JP2004301047A - Engine starter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine starter for further reducing fuel consumption, restraining a CO<SB>2</SB>discharge amount or the like by properly having the stop position of a piston and enhancing the restartability of an engine with a simple structure in an engine starter performing an idle stop. <P>SOLUTION: In the engine starter, when prescribed engine stopping conditions are met, fuel supply is automatically stopped to stop engine 1, and when restart conditions are met, a cylinder 3 in an expansion stroke is made to perform combustion to restart the engine. Part of driving force of the engine 1 is taken out as work periodically variable in accordance with a rotation angle of a crankshaft 6, and a high-pressure fuel pump 126 for increasing fuel pressure is provided. When the rotation angle of the crankshaft 6 is at an almost top dead center of each cylinder 3, the momentary work of the high-pressure fuel pump 126 comes into the maximum. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アイドリング時等に自動的にエンジンを一旦停止させ、その後に自動的に再始動させるエンジンの始動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、燃費低減およびCO排出量抑制等のため、アイドリング時に自動的にエンジンを一旦停止させ、その後に発進操作等の再始動条件が成立したときに自動的にエンジンを再始動させる(以下アイドルストップ又はI/Sという)ようにしたエンジンの始動装置が開発されてきている。
【0003】
アイドルストップにおける再始動は、発進操作等に応じて即座に始動させることが要求されるため、スタータ(始動用のモータ)によりエンジン出力軸を駆動するクランキングを経てエンジンを始動させるような、始動完了までにかなりの時間を要する従来の一般的な始動の方法は好ましくない。
【0004】
そこで、停止状態のエンジンの特定気筒(膨張行程にある気筒)に燃料を供給して着火、燃焼を行わせ、そのエネルギーでエンジンが即時的に始動されるようにすることが望ましい。しかし、膨張行程にある気筒に燃料を供給して着火させ、燃焼させてもエンジン始動のための充分なトルクが得られるとは限らない。円滑に再始動を行うためには一定以上の着火性と発生トルクの大きさが求められる。
【0005】
このような問題の対策として、例えば特許文献1に示されるように、IG OFF(点火停止)後、排気弁の閉時期を制御してピストンが適正位置にある状態でエンジンを停止させ易くしたもの、あるいは特許文献2に示されるように、エンジンのクランク軸に対して制動装置を設け、エンジン停止時に膨張行程となる気筒のピストンが行程途中の適正位置で停止するように制動装置を制御するようにしたものなどが提案されている。
【0006】
再始動するためのピストンの適正停止位置とは、一般的には上死点後90°CA(クランク角)前後、即ち上死点と下死点の中間付近であり、この位置でピストンを停止させると、適度に存在する筒内空気と再始動時に供給される燃料とで良好な燃焼が得られ、再始動に充分なトルクを発生させ易い。即ち、特許文献1及び特許文献2は、燃焼によって充分な再始動トルクが得られるように、ピストンの停止位置を規制しようとするものである。
【0007】
【特許文献1】
WO 01/44636 A2号公報
【特許文献2】
実開昭60−128975号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献1に示された始動装置は、排気弁を制御することによる筒内ガス圧の変化を利用した間接的な方法であるため、ばらつきが生じ易いものであった。従って、再始動を円滑に行うため、より高い確率でピストンを適正位置に停止させる技術が求められていた。また、上記特許文献2に示された始動装置によると、車両の制動装置とは別にクランク軸を制動し得る装置が必要になるとともに、ピストンが適正位置に停止するように制動装置を精度良くコントロールすることが非常に難しいものであった。
【0009】
本発明は上記の事情に鑑み、別途特別な制動装置等を設けることなく、ピストンの停止位置ばらつきを削減し、より高い確率で適正位置に停止し得るようにしたエンジンの始動装置、即ち簡単な構造でエンジンの再始動性を高めることによって、一層の燃費低減およびCO排出量抑制等を図ることができるエンジンの始動装置を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、所定のエンジン停止条件が成立したときに自動的に燃料供給を停止してエンジンを停止させるとともに、エンジン停止後における再始動条件成立時に、膨張行程にある気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、エンジンを再始動させるエンジンの始動装置において、エンジンの駆動力の一部を、クランクシャフトの回転角に応じて周期的に変動する仕事として取り出し、燃料を噴射するための燃料圧力を高める機械式の高圧燃料ポンプを備え、上記クランクシャフトの回転角が一部又は全部の気筒の略上死点にあるとき、上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最大となるように、かつ上記クランクシャフトの回転角が一部又は全部の気筒の上死点と下死点の略中間にあるとき、上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最小となるように構成されていることを特徴とする。
【0011】
アイドルストップによるエンジン停止の際、燃料供給の停止後、エンジンは慣性で数回転して停止する。その停止時のピストン位置は、従来の構造であっても比較的適正位置(上死点と下死点の略中間位置)に近くなる傾向がある。それは、燃焼を行わなくても吸排気弁は開閉するため、ピストンが圧縮上死点付近にあるとき、筒内の空気圧が高くなるためである。つまり、ピストンが上死点に近づくと筒内空気圧によって上死点から遠ざける方向に作用する力が大きくなるので、ピストンは上死点付近で停止しにくいのである。そして、通常複数気筒のエンジンでは、ある気筒のピストンが上死点から遠ざかると他の気筒のピストンが上死点に近づく。従って、全ての気筒のピストンが上死点からできるだけ遠ざかった位置、即ち上死点と下死点の中間付近で停止し易くなる。
【0012】
本発明の構成によると、上記傾向を更に強めることができる。即ち、エンジン停止時のピストン位置が適正位置となる確率を更に高めることができる。それは、ピストンが上死点と下死点の略中間にあるとき、高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最小となるように構成されているからである。高圧燃料ポンプはエンジンによって駆動される、つまりエンジンの負荷として作用する。従って、エンジン停止時にはその負荷(高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事)を最小にする方向、即ちピストンを上死点と下死点の略中間に移動させる方向に力が働き、結果的にその位置でピストンが停止し易くなる。
【0013】
更に、高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最小となる上記クランクシャフトの回転角を、一部又は全部の気筒の行程における上死点と下死点の中間よりもやや遅れ側となるように設定(請求項2)すれば、ピストンがより適正な位置(膨張行程における上死点と下死点の中間位置よりやや下死点寄り)に停止する確率を高めることができる。
【0014】
ピストンの停止位置が、上死点と下死点の略中間にあるときに再始動性を高められることは従来知られているが、本発明の発明者は、鋭意研究により、そのなかでも膨張行程における上死点と下死点の中間位置よりやや遅れ側、即ち下死点寄りに停止させた場合に最も再始動性を高められることを確認している。これは、再始動時には膨張行程にある気筒で燃焼を行わせるところ、気筒内に多めに空気を入れておくことで多くの燃料を燃焼させ、高い再始動トルクを得られることによる。一方、この場合、単に燃焼させたのでは空気の圧縮率が低い(エンジン停止中の筒内空気圧はほぼ大気圧と等しくなっている)上に、下死点までのピストンストロークが小さくなって充分に仕事を取り出すことができないという懸念があるが、それは、膨張行程にある気筒で燃焼を行わせる前にエンジンを瞬間的に逆転させ(他の圧縮行程にある気筒で燃焼を行わせる)、一旦ピストンを上死点側に移動させてから燃焼させることにより解決可能である。
【0015】
請求項3の発明は、請求項1または2記載の構成において、上記高圧燃料ポンプの仕事がクランクシャフトの回転角に対応した回転角を有する燃料ポンプ用カムの回転によって取り出されるように構成され、上記燃料ポンプ用カムのカム半径が大なるカムノーズにおいて上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が大であるように構成されていることを特徴とする。
【0016】
気筒内に燃料を噴射する、いわゆる直噴エンジンにおいてはエンジンの駆動力の一部をクランクシャフトの回転角に応じて周期的に変動する仕事として取り出し、燃料圧力を高める機械式の高圧燃料ポンプは既存の構造であり、その仕事の取り出しは燃料ポンプ用カムの回転によってなされるのが一般的である。このような機構では、クランクシャフトの回転角がカムノーズの位置に相当するときに高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が大となり、カムノーズとカムノーズの間の位置では小となる。結局、燃料圧力を高めるために取り出される仕事はそれを時間平均したものとなる。なお従来機構では、このカムノーズの位置とクランクシャフトの回転角との関係は任意であり、特に規定されていない。
【0017】
請求項3の構成によれば、カムノーズの位置を上死点付近に合わせることにより、また必然的にカム半径の小さい位置(カムノーズとカムノーズの間)を上死点と下死点の間であるピストンの適正な停止位置に合わせることにより、請求項1または2に記載の構成を実現することができる。
【0018】
即ち、既存の構造を利用しつつ、カムノーズの位置を工夫することによって、容易に、しかも装置全体を複雑化、大型化或いは高コスト化することなくピストンが適正位置で停止する確率を高めることができる。
【0019】
そして、カムノーズの数は、エンジンの気筒数の2分の1の倍数(例えば4気筒エンジンでは2、4、6、・・・の何れか)にすると良く(請求項3)、更にはエンジンの気筒数と等しい数とする(請求項4)ことが望ましい。
【0020】
カムノーズの数をエンジンの気筒数と等しく、或いはその1.5倍、2倍・・・とすると、各気筒の圧縮上死点に対し、少なくとも1箇所のカムノーズを対応させることができるので、どの気筒がエンジン停止の際に膨張行程となる気筒(以下膨張行程気筒という)になっても、ピストンが適正位置に停止する確率を高めることができる。また、本発明の発明者は、カムノーズの数をエンジンの気筒数の2分の1としても、その確率が高められることを実験的に確認している。
【0021】
請求項6の発明は、請求項1または5のいずれか1項に記載の構成において、上記燃料ポンプ用カムの回転によって上記高圧燃料ポンプの仕事が有効となり、燃料圧力を高めるポンプON状態と、上記燃料ポンプ用カムが回転しても上記高圧燃料ポンプによる仕事が有効になされず、燃料圧力が高くならないポンプOFF状態とに切換え可能なポンプ切換え手段を備え、少なくとも上記所定のエンジン停止条件成立後のエンジン停止直前からエンジンが完全に停止するまでの間、上記ポンプ切換え手段は、ポンプON状態とすることを特徴とする。
【0022】
この構成によると、エンジン停止の直前においてはポンプON状態とすることによってエンジンに負荷がかかり、ピストンが適正位置に停止し易くなる。そして、少なくともエンジンが完全に停止するまでの間、ポンプON状態を維持することによって、再始動時の燃料圧力を確保し易くなる。即ち、再始動時に適切な燃料噴射を行い、良好な燃焼によって再始動性を高めることができる。
【0023】
なお、所定のエンジン停止条件成立後におけるエンジン停止直前までの所定期間、上記ポンプ切換え手段は、ポンプOFF状態とする(請求項7)ことが望ましい。
【0024】
このようにすると、エンジン停止中の燃料漏れを防止したり再始動時の燃料圧力が必要以上に高くなることを防止したりすることができる。つまり、エンジン停止条件成立後、燃料噴射弁からの噴射が停止(燃料供給の停止)されるところ、この状態でポンプON状態を継続すると、燃料圧力が必要以上に高くなってしまう。その結果、燃料漏れが発生し易くなったり、再始動時の燃料圧力が高くなり過ぎ、かえって再始動時に良好な燃焼が得難くなったりする懸念がある。
【0025】
しかし上記構成によれば、エンジン停止直前まではポンプOFF状態として燃料圧力が高くならないようにしているので、上記のような懸念がない。なお、本構成においても、エンジン停止直前にポンプON状態とすることにより、上記のようなピストンの適正位置での停止確率向上や再始動時における燃料圧力確保などの効果を得ることができる。
【0026】
また、上記ポンプ切換え手段は、上記エンジン再始動時の燃料圧力が所定の圧力となるように、上記ポンプON状態とポンプOFF状態とを切換える(請求項8)ようにしても良く、燃料圧力を検知する燃料圧力検知手段を備え、上記ポンプON状態とポンプOFF状態との切換えがフィードバック制御によってなされるようにする(請求項9)と更に望ましい。
【0027】
このようにすると、エンジン停止時の燃料圧力を再始動時に好適な値に調整することができるので、一層再始動性を高めることができる。再始動に好適な燃料圧力はエンジンの特性等によって異なるが、例えば通常の燃料圧力が3〜7MPa、再始動時には3MPa付近となるように設定すると良い。その際、必要に応じてエンジン停止中の圧力降下を加味するようにしても良い。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図1及び図2は本発明の実施形態によるエンジンの概略構成を示している。これらの図において、エンジン1の本体はシリンダヘッド2a及びシリンダブロック2で構成される。当実施形態ではエンジン1は4気筒4サイクルエンジンであり、4つの気筒3(詳しくは、図2に示す状態で左から順に1番気筒3A、2番気筒3B、3番気筒3C、4番気筒3D)を有している。各気筒3にはピストン4が嵌挿され、ピストン4の上方に燃焼室5が形成されている。上記ピストン4はコンロッドを介してクランクシャフト6に連結されている。
【0029】
各気筒3の燃焼室5の頂部には点火プラグ7が装備され、そのプラグ先端が燃焼室5内に臨んでいる。
【0030】
更に、燃焼室5の側方部には、燃焼室5内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁8が設けられている。この燃料噴射弁8は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、パルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期に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噴射するように構成されている。そして、点火プラグ7付近に向けて燃料を噴射するように燃料噴射弁8の噴射方向が設定されている。そして、この燃料噴射弁8には後述するようにカムシャフト26付近に設けられた高圧燃料ポンプ126により燃料通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。
【0031】
また、各気筒3の燃焼室5に対して吸気ポート9及び排気ポート10が開口し、これらのポート9,10に吸気弁11及び排気弁12が装備されている。これら吸気弁11及び排気弁12は、カムシャフト26,27等からなる動弁機構により駆動される。そして、後に詳述するように各気筒3が所定の位相差をもって燃焼サイクルを行うように、各気筒の吸・排気弁の開閉タイミングが設定されている。
【0032】
吸気弁11及び排気弁12の開閉時期は、カム位相可変機構26a,27aによって可変となっている。カム位相可変機構26a,27aは、カムシャフト26,27の回転位相をクランクシャフトの回転位相に対して変動させる、従来から知られた機構である。図2に示すように吸気弁11側のカムシャフト26にはカム位相可変機構26aが、排気弁12側のカムシャフト27にはカム位相可変機構27aが設けられており、それぞれ独立して制御されている。従って、吸気弁11及び排気弁12の開閉時期は、カム位相可変機構26a,27aによってそれぞれ独立して全体的に前後に変動させることができる。
【0033】
吸気ポート9及び排気ポート10には吸気通路15及び排気通路16が接続されている。吸気通路15は、サージタンク15bの下流に気筒別の分岐吸気通路15aを有し、各分岐吸気通路15aの下流端が各気筒の吸気ポート9に連通するが、その各分岐吸気通路15aの下流端近傍に、各分岐吸気通路15aを同時に絞り調節する多連型のロータリバルブからなるスロットル弁17が配設されている。このスロットル弁17はスロットル弁アクチュエータ18により駆動されるようになっている。
【0034】
上記吸気通路15におけるサージタンク15bの上流の共通吸気通路15cには、吸気量を検出するエアフローセンサ20が設けられている。また、上記クランクシャフト6に対し、その回転角を検出するクランク角センサが設けられており、当実施形態では、後に詳述するように、互いに一定量だけ位相のずれたクランク角信号を出力する2つのクランク角センサ21,22が設けられている。さらにカムシャフト26,27に対し、その特定回転位置を検出することで気筒識別信号を与えることのできるカム角センサ23が設けられている。また、エンジン1を始動させるためのモータであるスタータ28が設けられており、このスタータ28の駆動力が図外のスタータギヤを介してクランクシャフト6に直接伝達されることにより、エンジン1が始動するように構成されている。
【0035】
なお、この他にもエンジン1の制御に必要な検出要素として、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ24、アクセル開度(アクセル操作量)を検出するアクセル開度センサ25(図6参照)等が装備されている。
【0036】
図3乃至図5は、燃料供給系120の説明図である。図3に示すように、燃料タンク121から燃料噴射弁8に至る燃料通路122には、上流側から下流側に向かって、低圧ポンプ123、低圧レギュレータ124、燃料フィルタ125、高圧燃料ポンプ126及び燃料分配管119が順に配設されており、燃料分配管119から各気筒の燃料噴射弁8に燃料が供給されるように構成されている。
【0037】
そして、低圧ポンプ123により燃料タンク121から吸い上げられた燃料が、低圧レギュレータ124により調圧された後、燃料フィルタ125により濾過された状態で高圧燃料ポンプ126に圧送されるようになっている。
【0038】
高圧燃料ポンプ126は、燃料フィルタ125を介して供給された燃料を高圧(例えば略3MPa〜略13MPa、好ましくは3MPa〜7MPa程度)に加圧して燃料分配管119に圧送するものである。燃料分配管119には燃料圧力検知手段として燃圧センサ69(図4参照)が設けられている。高圧燃料ポンプ126は、図4にその内部構造を示すように燃料の吸入部151および吐出部152が設けられたポンプ室153と、このポンプ室153内の燃料を加圧する加圧手段154とを有している。
【0039】
ポンプ室153の燃料吸入部151には、この燃料吸入部151を開閉する吸入弁155と、この吸入弁155を閉止方向に付勢する第1付勢手段156と、プッシュロッド157を介して上記吸入弁155を開放方向に付勢する圧縮コイルばねからなる第2付勢手段158と、この第2付勢手段158の付勢力に抗して上記プッシュロッド157を、ソレノイドケース159内に引き込むことにより吸入弁155から離間させる方向に駆動する高圧ポンプ用ソレノイド160とが設けられている。
【0040】
第1付勢手段156の付勢力は、第2付勢手段158の付勢力よりも小さな値に設定され、通常の状態(高圧ポンプ用ソレノイド160がOFF)では上記第2付勢手段158の付勢力に応じて吸入弁155が開放状態に保持されている。そして、高圧ポンプ用ソレノイド160が通電状態(ON)となってプッシュロッド157がソレノイドケース159内に引き込まれると、第1付勢手段156の付勢力およびポンプ室153内の燃料圧力に応じ、吸入弁155が閉止状態となるようになっている。
【0041】
従って、高圧ポンプ用ソレノイド160をONとすると、吸入弁155は、燃料が燃料タンク121から燃料噴射弁8方向に流れるときのみ開放し、逆流時には閉止するので、吸入弁155よりも下流側の燃料圧力を保持する。即ち高圧燃料ポンプ126の仕事を有効とするポンプON状態となる。一方、高圧ポンプ用ソレノイド160をOFFとすると、吸入弁155は常時開放となるので、ポンプ室153で燃料圧力を高めても、燃料は燃料タンク121へ逆流し、燃料噴射弁8での燃料圧力は高くならない。即ちポンプOFF状態となる。このように、吸入弁155及び高圧ポンプ用ソレノイド160は、ポンプON状態とポンプOFF状態とを切換える、ポンプ切換え手段として機能する。
【0042】
ポンプ室153の燃料吐出部152には、この燃料吐出部152を開閉する吐出弁161と、この吐出弁161を閉止方向に付勢する圧縮コイルばねからなる吐出弁付勢手段162とが設けられ、通常の状態では上記吐出弁付勢手段162の付勢力に応じて吐出弁161が閉止状態に保持されている。そして、上記加圧手段154によりポンプ室153内の燃料が加圧されてその燃料圧力が一定値以上に上昇すると、上記吐出弁付勢手段162の付勢力に抗して吐出弁161が開放方向に駆動されることにより、燃料が燃料噴射弁8に圧送されるように構成されている。
【0043】
また、上記加圧手段154は、ポンプ室153内の燃料に加圧力を付与するプランジャ163と、このプランジャ163を昇降駆動する燃料ポンプ用カム164と、プランジャ163の下端部を下方に付勢して燃料ポンプ用カム164に圧接させるプランジャ付勢手段166とを有し、上記燃料ポンプ用カム164が回転駆動されるのに対応してプランジャ163が昇降駆動されることにより、ポンプ室153内に燃料が供給されて加圧されるようになっている。すなわち、上記吸入弁155の開放状態でプランジャ163が下降することにより、燃料吸入部151からポンプ室153内に燃料が吸入された後、上記吸入弁155の閉止状態でプランジャ163が上昇することにより、ポンプ室153内の燃料が加圧されるように構成されている。
【0044】
燃料ポンプ用カム164は、90°の角度で突設された4箇所のカムノーズ165を有するとともに、カムシャフト26に一体に取り付けられることにより、このカムシャフト26が一回転する間に、上記プランジャ163を4回昇降駆動するように構成されている。また、カムシャフト26は、図5に示すように、エンジン本体1のクランクシャフト6により駆動されるチェーン伝動機構167(ベルト伝動機構としても良い)を介して回転駆動され、これによってクランクシャフト6が2回転(1サイクル)するのに応じ、カムシャフト26が1回転するとともに、上記プランジャ163が4回昇降するように構成されている。
【0045】
このように、プランジャ163の昇降によってポンプ室153内の燃料圧力が高められるが、そのポンプ仕事を瞬間的に見れば、プランジャ163の上昇時には仕事量が大であり、下降時には小となる。そして、周期的に仕事量が大の状態と小の状態を繰り返しつつ、結局その時間平均の仕事として燃料圧力の上昇がなされるようになっている。
【0046】
カムノーズ165の4箇所の各頂点は、それぞれ各気筒3A〜3Dに対し、クランクシャフト6の回転角(CA)で圧縮行程上死点又はそれよりやや遅れ側(例えば10°CA程度)となるように調整されている。
【0047】
その結果、ポンプON状態においては、何れかの気筒3が圧縮上死点付近となる180°CA周期でプランジャ163の上昇が最大(プランジャストローク最大)となり、高圧燃料ポンプ126の瞬間的な仕事(クランクシャフト6に対しては負荷)が最大となる。(図7参照)。
【0048】
図6は、エンジン1の制御ブロック図であり、ECU(エンジンコントロールユニット)30を中心に、信号を入力するスイッチやセンサと、出力する装置やアクチュエータ等を示す。なお、このブロック図は、アイドルストップ制御に関するものなので、その他の制御に関する部分については省略している。
【0049】
ECU30の入力側には、上記エアフローセンサ20、クランク角センサ21,22、カム角センサ23、水温センサ24、アクセル開度センサ25及び燃圧センサ69に加え、I/S(アイドルストップ)を行うためのセンサ類として、ブレーキの踏み込み深さを検出するブレーキセンサ62、車速を検出する車速センサ63、AT(自動変速機)のシフトレバー位置を検出するインヒビタスイッチ64、パーキングブレーキのON/OFFを検出するパーキングブレーキスイッチ65、ウインカのON/OFFを検出するウインカスイッチ66、エアコンのON/OFFを検出するエアコンスイッチ67及びブレーキ負圧を検出するブレーキ負圧センサ68がそれぞれ接続され、各検出信号が入力される。
【0050】
またECU30の出力側には、上記点火プラグ7、燃料噴射弁8、高圧ポンプ用ソレノイド160、スロットル弁アクチュエータ18、カム位相可変機構26a,27a及びスタータ28に加え、アイドルストップ表示ランプ71、電動オイルポンプ72、ATF切換弁73及びヒルホルダ用ソレノイド弁74が接続され、各装置類への駆動信号を出力する。
【0051】
アイドルストップ表示ランプ71は、I/Sの実施状況を運転者に示すためのランプで、詳細は後述するが、I/Sによるエンジンの停止中であることや、I/Sが禁止中であること、或いはエンジンを再始動すること等を表示するランプの総称である。
【0052】
電動オイルポンプ72は、I/Sによるエンジン停止中に、ATへの油圧を供給する電動のオイルポンプである。通常運転時、AT内部のクラッチは、クランクシャフト6に直結して駆動される図外の機械式オイルポンプを油圧供給源として作動する。従って、I/Sによってエンジンが停止すると、油圧が低下し、クラッチは解放する。これではエンジン再始動後、クラッチを再締結させるための時間ロスが発生し、発進性が悪化する。それを防止するため、エンジンの停止中には別途電動オイルポンプ72によってATに油圧を供給するように構成されている。
【0053】
ATF切換弁73は、油圧供給源からATへのATF(自動変速機油)の通路を切換える切換え弁である。通常の運転時には機械式オイルポンプからATにATFを導き、I/Sによるエンジン停止中には電動オイルポンプ72から導くように切換えられる。
【0054】
ヒルホルダ用ソレノイド弁74は、ブレーキオイルの供給通路を遮断する図略のヒルホルダーを駆動するためのソレノイド弁である。通常運転時にはエンジンに連動する倍力装置が作動し、ブレーキ油圧が高められている。しかしエンジン停止中にはこの倍力装置が作動しないため、ブレーキ油圧が低下し、制動力が減少する。従って、例えば坂道等でアイドルストップを行った場合、制動力不足によって車両が動く可能性がある。それを防止するため、ヒルホルダは、ヒルホルダ用ソレノイド弁74でブレーキオイルの供給通路を遮断することによってブレーキ油圧を高い状態で保持するように構成されている。
【0055】
ECU30は、内部にスロットル弁制御手段31、燃料噴射弁制御手段32、点火制御手段33、気筒識別手段40、高圧ボンプ制御手段41、アイドルストップ制御手段34、カム位相制御手段35、表示制御手段36、AT制御手段37及びヒルホルダ制御手段38を含む。
【0056】
スロットル弁制御手段31は、アクセル開度センサ25からのアクセル開度情報や、クランク角センサ21,22からのクランク角速度情報に基づくエンジン回転数等から、必要なスロットル弁17の開度を演算し、スロットル弁アクチュエータ18を制御する。
【0057】
燃料噴射弁制御手段32及び点火制御手段33は、上記アクセル開度情報やエンジン回転数情報に加え、エアフローセンサ20による吸気量情報や水温センサ24による冷却水温度情報等から、必要な燃料噴射量とその噴射時期及び適正な点火時期を演算し、燃料噴射弁8及び点火プラグ7に制御信号を出力する。
【0058】
スロットル弁制御手段31および燃料噴射弁制御手段32によって、アイドル時にはエンジン回転数が所定の目標回転数(例えば温間時には650±50rpm)となるようにフィードバック制御されている(スロットル弁17をバイパスする吸気経路を形成するISC(アイドルスピードコントロール)バルブを設けてアイドル回転数の制御を行うようにしても良い)。
【0059】
気筒識別手段40は、エンジン1の始動時にクランク角センサ21,22から入力されたクランク角信号およびカム角センサ23から入力されたカム角信号に基づいて気筒を識別する。
【0060】
高圧ボンプ制御手段41は、高圧ポンプ用ソレノイド160に対する通電タイミングを制御して、ポンプON状態とポンプOFF状態との切換えを行う。通常運転時は、断続的にポンプON状態とポンプOFF状態とを繰り返すことにより、燃料圧力が予め設定された所定の圧力となるように調節する。その際、燃圧センサ69による燃料圧力の測定値に基づき、フィードバック制御するようにしても良い。そして、アイドルストップによるエンジン1の自動停止の際には、燃料供給の停止とともにポンプOFF状態として燃料圧力が高くなり過ぎるのを防ぎつつ、エンジン停止直前にポンプON状態として再始動時の燃料圧力を確保する。その際、フィードバック制御を行うことにより、再始動に適した燃料圧力(3MP程度)となるようにしても良い。
【0061】
また、エンジン停止直前にポンプON状態とすると、そのポンプ仕事はクランクシャフト6の負荷となるため、エンジン1は、その負荷が最小となる位置、つまりプランジャ163の上昇が最小(プランジャストローク最小)の位置で停止し易くなる。当実施形態では、それを各行程の中間位置、或いはそれよりも10°CA程度遅れ側に設定しているので、エンジン停止時に膨張行程となる気筒(説明の都合上、これを1番気筒3Aであると想定し、以下膨張行程気筒3Aと記す。同様に、エンジン停止時に圧縮行程となる気筒を3番気筒3Cであると想定し、以下圧縮行程気筒3Cと記す。)におけるピストン4の停止位置は、上死点と下死点の中間或いはそれよりも10°CA程度下死点寄り付近となる確率が高くなる。
【0062】
アイドルストップ制御手段34は、I/Sの実行条件を判定したり、ECU30内の各手段にI/Sを実行するために必要な情報を提供したりする。
【0063】
I/Sの実行条件としては、基本停止条件、基本再始動条件及びI/S禁止条件に類別される。各条件は適宜設定して良いが、例えばブレーキセンサ62から得られるブレーキの踏み込み深さが所定値以上、かつ車速センサ63から得られる車速がゼロ、かつインヒビタスイッチ64から得られるATのシフトレバー位置が非走行レンジ、かつパーキングブレーキスイッチ65の信号がON、かつウインカスイッチ66の信号がOFF、かつエアコンスイッチ67がOFFの場合に基本停止条件が成立とされる。
【0064】
また、例えばブレーキの踏み込み深さが所定値以下、又は車速が所定値以上、又はATのシフトレバー位置が走行レンジ、又はウインカスイッチ66の信号がON、又はエアコンスイッチ67がON、又はブレーキ負圧センサ68から得られるブレーキ負圧(制動力を補う倍力装置を構成するブースター内の負圧)が所定値以下の場合に基本再始動条件が成立とされる。
【0065】
そして、例えばエンジン冷却水温度Tcが所定値以下(例えばTc<60℃)、又はバッテリのモニタ電圧が所定値以下、又は前回の再始動からの経過時間が所定値以下の場合にI/S禁止条件が成立とされる。
【0066】
基本停止条件が成立し、かつI/S禁止条件が成立しないとき、最終的にエンジンの停止条件が成立(当明細書では、これをエンジン停止条件の成立という)したとされ、I/Sによるエンジンの自動停止が行われる。即ち燃料噴射弁8からの燃料噴射を停止させるとともに、点火プラグ7の点火を停止させる。
【0067】
エンジン停止の際の制御としては、上記高圧ボンプ制御手段41による制御の他に、膨張行程気筒3A及び圧縮行程気筒3Cにおいてピストン上死点方向の移動に対する抵抗を大きくすべく少なくともこれらの気筒に対する吸気量を増大させ、特に膨張行程気筒3Aにより多く吸気を供給するように、上記スロットル弁17をエンジン停止動作期間中の所定期間だけ所定の開弁状態とする。
【0068】
こうしてエンジン1が自動停止した後、基本再始動条件またはI/S禁止条件が成立すると、最終的に再始動条件が成立(当明細書では、これを再始動条件の成立という)したとされ、再始動がなされる。即ち燃料噴射弁8からの燃料噴射と点火プラグ7の点火を復帰させる。
【0069】
再始動の際の制御としては、先ず圧縮行程気筒3Cに対して初回の燃焼を実行してエンジンを少し逆転させることにより、膨張行程気筒3Aのピストン上昇によって筒内圧力を高めるようにしてから、当該膨張行程気筒3Aで燃焼を行わせるようにする。
【0070】
当実施形態では、上述のように圧縮行程気筒3Cでの初回燃焼、膨張行程気筒3Aでの燃焼を行わせるとともに、初回燃焼後の圧縮行程気筒3Cの筒内に燃焼用空気を残存させて圧縮行程気筒3Cのピストン4が上昇に転じてから上死点付近に達したときに再燃焼を行わせる第1再始動制御モードと、圧縮行程気筒3Cでの初回燃焼及び膨張行程気筒3Aでの燃焼は行わせるが圧縮行程気筒3Cでの再燃焼を行わせない第2再始動制御モードと、圧縮行程気筒3Cでの初回燃焼を行わずにスタータ28でアシストしつつ膨張行程気筒3Aでの燃焼及びその次の圧縮行程気筒3Cでの燃焼により始動を行う第3再始動制御モードとを、ピストン4の停止位置に応じて選択的に実行するようになっている。
【0071】
カム位相制御手段35は、クランクシャフト6に対するカムシャフト26,27の位相変動信号をカム位相可変機構26a,27aに出力し、吸気弁11及び排気弁12の開閉時期を制御する。これにより、エンジンの回転数に応じた最適な吸排気弁の開閉時期を設定し、広回転域に亘って高出力を得るための制御等を行う。
【0072】
表示制御手段36は、I/Sの実行状況に応じてアイドルストップ表示ランプ71のON/OFF制御を行う。アイドルストップ表示ランプ71は、図外の自動停止中ランプ、アイドルストップ禁止中ランプ及び再始動ランプによって構成されている。I/Sによるエンジンの自動停止中は、自動停止中ランプを点灯させ、I/S禁止条件が成立中はアイドルストップ禁止中ランプを点灯させ、エンジンの再始動時には再始動ランプを点灯させる。このようにして、運転者がアイドルストップの制御状況を認識できるようにしている。
【0073】
AT制御手段37は、アイドルストップが実行されることにより、自動変速機に供給される作動油の圧力が低下した場合に、ATF切換弁73に切換指令信号を出力して上記作動油の供給経路をエンジン1によって駆動される図外の機械式オイルポンプ側から電動オイルポンプ72側に切換えるとともに、電動オイルポンプ72を作動させる作動指令信号を出力して、この電動オイルポンプ72から自動変速機に所定圧力の作動油を供給するように構成されている。
【0074】
ヒルホルダ制御手段38は、I/Sによるエンジン停止中に、ヒルホルダ用ソレノイド弁74によってヒルホルダの制御を行う。
【0075】
以上のような当実施形態の装置の作用を次に説明する。
【0076】
4気筒4サイクルエンジンであるエンジン1では、各気筒3が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっており、図7に示すように、上記サイクルが1番気筒3A、3番気筒3C、4番気筒3D、2番気筒3Bの順にクランク角で180°(180°CA)ずつの位相差をもって行われるようになっている。
【0077】
また、同様に180°CA周期で燃料ポンプ用カム164のカムノーズ165がプランジャ163を昇降させ、カムノーズ165の頂点に相当する位置を圧縮上死点付近としているので、プランジャストロークは図示のように各行程の境界付近で最大となり、各行程の中間付近で最小となっている。なお、高圧ポンプ用ソレノイド160をONとしたポンプON状態において、クランクシャフト6の高圧燃料ポンプ126による負荷は、その増減がプランジャストロークの増減に対応したものとなっている。
【0078】
エンジン1が運転されている状態においてエンジン1の出力を要しない所定のアイドリング状態となった場合には、エンジン停止条件の成否判定に基づき、アイドルストップが実行される。
【0079】
エンジン停止条件が時点t1で成立するとアイドルストップによるエンジン停止のための一連の制御が行われる。エンジンを停止させるため、まず燃料供給が停止(燃料カット)される。燃料カットを行うにあたり、燃料カット許容回転数(燃料供給停止許容回転数)域が設けられており、エンジン回転数が燃料カット許容回転数域内にある時を狙って燃料カットを行うように構成されている。例えばアイドル回転数の目標回転数域が650±50rpmに設定されており、これに対し燃料カット許容回転数域が650±10rpmに設定されている。つまり、アイドル時には650±50rpmの範囲でエンジン回転数にふらつきが発生するところ、その中で650±10rpmの範囲に入った瞬間を狙って燃料カットを行うのである。
【0080】
これは、ピストン4を再始動のための好ましい範囲内(図8の範囲A)で停止させるためになされるもので、燃料カット許容回転数域で燃料カットを行うと、ピストン4が好ましい範囲内で停止する確率が高くなることが確認されている。なお、エンジン停止条件が成立した時のエンジン回転数が、燃料カット許容回転数域内にあれば直ちに燃料カットされる。
【0081】
エンジン回転数が燃料カット許容回転数域に入ると燃料カットを行う(燃料カット時点t2)。それとともに、それまで断続的にON−OFFを繰り返していた高圧ポンプ用ソレノイド160の駆動信号が図示のように一旦OFFに固定される。こうすることでプランジャ163が昇降してもその仕事が有効でなくなる、即ち燃料噴射弁8に燃料が圧送されなくので、必要以上に燃料圧力が上昇せず、再始動直後の噴射量が過大となったり燃料漏れが発生したりすることが効果的に防止される。
【0082】
そして、燃料カット時点t2で燃料カットするとともに、スロットル弁17を所定開度に開き、その後、エンジン回転数が予め設定された所定回転数N3(当実施形態ではN3=500rpm)まで低下した時点t3でスロットル弁17を閉じるように制御する。これにより、気筒3内の空気の圧力を利用してエンジン停止位置が好ましい範囲内となる確率を高めるようにしている。
【0083】
すなわち、上記時点t2からt3の間、スロットル弁17が所定開度に開かれることにより、多少の時間的遅れをもって一時的に吸気負圧が減少(吸気量が増大)し、その後に吸気圧負圧が増大(吸気量が減少)するが、一時的に吸気負圧が減少する期間が、膨張行程気筒3Aの吸気行程の期間に概ね対応するように予め上記所定回転数等が設定されている。これにより、スロットル弁17が開かれない場合と比べ、エンジン停止前に各気筒3に吸入される空気量が増加し、そのうちでも特に膨張行程気筒3Aに流入する吸気量が多くなる。
【0084】
そして、エンジン停止に至るときには、圧縮行程気筒3Cではピストン4が上死点に近づくにつれて当該気筒3C内の空気が圧縮されてピストン4を押し返す方向に圧力が作用し、これによりエンジン1が逆転して圧縮行程気筒3Cのピストン4が下死点側に押し返されると、膨張行程気筒3Aのピストン4が上死点側に移動し、それに伴い当該気筒3A内の空気が圧縮され、その圧力で膨張行程気筒3Aのピストン4が下死点側に押し返される。このようにしてピストン4がある程度振動してから停止し、この際、圧縮行程及び膨張行程においてそれぞれピストン4が上死点に近いほどこれを押し戻す力が大きいため、ピストン4の停止位置は行程中間部に近い位置(図6の範囲A)となる場合が多い。
【0085】
上記のようにエンジン停止前に吸気量が増加されることにより、上死点に近づいたときにピストン4を押し戻す力が増大するので、ピストン4が上記範囲A内に停止する確率が高くなる。さらに、上記のようなスロットル弁17の制御により膨張行程気筒3Aの吸気量が圧縮行程気筒3Cと比べて多くなるようにすれば、膨張行程気筒3Aにおいてピストン4が行程中間部に近い範囲のうちでも多少下死点寄り(図6の範囲A2)に停止することが多くなる。
【0086】
そして、上記のように燃料カット時点t2でのエンジン回転数N2が燃料カット許容回転数域83内にあるようにするとともに、燃料カット後の発生トルクを抑制することにより、一層高い確率でピストン4を範囲A2に停止させ易くなっている。
【0087】
なお、燃料カットからエンジン1が完全に停止するまでに慣性でエンジン1が数回転するため、既燃ガスは排出され、膨張行程といえども筒内は殆ど新気となる。また、エンジン1が停止すると圧縮行程気筒3Cでも圧力は直ぐにリークする。従って、エンジン停止後は、いずれの気筒も筒内には略大気圧の新気が存在する状態となる。
【0088】
また、スロットル弁17をエンジン停止まで閉弁しないようにしても良いが、そうするとエンジン停止までずっと吸気量が多い状態が続くので、吸気の圧縮によるピストン4の押し下げ力が減衰し難く、ピストン4の振動回数が増加してエンジン停止時に揺れ戻しが大きくなる場合がある。従って、当実施形態に示すように好適な時点t3でスロットル弁17を閉弁するのが望ましい。
【0089】
そしてエンジン回転数が低下して停止直前となったとき、図示のように高圧ポンプ用ソレノイド160を再びONとしてポンプON状態とする。こうすることで、再始動時の燃料圧力を確保するようにしている。ポンプON状態とするタイミングは、エンジン停止中の圧力低下を考慮したうえで再始動時の燃料圧力が適正値(3MP程度)となるように設定される。その際、燃圧センサ69による燃料圧力をフィードバックしつつ決定するようにしても良い。
【0090】
エンジン停止時のピストン4の停止位置は、クランク角センサ21,22からの信号によって以下のように検出される。図9はクランクシャフト6が回転することによって得られるパルス信号であり、クランク角センサ21からの第1クランク角信号CA1と、クランク角センサ22からの第2クランク角信号CA2とを示す。図9(a)は正転時(図1の状態で右回り)のもの、図9(b)は逆転時のものを示す。エンジンの正転時には、図9(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、エンジンの逆転時には、図9(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。ECU30は、この差異を検出して、クランクシャフト6が正転中か逆転中かを判定しつつパルス信号をカウントする。カウントした値はCAカウンタ値として記憶され、エンジン1が作動中は常時更新される。そして、CAカウンタ値の増減がなくなった状態がエンジン1の停止であり、そのときのCAカウンタ値によってピストン4の停止位置が検出される。
【0091】
図10は、CAカウンタ値の積算フローチャートである。スタート後、ステップS51で、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となっているか、或いは第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となっているかの判定がなされ、YESであればエンジン1は正転していることを示すので、ステップS52に移行して計測したパルス数をCAカウンタ値に加算する(CAカウンタup)。ステップS51でNOであれば、エンジン1が逆転していることを示すので、ステップS53に移行して計測したパルス数をCAカウンタ値から減算する(CAカウンタdown)。
【0092】
次にエンジンの再始動について説明する。エンジン停止後に上記基本再始動条件またはI/S禁止条件が成立すると、再始動条件が成立したとされ、自動的にエンジン1を再始動する制御が行われる。この際、ピストン4の停止位置が膨張行程気筒3Aにおいて行程中間部付近の所定範囲内で、かつ、上死点寄りの範囲A1(図8)にある場合は、第1再始動制御モードが実行される。
【0093】
図11は上記第1再始動制御モードによる場合のエンジンの各気筒の行程と始動制御開始時点からの各気筒における燃焼(図中に燃焼の順序に従って▲1▼,▲2▼,▲3▼……で示す)との関係を示すとともに、各燃焼によるエンジンの動作方向を矢印で示しており、また図12は、上記第1再始動制御モードによる場合のエンジン回転速度、クランク角、角気筒の筒内圧及び図示トルクの時間的変化を示している。
【0094】
これらの図に示すように、上記第1再始動制御モードによる場合には、先ず圧縮行程気筒3Cにおいて燃焼空燃比は理論空燃比よりもリーンとされつつ初回燃焼(図11中の▲1▼)が行われ、この初回燃焼による燃焼圧(図12中のa部分)で圧縮行程気筒のピストン4が下死点側に押し下げられてエンジン1が逆転方向に駆動され、それに伴い、膨張行程気筒3Aのピストン4が上死点に近づくことにより当該気筒3A内の空気が圧縮されて筒内圧が上昇する(図12中のb部分)。そして、膨張行程気筒3Aのピストン4が上死点に充分に近づいた時点で当該気筒3Aに対する点火が行われて、予め当該気筒3Aに噴射されている燃料が燃焼し(図11中の▲2▼)、その燃焼圧(図12中のc部分)でエンジン1が正転方向に駆動される。さらに、上記圧縮行程気筒3Cに対して適当なタイミングで燃料が噴射されることにより、圧縮行程気筒3Cの上死点付近で当該気筒3Cにおける2回目の燃焼が行われる(図11中の▲3▼)。その燃焼圧(図12中のd部分)でエンジン駆動力が高められる。
【0095】
この場合、圧縮行程気筒3Cの初回燃焼では空燃比がリーンとされたことにより初回燃焼後も当該気筒3Cに空気が残存するため、上記2回目の燃焼が可能となる。そして、上記初回燃焼により圧縮行程気筒3C内の温度が高くなっている状態で燃料が噴射されるとともに圧縮が行われるため、当該気筒3Cでの2回目の燃焼は圧縮自己着火により行われる。
【0096】
このようにして上記2回目の燃焼が行われてから、当該気筒3Cの次に圧縮行程を迎える気筒(4番気筒3D)の圧縮上死点に達した後は、通常制御により各気筒で順次燃焼が行われ、再始動が完了する。
【0097】
以上のような再始動の初期における燃料噴射を適正に行うには、燃料圧力が所定値(例えば3MP程度)であることが望ましい。当実施形態では、そうなるようにエンジン停止直前にポンプON状態として燃料圧力を高めている。また、エンジン停止中もポンプON状態を維持しているので、再始動時における燃料圧力の上昇も速やかになされ、良好な燃焼が得られ易くなっている。このことは、以下に述べる第2再始動制御モード及び第3再始動制御モードにおいても同様である。
【0098】
ピストン4の停止位置が膨張行程気筒3Aにおいて行程中間部付近の所定範囲内で、かつ、下死点寄りの範囲A2(図8参照)にある場合の再始動時には、第2再始動制御モードによる制御が行われる。
【0099】
この第2再始動制御モードによる制御としては、先ず圧縮行程気筒3Cにおいて燃焼空燃比が略理論空燃比もしくはそれよりリッチとされつつ初回燃焼(図11中の▲1▼に相当する燃焼)が行われる。そして、初回燃焼により圧縮行程気筒3Cのピストン4が押し下げられてエンジン1が逆転方向に駆動され、それに伴い膨張行程気筒3Aのピストン4が上死点に近づくことにより当該気筒3A内の空気が圧縮されて筒内圧が上昇し、膨張行程気筒3Aのピストンが上死点に充分に近づいた時点で当該気筒3Aに対する点火が行われて、予め当該気筒3Aに噴射されている燃料が燃焼すること(図11中の▲2▼に相当)によりエンジン1が正転方向に駆動されることは、第1再始動制御モードによる制御と同様である。ただし、第2再始動制御モードでは、膨張行程気筒3Aの燃焼後に圧縮行程気筒3Cが上死点を過ぎるときに燃焼(図11中の▲3▼の燃焼)は行われず、次に圧縮行程を迎える気筒(4番気筒3D)の圧縮上死点に達するまでエンジンの回転が慣性で維持され、その後は通常制御に移行して再始動が完了する。
【0100】
上述のように第1再始動制御モードと第2再始動制御モードとがピストン4の停止位置によって使い分けられることにより、エンジン1の再始動が効果的に行われる。この点を図13も参照しつつ説明する。
【0101】
図13はエンジン停止時のピストン位置と圧縮行程気筒3Cの初回燃焼(逆転用)における要求空燃比、圧縮行程気筒3Cの空気量、膨張行程気筒3Aの空気量及び発生頻度との関係を示しており、この図のように、エンジン停止時に膨張行程気筒3Aのピストン4が上死点寄り(圧縮行程気筒3Cのピストン4が下死点寄り)となるほど膨張行程気筒3Aの空気量が少なくて圧縮行程気筒3Cの空気量が多くなり、逆に膨張行程気筒3Aのピストン4が下死点寄り(圧縮行程気筒3Cのピストン4が上死点寄り)となるほど膨張行程気筒3Aの空気量が多くて圧縮行程気筒3Cの空気量が少なくなる。
【0102】
また、圧縮行程気筒3Cでの初回燃焼では、圧縮行程気筒3Cのピストン4が下死点より少し手前(膨張行程気筒3Aのピストン4が上死点より少し手前)となる所定位置までエンジンを逆転させるだけのトルクを生じさせることが要求されるが、圧縮行程気筒3Cのピストン4が上死点寄りにあれば、圧縮行程気筒3C内の空気量が少なく、かつ、上記所定位置までの逆転に要求されるトルクが比較的大きいので、要求空燃比がリッチとなり、一方、圧縮行程気筒3Cのピストン4が下死点寄りにあれば圧縮行程気筒内3Cの空気量が多く、かつ、上記所定位置までの逆転に要求されるトルクが比較的小さいので、要求空燃比がリーンとなる。
【0103】
膨張行程気筒3Aにおいては、ピストン4が下死点寄りにある程空気量が多いため燃料を多く燃焼させることができる。
【0104】
従って、エンジン停止時に膨張行程気筒3Aのピストン位置が中間部より下死点寄り(圧縮行程気筒3Cのピストン位置が上死点寄り)の所定範囲A2にある場合、圧縮行程気筒3Cでは初回燃焼時の空燃比が上記要求に適合するようにリッチとされ、初回燃焼後に燃焼用空気が残存しないため圧縮上死点付近での2回目の燃焼は行われないが、膨張行程気筒3Aでは空気量が比較的多くて、それに応じた燃料が噴射された上で、圧縮されてから着火、燃焼が行われるため、比較的大きなトルクが得られ、上記圧縮行程気筒3Cの圧縮上死点を過ぎてさらに次の気筒の圧縮上死点を越えるまでエンジンを回転させることができ、再始動を達成することができる。
【0105】
一方、エンジン停止時に膨張行程気筒3Aのピストン位置が中間部より上死点寄り(圧縮行程気筒3Cのピストン位置が下死点寄り)の所定範囲A1にある場合、範囲A2にある場合と比べると、膨張行程気筒内3Aの空気量が少ないため膨張行程での燃焼により得られるトルクが小さくなるが、圧縮行程気筒3Cでは初回燃焼時の空燃比が上記要求に対応してリーンとされ、それにより初回燃焼後も残存する余剰空気が利用されて圧縮上死点付近での2回目の燃焼が行われるため、エンジン正転方向の駆動のためのトルクが補われ、膨張行程気筒3Aでの燃焼と圧縮行程気筒3Cにおける2回目の燃焼の両方により、再始動を達成するに足るトルクが得られる。
【0106】
ところで、当実施形態では、前述のようにエンジン停止の際、燃料供給停止後に所定期間だけスロットル弁17を所定の開弁状態として吸気量を増加させることにより、圧縮行程気筒3C及び膨張行程気筒3Aにおいてピストン4の上死点方向への移動に対する抵抗を大きくし、かつ、膨張行程気筒3Aの吸気量をより多くしているため、図12中にも示すように、エンジン停止時の膨張行程気筒3Aにおけるピストン位置は行程中間部付近の所定範囲A内となることが殆どであり、そのうちでも多少下死点寄りの範囲A2内となることが多く、このように停止位置が調整されることで効果的に再始動が行われる。
【0107】
すなわち、ピストン停止位置が上記範囲Aよりも膨張行程気筒3Aの上死点側(圧縮行程気筒3Cの下死点側)に近づきすぎた場合には、エンジン逆転方向の移動量を充分にとることができなくなるとともに、膨張行程気筒3Aの空気量が少なくなるので膨張行程気筒3Aでの燃焼により得られるトルクが少なくなり、また、上記範囲よりも膨張行程気筒3Aの下死点側(圧縮行程気筒3Cの上死点側)に近づきすぎた場合には、圧縮行程気筒3Cの空気量が少なくなるのでエンジン逆転のためのトルクが充分に得られなくなる。これに対し、ピストン停止位置が上記範囲A内にあれば、圧縮行程気筒3Cでの初期燃焼による逆転駆動が可能で、かつ、膨張行程気筒3Aでの燃焼が良好に行われてその燃焼エネルギーを充分にピストンに作用させることができ、とくにピストン停止位置が膨張行程気筒3Aの下死点寄りの範囲A2にあれば膨張行程気筒3Aの空気量を充分に多く確保でき、膨張行程気筒3Aでの燃焼エネルギーを増大させ、始動性を高めることができる。
【0108】
なお、稀にエンジン停止時のピストン位置が上記範囲Aから外れた場合や、エンジン停止中に筒内温度が低下し、冷却水温度TcがTc<60℃となった場合には、第3再始動制御モードが実行されてスタータ28により始動がアシストされる。
【0109】
本発明の装置の具体的構成は上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲内で種々変更可能である。例えば、カムノーズ165の数を4個としたが、同様の4気筒エンジンにおいて、カムノーズ165の数を2個(プランジャストロークが360°CA周期)としても良い。或いは6個、8個、・・・としても良いが、あまり多くし過ぎると高圧燃料ポンプ126による負荷の振幅が小さくなるので、ピストン4を適正位置に停止させる効果が小さくなる。
【0110】
4気筒以外のエンジン、例えば6気筒、8気筒などのエンジンに対しても、その気筒数や気筒の配置形式(直列あるいはV型)に応じてカムノーズ165の数を設定すれば良い。例えば直列6気筒の場合はカムノーズ165の数を6個又は3個とし、V型6気筒の場合は各バンク(直線状に配列された3気筒)毎に高圧燃料ポンプ126を設け、カムノーズ165の数を3個とする、等である。
【0111】
また、高圧燃料ポンプ126の形式は、当実施形態のようなプランジャ163と燃料ポンプ用カム164によるものである必要はなく、クランクシャフト6の回転角に応じて周期的に変動する仕事として取り出すものであれば他の形式、例えばギヤポンプやベーンポンプ等であっても良い。
【0112】
上記実施形態では、エンジン停止時のピストン位置が所定範囲内にあるときのエンジン始動時に、圧縮行程気筒3Cで初回燃焼を行わせてエンジンを少し逆転させてから膨張行程気筒3Aでの燃焼を行わせるようにしているが、上記圧縮行程気筒3Cでの初回燃焼によるエンジン逆転を行わず、エンジン停止状態でいきなり膨張行程気筒3Aに燃料を供給し、所定時間後に点火することにより、膨張行程気筒3Aでの燃焼を最初に行わせるようにしてもよい。
【0113】
【発明の効果】
以上のように本発明のエンジンの始動装置によると、所定のエンジン停止条件が成立したときに自動的に燃料供給を停止してエンジンを停止させるとともに、エンジン停止後における再始動条件成立時に、膨張行程にある気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、エンジンを再始動させるエンジンの始動装置において、エンジンの駆動力の一部を、クランクシャフトの回転角に応じて周期的に変動する仕事として取り出し、燃料を噴射するための燃料圧力を高める機械式の高圧燃料ポンプを備え、上記クランクシャフトの回転角が一部又は全部の気筒の略上死点にあるとき、上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最大となるように、かつ上記クランクシャフトの回転角が一部又は全部の気筒の上死点と下死点の略中間にあるとき、上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最小となるように構成されているので、別途特別な制動装置等を設けることなく、ピストンの停止位置ばらつきを削減し、より高い確率で適正位置に停止させることができる。即ち簡単な構造でエンジンの再始動性を高めることによって、一層の燃費低減およびCO排出量抑制等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による始動装置を備えたエンジンの概略断面図である。
【図2】上記エンジンの概略平面図である。
【図3】燃料供給系の具体的構成を示すブロック図である。
【図4】高圧燃料ポンプの具体的構造を示す説明図である。
【図5】高圧燃料ポンプの設置状態を示す説明図である。
【図6】エンジンの概略制御ブロック図である。
【図7】エンジン停止時のエンジン回転数、スロットル開度、吸気管負圧の変化、プランジャストローク、高圧ポンプ用ソレノイドの駆動信号及び各気筒のサイクルを示す説明図である。
【図8】エンジン停止時のピストン位置に応じた再始動制御モード選択のための範囲の設定を示す説明図である。
【図9】2つのクランク角センサからのクランク角信号を示すものであって、(a)はエンジン正転時の信号、(b)はエンジン逆転時の信号である。
【図10】エンジン停止時のピストン位置を検出するための処理を示すフローチャートである。
【図11】エンジン再始動時の各気筒のサイクル及び燃焼動作を示す説明図である。
【図12】エンジン再始動時のエンジン回転数、クランク角、各気筒の筒内圧及び図示トルクの変化を示す説明図である。
【図13】エンジン停止時のピストン位置と圧縮行程気筒の要求空燃比、圧縮行程気筒の空気量、膨張行程気筒の空気量及び発生頻度との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
1,1a エンジン
3(3A,3B,3C,3D) 気筒(1番気筒,・・・,4番気筒)
4 ピストン
6 クランクシャフト
7 点火プラグ
8 燃料噴射弁
11 吸気弁
12 排気弁
17 スロットル弁
30 ECU
69 燃圧センサ(燃料圧力検知手段)
120 燃料供給系
126 高圧燃料ポンプ
155 吸入弁(ポンプ切換え手段)
160 高圧ポンプ用ソレノイド(ポンプ切換え手段)
163 プランジャ
164 燃料ポンプ用カム
165 カムノーズ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a starting device for an engine that automatically stops the engine temporarily at the time of idling or the like and then automatically restarts the engine after that.
[0002]
[Prior art]
In recent years, fuel economy and CO 2 In order to reduce emissions, the engine is automatically stopped once when idling, and then automatically restarted when restart conditions, such as starting operation, are satisfied (hereinafter referred to as idle stop or I / S). Such an engine starter has been developed.
[0003]
Since the restart in the idle stop is required to be started immediately according to a start operation or the like, a start such as starting the engine through cranking that drives an engine output shaft by a starter (motor for starting) is performed. Conventional general start-up methods that require significant time to complete are not preferred.
[0004]
Therefore, it is desirable that fuel be supplied to a specific cylinder (cylinder in an expansion stroke) of the stopped engine to cause ignition and combustion, and that the engine be started immediately with the energy. However, even if fuel is supplied to a cylinder in an expansion stroke to ignite and burn, sufficient torque for starting the engine is not always obtained. In order to smoothly restart the engine, ignitability of a certain level or more and magnitude of generated torque are required.
[0005]
As a countermeasure against such a problem, for example, as shown in Patent Document 1, after IG OFF (ignition stop), the closing timing of the exhaust valve is controlled to make it easy to stop the engine with the piston at an appropriate position. Alternatively, as disclosed in Patent Document 2, a braking device is provided for a crankshaft of an engine, and the braking device is controlled so that a piston of a cylinder which is in an expansion stroke when the engine is stopped stops at an appropriate position during the stroke. And others have been proposed.
[0006]
The proper stop position of the piston for restarting is generally around 90 ° CA (crank angle) after the top dead center, that is, near the center between the top dead center and the bottom dead center, and the piston is stopped at this position. When this is done, good combustion is obtained with the moderately existing in-cylinder air and fuel supplied at the time of restart, and it is easy to generate torque sufficient for restart. That is, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 attempt to regulate the stop position of the piston so that a sufficient restart torque is obtained by combustion.
[0007]
[Patent Document 1]
WO 01/44636 A2
[Patent Document 2]
Japanese Utility Model Publication No. 60-128975
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The starting device disclosed in Patent Document 1 described above is an indirect method that utilizes a change in in-cylinder gas pressure by controlling an exhaust valve, and thus tends to cause variations. Therefore, there has been a demand for a technique for stopping the piston at an appropriate position with a higher probability in order to smoothly restart. According to the starting device disclosed in Patent Document 2, a device that can brake the crankshaft is required separately from the braking device for the vehicle, and the braking device is accurately controlled so that the piston stops at an appropriate position. It was very difficult to do.
[0009]
In view of the above circumstances, the present invention reduces the variation in the stop position of the piston without providing a special braking device or the like separately, and enables the engine to be stopped at an appropriate position with a higher probability. The structure improves engine restartability, further reducing fuel consumption and reducing CO2 emissions. 2 An object of the present invention is to provide an engine starting device capable of suppressing an emission amount and the like.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, when a predetermined engine stop condition is satisfied, the fuel supply is automatically stopped to stop the engine, and when the restart condition is satisfied after the engine is stopped, the cylinder in the expansion stroke is stopped. In an engine starting device that injects fuel to ignite and burn and restarts the engine, a part of the driving force of the engine is extracted as work that fluctuates periodically according to the rotation angle of the crankshaft, and the fuel is extracted. Mechanical high-pressure fuel pump that increases the fuel pressure for injecting the fuel, the instantaneous work of the high-pressure fuel pump is performed when the rotation angle of the crankshaft is substantially at the top dead center of some or all cylinders. When the rotation angle of the crankshaft is maximized and substantially halfway between the top dead center and the bottom dead center of some or all of the cylinders, the instantaneous There, characterized in that it is configured so as to minimize.
[0011]
When the engine is stopped by the idle stop, after the fuel supply is stopped, the engine stops several times by inertia. The piston position at the time of the stop tends to be relatively close to an appropriate position (substantially the middle position between the top dead center and the bottom dead center) even in the conventional structure. This is because the intake / exhaust valve opens and closes even without performing combustion, so that the air pressure in the cylinder increases when the piston is near the compression top dead center. That is, as the piston approaches the top dead center, the force acting in the direction away from the top dead center by the in-cylinder air pressure increases, so that the piston does not easily stop near the top dead center. In a multi-cylinder engine, when a piston of a certain cylinder moves away from the top dead center, a piston of another cylinder approaches the top dead center. Therefore, the pistons of all the cylinders are more likely to stop at a position as far as possible from the top dead center, that is, near the middle between the top dead center and the bottom dead center.
[0012]
According to the configuration of the present invention, the above tendency can be further strengthened. That is, it is possible to further increase the probability that the piston position at the time of stopping the engine will be an appropriate position. This is because the instantaneous work of the high-pressure fuel pump is configured to be minimized when the piston is approximately halfway between the top dead center and the bottom dead center. The high-pressure fuel pump is driven by the engine, ie acts as a load on the engine. Therefore, when the engine is stopped, a force acts in a direction that minimizes the load (instantaneous work of the high-pressure fuel pump), that is, a direction in which the piston is moved to approximately halfway between the top dead center and the bottom dead center. Makes the piston easier to stop.
[0013]
Further, the rotation angle of the crankshaft, at which the instantaneous work of the high-pressure fuel pump is minimized, is set to be slightly later than the middle between the top dead center and the bottom dead center in the stroke of some or all cylinders. According to claim 2, the probability that the piston stops at a more appropriate position (slightly closer to the bottom dead center than the middle position between the top dead center and the bottom dead center in the expansion stroke) can be increased.
[0014]
It has been conventionally known that the restartability can be enhanced when the stop position of the piston is approximately halfway between the top dead center and the bottom dead center. It has been confirmed that restartability can be enhanced most when the vehicle is stopped slightly behind the intermediate position between the top dead center and the bottom dead center in the stroke, that is, near the bottom dead center. This is because when restarting the combustion, combustion is performed in the cylinder in the expansion stroke, but a large amount of air is injected into the cylinder to burn a large amount of fuel and obtain a high restart torque. On the other hand, in this case, if the combustion is performed simply, the compression ratio of the air is low (the in-cylinder air pressure when the engine is stopped is almost equal to the atmospheric pressure), and the piston stroke to the bottom dead center becomes small. There is a concern that work cannot be taken out, but that is because the engine is momentarily reversed (combustion is performed in the cylinders in other compression strokes) before combustion is performed in the cylinders in the expansion stroke. The problem can be solved by moving the piston to the top dead center side and then burning.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect, the work of the high-pressure fuel pump is taken out by rotation of a fuel pump cam having a rotation angle corresponding to a rotation angle of a crankshaft, The fuel pump is characterized in that the high-pressure fuel pump has a large instantaneous work in a cam nose having a large cam radius.
[0016]
In a so-called direct injection engine that injects fuel into a cylinder, a mechanical high-pressure fuel pump that increases the fuel pressure by extracting part of the engine's driving force as work that fluctuates periodically according to the rotation angle of the crankshaft It is an existing structure, and its work is generally taken out by rotating a cam for a fuel pump. In such a mechanism, the instantaneous work of the high-pressure fuel pump becomes large when the rotation angle of the crankshaft corresponds to the position of the cam nose, and becomes small at the position between the cam nose. Eventually, the work taken to increase fuel pressure will be a time average of it. In the conventional mechanism, the relationship between the position of the cam nose and the rotation angle of the crankshaft is arbitrary, and is not particularly defined.
[0017]
According to the third aspect of the present invention, the position of the cam nose is adjusted to the vicinity of the top dead center, and the position where the cam radius is small (between the cam nose and the cam nose) is inevitably between the top dead center and the bottom dead center. By adjusting the piston to an appropriate stop position, the configuration according to claim 1 or 2 can be realized.
[0018]
That is, by using the existing structure and devising the position of the cam nose, it is possible to easily increase the probability that the piston stops at an appropriate position without complicating, enlarging, or increasing the cost of the entire device. it can.
[0019]
The number of cam nose is preferably set to a multiple of one half of the number of cylinders of the engine (for example, any of 2, 4, 6,... For a four-cylinder engine) (Claim 3). It is desirable that the number be equal to the number of cylinders (claim 4).
[0020]
If the number of cam nose is equal to the number of cylinders of the engine, or 1.5 times, 2 times..., At least one cam nose can correspond to the compression top dead center of each cylinder. Even if the cylinder becomes an expansion stroke cylinder when the engine is stopped (hereinafter referred to as an expansion stroke cylinder), the probability that the piston stops at an appropriate position can be increased. Further, the inventor of the present invention has experimentally confirmed that even if the number of cam nose is set to one half of the number of cylinders of the engine, the probability can be increased.
[0021]
According to a sixth aspect of the present invention, in the configuration according to any one of the first or fifth aspects, a work of the high-pressure fuel pump is enabled by the rotation of the cam for the fuel pump, and a pump ON state for increasing the fuel pressure; Even if the fuel pump cam rotates, the high-pressure fuel pump does not make the work effective, and the fuel pump includes a pump switching means capable of switching to a pump OFF state in which the fuel pressure does not increase, at least after the predetermined engine stop condition is satisfied. The pump switching means is in a pump ON state from immediately before the engine is stopped until the engine is completely stopped.
[0022]
According to this configuration, the load is applied to the engine by turning on the pump immediately before the stop of the engine, and the piston is easily stopped at an appropriate position. By maintaining the pump ON state at least until the engine completely stops, it is easy to secure the fuel pressure at the time of restart. That is, appropriate fuel injection is performed at the time of restart, and restartability can be enhanced by favorable combustion.
[0023]
It is preferable that the pump switching means be in a pump OFF state for a predetermined period immediately after the predetermined engine stop condition is satisfied and immediately before the engine is stopped (claim 7).
[0024]
In this way, it is possible to prevent fuel leakage while the engine is stopped, and to prevent the fuel pressure during restart from becoming unnecessarily high. That is, after the engine stop condition is satisfied, the injection from the fuel injection valve is stopped (the fuel supply is stopped). If the pump ON state is continued in this state, the fuel pressure becomes unnecessarily high. As a result, there is a concern that fuel leakage is likely to occur, or the fuel pressure at the time of restart becomes too high, so that it becomes difficult to obtain good combustion at the time of restart.
[0025]
However, according to the above configuration, the pump is in the OFF state immediately before the engine is stopped so that the fuel pressure does not increase. Also in this configuration, by setting the pump to the ON state immediately before the engine is stopped, it is possible to obtain the above-described effects such as an improvement in the stop probability of the piston at an appropriate position and a fuel pressure at the time of restart.
[0026]
Further, the pump switching means may switch between the pump ON state and the pump OFF state so that the fuel pressure at the time of restarting the engine becomes a predetermined pressure (claim 8). It is further desirable that a fuel pressure detecting means for detecting the pressure is provided, and the switching between the pump ON state and the pump OFF state is performed by feedback control (claim 9).
[0027]
By doing so, the fuel pressure when the engine is stopped can be adjusted to a suitable value at the time of restart, so that restartability can be further improved. The fuel pressure suitable for the restart differs depending on the characteristics of the engine and the like. For example, it is preferable that the normal fuel pressure is set to 3 to 7 MPa and the restart fuel pressure is set to around 3 MPa. At that time, a pressure drop during stoppage of the engine may be taken into account as necessary.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show a schematic configuration of an engine according to an embodiment of the present invention. In these figures, the main body of the engine 1 is composed of a cylinder head 2a and a cylinder block 2. In this embodiment, the engine 1 is a four-cylinder four-cycle engine, and includes four cylinders 3 (specifically, the first cylinder 3A, the second cylinder 3B, the third cylinder 3C, and the fourth cylinder in order from the left in the state shown in FIG. 2). 3D). A piston 4 is fitted into each cylinder 3, and a combustion chamber 5 is formed above the piston 4. The piston 4 is connected to a crankshaft 6 via a connecting rod.
[0029]
A spark plug 7 is provided at the top of the combustion chamber 5 of each cylinder 3, and the tip of the plug faces the combustion chamber 5.
[0030]
Further, a fuel injection valve 8 for directly injecting fuel into the combustion chamber 5 is provided on a side portion of the combustion chamber 5. The fuel injection valve 8 has a built-in needle valve and a solenoid (not shown). When a pulse signal is input, the fuel injection valve 8 is driven and opened for a time corresponding to the pulse width at the pulse input time. Is configured to inject an amount of fuel according to the following. The injection direction of the fuel injection valve 8 is set so as to inject fuel toward the vicinity of the ignition plug 7. Fuel is supplied to the fuel injection valve 8 through a fuel passage or the like by a high-pressure fuel pump 126 provided near the camshaft 26 as described later, and is higher than the pressure in the combustion chamber in the compression stroke. A fuel supply system is configured to provide a fuel pressure.
[0031]
An intake port 9 and an exhaust port 10 are open to the combustion chamber 5 of each cylinder 3, and these ports 9 and 10 are provided with an intake valve 11 and an exhaust valve 12. The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are driven by a valve mechanism including camshafts 26 and 27 and the like. The opening / closing timing of the intake / exhaust valve of each cylinder is set so that each cylinder 3 performs a combustion cycle with a predetermined phase difference, as described later in detail.
[0032]
The opening and closing timings of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are variable by the cam phase variable mechanisms 26a and 27a. The variable cam phase mechanisms 26a and 27a are conventionally known mechanisms that vary the rotational phase of the camshafts 26 and 27 with respect to the rotational phase of the crankshaft. As shown in FIG. 2, the camshaft 26 on the intake valve 11 side is provided with a variable cam phase mechanism 26a, and the camshaft 27 on the exhaust valve 12 side is provided with a variable cam phase mechanism 27a, which are independently controlled. ing. Therefore, the opening / closing timings of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 can be independently varied forward and backward by the cam phase variable mechanisms 26a and 27a, respectively.
[0033]
An intake passage 15 and an exhaust passage 16 are connected to the intake port 9 and the exhaust port 10. The intake passage 15 has a branch intake passage 15a for each cylinder downstream of the surge tank 15b, and the downstream end of each branch intake passage 15a communicates with the intake port 9 of each cylinder, but the downstream end of each branch intake passage 15a. Near the end, a throttle valve 17 composed of a multiple rotary valve for simultaneously restricting and adjusting each branch intake passage 15a is provided. The throttle valve 17 is driven by a throttle valve actuator 18.
[0034]
An airflow sensor 20 for detecting the amount of intake air is provided in a common intake passage 15c in the intake passage 15 upstream of the surge tank 15b. The crankshaft 6 is provided with a crank angle sensor for detecting a rotation angle thereof. In the present embodiment, as described later in detail, the crankshaft 6 outputs crank angle signals that are out of phase by a certain amount. Two crank angle sensors 21 and 22 are provided. Further, a cam angle sensor 23 is provided for the camshafts 26 and 27, which can provide a cylinder identification signal by detecting a specific rotation position. Further, a starter 28 which is a motor for starting the engine 1 is provided, and the driving force of the starter 28 is directly transmitted to the crankshaft 6 via a starter gear (not shown), so that the engine 1 starts. It is configured as follows.
[0035]
In addition, as other detection elements necessary for controlling the engine 1, a water temperature sensor 24 for detecting the temperature of the engine cooling water and an accelerator opening sensor 25 for detecting the accelerator opening (accelerator operation amount) (see FIG. 6). Etc. are equipped.
[0036]
3 to 5 are explanatory diagrams of the fuel supply system 120. FIG. As shown in FIG. 3, a low-pressure pump 123, a low-pressure regulator 124, a fuel filter 125, a high-pressure fuel pump 126, and a low-pressure pump 123 are provided in a fuel passage 122 from the fuel tank 121 to the fuel injection valve 8. The distribution pipes 119 are arranged in order, and the fuel is supplied from the fuel distribution pipes 119 to the fuel injection valves 8 of the respective cylinders.
[0037]
Then, the fuel sucked from the fuel tank 121 by the low-pressure pump 123 is regulated by the low-pressure regulator 124, and then sent to the high-pressure fuel pump 126 while being filtered by the fuel filter 125.
[0038]
The high-pressure fuel pump 126 pressurizes the fuel supplied through the fuel filter 125 to a high pressure (for example, about 3 MPa to about 13 MPa, preferably about 3 MPa to 7 MPa), and sends the fuel to the fuel distribution pipe 119 under pressure. The fuel distribution pipe 119 is provided with a fuel pressure sensor 69 (see FIG. 4) as fuel pressure detecting means. The high-pressure fuel pump 126 includes a pump chamber 153 provided with a fuel suction portion 151 and a discharge portion 152 as shown in FIG. 4 and a pressurizing means 154 for pressurizing the fuel in the pump chamber 153. Have.
[0039]
The fuel suction portion 151 of the pump chamber 153 is provided with a suction valve 155 for opening and closing the fuel suction portion 151, a first biasing means 156 for biasing the suction valve 155 in a closing direction, and a push rod 157. Second urging means 158 composed of a compression coil spring for urging the suction valve 155 in the opening direction, and pulling the push rod 157 into the solenoid case 159 against the urging force of the second urging means 158. And a solenoid 160 for a high-pressure pump, which is driven in a direction away from the suction valve 155 by a pressure.
[0040]
The urging force of the first urging means 156 is set to a value smaller than the urging force of the second urging means 158, and in a normal state (the high-pressure pump solenoid 160 is OFF). The suction valve 155 is kept open according to the power. When the high pressure pump solenoid 160 is energized (ON) and the push rod 157 is pulled into the solenoid case 159, suction is performed according to the urging force of the first urging means 156 and the fuel pressure in the pump chamber 153. The valve 155 is closed.
[0041]
Therefore, when the high pressure pump solenoid 160 is turned ON, the suction valve 155 opens only when fuel flows from the fuel tank 121 toward the fuel injection valve 8 and closes when fuel flows backward, so that the fuel downstream of the suction valve 155 is closed. Hold pressure. That is, the high pressure fuel pump 126 is in a pump ON state in which the work is effective. On the other hand, when the high-pressure pump solenoid 160 is turned off, the suction valve 155 is always open. Therefore, even if the fuel pressure is increased in the pump chamber 153, the fuel flows backward to the fuel tank 121 and the fuel pressure in the fuel injection valve 8 increases. Does not rise. That is, the pump is turned off. As described above, the suction valve 155 and the high-pressure pump solenoid 160 function as a pump switching means for switching between the pump ON state and the pump OFF state.
[0042]
The fuel discharge section 152 of the pump chamber 153 is provided with a discharge valve 161 for opening and closing the fuel discharge section 152 and a discharge valve urging means 162 formed of a compression coil spring for urging the discharge valve 161 in a closing direction. In a normal state, the discharge valve 161 is held in a closed state according to the urging force of the discharge valve urging means 162. When the fuel in the pump chamber 153 is pressurized by the pressurizing means 154 and the fuel pressure rises above a certain value, the discharge valve 161 is opened in the opening direction against the urging force of the discharge valve urging means 162. , The fuel is fed to the fuel injection valve 8 by pressure.
[0043]
The pressurizing means 154 urges the plunger 163 for applying pressure to the fuel in the pump chamber 153, the fuel pump cam 164 for driving the plunger 163 up and down, and the lower end of the plunger 163. Plunger biasing means 166 that presses against the fuel pump cam 164 to move the plunger 163 up and down in response to the rotation of the fuel pump cam 164. Fuel is supplied and pressurized. That is, when the plunger 163 descends with the suction valve 155 opened, fuel is sucked into the pump chamber 153 from the fuel suction part 151, and then the plunger 163 rises with the suction valve 155 closed. The fuel in the pump chamber 153 is pressurized.
[0044]
The fuel pump cam 164 has four cam noses 165 protruding at an angle of 90 ° and is integrally attached to the camshaft 26 so that the plunger 163 can rotate while the camshaft 26 makes one rotation. Is driven up and down four times. Further, as shown in FIG. 5, the camshaft 26 is rotationally driven through a chain transmission mechanism 167 (which may be a belt transmission mechanism) driven by the crankshaft 6 of the engine body 1, whereby the crankshaft 6 is driven. The camshaft 26 makes one rotation and the plunger 163 goes up and down four times in response to two rotations (one cycle).
[0045]
As described above, the fuel pressure in the pump chamber 153 is increased by raising and lowering the plunger 163. When the pump work is instantaneously observed, the amount of work is large when the plunger 163 is raised and small when the plunger 163 is lowered. Then, while the state of work is periodically repeated between a large state and a small state, the fuel pressure is increased as the time averaged work.
[0046]
The four vertexes of the cam nose 165 are located at the top dead center of the compression stroke at the rotation angle (CA) of the crankshaft 6 or slightly behind (for example, about 10 ° CA) with respect to the cylinders 3A to 3D. Has been adjusted.
[0047]
As a result, in the pump ON state, the rise of the plunger 163 becomes maximum (plunger stroke maximum) in a 180 ° CA cycle in which one of the cylinders 3 is near the compression top dead center, and the instantaneous work of the high-pressure fuel pump 126 ( The load on the crankshaft 6 becomes maximum. (See FIG. 7).
[0048]
FIG. 6 is a control block diagram of the engine 1, showing a switch and a sensor for inputting a signal, and a device and an actuator for outputting a signal, mainly on an ECU (engine control unit) 30. Since this block diagram relates to idle stop control, other control-related portions are omitted.
[0049]
On the input side of the ECU 30, in addition to the air flow sensor 20, the crank angle sensors 21 and 22, the cam angle sensor 23, the water temperature sensor 24, the accelerator opening sensor 25, and the fuel pressure sensor 69, an I / S (idle stop) is performed. The sensors include a brake sensor 62 for detecting the depth of depression of a brake, a vehicle speed sensor 63 for detecting a vehicle speed, an inhibitor switch 64 for detecting a shift lever position of an AT (automatic transmission), and detecting ON / OFF of a parking brake. A parking brake switch 65 for turning on, a turn signal switch 66 for detecting ON / OFF of the turn signal, an air conditioner switch 67 for detecting ON / OFF of the air conditioner, and a brake negative pressure sensor 68 for detecting the brake negative pressure are connected to each other. Is entered.
[0050]
On the output side of the ECU 30, in addition to the ignition plug 7, the fuel injection valve 8, the high pressure pump solenoid 160, the throttle valve actuator 18, the cam phase variable mechanisms 26a and 27a and the starter 28, an idle stop display lamp 71, an electric oil The pump 72, the ATF switching valve 73, and the hill holder solenoid valve 74 are connected, and output a drive signal to each device.
[0051]
The idle stop display lamp 71 is a lamp for indicating to the driver the implementation status of the I / S. The details will be described later, but the engine is stopped by the I / S or the I / S is prohibited. This is a general term for lamps that indicate that the engine is restarting.
[0052]
The electric oil pump 72 is an electric oil pump that supplies oil pressure to the AT while the engine is stopped by the I / S. During normal operation, the clutch inside the AT operates using a mechanical oil pump (not shown) driven directly by being connected to the crankshaft 6 as a hydraulic supply source. Therefore, when the engine is stopped by the I / S, the hydraulic pressure drops and the clutch is released. In this case, after restarting the engine, a time loss for re-engaging the clutch occurs, and the startability deteriorates. To prevent this, the oil pressure is separately supplied to the AT by the electric oil pump 72 while the engine is stopped.
[0053]
The ATF switching valve 73 is a switching valve that switches an ATF (automatic transmission oil) passage from the hydraulic pressure supply source to the AT. The ATF is switched from the mechanical oil pump to the AT during normal operation, and from the electric oil pump 72 when the engine is stopped by the I / S.
[0054]
The hill holder solenoid valve 74 is a solenoid valve for driving a hill holder (not shown) that shuts off a brake oil supply passage. During normal operation, the booster linked to the engine operates and the brake oil pressure is increased. However, since the booster does not operate when the engine is stopped, the brake hydraulic pressure decreases, and the braking force decreases. Therefore, for example, when an idle stop is performed on a slope or the like, the vehicle may move due to insufficient braking force. In order to prevent this, the hill holder is configured to hold the brake oil pressure at a high level by shutting off the brake oil supply passage with the hill holder solenoid valve 74.
[0055]
The ECU 30 includes a throttle valve control unit 31, a fuel injection valve control unit 32, an ignition control unit 33, a cylinder identification unit 40, a high pressure pump control unit 41, an idle stop control unit 34, a cam phase control unit 35, and a display control unit 36. , AT control means 37 and hill holder control means 38.
[0056]
The throttle valve control means 31 calculates the required opening of the throttle valve 17 from the accelerator opening information from the accelerator opening sensor 25, the engine speed based on the crank angular speed information from the crank angle sensors 21 and 22, and the like. , The throttle valve actuator 18 is controlled.
[0057]
The fuel injection valve control means 32 and the ignition control means 33 determine the required fuel injection amount from the intake air amount information from the air flow sensor 20 and the cooling water temperature information from the water temperature sensor 24 in addition to the accelerator opening information and the engine speed information. And an injection timing and an appropriate ignition timing are calculated, and a control signal is output to the fuel injection valve 8 and the ignition plug 7.
[0058]
Feedback control is performed by the throttle valve control means 31 and the fuel injection valve control means 32 such that the engine speed at the time of idling becomes a predetermined target speed (for example, 650 ± 50 rpm at the time of warm) (bypasses the throttle valve 17). An ISC (idle speed control) valve that forms an intake path may be provided to control the idle speed.
[0059]
The cylinder identification unit 40 identifies a cylinder based on a crank angle signal input from the crank angle sensors 21 and 22 and a cam angle signal input from the cam angle sensor 23 when the engine 1 starts.
[0060]
The high-pressure pump control means 41 controls the energization timing of the high-pressure pump solenoid 160 to switch between a pump ON state and a pump OFF state. During normal operation, the fuel pressure is adjusted to a predetermined pressure by intermittently repeating the pump ON state and the pump OFF state. At this time, feedback control may be performed based on the measured value of the fuel pressure by the fuel pressure sensor 69. Then, when the engine 1 is automatically stopped by the idle stop, the fuel pressure is set to the pump ON state immediately before the engine is stopped and the fuel pressure at the time of restart is reduced while the fuel supply is stopped to prevent the fuel pressure from becoming too high as the pump OFF state. Secure. At this time, by performing feedback control, the fuel pressure (about 3MP) suitable for restart may be obtained.
[0061]
Further, if the pump is turned on immediately before the engine is stopped, the work of the pump becomes a load on the crankshaft 6, so that the engine 1 is in a position where the load is minimum, that is, the rise of the plunger 163 is minimum (the minimum plunger stroke). It becomes easier to stop at the position. In the present embodiment, since it is set at the intermediate position of each stroke or about 10 ° CA later than the cylinder, the cylinder which becomes the expansion stroke when the engine is stopped (for convenience of explanation, this is the first cylinder 3A). In the same manner, it is assumed that the cylinder in the compression stroke when the engine is stopped is the third cylinder 3C, and the piston 4 is stopped in the compression stroke cylinder 3C. There is a high probability that the position is between the top dead center and the bottom dead center, or near the bottom dead center by about 10 ° CA.
[0062]
The idle stop control unit 34 determines an I / S execution condition, and provides information necessary for executing the I / S to each unit in the ECU 30.
[0063]
The I / S execution conditions are classified into basic stop conditions, basic restart conditions, and I / S prohibition conditions. Each condition may be set as appropriate. For example, the brake depression depth obtained from the brake sensor 62 is equal to or more than a predetermined value, the vehicle speed obtained from the vehicle speed sensor 63 is zero, and the shift lever position of the AT obtained from the inhibitor switch 64 Is in the non-traveling range, the signal of the parking brake switch 65 is ON, the signal of the turn signal switch 66 is OFF, and the air conditioner switch 67 is OFF, the basic stop condition is satisfied.
[0064]
Also, for example, the brake depression depth is equal to or less than a predetermined value, or the vehicle speed is equal to or more than a predetermined value, or the shift lever position of the AT is in the travel range, the signal of the turn signal switch 66 is ON, or the air conditioner switch 67 is ON, or the brake negative pressure is set. The basic restart condition is satisfied when the brake negative pressure (negative pressure in the booster constituting the booster that supplements the braking force) obtained from the sensor 68 is equal to or less than a predetermined value.
[0065]
For example, when the engine coolant temperature Tc is equal to or lower than a predetermined value (for example, Tc <60 ° C.), when the monitor voltage of the battery is equal to or lower than a predetermined value, or when the elapsed time from the previous restart is equal to or lower than the predetermined value, the I / S is prohibited. The condition is satisfied.
[0066]
When the basic stop condition is satisfied and the I / S prohibition condition is not satisfied, it is determined that the engine stop condition is finally satisfied (this is referred to as the engine stop condition being satisfied in the present specification). Automatic stop of the engine is performed. That is, the fuel injection from the fuel injection valve 8 is stopped, and the ignition of the ignition plug 7 is stopped.
[0067]
As the control at the time of stopping the engine, in addition to the control by the high-pressure pump control means 41, at least the intake air to the cylinders 3A and 3C in the expansion stroke cylinder 3A and the compression stroke cylinder 3C is increased in order to increase the resistance to the movement toward the piston top dead center. The throttle valve 17 is opened for a predetermined period during the engine stop operation period so as to increase the amount, particularly to supply more intake air to the expansion stroke cylinder 3A.
[0068]
When the basic restart condition or the I / S prohibition condition is satisfied after the engine 1 is automatically stopped in this way, it is determined that the restart condition is finally satisfied (in this specification, this is referred to as the satisfaction of the restart condition). Restart is performed. That is, the fuel injection from the fuel injection valve 8 and the ignition of the ignition plug 7 are restored.
[0069]
At the time of restarting, first, the first combustion is performed on the compression stroke cylinder 3C to slightly reverse the engine, so that the in-cylinder pressure is increased by raising the piston of the expansion stroke cylinder 3A. The combustion is performed in the expansion stroke cylinder 3A.
[0070]
In the present embodiment, the first combustion in the compression stroke cylinder 3C and the combustion in the expansion stroke cylinder 3A are performed as described above, and the air for combustion is left in the compression stroke cylinder 3C after the first combustion to compress. A first restart control mode in which recombustion is performed when the piston 4 of the stroke cylinder 3C starts rising and reaches near the top dead center, and a first combustion in the compression stroke cylinder 3C and a combustion in the expansion stroke cylinder 3A. Restart control mode in which recombustion in the compression stroke cylinder 3C is not performed, and combustion and expansion in the expansion stroke cylinder 3A while assisting with the starter 28 without performing initial combustion in the compression stroke cylinder 3C. The third restart control mode for starting by combustion in the next compression stroke cylinder 3C is selectively executed in accordance with the stop position of the piston 4.
[0071]
The cam phase control means 35 outputs a phase change signal of the camshafts 26 and 27 with respect to the crankshaft 6 to the cam phase variable mechanisms 26a and 27a to control the opening / closing timing of the intake valve 11 and the exhaust valve 12. As a result, the optimal opening and closing timing of the intake and exhaust valves according to the engine speed is set, and control for obtaining high output over a wide rotation range is performed.
[0072]
The display control means 36 performs ON / OFF control of the idle stop display lamp 71 according to the execution status of the I / S. The idle stop display lamp 71 includes an automatic stop lamp, an idle stop prohibition lamp, and a restart lamp (not shown). During the automatic stop of the engine by the I / S, the automatic stop lamp is turned on, while the I / S prohibition condition is satisfied, the idle stop prohibition lamp is turned on, and when the engine is restarted, the restart lamp is turned on. In this way, the driver can recognize the control state of the idle stop.
[0073]
The AT control means 37 outputs a switching command signal to the ATF switching valve 73 when the pressure of the hydraulic oil supplied to the automatic transmission decreases due to the execution of the idle stop, and supplies the hydraulic oil supply path. Is switched from a mechanical oil pump (not shown) driven by the engine 1 to the electric oil pump 72, and an operation command signal for operating the electric oil pump 72 is output. It is configured to supply hydraulic oil at a predetermined pressure.
[0074]
The hill holder control means 38 controls the hill holder by the hill holder solenoid valve 74 while the engine is stopped by the I / S.
[0075]
The operation of the above-described device of the present embodiment will be described below.
[0076]
In the engine 1 that is a four-cylinder four-cycle engine, each cylinder 3 performs a cycle including intake, compression, expansion, and exhaust strokes with a predetermined phase difference. As shown in FIG. Are performed in the order of the first cylinder 3A, the third cylinder 3C, the fourth cylinder 3D, and the second cylinder 3B with a phase difference of 180 ° (180 ° CA) in crank angle.
[0077]
Similarly, the cam nose 165 of the fuel pump cam 164 raises and lowers the plunger 163 at a cycle of 180 ° CA, and the position corresponding to the top of the cam nose 165 is near the compression top dead center. It becomes maximum near the boundary of the stroke and becomes minimum near the middle of each stroke. When the high-pressure pump solenoid 160 is turned on, the load of the crankshaft 6 by the high-pressure fuel pump 126 corresponds to the increase or decrease of the plunger stroke.
[0078]
In a case where the engine 1 is operating and a predetermined idling state that does not require the output of the engine 1 is performed, the idle stop is executed based on the determination whether the engine stop condition is satisfied or not.
[0079]
When the engine stop condition is satisfied at time t1, a series of controls for stopping the engine by idling stop are performed. In order to stop the engine, first, the fuel supply is stopped (fuel cut). In performing the fuel cut, a fuel cut permissible rotation speed (fuel supply stop permissible rotation speed) region is provided, and the fuel cut is performed while aiming at a time when the engine rotation speed is within the fuel cut permissible rotation speed region. ing. For example, the target rotation speed range of the idle rotation speed is set to 650 ± 50 rpm, whereas the fuel cut allowable rotation speed range is set to 650 ± 10 rpm. That is, when the engine speed fluctuates in the range of 650 ± 50 rpm during idling, the fuel cut is performed aiming at the moment when the engine speed enters the range of 650 ± 10 rpm.
[0080]
This is performed to stop the piston 4 within a preferable range for restarting (the range A in FIG. 8). When the fuel cut is performed in the fuel cut allowable rotation speed range, the piston 4 falls within the preferable range. It has been confirmed that the probability of stopping at the vehicle increases. If the engine speed when the engine stop condition is satisfied is within the fuel cut allowable speed range, the fuel is cut immediately.
[0081]
When the engine speed falls within the fuel cut permissible speed range, fuel cut is performed (fuel cut time t2). At the same time, the drive signal of the high-pressure pump solenoid 160, which has been intermittently repeated ON-OFF, is temporarily fixed to OFF as shown in the figure. By doing so, even if the plunger 163 moves up and down, the work becomes ineffective, that is, the fuel is not fed to the fuel injection valve 8, so that the fuel pressure does not increase more than necessary and the injection amount immediately after restart is excessive. And the occurrence of fuel leakage is effectively prevented.
[0082]
Then, at the fuel cut time t2, the fuel is cut, the throttle valve 17 is opened to a predetermined opening, and thereafter, the time t3 when the engine speed drops to a predetermined speed N3 (N3 = 500 rpm in this embodiment). To control the throttle valve 17 to close. As a result, the probability that the engine stop position falls within a preferable range is increased by utilizing the pressure of the air in the cylinder 3.
[0083]
That is, from the time point t2 to the time point t3, the throttle valve 17 is opened to a predetermined opening degree, so that the intake negative pressure temporarily decreases (increases the intake air amount) with some time delay, and thereafter, the intake pressure negative pressure decreases. Although the pressure increases (the intake air amount decreases), the above-described predetermined rotation speed and the like are set in advance so that the period during which the intake negative pressure temporarily decreases substantially corresponds to the period during the intake stroke of the expansion stroke cylinder 3A. . As a result, compared to the case where the throttle valve 17 is not opened, the amount of air taken into each cylinder 3 before the engine stops is increased, and especially the amount of intake air flowing into the expansion stroke cylinder 3A is increased.
[0084]
Then, when the engine is stopped, in the compression stroke cylinder 3C, as the piston 4 approaches the top dead center, the air in the cylinder 3C is compressed and a pressure acts in a direction to push the piston 4 back, so that the engine 1 reverses. When the piston 4 of the compression stroke cylinder 3C is pushed back to the bottom dead center side, the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A moves to the top dead center side, whereby the air in the cylinder 3A is compressed, and The piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A is pushed back to the bottom dead center side. In this way, the piston 4 stops after it has vibrated to some extent. At this time, in the compression stroke and the expansion stroke, the closer the piston 4 is to the top dead center, the greater the force to push it back. In many cases, the position is close to the part (range A in FIG. 6).
[0085]
By increasing the intake air amount before stopping the engine as described above, the force for pushing back the piston 4 when approaching the top dead center increases, so that the probability that the piston 4 stops within the range A increases. Further, if the intake amount of the expansion stroke cylinder 3A is set to be larger than that of the compression stroke cylinder 3C by controlling the throttle valve 17 as described above, the piston 4 in the expansion stroke cylinder 3A may be in the range close to the middle of the stroke. However, it often stops slightly near the bottom dead center (range A2 in FIG. 6).
[0086]
As described above, the engine speed N2 at the fuel cut time t2 is set within the fuel cut allowable rotation speed range 83, and the torque generated after the fuel cut is suppressed. Is easily stopped in the range A2.
[0087]
Since the engine 1 rotates several times by inertia from the fuel cut to the complete stop of the engine 1, the burned gas is discharged and the inside of the cylinder becomes almost fresh even during the expansion stroke. Further, when the engine 1 stops, the pressure immediately leaks even in the compression stroke cylinder 3C. Therefore, after the engine is stopped, all cylinders are in a state in which fresh air of approximately atmospheric pressure exists in the cylinder.
[0088]
Further, the throttle valve 17 may not be closed until the engine stops. However, since the intake amount continues to be large until the engine stops, the pushing force of the piston 4 due to the compression of the intake is hardly attenuated. In some cases, the number of vibrations increases, and the swing back increases when the engine is stopped. Therefore, it is desirable to close the throttle valve 17 at a suitable time t3 as shown in the present embodiment.
[0089]
Then, when the engine speed decreases and immediately before the stop, the high-pressure pump solenoid 160 is turned on again as shown in the drawing to turn the pump ON. By doing so, the fuel pressure at the time of restart is ensured. The timing at which the pump is turned on is set so that the fuel pressure at the time of restarting becomes an appropriate value (about 3 MP) in consideration of the pressure drop during engine stop. At this time, the fuel pressure may be determined by feeding back the fuel pressure by the fuel pressure sensor 69.
[0090]
The stop position of the piston 4 when the engine is stopped is detected as follows based on signals from the crank angle sensors 21 and 22. FIG. 9 is a pulse signal obtained by rotation of the crankshaft 6, and shows a first crank angle signal CA1 from the crank angle sensor 21 and a second crank angle signal CA2 from the crank angle sensor 22. FIG. 9A shows the case of normal rotation (clockwise in the state of FIG. 1), and FIG. 9B shows the case of reverse rotation. During normal rotation of the engine, as shown in FIG. 9A, the second crank angle signal CA2 has a phase delay of about a half pulse width with respect to the first crank angle signal CA1, so that the first crank angle signal CA1 At the time of rising, the second crank angle signal CA2 becomes Low, and at the time of falling of the first crank angle signal CA1, the second crank angle signal CA2 becomes High. On the other hand, when the engine is running in reverse, as shown in FIG. 9B, the second crank angle signal CA2 is generated with a phase advance of about a half pulse width with respect to the first crank angle signal CA1, so that when the engine is running forward. Conversely, when the first crank angle signal CA1 rises, the second crank angle signal CA2 becomes High, and when the first crank angle signal CA1 falls, the second crank angle signal CA2 becomes Low. The ECU 30 detects this difference and counts the pulse signals while determining whether the crankshaft 6 is rotating forward or reverse. The counted value is stored as a CA counter value, and is constantly updated while the engine 1 is operating. The state in which the CA counter value does not increase or decrease is the stop of the engine 1, and the stop position of the piston 4 is detected based on the CA counter value at that time.
[0091]
FIG. 10 is a flowchart for integrating the CA counter value. After the start, in step S51, the second crank angle signal CA2 is low when the first crank angle signal CA1 rises, or the second crank angle signal CA2 becomes high when the first crank angle signal CA1 falls. It is determined whether the engine 1 is running, and if YES, it indicates that the engine 1 is rotating forward, so the flow shifts to step S52 to add the measured pulse number to the CA counter value (CA counter up). If “NO” in the step S51, it indicates that the engine 1 is running in the reverse direction, and the process shifts to a step S53 to subtract the measured pulse number from the CA counter value (CA counter down).
[0092]
Next, the restart of the engine will be described. When the basic restart condition or the I / S prohibition condition is satisfied after the engine is stopped, it is determined that the restart condition has been satisfied, and control for automatically restarting the engine 1 is performed. At this time, if the stop position of the piston 4 is within the predetermined range near the middle of the stroke in the expansion stroke cylinder 3A and is in the range A1 (FIG. 8) near the top dead center, the first restart control mode is executed. Is done.
[0093]
FIG. 11 shows the stroke of each cylinder of the engine in the first restart control mode and the combustion in each cylinder from the start of the start control ((1), (2), (3)... , And the operation direction of the engine by each combustion is indicated by an arrow, and FIG. 12 shows the engine rotation speed, the crank angle, and the angular cylinder in the first restart control mode. The time-dependent changes in the cylinder pressure and the indicated torque are shown.
[0094]
As shown in these figures, in the case of the first restart control mode, first, the first combustion is performed while the combustion air-fuel ratio in the compression stroke cylinder 3C is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio ((1) in FIG. 11). The piston 4 of the compression stroke cylinder is pushed down to the bottom dead center side by the combustion pressure (a portion in FIG. 12) by this initial combustion, and the engine 1 is driven in the reverse rotation direction, and accordingly, the expansion stroke cylinder 3A When the piston 4 approaches the top dead center, the air in the cylinder 3A is compressed and the in-cylinder pressure rises (portion b in FIG. 12). Then, when the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A sufficiently approaches the top dead center, ignition is performed on the cylinder 3A, and the fuel previously injected into the cylinder 3A burns ((2) in FIG. 11). ▼), the engine 1 is driven in the normal rotation direction by the combustion pressure (portion c in FIG. 12). Further, by injecting fuel into the compression stroke cylinder 3C at an appropriate timing, the second combustion in the cylinder 3C is performed near the top dead center of the compression stroke cylinder 3C ((3) in FIG. 11). ▼). The combustion pressure (d portion in FIG. 12) increases the engine driving force.
[0095]
In this case, in the first combustion of the compression stroke cylinder 3C, since the air-fuel ratio is lean, air remains in the cylinder 3C even after the first combustion, so that the second combustion can be performed. Then, since the fuel is injected and the compression is performed in a state where the temperature in the compression stroke cylinder 3C is high by the first combustion, the second combustion in the cylinder 3C is performed by the compression self-ignition.
[0096]
After the second combustion has been performed in this way, after reaching the compression top dead center of the cylinder (the fourth cylinder 3D), which is in the next compression stroke after the cylinder 3C, the cylinders are sequentially controlled by the normal control. Combustion is performed and restart is completed.
[0097]
In order to properly perform the fuel injection at the initial stage of the restart as described above, it is desirable that the fuel pressure be a predetermined value (for example, about 3MP). In this embodiment, the fuel pressure is increased just before the engine is stopped by setting the pump to the ON state. Further, since the pump is kept ON even when the engine is stopped, the fuel pressure is rapidly increased at the time of restart, and good combustion is easily obtained. This is the same in the second restart control mode and the third restart control mode described below.
[0098]
When the stop position of the piston 4 is within the predetermined range near the middle of the stroke in the expansion stroke cylinder 3A and in the range A2 near the bottom dead center (see FIG. 8), the restart is performed according to the second restart control mode. Control is performed.
[0099]
As control in the second restart control mode, first-time combustion (combustion corresponding to (1) in FIG. 11) is performed in the compression stroke cylinder 3C while the combustion air-fuel ratio is set to substantially the stoichiometric air-fuel ratio or richer. Is Then, the piston 4 of the compression stroke cylinder 3C is depressed by the first combustion, and the engine 1 is driven in the reverse direction. As the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A approaches the top dead center, the air in the cylinder 3A is compressed. When the in-cylinder pressure rises and the piston of the expansion stroke cylinder 3A sufficiently approaches the top dead center, the cylinder 3A is ignited, and the fuel previously injected into the cylinder 3A burns ( The fact that the engine 1 is driven in the normal rotation direction by (corresponding to (2) in FIG. 11) is the same as the control in the first restart control mode. However, in the second restart control mode, when the compression stroke cylinder 3C passes the top dead center after the combustion of the expansion stroke cylinder 3A, the combustion (the combustion of (3) in FIG. 11) is not performed. The rotation of the engine is maintained by inertia until the compression cylinder reaches the compression top dead center of the arriving cylinder (the fourth cylinder 3D).
[0100]
As described above, the first restart control mode and the second restart control mode are selectively used depending on the stop position of the piston 4, so that the engine 1 is effectively restarted. This will be described with reference to FIG.
[0101]
FIG. 13 shows the relationship between the piston position when the engine is stopped and the required air-fuel ratio, the amount of air in the compression stroke cylinder 3C, the amount of air in the expansion stroke cylinder 3A, and the frequency of occurrence in the first combustion (for reverse rotation) of the compression stroke cylinder 3C. As shown in this figure, as the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A approaches the top dead center (the piston 4 of the compression stroke cylinder 3C approaches the bottom dead center) when the engine is stopped, the amount of air in the expansion stroke cylinder 3A decreases and the compression increases. The air amount of the stroke cylinder 3C increases, and conversely, the air amount of the expansion stroke cylinder 3A increases as the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A approaches the bottom dead center (the piston 4 of the compression stroke cylinder 3C approaches the top dead center). The amount of air in the compression stroke cylinder 3C decreases.
[0102]
Further, in the first combustion in the compression stroke cylinder 3C, the engine is reversed to a predetermined position where the piston 4 of the compression stroke cylinder 3C is slightly before the bottom dead center (the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A is slightly before the top dead center). However, if the piston 4 of the compression stroke cylinder 3C is close to the top dead center, the amount of air in the compression stroke cylinder 3C is small, and the reverse rotation to the predetermined position is required. Since the required torque is relatively large, the required air-fuel ratio becomes rich. On the other hand, if the piston 4 of the compression stroke cylinder 3C is near the bottom dead center, the amount of air in the compression stroke cylinder 3C is large and the predetermined position The required air-fuel ratio is lean because the torque required for the reverse rotation up to is relatively small.
[0103]
In the expansion stroke cylinder 3A, since the amount of air is larger as the piston 4 is closer to the bottom dead center, more fuel can be burned.
[0104]
Therefore, when the piston position of the expansion stroke cylinder 3A is within a predetermined range A2 closer to the bottom dead center than the middle portion (the piston position of the compression stroke cylinder 3C is closer to the top dead center) when the engine is stopped, the compression stroke cylinder 3C is in the initial combustion state. The air-fuel ratio is made rich so as to meet the above requirement, and the second combustion near the compression top dead center is not performed because the combustion air does not remain after the first combustion. However, the air amount is small in the expansion stroke cylinder 3A. A relatively large amount of fuel is injected, and then, after being compressed, ignition and combustion are performed, a relatively large torque is obtained, and the compression stroke of the compression stroke cylinder 3C exceeds the compression top dead center. The engine can be rotated until it exceeds the compression top dead center of the next cylinder, and restart can be achieved.
[0105]
On the other hand, when the engine is stopped, the piston position of the expansion stroke cylinder 3A is in a predetermined range A1 closer to the top dead center than the middle portion (the piston position of the compression stroke cylinder 3C is closer to the bottom dead center), compared to the case where the piston position is in the range A2. Since the amount of air in the expansion stroke cylinder 3A is small, the torque obtained by combustion in the expansion stroke is small. However, in the compression stroke cylinder 3C, the air-fuel ratio at the time of the first combustion is made lean in response to the above-mentioned demand. Since the excess air remaining after the first combustion is used to perform the second combustion near the compression top dead center, the torque for driving the engine in the normal rotation direction is supplemented, and the combustion in the expansion stroke cylinder 3A is reduced. Both the second combustion in the compression stroke cylinder 3C provides enough torque to achieve a restart.
[0106]
By the way, in the present embodiment, when the engine is stopped, the throttle valve 17 is opened for a predetermined period after the fuel supply is stopped and the intake air amount is increased for a predetermined period, thereby increasing the compression stroke cylinder 3C and the expansion stroke cylinder 3A. Since the resistance of the piston 4 to the movement toward the top dead center is increased and the intake amount of the expansion stroke cylinder 3A is increased, as shown in FIG. In most cases, the piston position at 3A is within a predetermined range A near the middle of the stroke, and among them, it is often within a range A2 closer to the bottom dead center, and thus the stop position is adjusted. The restart is performed effectively.
[0107]
That is, when the piston stop position is too close to the top dead center side of the expansion stroke cylinder 3A (the bottom dead center side of the compression stroke cylinder 3C) from the range A, a sufficient amount of movement in the engine reverse direction is required. And the amount of air in the expansion stroke cylinder 3A decreases, so that the torque obtained by combustion in the expansion stroke cylinder 3A decreases, and the bottom dead center side of the expansion stroke cylinder 3A (compression stroke cylinder) exceeds the above range. If it is too close to 3C (top dead center side), the amount of air in the compression stroke cylinder 3C becomes small, so that sufficient torque for engine reverse rotation cannot be obtained. On the other hand, if the piston stop position is within the range A, the reverse rotation drive by the initial combustion in the compression stroke cylinder 3C is possible, and the combustion in the expansion stroke cylinder 3A is favorably performed, and the combustion energy is reduced. The piston can sufficiently act on the piston. In particular, if the piston stop position is in the range A2 near the bottom dead center of the expansion stroke cylinder 3A, a sufficiently large amount of air in the expansion stroke cylinder 3A can be ensured, and the expansion stroke cylinder 3A Combustion energy can be increased and startability can be improved.
[0108]
In the rare case where the piston position when the engine stops is out of the range A, or when the in-cylinder temperature decreases while the engine stops and the coolant temperature Tc becomes Tc <60 ° C., the third resetting is performed. The start control mode is executed, and the starter 28 assists the start.
[0109]
The specific configuration of the device of the present invention is not limited to the above embodiment, but can be variously modified within the scope of the claims. For example, although the number of the cam nose 165 is four, the number of the cam nose 165 may be two (the plunger stroke is 360 ° CA cycle) in a similar four-cylinder engine. Alternatively, the number may be 6, 8,..., But if it is too large, the amplitude of the load by the high-pressure fuel pump 126 will be small, and the effect of stopping the piston 4 at the appropriate position will be small.
[0110]
For engines other than four cylinders, for example, engines such as six cylinders and eight cylinders, the number of cam nose 165 may be set according to the number of cylinders and the type of cylinder arrangement (serial or V-type). For example, in the case of an inline 6 cylinder, the number of cam nose 165 is set to 6 or 3, and in the case of a V-type 6 cylinder, a high-pressure fuel pump 126 is provided for each bank (three cylinders arranged in a straight line). The number is three, and so on.
[0111]
Further, the type of the high-pressure fuel pump 126 does not need to be the plunger 163 and the fuel pump cam 164 as in the present embodiment, but is taken out as work that fluctuates periodically according to the rotation angle of the crankshaft 6. If it is, another type, for example, a gear pump or a vane pump, may be used.
[0112]
In the above embodiment, when the engine is started when the piston position when the engine is stopped is within a predetermined range, the first combustion is performed in the compression stroke cylinder 3C, the engine is slightly reversed, and then the combustion in the expansion stroke cylinder 3A is performed. Although the engine is not reversed by the initial combustion in the compression stroke cylinder 3C, the fuel is supplied to the expansion stroke cylinder 3A immediately when the engine is stopped and ignited after a predetermined time, thereby igniting the expansion stroke cylinder 3A. May be performed first.
[0113]
【The invention's effect】
As described above, according to the engine starter of the present invention, when a predetermined engine stop condition is satisfied, the fuel supply is automatically stopped to stop the engine. In an engine starting device that injects fuel into a cylinder in a stroke to cause ignition and combustion and restarts the engine, a part of the driving force of the engine is periodically changed according to the rotation angle of the crankshaft. A mechanical high-pressure fuel pump for increasing the fuel pressure for injecting fuel, taking out as a fluctuating work, comprising, when the rotation angle of the crankshaft is substantially at the top dead center of some or all cylinders, When the instantaneous work of the pump is maximized, and the rotation angle of the crankshaft is approximately halfway between the top dead center and the bottom dead center of some or all cylinders, Since the instantaneous work of the high-pressure fuel pump is configured to be minimized, variation in the stop position of the piston is reduced without providing a special braking device or the like, and the piston is stopped at an appropriate position with a higher probability. be able to. That is, by improving the restartability of the engine with a simple structure, further reduction in fuel consumption and CO 2 Emissions can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of an engine provided with a starting device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of the engine.
FIG. 3 is a block diagram showing a specific configuration of a fuel supply system.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a specific structure of a high-pressure fuel pump.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an installation state of a high-pressure fuel pump.
FIG. 6 is a schematic control block diagram of an engine.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an engine speed, a throttle opening, a change in intake pipe negative pressure, a plunger stroke, a drive signal for a high-pressure pump solenoid, and a cycle of each cylinder when the engine is stopped.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing setting of a range for selecting a restart control mode according to a piston position when the engine is stopped.
FIGS. 9A and 9B show crank angle signals from two crank angle sensors, wherein FIG. 9A shows a signal at the time of forward rotation of the engine, and FIG. 9B shows a signal at the time of reverse rotation of the engine.
FIG. 10 is a flowchart showing a process for detecting a piston position when the engine is stopped.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a cycle and a combustion operation of each cylinder when the engine is restarted.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing changes in engine speed, crank angle, in-cylinder pressure of each cylinder, and indicated torque when the engine is restarted.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a relationship between a piston position when the engine is stopped, a required air-fuel ratio of a compression stroke cylinder, an air amount of a compression stroke cylinder, an air amount of an expansion stroke cylinder, and an occurrence frequency.
[Explanation of symbols]
1,1a engine
3 (3A, 3B, 3C, 3D) cylinder (first cylinder,..., Fourth cylinder)
4 piston
6 Crankshaft
7 Spark plug
8 Fuel injection valve
11 Intake valve
12 Exhaust valve
17 Throttle valve
30 ECU
69 Fuel pressure sensor (fuel pressure detecting means)
120 Fuel supply system
126 High pressure fuel pump
155 Suction valve (pump switching means)
160 High pressure pump solenoid (pump switching means)
163 plunger
164 Fuel pump cam
165 Cam Nose

Claims (9)

所定のエンジン停止条件が成立したときに自動的に燃料供給を停止してエンジンを停止させるとともに、エンジン停止後における再始動条件成立時に、膨張行程にある気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、エンジンを再始動させるエンジンの始動装置において、
エンジンの駆動力の一部を、クランクシャフトの回転角に応じて周期的に変動する仕事として取り出し、燃料を噴射するための燃料圧力を高める機械式の高圧燃料ポンプを備え、
上記クランクシャフトの回転角が一部又は全部の気筒の略上死点にあるとき、上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最大となるように、かつ上記クランクシャフトの回転角が一部又は全部の気筒の上死点と下死点の略中間にあるとき、上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最小となるように構成されている
ことを特徴とするエンジンの始動装置。
When the predetermined engine stop condition is satisfied, the fuel supply is automatically stopped to stop the engine, and when the restart condition is satisfied after the engine is stopped, fuel is injected into a cylinder in an expansion stroke to ignite, In an engine starting device that causes combustion and restarts the engine,
Equipped with a mechanical high-pressure fuel pump that extracts a part of the driving force of the engine as work that fluctuates periodically according to the rotation angle of the crankshaft, and increases the fuel pressure for injecting fuel.
When the rotation angle of the crankshaft is substantially at the top dead center of some or all cylinders, the instantaneous work of the high-pressure fuel pump is maximized, and the rotation angle of the crankshaft is part or all. An engine starting device characterized in that the instantaneous work of the high-pressure fuel pump is minimized when the cylinder is approximately halfway between the top dead center and the bottom dead center of the cylinder.
上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最小となる上記クランクシャフトの回転角は、一部又は全部の気筒の行程における上死点と下死点の中間よりもやや遅れ側となるように設定されていることを特徴とする請求項1記載のエンジンの始動装置。The rotation angle of the crankshaft at which the instantaneous work of the high-pressure fuel pump is minimized is set to be slightly later than the middle between the top dead center and the bottom dead center in the stroke of some or all cylinders. The engine starting device according to claim 1, wherein 上記高圧燃料ポンプの仕事は、クランクシャフトの回転角に対応した回転角を有する燃料ポンプ用カムの回転によって取り出されるように構成され、上記燃料ポンプ用カムのカム半径が大なるカムノーズにおいて上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が大であるように構成されていることを特徴とする請求項1または2記載のエンジンの始動装置。The work of the high-pressure fuel pump is taken out by rotation of a fuel pump cam having a rotation angle corresponding to the rotation angle of a crankshaft, and the high-pressure fuel pump has a cam nose having a large cam radius. 3. The engine starting device according to claim 1, wherein the instantaneous work of the pump is configured to be large. 上記カムノーズの数は、エンジンの気筒数の2分の1の倍数となっていることを特徴とする請求項3記載のエンジンの始動装置。The engine starting device according to claim 3, wherein the number of the cam nose is a multiple of one half of the number of cylinders of the engine. 上記カムノーズの数は、エンジンの気筒数と等しいことを特徴とする請求項4記載のエンジンの始動装置。The engine starting device according to claim 4, wherein the number of the cam nose is equal to the number of cylinders of the engine. 上記燃料ポンプ用カムの回転によって上記高圧燃料ポンプの仕事が有効となり、燃料圧力を高めるポンプON状態と、上記燃料ポンプ用カムが回転しても上記高圧燃料ポンプによる仕事が有効になされず、燃料圧力が高くならないポンプOFF状態とに切換え可能なポンプ切換え手段を備え、
少なくとも上記所定のエンジン停止条件成立後のエンジン停止直前からエンジンが完全に停止するまでの間、上記ポンプ切換え手段は、ポンプON状態とすることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のエンジンの始動装置。
The rotation of the fuel pump cam makes the work of the high-pressure fuel pump effective, and the pump is in an ON state in which the fuel pressure is increased. Even if the fuel pump cam rotates, the work of the high-pressure fuel pump is not effective, and Pump switching means capable of switching to a pump OFF state where the pressure does not increase,
6. The pump switching unit according to claim 1, wherein the pump switching unit is in a pump ON state at least from immediately before the engine is stopped after the predetermined engine stop condition is satisfied until the engine is completely stopped. Engine starter.
上記所定のエンジン停止条件成立後におけるエンジン停止直前までの所定期間、上記ポンプ切換え手段は、ポンプOFF状態とすることを特徴とする請求項6記載のエンジンの始動装置。7. The engine starting device according to claim 6, wherein the pump switching means keeps the pump OFF for a predetermined period immediately before the engine is stopped after the predetermined engine stop condition is satisfied. 上記ポンプ切換え手段は、上記エンジン再始動時の燃料圧力が所定の圧力となるように、上記ポンプON状態とポンプOFF状態とを切換えることを特徴とする請求項6または7記載のエンジンの始動装置。8. The engine starting device according to claim 6, wherein the pump switching means switches between the pump ON state and the pump OFF state so that the fuel pressure at the time of restarting the engine becomes a predetermined pressure. . 燃料圧力を検知する燃料圧力検知手段を備え、上記ポンプON状態とポンプOFF状態との切換えがフィードバック制御によってなされることを特徴とする請求項8記載のエンジンの始動装置。9. The engine starting device according to claim 8, further comprising fuel pressure detecting means for detecting a fuel pressure, wherein the switching between the pump ON state and the pump OFF state is performed by feedback control.
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