(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気圧縮比を臨時に増大させる吸気圧縮比増大制御が可能な吸気圧縮比制御手段を備えた内燃機関と、電動機と、蓄電装置とを有し、前記内燃機関の始動時には前記蓄電装置を電源として前記電動機により該内燃機関をクランキングする車輌原動装置にして、前記蓄電装置の有効出力が所定の出力しきい値未満であるときには前記内燃機関のクランキングに当ってその機関温度に応じて前記吸気圧縮比制御手段により前記吸気圧縮比増大制御を行ったり行わなかったりするが、前記蓄電装置の有効出力が前記出力しきい値以上であるときには、前記内燃機関の機関温度に係りなく前記吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御を行なうことなくクランキングすることを特徴とする車輌原動装置。
【請求項２】
前記蓄電装置の有効出力が前記出力しきい値未満であっても、機関温度が所定の第一の温度しきい値以上であるときには、前記吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御を行なうことなくクランキングすることを特徴とする請求項１に記載の車輌原動装置。
【請求項３】
前記蓄電装置の有効出力が前記出力しきい値未満であり、機関温度が前記第一の温度しきい値未満であるとき、前記吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御を行なってクランキングすることを特徴とする請求項２に記載の車輌原動装置。
【請求項４】
前記吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御を行なってクランキングするのは、機関温度が該第一の温度しきい値より低い所定の第二の温度しきい値以上であるときであることを特徴とする請求項３に記載の車輌原動装置。
【請求項５】
前記蓄電装置の有効出力が前記出力しきい値未満であり、機関温度が前記第二の温度しきい値未満であるときには、加熱器により該機関を所定の時間以内で加熱し、その間に機関温度が前記第二の温度しきい値に達したときには前記吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御を行ない、機関温度が前記第二の温度しきい値に達しないときには、前記吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御を行なうことなくクランキングすることを特徴とする請求項４に記載の車輌原動装置。
【請求項６】
前記蓄電装置の有効出力が前記出力しきい値未満であり、機関温度が前記第二の温度しきい値未満であるときには、前記吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御を行なうことなくクランキングすることを特徴とする請求項４に記載の車輌原動装置。
【請求項７】
前記蓄電装置の有効出力が前記出力しきい値未満であり、機関温度が前記第二の温度しきい値未満であるとき、それ以上の機関始動操作は運転者の確認を経て行なわれることとすることを特徴とする請求項５または６に記載の車輌原動装置。
【請求項８】
前記吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御を行なわないときのクランキング回転数は、吸気圧縮比増大制御を行なってクランキングするときのクランキング回転数より高くされること特徴とする請求項１〜７のいづれかに記載の車輌原動装置。
【請求項９】
前記吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御はクランク軸の回転位相に対する吸気弁の閉じ位相を進み側に変更することにより行われることを特徴とする請求項１〜８のいづれかに記載の車輌原動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の始動方法に着目した車輌原動装置に係わり、特に機関温度と蓄電装置の性能に関連した機関始動方法を変える車輌原動装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の内燃機関に於いて、機関暖機後の通常運転時には吸気圧縮比を比較的低くして機関を低振動且つ高燃費にて運転し、機関暖機前の機関冷温時、特に機関冷温でのクランキング時には吸気圧縮比を高めて機関の始動性をよくすることが従来より知られている。ピストン式内燃機関の吸気圧縮比の変更は、弁開閉タイミング制御装置により吸気弁が閉じる位相を前後に偏倚させること、吸気行程より圧縮行程に移行する間の適宜の位相を選んで排気弁を一時開弁させること、吸排気弁駆動用カムを３次元カムとしてそのリフトを適宜調節すること、ピストンロッドとクランク軸或はピストンロッドとピストンの間の連結部に調節可能な偏心軸受を設けること等、種々の方法により可能である。
【０００３】
その一例として、吸気弁の閉じ位相を前後に偏倚させることにより吸気圧縮比を変更する装置の例が、本件出願人と同一人の出願になる特開２０００−３２０３５６号公報に開示されている。この構造による吸気圧縮比の変更は、吸気弁開閉タイミング制御装置による吸気弁の開閉位相をクランク軸の回転位相に対し図１に示す如く可変に制御し、特にその閉じ位相をピストンの往復動位相に対し相対的に進めたり遅らせたりすることにより、吸気弁が閉じられる瞬間にシリンダ室内に装填される吸気の量を増減して吸気の圧縮比を可変に制御するものである。４サイクルエンジンに於ける吸気弁閉じ位相は、従来一般に下死点以後（After Bottom Dead Center、略してＡＢＤＣ）で測って７０°近辺にあるが、これが吸気弁開閉タイミング制御装置により１１０〜１２０°程度まで更に大きくされる（遅らされる）と、吸気弁が閉じる時点にてシリンダ室内に捕捉される吸気の量が少なくなることにより吸気圧縮比が下がる。かかる吸気弁開閉タイミング制御装置による吸気弁閉じ位相の変更により、圧縮行程終了時に於ける筒内圧は、図２に例示する如く大きく変化する。
【０００４】
上記の如く吸気圧縮比を可変に制御される内燃機関は、機関暖機状態では、吸気圧縮比を下げ、高めのクランキング回転数とすることにより、低振動にて静粛に機関が始動され、機関が冷温状態にて始動されるべきときには、吸気圧縮比を上げることによりその始動性を確保することができるので、現今燃料資源の節約と排気環境保全の必要から注目されてきている信号待ち等の車輌一時停止時に内燃機関を停止させるエコラン車や内燃機関による駆動と電動機による駆動とを適宜織り交ぜて行うハイブリッド車に適している。
【０００５】
図３〜５は、上記公報に示されている吸気弁開閉タイミング制御装置を、本発明の目的に合わせて一部修正して再現し、ハイブリッド車に適用した例を示したものであり、このうち図４および５は図３における断面Ａ-Ａを２つの作動態様にて示す図である。
【０００６】
これらの図に於いて、１は内燃機関であり、そのクランク軸２は電動機と発電機の両機能を備えた電動発電機（モータ・ジェネレータ）３と接続され、これら内燃機関および電動発電機のいづれか一方または両方により、変速機４、差動歯車５および車軸６を経て一対の車輪７が駆動されるようになっている。電動発電機３はインバータ８を介して蓄電装置９と電気的に接続され、時に発電機として作動して蓄電装置９を充電し、また時に蓄電装置９を電源として電動機として作動するようになっている。
【０００７】
１０にて全体的に示されている部分が上記の吸気弁開閉タイミング制御装置であり、後述の通り吸気圧縮比の観点からみれば吸気圧縮比制御手段である。この吸気弁開閉タイミング制御装置は、内燃機関のクランク軸２より無端ベルト１２を経てクランク軸に同期して回転駆動される歯車１４と、吸気弁作動カム１６を担持する吸気弁カム軸１８との間に作用する、ロータリアクチュエータの構造を有している。
【０００８】
より詳細には、歯車１４には４本のボルト２０によって内歯スプライン状の環状部材２２と、環状の端板２４とが組み合わされて、４つの内向きの放射状隔壁部２６を備えた作動室空間が郭定されている。そしてこの作動室空間内には、ボルト２８によりカム軸１８の一端に固定されたロータ３０が設けられている。このロータ３０はその中心のハブ部の周りに４つの羽根部３２を有するものであり、各羽根部は、その周方向両側に位置する一対の郭壁部２６の間に形成された扇形室３４内にて、図４に示されている如き回動位置と、図５に示されている如き回動位置との間で、歯車１４、環状部材２２、端板２４とからなるハウジングに対し、相対的に回動し得るようになっている。
【０００９】
同ハウジングは、クランク軸の正回転に伴って、無端ベルト１２により歯車１４の部分にて図４および５において矢印にて示されている如く時計廻り方向に駆動されるので、図４に示されている状態では、カム軸１８はクランク軸に対し最も位相を遅らされた状態にあり、図５に示されている状態では、逆にカム軸１８はクランク軸に対し最も位相を進められた状態にある。
【００１０】
羽根部３２の一つには段付きシリンダ孔３６が設けられており、該段付きシリンダ孔内にはその大径部に大径のヘッド部３８にてピストン式に係合したロックピン４０がはめ込まれている。ロックピン４０の小径部４２は段付きシリンダ孔３６の小径部に係合し、それに沿って摺動するよう案内されている。そしてこの小径部４２は、カム軸１８がクランク軸に対して最も進角されたとき、即ちロータ３０の羽根部３２が環状部材２２に対し図５に示されている回動位置に来たとき、歯車１４の対応する個所に設けられた窪み孔４４内に嵌入し得るようになっている。ロックピン４０は圧縮コイルばね４６により窪み孔４４へ向けて付勢されており、段付きシリンダ孔３６の大径部内にロックピン４０のヘッド部３８との間に形成された環状の作動室（符号３６の引出し位置）内に後述の要領にて油圧が供給されていないときには、ロータ３０が環状部材２２に対し図５に示されている如き最進角位置に来たとき、ロックピン４０は圧縮コイルばね４６のばね力によりその小径部４２の端部が窪み孔４４内へ落とし込まれ、クランク軸に対するカム軸１８の相対的回動位置関係を最進角位置に係止するようになっている。
【００１１】
環状部材２２の４つの郭壁部２６の隣接するものどうしの間に形成された作動室３４の各々に対しては、その内部に配置されたロータ３０の羽根部３２に対しこれを環状部材２２に対し図４または５でみて反時計廻り方向へ駆動する油圧を供給する第一のポート４８と、逆に羽根部３２を環状部材２２に対し図４または５でみて時計廻り方向へ駆動する油圧を供給する第二のポート５０とが開口している。第一のポート４８は環状の油路５２に連通しておリ、第二のポート５０は環状の油路５４に連通している。油路５２は更に段付きシリンダ孔３６の上記の環状作動室（符号３６の引出し位置）にも連通している。環状溝５２はカム軸１８の端部内に形成された油路５６を経て内燃機関のシリンダヘッド部に形成されたカム軸１８のための軸受部５８に形成された環状油路６０に連通している。一方、環状油路５４は同じくカム軸１８の端部内に形成された油路６１、６２を経て軸受部５８に形成された環状油路６４に連通している。環状油路６０はポート６６およびそれに接続された油路６８を経て電磁作動の油圧切換弁７０の第一のポート７２に接続されており、一方、環状油路６４はポート７４より油路７６を経て電磁式油圧切換弁の第二のポート７８に接続されている。
【００１２】
電磁式油圧切換弁７０は、上記のポート７２および７８に加えて、油圧ポンプ８０よりその吐出油圧を受ける油圧ポート８２と、第一のポート７２を選択的に油溜８４へ向けて逃がす第一のドレンポート８６と、第二のポート７８を選択的に油溜８４へ向けて逃がす第二のドレンポート８８とを有する弁ハウジング９０と、該弁ハウジング内にソレノイド９２と圧縮コイルばね９４との作用の下に往復動して上記の各ポート間の連通を制御する弁スプール９６とを有している。
【００１３】
ソレノイド９２は、コンピュータを組み込んだ車輌運転制御装置（ＥＣＵ）９８からの指令信号によりその作動を制御される。ソレノイド９２が通電されていないときには、弁スプール９６は圧縮コイルばね９４の作用により図示の如く右方へ一杯に変位した位置にあり、このとき第二のポート７８は油圧ポート８２に連通され、第一のポート７２は第一のドレンポート８６へ連通される。従って、かかる状態にてポンプ８０が作動されると、油路７６を経て供給された油圧はポート７４より環状油路６４を経て油路６２へ供給され、これより油路６１を経て環状油路５４へ供給され、更にポート５０を経て作動室３４へ供給される。従って、このときにはロータ３０の羽根部３２は環状部材２２に対し図４または５で見て時計廻り方向へ駆動され、吸気弁閉じ位相は進角される。尚、かかる進角方向の駆動が終端に達すると、ロックピン４０は窪み孔４４に整合し、ロックピンは圧縮コイルばね４６の作用により図３でみて右方へ駆動され、その小径端４２が窪み孔４４内に嵌入し、カム軸１８はクランク軸に対し最進角位置にロックされることになるが、機関始動時には油圧ポンプ８０の吐出油圧は未だ立ち上がっていないので、油圧によるかかる最進角位置への進角は機関始動時には生じない。
【００１４】
これに対しソレノイド９２が連続的に通電されると、弁スプール９６は圧縮コイルばね９４の作用に抗して図３で見て左方へ一杯に駆動される。このときには第一のポート７２が油圧ポート８２に連通し、第二のポート７８は第二のドレンポート８８に連通する。弁スプール９６がかかる位置にあるとき、油圧ポンプ８０が作動されると、それが発生する油圧は、油路６８を経てポート６６より環状油路６０へ供給され、これより油路５６および環状油路５２を経てポート４８より作動室３４へ供給されると同時に、段付きシリンダ孔３６の上記環状作動室へも供給される。従って、このときにはロックピン４０は圧縮コイルばね４６の作用に抗して図３に示されている位置へ駆動され、その小径端部４２が窪み孔４４に嵌入していたときには、その嵌入が解除されるとともに、ロータ３０の羽根部３０は環状部材２２に対し図４または図５でみて反時計廻り方向へ駆動され、カム軸１８はクランク軸に対し遅角方向へ変位される。
【００１５】
ソレノイド９２への通電がオンオフパルス通電として制御されるときには、弁スプール９６はパルス電流のデューティ比に応じて上記の２つの極端位置の間の任意の中間位置に設定され、それに応じてロータ３０の羽根部３２の両側に作用する油圧の大きさが相対的に平衡制御され、クランク軸に対するカム軸１８の相対的角度位置は、最進角位置と最遅角位置の間の任意の中間位置に設定される。
【００１６】
車輌運転制御装置（ＥＣＵ）９８には、図には示されていない車輌のキースイッチよりそれがオンとされたか否か、さらにそれが機関のクランキングを行なうクランキング位置まで回動されたか否かを表す信号Ｓｋ、アクセルペダルの踏込み量を表す信号Ｄａ、車速を表す信号Ｖｅ、機関回転数を表す信号Ｎｅ、機関温度を表す信号Ｔｅ、蓄電装置の電圧を表す信号Ｅｂ、気温を表す信号Ｔａ等が供給され、車輌自動制御装置９８はこれらの入力信号に基づいて所定の制御プログラムによる制御演算を行い、その一環としてソレノイド９２の作動を上記の要領にて制御し、ピストンの往復動に対する吸気弁の開閉タイミングを制御する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
吸気圧縮比制御手段を備えた内燃機関は、機関暖機後の通常運転時には吸気圧縮比を下げた状態にある。これを上記の図３〜５に例示した吸気弁開閉タイミング制御装置について見ると、機関暖機後の通常運転時には、吸気弁の開閉タイミングは中間乃至遅れ位相位置にある。このように吸気弁開閉タイミングが最遅角位置乃至それに近い位置まで遅らされていても、機関一時停止後の機関始動時には、機関はまだ暖機状態にあるので、そのままの吸気圧縮比を下げた状態にてクランキングが行われることにより、振動の少ない静かな機関の始動を達成することができる。
【００１８】
これに対し、車輌の運行開始時に機関を始動するときには、機関は通常冷えているので、クランキングは吸気弁開閉タイミング制御装置を最進角位相に進めてから行なえば、機関の始動はより容易となる。しかし機関始動前には上記の油圧ポンプ８０の如き吸気バルブタイミング制御のための油圧源は未だ得られないので、油圧によって吸気弁開閉タイミングを進角位置へ進めることができないことから、機関をクランキングする電動機を一時逆回転方向に作動させ、カム軸１８と共に停止しているロータ３０に対し環状部材２２の側を逆転させることにより、ロータ３０を環状部材２２に対し相対的に図５に示されている如き最進角位置へもたらし、ここで両者をロックピン４０により機械的に係止して吸気弁開閉タイミングを最進角位置に設定することが行なわれる。そこで、このときには、運転者がキースイッチをオンにし、更にこれをクランキング位置まで回すと、車輌運転制御装置９８がこれ判断して先ずクランキング用電動機を逆転させ、上記の如くロックピン４０による吸気弁開閉タイミングの最進角ロックを行なわせる。次いで、車輌運転制御装置は、かかるロックが達成された頃合いを見計らって、今度は電動機を正転方向に作動させ、機関のクランキングを行なう。
【００１９】
上記の如く機関始動の際クランキングに先立って吸気圧縮比を高める制御が可能であれば、機関冷温時の機関始動はそれを行なうことによってより容易且つ確実となるが、そのためには上記の電動機による吸気弁開閉タイミング装置の逆転駆動の如き吸気圧縮比変更手段に対する格別の操作を要し、また吸気圧縮比を高めてのクランキングには、吸気圧縮比を下げたままでのクランキングに比して、振動が大きいという欠点がある。
【００２０】
本発明は、吸気圧縮比増大制御が可能な吸気圧縮比制御手段を備えた内燃機関と、電動機と、蓄電装置とを有し、内燃機関の始動時には蓄電装置を電源として電動機により該内燃機関をクランキングする際、クランキングに先立って吸気圧縮比を高めることができる車輌原動装置に於いて、機関の冷温始動時には吸気圧縮比を高めることによって確かに機関始動をより容易且つ確実にすることができが、更に、機関の温度状態に加えて蓄電装置の蓄電状態をも考慮し、機関の冷温始動時にも可及的に振動の少ないクランキングによる機関始動を達成することのできる車輌原動装置を提供することを主たる課題としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の主たる課題を解決するものとして、本発明は、吸気圧縮比を臨時に増大させる吸気圧縮比増大制御が可能な吸気圧縮比制御手段を備えた内燃機関と、電動機と、蓄電装置とを有し、前記内燃機関の始動時には前記蓄電装置を電源として前記電動機により該内燃機関をクランキングする車輌原動装置にして、前記蓄電装置の有効出力が所定の出力しきい値未満であるときには前記内燃機関のクランキングに当ってその機関温度に応じて前記吸気圧縮比制御手段により前記吸気圧縮比増大制御を行ったり行わなかったりするが、前記蓄電装置の有効出力が前記出力しきい値以上であるときには、前記内燃機関の機関温度に係りなく前記吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御を行なうことなくクランキングすることを特徴とする車輌原動装置を提供するものである。
【００２２】
上記の車輌原動装置は、前記蓄電装置の有効出力が前記出力しきい値未満であっても、機関温度が所定の第一の温度しきい値以上であるときには、前記吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御を行なうことなくクランキングされてよい。
【００２３】
また、上記の車輌原動装置は、前記蓄電装置の有効出力が前記出力しきい値未満であり、機関温度が前記第一の温度しきい値未満であるとき、前記吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御を行なってクランキングされてよい。更にこの場合、吸気圧縮比増大制御を行なってクランキングするのは、機関温度が該第一の温度しきい値より低い所定の第二の温度しきい値以上であるときであるとされてよい。
【００２４】
更に、上記の車輌原動装置は、前記蓄電装置の有効出力が前記出力しきい値未満であり、機関温度が前記第二の温度しきい値未満であるときには、加熱器により該機関を所定の時間以内で加熱し、その間に機関温度が前記第二の温度しきい値に達しないときには前記吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御を行なうことなくクランキングされてよい。しかしまた、より簡単のため、前記蓄電装置の有効出力が前記出力しきい値未満であり、機関温度が前記第二の温度しきい値未満であるときには、前記吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御を行なうことなくクランキングされてもよい。また、前記蓄電装置の有効出力が前記出力しきい値未満であり、機関温度が前記第二の温度しきい値未満であるとき、上記の加熱器を作動させ、或は吸気圧縮比増大制御を行なうことなくクランキングするときには、一旦運転者の機関始動継続の指令を得て行なうようにしてもよい。
【００２５】
吸気圧縮比増大制御を行なわないときのクランキング回転数は、吸気圧縮比増大制御を行なってクランキングを行なうときのクランキング回転数より高くされてよい。
【００２６】
前記吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御はクランク軸の回転位相に対する吸気弁の閉じ位相を進み側に変更することにより行われてよい。
【００２７】
【発明の作用及び効果】
車輌原動装置の内燃機関が上に例示した如き吸気圧縮比増大制御が可能な吸気圧縮比制御手段を備えているのは、該吸気圧縮比制御手段により内燃機関の通常運転時に吸気圧縮比を下げて運転するためである。かかる吸気圧縮比制御手段は、自動車の運行が修了して機関が停止されたとき、自動的に吸気圧縮比増大位置に戻されるようになっている訳ではないので、機関始動時には、それが車輌運行休止後の冷温始動であろうと、エコラン車やハイブリッド車に於ける機関一時停止後の再始動であろうと、吸気圧縮比制御手段は吸気圧縮比を下げた状態にある。それどころか、上に図３〜５によって例示した如き吸気圧縮比制御手段にあっては、車輌運行休止後の機関始動時には、吸気圧縮比制御手段内の作動油が作動休止間に重力の作用により下方に落ちていることにより、クランキングが開始された瞬間に吸気圧縮比制御手段は最遅角状態となり、吸気圧縮比を最大限に下げる作動位置に設定される可能性がある。これに対しては、吸気圧縮比制御手段を上記の要領にて進角させロックする事前操作を行なえば、機関始動の際にはいつでもクランキングに先立って吸気圧縮比を増大させることが可能であるが、蓄電装置の有効出力が所定の出力しきい値以上であるように蓄電装置の蓄電度が十分高いときには、強力なクランキングが得られるので、内燃機関の機関温度に係りなく、即ち機関が冷温状態であっても、吸気圧縮比制御手段により吸気圧縮比を高めることを敢えて行なわず、強力なクランキングにより、機関を始動させる方が、機関始動を迅速にし、しかも振動を少なくして機関を始動させることができる。
【００２８】
そしてまた、蓄電装置の有効出力が前記出力しきい値未満であっても、機関温度が所定の第一の温度しきい値以上であるときには、機関は吸気圧縮比が低くされていても尚始動しやすいので、吸気圧縮比増大制御を行なうことなくクランキングしても機関を始動させることができる。そして、蓄電装置の有効出力が前記出力しきい値未満であるとき、吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御を行なってクランキングすればよい。尚、このとき、特に寒冷地に於いて遭遇するように機関温度が低く、吸気圧縮比制御手段内の作動油の粘性が高過ぎて吸気圧縮比制御手段の吸気圧縮比増大制御が困難であるような場合に対処し、吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御を行なうのは、機関温度が或る所定の第二の温度しきい値未満ではないことを確認の上であるようにすれば、無理な吸気圧縮比制御手段の作動により蓄電装置の好ましからざる消耗を回避し、クランキングに先立っての吸気圧縮比増大制御を必要最少限度の実施に抑えることができる。
【００２９】
蓄電装置の有効出力が所定の出力しきい値未満であり、機関温度が前記第二の温度しきい値未満である如く機関が冷え込んでいるときには、蓄電装置の電力により加熱器を作動させて機関の要部を所定時間以内で加熱し、その間に機関温度が第二の温度しきい値に達すれば、それに基づいて吸気圧縮比増大制御を行なってクランキングを行ない、その間に機関温度が第二の温度しきい値に達しないときには吸気圧縮比増大制御を行なうことなくクランキングを行なうようにすれば、機関温度に見合って蓄電装置の電力をより合理的に使用することができる。しかしまた、蓄電装置の有効出力が所定の出力しきい値未満であり、機関温度が前記第二の温度しきい値未満であるときには、吸気圧縮比増大制御を行なうことなくクランキングすることにより、機関の始動制御を簡単にすることができる。ただ、これらはいづれも蓄電装置にかなりの負担をかけるので、かかる機関始動操作の継続は一度運転者の確認の指令を得て行なわれるようにすれば、蓄電装置の電力が不用意に消尽することを回避することができる。
【００３０】
図２に例示した通り機関は吸気圧縮比が低いほど筒内圧を上げるにはより高い回転数を要するが、機関は吸気圧縮比が低いほどクランキングの際より滑らかに回転するので、吸気圧縮比制御手段による吸気圧縮比増大制御を行なわないときのクランキング回転数を吸気圧縮比増大制御を行なってクランキングするときより高くすることは、蓄電装置に特に大きな負担を掛けることなく可能である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図６は、図３〜５に示した吸気弁開閉タイミング制御装置を備えることにより機関始動の際クランキングに先立って吸気圧縮比を高める制御が可能なよう構成された内燃機関の始動手順の一部に、上記の如き本発明を組み込んだ自動車の内燃機関始動要領を一つの実施例について示すフローチャートである。かかるフローチャートによる機関の始動制御作動は、図３に９８として示されている車輌運転制御装置が信号Ｓｋとして示されているキースイッチの作動を表す信号により車輌の運転開始を指令されたときから開始される。
【００３２】
制御が開始されると、ステップ１０にて、制御に関連する各種データの読込みが行われる。この読込みデータの中には、図３に示されているキースイッチの作動を表す信号Ｓｋ、アクセルペダルの踏込み量を表す信号Ｄａ、車速を表す信号Ｖｅ、機関回転数を表す信号Ｎｅ、機関温度を表す信号Ｔｅ、更に、蓄電装置９の有効出力を算定するパラメータの一つとしての蓄電装置の電圧を表わす信号Ｅｂ、気温を表わす信号Ｔａ等が含まれている。そして、これらの読み込まれたデータに基づき、次のステップ２０にて、機関始動が求められているか否かが判断される。この場合、機関始動が求められているか否かは、車輌の始動時には運転者により操作されるキースイッチの作動を表す信号Ｓｋにより判断され、またエコラン車やハイブリッド車に於いて機関が車輌運転制御装置により一時停止された後再始動されるときには、車輌運転制御装置により自動的に判断される。またそのときの機関の温度状態は機関温度を表す信号Ｔｅにより判断される。そして答がイエスのときには制御はステップ３０へ進む。
【００３３】
ステップ３０に於いては、蓄電装置９の有効出力Ｗｂが所定の出力しきい値Ｗｂｏ以上であるか否かが判断される。有効出力Ｗｂは主として蓄電装置の電圧Ｅｂおよび気温Ｔａに基づいて算出されてよく、出力しきい値Ｗｂｏは、蓄電装置の蓄電状態が非常に良好で、有効出力が或る高い値以上にて得られることを示す値である。判断結果がイエスのときには、制御はステップ４０へ進み、図３の例では電動発電機３として構成されたクランキング用の電動機がクランキングのために正転方向にオンとされる。従って、蓄電装置の有効出力Ｗｂが出力しきい値Ｗｂｏ以上であるときには、機関の温度状態の如何に拘わらず、吸気圧縮比を高める動作を行なうことなく、直ちにクランキングが開始される。尚、図６に示す如きフローチャートによる制御は、この技術の分野に於いては周知の通り、数十ミリセカンド程度の周期にてフローチャートを通って循環する要領にて行われるものである。
【００３４】
ステップ４０にて電動機の正転による機関のクランキングが開始されると、制御は次いでステップ５０へ進み、ここで上記の車輌運転制御装置９８を構成するコンピュータの一部に組み込まれた一つのカウンタのカウント値Ｃ１が１ずつ増分される。これは電動機を正転作動させる時間を計測するためのものである。かかるカウント値Ｃ１は、制御の最初の開始時に０にリセットされ、また後述のステップ８０或いは１１０にて０にリセットされるものである。
【００３５】
次いでステップ６０にて、機関の回転数Ｎeが、機関が正常に始動したことを示す所定のしきい値回転数Ｎeoに達したか否かが判断される。クランキングの当初に於いては当然答は未だノーであり、このとき制御は後述のステップ９０へ進むが、そのうち機関が正常に始動されれば、やがてステップ６０の答はイエスに転ずるので、これより制御はステップ７０へ進み、電動機の正転作動は停止される。その後制御は、ステップ８０にてカウント値Ｃ１や後述のカウント値Ｃ２、フラグＦ１、Ｆ２、Ｆ３を０にリセットした後、１０へ戻り、次回の制御に備えてデータの読込みが続けられる。
【００３６】
制御が最初にステップ４０に至ったときから開始された機関のクランキング中、制御は当初は上記の通りステップ６０よりステップ９０へ進み、その答がノーである間、これよりステップ１０へ戻ってデータを読み直した後、ステップ２０を経てステップ３０へ進み、ステップ４０、５０、６０、９０を通って循環する。そして、もしステップ４０にて開始された電動機正転による機関のクランキングにも拘らず、機関回転数Ｎeが機関の正常な始動を示すＮeoに達せず、制御がステップ６０よりステップ９０へ進む経路を通って循環するうちにカウント値Ｃ１がある所定のしきい値Ｃ10に達する事態が生ずると、制御はこれよりステップ１００へ進み、電動機の正転による機関のクランキングが停止される。これはある所定の時間に亙って電動機による機関のクランキングを行っても機関が正常に始動しないとき、電動機によるクランキングを中止するものである。このときには、制御はステップ１１０にてカウント値Ｃ1、Ｃ2、フラグＦ１、Ｆ２、Ｆ３をそれぞれ０にリセットした後、更にステップ１２０にて表示１をオンにし、ここで制御は終了される。この表示１は、機関が始動されるべきところ、何らかの原因により始動が失敗したことを運転者に知らせる表示である。尚、このように表示１がオンとなるに至った場合に、始動が運転者による始動であれば、運転者は再始動を試みるであろうが、それに対し何らかの対策を講じるか、また機関始動が機関運転制御装置による自動始動であったとき、再度始動操作を行わせるか、またそれを何度まで行わせるか、等の制御態様は、本発明の範囲外の事項である。
【００３７】
ステップ３０に於ける判断結果がノーのとき、即ち、蓄電装置の蓄電状態が非常に良好とはいえないときには、制御はステップ１３０へ進み、機関温度Ｔｅが或る所定の温度しきい値Ｔe1以上であるか否かが判断される。この温度しきい値Ｔe1は、機関が長時間休止後の始動前冷温状態にあるのか、或はエコラン車やハイブリッド車にて生ずる車輌運行中の機関一時停止後の機関始動時に於ける如き暖機状態にあるのかの区別を行なう境界の機関温度である。答がイエスのときには、制御はそのままステップ４０へ進み、ステップ３０の答がイエスであるときと同様に吸気圧縮度を高める前制御なしに直ちにクランキングが開始される。
【００３８】
これに対し、ステップ１３０の答がノーのときには、制御はステップ１４０へ進み、機関温度Ｔｅが先の温度しきい値Ｔe1より低い他の一つの温度しきい値Ｔe2以上であるか否かが判断される。これは、吸気圧縮比を高めたクランキングを行なうにしても、図３〜５に例示した如き吸気圧縮比制御手段が正常に作動することが保証される機関温度の下限値であり、寒冷地等に於ける寒冷時に吸気圧縮比制御手段をそのまま作動させるか否かを判断するしきい値温度である。ステップ１４０の答がイエスであれば、制御はステップ１５０へ進む。
【００３９】
ステップ１５０に於いては、フラグＦ１が１であるか否かが判断される。このフラグＦ１は後述のステップ２１０にて１にセットされるものであり、それまでは制御の開始時に０にリセットされたままでいるので、その間制御はステップ１６０へ進み、上に記した吸気圧縮比を高めるための電動機の逆転駆動がオンとされる。次いで制御はステップ１７０へ進み、同じく車輌運転制御装置９８を構成するコンピュータの一部に組み込まれた他の一つのカウンタのカウント値Ｃ２が１ずつ増分される。また、この実施例では、電動機の逆転駆動がオンとされたとき、ステップ１８０に於いて、そのことを示す表示２がオンとされる。次いで制御はステップ１９０へ進み、カウント値Ｃ２が所定のしきい値Ｃ20に達したか否かが判断される。このしきい値となるカウント値Ｃ20は、電動機逆転作動の開始時或いは開始直後に吸気弁開閉タイミング装置が図４に示されている如き最遅角状態であっても、電動機によるクランク軸の逆転駆動によりロータの羽根部３２が環状部材２２の隔壁部２６に対し進み方向に一杯に変位し、ロックピン４０の小径端部４２が歯車１４の窪み孔４４に整合して圧縮コイルばね４６のばね力によりその中に落とし込まれる作動が達成されるに充分な時間をカウント値Ｃ２によりカウントすることができる値である。
【００４０】
ステップ１９０の答がイエスとなるまで、制御はこれよりステップ１０へ戻り、データを読み直しつつフローチャートを通って循環する。そして答がノーからイエスに転ずると、制御はステップ２００にて表示２をオフにし、更にステップ２１０にてフラグＦ１を１にセットした後、ステップ４０へ進む。そして電動機の正転によるクランキングが開始される。制御はこの後、ステップ４０、５０、６０、９０を経てステップ１０へ戻り、これより再度ステップ２０、３０、１３０、１４０を経てステップ１５０に至るが、このときにはフラグＦ１は既に１にセットされているので、これ以後制御はステップ１６０〜１９０へ進むことなく直ちにステップ４０へ進む経路を辿る。
【００４１】
ステップ１４０の答がノーのときには、制御はステップ２２０へ進み、フラグＦ２が１であるか否かが判断される。最初は答はノーであり、制御はステップ２３０経進み、蓄電装置の蓄電装置の有効出力が前記出力しきい値未満であり、機関温度が前記第二の温度しきい値未満であることを運転者に知らせる表示３がオンとされる。次いで制御はステップ２４０に至り、ここで運転者が尚機関始動の継続を指示するかどうかを待つ。ここで適当な押しボタン等により始動継続の指示が与えられれば、制御は表示３をオフにしてステップ２５０へ進み、フラグＦ２を１にセットした後、ステップ２６０へ進む．以後、制御はステップ１４０よりステップ２２０〜２５０をバイパスして循環する。
【００４２】
ステップ２６０にては、更に他の一つのフラグＦ３が１であるか否かが判断される。フラグＦ３も制御開始時に０にリセットされているので、制御が初めてここに至ったときには０であり、ステップ２６０の答はノーである。そこで制御はステップ２７０へ進み、車輌運転制御装置９８を構成するコンピュータの一部に組み込まれたタイマがセットされ、ついでステップ２８０にてフラグＦ３が１にセットされる。これらのステップ２６０〜２８０はここでタイマをセットするためのものである。次いで制御はステップ２９０へ進み、機関の始動性を上げるために機関の要部を加熱する図には示されていない加熱器（ヒータ）がオンとされる。
【００４３】
ステップ３００に於いては、機関温度Ｔｅが前記第二の温度しきい値Ｔｅ２に達したか否かが判断される。当初は答はノーであり、制御はステップ３１０へ進み、ステップ２７０にてセットされたタイマがタイムアウトしたか否かが判断される。この答も当初はノーであり、制御はステップ３２０へ進み、ヒータが作動中であることを示す表示４がオンとされる。制御はこれよりステップ１０へ戻り、データを読み直して再度循環する。そしてタイマにてセットされた所定時間が経過する前に機関温度Ｔｅが前記第二の温度しきい値Ｔｅ２に達すれば、制御はステップ３３０へ進み、フラグＦ４が１にセットされ、制御はステップ３４０へ進む。しかしタイマにてセットされた所定時間が経過してもＴｅがＴｅ２に達しないときには、フラグＦ４は０のままで制御はステップ３４０へ進む。そしてヒータがオフとされ、表示４もオフとされる。
【００４４】
次いでステップ３５０に於いては、フラグＦ４が１であるか否かが判断される。答がイエスのときには、制御はステップ１５０へ進み、上述のステップ１６０〜２１０による吸気圧縮比増大制御を行なってからクランキングされ、答がノーのときには、制御はステップ４０へ進み、吸気圧縮比増大制御を行なうことなくクランキングされる。しかし、後者の吸気圧縮比増大制御を行なわない場合にも、ヒータによる機関の予熱が行なわれたことにより、それだけ機関の始動性は向上している。
【００４５】
図７は図６に示したフローチャートより上記のヒータ加熱に関するステップを削除し、機関寒冷時の始動制御を幾分簡略化したものである。この修正例に於いては、ステップ１４０の答がノーのときには、敢えてヒータ加熱や吸気圧縮比増大を行なって蓄電装置の電力を消耗させることを回避し、そのままクランキングがなされる。但し、この場合にも、図６に示したステップ２２０〜２５０を設けることにより、一応運転者の確認指示を得てこれを行うようにしてよい。
【００４６】
かくして図示の如きフローチャートによる機関始動制御よれば、機関温度が所定のしきい値未満のときには吸気圧縮比を高めてクランキングを行なうものとしていた従来の方式を改め、有効出力Ｗｂがしきい値Ｗｂｏ以上であるように蓄電装置の蓄電状態が非常に良好であると判断されるときには、機関温度の高低を問わず、機関始動に際して、クランキングに先立って吸気圧縮比を高めることは行なわず、直ちにクランキングを行ない、可及的に迅速で且つ振動の少ない機関始動が達成される。
【００４７】
以上に於いては本発明を幾つかの組込み可能な操作態様を同時に組み込んだ一つの実施例とその一部修正例について詳細に説明したが、かかる実施例についてここに組み込まれた操作態様の一つ或は幾つかを省略する等、本発明の範囲内にて種々の修正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】吸気圧縮比を可変に制御するために吸気弁の開閉位相を可変に制御する要領を排気弁の開閉位相と共に示す線図。
【図２】吸気弁閉じ位相の下死点後角度の大小に応じてクランキングにより筒内圧が上昇する経過を例示するグラフ。
【図３】吸気弁開閉タイミング制御装置の一例の基本構成をハイブリッド車に適用したものとして幾分解図的に示す説明図。
【図４】図３の吸気弁開閉タイミング制御装置を吸気弁閉じ位相が最遅角された状態にて示す図３のＡ−Ａによる矢視図。
【図５】図３の吸気弁開閉タイミング制御装置を吸気弁閉じ位相が最進角された状態にて示す図３のＡ−Ａによる矢視図。
【図６】本発明を組み込んだ機関始動要領の一つの実施例を示すフローチャート。
【図７】図６に示す実施例の一部修正例を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…クランク軸
３…電動発電機
４…変速機
５…差動歯車
６…車輪
７…車軸
８…インバータ
９…蓄電装置
１０…吸気弁開閉タイミング制御装置
１２…無端ベルト
１４…歯車
１６…吸気弁作動カム
１８…吸気弁カム軸
２０…ボルト
２２…スプライン状の環状部材
２４…環状の端板
２６…放射状隔壁部
２８…ボルト
３０…ロータ
３２…羽根部
３４…扇形室
３６…段付きシリンダ孔
３８…大径のヘッド部
４０…ロックピン
４２…ロックピンの小径部
４４…窪み孔
４６…圧縮コイルばね
４８…ポート
５０…ポート
５２…環状油路
５４…環状油路
５６…油路
５８…軸受部
６０…環状油路
６１、６２…油路
６４…環状油路
６６…ポート
６８…油路
７０…油圧切換弁
７２…ポート
７４…ポート
７６…油路
７８…７８
８０…油圧ポンプ
８２…油圧ポート
８４…油溜
８６、８８…ドレンポート
９０…弁ハウジング
９２…ソレノイド
９４…圧縮コイルばね
９６…弁スプール
９８…車輌運転制御装置
【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】
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【図７】
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