JP2007092719A - Starter of multicylinder engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多気筒エンジンの始動装置に関し、特にエンジンのアイドル運転状態等において所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させ、その後、所定の再始動条件が成立したときに再始動させるように構成された多気筒エンジンの始動装置に関する。 The present invention relates to a multi-cylinder engine starter, and in particular, automatically stops an engine when a predetermined automatic stop condition is satisfied in an engine idling state or the like, and then restarts when a predetermined restart condition is satisfied. The present invention relates to a starter for a multi-cylinder engine that is configured to be
近年、燃費低減およびCO2排出量の抑制等を図るため、アイドル運転時等にエンジンを自動的に一旦停止させ、その後に運転者により車両の発進操作が行われる等の再始動条件が成立した時点で、エンジンを自動的に再始動させるようにしたエンジンの自動停止制御(いわゆるアイドルストップ制御)の技術が開発されている。 In recent years, in order to reduce fuel consumption and reduce CO 2 emissions, a restart condition has been established such that the engine is automatically stopped once during idling and the vehicle is then started by the driver. At the time, a technology for automatic engine stop control (so-called idle stop control) that automatically restarts the engine has been developed.
このアイドルストップ制御時における再始動の方式として、特許文献1、2に開示された先行技術のように、自動停止状態にあるエンジンの再始動条件が成立したときに、圧縮行程で停止した気筒(この明細書において「圧縮行程気筒」という)の混合気を点火して、一旦エンジンを逆転させ、次いで膨張行程で停止した気筒(この明細書において「膨張行程気筒」という)に燃料を噴射し、点火してエンジンを自動的に再始動させるように構成されたいわゆる逆転再始動方式のものが知られている。
上述した逆転再始動方式を実効あるものとし、アイドルストップ制御を実用化するには、再始動後2回目の上死点を越えるだけの運動エネルギーを再始動制御時に確保することが不可欠である。この2回目の上死点をスムーズに乗り越えるためには、逆転から正転に反転した膨張行程気筒が出力する運動エネルギーを増大させるとともに、膨張行程気筒の正転によって再び圧縮行程に移行する圧縮行程気筒からも運動エネルギーを得ることが好ましい。しかしながら、逆転後の圧縮行程気筒は、既燃ガスのみを含んでいるので、従来は、反転後の圧縮行程気筒を有効活用していなかった。このため、圧縮行程気筒において、ポンピングロスが発生し、2回目の上死点を乗り越える上で大きな障害になっていることが本件発明者の研究により明らかになった。 In order to make the above-described reverse restart system effective and to put the idle stop control into practical use, it is essential to secure at the restart control a kinetic energy sufficient to exceed the second top dead center after the restart. In order to overcome the second top dead center smoothly, the kinetic energy output from the expansion stroke cylinder reversed from the reverse rotation to the normal rotation is increased, and the compression stroke is shifted again to the compression stroke due to the normal rotation of the expansion stroke cylinder. It is preferable to obtain kinetic energy also from the cylinder. However, since the compression stroke cylinder after the reverse rotation contains only burned gas, conventionally, the compression stroke cylinder after the reverse rotation has not been effectively used. For this reason, a pumping loss occurs in the compression stroke cylinder, and it has become clear from the study of the present inventors that this is a major obstacle in overcoming the second top dead center.
本発明は前記の事情に鑑み、反転後の圧縮行程気筒を有効活用することにより、エンジンの始動性を向上させることのできる多気筒エンジンの始動装置を提供することを課題としている。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a starter for a multi-cylinder engine that can improve the startability of the engine by effectively using the compression stroke cylinder after inversion.
上記課題を解決するために本発明は、多気筒エンジンの燃焼室に燃料を噴射する直噴式の燃料噴射弁を含み、燃料噴霧を前記燃料噴射弁から所定タイミングで筒内に供給する燃料供給システムと、再始動条件が成立したときに、圧縮行程気筒を燃焼させ、所定クランク角だけ前記多気筒エンジンを逆転させた後、膨張行程気筒を燃焼させて前記多気筒エンジンを再始動させる多気筒エンジンの始動装置において、各気筒のピストン位置を検出するピストン位置検出手段と、前記ピストン位置検出手段の検出に基づいて、各気筒に燃料噴射を実行するように前記燃料供給システムによる燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段と、筒内の混合気を着火する着火手段とを備え、少なくとも再始動開始時の前記逆転動作期間において圧縮行程気筒の吸気弁が開弁するように、当該逆転動作期間中の吸気弁閉弁時期を下死点よりも所定クランク角遅いタイミングに遅角させ、前記燃料噴射制御手段は、前記多気筒エンジンの自動停止動作中において、圧縮行程気筒が最後の吸気行程を迎えたとき以降に再始動用の燃料を噴射するとともに、前記逆転動作中における前記圧縮行程気筒の吸気弁の開弁中に正転用の燃料を噴射するように燃料供給システムを制御するものであり、前記着火手段は、再始動後正転に転じた圧縮行程気筒の最初の圧縮上死点付近で再燃焼を実行するものであることを特徴とする多気筒エンジンの始動装置である。この態様では、圧縮行程気筒に対し、自動停止前に最後の吸気行程以降で燃料を噴射することにより、再始動時における圧縮行程気筒での混合気の均質化を図ることが可能になる。また、以下の理由により、圧縮行程気筒が逆転から正転に転じたときの筒内温度低下を効果的に抑制することができる。すなわち、再始動時の逆転動作時においては、圧縮行程気筒は燃料の偏在がないため、緩慢な均質燃焼となり、冷損による筒内温度変化を回避する。その後、逆転から正転に転じる際、圧縮行程気筒のピストンは、比較的ゆっくりと上死点に移動する。この際、筒内の空気が圧縮されることに伴って、筒内温度が上昇することになるが、その熱は、筒内の壁面に吸収されてしまい、冷損が生じることになる。ピストンがゆっくりと動作することにより、冷損も大きくなる結果、この冷損による筒内圧力も大きく下がるので、従来は、圧縮行程気筒を充分に高温・高圧にすることができなかった。これに対して本発明では、逆転動作時において、緩慢な均質燃焼を実現することができるので、正転に転じた際、比較的遅い速度で上死点に移動している場合であっても、従来のような筒内温度低下が生じにくくなり、比較的高い熱エネルギーを保持した状態で上死点に移動することが可能になる。この状態で、吸気弁の閉弁タイミングが遅角されることにより、新気が圧縮行程気筒に導入され、その後、この圧縮行程気筒に燃料が噴射され、その混合気が圧縮行程気筒の上死点近傍で点火される。この正転圧縮後の燃焼においては、既燃ガスが相当残存しているため、燃焼も緩慢になりがちであるが、本発明では、逆転時の燃焼によって、圧縮行程気筒の筒内温度を比較的高温に維持していることから、逆転から反転した後の最初の正転時には燃焼を促進し、ピストンから大きな運動エネルギーを出力させることが可能になる。また、逆転時の緩慢燃焼では、過度に筒内温度が上昇するおそれもなく、ノッキングも生じにくくなる。本発明において、「着火手段」は、点火プラグのみならず、圧縮自己着火を実現する手段であってもよい。従って、初回の正転時における圧縮行程気筒のヘビーEGRを利用して、圧縮上死点近傍(好ましくは、圧縮上死点直前)において、圧縮自己着火が生じるように、燃料噴射量や噴射タイミング等を制御するようにしてもよい。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention includes a direct injection type fuel injection valve that injects fuel into a combustion chamber of a multi-cylinder engine, and supplies a fuel spray into the cylinder at a predetermined timing from the fuel injection valve. And when the restart condition is satisfied, the compression stroke cylinder is combusted, the multi-cylinder engine is reversed by a predetermined crank angle, and then the expansion stroke cylinder is combusted to restart the multi-cylinder engine. In this starting device, a piston position detecting means for detecting the piston position of each cylinder, and the fuel injection timing by the fuel supply system is controlled so as to execute fuel injection to each cylinder based on the detection by the piston position detecting means. A fuel injection control means for igniting, and an ignition means for igniting the air-fuel mixture in the cylinder, and at least during the reverse operation period at the start of restart In order to open the intake valve of the cylinder, the intake valve closing timing during the reverse rotation period is delayed to a timing that is a predetermined crank angle later than the bottom dead center, and the fuel injection control means During the automatic stop operation, the fuel for restarting is injected after the compression stroke cylinder reaches the last intake stroke, and the forward rotation is performed while the intake valve of the compression stroke cylinder is opened during the reverse rotation operation. The fuel supply system is controlled so as to inject fuel, and the ignition means executes re-combustion near the first compression top dead center of the compression stroke cylinder that has turned to normal rotation after restarting. Is a starter for a multi-cylinder engine. In this aspect, by injecting fuel into the compression stroke cylinder after the last intake stroke before the automatic stop, it becomes possible to homogenize the air-fuel mixture in the compression stroke cylinder at the time of restart. In addition, for the following reasons, the in-cylinder temperature drop when the compression stroke cylinder is changed from reverse rotation to normal rotation can be effectively suppressed. That is, during the reverse rotation operation at the time of restart, since the compression stroke cylinder has no uneven distribution of fuel, it becomes a slow homogeneous combustion and avoids in-cylinder temperature change due to cooling loss. Thereafter, when turning from reverse rotation to normal rotation, the piston of the compression stroke cylinder moves to the top dead center relatively slowly. At this time, the in-cylinder temperature rises as the air in the cylinder is compressed, but the heat is absorbed by the wall surface in the cylinder, causing a cold loss. As a result of the slow operation of the piston, the cooling loss also increases. As a result, the in-cylinder pressure due to this cooling loss is also greatly reduced, and conventionally, the compression stroke cylinder could not be sufficiently heated to a high temperature and pressure. On the other hand, in the present invention, it is possible to realize a slow homogeneous combustion during the reverse rotation operation, so even when moving to the top dead center at a relatively slow speed when turning to normal rotation. Thus, it becomes difficult for the temperature in the cylinder to decrease as in the conventional case, and it becomes possible to move to the top dead center while maintaining relatively high heat energy. In this state, when the closing timing of the intake valve is retarded, fresh air is introduced into the compression stroke cylinder, fuel is then injected into the compression stroke cylinder, and the air-fuel mixture is top dead in the compression stroke cylinder. It is ignited near the point. In the combustion after the forward compression, a considerable amount of burnt gas remains, so the combustion tends to be slow. In the present invention, the in-cylinder temperature of the compression stroke cylinder is compared by the combustion at the time of reverse rotation. Therefore, combustion is promoted during the first forward rotation after reversing from the reverse rotation, and a large kinetic energy can be output from the piston. Further, in the slow combustion at the time of reverse rotation, there is no fear that the in-cylinder temperature will rise excessively and knocking is less likely to occur. In the present invention, the “ignition means” may be not only a spark plug but also means for realizing compression self-ignition. Therefore, by using the heavy EGR of the compression stroke cylinder at the time of the first forward rotation, the fuel injection amount and the injection timing so that the compression self-ignition occurs near the compression top dead center (preferably just before the compression top dead center). Etc. may be controlled.
好ましい態様において、前記燃料噴射制御手段は、前記多気筒エンジンの自動停止動作中において、燃料を噴射する際の空燃比をλ≦1となるように燃料噴射量を制御するものである。この態様では、比較的圧縮行程気筒が均質でリッチな状態になるので、再始動時の緩慢燃焼を確保し、冷損を防止することが可能になる。また、逆転量も大きくなるので、膨張行程気筒の圧縮力も高まるので、膨張行程気筒での圧縮量と吸気開弁期間の増大を図ることが可能になる。 In a preferred aspect, the fuel injection control means controls the fuel injection amount so that the air-fuel ratio at the time of fuel injection becomes λ ≦ 1 during the automatic stop operation of the multi-cylinder engine. In this aspect, since the compression stroke cylinder is in a relatively homogeneous and rich state, it is possible to ensure slow combustion at the time of restart and prevent cold loss. Further, since the reverse rotation amount is also increased, the compression force of the expansion stroke cylinder is also increased, so that it is possible to increase the compression amount and the intake valve opening period in the expansion stroke cylinder.
好ましい態様において、前記着火手段は、再始動開始後圧縮行程気筒が最初に上死点を迎えたときに圧縮自己着火を行わせるものであって、再始動時に逆転動作中に噴射される燃料噴射量が、自動停止動作中に圧縮行程気筒に噴射される逆転動作用の燃料噴射量よりも少なくなるように燃料噴射制御手段が燃料噴射量を制御することによるものである。この態様では、再始動時において、逆転時には、全体的に均質な状態で混合気が燃焼されるので、冷損を防止し、膨張行程気筒での圧縮量と吸気開弁期間の増大を図ることが可能になるとともに、逆転から正転に転じた際には、筒内温度の低下を抑制し、新気のある状態で圧縮自己着火による燃焼を可及的に確実なものとすることができる。 In a preferred aspect, the ignition means performs compression self-ignition when the compression stroke cylinder first reaches top dead center after restarting, and is fuel injection injected during reverse operation at restart This is because the fuel injection control means controls the fuel injection amount so that the amount becomes smaller than the fuel injection amount for the reverse operation injected into the compression stroke cylinder during the automatic stop operation. In this aspect, the air-fuel mixture is combusted in an entirely homogeneous state at the time of reversing at the time of restart, so that the cooling loss is prevented and the compression amount and the intake valve opening period in the expansion stroke cylinder are increased. In addition, when turning from reverse rotation to normal rotation, it is possible to suppress a decrease in the in-cylinder temperature and to ensure combustion by compression self-ignition as much as possible in a fresh air state. .
好ましい態様において、前記着火手段は、再始動した圧縮行程気筒の最初の正転時における上死点付近で点火プラグによる点火を実行するものである。この態様では、逆転時の既燃ガスによる圧縮自己着火を正転時に最も好適なタイミングで着火アシストすることが可能になり、高い運動エネルギーを圧縮行程気筒から得ることが可能になる。 In a preferred aspect, the ignition means performs ignition by a spark plug near the top dead center at the time of the first forward rotation of the restarted compression stroke cylinder. In this aspect, it is possible to assist the ignition of the compression self-ignition by the burned gas at the time of reverse rotation at the most suitable timing at the time of normal rotation, and it is possible to obtain high kinetic energy from the compression stroke cylinder.
以上説明したように、本発明によれば、自動停止動作中に圧縮行程気筒に燃料を噴射し、再始動制御の逆転動作中に圧縮行程気筒の吸気弁を開いて、圧縮行程気筒に新気を導入するとともに燃料を噴射し、反転後に、最初の上死点を迎えたときに、圧縮行程気筒の混合気を再度燃焼させることによって、圧縮行程気筒でのポンピングロスを防止しているので、反転後の圧縮行程気筒を有効活用することができ、もってエンジンの始動性を向上させることができるという顕著な効果を奏する。 As described above, according to the present invention, fuel is injected into the compression stroke cylinder during the automatic stop operation, the intake valve of the compression stroke cylinder is opened during the reverse operation of the restart control, and fresh air is supplied to the compression stroke cylinder. When the first top dead center is reached after reversing, the fuel mixture in the compression stroke cylinder is burned again to prevent the pumping loss in the compression stroke cylinder. The reversible compression stroke cylinder can be used effectively, and the engine startability can be improved.
図1および図2は本発明に係る4サイクル火花点火式多気筒エンジンの概略構成を示している。(A)は全体構成、(B)は要部を示す構成を示している。 1 and 2 show a schematic configuration of a four-cycle spark ignition type multi-cylinder engine according to the present invention. (A) is the whole structure, (B) has shown the structure which shows the principal part.
図1(A)(B)、図2を参照して、このエンジン1は、シリンダヘッド10およびシリンダブロック11を有しており、ECU2によって制御される構成になっている。エンジン1には、四つの気筒(第1気筒12A、第2気筒12B、第3気筒12C及び第4気筒12D)が設けられるとともに、各気筒12A〜12Dの内部には、クランクシャフト3に連結されたピストン13が嵌挿されることにより、その上方に燃焼室14が形成されている。
Referring to FIGS. 1 (A), 1 (B), and 2, this
前記各気筒12A〜12Dの燃焼室14の頂部には、プラグ先端が燃焼室14内に臨むように点火プラグ15が設置されている。点火プラグ15には、これに電気火花を発生させるための点火装置27が付設されている。また、エンジン1には、前記燃焼室14の側方に配置され、燃焼室14内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁16aを備えた燃料供給システム16が設けられている。燃料供給システム16には、図略の電動高圧ポンプが設けられており、この電動高圧ポンプから吐出された燃料タンクの燃料が分配管を介して燃料噴射弁16aに噴射されるように構成されている。電動高圧ポンプは、ECU2によって、エンジン1の運転状態に応じ、例えば3MPaから13MPaまでの範囲で燃圧を調整可能に構成されている。なお、燃料供給システムについては、例えば本件出願人が先に提案している特開2002−242738号公報に開示されているものと同等のものを適用可能であるので、その詳細については説明を省略する。
A
燃料噴射弁16aは、図外のニードル弁およびソレノイドを内蔵し、前記ECU2の燃料噴射制御部41から入力されたパルス信号のパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を前記点火プラグ15の電極付近に向けて噴射するように構成されている。
The
前記各気筒12A〜12Dの燃焼室14の上部には、燃焼室14に向かって開口する吸気ポート17および排気ポート18が設けられるとともに、これらのポート17、18に、吸気弁19および排気弁20がそれぞれ装備されている。
An
図1(B)を参照して、前記吸気弁19は、ステム上部にタペット19aを有している。このタペット19aは、カムシャフト191によって回転駆動される吸気カム19bによって駆動されるものであり、吸気弁19は、吸気カム19bがタペット19aを駆動することによって、開閉動作をするように構成されている。ここで本実施形態におけるカムシャフト191には、VVT(Valuable Valve Timing Mechanism)190が設けられており、後述するように、ECU2の制御によって開弁タイミングを変更可能に構成されている。他方、排気弁20は、そのタペット20aがカムシャフト201に固定された排気カム20bによって駆動されるように構成されている。カムシャフト191、201や吸気カム19b、排気カム20b等の動弁機構は、各気筒12A〜12Dが所定の位相差をもって燃焼サイクルを行うように構成されている。
Referring to FIG. 1B, the
前記吸気ポート17および排気ポート18には、吸気通路21および排気通路22が接続されている。前記吸気ポート17に近い吸気通路21の下流側は、図2に示すように、各気筒12A〜12Dに対応して独立した分岐吸気通路21aとされ、この各分岐吸気通路21aの上流端がそれぞれサージタンク21bに連通している。このサージタンク21bよりも上流側には共通吸気通路21cが設けられるとともに、この共通吸気通路21cには、アクチュエータ24により駆動されるスロットル弁23が配設されている。このスロットル弁23の上流側には、吸気流量を検出するエアフローセンサ25及び吸気の温度を検知する吸気温センサ29が設けられ、スロットル弁23の下流側には吸気圧力(負圧)を検出する吸気圧センサ26が設けられている。
An
一方、各気筒12A〜12Dからの排気が集合する排気通路22の集合部下流には、排気を浄化するための触媒37が配設されている。この触媒37は、例えば、排気の空燃比状態が理論空燃比近傍にあるときにHC、COおよびNOxの浄化率が極めて高い、いわゆる三元触媒であり、これは排気中の酸素濃度が比較的高い酸素過剰雰囲気でこれを吸蔵する酸素吸蔵能を有し、酸素濃度の比較的低いときには吸蔵している酸素を放出して、HC、CO等と反応させるものである。なお、触媒37は、三元触媒に限らず、前記のような酸素吸蔵能を有するものであれば良く、例えば酸素過剰雰囲気でもNOxを浄化可能な、いわゆるリーンNOx触媒であってもよい。
On the other hand, a
また、前記エンジン1には、タイミングベルト等によりクランクシャフト3に連結されたオルタネータ28が付設されている。このオルタネータ28は、図示を省略したフィールドコイルの電流を制御して出力電圧を調節することにより発電量を調整するレギュレータ回路28aを内蔵し、このレギュレータ回路28aに入力される前記ECU2からの制御信号に基づき、車両の電気負荷および車載バッテリーの電圧等に対応した発電量の制御が実行されるように構成されている。
The
さらに、エンジン1には、クランクシャフト3の回転角を検出する2つのクランク角センサ30、31が設けられ、一方のクランク角センサ30から出力される検出信号に基づいてエンジン回転速度が検出されるとともに、後述するように前記両クランク角センサ30、31から出力される位相のずれた検出信号に基づいてクランクシャフト3の回転方向および回転角度が検出されるようになっている。
Further, the
さらに、エンジン1には、カムシャフトに設けられた気筒識別用の特定回転位置を検出するカム角センサ32と、エンジン1の冷却水温度を検出する水温センサ33とが設けられ、また車体側には運転者のアクセル操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ34が設けられている。
Further, the
ECU2は、エンジン1の運転を統括的に制御するコントロールユニットである。本実施形態のECU2は、予め設定されたエンジン1の自動停止条件が成立したときに各気筒12A〜12Dへの燃料噴射を所定のタイミングで停止(燃料カット)して自動的にエンジン1を停止させるとともに、その後に運転者によるアクセル操作が行われる等により再始動条件が成立したときにエンジン1を自動的に再始動させる制御(アイドルストップ制御)を行うように構成されている。以下ECU2の説明にあたり、このアイドルストップ制御に関する部分を中心に説明する。
The
ECU2には、エアフローセンサ25、吸気圧センサ26、吸気温センサ29、クランク角センサ30、31、カム角センサ32、水温センサ33及びアクセル開度センサ34からの各検知信号が入力されるとともに、燃料噴射弁16a、スロットル弁23のアクチュエータ24、点火装置27及びオルタネータ28のレギュレータ回路28aのそれぞれに各駆動信号を出力する。ECU2は、燃料噴射制御部41、点火制御部42、吸気流量制御部43、発電量制御部44、ピストン位置検出部45、筒内温度推定部46、およびVVT制御部47を機能的に含んでいる。
The
燃料噴射制御部41は、燃料噴射タイミングと、各噴射における燃料噴射量と、燃圧とを設定して、その信号を燃料供給システム16に出力する燃料噴射制御手段である。特に本実施形態では、後述するように、自動停止制御動作中において、圧縮行程気筒が最後の圧縮行程を迎えた後に燃料を供給するように構成されている。さらに、本実施形態では、圧縮行程気筒が逆転している行程において、正転に反転した後の最初の上死点において燃焼される燃料をも噴射するように構成されている。燃料噴射制御部41は、その燃料噴射タイミングや燃料噴射量の設定も行う。
The fuel
点火制御部42は、各気筒12A〜12Dに対して適切な点火タイミングを設定し、各点火装置27に点火信号を出力する。本実施形態においては、後述するように、点火制御部42が点火装置27を制御して、再始動時における最初の上死点において圧縮行程気筒12Cの圧縮自己着火をアシストするアシスト手段を構成するように設定されている。
The
吸気流量制御部43は、各気筒12A〜12Dに対して適切な吸気流量を設定し、その吸気流量に応じたスロットル弁23の開度信号をアクチュエータ24に出力する。特に本実施形態では、後述するようにエンジン1の自動停止時にスロットル弁23の開度を調節して、ピストン13が再始動に適した適正停止範囲に停止するような制御を行っている。吸気流量制御部43は、その際のスロットル弁23の開度調節も行う。
The intake flow
発電量制御部44は、オルタネータ28の適切な発電量を設定し、その駆動信号をレギュレータ回路28aに出力する。特に本実施形態では、後述するようにエンジン1の自動停止時にオルタネータ28の発電量を調節することによってクランクシャフト3の負荷を変化させ、ピストン13が再始動に適した適正範囲に停止するような制御を行っている。その際、発電量制御部44は、オルタネータ28の発電量の調節も行う。また再始動時には、通常よりも多めの発電を行うことによってエンジン1の負荷を増大させ、吹上がり(必要以上に急速なエンジン回転速度の上昇)を防止する制御を行っている。
The power generation
ピストン位置検出部45は、クランク角センサ30、31の各検出信号に基づき、ピストン位置を検出する。ピストン位置とクランク角(°CA)とは1対1に対応するので、一般的になされているように本明細書においてもピストン位置をクランク角で表す。本実施形態では、後述するように膨張行程気筒および圧縮行程気筒の自動停止中のピストン位置に基づいて各筒内空気量を算出し、それに応じて再始動時における各気筒の燃焼制御を行っている。
The piston
筒内温度推定部46は、水温センサ33によって検知されるエンジン水温や、吸気温センサ29によって検知される吸気温度等に基づいて、予め実験等によって求められたマップを用いる等して各気筒12A〜12Dの気筒内の空気温度を推定する筒内温度推定手段である。特に本実施形態では、後述するように、エンジン1の再始動に際してエンジン1の停止時間を考慮した筒内温度推定を行い、その推定値に基づいた燃焼制御を行っている。
The in-cylinder
VVT制御部47は、通常は、図略の制御マップに基づいて、運転状態に応じて吸気弁19の開弁タイミングを決定するとともに、再始動時においては、遅角制御マップM3に基づいて、逆転動作期間中の吸気弁閉弁時期を下死点よりも所定クランク角遅いタイミングに遅角させるように構成されている。この制御により、逆転から正転に転じた圧縮行程気筒の吸気弁19が開弁することとなり、新気を導入することが可能になっている。
The
以上のような構成のECU2によってアイドルストップ制御を行うにあたり、エンジン1の再始動時には、最初に圧縮行程気筒で燃焼を行わせることにより、そのピストン13を押し下げてクランクシャフト3を少しだけ逆転させる。これによって膨張行程気筒のピストン13を一旦上昇(上死点に近づける)させ、その気筒内の空気(燃料噴射後は混合気となる)を圧縮した状態で、この混合気に点火して燃焼させることにより、クランクシャフト3に正転方向の駆動トルクを与えてエンジン1を再始動させるように構成されている。
In performing the idle stop control by the
前記のようにして再始動モータ等を使用することなく、特定の気筒に噴射された燃料に点火するだけでエンジン1を適正に再始動させるためには、前記膨張行程気筒の混合気を燃焼させることにより得られる燃焼エネルギーを充分に確保することにより、これに続いて圧縮上死点を迎える気筒(本実施形態では圧縮行程気筒および吸気行程気筒)がその圧縮反力に打ち勝って上死点を超えるようにしなければならない。従って、膨張行程気筒内に充分な空気量を確保し、さらには、急速燃焼を実現して熱エネルギーから運動エネルギーへの変換を迅速化させる必要がある。
In order to properly restart the
図3(A)、(B)に示すように、圧縮行程気筒と膨張行程気筒とでは、それぞれ位相が180°CAだけずれているため、各ピストン13が互いに逆方向に作動する。膨張行程気筒のピストン13が行程中央よりも下死点側に位置していれば、その気筒の空気量が多くなって充分な燃焼エネルギーが得られる。しかし、前記膨張行程気筒のピストン13が極端に下死点側に位置した状態となると、圧縮行程気筒内の空気量が少なくなり過ぎて、再始動時の初回燃焼でクランクシャフト3を逆転させるための燃焼エネルギーが充分に得られなくなる。
As shown in FIGS. 3A and 3B, since the phases of the compression stroke cylinder and the expansion stroke cylinder are shifted by 180 ° CA, the
これに対して前記膨張行程気筒の行程中央、つまり圧縮上死点後のクランク角が90°CAとなる位置よりもやや下死点側の所定範囲R、例えば圧縮上死点後のクランク角が100〜120°CAとなる範囲R内にピストン13を停止させることができれば、圧縮行程気筒内に所定量の空気が確保されて前記初回の燃焼によりクランクシャフト3を少しだけ逆転させ得る程度の燃焼エネルギーが得られることになる。しかも、膨張行程気筒内に多くの空気量を確保することにより、クランクシャフト3を正転させるための燃焼エネルギーを充分に発生させてエンジン1を確実に再始動させることが可能となる(以下この範囲Rを適正停止範囲Rとする)。
On the other hand, a predetermined range R slightly lower than the position where the center of the stroke of the expansion stroke cylinder, that is, the crank angle after compression top dead center is 90 ° CA, for example, the crank angle after compression top dead center is If the
そこで、ピストン13を適正停止範囲R内に停止させるよう、ECU2によって次のような制御がなされる。図4は、この制御によるエンジン自動停止時のタイムチャートであり、エンジン回転速度Ne、ブースト圧Bt(吸気圧力)およびスロットル弁23の開度Kを示す。また図5は、図4の時点t1付近以降の拡大図であり、図4に加えてクランク角CAおよび各気筒の行程推移チャートを示す。以下、説明を簡潔にするため、第1気筒12Aが膨張行程気筒、第2気筒12Bが排気行程気筒、第3気筒12Cが圧縮行程気筒、第4気筒12Dが吸気行程気筒であるものとする。
Therefore, the
ECU2は、エンジン1の自動停止条件が成立した時点t0で、エンジン1の目標速度を、エンジン1を自動停止させない時の通常のアイドル回転速度(以下、通常のアイドル回転速度という)よりも高い値、例えば通常のアイドル回転速度が650rpm(自動変速機はドライブ(D)レンジ)に設定されたエンジン1では前記目標速度(自動停止条件成立時のアイドル回転速度)を850rpm程度(自動変速機はニュートラル(N)レンジ)に設定することにより、エンジン回転速度Neを通常のアイドル回転速度よりも少し高い回転速度で安定させる制御を実行する。またブースト圧Btが比較的高い所定の値(約−400mmHg)で安定するようにスロットル弁23の開度Kを調節する。
The
そしてエンジン回転速度Neが目標速度に安定した時点t1で燃料噴射を停止させてエンジン回転速度Neを低下させる。また、エンジン1を自動停止させる制御動作の初期段階である前記燃料噴射の停止時点t1で、スロットル弁23の開度Kを、気筒内空燃比を空気過剰率λ=1にしたときのアイドル時の吸気流量(エンジン1運転を継続させるために必要な最小限の吸気流量)よりも多い吸気流量となるように設定する。すなわち、前記時点t1直前の燃焼状態が、気筒内空燃比を空気過剰率λ=1ないしλ=1付近に設定されて均質燃焼されている場合はスロットル弁23の開度Kを増大させ(例えば開度K=30%程度)、気筒内空燃比がリーンに設定されて成層燃焼されている場合はスロットル弁23の開度Kをそのまま(成層燃焼時の比較的大きな開度のまま)維持する。図4及び図5は前者の場合を示している。
Then, the fuel injection is stopped at the time t1 when the engine speed Ne is stabilized at the target speed, and the engine speed Ne is decreased. Also, at the time of idling when the opening degree K of the
この制御によって時点t1からやや遅れてブースト圧Btが増大し始める(時点t1直前が均質燃焼の場合)か、または比較的高いブースト圧Btを維持する(時点t1直前が成層燃焼の場合)ので、排気ガスの掃気が促進される。 As a result of this control, the boost pressure Bt starts to increase slightly after time t1 (if the combustion just before time t1 is homogeneous combustion) or maintains a relatively high boost pressure Bt (if the time just before time t1 is stratified combustion) Exhaust gas scavenging is facilitated.
またECU2は、時点t1でオルタネータ28の発電を一旦停止させる。これによってクランクシャフト3の回転抵抗を低減し、エンジン回転速度Neの速度が早く低下し過ぎないようにしている。
Further, the
こうして時点t1で燃焼噴射を停止するとエンジン回転速度Neが低下し始め、予め設定された基準速度、例えば760rpm以下になったことが確認された時点t2でスロットル弁23を閉止する。すると時点t2からやや遅れてブースト圧Btが減少し始め、エンジン1の各気筒に吸入される吸気流量が減少する。スロットル弁23を開放している時点t1から時点t2までの間に吸入された空気は、共通吸気通路21c及びサージタンク21bを経由して各気筒の分岐吸気通路21aに導かれる。そして吸気行程を迎えた気筒から順にその空気を吸入することになる。図5に示す場合では第4気筒12D、第2気筒12B、第1気筒12A、第3気筒12Cの順となる。ここで、時点t1及び時点t2の設定を前記のようにすることによって、第3気筒12C(圧縮行程気筒)よりも第1気筒12A(膨張行程気筒)の方がより多くの空気を吸入することになる。
Thus, when combustion injection is stopped at time t1, the engine rotational speed Ne starts to decrease, and the
時点t1以降はエンジン1が惰性で回転するため、エンジン回転速度Neが次第に低下し、やがて時点t5で停止するが、このエンジン回転速度Neの低下は、図4および図5に示すように、小刻みなアップダウン(4気筒4サイクルエンジン1では10回前後)を繰り返しながら低下して行く。
Since the
図5に示すクランク角CAのタイムチャートは、実線が第1気筒12Aおよび第3気筒12Cの上死点(TDC)を0°CAとした場合のクランク角を示し、一点鎖線が第2気筒12Bおよび第4気筒12Dの上死点を0°CAとした場合のクランク角を示している。実線と一点鎖線とは90°CAを境に互いに逆位相となっている。4気筒4サイクルエンジン1では、180°CAごとに何れかの気筒が順次圧縮上死点を迎えるので、このタイムチャートは、実線または一点鎖線で示す波形の頂点(クランク角=0°CA)において何れかの気筒が圧縮上死点を通過していることを示している。
In the time chart of the crank angle CA shown in FIG. 5, the solid line indicates the crank angle when the top dead center (TDC) of the
この何れかの気筒が圧縮上死点となるタイミングは、前記エンジン回転速度Neのアップダウンの谷のタイミングと一致している。つまり、エンジン回転速度Neは、各気筒が順次圧縮上死点を迎える度に一時的に落ち込んだ後、その圧縮上死点を超えた時点で再び上昇するという小刻みなアップダウンを繰り返しながら次第に低下するのである。 The timing at which any one of these cylinders becomes the compression top dead center coincides with the timing of the up-down valley of the engine rotation speed Ne. In other words, the engine rotational speed Ne gradually decreases every time each cylinder reaches compression top dead center, and then gradually rises and falls again when the compression top dead center is exceeded. To do.
そして最後の圧縮上死点を通過した時点t4の後に圧縮上死点を迎える圧縮行程気筒12Cでは、慣性力によるピストン13の上昇に伴って空気圧が高まり、その圧縮反力によりピストン13が上死点を超えることなく押し返されてクランクシャフト3が逆転する。このクランクシャフト3の逆転によって膨張行程気筒12Aの空気圧が上昇するため、その圧縮反力に応じて膨張行程気筒12Aのピストン13が下死点側に押し返されてクランクシャフト3が再び正転し始め、このクランクシャフト3の逆転と正転とが数回繰り返されてピストン13が往復作動した後に停止することになる。このピストン13の停止位置は、圧縮行程気筒12Cおよび膨張行程気筒12Aにおける圧縮反力のバランスにより略決定されるとともに、吸気行程気筒12Dの吸気抵抗やエンジン1の摩擦等の影響を受け、前記最後の圧縮上死点を超えた時点t4のエンジン1の回転慣性、つまりエンジン回転速度Neの高低によっても変化することになる。
In the
従って、膨張行程気筒12Aのピストン13を適正停止範囲R内に停止させるためには、まず膨張行程気筒12Aおよび圧縮行程気筒12Cの圧縮反力がそれぞれ充分に大きくなり、且つ膨張行程気筒12Aの圧縮反力が圧縮行程気筒12Cの圧縮反力よりも所定値以上大きくなるように、両気筒に対する吸気流量を調節する必要がある。このために、燃料噴射の停止時点t1でスロットル弁23を開放してその開度Kを増大させることにより膨張行程気筒12Aおよび圧縮行程気筒12Cの両方に所定量の空気を吸入させた後、所定時間が経過した時点t2で前記スロットル弁23を閉止してその開度Kを低減することにより前記吸入空気量を調節するようにしている。
Therefore, in order to stop the
ところで、このようにしてエンジン1を自動停止させ、エンジン回転速度が低下する過程において、各気筒12A〜12Dが圧縮上死点を通過する際のエンジン回転速度(上死点回転速度)neと、膨張行程気筒12Aのピストン停止位置との間には、明確な相関関係がある。すなわち、各段階(停止前から2番目、3番目、4番目・・・)の上死点回転速度neがそれぞれ一定の速度範囲内にあるときに膨張行程気筒12Aのピストン停止位置が適正停止範囲R内となる確率が高くなるのである。
By the way, in the process in which the
この特性を利用し、本実施形態ではエンジン回転速度Neの低下過程における所定の段階(特に重要なのは停止前から2番目(時点t3))の上死点回転速度neが一定の速度範囲内となるような制御を行って、膨張行程気筒12Aのピストン13がより確実に適正停止範囲R内で停止するような制御を行っている。具体的には、オルタネータ28の発電量を増減させることによってクランクシャフト3の負荷(エンジン負荷)を調節し、停止前から2番目の上死点回転速度ne(時点t3)が、350±50rpmの範囲内となるようにしている。
Using this characteristic, in this embodiment, the top dead center rotational speed ne in a predetermined stage in the process of decreasing the engine rotational speed Ne (especially the second before the stop (time point t3)) is within a certain speed range. Such control is performed so that the
エンジン回転速度Neがさらに低下し、最後の圧縮上死点通過タイミング(図5に示す時点t4)を過ぎると、何れの気筒も上死点を通過することがなく、行程の推移はなされなくなる。ピストン13は、その行程内で減衰振動(逆向きに動くときはクランクシャフト3が逆転し、エンジン回転速度Neが負になる)しつつ狙いの適正停止範囲Rに停止しようとする。しかし、このとき吸気行程気筒12Dは吸気動作を行っており、その吸気抵抗が大きいとピストン13の停止位置がばらつきやすくなる。特に、吸気抵抗はピストン13が下死点側に動くときに大きくなるように作用するので、ピストン13が狙いよりも上死点寄りに停止しやすくなる。吸気行程気筒12Dのピストン13と膨張行程気筒12Aのピストン13とは同位相で動くので、結局膨張行程気筒12Aのピストン13が狙いよりも上死点寄りに停止しやすくなってしまう。
When the engine speed Ne further decreases and the final compression top dead center passage timing (time point t4 shown in FIG. 5) is passed, none of the cylinders passes through the top dead center, and the stroke is not changed. The
そこで本実施形態では、時点t4と略同時(やや遅らせてもよい)にスロットル弁23の開度Kを図5に示す開度K1(例えばK1=40%程度)まで増大させ、吸気行程気筒12Dの吸気抵抗を低減している。これによって膨張行程気筒12Aおよび圧縮行程気筒12Cにおける吸気流量バランスに影響を及ぼすことなく、そのバランスに応じた狙いの位置にピストン13がより停止しやすくなっている。
Therefore, in this embodiment, the opening degree K of the
なお、このような制御を行うためには、時点t4が最後の圧縮上死点通過タイミングであることを即時に判別する必要があり、次の(圧縮行程気筒12Cでの)圧縮上死点は通過しないことを時点t4において予測しなければならない。そのため本実施形態では、ECU2が最後の上死点通過タイミングを判別するようにしている。ECU2は、各上死点通過時のエンジン回転速度と、予め実験等で求められた所定の回転速度(例えば260rpm)とを比較し、前者が後者以下となった時点で、それが最後の圧縮上死点通過タイミングであると判別する。なお、最後の圧縮上死点通過タイミングにおける上死点回転速度neは、高いほど行程後期寄り(膨張行程気筒12Aのピストン停止位置が下死点寄り、圧縮行程気筒12Cでは上死点寄り)で停止しやすくなる。
In order to perform such control, it is necessary to immediately determine that the time t4 is the last compression top dead center passage timing, and the next compression top dead center (in the
ところで、エンジン停止直前の膨張行程気筒12Aおよび圧縮行程気筒12Cの最終吸気行程における吸気流量バランスは、ブースト圧Btによっても影響を受ける。特に、停止前から2番目の圧縮上死点通過タイミング(図5の時点t3)は、圧縮行程気筒12Cにおいて最終吸気行程の始点となっており、この時点のブースト圧Btの影響が大きい。すなわち、このブースト圧Btが低い(真空側)と、圧縮行程気筒12Cへの吸気流量が少なくなり、結果的に圧縮行程気筒12Cのピストン13の停止位置が上死点寄り(膨張行程気筒12Aでは下死点寄り)となりやすい。ブースト圧Btが高い(大気圧側)と、その逆となる。
Incidentally, the intake flow rate balance in the final intake stroke of the
従って、最後の上死点通過タイミングにおける上死点回転速度neが高く、また停止前から2番目の圧縮上死点通過タイミングのブースト圧Btが低いときは、膨張行程気筒12Aのピストン13が行程後期寄りで停止しやすい条件が重なっており、狙いの停止位置(上死点後100〜120°CA)で停止する可能性が高い。このような条件のときに、時点t3でスロットル弁23の開度をK1まで増大させる制御を行うと、ピストン停止位置がより行程後期寄りとなって、かえって狙いの停止位置から外れてしまうおそれがある。そこで本実施形態では、そのような場合には、時点t3におけるスロットル弁23の開度をK1より低開度(または閉止)とされる開度K2(図5参照)に設定し、吸気流量の増大を抑制することにより、膨張行程気筒12Aのピストン停止位置が下死点寄りになり過ぎないようにしている。
Therefore, when the top dead center rotational speed ne at the last top dead center passage timing is high and the boost pressure Bt at the second compression top dead center passage timing before the stop is low, the
こうして時点t5においてピストン13が完全に停止するが、その停止直前から停止までのピストン13の動作をクランク角センサ30、31で検出することにより、ECU2のピストン位置検出部45がピストン13の停止位置を検出する。図6は、そのピストン停止位置の検出制御動作を示すフローチャートである。この検出制御がスタートすると、第1クランク角信号CA1(クランク角センサ30からの信号)および第2クランク角信号CA2(クランク角センサ31からの信号)に基づき、第1クランク角信号CA1の立ち上がり時に第2クランク角信号CA2がLowであるか否か、または第1クランク角信号CA1の立ち下がり時に第2クランク角信号CA2がHighであるか否かを判定する(ステップS41)。これにより、エンジン1の停止動作時における前記信号CA1、CA2の位相の関係が、図7(A)のようになるか、それとも図7(B)のようになるかを判定してエンジン1が正転状態にあるか逆転状態にあるかを判別する。
Thus, the
すなわち、エンジン1の正転時には、図7(A)のように、第1クランク角信号CA1に対して第2クランク角信号CA2が半パルス幅程度の位相遅れをもって生じることにより、第1クランク角信号CA1の立ち上がり時に第2クランク角信号CA2がLow、第1クランク角信号CA1の立ち下がり時に第2クランク角信号CA2がHighとなる。一方、エンジン1の逆転時には、図7(B)のように、第1クランク角信号CA1に対して第2クランク角信号CA2が半パルス幅程度の位相の進みをもって生じることにより、エンジン1の正転時とは逆に第1クランク角信号CA1の立ち上がり時に第2クランク角信号CA2がHigh、第1クランク角信号CA1の立ち下がり時に第2クランク角信号CA2がLowとなる。
That is, during forward rotation of the
そこで、ステップS41の判定がYESであれば、エンジン1の正転方向のクランク角変化を計測するためのCAカウンタをアップし(ステップS42)、ステップS41の判定がNOの場合は、前記CAカウンタをダウンする(ステップS43)。そして、エンジン停止後に前記CAカウンタの計測値を調べることでピストン停止位置を求める(ステップS44)。
Therefore, if the determination in step S41 is YES, the CA counter for measuring the crank angle change in the forward rotation direction of the
さらに本実施形態においては、エンジン1が停止する直前において、すなわち、各気筒が最後の停止行程を迎えたタイミングt3経過後に、圧縮行程気筒12Cに対し、燃料噴射F1が実行される(図5参照)。このときの燃料噴射量は、圧縮行程気筒12C内の空燃比がλ≦1となるように燃料噴射制御部41によって決定される。この燃料噴射により、圧縮行程気筒12Cでの気化霧化を促進し、全体として均質な混合気を生成することが可能になる。
Further, in the present embodiment, the fuel injection F1 is performed on the
エンジン1が完全に停止すると、各気筒12A〜12Dの筒内温度は図8の温度特性に示すような変化をする。図8は、エンジン停止からの経過時間と筒内温度との関係を示すグラフであり、エンジン停止時(時点t5)の筒内温度が80℃であった場合の筒内温度変化の推定値である。
When the
この特性に示すように、エンジン1が完全に停止すると冷却水の流れが停止するので、停止直後に筒内温度が急速に上昇する。そしてエンジン停止後約10秒でピークとなり、以後は徐々に低下して行く。この特性は冷却水の温度(エンジン水温)や外気温(吸気温度)等によって異なり、ECU2の筒内温度推定部46はその特性をマップ化したデータを記憶している。なお、圧縮行程気筒12Cに関しては、タイミングt3以降に燃料を噴射していることから、T12Cの特性を取ることとなり、そのような特性がこのグラフに対応する制御マップに記憶されている。
As shown in this characteristic, when the
なお、エンジン停止動作期間中にスロットル弁23の開度Kを増大させることにより掃気が促進されるので、触媒37に充分な量の新気が供給される。従ってエンジン停止中は触媒37の酸素吸蔵量が充分に多い状態となっている。
Since scavenging is promoted by increasing the opening K of the
次に、エンジン1の再始動時の制御について説明する。再始動の際は、上述のようにまず圧縮行程気筒12Cでの燃焼を行わせてエンジン1を一旦逆回転させてから膨張行程気筒12Aでの燃焼を行わせ、正転方向に転じさせる。つまりエンジン1を一旦逆回転させることによって膨張行程気筒12Aのピストン13を上昇させ、その圧縮圧力を増大させた後に当該気筒での燃焼を行わせる。膨張行程気筒12Aのピストン停止位置が適正停止範囲Rにあって燃焼のための充分な空気量が確保されていることと、その空気がエンジン1の逆転によって圧縮されることにより大きな燃焼エネルギーが得られる。つまりエンジン1を確実に正転方向に転じさせるとともにその後の継続的な運転に円滑に移行させることができる。
Next, control when the
次に、エンジン1の再始動時の制御動作を図9〜図11に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、所定のエンジン再始動条件(停車状態から発進のためのアクセル操作等が行われた場合、バッテリー電圧が低下した場合、あるいはエアコンが作動した場合等)が成立したか否かを判定し(ステップS101)、NOと判定されてエンジン1の再始動条件が成立していないことが確認された場合には、そのままの状態で待機する。ステップS101でYESと判定されてエンジン1の再始動条件が成立したことが確認された場合には、筒内温度推定部46が、エンジン水温、停止時間(自動停止からの経過時間)、吸気温度などから筒内温度を推定する(ステップS102)。そして、ピストン位置検出部45によって検出されたピストン13の停止位置に基づいて圧縮行程気筒12Cおよび膨張行程気筒12A内の空気量を算出する(ステップS103)。つまり、前記ピストン13の停止位置から圧縮行程気筒12Cおよび膨張行程気筒12Aの燃焼室容積が求められ、また、エンジン停止の際には燃料噴射の停止後にエンジン1が数回転してから停止するので膨張行程気筒12Aも新気で満たされた状態にあり、且つ、エンジン停止中に圧縮行程気筒12Cおよび膨張行程気筒12Aの内部は略大気圧となっているので、前記燃焼室容積から新気量が求められることとなる。尤も、この演算時において、圧縮行程気筒12Cにおいては、自動停止動作中に再始動用の燃料が噴射されていることから、圧縮行程気筒12Cについては、図8のT12Cの特性に基づいて新気量が演算される。
Next, the control operation when the
次に、VVT制御部47は、遅角制御マップM3を参照しつつ、圧縮行程気筒の停止位置等から吸気弁19の遅角量を算出し(ステップS104)、演算された遅角量に基づいてVVT190を駆動して、吸気弁19の閉弁タイミングを遅角する(ステップS105)。このVVT190の操作により、逆転動作中所定の下死点側で圧縮行程気筒12Cの吸気弁19が開き、新気が導入されることになる。
Next, the
次に、圧縮行程気筒12Cの点火プラグ15が点火される(ステップS106)。そして、点火してから一定時間内にクランク角センサ30、31のエッジ(クランク角信号の立ち上がり又は立ち下がり)が検出されたか否かにより、ピストン13が動いたか否かを判定し(ステップS107)、NOと判定されて失火によりピストン13が動かなかったことが確認された場合には、圧縮行程気筒12Cに対して再点火を繰り返し行う(ステップS108)。ステップS106あるいはステップS108の点火により、圧縮行程気筒12C内の均質な混合気は、比較的緩慢に燃焼し、その燃焼エネルギーが運動エネルギーに変換されることによって、エンジン1は、所定の行程範囲内で逆転する。
Next, the
図10を参照して、エンジン1(すなわちクランクシャフト3)が逆転すると、圧縮行程気筒12Cの吸気弁19は、VVT190が閉弁タイミングを遅角させたことに伴って開き、新気が導入されることになる。ECU2は、エンジン1の逆転回数、吸気温度、エンジン水温から逆転期間における圧縮行程気筒12Cの吸気弁開弁期間に流入する空気量を算出する(ステップS121)。この算出は、流入空気量マップM4を参照することにより実行される。次いで、算出した空気量に対し、空燃比がλ≦1となるように燃料を設定し、逆転期間の吸気弁開期間に圧縮行程気筒12Cに対し、燃料を噴射する(ステップS122)。他方、ECU2は、ステップS121、S122の処理と並行して、膨張行程気筒12Aに対する燃料噴射量、燃料噴射タイミングを演算しており、その演算結果に基づいて膨張行程気筒12Aに対し、燃料を噴射する(ステップS123)。このような並行処理は、例えばECU2を複数のCPUで構成する、或いは割り込み制御をプログラミングすること等により、実現することが可能になる。
Referring to FIG. 10, when engine 1 (that is, crankshaft 3) reverses,
膨張行程気筒12Aへの燃料噴射後、所定のディレー時間経過後に点火する(ステップS124)。所定のディレー時間はピストンの停止位置に応じて予め設定された膨張行程気筒点火ディレーマップM5から求められる。この点火による膨張行程気筒12Aでの初回燃焼により、エンジン1は逆転から正転に転ずる。従って圧縮行程気筒12Cのピストン13は上死点側に移動し、内部のガス(前記ステップS122で燃料が噴射された混合気)を圧縮し始める。本実施形態では、圧縮行程気筒12Cが上死点付近(より詳細には、上死点前数°CA)で点火プラグ15を作動させ、着火アシストを実行する(ステップS125)。これにより、圧縮行程気筒12Cの混合気は、既燃ガスを多分に含んでいるにも拘わらず比較的急速に燃焼し、大きな運動エネルギーを出力することが可能になる。
After the fuel injection into the
次に、図11を参照して、以下のステップS140〜S144は、吸気行程気筒12Dでの燃焼を行うにあたり、圧縮上死点を越えるためのエネルギーを可及的に小さくするための制御である。 Next, referring to FIG. 11, the following steps S140 to S144 are controls for reducing as much as possible the energy for exceeding the compression top dead center when performing combustion in the intake stroke cylinder 12D. .
まずステップS140で、筒内空気密度を推定し、その推定値から吸気行程気筒12Dの空気量を算出する。次に、ステップS102で推定した筒内温度に基づいて、自着火防止のための空燃比補正値を算出する(ステップS141)。すなわち自着火が起こると、その燃焼によって圧縮上死点に至る前にピストン13を下死点側に押し戻す力(逆トルク)が発生する。これはその分圧縮上死点を越えるためのエネルギーを多く消費するので望ましくない。そこでこの逆トルクを抑制するために空燃比をリーン側に補正し、自着火が起こらないようにするのである。
First, in step S140, the in-cylinder air density is estimated, and the air amount of the intake stroke cylinder 12D is calculated from the estimated value. Next, an air-fuel ratio correction value for preventing self-ignition is calculated based on the in-cylinder temperature estimated in step S102 (step S141). That is, when self-ignition occurs, a force (reverse torque) that pushes the
次に、前記ステップS140で算出した吸気行程気筒12Dの空気量と、前記ステップS141で算出した空燃比補正値を考慮した空燃比とから、吸気行程気筒12Dへの燃料噴射量を算出する(ステップS142)。 Next, the fuel injection amount to the intake stroke cylinder 12D is calculated from the air amount of the intake stroke cylinder 12D calculated in step S140 and the air-fuel ratio in consideration of the air-fuel ratio correction value calculated in step S141 (step) S142).
そして吸気行程気筒12Dに対する燃料噴射を行うが、この燃料噴射は、その気化潜熱によって圧縮圧力が低減するように(つまり圧縮上死点を越えるための必要エネルギーを低減するように)、圧縮行程の後期まで遅延してなされる(ステップS143)。その遅延量は、エンジン1の自動停止期間、吸気温度、エンジン水温等に基づいて算出される。
Then, fuel is injected into the intake stroke cylinder 12D. This fuel injection is performed so that the compression pressure is reduced by the latent heat of vaporization (that is, the energy required for exceeding the compression top dead center is reduced). This is delayed until later (step S143). The delay amount is calculated based on the automatic stop period of the
次に、前記逆トルクの発生を抑制するため、点火タイミングを上死点以降に遅延して点火する(ステップS144)。以上の制御によって、吸気行程気筒12Dにおいて、圧縮上死点まではその圧縮圧力を小さくして上死点を越えやすくし、上死点を過ぎた時点で燃焼エネルギーによる正転方向のトルクが発生するようになる。 Next, in order to suppress the occurrence of the reverse torque, the ignition timing is delayed after top dead center and ignited (step S144). With the above control, in the intake stroke cylinder 12D, the compression pressure is reduced to easily exceed the top dead center until the compression top dead center, and a torque in the forward direction is generated by the combustion energy when the top dead center is passed. To come.
ステップS144の後、通常の制御に移行してもよいが、本実施形態ではさらに吹上がり抑制制御を行っている。ここで言う吹上がりとは、吸気行程気筒12Dでの初回燃焼以降、エンジン回転速度が必要以上に急上昇することをいい、加速ショックが発生したり運転者に違和感を与えたりするおそれがあって望ましくない。吹上がりは、自動停止期間中の吸気圧力(スロットル弁23より下流の圧力)が略大気圧となっているために、始動直後(吸気行程気筒12Dでの初回燃焼以降)の各気筒での燃焼エネルギーが通常のアイドル運転時の燃焼エネルギーに比べて一時的に大きくなることによって起こる。そこで以降のステップS145〜S158で、この吹上がりを抑制する制御を行っている。 After step S144, normal control may be performed, but in this embodiment, blow-up suppression control is further performed. The term “air-up” as used herein means that the engine speed rapidly increases more than necessary after the initial combustion in the intake stroke cylinder 12D, which may cause an acceleration shock or give the driver a sense of incongruity. Absent. Ascending, since the intake pressure (pressure downstream of the throttle valve 23) during the automatic stop period is substantially atmospheric pressure, the combustion in each cylinder immediately after the start (after the initial combustion in the intake stroke cylinder 12D) This is caused by a temporary increase in energy compared to the combustion energy during normal idle operation. Therefore, in subsequent steps S145 to S158, control for suppressing this blow-up is performed.
まずオルタネータ28の発電を開始する(ステップS145)。その目標電流値はECU2の発電量制御部44によって通常より高めに設定される。オルタネータ28の発電によってクランクシャフト3の負荷(エンジン負荷)が増大するので、吹上がりが抑制される。
First, power generation by the
次に吸気圧センサ26によって検知される吸気圧が、アイドルストップを行わない場合の通常のアイドル時における吸気圧力より高いか否かが判定される(ステップS150)。ここでYESと判定されると、吹上がりが起こりやすい状態となっているので、スロットル弁23の開度を通常のアイドル運転時におけるスロットル開度よりもさらに小さくし(ステップS151)、燃焼エネルギーの発生量を抑制する。
Next, it is determined whether or not the intake pressure detected by the
次に排気通路22に設けられた触媒37の温度が活性温度以下であるか否かが判定され(ステップS152)、YESと判定されれば目標空燃比をλ≦1なるリッチ空燃比に設定するとともに(ステップS153)、点火タイミングを上死点以降に遅延させる(ステップS154)。こうすることにより、触媒37の温度上昇が促進されるとともに、点火タイミングの遅延によって燃焼エネルギーの発生量が抑制される。
Next, it is determined whether or not the temperature of the
遡って、ステップS152でNOと判定されたときは、目標空燃比をλ>1なるリーン空燃比に設定して(ステップS158)燃焼させる。このリーン燃焼によって燃料の消費を抑制しつつ燃焼エネルギーの発生量を抑制することができる。 Going back, if NO is determined in step S152, the target air-fuel ratio is set to a lean air-fuel ratio satisfying λ> 1 (step S158) and combustion is performed. This lean combustion can suppress the amount of combustion energy generated while suppressing fuel consumption.
ステップS154またはステップS158の後はステップS150に戻り、NOと判定されるまで前記制御を繰り返す。ステップS150でNOと判定されると、もはや吹上がりのおそれがないので、オルタネータ28の発電量も含めて通常制御に移行する(ステップS160)。 After step S154 or step S158, the process returns to step S150, and the control is repeated until it is determined NO. If it is determined as NO in step S150, there is no longer a possibility that the engine will blow up, and the routine proceeds to normal control including the power generation amount of the alternator 28 (step S160).
図12は、上述した制御に基づくエンジンの挙動を示すものであり、(A)は圧縮行程気筒12C、膨張行程気筒12A、吸気行程気筒12Dのタイミングチャート、(B)は(A)に対応する圧力、熱発生率、筒内温度の変化を示すグラフである。なお図12(B)において、実線は本実施形態によるもの、仮想線は、再始動開始時に圧縮行程気筒12Cに燃料を噴射して1回目の上死点で点火した場合の比較例である。
FIG. 12 shows the behavior of the engine based on the above-described control. (A) is a timing chart of the
以上説明したように本実施形態では、圧縮行程気筒12Cに対し、自動停止前に最後の吸気行程以降で燃料を噴射することにより、再始動時における圧縮行程気筒12Cでの混合気の均質化を図ることが可能になる。また、自動停止動作中に空燃比をλ≧1となるように燃料を噴射することとしているので、再始動時において筒内温度の低下を抑制することができる。すなわち図12(B)に示すように、再始動時に燃料を噴射して混合気を燃焼させた場合には、燃料の偏在が大きくなるばかりでなく、燃料噴射に伴う噴霧の乱れにより、急速な成層燃焼が生じる。他方、再始動時は筒内温度が下がっているため、圧縮行程気筒12Cの壁面にその熱が吸収され、大きな冷損が生じるため、急速に筒内温度が下がり、圧力も急速に下がるので、充分な運動エネルギーを取り出すことができなくなる。これに対して本実施形態では、自動停止前に噴射されたリッチな混合気を緩慢に燃焼させることができるので、圧縮行程気筒12Cが逆転している時の筒内温度低下を効果的に抑制し、冷損による圧力低下を回避することができる。
As described above, in this embodiment, fuel is injected into the
その後、逆転から正転に転じる際、圧縮行程気筒12Cのピストン13は、比較的ゆっくりと上死点に移動する。この際、筒内の空気が圧縮されることに伴って、筒内温度が上昇することになるが、その熱は、図12(B)に示す筒内温度の変化から明らかなように、筒内の壁面に吸収されてしまい、冷損が生じることになる。ピストン13がゆっくりと動作することにより、冷損も大きくなる結果、この冷損による筒内圧力も大きく下がるので、1回目の上死点での燃焼が緩慢になる傾向があった。これに対して本実施形態では、逆転動作時において、緩慢な均質燃焼を実現することができるので、正転に転じた際、比較的遅い速度で上死点に移動している場合であっても、比較例のような筒内温度低下が生じにくくなり、比較的高い熱エネルギーを保持した状態で上死点に移動することが可能になる。この状態で、吸気弁19の閉弁タイミングが遅角されることにより、新気が圧縮行程気筒12Cに導入され、その後、この圧縮行程気筒12Cに燃料が噴射され、その混合気が圧縮行程気筒12Cの上死点近傍で点火される。この正転圧縮後の燃焼においては、既燃ガスが相当残存しているため、図12(B)の熱発生率から明らかなように、比較例は燃焼も緩慢になりがちであるが、本実施形態では、逆転時の燃焼によって、圧縮行程気筒12Cの筒内温度を比較的高温に維持していることから、逆転から反転した後の最初の正転時には燃焼を促進し、ピストン13から大きな運動エネルギーを出力させることが可能になる。また、逆転時の緩慢燃焼では、過度に筒内温度が上昇するおそれもなく、ノッキングも生じにくくなる。
Thereafter, when turning from reverse rotation to normal rotation, the
また本実施形態では、燃料噴射制御手段としての燃料噴射制御部41は、エンジンの自動停止動作中において、燃料を噴射する際の空燃比をλ≦1となるように燃料噴射量を制御するものである。このため本実施形態では、比較的圧縮行程気筒12Cが均質でリッチな状態になるので、再始動時の緩慢燃焼を確保し、冷損を防止することが可能になる。また、逆転量も大きくなるので、膨張行程気筒12Aの圧縮力も高まるので、膨張行程気筒12Aでの圧縮量と吸気開弁期間の増大を図ることが可能になる。
In the present embodiment, the fuel
また本実施形態では、再始動時に逆転動作中に噴射される燃料噴射量が、自動停止動作中に圧縮行程気筒12Cに噴射される逆転動作用の燃料噴射量よりも少なくなるように燃料噴射制御部41が燃料噴射量を制御することによって、着火手段が実現されている。このため本実施形態では、再始動時において、逆転時には、全体的に均質な状態で混合気が燃焼されるので、冷損を防止し、膨張行程気筒12Aでの圧縮量と吸気開弁期間の増大を図ることが可能になるとともに、逆転から正転に転じた際には、筒内温度の低下を抑制し、新気のある状態で圧縮自己着火による燃焼を可及的に確実なものとすることができる。
In the present embodiment, the fuel injection control is performed such that the fuel injection amount injected during the reverse rotation operation at the time of restart is smaller than the fuel injection amount for the reverse rotation operation injected into the
図13は圧縮行程気筒の再始動時の燃焼サイクル図であり、(A)は、本実施形態、(B)は従来技術である。 FIG. 13 is a combustion cycle diagram at the time of restart of the compression stroke cylinder, (A) is the present embodiment, and (B) is the prior art.
図13(A)(B)を参照して、上述のような再始動を開始した場合、本実施形態においては、逆転から正転に転じた圧縮行程気筒が最初の上死点を越える際、逆転時に新気と燃料が供給された混合気が点火されるため、図13(A)の+Wで示すように、ポンピングロスがなくなり、正の仕事を行うことが可能になる。この結果、吸気行程気筒12D、排気行程気筒12Bが後続して点火されるまでの2番目の上死点をも充分に越えるためのトルクを出力することが可能になる。これに対して、従来の装置では、再始動後、最初の上死点を越える際、圧縮行程気筒12Cでは、点火がされないため、図13(B)の−Wで示すようにポンピングロスが発生し、2番目の上死点を越えることが困難になっているのである。
When restarting as described above is started with reference to FIGS. 13A and 13B, in this embodiment, when the compression stroke cylinder that has changed from reverse rotation to normal rotation exceeds the first top dead center, Since the air-fuel mixture supplied with fresh air and fuel is ignited at the time of reverse rotation, there is no pumping loss and positive work can be performed as indicated by + W in FIG. As a result, it is possible to output torque for sufficiently exceeding the second top dead center until the intake stroke cylinder 12D and the
このように本実施形態においては、自動停止動作中に圧縮行程気筒12Cに燃料を噴射し、逆転時に緩慢燃焼させ、次いで圧縮行程気筒12Cの吸気弁19を開いて圧縮行程気筒12C内に新気を導入し、さらに燃料を噴射して、反転後に最初の上死点を迎えたときに、圧縮行程気筒12Cで再度燃焼させることによって、圧縮行程気筒12Cでのポンピングロスを防止しているので、逆転後の圧縮行程気筒12Cを有効活用することができ、もってエンジン1の始動性を向上させることができるという顕著な効果を奏する。
As described above, in the present embodiment, fuel is injected into the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、前記着火手段は、再始動した圧縮行程気筒12Cの最初の正転時における上死点付近で点火する点火プラグ15とし、図10のステップS125に代えてスパークイグニションを実行するものであってもよい。この場合では、逆転時の既燃ガスによる圧縮自己着火を正転時に最も好適なタイミングで着火アシストすることが可能になり、高い運動エネルギーを圧縮行程気筒12Cから得ることが可能になる。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible within the range of the invention described in the claim. For example, the ignition means is a
また、前記実施形態では省略しているが、エンジン再始動時において、所定の条件成立時(例えばピストン停止位置が適正停止範囲R内にない場合や、始動後の所定タイミングまでにエンジン回転速度が所定値に達しないなど)、スタータモータによるアシストを伴う制御を行ってもよい。 Although omitted in the above-described embodiment, when the engine is restarted, when the predetermined condition is satisfied (for example, when the piston stop position is not within the proper stop range R, or when the engine speed is increased by the predetermined timing after the start). Control with assistance by a starter motor may be performed.
エンジン1を自動停止させる制御は前記実施形態に限るものではなく、適宜設定してよい。但し再始動性を高めるためには、膨張行程気筒12Aにおけるピストン13の停止位置が行程中央よりよやや下死点寄り(圧縮行程気筒12Cにおいては行程中央よりやや上死点寄り)となるような制御であることが望ましい。
The control for automatically stopping the
その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。 It goes without saying that various modifications can be made within the scope of the claims of the present invention.
F1 燃料噴射
M3 遅角制御マップ
1 多気筒エンジン
3 クランクシャフト
12A 膨張行程気筒
12B 排気行程気筒
12C 圧縮行程気筒
13 ピストン
14 燃焼室
15 点火プラグ
16 燃料供給システム
16a 燃料噴射弁
19 吸気弁
41 燃料噴射制御部
42 点火制御部
43 吸気流量制御部
44 発電量制御部
45 ピストン位置検出部
46 筒内温度推定部
47 VVT制御部
190 VVT
F1 fuel injection M3
Claims (4)
各気筒のピストン位置を検出するピストン位置検出手段と、
前記ピストン位置検出手段の検出に基づいて、各気筒に燃料噴射を実行するように前記燃料供給システムによる燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段と、
筒内の混合気を着火する着火手段と
を備え、少なくとも再始動開始時の前記逆転動作期間において圧縮行程気筒の吸気弁が開弁するように、当該逆転動作期間中の吸気弁閉弁時期を下死点よりも所定クランク角遅いタイミングに遅角させ、
前記燃料噴射制御手段は、前記多気筒エンジンの自動停止動作中において、圧縮行程気筒が最後の吸気行程を迎えたとき以降に再始動用の燃料を噴射するとともに、前記逆転動作中における前記圧縮行程気筒の吸気弁の開弁中に正転用の燃料を噴射するように燃料供給システムを制御するものであり、
前記着火手段は、再始動後正転に転じた圧縮行程気筒の最初の圧縮上死点付近で再燃焼を実行するものである
ことを特徴とする多気筒エンジンの始動装置。 Including a direct injection type fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber of a multi-cylinder engine, and a fuel supply system that supplies fuel spray into the cylinder at a predetermined timing from the fuel injection valve, and when a restart condition is satisfied, In a multi-cylinder engine starter that burns a compression stroke cylinder, reverses the multi-cylinder engine by a predetermined crank angle, then burns an expansion stroke cylinder to restart the multi-cylinder engine.
Piston position detecting means for detecting the piston position of each cylinder;
Fuel injection control means for controlling fuel injection timing by the fuel supply system so as to execute fuel injection to each cylinder based on detection of the piston position detection means;
Ignition means for igniting the air-fuel mixture in the cylinder, and at least the intake valve closing timing during the reverse operation period so that the intake valve of the compression stroke cylinder opens at the reverse operation period at the start of restart. Retard the crank angle later than the bottom dead center
The fuel injection control means injects fuel for restart after the compression stroke cylinder reaches the final intake stroke during the automatic stop operation of the multi-cylinder engine, and the compression stroke during the reverse rotation operation. The fuel supply system is controlled so as to inject fuel for forward rotation while the intake valve of the cylinder is open.
The starter for a multi-cylinder engine, wherein the ignition means executes re-combustion in the vicinity of the first compression top dead center of the compression stroke cylinder that has turned to normal rotation after restarting.
前記燃料噴射制御手段は、前記多気筒エンジンの自動停止動作中において、燃料を噴射する際の空燃比をλ≦1となるように燃料噴射量を制御するものであることを特徴とする多気筒エンジンの始動装置。 The starter for a multi-cylinder engine according to claim 1,
The multi-cylinder characterized in that the fuel injection control means controls the fuel injection amount so that the air-fuel ratio at the time of fuel injection becomes λ ≦ 1 during the automatic stop operation of the multi-cylinder engine. Engine starter.
前記着火手段は、再始動開始後圧縮行程気筒が最初に上死点を迎えたときに圧縮自己着火を行わせるものであって、再始動時に逆転動作中に噴射される燃料噴射量が、自動停止動作中に圧縮行程気筒に噴射される逆転動作用の燃料噴射量よりも少なくなるように燃料噴射制御手段が燃料噴射量を制御することによるものであることを特徴とする多気筒エンジンの始動装置。 The multi-cylinder engine starter according to claim 1 or 2,
The ignition means performs compression self-ignition when the compression stroke cylinder first reaches top dead center after restart is started, and the fuel injection amount injected during the reverse rotation operation at the time of restart is automatically Start of a multi-cylinder engine characterized in that the fuel injection control means controls the fuel injection amount so as to be smaller than the fuel injection amount for reverse operation injected into the compression stroke cylinder during the stop operation. apparatus.
前記着火手段は、再始動した圧縮行程気筒の最初の正転時における上死点付近で点火プラグによる点火を実行するものであることを特徴とする多気筒エンジンの始動装置。 The multi-cylinder engine starter according to any one of claims 1 to 3,
The multi-cylinder engine starter characterized in that the ignition means executes ignition by a spark plug in the vicinity of the top dead center at the time of the first forward rotation of the restarted compression stroke cylinder.
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