ピストン式バランサを備える内燃機関の停止位置制御装置
【課題】この発明は、ピストン式バランサを備える内燃機関において、バランサピストンの往復運動を利用して、気筒内ピストンの停止位置を正確に制御することを目的とする。
【解決手段】内燃機関１０の気筒１２内に配置される気筒内ピストン１４と対向して運動するバランサピストン４８を備える。バランサピストン４８の挿入を受け、底部５０ａが閉塞されたバランサライナ５０を備える。バランサライナ内部空間５０ｂと、内燃機関１０の内部を潤滑するオイルが溜められたオイル貯留部３４ａとの開閉を担う電磁弁５６を備える。内燃機関１０の停止動作の途中かつ電磁弁５６が開かれている状態で、任意気筒１２における気筒内ピストン１４が吸気下死点近傍のクランク角度範囲内に位置する場合に、電磁弁５６を閉じるようにする。
【解決手段】内燃機関１０の気筒１２内に配置される気筒内ピストン１４と対向して運動するバランサピストン４８を備える。バランサピストン４８の挿入を受け、底部５０ａが閉塞されたバランサライナ５０を備える。バランサライナ内部空間５０ｂと、内燃機関１０の内部を潤滑するオイルが溜められたオイル貯留部３４ａとの開閉を担う電磁弁５６を備える。内燃機関１０の停止動作の途中かつ電磁弁５６が開かれている状態で、任意気筒１２における気筒内ピストン１４が吸気下死点近傍のクランク角度範囲内に位置する場合に、電磁弁５６を閉じるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ピストン式バランサを備える内燃機関の停止位置制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、往復動バランサ付きエンジンが開示されている。この従来のエンジンでは、ガイド筒（バランサライナ）内を往復動するロッド（バランサピストン）の往復運動を、オイルポンプや燃料ポンプとして利用するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９３３６３号公報
【特許文献２】特開２００７−３０９２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えばアイドリングストップ機能を有する車両やハイブリッド車両等においては、内燃機関の再始動を迅速に行いたいという要求がある。内燃機関の始動を迅速に行うためには、内燃機関の停止動作が完了した際の気筒内ピストンの停止位置を正確に制御することが必要となる。このような要求は、上記従来の技術のようにピストン式バランサを備える内燃機関においても同様である。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ピストン式バランサを備える内燃機関において、バランサピストンの往復運動を利用して、気筒内ピストンの停止位置を正確に制御し得る停止位置制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、ピストン式バランサを備える内燃機関の停止位置制御装置であって、
内燃機関の気筒内に配置される気筒内ピストンと対向して運動するバランサピストンと、
前記バランサピストンの挿入を受け、底部が閉塞されたバランサライナと、
前記バランサピストンの頂面と前記バランサライナの内面とで囲まれたバランサライナ内部空間と、前記内燃機関の内部を潤滑するオイルが溜められたオイル貯留部との開閉を担う制御弁と、
前記内燃機関の停止動作の途中かつ前記制御弁が開かれている状態で、任意気筒における前記気筒内ピストンが吸気下死点近傍のクランク角度範囲内に位置する場合に、前記制御弁を閉じる制御弁制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記制御弁制御手段は、前記内燃機関の前記停止動作の開始後にクランク軸が所定回数だけ回転した後で前記制御弁を閉じる前記制御を行う手段であって、
前記制御弁制御手段は、前記オイルの粘度が高い場合には当該オイルの粘度が低い場合に比して、前記所定回数を少なくするクランク回転数設定手段を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記制御弁制御手段は、前記制御弁を閉じるタイミングを、前記気筒内ピストンが吸気下死点に達したタイミングから所定のクランク角度だけ遅れたタイミングに遅らせる閉弁タイミング遅延手段を含み、
前記閉弁タイミング遅延手段は、前記オイルの粘度が高い場合には当該オイルの粘度が低い場合に比して、前記制御弁を閉じる前記タイミングの遅れ期間を長くすることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関は、２つの気筒を有する内燃機関であって、
前記制御弁制御手段は、吸気行程が到来するもしくは到来している気筒を判別する吸気行程気筒判別手段を含み、吸気行程が到来するもしくは到来している前記気筒に対して、前記制御弁を閉じる前記の制御を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、気筒内ピストンとバランサピストンとは、対向して運動するように構成されている。このため、本発明によれば、任意気筒の気筒内ピストンが吸気下死点近傍のクランク角度範囲内に位置する場合に制御弁を閉じることにより、内燃機関の停止動作の途中において、オイルが満充填された状態で、バランサライナ内部空間が閉じられるようになる。その結果、バランサピストンがバランサライナ内部空間内に作用する油圧とオイルの圧縮性の影響を受けるようになるので、内燃機関の停止動作中に惰性で回転しようとする気筒内ピストン（クランク軸）が、減衰しながら吸気下死点近傍で停止するようになる。このように、本発明によれば、ピストン式バランサを備える内燃機関において、バランサピストンの往復運動を利用して、気筒内ピストンの停止位置を正確に制御することが可能となる。そして、このように、任意気筒の気筒内ピストンが吸気下死点付近で停止するように制御しておくことで、再始動時には、クランク軸を半回転させた段階で、ピストン停止位置制御の対象となった気筒の気筒内ピストンが圧縮上死点となる。このため、この気筒に対して燃料噴射および点火を行うようにすることで、再始動時に速やかに燃焼を開始させられるようになる。つまり、内燃機関が再始動に要する時間を効果的に短縮することが可能となる。
【００１１】
第２の発明によれば、内燃機関の停止動作の開始後にクランク軸が所定回数だけ回転した後で制御弁を閉じるようにしたことにより、停止動作時にクランク軸の惰性回転力が減少するのを待ったうえで、バランサピストンの往復運動を利用した気筒内ピストンの停止位置の制御が行われるようになる。そして、本発明では、オイルの粘度が高い場合には当該オイルの粘度が低い場合に比して、上記所定回数を少なく設定している。このため、オイルの粘性によって変化する停止動作時の内燃機関の回転挙動を考慮して、気筒内ピストンの停止位置制御を行うタイミングをオイルの粘度の高低に関係なく適切に設定することが可能となる。
【００１２】
第３の発明によれば、オイルの粘度が高い場合には当該オイルの粘度が低い場合に比して、制御弁を閉じるタイミングの遅れ期間を長くすることにより、オイルの粘性によって変化するバランサライナ内部空間内のオイル挙動を考慮して、より効果的にバランサライナ内部空間内にオイルを充填させられるようになる。これにより、オイルの粘度の高低に関わらず、気筒内ピストンの停止位置を吸気下死点付近により正確に制御できるようになる。
【００１３】
第４の発明によれば、ピストン式バランサを有する２気筒型の内燃機関において、バランサピストンの往復運動を利用して、気筒内ピストンの停止位置を正確に制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のピストン式バランサを備える内燃機関１０の構成を説明するための断面図である。
本発明では、内燃機関の気筒数を特に問わないが、ここでは、図１に示す内燃機関１０は、直列２気筒型エンジンであるものとする。内燃機関１０の各気筒１２の内部には、気筒内ピストン１４が摺動可能に配置されている。気筒内ピストン１４は、コンロッド１６を介して、クランク軸１８に設けられたクランクピン２０と連結されている。尚、ここでは、内燃機関１０の２つの気筒がそれぞれ備えるクランクピン２０は、同位相となるように設定されているものとする。つまり、内燃機関１０は、爆発行程が等間隔となるように構成されている。
【００１５】
内燃機関１０の各気筒１２を構成する部材であるシリンダブロック２２の上方には、シリンダヘッド２４が取り付けられている。また、シリンダブロック２２内の気筒１２、気筒内ピストン１４、およびシリンダヘッド２４とで囲まれた空間として、内燃機関１０の燃焼室２６が形成されている。また、シリンダヘッド２４には、燃焼室２６内に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁２８が組み込まれている。更に、シリンダヘッド２４の中央には、点火プラグ３０が組み込まれている。
【００１６】
一方、シリンダブロック２２の下方には、クランクケース３２が取り付けられている。更に、クランクケース３２の下方には、内燃機関１０の各部を潤滑する潤滑油を溜めておくためのオイルパン３４が取り付けられている。また、気筒内ピストン１４を間に介する燃焼室２６の反対側には、シリンダブロック２２、クランクケース３２、およびオイルパン３４とで囲まれた空間として、クランク室３６が形成されている。
【００１７】
クランクケース３２には、内燃機関１０のトルクを動力として作動するオイルポンプ３８が設置されている。オイルパン３４内のオイルが溜められたオイル貯留部３４ａには、オイルストレーナ４０が設置されている。オイルストレーナ４０を介してオイルポンプ３８によって汲み上げられたオイルは、シリンダブロック２２に形成されたメインギャラリ４２から、内燃機関１０の各部に供給されるようになっている。
【００１８】
また、クランク軸１８には、クランク軸１８の軸中心を中心としてクランクピン２０と対称（すなわち、逆位相）となる位置に、バランサ用クランクピン４４が設けられている。バランサ用クランクピン４４は、バランサ用コンロッド４６を介して、バランサピストン４８に連結されている。バランサピストン４８の周囲には、当該バランサピストン４８の挿入を受けるバランサライナ５０が配置されている。
【００１９】
より具体的には、バランサピストン４８は、バランサライナ５０によって摺動可能に案内された状態で、クランク軸１８の回転に伴って、気筒内ピストン１４と対向して運動するように構成されている。また、バランサピストン４８は、気筒内ピストン１４の慣性力に釣り合う力であって、かつ逆向きの慣性力が発生するようにその質量が調整されている。以上のようなバランサ用クランクピン４４、バランサ用コンロッド４６、バランサピストン４８、およびバランサライナ５０によって、本実施形態の内燃機関１０のピストン式バランサ機構が実現されている。
【００２０】
また、図１に示すように、バランサライナ５０は、バランサピストン４８の頂面と対向する底部５０ａを備えており、当該底部５０ａは閉塞されている。当該底部５０ａは、クランク室３６内に（オイルパン３４に）溜められたオイルの油面高さよりも低い位置に配置されている。このように、バランサライナ５０は、その一部が、オイル貯留部３４ａ内に油没されるようにしてクランク室３６内に配置されている。
【００２１】
また、バランサライナ５０の底部５０ａには、バランサピストン４８の頂面とバランサライナ５０の内面とで囲まれたバランサライナ内部空間５０ｂと、オイルパン３４内のオイル貯留部３４ａとに連通するオイル通路５２が設けられている。また、バランサライナ５０の底部５０ａには、バランサライナ内部空間５０ｂと、内燃機関１０における図示省略するオイル利用部（例えば、油圧により制御される可変動弁機構など）とを接続するオイル通路５４が設けられている。
【００２２】
オイル通路５２における上記底部５０ａに近接した位置には、当該オイル通路５２の開閉を担う吸込側電磁弁５６が設けられている。また、オイル通路５４における上記底部５０ａに近接した位置には、当該オイル通路５４の開閉を担う吐出側電磁弁５８が設けられている。このような構成によれば、クランク軸１８の回転に伴ってバランサライナ内部空間５０ｂが拡大する方向（図１の上方向）にバランサピストン４８が動作する際に、（吐出側電磁弁５８を閉じつつ）吸込側電磁弁５６を開くようにすることで、オイル貯留部３４ａ内のオイルをバランサライナ内部空間５０ｂに回収（吸引）することができる。そして、クランク軸１８の回転に伴ってバランサライナ内部空間５０ｂが縮小する方向（図１の下方向）にバランサピストン４８が動作する際に、（吸込側電磁弁５６を閉じつつ）吐出側電磁弁５８を開くようにすることで、バランサライナ内部空間５０ｂ内のオイルを上記オイル利用部に向けて排出（供給）することができる。
【００２３】
本実施形態のシステムは、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角度やエンジン回転数を検出するためのクランク角センサ６２、および内燃機関１０を潤滑するオイルの温度を検出するための油温センサ６４等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ６０は、内燃機関１０が搭載された車両のイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）６６の信号を検出できるように構成されている。また、ＥＣＵ６０の出力側には、燃料噴射弁２８、点火プラグ３０、および電磁弁５６、５８に加え、内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ６０は、各センサからの信号に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御するようになっている。
【００２４】
一般に、内燃機関を始動させる際には、始動装置（図示省略）により内燃機関が回転駆動され始めた後に、先ず、クランク角度の判別が行われ、次いで、気筒判別が行われる。その後、ようやく燃料噴射が開始され、燃焼に伴う爆発力によって内燃機関の回転数が上昇することで始動完了となる。内燃機関の始動時には、このような工程が必要となる。
【００２５】
ところで、例えばアイドリングストップ機能を有する車両やハイブリッド車両等においては、内燃機関の再始動を迅速に行いたいという要求がある。内燃機関の始動を迅速に行うためには、始動装置が動き始めてから上記工程を如何に早く完結させるかが重要である。そのためには、内燃機関の停止動作が完了した際の気筒内ピストンの停止位置を正確に制御することが必要となる。このような要求は、本実施形態の内燃機関１０のようにピストン式バランサを備える内燃機関においても同様である。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態１における特徴的な気筒内ピストン１４の停止位置制御を説明するための図である。より具体的には、図２（Ａ）は一方の気筒１２における吸気行程の経過中の動作を、図２（Ｂ）は一方の気筒１２の気筒内ピストン１４が吸気下死点に位置する際の動作を、それぞれ説明するための図である。
【００２７】
本実施形態の内燃機関１０は、上述したように、ピストン式バランサ機構を備えており、バランサピストン４８の往復運動を油圧ポンプとして活用できるように構成されている。本実施形態では、そのようなバランサピストン４８の往復運動を利用して、気筒内ピストン１４の停止位置を制御することを特徴としている。
【００２８】
より具体的には、本実施形態では、ＩＧスイッチ６６がＯＦＦされたことが検出された後の内燃機関１０の停止動作中に一方の気筒１２の吸気行程が到来したタイミングで、図２（Ａ）に示すように、吐出側電磁弁５８を閉じた状態で吸込側電磁弁５６を開くようにしている。その結果、バランサライナ内部空間５０ｂには、オイルが吸引されて満たされていく。
【００２９】
そのうえで、図２（Ｂ）に示すように、気筒内ピストン１４が吸気下死点近傍の所定クランク角度範囲に達したタイミングで吸込側電磁弁５６を閉じるようにしている。その結果、バランサライナ内部空間５０ｂは、その内部にオイルが満充填された状態で外部（オイル貯留部３４ａ）と遮断されるようになる。以下、図３を参照して、本実施形態におけるピストン停止位置制御を詳述するものとする。
【００３０】
図３は、上記ピストン停止位置制御を実現するために、ＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。
図３に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０の運転中であるか否かがエンジン回転数の情報などに基づいて判別される（ステップ１００）。
【００３１】
その結果、内燃機関１０の運転中であると判定された場合には、次いで、油温センサ６４を用いて検出される内燃機関１０の油温が読み込まれる（ステップ１０２）。そのうえで、本ステップ１０２では、読み込まれた油温に基づいて、ＩＧＯＦＦ後クランク回転数βおよび電磁弁閉遅れ期間γが算出される。
【００３２】
ＩＧスイッチ６６がＯＦＦとされたことが検出されたタイミングで直ちに上記図２に示す動作を行うことによって気筒内ピストン１４の惰性運動を制動しようとした場合には、その時点ではクランク軸１８の惰性回転力が強すぎるため、バランサ用コンロッド４６に過大な負荷を与えてしまう。このため、本ルーチンでは、ＩＧスイッチ６６がＯＦＦされたことが検出されたタイミングではなく、ピストン停止位置制御時にバランサ用コンロッド４６にそのような過大な負荷が作用するのを回避できる程度にまで上記惰性回転力が減少するのを待ったうえで、上記図２に示す動作を行うようにしている。つまり、上記ＩＧＯＦＦ後クランク回転数βは、ＩＧスイッチ６６がＯＦＦされたことが検出されたタイミングから吸込側電磁弁５６を開くタイミングまでのクランク軸１８の回転数を規定するために定められた値である。
【００３３】
ＥＣＵ６０は、予め実験等によって、油温との関係で上記ＩＧＯＦＦ後クランク回転数βを定めたβ−油温マップを記憶している。図４は、そのようなβ−油温マップの傾向を表した図である。β−油温マップでは、図４に示すように、油温が低くなるほど、ＩＧＯＦＦ後クランク回転数βが少なくなるように設定されている。
【００３４】
また、電磁弁閉遅れ期間γは、後述するステップ１１２の処理によって内燃機関１０の停止動作中に吸込側電磁弁５６が開くように制御される場合において、吸気下死点が経過するタイミングからの吸込側電磁弁５６の閉じタイミングの遅れ期間を規定するために定められた（クランク角度（°ＣＡ）ベースの）期間である。
【００３５】
ＥＣＵ６０は、予め実験等によって、油温との関係で上記電磁弁遅れ期間γを定めたγ−油温マップを記憶している。図５は、そのようなγ−油温マップの傾向を表した図である。γ−油温マップでは、図５に示すように、油温が低くなるほど、電磁弁遅れ期間γが長くなるように設定されている。
【００３６】
図３に示すルーチンでは、上記クランク回転数βおよび遅れ期間γが現在の油温に基づいて算出されると、次いで、ＩＧスイッチ６６をＯＦＦにする要求（すなわち、内燃機関１０の停止要求）があるか否かが判別される（ステップ１０４）。その結果、ＩＧスイッチ６６がＯＦＦとされたと判定された場合には、当該ＩＧスイッチ６６がＯＦＦされたタイミングからのクランク回転数がカウントされる（ステップ１０６）。
【００３７】
次に、ＩＧＯＦＦ後クランク回転数のカウント値が上記ＩＧＯＦＦ後クランク回転数βに達したか否かが判別される（ステップ１０８）。その結果、上記カウント値＞βが成立すると判定された場合には、最初に吸気行程が到来する気筒１２が内燃機関１０の２気筒のうちの何れであるかが判別される（ステップ１１０）。そして、該当する気筒１２の吸気行程が開始するタイミング（該当する気筒１２の気筒内ピストン１４が排気上死点に位置するタイミング、言い換えれば、バランサピストン４８がバランサライナ５０の底部５０ａに最も接近したタイミング）で、吸込側電磁弁５６が開かれる（ステップ１１２）。
【００３８】
次に、上記該当気筒１２の気筒内ピストン１４が吸気下死点（吸気ＢＴＤＣ）から更に上記遅れ期間γだけ進角したタイミングで、吸込側電磁弁５６が閉じられる（ステップ１１４）。尚、吐出側電磁弁５８は、本ルーチンの一連の処理が実行される間、閉弁状態に制御される。
【００３９】
以上説明した図３に示すルーチンによれば、内燃機関１０の停止動作の途中において、バランサライナ内部空間５０ｂ内にオイルが満充填された状態で、吸込側電磁弁５６が閉じられるようになる。その結果、バランサピストン４８がバランサライナ内部空間５０ｂ内に作用する油圧とオイルの圧縮性の影響を受けるようになるので、内燃機関１０の停止動作中に惰性で回転しようとする気筒内ピストン１４（クランク軸１８）が、減衰しながら停止するようになる。本実施形態の内燃機関１０では、既述したように、気筒内ピストン１４側のクランクピン２０とバランサ用クランクピン４４とは対称（すなわち、逆位相）となる関係で設定されており、これにより、気筒内ピストン１４とバランサピストン４８とは、対向して運動するようになっている。このため、バランサライナ内部空間５０ｂ内にオイルが満充填された状態でバランサピストン４８が停止することにより、一方の気筒１２の気筒内ピストン１４が吸気下死点近傍で停止するようになる。
【００４０】
上記のように、本実施形態のピストン停止位置制御によれば、バランサピストン４８の往復運動を利用して、気筒内ピストン１４の停止位置を制御できるようになる。そして、このように、一方の気筒１２の気筒内ピストン１４が吸気下死点付近で停止するように制御しておくことで、再始動時には、クランク軸１８を半回転させた段階で、ピストン停止位置制御の対象となった気筒１２の気筒内ピストン１４が圧縮上死点となる。このため、この気筒１２に対して燃料噴射および点火を行うようにすることで、再始動時に速やかに燃焼を開始させられるようになる。つまり、内燃機関１０が再始動に要する時間を効果的に短縮することが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態のピストン停止位置制御の手法によれば、上述したように、内燃機関１０の停止動作中に吸込側電磁弁５６を閉じた後には、バランサピストン４８がバランサライナ内部空間５０ｂ内に作用する油圧とオイルの圧縮性の影響を受けて、気筒内ピストン１４（クランク軸１８）が減衰しながら停止するようになる。このように、本手法によれば、クランク軸１８をブレーキなどによって急激に停止させることがないため、クランク軸１８やバランサ用コンロッド４６等の各部品に過大な負荷をかけずに気筒内ピストン１４を狙いの位置に停止させられるようになる。
【００４２】
また、本実施形態のピストン停止位置制御の手法では、油温が低くなるほど、ＩＧＯＦＦ後クランク回転数βが少なくなるように設定している。油温が低くなるほどオイルの粘度が高くなるので、内燃機関１０が停止動作を行う際のフリクションが大きくなる。このため、ＩＧスイッチ６６がＯＦＦされたタイミングから実際に内燃機関１０が停止するまでにクランク軸１８が回転する回数は、油温が低くなるほど少なくなる。上記クランク回転数βの設定（図４に示すβ−油温マップの関係）によれば、油温（オイル粘性）によって変化する停止動作時の内燃機関１０の回転挙動を考慮して、ピストン停止位置制御を行うタイミングをオイルの粘度の高低に関係なく適切に設定することが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態のピストン停止位置制御の手法では、油温が低くなるほど、電磁弁遅れ期間γが長くなるように設定している。上記のように油温が低くなるほどオイルの粘度が高くなるので、バランサピストン４８の往復運動を利用したオイルの吸込み動作（図２（Ａ）に示す動作）によってバランサライナ内部空間５０ｂ内にオイルが満たされるまでに要する時間が長くなる。上記遅れ期間γの設定（図５に示すγ−油温マップの関係）によれば、油温（オイル粘性）によって変化するバランサライナ内部空間５０ｂ内のオイル挙動を考慮して、より効果的にバランサライナ内部空間５０ｂ内にオイルを充填させられるようになる。これにより、オイルの粘度の高低に関わらず、気筒内ピストン１４の停止位置を吸気下死点付近により正確に制御できるようになる。
【００４４】
ところで、上述した実施の形態１においては、バランサライナ５０の一部がオイル貯留部３４ａ内に油没されるようにバランサライナ５０を配置させている。このような配置手法によれば、バランサライナ５０の下方にオイル貯留部３４ａを配置する構成を採用する場合において、内燃機関１０の全高を効果的に下げつつ、本実施形態のピストン停止位置制御を行えるようになる。しかしながら、本発明においては、バランサライナの底部が閉塞されていることによってバランサライナ内部空間が形成されており、当該バランサライナ内部空間とオイル貯留部とが制御弁を介して開閉されるように構成されていればよい。すなわち、本発明のバランサライナはオイル貯留部内に油没されていなくてもよく、また、本発明のオイル貯留部はクランク室外に配置されていてもよい。
【００４５】
また、上述した実施の形態１においては、上記ＩＧＯＦＦ後クランク回転数βが経過した後に最初に吸気行程が到来する気筒１２における吸気行程の開始時に、バランサライナ内部空間５０ｂ内にオイルを吸込ませるべく、吸込側電磁弁５６を開くようにしている。このようなタイミングで吸込側電磁弁５６を開くように制御することで、バランサピストン４８の往復運動に伴うポンプ損失を効果的に抑制しつつ、気筒内ピストンの停止位置を制御するためのオイルをバランサライナ内部空間５０ｂ内に充填させることができるようになる。しかしながら、本発明において任意気筒における気筒内ピストンの停止位置を制御するうえで制御弁を開くタイミングは、これに限定されるものではない。すなわち、上記吸気行程の開始時ではなく、当該吸気行程の経過中であってもよく、或いは、ＩＧスイッチ６６がＯＦＦとされる前か後であるかを問わず、当該吸気行程の開始前であってもよい。
【００４６】
また、上述した実施の形態１においては、ＩＧＯＦＦ後クランク回転数βに達した後に最初に吸気行程が到来する気筒１２をピストン停止位置制御の対象となる気筒に決定するようにしている。しかしながら、本発明における任意気筒は、このような決定手法に限らず、例えば、特定の気筒をピストン停止位置制御の対象となる気筒として固定してもよく、或いは、予め定められた規則に従って、ピストン停止位置制御の対象となる気筒を選択可能としてもよい。
【００４７】
尚、上述した実施の形態１においては、吸込側電磁弁５６が前記第１の発明における「制御弁」に相当しているとともに、ＥＣＵ６０が上記図３に示すルーチンの一連の処理を実行することにより前記第１の発明における「制御弁制御手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第２の発明における「クランク回転数設定手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が上記ステップ１０２および１１４の処理を実行することにより前記第３の発明における「閉弁タイミング遅延手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が上記ステップ１０４〜１１０の処理を実行することにより前記第４の発明における「吸気行程気筒判別手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態１のピストン式バランサを備える内燃機関の構成を説明するための断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における特徴的な気筒内ピストンの停止位置制御を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】図３に示すルーチンで用いられるβ−油温マップの傾向の一例を示す図である。
【図５】図３に示すルーチンで用いられるγ−油温マップの傾向の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 内燃機関
１２ 気筒
１４ 気筒内ピストン
１６ コンロッド
１８ クランク軸
２０ クランクピン
２２ シリンダブロック
２４ シリンダヘッド
２６ 燃焼室
２８ 燃料噴射弁
３０ 点火プラグ
３２ クランクケース
３４ オイルパン
３４ａ オイル貯留部
３６ クランク室
４４ バランサ用クランクピン
４６ バランサ用コンロッド
４８ バランサピストン
５０ バランサライナ
５０ａ バランサライナの底部
５０ｂ バランサライナ内部空間
５２、５４ オイル通路
５６ 吸込側電磁弁
５８ 吐出側電磁弁
６０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
６２ クランク角センサ
６４ 油温センサ
６６ ＩＧスイッチ
β ＩＧＯＦＦ後クランク回転数
γ 電磁弁閉遅れ期間
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ピストン式バランサを備える内燃機関の停止位置制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、往復動バランサ付きエンジンが開示されている。この従来のエンジンでは、ガイド筒（バランサライナ）内を往復動するロッド（バランサピストン）の往復運動を、オイルポンプや燃料ポンプとして利用するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９３３６３号公報
【特許文献２】特開２００７−３０９２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えばアイドリングストップ機能を有する車両やハイブリッド車両等においては、内燃機関の再始動を迅速に行いたいという要求がある。内燃機関の始動を迅速に行うためには、内燃機関の停止動作が完了した際の気筒内ピストンの停止位置を正確に制御することが必要となる。このような要求は、上記従来の技術のようにピストン式バランサを備える内燃機関においても同様である。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ピストン式バランサを備える内燃機関において、バランサピストンの往復運動を利用して、気筒内ピストンの停止位置を正確に制御し得る停止位置制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、ピストン式バランサを備える内燃機関の停止位置制御装置であって、
内燃機関の気筒内に配置される気筒内ピストンと対向して運動するバランサピストンと、
前記バランサピストンの挿入を受け、底部が閉塞されたバランサライナと、
前記バランサピストンの頂面と前記バランサライナの内面とで囲まれたバランサライナ内部空間と、前記内燃機関の内部を潤滑するオイルが溜められたオイル貯留部との開閉を担う制御弁と、
前記内燃機関の停止動作の途中かつ前記制御弁が開かれている状態で、任意気筒における前記気筒内ピストンが吸気下死点近傍のクランク角度範囲内に位置する場合に、前記制御弁を閉じる制御弁制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記制御弁制御手段は、前記内燃機関の前記停止動作の開始後にクランク軸が所定回数だけ回転した後で前記制御弁を閉じる前記制御を行う手段であって、
前記制御弁制御手段は、前記オイルの粘度が高い場合には当該オイルの粘度が低い場合に比して、前記所定回数を少なくするクランク回転数設定手段を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記制御弁制御手段は、前記制御弁を閉じるタイミングを、前記気筒内ピストンが吸気下死点に達したタイミングから所定のクランク角度だけ遅れたタイミングに遅らせる閉弁タイミング遅延手段を含み、
前記閉弁タイミング遅延手段は、前記オイルの粘度が高い場合には当該オイルの粘度が低い場合に比して、前記制御弁を閉じる前記タイミングの遅れ期間を長くすることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関は、２つの気筒を有する内燃機関であって、
前記制御弁制御手段は、吸気行程が到来するもしくは到来している気筒を判別する吸気行程気筒判別手段を含み、吸気行程が到来するもしくは到来している前記気筒に対して、前記制御弁を閉じる前記の制御を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、気筒内ピストンとバランサピストンとは、対向して運動するように構成されている。このため、本発明によれば、任意気筒の気筒内ピストンが吸気下死点近傍のクランク角度範囲内に位置する場合に制御弁を閉じることにより、内燃機関の停止動作の途中において、オイルが満充填された状態で、バランサライナ内部空間が閉じられるようになる。その結果、バランサピストンがバランサライナ内部空間内に作用する油圧とオイルの圧縮性の影響を受けるようになるので、内燃機関の停止動作中に惰性で回転しようとする気筒内ピストン（クランク軸）が、減衰しながら吸気下死点近傍で停止するようになる。このように、本発明によれば、ピストン式バランサを備える内燃機関において、バランサピストンの往復運動を利用して、気筒内ピストンの停止位置を正確に制御することが可能となる。そして、このように、任意気筒の気筒内ピストンが吸気下死点付近で停止するように制御しておくことで、再始動時には、クランク軸を半回転させた段階で、ピストン停止位置制御の対象となった気筒の気筒内ピストンが圧縮上死点となる。このため、この気筒に対して燃料噴射および点火を行うようにすることで、再始動時に速やかに燃焼を開始させられるようになる。つまり、内燃機関が再始動に要する時間を効果的に短縮することが可能となる。
【００１１】
第２の発明によれば、内燃機関の停止動作の開始後にクランク軸が所定回数だけ回転した後で制御弁を閉じるようにしたことにより、停止動作時にクランク軸の惰性回転力が減少するのを待ったうえで、バランサピストンの往復運動を利用した気筒内ピストンの停止位置の制御が行われるようになる。そして、本発明では、オイルの粘度が高い場合には当該オイルの粘度が低い場合に比して、上記所定回数を少なく設定している。このため、オイルの粘性によって変化する停止動作時の内燃機関の回転挙動を考慮して、気筒内ピストンの停止位置制御を行うタイミングをオイルの粘度の高低に関係なく適切に設定することが可能となる。
【００１２】
第３の発明によれば、オイルの粘度が高い場合には当該オイルの粘度が低い場合に比して、制御弁を閉じるタイミングの遅れ期間を長くすることにより、オイルの粘性によって変化するバランサライナ内部空間内のオイル挙動を考慮して、より効果的にバランサライナ内部空間内にオイルを充填させられるようになる。これにより、オイルの粘度の高低に関わらず、気筒内ピストンの停止位置を吸気下死点付近により正確に制御できるようになる。
【００１３】
第４の発明によれば、ピストン式バランサを有する２気筒型の内燃機関において、バランサピストンの往復運動を利用して、気筒内ピストンの停止位置を正確に制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のピストン式バランサを備える内燃機関１０の構成を説明するための断面図である。
本発明では、内燃機関の気筒数を特に問わないが、ここでは、図１に示す内燃機関１０は、直列２気筒型エンジンであるものとする。内燃機関１０の各気筒１２の内部には、気筒内ピストン１４が摺動可能に配置されている。気筒内ピストン１４は、コンロッド１６を介して、クランク軸１８に設けられたクランクピン２０と連結されている。尚、ここでは、内燃機関１０の２つの気筒がそれぞれ備えるクランクピン２０は、同位相となるように設定されているものとする。つまり、内燃機関１０は、爆発行程が等間隔となるように構成されている。
【００１５】
内燃機関１０の各気筒１２を構成する部材であるシリンダブロック２２の上方には、シリンダヘッド２４が取り付けられている。また、シリンダブロック２２内の気筒１２、気筒内ピストン１４、およびシリンダヘッド２４とで囲まれた空間として、内燃機関１０の燃焼室２６が形成されている。また、シリンダヘッド２４には、燃焼室２６内に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁２８が組み込まれている。更に、シリンダヘッド２４の中央には、点火プラグ３０が組み込まれている。
【００１６】
一方、シリンダブロック２２の下方には、クランクケース３２が取り付けられている。更に、クランクケース３２の下方には、内燃機関１０の各部を潤滑する潤滑油を溜めておくためのオイルパン３４が取り付けられている。また、気筒内ピストン１４を間に介する燃焼室２６の反対側には、シリンダブロック２２、クランクケース３２、およびオイルパン３４とで囲まれた空間として、クランク室３６が形成されている。
【００１７】
クランクケース３２には、内燃機関１０のトルクを動力として作動するオイルポンプ３８が設置されている。オイルパン３４内のオイルが溜められたオイル貯留部３４ａには、オイルストレーナ４０が設置されている。オイルストレーナ４０を介してオイルポンプ３８によって汲み上げられたオイルは、シリンダブロック２２に形成されたメインギャラリ４２から、内燃機関１０の各部に供給されるようになっている。
【００１８】
また、クランク軸１８には、クランク軸１８の軸中心を中心としてクランクピン２０と対称（すなわち、逆位相）となる位置に、バランサ用クランクピン４４が設けられている。バランサ用クランクピン４４は、バランサ用コンロッド４６を介して、バランサピストン４８に連結されている。バランサピストン４８の周囲には、当該バランサピストン４８の挿入を受けるバランサライナ５０が配置されている。
【００１９】
より具体的には、バランサピストン４８は、バランサライナ５０によって摺動可能に案内された状態で、クランク軸１８の回転に伴って、気筒内ピストン１４と対向して運動するように構成されている。また、バランサピストン４８は、気筒内ピストン１４の慣性力に釣り合う力であって、かつ逆向きの慣性力が発生するようにその質量が調整されている。以上のようなバランサ用クランクピン４４、バランサ用コンロッド４６、バランサピストン４８、およびバランサライナ５０によって、本実施形態の内燃機関１０のピストン式バランサ機構が実現されている。
【００２０】
また、図１に示すように、バランサライナ５０は、バランサピストン４８の頂面と対向する底部５０ａを備えており、当該底部５０ａは閉塞されている。当該底部５０ａは、クランク室３６内に（オイルパン３４に）溜められたオイルの油面高さよりも低い位置に配置されている。このように、バランサライナ５０は、その一部が、オイル貯留部３４ａ内に油没されるようにしてクランク室３６内に配置されている。
【００２１】
また、バランサライナ５０の底部５０ａには、バランサピストン４８の頂面とバランサライナ５０の内面とで囲まれたバランサライナ内部空間５０ｂと、オイルパン３４内のオイル貯留部３４ａとに連通するオイル通路５２が設けられている。また、バランサライナ５０の底部５０ａには、バランサライナ内部空間５０ｂと、内燃機関１０における図示省略するオイル利用部（例えば、油圧により制御される可変動弁機構など）とを接続するオイル通路５４が設けられている。
【００２２】
オイル通路５２における上記底部５０ａに近接した位置には、当該オイル通路５２の開閉を担う吸込側電磁弁５６が設けられている。また、オイル通路５４における上記底部５０ａに近接した位置には、当該オイル通路５４の開閉を担う吐出側電磁弁５８が設けられている。このような構成によれば、クランク軸１８の回転に伴ってバランサライナ内部空間５０ｂが拡大する方向（図１の上方向）にバランサピストン４８が動作する際に、（吐出側電磁弁５８を閉じつつ）吸込側電磁弁５６を開くようにすることで、オイル貯留部３４ａ内のオイルをバランサライナ内部空間５０ｂに回収（吸引）することができる。そして、クランク軸１８の回転に伴ってバランサライナ内部空間５０ｂが縮小する方向（図１の下方向）にバランサピストン４８が動作する際に、（吸込側電磁弁５６を閉じつつ）吐出側電磁弁５８を開くようにすることで、バランサライナ内部空間５０ｂ内のオイルを上記オイル利用部に向けて排出（供給）することができる。
【００２３】
本実施形態のシステムは、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角度やエンジン回転数を検出するためのクランク角センサ６２、および内燃機関１０を潤滑するオイルの温度を検出するための油温センサ６４等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ６０は、内燃機関１０が搭載された車両のイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）６６の信号を検出できるように構成されている。また、ＥＣＵ６０の出力側には、燃料噴射弁２８、点火プラグ３０、および電磁弁５６、５８に加え、内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ６０は、各センサからの信号に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御するようになっている。
【００２４】
一般に、内燃機関を始動させる際には、始動装置（図示省略）により内燃機関が回転駆動され始めた後に、先ず、クランク角度の判別が行われ、次いで、気筒判別が行われる。その後、ようやく燃料噴射が開始され、燃焼に伴う爆発力によって内燃機関の回転数が上昇することで始動完了となる。内燃機関の始動時には、このような工程が必要となる。
【００２５】
ところで、例えばアイドリングストップ機能を有する車両やハイブリッド車両等においては、内燃機関の再始動を迅速に行いたいという要求がある。内燃機関の始動を迅速に行うためには、始動装置が動き始めてから上記工程を如何に早く完結させるかが重要である。そのためには、内燃機関の停止動作が完了した際の気筒内ピストンの停止位置を正確に制御することが必要となる。このような要求は、本実施形態の内燃機関１０のようにピストン式バランサを備える内燃機関においても同様である。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態１における特徴的な気筒内ピストン１４の停止位置制御を説明するための図である。より具体的には、図２（Ａ）は一方の気筒１２における吸気行程の経過中の動作を、図２（Ｂ）は一方の気筒１２の気筒内ピストン１４が吸気下死点に位置する際の動作を、それぞれ説明するための図である。
【００２７】
本実施形態の内燃機関１０は、上述したように、ピストン式バランサ機構を備えており、バランサピストン４８の往復運動を油圧ポンプとして活用できるように構成されている。本実施形態では、そのようなバランサピストン４８の往復運動を利用して、気筒内ピストン１４の停止位置を制御することを特徴としている。
【００２８】
より具体的には、本実施形態では、ＩＧスイッチ６６がＯＦＦされたことが検出された後の内燃機関１０の停止動作中に一方の気筒１２の吸気行程が到来したタイミングで、図２（Ａ）に示すように、吐出側電磁弁５８を閉じた状態で吸込側電磁弁５６を開くようにしている。その結果、バランサライナ内部空間５０ｂには、オイルが吸引されて満たされていく。
【００２９】
そのうえで、図２（Ｂ）に示すように、気筒内ピストン１４が吸気下死点近傍の所定クランク角度範囲に達したタイミングで吸込側電磁弁５６を閉じるようにしている。その結果、バランサライナ内部空間５０ｂは、その内部にオイルが満充填された状態で外部（オイル貯留部３４ａ）と遮断されるようになる。以下、図３を参照して、本実施形態におけるピストン停止位置制御を詳述するものとする。
【００３０】
図３は、上記ピストン停止位置制御を実現するために、ＥＣＵ６０が実行するルーチンのフローチャートである。
図３に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０の運転中であるか否かがエンジン回転数の情報などに基づいて判別される（ステップ１００）。
【００３１】
その結果、内燃機関１０の運転中であると判定された場合には、次いで、油温センサ６４を用いて検出される内燃機関１０の油温が読み込まれる（ステップ１０２）。そのうえで、本ステップ１０２では、読み込まれた油温に基づいて、ＩＧＯＦＦ後クランク回転数βおよび電磁弁閉遅れ期間γが算出される。
【００３２】
ＩＧスイッチ６６がＯＦＦとされたことが検出されたタイミングで直ちに上記図２に示す動作を行うことによって気筒内ピストン１４の惰性運動を制動しようとした場合には、その時点ではクランク軸１８の惰性回転力が強すぎるため、バランサ用コンロッド４６に過大な負荷を与えてしまう。このため、本ルーチンでは、ＩＧスイッチ６６がＯＦＦされたことが検出されたタイミングではなく、ピストン停止位置制御時にバランサ用コンロッド４６にそのような過大な負荷が作用するのを回避できる程度にまで上記惰性回転力が減少するのを待ったうえで、上記図２に示す動作を行うようにしている。つまり、上記ＩＧＯＦＦ後クランク回転数βは、ＩＧスイッチ６６がＯＦＦされたことが検出されたタイミングから吸込側電磁弁５６を開くタイミングまでのクランク軸１８の回転数を規定するために定められた値である。
【００３３】
ＥＣＵ６０は、予め実験等によって、油温との関係で上記ＩＧＯＦＦ後クランク回転数βを定めたβ−油温マップを記憶している。図４は、そのようなβ−油温マップの傾向を表した図である。β−油温マップでは、図４に示すように、油温が低くなるほど、ＩＧＯＦＦ後クランク回転数βが少なくなるように設定されている。
【００３４】
また、電磁弁閉遅れ期間γは、後述するステップ１１２の処理によって内燃機関１０の停止動作中に吸込側電磁弁５６が開くように制御される場合において、吸気下死点が経過するタイミングからの吸込側電磁弁５６の閉じタイミングの遅れ期間を規定するために定められた（クランク角度（°ＣＡ）ベースの）期間である。
【００３５】
ＥＣＵ６０は、予め実験等によって、油温との関係で上記電磁弁遅れ期間γを定めたγ−油温マップを記憶している。図５は、そのようなγ−油温マップの傾向を表した図である。γ−油温マップでは、図５に示すように、油温が低くなるほど、電磁弁遅れ期間γが長くなるように設定されている。
【００３６】
図３に示すルーチンでは、上記クランク回転数βおよび遅れ期間γが現在の油温に基づいて算出されると、次いで、ＩＧスイッチ６６をＯＦＦにする要求（すなわち、内燃機関１０の停止要求）があるか否かが判別される（ステップ１０４）。その結果、ＩＧスイッチ６６がＯＦＦとされたと判定された場合には、当該ＩＧスイッチ６６がＯＦＦされたタイミングからのクランク回転数がカウントされる（ステップ１０６）。
【００３７】
次に、ＩＧＯＦＦ後クランク回転数のカウント値が上記ＩＧＯＦＦ後クランク回転数βに達したか否かが判別される（ステップ１０８）。その結果、上記カウント値＞βが成立すると判定された場合には、最初に吸気行程が到来する気筒１２が内燃機関１０の２気筒のうちの何れであるかが判別される（ステップ１１０）。そして、該当する気筒１２の吸気行程が開始するタイミング（該当する気筒１２の気筒内ピストン１４が排気上死点に位置するタイミング、言い換えれば、バランサピストン４８がバランサライナ５０の底部５０ａに最も接近したタイミング）で、吸込側電磁弁５６が開かれる（ステップ１１２）。
【００３８】
次に、上記該当気筒１２の気筒内ピストン１４が吸気下死点（吸気ＢＴＤＣ）から更に上記遅れ期間γだけ進角したタイミングで、吸込側電磁弁５６が閉じられる（ステップ１１４）。尚、吐出側電磁弁５８は、本ルーチンの一連の処理が実行される間、閉弁状態に制御される。
【００３９】
以上説明した図３に示すルーチンによれば、内燃機関１０の停止動作の途中において、バランサライナ内部空間５０ｂ内にオイルが満充填された状態で、吸込側電磁弁５６が閉じられるようになる。その結果、バランサピストン４８がバランサライナ内部空間５０ｂ内に作用する油圧とオイルの圧縮性の影響を受けるようになるので、内燃機関１０の停止動作中に惰性で回転しようとする気筒内ピストン１４（クランク軸１８）が、減衰しながら停止するようになる。本実施形態の内燃機関１０では、既述したように、気筒内ピストン１４側のクランクピン２０とバランサ用クランクピン４４とは対称（すなわち、逆位相）となる関係で設定されており、これにより、気筒内ピストン１４とバランサピストン４８とは、対向して運動するようになっている。このため、バランサライナ内部空間５０ｂ内にオイルが満充填された状態でバランサピストン４８が停止することにより、一方の気筒１２の気筒内ピストン１４が吸気下死点近傍で停止するようになる。
【００４０】
上記のように、本実施形態のピストン停止位置制御によれば、バランサピストン４８の往復運動を利用して、気筒内ピストン１４の停止位置を制御できるようになる。そして、このように、一方の気筒１２の気筒内ピストン１４が吸気下死点付近で停止するように制御しておくことで、再始動時には、クランク軸１８を半回転させた段階で、ピストン停止位置制御の対象となった気筒１２の気筒内ピストン１４が圧縮上死点となる。このため、この気筒１２に対して燃料噴射および点火を行うようにすることで、再始動時に速やかに燃焼を開始させられるようになる。つまり、内燃機関１０が再始動に要する時間を効果的に短縮することが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態のピストン停止位置制御の手法によれば、上述したように、内燃機関１０の停止動作中に吸込側電磁弁５６を閉じた後には、バランサピストン４８がバランサライナ内部空間５０ｂ内に作用する油圧とオイルの圧縮性の影響を受けて、気筒内ピストン１４（クランク軸１８）が減衰しながら停止するようになる。このように、本手法によれば、クランク軸１８をブレーキなどによって急激に停止させることがないため、クランク軸１８やバランサ用コンロッド４６等の各部品に過大な負荷をかけずに気筒内ピストン１４を狙いの位置に停止させられるようになる。
【００４２】
また、本実施形態のピストン停止位置制御の手法では、油温が低くなるほど、ＩＧＯＦＦ後クランク回転数βが少なくなるように設定している。油温が低くなるほどオイルの粘度が高くなるので、内燃機関１０が停止動作を行う際のフリクションが大きくなる。このため、ＩＧスイッチ６６がＯＦＦされたタイミングから実際に内燃機関１０が停止するまでにクランク軸１８が回転する回数は、油温が低くなるほど少なくなる。上記クランク回転数βの設定（図４に示すβ−油温マップの関係）によれば、油温（オイル粘性）によって変化する停止動作時の内燃機関１０の回転挙動を考慮して、ピストン停止位置制御を行うタイミングをオイルの粘度の高低に関係なく適切に設定することが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態のピストン停止位置制御の手法では、油温が低くなるほど、電磁弁遅れ期間γが長くなるように設定している。上記のように油温が低くなるほどオイルの粘度が高くなるので、バランサピストン４８の往復運動を利用したオイルの吸込み動作（図２（Ａ）に示す動作）によってバランサライナ内部空間５０ｂ内にオイルが満たされるまでに要する時間が長くなる。上記遅れ期間γの設定（図５に示すγ−油温マップの関係）によれば、油温（オイル粘性）によって変化するバランサライナ内部空間５０ｂ内のオイル挙動を考慮して、より効果的にバランサライナ内部空間５０ｂ内にオイルを充填させられるようになる。これにより、オイルの粘度の高低に関わらず、気筒内ピストン１４の停止位置を吸気下死点付近により正確に制御できるようになる。
【００４４】
ところで、上述した実施の形態１においては、バランサライナ５０の一部がオイル貯留部３４ａ内に油没されるようにバランサライナ５０を配置させている。このような配置手法によれば、バランサライナ５０の下方にオイル貯留部３４ａを配置する構成を採用する場合において、内燃機関１０の全高を効果的に下げつつ、本実施形態のピストン停止位置制御を行えるようになる。しかしながら、本発明においては、バランサライナの底部が閉塞されていることによってバランサライナ内部空間が形成されており、当該バランサライナ内部空間とオイル貯留部とが制御弁を介して開閉されるように構成されていればよい。すなわち、本発明のバランサライナはオイル貯留部内に油没されていなくてもよく、また、本発明のオイル貯留部はクランク室外に配置されていてもよい。
【００４５】
また、上述した実施の形態１においては、上記ＩＧＯＦＦ後クランク回転数βが経過した後に最初に吸気行程が到来する気筒１２における吸気行程の開始時に、バランサライナ内部空間５０ｂ内にオイルを吸込ませるべく、吸込側電磁弁５６を開くようにしている。このようなタイミングで吸込側電磁弁５６を開くように制御することで、バランサピストン４８の往復運動に伴うポンプ損失を効果的に抑制しつつ、気筒内ピストンの停止位置を制御するためのオイルをバランサライナ内部空間５０ｂ内に充填させることができるようになる。しかしながら、本発明において任意気筒における気筒内ピストンの停止位置を制御するうえで制御弁を開くタイミングは、これに限定されるものではない。すなわち、上記吸気行程の開始時ではなく、当該吸気行程の経過中であってもよく、或いは、ＩＧスイッチ６６がＯＦＦとされる前か後であるかを問わず、当該吸気行程の開始前であってもよい。
【００４６】
また、上述した実施の形態１においては、ＩＧＯＦＦ後クランク回転数βに達した後に最初に吸気行程が到来する気筒１２をピストン停止位置制御の対象となる気筒に決定するようにしている。しかしながら、本発明における任意気筒は、このような決定手法に限らず、例えば、特定の気筒をピストン停止位置制御の対象となる気筒として固定してもよく、或いは、予め定められた規則に従って、ピストン停止位置制御の対象となる気筒を選択可能としてもよい。
【００４７】
尚、上述した実施の形態１においては、吸込側電磁弁５６が前記第１の発明における「制御弁」に相当しているとともに、ＥＣＵ６０が上記図３に示すルーチンの一連の処理を実行することにより前記第１の発明における「制御弁制御手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第２の発明における「クランク回転数設定手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が上記ステップ１０２および１１４の処理を実行することにより前記第３の発明における「閉弁タイミング遅延手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が上記ステップ１０４〜１１０の処理を実行することにより前記第４の発明における「吸気行程気筒判別手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態１のピストン式バランサを備える内燃機関の構成を説明するための断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における特徴的な気筒内ピストンの停止位置制御を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】図３に示すルーチンで用いられるβ−油温マップの傾向の一例を示す図である。
【図５】図３に示すルーチンで用いられるγ−油温マップの傾向の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 内燃機関
１２ 気筒
１４ 気筒内ピストン
１６ コンロッド
１８ クランク軸
２０ クランクピン
２２ シリンダブロック
２４ シリンダヘッド
２６ 燃焼室
２８ 燃料噴射弁
３０ 点火プラグ
３２ クランクケース
３４ オイルパン
３４ａ オイル貯留部
３６ クランク室
４４ バランサ用クランクピン
４６ バランサ用コンロッド
４８ バランサピストン
５０ バランサライナ
５０ａ バランサライナの底部
５０ｂ バランサライナ内部空間
５２、５４ オイル通路
５６ 吸込側電磁弁
５８ 吐出側電磁弁
６０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
６２ クランク角センサ
６４ 油温センサ
６６ ＩＧスイッチ
β ＩＧＯＦＦ後クランク回転数
γ 電磁弁閉遅れ期間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内に配置される気筒内ピストンと対向して運動するバランサピストンと、
前記バランサピストンの挿入を受け、底部が閉塞されたバランサライナと、
前記バランサピストンの頂面と前記バランサライナの内面とで囲まれたバランサライナ内部空間と、前記内燃機関の内部を潤滑するオイルが溜められたオイル貯留部との開閉を担う制御弁と、
前記内燃機関の停止動作の途中かつ前記制御弁が開かれている状態で、任意気筒における前記気筒内ピストンが吸気下死点近傍のクランク角度範囲内に位置する場合に、前記制御弁を閉じる制御弁制御手段と、
を備えることを特徴とするピストン式バランサを備える内燃機関の停止位置制御装置。
【請求項２】
前記制御弁制御手段は、前記内燃機関の前記停止動作の開始後にクランク軸が所定回数だけ回転した後で前記制御弁を閉じる前記制御を行う手段であって、
前記制御弁制御手段は、前記オイルの粘度が高い場合には当該オイルの粘度が低い場合に比して、前記所定回数を少なくするクランク回転数設定手段を含むことを特徴とする請求項１記載のピストン式バランサを備える内燃機関の停止位置制御装置。
【請求項３】
前記制御弁制御手段は、前記制御弁を閉じるタイミングを、前記気筒内ピストンが吸気下死点に達したタイミングから所定のクランク角度だけ遅れたタイミングに遅らせる閉弁タイミング遅延手段を含み、
前記閉弁タイミング遅延手段は、前記オイルの粘度が高い場合には当該オイルの粘度が低い場合に比して、前記制御弁を閉じる前記タイミングの遅れ期間を長くすることを特徴とする請求項１または２項記載のピストン式バランサを備える内燃機関の停止位置制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関は、２つの気筒を有する内燃機関であって、
前記制御弁制御手段は、吸気行程が到来するもしくは到来している気筒を判別する吸気行程気筒判別手段を含み、吸気行程が到来するもしくは到来している前記気筒に対して、前記制御弁を閉じる前記の制御を実行することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のピストン式バランサを備える内燃機関の停止位置制御装置。
【請求項１】
内燃機関の気筒内に配置される気筒内ピストンと対向して運動するバランサピストンと、
前記バランサピストンの挿入を受け、底部が閉塞されたバランサライナと、
前記バランサピストンの頂面と前記バランサライナの内面とで囲まれたバランサライナ内部空間と、前記内燃機関の内部を潤滑するオイルが溜められたオイル貯留部との開閉を担う制御弁と、
前記内燃機関の停止動作の途中かつ前記制御弁が開かれている状態で、任意気筒における前記気筒内ピストンが吸気下死点近傍のクランク角度範囲内に位置する場合に、前記制御弁を閉じる制御弁制御手段と、
を備えることを特徴とするピストン式バランサを備える内燃機関の停止位置制御装置。
【請求項２】
前記制御弁制御手段は、前記内燃機関の前記停止動作の開始後にクランク軸が所定回数だけ回転した後で前記制御弁を閉じる前記制御を行う手段であって、
前記制御弁制御手段は、前記オイルの粘度が高い場合には当該オイルの粘度が低い場合に比して、前記所定回数を少なくするクランク回転数設定手段を含むことを特徴とする請求項１記載のピストン式バランサを備える内燃機関の停止位置制御装置。
【請求項３】
前記制御弁制御手段は、前記制御弁を閉じるタイミングを、前記気筒内ピストンが吸気下死点に達したタイミングから所定のクランク角度だけ遅れたタイミングに遅らせる閉弁タイミング遅延手段を含み、
前記閉弁タイミング遅延手段は、前記オイルの粘度が高い場合には当該オイルの粘度が低い場合に比して、前記制御弁を閉じる前記タイミングの遅れ期間を長くすることを特徴とする請求項１または２項記載のピストン式バランサを備える内燃機関の停止位置制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関は、２つの気筒を有する内燃機関であって、
前記制御弁制御手段は、吸気行程が到来するもしくは到来している気筒を判別する吸気行程気筒判別手段を含み、吸気行程が到来するもしくは到来している前記気筒に対して、前記制御弁を閉じる前記の制御を実行することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のピストン式バランサを備える内燃機関の停止位置制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１３８８０３（Ｐ２０１０−１３８８０３Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１５８６８（Ｐ２００８−３１５８６８）
【出願日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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