(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸・排気弁の開閉時期を任意に制御自由な可変動弁手段を備えたエンジンにおいて、
始動時に、気筒判別手段によって気筒判別された気筒から燃料噴射を開始して４サイクル運転を行わせ、かつ、始動後の４サイクル・シーケンシャル運転時では行程が異なる複数気筒に対して同一行程を同時に行うように、可変動弁手段を介して吸・排気弁の開閉時期を制御する４サイクル・グループ運転制御手段を含んで構成したことを特徴とする可変動弁エンジンの始動制御装置。
【請求項２】
吸・排気弁の開閉時期を任意に制御自由な可変動弁手段を備えたエンジンにおいて、
気筒判別手段によって気筒判別された気筒から燃料噴射を開始して４サイクル運転を行わせ、かつ、複数気筒が同一行程を同時に行うように、可変動弁手段を介して吸・排気弁の開閉時期を制御する４サイクル・グループ運転制御手段と、
気筒判別手段によって気筒判別された気筒から燃料噴射を開始して２サイクル運転を行わせるように、可変動弁手段を介して吸・排気弁の開閉時期を制御する２サイクル運転制御手段と、
始動時のエンジン温度状態とクランキング操作回数とに基づいて前記４サイクル・グループ運転制御手段と、２サイクル運転制御手段と、を選択して作動する選択手段と、
を含んで構成したことを特徴とする可変動弁エンジンの始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸・排気弁の開閉時期を任意に制御自由な可変動弁手段を備えたエンジンにおいて、始動性を改善した技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
４サイクルエンジンにおいて、始動時（クランキング時) に気筒判別された気筒から燃料噴射を行って初期から着火燃焼させ、未燃燃料の排出防止を図ったものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の制御では、エンジンのフリクションが大きい場合や、発生トルクが小さい場合には始動しにくい場合がある。特に、吸・排気弁にデポジットが付着して閉弁時に隙間を生じることにより圧縮漏れを生じている気筒があると、低速のクランキング中では該圧縮漏れ量が大きく、発生トルクが減少して始動しにくくなるのみならず、未燃燃料の排出量が増加する。
【０００４】
また、クランキング開始後、気筒判別されてから燃料噴射された気筒が初爆するまでに時間が掛かる場合があった。
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、始動時に初爆時のトルクを増大して回転速度の上昇を早めることにより、あるいは初爆を早めることにより、上記課題を解決した可変動弁エンジンの始動制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、図１に示すように、
吸・排気弁の開閉時期を任意に制御自由な可変動弁手段を備えたエンジンにおいて、
始動時に、気筒判別手段によって気筒判別された気筒から燃料噴射を開始して４サイクル運転を行わせ、かつ、始動後の４サイクル・シーケンシャル運転時では行程が異なる複数気筒に対して同一行程を同時に行うように、可変動弁手段を介して吸・排気弁の開閉時期を制御する４サイクル・グループ運転制御手段を含んで構成したことを特徴とする。
【０００６】
請求項１に係る発明によると、
始動時に、気筒判別された気筒から燃料噴射が開始されて吸気，圧縮，膨張，排気をピストンの上昇，下降で１行程ずつ行わせて４サイクル運転を行うと共に、複数気筒が同一行程を同時に行うグループ運転を行うように吸・排気弁の開閉時期を制御する。これにより、エンジンのフリクションが大きい場合や気筒当たりの発生トルクが小さいような場合でも、初爆直後から複数の気筒で同時に膨張（燃焼) 行程が行われるので、瞬時に高トルクが発生して回転速度が急増し、始動されやすくなる。
【０００７】
また、吸・排気弁のデポジットによる圧縮漏れがある場合でも、回転速度の急増により、実質的な圧縮漏れを速やかに回避でき（回転速度が高いと漏れ時間が短いので、漏れ量が減少し、かつ、デポジットも叩きつぶされて漏れも無くなる) 、未燃燃料の排出量も極力低減できる。
【０００８】
請求項２に係る発明によると、
始動時に、気筒判別された気筒から燃料噴射が開始されて吸気，圧縮，膨張，排気をピストンの上昇，下降で２行程ずつ行わせるように、吸・排気弁の開閉時期を制御して２サイクル運転を行う。これにより、気筒判別から初爆までの時間が４サイクル運転の場合に比較して半減し、かつ、初爆から複数の気筒で同時に膨張行程が行われるので、高トルクで連続運転され、始動時間が十分短縮される。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、図２に示すように、
吸・排気弁の開閉時期を任意に制御自由な可変動弁手段を備えたエンジンにおいて、
気筒判別手段によって気筒判別された気筒から燃料噴射を開始して４サイクル運転を行わせ、かつ、複数気筒が同一行程を同時に行うように、可変動弁手段を介して吸・排気弁の開閉時期を制御する４サイクル・グループ運転制御手段と、
気筒判別手段によって気筒判別された気筒から燃料噴射を開始して２サイクル運転を行わせるように、可変動弁手段を介して吸・排気弁の開閉時期を制御する２サイクル運転制御手段と、
始動時のエンジン温度状態とクランキング操作回数とに基づいて前記４サイクル・グループ運転制御手段と、２サイクル運転制御手段と、を選択して作動する選択手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明によると、
例えば、エンジンのフリクションが大きかったり、気筒当たりの発生トルクが小さかったりして特にエンジンが始動しにくい水温が所定温度未満の低温時には４サイクル・グループ運転を選択して行い、また、水温が所定温度以上ではそれほど始動しにくい条件ではなく、始動に要する時間の短縮を優先するため２サイクル運転を選択して行い、かつ、該２サイクル運転で所定回数クランキング操作を行っても始動しないときは、始動しにくい条件と判断し直して４サイクル・グループ運転を選択して行う。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図に基づいて説明する。本実施の形態の全体構成を示す図３において、エンジン１には、弁駆動装置２により開閉を電子制御される吸気弁３及び排気弁４が装着されている。各気筒の吸気ポート５には、燃料噴射弁６が装着され、燃焼室７には点火栓８及び点火コイル９が装着されている。また、吸気通路の上流部で吸入空気質量流量を検出する吸入空気質量流量検出手段として熱線式流量計等のエアフロメータ10が装着されている。エンジン本体には各気筒の基準クランク角で基準信号を出力すると共に、微小クランク角毎に単位角信号を出力するクランク角センサ11が装着されている。この他、イグニッションスイッチ12，スタータスイッチ13，エンジン冷却水温度（以下水温という) を検出する水温センサ14，大気圧を検出する大気圧センサ15が設けられる。
【００１３】
これらセンサ類の検出信号はコントロールユニット16に出力され、コントロールユニット16は、これらの検出信号に基づいて前記燃料噴射弁６に燃料噴射信号を出力して燃料噴射制御を行い、前記点火コイル９に点火信号を出力して点火制御を行い、更に、前記弁駆動装置２に弁駆動信号を出力して吸気弁３及び排気弁４の開閉を制御する。また、後述するように、水温やクランキング操作回数（スタータスイッチ13のオン回数) に基づいて、４サイクル運転を行うと共に複数気筒が同一行程を同時に行うグループ運転を行うか、２サイクル運転を行うか、又は通常の始動制御（４サイクル運転で点火順序に従ったシーケンシャル運転) を行うかを選択し、該選択した制御が行われるように弁駆動装置２を制御して吸・排気弁の開閉時期を制御する。
【００１４】
次に、前記弁駆動装置２の構成を図４に示す。図４において弁駆動装置２は、シリンダヘッド上に設けられる非磁性材料製のハウジング21と、吸気弁３（又は排気弁４、以下吸気弁３で代表する) のステムに一体に設けられてハウジング21内に移動自由に収納されるアーマチュア22と、該アーマチュア22を吸引して吸気弁３を閉弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア22の上面に対向する位置でハウジング21内に固定配置される閉弁用電磁石23と、該アーマチュア22を吸引して吸気弁３を開弁作動させる電磁力を発揮可能なようにアーマチュア22の下面に対向する位置でハウジング21内に固定配置される開弁用電磁石24と、吸気弁３の閉弁方向に向けてアーマチュア22を付勢する閉弁側戻しバネ25と、吸気弁３の開弁方向に向けてアーマチュア22を付勢する開弁側戻しバネ26と、を備えて構成される。そして、閉弁用電磁石23と開弁用電磁石24とを共に消磁したときに、吸気弁３は全開位置と閉弁位置との間の略中央位置にあるように、閉弁側戻しバネ25と開弁側戻しバネ26とのバネ力が設定され、閉弁用電磁石23のみを励磁したときに吸気弁３は閉弁し、開弁用電磁石24のみを励磁したときに吸気弁３は開弁（全開) するように駆動される。該弁駆動装置２が吸気弁駆動手段を構成する。
【００１５】
前記弁駆動装置２による吸気弁３及び排気弁４の吸・排気のための開閉時期は、エンジン１の運転状態に基づいて設定された目標開閉時期となるように制御されるが、始動時は、後述するようにして吸気弁の開弁を制御する。始動後の通常運転時は、特に、吸気弁３の吸気下死点前の閉時期ＩＶＣを、アクセル開度とエンジン回転速度、或いはこれらに基づいて設定された要求トルクなどに基づいて広範囲に可変制御して吸入空気量を制御しつつ、４サイクル・シーケンシャル運転を行うようになっている。
【００１６】
以下に、前記始動時の制御について説明する。
図５は、同上制御のフローチャートを示す。
ステップ１では、イグニッションスイッチ12がＯＮであるかを判定し、ＯＮのときは、ステップ２で水温センサ14によって検出された水温ＴＷを読み込む。
ステップ３では、可変動弁である吸・排気弁の初期化を行う。これは、前記弁駆動装置２の閉弁用電磁石23、開弁用電磁石24を交互に通電して共振させて振幅を増幅しつつ閉弁状態に保持するものである。
【００１７】
ステップ４ではスタータを駆動してクランキングを開始し、気筒判別信号を検出した時点からステップ５でクランク角の検出を開始する。
そして、ステップ６以降で４サイクル・グループ運転又は２サイクル運転を行うか、あるいは通常の始動制御（４サイクル・シーケンシャル運転) を行うかを選択して制御する。
【００１８】
まず、ステップ６で水温ＴＷが所定温度ＴＷ０（例えば０°Ｃ) 未満の低温時と判定された場合は、始動しにくい条件であると判断し、ステップ７へ進んで４サイクル・グループ運転を行う。
そして、ステップ８で前記４サイクル・グループ運転でクランキング操作を所定回数例えば２回行っても始動（完爆) しなかったか否かを判定し、しなかった場合は、ステップ９へ進んで通常の始動制御を行う。
【００１９】
また、ステップ６で水温が所定温度以上と判定された場合は、比較的始動しやすい条件と判断し、ステップ10へ進んで２サイクル運転を行う。
そして、ステップ11で前記２サイクル運転でクランキング操作を所定回数例えば２回行っても始動しなかったか否かを判定し、しなかった場合は、始動しにくい条件と判断し直し、ステップ12へ進んで４サイクル・グループ運転に切り換える。
【００２０】
ステップ13の判定で、前記４サイクル・グループ運転で、クランキング操作累積回数が所定回数例えば３回に達しても始動しなかった場合は、ステップ９へ進んで通常の始動制御を行う。
なお、以上の操作で始動した場合は、このルーチンを終了する。
ここで、４サイクル・グループ運転での所定回数以上のクランキング操作で始動しなかった場合に、通常の始動制御を行うのは、複数気筒で同時に圧縮行程が行われるときの圧縮反力が大き過ぎてクランキングしにくく、また、クランキング操作を繰り返すとバッテリ電力が消耗してますますクランキングしにくくなるので、圧縮反力が小さくクランキングしやすい通常の始動制御に切り換えるためである。
【００２１】
図６は、４サイクル運転時の吸・排気弁の開閉時期を示し、通常の４サイクル運転の吸・排気弁開閉タイミングと同様に、吸気弁は吸気行程の上死点前で開弁し、下死点を過ぎて圧縮行程途中で閉弁し、排気弁は膨張行程の下死点前に開弁し、吸気行程上死点後に閉弁する。
次に、４サイクル・グループ運転の第１の例を図７に基づいて説明する。
【００２２】
気筒判別後ピストンが上昇する２つの気筒に対して吸・排気弁の開閉を排気行程に同期させると共に、これら２つの気筒に燃料を噴射する。次の２つの気筒の上昇時にも同様の操作を行う。これにより、最初に燃料噴射された２つの気筒が圧縮上死点付近で点火されると、同時に着火燃焼して２つの気筒で同時に膨張行程が行われ、次いで次の２つの気筒も連続して同時に膨張行程が行われる。なお、大気圧センサ15で検出された大気圧が小さい場合には、空気密度が小さいので通常より燃料噴射量を減少して設定する。
【００２３】
このようにして、クランク角360 °，１回転の間に180 °毎に２気筒同時の膨張行程が２回連続して行われるため、180 °毎に１気筒ずつ膨張行程を行う４サイクル・シーケンシャル運転に比較して約２倍のトルクが瞬時に発生する。これにより、エンジン回転速度が急増し、始動されやすくなると同時に、デポジット付着時の圧縮漏れの影響を速やかに回避できる。
【００２４】
次に、４サイクル・グループ運転の第２の例を図８に基づいて説明する。
この例では、２つの気筒については、同一行程を同時に行うが、残る２つの気筒についてはクランク角360 °（１回転) 行程の位相をずらす。したがって、気筒判別後、上昇行程にある１つの気筒の吸・排気弁の開閉を排気行程に同期させると共に燃料噴射し、次いで２つの上昇行程にある気筒について同様の操作を行う。これにより、まず、最初に燃料噴射した１つの気筒が膨張行程を行った後、続いて２つの気筒が同時に膨張行程を行う。したがって、クランク角360 °の間に計３回の膨張が行われるので、同じく計２回の膨張が行われる４サイクル・シーケンシャル運転の場合に比較して約１. ５倍のトルクが発生する。
【００２５】
これは、前記第１の例に比較するとトルクは減少するが、第１の例に比較して膨張行程時と非膨張行程時とのトルク段差が小さく、振動が少なく、音が静粛である。
図10は、２サイクル運転を行う場合の吸・排気弁の開閉時期を示す。即ち、吸気弁は吸気行程下死点前で開弁し、圧縮行程途中で閉弁し、排気弁は膨張行程途中で開弁し、圧縮行程途中で閉弁する。
【００２６】
次に、２サイクル運転の例を図10に基づいて説明する。
このものでは、吸気弁と排気弁とを図10の開閉タイミングでエンジンの１回転の間に１回ずつ開弁する。したがって、気筒判別後クランク角180 °の間に吸気・圧縮行程を行う２つの気筒に燃料噴射すると、次のクランク角180 °の間に着火燃焼して膨張行程, 排気行程が順次行われる。残る２つの気筒についても位相を180 °遅らせて同様の行程が行われる。
【００２７】
したがって、４サイクル運転に比較して、気筒判別後の初爆が早く、また、２気筒同時に膨張行程が行われるので通常制御（４サイクル・シーケンシャル運転) に比較して高トルクが得られるので、ある程度エンジンのフリクションが大きい場合でも短時間で始動を行える。但し、２サイクル運転であるため、残留ガスが多く、４サイクル・グループ運転に比較すると発生トルクは小さいので、特にフリクションが大きく、始動しにくい場合は、前記したように４サイクル・グループ運転に切り換えてより高いトルクを発生させて始動しやすくする。
【００２８】
また、図11は、通常始動時制御、つまり、４サイクル・シーケンシャル運転を示し、気筒判別後、ピストン上昇行程にある気筒の１つ（図では第１気筒) を排気行程として燃料噴射し、以下点火行程順序にしたがった気筒順に燃料噴射を行う。また、図12は、前記実施の形態の各運転の切り換え状態を示し、設定温度０°Ｃ未満では最初のクランキング操作時は４サイクルグループ運転を行い、２回以上のクランキング操作で４サイクル・シーケンシャル運転に切り換え、前記設定温度０°Ｃ以上では最初のクランキング操作では２サイクル運転を行い、２回目のクランキング操作で４サイクルグループ運転に切り換え、３回以上のクランキング操作では４サイクル・シーケンシャル運転に切り換える。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】請求項２に係る発明の構成・機能を示すブロック図。
【図３】第１の実施の形態に係るシステム構成図。
【図４】弁駆動装置の構成を示す断面図。
【図５】第１の実施の形態に係る始動時の各運転の切換制御ルーチンを示すフローチャート。
【図６】同上実施の形態での４サイクル運転の吸・排気弁の開閉タイミングを示す図。
【図７】同上実施の形態での４サイクル・グループ運転の第１の例を示す行程図。
【図８】同上実施の形態での４サイクル・グループ運転の第２の例を示す行程図。
【図９】同上実施の形態での２サイクル運転の吸・排気弁の開閉タイミングを示す図。
【図10】同上実施の形態での２サイクル運転の一例を示す行程図。
【図11】通常始動時制御（４サイクル・シーケンシャル運転) を示す行程図。
【図12】同上実施の形態での各運転の切換状態を示す図。
【符号の説明】
１       エンジン
２       弁駆動装置
３       吸気弁
４       排気弁
６       燃料噴射弁
７       燃焼室
10       エアフロメータ
11       クランク角センサ
12       イグニッションスイッチ
13       スタータスイッチ
14       水温センサ
15       大気圧センサ
16       コントロールユニット
【図１】
0003772550.tif 000002
【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】
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【図７】
0003772550.tif 000008
【図８】
0003772550.tif 000009
【図９】
0003772550.tif 000010
【図１０】
0003772550.tif 000011
【図１１】
0003772550.tif 000012
【図１２】
0003772550.tif 000013