CN104204480A - 柴油发动机的起动装置和起动方法 - Google Patents

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Abstract

一种柴油发动机的起动装置，在怠速停止后的重新起动时，在短时间内实现稳定的燃烧。具备在各缸内喷射燃料的喷射器(11)、通过通电而发热并将各缸升温的火花塞(13)、在发动机起动时驱动的起动马达(40)、以及控制喷射器(11)、火花塞(13)、起动马达(40)的ECU(70)，ECU(70)在怠速停止时使缸#1的活塞停止于压缩下死点，并且开始火花塞(13)的通电，此后，在自动停止条件不成立而重新起动的情况下，驱动起动马达(40)，并且在缸#1内由喷射器(11)通过多段喷射微细地使燃料喷射，在缸#1的活塞即将到达上死点之前，通过喷射器(11)使点火用的燃料少量喷射。

Description

柴油发动机的起动装置和起动方法
技术领域
本发明涉及柴油发动机的起动装置和起动方法，特别地涉及具备怠速停止功能的柴油发动机的起动装置和起动方法，该怠速停止功能为：若规定的自动停止条件成立，则使燃料喷射停止。
背景技术
一般而言，在汽油发动机中，已知为了改善燃耗而具备怠速停止功能的发动机，该怠速停止功能指的是，在等待红灯等停车时使燃料喷射停止(例如参照专利文献1)。
在这样的具备怠速停止功能的发动机中，通过在怠速停止时使缸内成为高压，在重新起动时用火花塞点火而瞬间开始起动，从而降低重新起动时的时滞。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-83788号公报
发明内容
发明要解决的问题
可是，在柴油发动机中在怠速停止后进行重新起动的情况下，由于燃烧为自点火式，因而不能如上述的汽油发动机那样进行使用火花塞的点火控制。因此，在重新起动时需要进行与汽油发动机不同的点火控制。
在柴油发动机中燃料点火时，需要一定程度的压缩端温度和燃料混合气体的浓度。然而，在目前的柴油发动机中，如果没有达到一定程度的活塞速度(例如200转左右)，则缸内压力不足，因而混合气也没有充分地混合。因此，即使使用火花塞，也有可能在怠速停止后的重新起动时不能在短时间内进行稳定的燃料点火。
本发明是鉴于这样的情况而做出的，其目的在于，提供在怠速停止后的重新起动时能够在短时间内实现稳定的燃烧的柴油发动机的起动装置和起动方法。
用于解决问题的技术手段
为了达成上述目的，本发明的柴油发动机的起动装置是具备当规定的自动停止条件成立时使燃料喷射停止的怠速停止功能的柴油发动机的起动装置，其特征在于，具备：燃料喷射机构，向所述柴油发动机的各缸内直接喷射燃料；火花塞，通过通电而发热，使所述柴油发动机的各缸升温；起动马达，在所述柴油发动机起动时驱动，使曲柄轴旋转驱动；以及控制机构，控制所述燃料喷射机构的燃料喷射、所述火花塞的通电、以及所述起动马达的驱动，所述控制机构在怠速停止时使规定缸的活塞停止于压缩下死点，并且开始所述火花塞的通电，此后，在所述规定的自动停止条件不成立而将所述柴油发动机重新起动的情况下，驱动所述起动马达而使所述规定缸的活塞从压缩下死点上升，并且在所述规定缸内由所述燃料喷射机构通过多段喷射微细地喷射燃料，在所述规定缸的活塞即将到达上死点之前，通过所述燃料喷射机构使点火用的燃料少量喷射。
另外，本发明的柴油发动机的起动方法是具备当规定的自动停止条件成立时使燃料喷射停止的怠速停止功能的柴油发动机的起动方法，其特征在于，在怠速停止时使规定缸的活塞停止于压缩下死点，并且开始使所述柴油发动机的各缸升温的火花塞的通电，此后，在所述规定的自动停止条件不成立而将所述柴油发动机重新起动的情况下，驱动使曲柄轴旋转驱动的起动马达而使所述规定缸的活塞从压缩下死点上升，并且在所述规定缸内由燃料喷射机构通过多段喷射微细地使燃料喷射，在所述规定缸的活塞即将到达上死点之前，通过所述燃料喷射机构使点火用的燃料少量喷射。
发明的效果
依照本发明的柴油发动机的起动装置和起动方法，在怠速停止后的重新起动时，能够在短时间内实现稳定的燃烧。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的柴油发动机的起动装置的示意性整体构成图。
图2是表示本发明的一个实施方式的ECU的功能框图。
图3是表示本发明的一个实施方式的ECU的控制内容的流程图。
具体实施方式
以下，基于图1～图3，说明本发明的一个实施方式的柴油发动机的起动装置和起动方法。在同一零件上标记同一符号，它们的名称和功能也相同。因此，关于它们的详细说明不再重复。
首先，说明本实施方式的柴油发动机的起动装置的整体构成。
如图1所示，柴油发动机(以下简称为发动机)10具备多个缸(在本实施方式中为4缸)。在这些各缸#1～#4中，分别设有向缸内直接喷射燃料的喷射器11。
喷射器11是通过向未图示的压电元件施加电压而使喷孔的开口面积可变的公知的压电式喷射器，经由燃料供给管线连接至共轨12。从均未图示的燃料箱通过高压供给泵汲取的加压燃料被供给至共轨12。该喷射器11的燃料喷射根据从后述的电子控制单元(以下称为ECU)70输出的指示信号而被控制。
在发动机10的各缸#1～#4中，分别设有使其顶端部面向缸内的火花塞13。如果在发动机10的起动时向内置的加热器通电，则该火花塞13使表面温度上升(例如700～800℃以上)而使附着的燃料表面点火。向火花塞13的加热器的通电的通断根据从ECU70输出的指示信号而被控制。
在发动机10的前方侧设有交流发电机(以下称为ACG)20。连结至曲柄轴10a的曲柄皮带轮21的旋转力经由皮带22传递至该ACG20。另外，ACG20具备均未图示的转子线圈和定子线圈，根据从ECU70输入的指示信号，对励磁电流向转子线圈的供给进行通断控制，由此切换至发电驱动或发电停止。ACG20发出的电力用于发动机10的未图示的辅机类的驱动，并且剩余电力被蓄电至电池28。
在发动机10的后方侧，设有用于使发动机10起动的起动马达40。在该起动马达40的输出轴上，沿轴向可移动地设置小齿轮41。另外，在发动机10的曲柄轴10a上设有固定至未图示的飞轮的齿圈42。在使用起动马达40来起动发动机10时，小齿轮41在起动马达40的输出轴上移动而与齿圈42啮合，并且通过起动马达40的驱动力使曲柄轴10a旋转而曲柄起动。
曲柄角传感器30还检测曲柄轴10a的旋转角，检测值被输入至电连接的ECU70。凸轮角传感器31检测未图示的凸轮轴的旋转角，检测值被输入至电连接的ECU70。
车速传感器32检测车辆的速度，检测值被输入至电连接的ECU70。冷却水温传感器33检测流经发动机10的未图示的水套内的发动机冷却水的水温，检测值被输入至电连接的ECU70。
ECU70进行发动机10的各种控制，具备公知的CPU和ROM、RAM、输入端口、输出端口等而构成。为了进行该各种控制，各种传感器的输出信号输入至ECU70。
另外，如图2所示，ECU70作为一部分功能要素具备：自动停止控制部71、ACG负荷控制部72、火花塞通电控制部73、气缸选定部74、重新起动判定部75、重新起动控制部76。这些各功能要素在本实施方式中作为包含于一体硬件的ECU70内的要素来说明，但是也能够将它们中的任何一部分设于单独的硬件。
自动停止控制部71在车辆因等待红灯而停车的情况等规定的自动停止条件成立时，实施使发动机10自动停止的怠速停止。例如，如果由车速传感器32检测的车速为0(零)、加速器踏板断开、或者制动器踏板接通的规定的自动停止条件成立，则自动停止控制部71输出使喷射器11的燃料喷射停止的指示信号(以下称为发动机停止信号)。另外，自动停止控制部71在怠速停止实施时加速器踏板接通的情况等上述规定的自动停止条件不成立时，输出使发动机10重新起动的指示信号(以下称为发动机重新起动信号)。
ACG负荷控制部72，在应当实施怠速停止而发动机停止信号被输出、发动机10以惯性能量旋转时，控制ACG20的驱动，使得规定的气缸(在本实施方式中为#1缸)的活塞在重新起动时在最合适的压缩下死点处停止。更详细而言，在ECU70中存储图表(未图示)，该图表表示预先通过实验等制作的曲柄角与从该曲柄角起使活塞在压缩下死点停止所需的ACG20的旋转驱动力的关系。ACG负荷控制部72从图表读取与发动机停止信号输出时的曲柄角传感器30的检测值相对应的旋转驱动力，并且对ACG20进行发电驱动以将该旋转驱动力施加给曲柄轴10a。由此，在执行怠速停止时，能够使规定缸(#1缸)的活塞可靠地停止于压缩下死点。
火花塞通电控制部73控制向火花塞13的通电的通断。更详细而言，该火花塞通电控制部73在通过自动停止控制部71执行怠速停止时，如果从冷却水温传感器33或吸气温度传感器(未图示)的检测值推定的缸内温度降低到在发动机10重新起动时使燃料的点火性变差的规定的下限温度(例如400℃)，则将向火花塞13的通电控制为接通。另外，如果未图示的计时装置的从怠速停止后起的计测时间超过规定时间(例如3分钟)，则火花塞通电控制部73为了避免电池28的无益电力消耗而将向火花塞13的通电控制为断开。
在实施怠速停止而曲柄轴10a的旋转停止时，气缸选定部74基于曲柄角传感器30和凸轮角传感器31的检测值，在各缸#1～#4之中，将活塞停止于压缩下死点的缸选定为在重新起动时最先开始燃料喷射的起动缸。在本实施方式中，通过ACG负荷控制部72的停止控制，通常选定#1缸作为起动缸。然而，在由于某种外力的影响而其它缸(例如#3缸)的活塞停止于压缩下死点的情况下，选定该其它缸作为起动缸。
如果从自动停止控制部71输出了发动机重新起动信号，则重新起动判定部75判定是否能够进行后面详述的重新起动控制部76对发动机10的重新起动。例如，如果从实施怠速停止起经过长时间，则发动机10成为冷机状态，重新起动控制部76的重新起动变得困难。于是，重新起动判定部75，在计时装置(未图示)从怠速停止后起的计测时间超过规定时间(例如3分钟)的情况、冷却水温传感器33的检测值低于规定温度(例如80℃)的情况下，将重新起动控制部76的重新起动判定为不可能。此外，在判定为重新起动控制部76的重新起动为不可能的情况下，发动机10通过通常的起动控制而被重新起动。
重新起动控制部76在重新起动判定部75判定为重新起动可能的情况下，按照以下顺序使发动机10重新起动。首先，重新起动控制部76驱动起动马达40而开始发动机10的曲柄起动。然后，如果由气缸选定部74选定为起动缸的缸(在本实施方式中，#1缸)的活塞从压缩下死点开始上升，则由喷射器11通过多段喷射微细地使燃料喷射而生成稀薄混合气体(主燃烧用混合气体)。再者，在曲柄起动推进而活塞即将到达上死点之前，由喷射器11使点火用的燃料少量喷射。由此，能够将喷射的周边的浓混合气体在中心点火，此后瞬间将缸内的主燃烧用混合气体点火。
另外，重新起动控制部76对于其它缸(#2～4缸)也是同样的，在本实施方式中按照#3缸→#4缸→#2缸的顺序实施以下燃料喷射控制：如果活塞从压缩下死点开始上升，则通过多段喷射微细地使燃料喷射，并且在活塞即将到达上死点之前，使点火用的燃料少量喷射。此外，重新起动控制部76的重新起动控制继续，直到由曲柄角传感器30检测的发动机转速达到规定的转速(例如200rpm)。此后，如果发动机转速超过规定的转速，则喷射器11的燃料喷射切换为基于发动机10的运转状态的通常的多段喷射。
接下来，基于图3说明本实施方式的柴油发动机的起动装置的ECU70的控制流程。
在步骤(以下将步骤简记为S)100中，如果规定的自动停止条件成立，则由自动停止控制部71输出发动机停止信号，喷射器11的燃料喷射停止。进而，在S110中，由ACG负荷控制部72对ACG20进行发电驱动，使得规定缸(在本实施方式中，#1缸)的活塞停止于在重新起动时最合适的压缩下死点。
在S120中，确认从冷却水温传感器33和吸气温度传感器(未图示)的检测值推定的缸内温度是否降低到在发动机10的重新起动时使燃料的点火性变差的规定的下限温度(例如400℃)。在缸内温度的推定值降低到规定的下限温度的情况下，在S130中，通过火花塞通电控制部73将火花塞13的通电控制为接通。
在S140中，在加速器踏板接通的情况等规定的自动停止条件不成立时，输出发动机重新起动信号。
在S150中，由重新起动判定部75判定重新起动控制部76对发动机10的重新起动是否可能。例如，在计时装置的从怠速停止后起的计测时间不超过规定时间(例如3分钟)的情况、冷却水温传感器33的检测值不低于规定温度(例如80℃)的情况下，重新起动控制部76的重新起动被判定为可能，前往S160。
另一方面，在计时装置的从怠速停止后起的计测时间超过规定时间的情况、冷却水温传感器33的检测值低于规定温度的情况下，重新起动控制部76的重新起动被判定为不可能。在重新起动控制部76的重新起动被判定为不可能的情况下，发动机10通过通常的起动控制(参照S220)而重新起动。
在S160中，由重新起动控制部76驱动起动马达40，开始发动机10的曲柄起动。然后，如果由气缸选定部74选定为起动缸的缸(在本实施方式中，#1缸)的活塞从压缩下死点开始上升，则在S170中，由喷射器11通过多段喷射微细地使燃料喷射，在缸内生成稀薄混合气体(主燃烧用混合气体)。
进而，在S180中，在S120中通电接通的火花塞13的表面温度上升到规定的高温区域(例如700～800℃)，在S190中，在活塞即将到达上死点之前，由喷射器11使点火用的燃料少量喷射。由此，将喷射的周边的浓混合气体在中心点火，此后瞬间缸内主燃烧用混合气体点火，由于该爆发力而曲柄轴10a旋转。
在S200中，确认由曲柄角传感器30检测的发动机转速是否达到规定转速(例如200rpm)。在发动机转速达到规定的转速的情况下，在S210中切换为基于发动机10的运转状态的通常的燃料喷射控制，本控制返回。
另一方面，在发动机转速未达到规定的转速的情况下，返回S170。即，在发动机转速上升某一程度而稳定之前，S170～190的燃料喷射控制重复进行。
接着，说明本实施方式的柴油发动机的起动装置和起动方法的作用效果。
如果实施怠速停止的规定的自动停止条件成立而输出发动机停止信号，则控制ACG20的驱动，使得规定缸(在本实施方式中，#1缸)的活塞停止于在重新起动时最合适的压缩下死点。进一步，如果缸内温度降低到在发动机10的重新起动时使燃料的点火性变差的规定的下限温度(例如400℃)，则火花塞13的通电被控制为接通。
此后，如果规定的自动停止条件不成立而输出发动机重新起动信号，则起动马达40被驱动而开始发动机10的曲柄起动。然后，如果规定缸(#1缸)的活塞从压缩下死点开始上升，则由喷射器11通过多段喷射微细地喷射燃料，在缸内生成稀薄混合气体(主燃烧用混合气体)。
进而，在火花塞13的表面温度上升到规定的高温区域(例如700～800℃)且活塞即将到达上死点之前，由喷射器11少量喷射点火用的燃料。由此，能够将喷射的周边的浓混合气体在中心点火，此后瞬间将缸内的主燃烧用混合气体点火。
所以，依照本实施方式的柴油发动机的起动装置和起动方法，在怠速停止后的重新起动时，能够使用火花塞13在短时间内实现稳定的燃烧。
另外，由于在预混合中获得充分的时间而能够将混合气体充分地混合，因而在重新起动时喷射的燃料为形成点火核的微量燃料就足够。所以，不需要像通常的重新起动控制那样喷射过度的燃料，能够有效地抑制重新起动时的HC等导致的排气变差、燃耗变差。
另外，由于能够通过曲柄起动半圈而将喷射的燃料可靠地点火，因而能够短时间且快速地实现怠速停止后的重新起动。
另外，在将本实施方式的起动装置和起动方法适用于现有的发动机的情况下，添加电池28的容量增大和ACG20的负荷控制功能即可。所以，仅通过稍微的成本上升或设计变更，就能够将现有的发动机容易地变更为具备本实施方式的起动装置的发动机。
此外，本发明并不限于上述实施方式，在不脱离本发明的要旨的范围内，能够适当地变型而实施。
例如，发动机10不限于4缸，也能够广泛地适用于单缸或6缸等4缸以外的发动机。
进一步，本发明不限于柴油发动机，也能够广泛地适用于在缸内直接喷射燃料且通过活塞的上升而压缩并自身点火的各种压缩自身点火式发动机。
符号的说明：
10  发动机
11  喷射器(燃料喷射机构)
12  共轨(燃料喷射机构)
13  火花塞
20  交流发电机
30  曲柄角传感器
31  凸轮角传感器
32  车速传感器
33  冷却水温传感器
40  起动马达
70  ECU(控制机构)
71  自动停止控制部
72  ACG负荷控制部
73  火花塞通电控制部
74  气缸选定部
75  重新起动判定部
76  重新起动控制部

Claims (2)

1.一种柴油发动机的起动装置，具备当规定的自动停止条件成立时使燃料喷射停止的怠速停止功能，其特征在于，具备：
燃料喷射机构，向所述柴油发动机的各缸内直接喷射燃料；
火花塞，通过通电而发热，使所述柴油发动机的各缸升温；
起动马达，在所述柴油发动机起动时驱动，使曲柄轴旋转驱动；以及
控制机构，控制所述燃料喷射机构的燃料喷射、所述火花塞的通电、以及所述起动马达的驱动，
所述控制机构在怠速停止时使规定缸的活塞停止于压缩下死点，并且开始所述火花塞的通电，此后，在所述规定的自动停止条件不成立而将所述柴油发动机重新起动的情况下，驱动所述起动马达而使所述规定缸的活塞从压缩下死点上升，并且向所述规定缸内由所述燃料喷射机构通过多段喷射微细地喷射燃料，在所述规定缸的活塞即将到达上死点之前，通过所述燃料喷射机构使点火用的燃料少量喷射。
2.一种柴油发动机的起动方法，具备当规定的自动停止条件成立时使燃料喷射停止的怠速停止功能，其特征在于，
在怠速停止时使规定缸的活塞停止于压缩下死点，并且开始使所述柴油发动机的各缸升温的火花塞的通电，此后，在所述规定的自动停止条件不成立而将所述柴油发动机重新起动的情况下，驱动使曲柄轴旋转驱动的起动马达而使所述规定缸的活塞从压缩下死点上升，并且向所述规定缸内由燃料喷射机构通过多段喷射微细地使燃料喷射，在所述规定缸的活塞即将到达上死点之前，通过所述燃料喷射机构使点火用的燃料少量喷射。
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