JP2005139961A - 内燃機関の始動準備システム - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の良好な始動性と、始動直後からの出力特性及びエミッションの向上と、を両立できる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の始動時においてクランキングするためのスタータモータと、バッテリから電力供給を受けることにより燃料をプレヒートするヒータと、クランキング中における内燃機関のクランク角に基づいてスタータモータの消費電力の変動を検出する消費電力変動検出手段と、を備え、クランキング中において、消費電力変動検出手段により検出されたスタータモータの消費電力の変動を加味した消費電力が所定値以上である場合、バッテリからヒータへの電力の供給を停止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の始動準備システムに関する。

内燃機関の冷間始動時は、燃料の温度が低いため噴射した燃料は微粒化しにくい。よって、内燃機関のクランキング前から、燃料をヒータで加熱して微粒化し、内燃機関の始動性及び出力を向上し、始動直後からエミッションを向上することが一般的に行われている。また、排気ガス中の有害成分を低減するための空燃比フィードバック制御に用いられる空燃比センサついても、上記と同様に、内燃機関のクランキング前からヒータによってセンサ素子を加熱し、始動直後から良好な空燃比制御を行えるようにすることが行われている。

しかしながら、これらの始動準備のために用いられる電力が過大になると、内燃機関のクランキングのためのスタータモータに充分な電力を供給することができず、内燃機関の始動性が損なわれる問題があった。

そこで、バッテリの状態が劣化しているときは、ヒータなどの始動準備装置と、スタータモータとが同時に作動しないようにする技術などが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、内燃機関のクランク時においては、クランク角に基づいてクランク軸の回転に必要なトルクが変動し、該トルクが大きくなるクランク角では、スタータモータの消費電力が過大になることがあった。その場合は、バッテリが劣化していない場合であっても、始動準備装置とスタータとが同時に作動すると、スタータモータにおいて要求される電力をバッテリから充分に供給することができず、始動性が損なわれることがあった。また、例えば、スタータモータが作動している間には、始動準備装置に電力を供給しないようにした場合には、内燃機関の始動準備が遅れ、始動直後から良好な出力性能と、エミッションとを得られない場合があった。
特開２００２−１２２０６０号公報 特開２００２−１５５８１３号公報

本発明の目的とするところは、内燃機関の良好な始動性と、始動直後からの出力特性及びエミッションの向上と、を両立できる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明においては、内燃機関のクランキング時に、クランク角によってクランキングに必要なトルクが変動し、スタータモータの消費電力が過大になる期間と、そうでない期間とがあることに着目した。そして、クランキング時において前記スタータモータの消費電力が所定値より大きいときには、前記始動準備装置への電力供給を停止することを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関に備えられたバッテリから電力供給を受けることにより、内燃機関をクランキングさせるスタータモータと、
内燃機関のクランキング開始前より、前記バッテリから電力供給を受けることにより内
燃機関の始動の準備をする始動準備手段と、
内燃機関のクランキング中における、内燃機関のクランク角に基づくスタータモータの消費電力の変動を検出する消費電力変動検出手段と、
を備え、
内燃機関のクランキング中の所定期間において、消費電力変動検出手段により検出されたスタータモータの消費電力の変動を加味したスタータモータの消費電力が所定値以上である場合には、バッテリから始動準備手段への電力の供給を停止することを特徴とする。

ここで、クランキングに必要なトルクは、内燃機関のクランク位置によって変動する。具体的には、内燃機関におけるいずれかの気筒が圧縮行程の終期にあるときには必要トルクは大きくなる。そして、クランキングに必要なトルクが大きくなるときには、スタータモータの消費電力は大きくなる。本発明における消費電力変動検出手段は、この消費電力の変動を検出している。

従って、クランキングに必要なトルクが大きいときに、内燃機関の始動準備手段への電力の供給を継続すると、バッテリからスタータモータに充分な電力を供給することが困難となり、スタータモータの作動不良を起こす場合がある。結果として、内燃機関の始動性を悪化させる場合がある。

そこで、本発明においては、消費電力変動検出手段によって、内燃機関のクランキング中における、スタータモータの消費電力の変動を検出し、その変動を加味したスタータモータの消費電力が所定値以上である場合は、始動準備手段への電力の供給を停止することとした。

これにより、バッテリからスタータモータに過大な電力が供給され、さらに始動準備手段にも重ねて電力が供給されることを抑制でき、クランキング中におけるスタータモータの作動不良を抑制することができる。また、スタータモータの消費電力が所定値未満である場合には、バッテリからスタータモータ及び始動準備手段の両方に電力が供給されるので、クランキング中において、始動準備手段による始動準備が長時間中断することを抑制することができる。

なお、ここで、所定値とは、スタータモータの消費電力がそれ以上であると、バッテリからスタータモータ及び、始動準備手段の両方に電力が供給される場合に、バッテリの容量不足から、スタータモータの作動不良を起こす可能性がある消費電力の値である。また、所定期間とは、少なくともクランキング期間の一部の期間を意味しており、クランキング期間の全期間でもよい。

また、本発明においては、内燃機関のクランキング前後において、始動準備手段にバッテリから供給されるべき要求電力量を決定する電力量決定手段をさらに備え、
始動準備手段による始動準備の開始以降に、バッテリから始動準備手段に供給された積算供給電力量が、クランキング終了時において、要求電力量より小さい場合は、内燃機関のクランキング終了後に、バッテリから始動準備手段へ電力をさらに供給するようにしてもよい。

ここで、ある時点における積算供給電力量を、前記始動準備の開始以降その時点までにバッテリから始動準備手段に供給された電力量の積算値であると定義する。このとき、実際の車輌においては、搭乗者がイグニッションスイッチをＯＮすることによりクランキングを開始するので、クランキングが開始される時間が特定できない。従って、クランキング前における始動準備手段へのバッテリからの積算供給電力量は一定にならない。また、クランキング中においては、前述のように、スタータモータの消費電力が所定値以上であ
る場合は、始動準備手段への電力の供給を停止する。従って、クランキング中においてバッテリから始動準備手段へ供給される積算供給電力量も一定ではない。すなわち、始動準備の開始以降、クランキング終了時までにバッテリから始動準備手段に供給される積算供給電力量は一定にはならない。

その結果、クランキング終了時における始動準備の度合いがばらつくことになる。すると、クランキング終了までに、内燃機関の良好な出力性能や、エミッション（以下、「機関性能」という）を得るために充分な始動準備ができない場合がある。

そこで、本発明においては、内燃機関のクランキング終了直後から良好な機関性能を得るために必要な電力量を、電力量決定手段が要求電力量として決定する。そして、クランキング終了時において、積算供給電力量が要求電力量より小さい場合には、クランキング終了後にも、バッテリから始動準備手段への電力供給を行う。

これにより、クランキング終了後の極力早い時期に、良好な機関特性を得るようにできる。なお、クランキング終了後は、内燃機関が始動しているため、バッテリからスタータモータに供給する電力を考慮する必要がない。従って、バッテリから始動準備手段に最大限の電力を供給することができる。

また、本発明においては、始動準備手段は、前記内燃機関において燃料噴射弁から噴射される燃料をプレヒートするヒータであり、
ヒータによるプレヒートの開始以降に、バッテリからヒータに供給された積算供給電力量に応じて、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を変更するようにするとよい。

すなわち、始動準備手段が燃料をプレヒートするヒータである場合、積算供給電力量が要求電力量より小さいときには、燃料噴射弁から噴射される燃料の温度は、充分高温になっていないことがある。この場合に、充分高温になっている場合と同量の燃料を噴射すると、噴射による燃料の微粒化が充分に促進されず、クランキング終了直後から良好な機関性能を得ることができない場合がある。

本発明においては、燃料噴射時において燃料が充分にプレヒートされていない場合は、その時点での噴射燃料の温度を燃料噴射時における積算供給電力量から推定し、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を、噴射燃料の温度に対して最適な量に変更するようにした。

こうすれば、燃料噴射時において燃料が充分高温になっていない場合においても、良好な機関性能を得ることができる。なお、この場合に燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量は、予め、燃料温度または積算供給電力量と、燃料温度または積算供給電力量に対して最適な噴射燃料量との関係を予め調査の上マップ化しておき、このマップから最適な噴射燃料量を読み出すようにすればよい。

また、本発明においては、積算供給電力量が、要求電力量に達した場合に、バッテリから前記始動準備手段への電力の供給を停止するようにするとよい。

そうすれば、クランキング開始前、クランキング中、クランキングの終了後を問わず、積算供給電力が要求電力量に達する時点で、バッテリから始動準備手段への電力の供給が停止される。従って、必要以上に始動準備が継続されることがなく、内燃機関のクランキング前後における消費電力を低減することができる。また、始動準備が終了した時点での内燃機関の機関性能のばらつきを抑制することができる。

また、本発明においては、内燃機関に備えられたバッテリから電力供給を受けることにより、前記内燃機関をクランキングさせるスタータモータと、
前記内燃機関のクランキング開始前より、前記バッテリから電力供給を受けることにより該内燃機関の始動の準備をする始動準備手段と、
前記内燃機関のクランキング中に、前記内燃機関のクランク角に基づいて前記スタータモータの消費電力が変動することによる前記バッテリの電圧変動を検出するバッテリ電圧変動検出手段と、
を備え、
前記内燃機関のクランキング中の所定期間において、前記バッテリ電圧変動検出手段により検出された前記バッテリの電圧変動を加味した前記バッテリの電圧が所定値以下である場合には、前記バッテリから前記始動準備手段への電力の供給を停止することとしてもよい。

ここで、内燃機関のクランク角に基づいて、スタータモータの消費電力が変動した場合、その消費電力の変動に伴い、バッテリ電圧が電圧降下を起こし、バッテリの電圧も変動する場合がある。そして、スタータモータの消費電力が大きい程、バッテリの電圧降下も大きくなることから、バッテリの電圧変動を検出することにより、スタータモータの消費電力を推定することができる。

このことを利用して、本発明においては、内燃機関のクランキング中の所定期間において、前記バッテリ電圧変動検出手段により検出されたバッテリの電圧変動を加味した前記バッテリの電圧が所定値以下である場合には、前記バッテリから前記始動準備手段への電力の供給を停止することとしてもよい。

こうすれば、バッテリ電圧を検出して、所定値と比較するだけの単純な制御によって、バッテリからスタータモータに過大な電力が供給され、さらに始動準備手段にも重ねて電力が供給されることを抑制でき、クランキング中におけるスタータモータの作動不良を抑制することができる。また、バッテリ電圧が所定値より高い場合には、バッテリからスタータモータ及び始動準備手段の両方に電力が供給されるので、クランキング中において、始動準備手段による始動準備が長時間中断することを抑制することができる。

なお、ここで、所定値とは、バッテリ電圧がそれ以下であると、バッテリからスタータモータ及び、始動準備手段の両方に電力が供給される場合に、バッテリの容量不足から、スタータモータの作動不良を起こす可能性があるバッテリ電圧の値である。また、所定期間とは、少なくともクランキング期間の一部の期間を意味しており、クランキング期間の全期間でもよい。

ここで、本発明における始動準備手段の例としては、上記で説明した燃料をプレヒートするヒータの他、内燃機関の排気における空燃比を検出する空燃比センサのセンサ素子をプレヒートするヒータなどを挙げることができる。

本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、内燃機関の良好な始動性と、始動直後からの出力特性及びエミッションの向上と、を両立することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明す
る。本実施例においては、本発明をガソリンエンジンに適用した例であって、始動準備手段が、燃料をプレヒートするヒータである例について説明する。

図１は、本実施の形態に係る内燃機関の始動準備システムの概略構成を示すブロック図である。同図において燃料タンク１の内部には燃料が充填されている。また、この燃料タンク１の内部には燃料ポンプ２が配設されており、この燃料ポンプ２が駆動することにより燃料は燃料通路３を介してインジェクタ９に向けて圧送される。

インジェクタ９は、内燃機関１０に配設されており、後述するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２１から供給される燃料噴射信号に応じて開弁及び閉弁する。そして、燃料通路３及びデリバリパイプ６を通り供給された燃料を内燃機関１０の燃焼室１０ａに向けて噴射する。燃焼室１０ａに噴射された燃料に、図示しない点火栓によって点火することにより、内燃機関１０における燃焼が行われる。なお、燃焼室１０ａに直接噴射する代わりに、図示しない吸気ポートに向けて噴射することもできる。

また、インジェクタ９には、インジェクタ９内の燃料を加熱するためのヒータ４が備えられている。ヒータ４は、電熱線，ニクロム線またはリボンヒータ等により構成される電熱ヒータであり、バッテリ５をその電源としている。また、ＥＣＵ２１からの指令に基づいてコントローラ回路１５が、ヒータ４への電力の供給/停止を制御する。なお、ヒータ４は、インジェクタ９内部の図示しないニードル弁近傍に設けられるようにしてもよい。

また、内燃機関１０には、始動時に内燃機関１０の図示しないクランク軸を回転させるためのスタータモータ８が設置されている。このスタータモータ８も、バッテリ５からの電力供給を受けることによって、クランク軸を回転させる。なお、内燃機関１０の始動時に、スタータモータ８により内燃機関１０のクランク軸を回転させる動作をクランキングという。

また、内燃機関１０には、機関制御用の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２１が併設されている。ＥＣＵ２１は、双方向性バスによって相互に接続された、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力インタフェース回路、出力インタフェース回路等から構成されている。

前記ＥＣＵ２１には、後述するクランクポジションセンサ１１、カムポジションセンサ１２、ドアセンサ７などの各種センサ類が電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ２１に入力されるようになっている。また、ＥＣＵ２１には、インジェクタ９、コントロール回路１５、スタータモータ８等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２１がそれらを制御することが可能になっている。このＥＣＵ２１によって、本実施例におけるヒータ通電制御が行われる。なお、本実施例における始動準備手段は、ＥＣＵ２１及び、コントロール回路１５、ヒータ４を含んで構成される。

次に、本実施例におけるヒータ通電制御について説明する。図２は、本実施例におけるヒータ通電タイミングを示すタイムチャートである。図２において、横軸は時間、縦軸は、バッテリ電圧及び、ヒータ通電のＯＮ/ＯＦＦを示している。

図２に示すように、本実施例においては、まず、Ａ時点においてヒータ４による燃料のプレヒートが実施される。このプレヒートは、搭乗者によって車輌のドアが開けられることにより、ドアセンサ７がＯＮすることをトリガとして実施される。また、このプレヒートは、搭乗者によるキー・イン、または運転席への搭乗者の着席など、内燃機関１０の始動が予想される他のトリガによって実施するようにしてもよい。

ここで、バッテリ５の容量は、ヒータ４へ供給する電力に対して充分大きいものとする。従って、プレヒートが実施されている期間中、バッテリ電圧は、電圧降下を起こすこともなく、バッテリ５の定格電圧である１２Ｖを維持している。

次に、Ｂ時点において、搭乗者によってイグニッションスイッチがＯＮされることにより、スタータモータ８がＯＮする。この際、スタータモータ８の回転を開始させるために、大きな電力が消費されるため、スタータモータ８のＯＮと同時に、バッテリ電圧は一時的に降下する。

ここで、一般には、スタータモータ８における消費電力の大きさはバッテリ５の電圧とスタータモータ８に流れる電流の積として検出される。そして、スタータモータ８における消費電力の大きさに応じて、スタータモータ８に流れる電流及びバッテリ５の電圧は変動することになる。この様子を図３に示す。図３において、図３（ａ）は、スタータモータ８における消費電力の変動、図３（ｂ）はその際のスタータモータ８に流れる電流値の変動、図３（ｃ）は、その際のバッテリ５の電圧の変動を示している。この図３からわかるように、スタータモータ８における消費電力と、スタータモータ８に流れる電流及びバッテリ５の電圧との間においては、その変動の状態に略一対一の関係がある。このため、バッテリ５の電圧あるいはスタータモータ８に流れる電流のみを検出することで、スタータモータ８における消費電力を推定することができる。

そして、本実施例においては、電圧降下によってバッテリ５の電圧が所定の閾値電圧Ｖ_０以下になった場合には、スタータモータ８における消費電力が大きく、ヒータ４とスタータモータ８の両方への電力供給を続けると、スタータモータ８が作動不良を起こすおそれがあると判断する。そして、その場合には、ヒータ４への通電を停止する。従って、本実施例においては図２に示すように、スタータモータ８がＯＮし、バッテリ電圧が閾値電圧Ｖ_０より低くなった際に、ヒータ４への通電をＯＦＦしている。ここで、上述の閾値電圧Ｖ_０は、バッテリ５の電圧がそれ以上であれば、スタータモータ８における消費電力が充分小さく、ヒータ４に通電してもスタータモータ８の作動が影響を受けづらい電圧として設定された値であり、予め実験的に求められる。

その後のクランキング期間において、スタータモータ８の消費電力は、内燃機関１０におけるクランク角によって変動する。すなわち、内燃機関１０におけるいずれかの気筒が圧縮行程の終期にある際には、クランク軸の回転に必要なトルクが大きくなり、結果として、スタータモータ８における消費電力が大きくなる。反対に、何れの気筒も圧縮行程の終期にない場合には、スタータモータ８における消費電力は小さくなる。

従って、バッテリ５の電圧は、内燃機関１０のクランク軸の回転に同期したうねりを有する。また、スタータモータ８の回転開始時に、スタータモータ８における消費電力は最も大きく、その後スタータモータ８の回転速度が上昇するにつれて、慣性力による必要トルクの減少及び、図示しないオルタネータの発電効率の上昇などによって、スタータモータ８における消費電力は減少する傾向にある。これらの現象の結果、バッテリ５の電圧は、クランキング開始後、図２のＢ時点以降に示すような変化をする。

本実施例においては、上記のようなクランク軸の回転に同期したうねりを含んだバッテリ５の電圧の変化において、バッテリ５の電圧が閾値電圧Ｖ_０より高くなった場合には、スタータモータ８における消費電力が充分に低減したと判断する。そして、バッテリ５の電圧が閾値電圧Ｖ_０より高くなる期間はヒータ４に通電する。こうすることにより、内燃機関１０のクランキング期間において、スタータモータ８への電力供給が大きくなる状態と、ヒータ４への電力供給が重なることを抑制でき、バッテリ８の容量不足による始動性
の悪化を抑制することができる。なお、本実施例において、消費電力変動検出手段は、ＥＣＵ２１を含んで構成される。また、本実施例において、バッテリ８の電圧は、コントロール回路１５の端子間電圧を、直接あるいはＡ／Ｄ変換後、ＥＣＵ２１に入力することによって検出してもよい。この場合、本実施例におけるバッテリ電圧変動検出手段は、ＥＣＵ２１を含んで構成される。

図４には、本実施例におけるヒータ通電制御の別の例について示す。図４に示すヒータ通電制御においては、内燃機関１０におけるクランク角から、内燃機関１０における何れかの気筒が圧縮行程にある状態を検出する。すなわち、内燃機関１０のクランク角が所定範囲にある場合は、スタータモータ８における消費電力が大きい状態であると自動的に判断し、バッテリ５からヒータ４への電力供給を停止する。

図４においては、クランキング中における内燃機関１０のクランク角を表すクランクカウンタカウント値及び、ヒータ４の通電状態について示している。なお、図中のＣ時点は、クランキング開始直後を示しており、この時点では、図２における説明と同様、スタータモータ８における消費電力が大きいため、ヒータ４への通電はＯＦＦ状態となっている。その後、内燃機関１０のクランク角が所定角に達したＤ時点において、クランク位置の仮判別が行われる。そして、Ｄ時点からクランク軸が２１０度回転したＥ時点において、気筒判別が行われる。

ここで、上述の、クランク位置の仮判別及び、気筒判別について簡単に説明する。内燃機関１０におけるクランク軸には、その外周に沿って複数の被検歯が形成されており、クランクポジションセンサ１１によって、被検歯の通過を検出することで、クランク軸の回転角が検出可能になっている。また、クランク軸の被検歯が形成された部分には、クランク角の基準位置を示す歯欠部が一箇所設けられており、クランクポジションセンサ１１が歯欠部を検出することで、クランク軸の基準位置を検出できる。

本実施の形態では、被検歯は１０°クランク角間隔で形成されており、クランク軸が１０度回転する毎にクランクポジションセンサ１１からクランク角信号が出力されるようになっている。

一方、内燃機関１０の図示しないバルブ駆動カム近傍にも、該カムが一回転する毎に１パルスの信号を出力するカムポジションセンサ１２が設けられている。また、バルブ駆動カムは、クランク軸が２周する間に1回転する。すなわち、カムポジションセンサ１２からのパルス信号は、クランク軸が７２０°回転する毎に一回得られることになる。

図４中のＤ時点においては、クランクポジションセンサ１１がクランク軸に設けられた歯欠部を検出することにより基準角度が検出され、クランク角のカウントが可能となる。クランクポジションセンサ１１からの信号は、ＥＣＵ２１に設けられた図示しないクランクカウンタに入力される。クランクカウンタにおいては、クランクポジションセンサ１１からのクランク角信号が３回入力される毎にカウンタの値が１増加する。すなわち、クランクカウンタのカウント値は、図４に示すようにクランク軸が３０度回転する毎に１増加する。

そして、本実施例においては、クランク角のカウントが開始されてからクランク軸が２１０度回転するまでにカムポジションセンサ１２がパルスを検出すれば、Ｅ時点においては、1番気筒が圧縮上死点にあり、パルスを検出しなければ４番気筒が圧縮上死点にあると判断する。

すなわち、図４におけるＤ時点からＥ時点の間の期間においては、いずれかの気筒が圧
縮行程の終期にあることは判断することができる。但しいずれの気筒かは判断できない。そして、Ｅ時点以降は、完全に内燃機関１０のどの気筒がどの行程にあるかを完全に判断することができる。

そして、図４に示す制御においては、クランクカウンタのカウンタ値がいずれの範囲にあるときに、内燃機関１０のいずれかの気筒が圧縮行程の終期にあり、スタータモータ８の消費電力が大きくなるかを予め調査しておく。そして、クランクカウンタのカウンタ値がその範囲にある期間は、自動的にバッテリ５からヒータ４への電力供給を停止し、ヒータ通電状態をＯＦＦとする。換言すると、いずれの気筒も圧縮行程の終期になく、スタータモータ８の消費電力が小さいと考えられる期間にのみ自動的にバッテリ５からヒータ４への電力供給を行う。例えば、図４におけるクランクカウンタ値がＤ時点の後、９０度から１５０度の範囲、Ｅ時点の後６０度から１２０度までの範囲などにおいては、バッテリ５からヒータ４への電力供給を行う。

このヒータ通電制御においては、上記のように、クランクポジションセンサ１１の信号を検出することにより、クランク角に基づくスタータモータ４の消費電力の変動を検出している。このことにより、簡単な制御及び装置によって、内燃機関１０のクランキング期間において、スタータモータ８への電力供給が大きくなる状態と、ヒータへの電力供給が重なることを抑制でき、バッテリの容量不足による始動性の悪化を抑制することができる。なお、上記したヒータ通電制御において、消費電力変動検出手段は、クランクポジションセンサ１１、カムポジションセンサ１２、クランクカウンタを備えるＥＣＵ２１を含んで構成される。

なお、図４に示すように、クランクカウンタによるカウントが開始すると、クランク軸の回転数Ｎｅを検出することが可能となる。そして、このＮｅが所定の閾値以上に大きくなったＦ時点以降は、バッテリ５からヒータ４への電力供給を継続するようにしてもよい。これは、Ｎｅが大きくなると、慣性力によって、スタータモータ８に対する必要トルクが減少するなどの理由で、クランク軸の角度にかかわらず、スタータモータ８の消費電力が充分に減少するからである。ここで、Ｎｅの所定の閾値とは、クランク軸の回転数がそれより大きい場合には、スタータモータ８の消費電力が充分小さいと判断できる回転数である。

次に実施例２について説明する。本実施例における内燃機関１０のハード構成については、実施例１において説明したものと同じであるので説明は省略する。実施例１と同じ構成については同じ符号を用いる。

本実施例においては、内燃機関１の始動前後において、インジェクタ９から噴射されるべき燃料を充分プレヒートするために、バッテリ５からヒータ４に供給すべき要求電力量を予め決定し、一方で、ヒータ４によるプレヒートの開始以降、バッテリ５からヒータ４に供給された積算供給電力量を算出する。そして、クランキング終了時における積算供給電力量が、要求電力量より小さい場合には、クランキング終了後にも、バッテリ５からヒータ４に電力を供給する、ヒータ４への通電制御について説明する。

図５には、本実施例におけるヒータ通電状態と、それに伴って変化する、内燃機関１の始動準備に関連する項目について示した図である。図５においては、横軸はヒータ４によるプレヒートが開始されてからの時間、縦軸は、ヒータ通電状態及び、それに伴う、エンジン水温、ヒータ積算供給電力量、インジェクタ９における噴射燃料量、噴射燃料の温度を示している。

図５におけるＧ時点においてヒータ４によるプレヒートが開始される。この際、ヒータ４の加熱によって燃料温度を、良好な機関性能を得るのに充分高温にするための要求電力量が導出される。この要求電力量は、予め定められた一定値でも良いし、プレヒート開始時の気温もしくは冷却水温などから、最適値をマップから読み出すようにしてもよい。ここで、上記の要求電力量の値あるいは、マップは、ＥＣＵ２１に備えられたＲＯＭに記憶されている。従って、本実施例における電力量決定手段は、ＥＣＵ２１を含んで構成される。

上記のプレヒート開始により、燃料温度は上昇を開始する。また、プレヒートの開始以降、ヒータ４に供給した合計の電力量であるヒータ積算供給電力量は、直線的に増加する。このヒータ積算供給電力量は、バッテリ５からヒータ４に供給される電流値にバッテリ電圧を乗じた供給電力値を時間で積算することによって求めても良い。

次に、Ｈ時点において、搭乗者の操作によって、スタータモータ８がＯＮし、クランキングが開始される。ここにおいて、Ｇ時点からＨ時点までの間にバッテリ５からヒータ４に供給されたヒータ積算供給電力量と、要求電力量とが比較され、ヒータ積算供給電力量が要求電力量より小さい場合には、図５に示すように、クランキング中にも、バッテリ５からヒータ４への通電が行われる。

このクランキング中における、ヒータ４への通電制御は、実施例１に示したように、スタータモータ８における消費電力が所定値未満の場合のみに、ヒータ４に通電するようにする。このクランキング期間においては、クランキング期間の途中からエンジンの燃焼が開始するため、エンジン水温は上昇を開始する。また、ヒータ積算供給電力量は、プレヒート時のように直線的に増加するのではなく、ヒータ４に通電があった期間のみにおいて除々に増加を繰り返す。

なお、このクランキング期間中におけるヒータ積算供給電力量も、プレヒート時と同様、バッテリ５からヒータ４に供給される電流値にバッテリ電圧を乗じた供給電力値を各々の通電期間における時間で積算することによって求めても良い。

そして、内燃機関１０が始動し、スタータモータ８によるクランキングが終了した時点において、ヒータ積算供給電力量が要求電力量より小さい場合には、クランキング終了後においても、ヒータ４への通電を行う。但し、クランキング終了後は、スタータモータ８の回転は停止しているので、クランク軸の角度と関係なく、ヒータ積算供給電力量が要求電力量に達するまで、最大限の通電を行う。なお、クランキング終了後におけるヒータ積算供給電力量も、バッテリ５からヒータ４に供給される電流値にバッテリ電圧を乗じた供給電力値を時間で積算することにより求められる。

このことにより、内燃機関１０のクランキング終了後においては、インジェクタ９から噴射される燃料温度を、良好な機関性能が得られる燃料温度まで短期間で上昇させることができる。

以上、説明したように、本実施例においては、インジェクタ９から噴射されるべき燃料の温度を、良好な機関性能が得られる温度まで上昇させるのに必要な要求電力量を予め決定し、クランキング終了時において、ヒータ積算供給電力量が要求電力量に達していない場合には、クランキング終了後も、ヒータ４への通電を行う。

従って、プレヒートを開始してから、クランキング終了までの間にバッテリ５からヒータ４に供給されたヒータ積算供給電力量がばらついても、確実に、燃料温度を良好な機関性能が得られる温度まで上昇させることができる。結果として、内燃機関１０のクランキ
ング終了後における機関性能を短期間で向上させることができる。

また、本発明においては、図５におけるプレヒート開始以降のヒータ積算供給電力量に応じて、インジェクタ９から噴射する燃料量を変更するようにしてもよい。すなわち、Ｉ時点におけるヒータ積算供給電力量に応じて、Ｉ時点において噴射する燃料量を変更するようにする。また、その後においても、図５におけるＩ時点以降に示すように、バッテリ５からヒータ４に電力が供給されることによる、ヒータ積算供給電力量の増加に応じて、インジェクタ９からの燃料噴射量を変化させるとよい。

ここで、ヒータ積算供給電力量と、インジェクタ９から噴射される燃料の燃料温度との関係は、図５に示すように、略一対一に対応させることができる。また、インジェクタ９から噴射される燃料噴射量の最適値は、燃料温度に対して図６に示すような関係を有する。すなわち、燃料温度が上昇するにつれ、微粒子化が向上し、壁面付着燃料が減少するため、内燃機関１０の最適燃料噴射量が減少する。

そこで、ヒータ積算供給電力量と、その電力量により加熱された燃料を最適に微粒化できる燃料量との関係をマップ化しておき、クランキング開始以降において、インジェクタ９から、そのマップから読み出した燃料量を噴射するようにする。このことにより、燃料温度がヒータ４によって充分加熱される前においても、クランキング開始当初より、インジェクタ９から噴射される燃料を最適に微粒化させることができ、噴射燃料量を必要最低限に抑えることができる。また、良好な機関性能を得ることができる。すなわち、ＨＣの排出量の低減、好適な燃焼といった良好な性能を得ることができる。

なお、本実施例において、上記マップから読み出した燃料量を噴射する期間は、クランキング終了後としてもよい。その場合は、クランキング終了当初より、インジェクタ９から噴射される燃料を最適に微粒化させることができ、噴射燃料量を必要最低限に抑えることができる。また、良好な機関性能を得ることができる。

また、本実施例においては、プレヒート中、クランキング中、クランキング後の各々の期間において、ヒータ積算供給電力量が要求電力量に達した場合には、その時点で、ヒータ４への通電を停止するとよい。そうすることにより、ヒータ４に不要な電力を供給することがなくなり、内燃機関１０のクランキング前後における消費電力を低減することができる。例えば、図５においては、Ｊ時点から、ヒータ４に対し最大限の通電を行っているが、Ｋ時点においてヒータ積算供給電力量が要求電力量に達することにより、通電を停止している。

実施例１に係る内燃機関の始動準備システムの概略構成を示すブロック図である。 実施例１におけるヒータ通電タイミングを示すタイムチャートである。 スタータモータ８における消費電力の変動と、スタータモータ８に流れる電流及びバッテリ５の電圧の変動との関係を示す図である。 実施例１におけるヒータ通電タイミングの別の例を示すタイムチャートである。 実施例２におけるヒータ通電状態と、それに伴う内燃機関の始動準備に関連する項目の変化を示したタイムチャートである。 燃料温度と、最適な噴射燃料量の関係を示す図である。

符号の説明

１・・・燃料タンク
２・・・燃料ポンプ
３・・・燃料通路
４・・・ヒータ
５・・・バッテリ
６・・・デリバリパイプ
７・・・ドアセンサ
８・・・スタータモータ
９・・・インジェクタ
１０・・・内燃機関
１０ａ・・・燃焼室
１１・・・クランクポジションセンサ
１２・・・カムポジションセンサ
１５・・・コントロール回路
２１・・・ＥＣＵ

Claims (5)

1. 内燃機関に備えられたバッテリから電力供給を受けることにより、前記内燃機関をクランキングさせるスタータモータと、
   前記内燃機関のクランキング開始前より、前記バッテリから電力供給を受けることにより該内燃機関の始動の準備をする始動準備手段と、
   前記内燃機関のクランキング中における、前記内燃機関のクランク角に基づく前記スタータモータの消費電力の変動を検出する消費電力変動検出手段と、
   を備え、
   前記内燃機関のクランキング中の所定期間において、前記消費電力変動検出手段により検出された前記スタータモータの消費電力の変動を加味した前記スタータモータの消費電力が所定値以上である場合には、前記バッテリから前記始動準備手段への電力の供給を停止することを特徴とする内燃機関の始動準備システム。
2. 前記内燃機関のクランキング前後において、前記始動準備手段に前記バッテリから供給されるべき要求電力量を決定する電力量決定手段をさらに備え、
   前記始動準備手段による始動準備の開始以降に、前記バッテリから前記始動準備手段に供給された積算供給電力量が、前記クランキング終了時において、前記要求電力量より小さい場合は、前記内燃機関のクランキング終了後に、前記バッテリから前記始動準備手段へ電力をさらに供給することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動準備システム。
3. 前記始動準備手段は、前記内燃機関において燃料噴射弁から噴射される燃料をプレヒートするヒータであり、
   前記ヒータによるプレヒートの開始以降に、前記バッテリから前記ヒータに供給された積算供給電力量に応じて、前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を変更することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の始動準備システム。
4. 前記積算供給電力量が、前記要求電力量に達した場合に、前記バッテリから前記始動準備手段への電力の供給を停止することを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の始動準備システム。
5. 内燃機関に備えられたバッテリから電力供給を受けることにより、前記内燃機関をクランキングさせるスタータモータと、
   前記内燃機関のクランキング開始前より、前記バッテリから電力供給を受けることにより該内燃機関の始動の準備をする始動準備手段と、
   前記内燃機関のクランキング中に、前記内燃機関のクランク角に基づいて前記スタータモータの消費電力が変動することによる前記バッテリの電圧変動を検出するバッテリ電圧変動検出手段と、
   を備え、
   前記内燃機関のクランキング中の所定期間において、前記バッテリ電圧変動検出手段により検出された前記バッテリの電圧変動を加味した前記バッテリの電圧が所定値以下である場合には、前記バッテリから前記始動準備手段への電力の供給を停止することを特徴とする内燃機関の始動準備システム。

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