定における閾値より大きくなることに起因する誤判定を防止することができ、実用上非常に有利である。
【００８０】
次に、エンジン１１を始動させる際に、バルブタイミングを変更した場合における、エンジン１１の回転数、バルブタイミングの進角量等について、図６を参照して説明する。ここに、図６は、本実施形態に係るエンジンを始動させる際における、エンジンの回転数、バルブタイミングの進角量、電動オイルポンプに入力される信号、及びオイルコントロールバルブに入力される信号の時間変化を示すタイミングチャートである。尚、図中の時間Ｔ１、Ｔ２及びＴ３は、夫々、イグニッションオン状態となった時点、クランキング開始時点、及び完爆時点を示している。
【００８１】
図６に示すように、イグニッションオン状態となった時点で、オイルコントロールバルブ１２２に、バルブタイミングを進角させることを示す信号が供給される。エンジン１１のクランキングが開始された時点で、電力オイルポンプ１２４の電源がＯＮ状態となり、実際に、バルブタイミングが進角されることとなる。
【００８２】
図６に示すように、エンジン１１のクランキングの初期段階では、エンジン１１の回転数が上昇し易いように、進角量は小さく設定され、回転数が比較的高くなった段階では、エンジン１１を始動可能な圧縮端温度が得られるような進角量とされる。尚、エンジン１１の回転数は、バルブタイミングの進角量が大きくなることに起因する圧縮反力の増加に伴い、一旦低下する。
【００８３】
これにより、速やかにエンジン１１を始動可能な圧縮端温度を得ることができる。この結果、速やかにエンジン１１を始動させることができる。
【００８４】
尚、ＥＣＵ１５を、例えばイグニッションオン状態となった後所定期間だけ、エンジン１１をクランキングするように（即ち、プレクランキングするように）構成してもよい。このように構成すれば、エンジン１１を暖機することができ、始動性をより向上させることができる。
【００８５】
（第１変形例）
次に、本実施形態に係る始動制御装置の第１変形例について説明する。
【００８６】
本変形例に係る始動制御装置におけるＥＣＵ１５は、図３におけるステップＳ１０８の処理中に、充電残量センサ２２により検出されるバッテリ１４の充電残量に応じて、随時、設定された目標バルブタイミングを補正すると共に、該補正された目標バルブタイミングとなるように可変バルブ機構１２を制御する。
【００８７】
ＥＣＵ１５は、典型的には、単に時間当りの電力消費量がほぼ一定となるように、目標バルブタイミングを補正する。これにより、エンジン１１を始動させるまでのバッテリの電力消費量を最適化することができると共に、電力不足によりエンジン１１が始動されないということを防止することができ、実用上非常に有利である。
【００８８】
（第２変形例）
次に、本実施形態に係る始動制御装置の第２変形例について、図７を参照して説明する。ここに、図７は、モータ・ジェネレータ１７から出力されるトルクが一定の場合における、気筒内圧力を示すマップの一例である。図中の実線ｐ１乃至ｐ３は、等気筒内圧力線である。
【００８９】
本変形例に係る始動制御装置におけるＥＣＵ１５は、図３におけるステップＳ１０６の処理において、先ず、検出された燃料１６１のアルコールの濃度に基づいて、エンジン１１を始動可能な圧縮端温度を求める。続いて、ＥＣＵ１５は、該求められた圧縮端温度を得ることができる気筒内圧力を求める。
【００９０】
次に、ＥＣＵ１５は、図７に示すようなマップから、求められた気筒内圧力に対応する等気筒内圧力線を特定する。続いて、該特定された等気筒内圧力線と、粘度センサ２４により検出されたエンジンオイル１１７ａの粘度とが交わる点に対応する進角量を特定し、該特定された進角量を目標バルブタイミングとして設定する。
【００９１】
具体的には例えば、検出された粘度が大きい場合には、進角量を小さくして（即ち、圧縮反力を小さくして）、回転数を増加させる。他方、検出された粘度が小さい場合には、進角量を大きくして、回転数を低減させる。
【００９２】
図７に示すマップは、モータ・ジェネレータ１７から出力されるトルクが一定になるように（即ち、単位時間当りの電力消費量が一定になるように）構成されているので、マップ上で進角量及び回転数を変更する限りにおいて、単位時間当りの電力消費量は変化しないので、電力消費量を抑制することができ、実用上非常に有利である。
【００９３】
尚、エンジン１１が回転されることによる、例えば摩擦熱等によって、エンジンオイル１１７ａの粘度が変化した場合、ＥＣＵ１５は、変化した粘度に応じて、目標バルブタイミングを再設定すればよい。
【００９４】
＜第２実施形態＞
本発明の内燃機関の始動制御装置に係る第２実施形態を、図８及び図９を参照して説明する。第２実施形態では、ＥＣＵが実行する始動制御処理が一部異なる以外は、第１実施形態の構成と同様である。よって、第２実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図８及び図９を参照して説明する。ここに、図８は、本実施形態に係るＥＣＵが実行する始動制御処理を示すフローチャートであり、図９は、ＥＣＵに格納されている、本発明に係る「蓄積情報」の一例としてのデータテーブルの一例を示す概念図である。
【００９５】
図８において、本実施形態に係る始動制御装置におけるＥＣＵ１５は、濃度センサ２１により検出された燃料１６１に含まれるアルコールの濃度が濃度閾値より高いと判定された後に（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、検出された濃度に対応する、図９に示すようなデータテーブル２０１が格納されているか否かを判定する（ステップＳ２０１）。
【００９６】
格納されていないと判定された場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、ＥＣＵ１５は、続いてステップＳ１０６の処理を実行する。他方、格納されていると判定された場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１５は、検出された濃度に対応するデータテーブル２０１から、エンジン１１が完爆するまでの時間が最短であるバルブタイミング（図中の「進角量」）を特定し、該特定されたバルブタイミングを目標バルブタイミングとして設定する（ステップＳ２０２）。
【００９７】
尚、ＥＣＵ１５は、検出された濃度に加えて、例えばエンジン１１の温度、環境温度、エンジンオイル１１７ａの粘度、バッテリ１４の充電残量等の複数の物理量又はパラメータに対応するデータのうち、エンジン１１が完爆するまでの時間が最短であるバルブタイミングを特定して、目標バルブタイミングを設定してもよい。このようにすれば、より適切な目標バルブタイミングを設定することができる。
【００９８】
尚、図９に示すようなデータテーブル２０１は、エンジン１１を始動させる度に（即ち、始動制御処理が実行される度に）、ＥＣＵ１５が、各種センサを介して検出される物理量又はパラメータや、設定された目標バルブタイミング等を、例えば不揮発性のメモリ等に格納することによって作成される。
【００９９】
尚、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の始動制御装置もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】第１実施形態に係る始動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係るエンジン及び可変バルブ機構の各々の構成部材の関係を示す概念図である。
【図３】第１実施形態に係るＥＣＵが実行する始動制御処理を示すフローチャートである。
【図４】摂氏−３５度におけるアルコールの濃度と完爆までにかかる時間との関係の一例を、バルブタイミングの進角量毎に示す特性図である。
【図５】環境温度とバルブタイミングの進角量との関係の一例を、アルコールの濃度毎に示す特性図である。
【図６】第１実施形態に係るエンジンを始動させる際における、エンジンの回転数、バルブタイミングの進角量、電動オイルポンプに入力される信号、及びオイルコントロールバルブに入力される信号の時間変化を示すタイミングチャートである。
【図７】モータ・ジェネレータから出力されるトルクが一定の場合における、気筒内圧力を示すマップの一例である。
【図８】第２実施形態に係るＥＣＵが実行する始動制御処理を示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態に係るＥＣＵに格納されているデータテーブルの一例を示す概念図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１…始動制御装置、１１…エンジン、１２…可変バルブ機構、１３、１７…モータ・ジェネレータ、１４…バッテリ、１５…ＥＣＵ、１６…燃料タンク、１８…動力分配機構、２１…濃度センサ、２２…充電残量センサ、２３…温度センサ、２４…粘度センサ、１１１…吸気側カムシャフト、１１２…カム、１１３…吸気バルブ、１１４…ピストン、１１５…クランクシャフト、１１６…クランクプーリ、１１７…オイルパン、１２１…可変バルブタイミングアクチュエータ、１２２…オイルコントロールバルブ、１２３…オイルポンプ、１２４…電動オイルポンプ、２０１…データテーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009264224.tif 000008
【図７】
2009264224.tif 000009
【図８】
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【図９】
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