JP2006057529A - エンジン始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動装置において、大幅なコスト増をすることなくスタータモータを用いずに始動可能とする。
【解決手段】燃焼室１８に燃料を直接噴射するインジェクタ２９及び燃焼室１８の混合気に点火する点火プラグ３０を設けると共に、エンジン１０のクランク角度を検出するクランク角センサ４１、クランクケース１５内を加圧する加圧ポンプを設け、ＥＣＵ３９は、エンジン１０の自動停止後に加圧ポンプ４４を駆動してクランクケース１５内を加圧する一方、再始動指令が入力されたときに、クランク角センサ４１が検出した膨張行程にある気筒に対して燃料噴射を実行すると共に点火を実行するようにしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スタータモータを用いることなくエンジンを始動させるエンジン始動装置に関するものである。

近年、排気ガス対策や燃費向上などの手法として、車両がアイドル状態で停止しているときにエンジンを自動的に停止させ、発進時に自動的に再始動して円滑に発進させるようにした技術が各種提案されている。この場合、エンジンの再始動に時間が掛かるとドライバの発進意思に対してレスポンスが遅れてドライバビリティが悪化するため、素早く再始動させることが重要である。ところが、エンジンを始動する場合、一般にスタータモータを用いており、頻繁にエンジンの停止と始動を繰り返すことで、このスタータモータや周辺部品の寿命低下、また、バッテリーの使用過多による充電量の低下などを招いてしまう。

そこで、例えば、下記特許文献１では、燃料を吸気ポートではなく燃焼室に直接噴射する筒内噴射式のエンジンにて、スタータを用いることなくエンジンを始動可能としている。この特許文献１に記載された「エンジン始動装置」は、膨張行程にある気筒を検出し、補助吸気弁を開いてエアタンク内の圧縮空気を膨張行程にある気筒に導入すると共に、気筒内の空気量に応じて所定量の燃料を噴射し、気筒内の混合気に点火することで燃焼させ、発生した膨張力によりピストンを押し下げて自己始動させるものである。

特開平８−０６１１８９号公報

上述した従来の「エンジン始動装置」にあっては、膨張行程にある気筒に空気を導入するために、補助吸気弁、アクチュエータ、エアタンク、エアポンプ、エア配管、圧力センサなどが別途必要となり、エンジン自体を大幅に改良しなければならず、製造コストが上昇してしまうという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、大幅なコスト増をすることなくスタータモータを用いずに始動可能としたエンジン始動装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のエンジン始動装置は、燃焼室と、該燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、前記吸気ポート及び前記排気ポートを開閉する吸気弁及び排気弁と、前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室内の混合気に点火する点火手段と、エンジンのクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、クランク室内を加圧する加圧手段と、前記加圧手段により前記クランク室を加圧する一方、始動時に前記クランク角度検出手段の検出結果に基いて膨張行程にある気筒を検出して該気筒に対して前記燃料噴射手段により燃料噴射を実行すると共に前記点火手段により点火を実行する制御手段とを具えたことを特徴とするものである。

また、本発明のエンジン始動装置では、前記制御手段は、自動停止したエンジンに対して前記加圧手段により前記クランク室を加圧し、エンジン再始動条件が成立したときに、膨張行程にある気筒に対して前記燃料噴射及び前記点火を実行することを特徴としている。

本発明のエンジン始動装置では、前記制御手段は、停止状態にあるエンジンに対して前記加圧手段により前記クランク室を加圧し、エンジン始動スイッチが入力されたときに、膨張行程にある気筒に対して前記燃料噴射及び前記点火を実行することを特徴としている。

本発明のエンジン始動装置では、エンジン冷却水温を検出する冷却水温検出手段を設け、前記制御手段は、該冷却水温検出手段が検出したエンジン冷却水温に基いて前記加圧手段による前記クランク室の加圧力を設定することを特徴としている。

本発明のエンジン始動装置では、前記制御手段は、前記クランク角度検出手段が検出したエンジン停止時のクランク角度に基いて前記加圧手段による前記クランク室の加圧力を設定することを特徴としている。

本発明のエンジン始動装置では、前記制御手段は、前記加圧手段が前記クランク室を加圧するとき、ＰＣＶ弁またはスロットル弁または排気制御弁を閉塞することを特徴としている。

本発明のエンジン始動装置によれば、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段及び燃焼室内の混合気に点火する点火手段を設けると共に、エンジンのクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、クランク室内を加圧する加圧手段を設け、制御手段は、加圧手段によりクランク室を加圧する一方、始動時にクランク角度検出手段が膨張行程にある気筒を検出し、その気筒に対して燃料噴射を実行すると共に点火を実行するようにしたので、クランク室を加圧することで、クランク内の圧縮空気がシリンダボアとピストンとのピストンリングの合口隙間を通って膨張行程にある気筒内に導入されて所定の酸素量が確保されることとなり、この膨張行程にある気筒の爆発力を高めることができ、大幅な改良によるコスト増を行うことなく、スタータモータを用いずにエンジンを確実に始動することができる。

以下に、本発明に係るエンジン始動装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係るエンジン始動装置を表す概略構成図、図２は、実施例１のエンジン始動装置におけるエンジン制御を表すフローチャート、図３−１から図３−４は、エンジン停止時における気筒内挙動を表す概略図、図４は、エンジン停止時における筒内圧を表すグラフである。

実施例１のエンジン始動装置が適用されたエンジンにおいて、図１に示すように、このエンジン１０は、筒内噴射式の６気筒火花点火エンジンである。このエンジン１０にて、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。

燃焼室１８は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とピストン１４により構成されており、この燃焼室１８は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。従って、この吸気弁２１及び排気弁２２が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。

吸気ポート１９には、インテークマニホールド２３を介してサージタンク２４が連結され、このサージタンク２４に吸気管２５が連結されており、この吸気管２５の空気取入口にはエアクリーナ２６が取付けられている。そして、このエアクリーナ２６の下流側にスロットル弁２７を有する電子スロットル装置２８が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）２９が装着されており、このインジェクタ２９は、吸気ポート１９側に位置し、上下方向に所定角度傾斜している。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ（点火手段）３０が装着されている。

また、エンジン１０内とスロットル弁２７よりも下流側の吸気管２５との間には、第１ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）通路３１が設けられており、この第１ＰＣＶ通路３１にはＰＣＶ弁３２が設けられている。このＰＣＶ弁３２は、電磁開閉式の一方向一定流量弁である。また、エンジン１０内とエアクリーナ２６との間には第２ＰＣＶ通路３３が設けられており、この第２ＰＣＶ通路３３には逆止弁３４が設けられている。この各ＰＣＶ通路３１，３３はエンジン１０内に発生したブローバイガスを吸気系に排出するものである。従って、燃焼室１８などで発生したブローバイガスは、シリンダボア１３とピストン１４とのピストンリングの合口隙間を通ってクランクケース１５内に入り、図示しないオイル通し孔を通って上昇し、シリンダヘッド１２の上部に締結されたヘッドカバー内に至る。そして、エンジン１０内に溜まったブローバイガスは、ＰＣＶ弁３２を開放することで、吸気負圧により第１ＰＣＶ通路３１を通して吸気管２５に吸入される一方、エアクリーナ２６の空気が第２ＰＣＶ通路３３及び逆止弁３４を通ってエンジン１０内に導入される。

一方、排気ポート２０には、エギゾーストマニホールド３５を介して排気管３６が連結されており、この排気管３６には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する触媒装置３７，３８が装着されている。

また、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）３９が搭載されており、このＥＣＵ３９は、インジェクタ２９や点火プラグ３０などを制御可能となっている。即ち、吸気管２５の上流側にはエアフローセンサ４０が装着されており、計測した吸入空気量をＥＣＵ３９に出力している。また、電子スロットル装置２８は、現在のスロットル開度をＥＣＵ３９に出力している。更に、クランク角センサ（クランク角度検出手段）４１は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ３９に出力し、このＥＣＵ３９は検出したクランク角度に基いて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、シリンダヘッド１２にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ４２が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ３９に出力している。従って、ＥＣＵ３９は、検出した吸入空気量、スロットル開度(またはアクセル開度)、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて、燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。

このように構成されたエンジン１０は、車両がアイドル状態で停止しているときにエンジンを自動的に停止させるエンジン自動停止機能と、エンジンが自動停止しているときに発信指令により自動的に再始動させるエンジン再始動機能を有している。そして、本実施例では、エンジン１０の再始動時に、スタータモータを使用せずに、筒内噴射機構を用いてエンジン１０を着火始動するようにしている。

即ち、制御手段としてのＥＣＵ３９は、エンジン１０の停止後に、クランク角センサ４１の検出結果に基いて、膨張行程で停止している気筒を判別し、エンジンの再始動時に、この膨張行程で停止している気筒に対して空気（酸素）を供給すると共に燃料を噴射し、混合気に点火することで爆発力を得てピストン１４を介してクランクシャフト１６を駆動し、エンジン１０を再始動する。この場合、エンジン１０が停止してから再始動するまでに所定時間が経過するため、燃焼室１８内にある空気が漏れてしまい、所定の爆発力を得るための空気量が不足してしまう。

エンジン１０の停止時における気筒内の挙動について説明する。エンジン１０が６気筒であることから、図３−１に示すように、例えば、第１気筒＃１が上死点（ＴＤＣ）を越えて膨張行程で停止するとき、続く第２気筒＃２は圧縮行程で停止し、続く第３気筒＃３は吸気から圧縮に至る下死点（ＢＴＤＣ）近傍で停止する。このとき、図３−２に示すように、燃料噴射の停止及び点火の停止により爆発力がなくなり、第２気筒＃２がＴＤＣ手前の圧縮行程にあるため、この気筒のピストン１４が下降してクランクシャフト１６が若干逆転するなどしてから停止する。本実施例では、膨張行程で停止した第１気筒＃１に燃料を噴射して着火始動することから、図３−３に示すように、第１気筒＃１がＴＤＣを超えた６０ＡＴＤＣ近傍で停止することが望ましい。

そして、エンジン１０の停止直後は、第１気筒＃１及び第２気筒＃２に残圧があるものの、図３−４に示すように、所定時間経過後には、第１気筒＃１及び第２気筒＃２の燃焼室１８から空気が漏れてします。即ち、図４に示すように、燃料噴射を停止すると、エンジン回転速度が徐々に低下し、クランクシャフト１６の停止直前に逆転が発生し、停止後には、第１気筒＃１及び第２気筒＃２の筒内圧が低下しており、燃焼室１８から空気が漏れていることがわかる。

この場合、膨張行程にある第１気筒＃１と圧縮行程にある第２気筒＃２は、吸気弁２１及び排気弁２２が閉じているために燃焼室１８内の圧縮空気が吸気ボート１９及び排気ポート２０から漏れることはない。実際には、燃焼室１８内の圧縮空気は、シリンダボア１３とピストン１４とのピストンリングの合口隙間を通ってクランクケース１５に流動し、このクランクケース１５から吸気行程及び排気行程にある気筒の燃焼室に流動し、吸気弁２１及び排気弁２２により開放状態にある吸気ボート１９及び排気ポート２０から外部に圧縮空気が漏れていることがわかった。

そこで、本実施例では、図１に示すように、クランクケース１５の室内を加圧する加圧手段として、エアクリーナ２６とクランクケース１５とを連通する加圧配管４３を設けると共に、この加圧配管４３に加圧ポンプ４４を装着している。そして、ＥＣＵ３９は、エンジン１０の自動停止時に、加圧ポンプ４４を駆動して加圧配管４３を通してクランクケース１５内に圧縮空気を供給することで、クランクケース１５内を加圧して空気、つまり酸素をシリンダボア１３とピストン１４とのピストンリングの合口隙間から膨張行程及び圧縮行程で停止している気筒（前述した第１気筒＃１気筒及び第２気筒＃２）に供給する。そして、膨張行程にある気筒（前述した第１気筒＃１気筒）に対してインジェクタ２９により燃料を噴射すると共に点火プラグ３０により混合気に点火することで、エンジン１０は爆発力を得てピストン１４を介してクランクシャフト１６を駆動することとなり、再始動される。

なお、この加圧手段としての加圧ポンプは、例えば、触媒を早期に活性化するために噴射された燃料に対して空気を供給するための排気エアインジェクション用ポンプである。また、加圧手段は、この排気エアインジェクション用ポンプに限らず、エアサスペンション用の電動エアポンプなどを流用しても良く、また、別途専用の加圧ポンプを搭載しても良い。

ここで、上述した実施例１のエンジン始動装置の作動制御について、図２のフローチャートに基いて詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、ステップＳ１では、車両の運転中にエンジン１０の自動停止条件が成立したかどうかを判定する。ここで、エンジン１０の自動停止とは、アイドル運転中にエンジンを停止する、所謂、アイドルストップであり、例えば、エンジン１０の自動停止条件とは、車速が０km/h、ブレーキスイッチがＯＮ状態、シフトレバーの操作位置がニュートラル（Ｎ）位置であることが所定時間継続したことであり、このとき、車両は赤信号灯で停車していると判断して自動停止条件が成立したと判定する。なお、車両の減速中にもエンジン１０を停止しても良く、この場合、エンジン１０の自動停止条件とは、車速が一定速度以下、エンジン回転数が一定回転以下、エンジン冷却水温が一定温度以下、冷暖房装置がＯＦＦ状態であり、このとき、車両は減速中であると判断して自動停止条件が成立したと判定する。

このステップＳ１にて、エンジン１０の自動停止条件が成立したと判定されると、ステップＳ２に移行して、インジェクタ２９による燃料噴射を停止すると共に、点火プラグ３０による点火を停止する。そして、ステップＳ３にて、ＰＣＶ弁３２を閉止して第１ＰＣＶ通路３１を閉塞し、ステップＳ４にて、加圧ポンプ４４を駆動して加圧配管４３を通してクランクケース１５内に圧縮空気を供給することで、クランクケース１５内を加圧する。この場合、インジェクタ２９による燃料噴射の停止及び点火プラグ３０による点火の停止をエンジン１０の停止として、ＰＣＶ弁３２による第１ＰＣＶ通路３１の閉塞と、加圧ポンプ４４の駆動によるクランクケース１５内の加圧を実行したが、例えば、エンジン回転数が所定回転数以下まで低下したときにエンジン１０の停止と判断してもよい。

ステップＳ５では、エンジン１０が自動停止している状態で、エンジン再始動条件が成立したかどうかを判定する。ここで、エンジン１０の再始動条件とは、例えば、車速が０km/h、ブレーキスイッチがＯＮ状態、シフトレバーの操作位置が走行（１、２、Ｄ、Ｒ）位置であるときに、ドライバに発進する意思があると判断して再始動条件が成立したと判定する。このステップＳ５にて、エンジン１０の再始動条件が成立したと判定されると、ステップＳ６に移行して、エンジン１０を着火始動する。

即ち、エンジン１０の自動停止中に、加圧ポンプ４４によりクランクケース１５内が加圧されており、圧縮空気がこのクランクケース１５からシリンダボア１３とピストン１４とのピストンリングの合口隙間を通って膨張行程で停止している気筒の燃焼室１８に供給されており、燃焼室１８内には所定量の酸素が充填されている。そのため、クランク角センサ４１の検出結果に基いて膨張行程で停止している気筒を判別し、この膨張行程で停止している気筒の燃焼室１８に対してインジェクタ２９により所定量の燃料を噴射し、点火プラグ３０により混合気に点火することで、この気筒は爆発力を得てピストン１４を下降させる。

また、膨張行程で停止している気筒に続く気筒、つまり、圧縮行程で停止している気筒に対しても、圧縮空気がクランクケース１５からシリンダボア１３とピストン１４とのピストンリングの合口隙間を通って燃焼室１８に供給され、所定量の酸素が充填してしる。そのため、この膨張行程で停止している気筒に続いて、圧縮行程で停止している気筒の燃焼室１８に対して、同様に、インジェクタ２９により所定量の燃料を噴射し、点火プラグ３０により混合気に点火することで、この気筒は爆発力を得てピストン１４を下降させる。そして、この圧縮行程で停止している気筒に続く気筒に対しては、通常通りに吸気ポート１９から空気を吸入し、インジェクタ２９から所定量の燃料を噴射すると共に、点火プラグ３０により混合気に点火することで、爆発力を得てピストン１４を下降させることとなり、こられの爆発力が所定時間継続させることでクランクシャフト１６を駆動し、エンジン１０を再始動させる。

ステップＳ７では、エンジン１０の着火始動が完了したかどうかを判定し、着火始動ができなかった場合には、ステップＳ８でスタータモータによりエンジン１０を始動する。そして、着火始動またはスタータモータ始動によりエンジン１０が再始動されると、ステップＳ９にて、ＰＣＶ弁３２を開放して第１ＰＣＶ通路３１を開放し、ステップＳ１０にて、加圧ポンプ４４を停止してクランクケース１５内の加圧を終了する。

このように実施例１のエンジン始動装置にあっては、燃焼室１８に燃料を直接噴射するインジェクタ２９及び燃焼室１８の混合気に点火する点火プラグ３０を設けると共に、エンジン１０のクランク角度を検出するクランク角センサ４１、クランクケース１５内を加圧する加圧ポンプを設け、ＥＣＵ３９は、エンジン１０の自動停止後に加圧ポンプ４４を駆動してクランクケース１５内を加圧する一方、再始動指令が入力されたときに、クランク角センサ４１が検出した膨張行程にある気筒に対して燃料噴射を実行すると共に点火を実行するようにしている。

従って、エンジン１０の自動停止後に、加圧ポンプ４４を駆動してクランクケース１５内に圧縮空気を供給して加圧することで、クランクケース１５内の圧縮空気がシリンダボア１３とピストン１４とのピストンリングの合口隙間を通って膨張行程にある気筒の燃焼室１８に作用するため、燃焼室１８に残存する空気が漏れることなく所定の酸素量が確保されることとなり、エンジン１０の再始動時に、この膨張行程で停止している気筒の燃焼室１８に燃料を噴射して点火することで爆発力を高めることができ、スタータモータを用いずにエンジン１０を確実に始動することができる。

この場合、本実施例では、車両がアイドル状態で停止しているときにエンジン１０を自動的に停止させるエンジン自動停止機能を有しており、このエンジン１０が自動停止している間に加圧ポンプ４４を駆動してクランクケース１５内を加圧することで、エンジン１０を再始動させるときの始動性を確実に向上することができる。

また、エンジン１０に対して燃料噴射の停止及び点火の停止を実行した後に、加圧ポンプ４４を駆動してクランクケース１５内に圧縮空気を供給して加圧するようにしている。従って、エンジン１０の空転時からクランクケース１５内を加圧することで、回転が完全に停止した直後でも、燃焼室１８内に所定量の空気を確保することができ、どのような条件下でもエンジン１０を確実に再始動することができる。

更に、加圧ポンプ４４を駆動してクランクケース１５内を加圧するとき、ＰＣＶ弁３２を閉止して第１ＰＣＶ通路３１を閉塞するようにしている。従って、クランクケース１５内の加圧空気が第１ＰＣＶ通路３１から排出されることはなく、開放している気筒からの空気漏れを防止して確実に燃焼室１８内に所定量の空気を確保することができ、加圧ポンプ４４の容量を低減することができる。この場合、エンジン１０の運転中は、加圧ポンプ４４を駆動してクランクケース１５内を加圧しないため、ブローバイガスの漏れを防止することができ、このブローバイガスを適正に処理することができる。

そして、クランクケース１５内を加圧するための加圧手段として既存の加圧ポンプ４４を用いることで、エンジン１０の大幅な改良を行う必要はなく、製造コストの上昇を抑制することができる。

図５は、本発明の実施例２に係るエンジン始動装置において加圧ポンプを制御するための制御マップである。なお、実施例２のエンジン始動装置の概略構成は、前述した実施例１とほぼ同様であるため、図１を用いて説明する。

実施例２のエンジン始動装置では、図１に示すように、エアクリーナ２６とクランクケース１５とを加圧配管４３により連通し、この加圧配管４３に加圧ポンプ４４を装着しており、ＥＣＵ３９は、エンジン１０の停止時に加圧ポンプ４４を駆動する一方、エンジン１０の再始動完了後に加圧ポンプ４４を停止する。そして、ＥＣＵ３９は、水温センサ４２が検出したエンジン冷却水温に基いてこの加圧ポンプ４４によるクランクケース１５内の加圧力を調整するようにしている。

エンジン１０を始動して所定時間が経過すると、エンジン１０自体が高温となって燃焼室１８内の空気密度が上昇して酸素濃度が低下する。また、ピストン１４が膨張し、シリンダボア１３とピストン１４とのピストンリングの合口隙間が減少し、クランクケース１５内の圧縮空気が燃焼室１８に導入されにくくなる。従って、エンジン１０の温度上昇に比例するエンジン冷却水温に応じて加圧ポンプ４４によるクランクケース１５内の加圧力を調整する。具体的には、ＥＣＵ３９が、図５に示すようなエンジン冷却水温に対する加圧力のマップを用いて加圧ポンプ４４を駆動制御する。この場合、クランクケース１５内に圧力センサを設け、この圧力センサの検出値に応じて加圧ポンプ４４を駆動制御したり、クランクケース１５に圧力制御弁またはリリーフ弁を設けてクランクケース１５内の圧力を所定値に維持するようにしてもよい。

従って、ＥＣＵ３９は、エンジン１０の自動停止時に、加圧ポンプ４４を駆動して加圧配管４３を通してクランクケース１５内に圧縮空気を供給するが、水温センサ４２が検出したエンジン冷却水温に応じて加圧ポンプ４４を駆動制御する。即ち、エンジン冷却水温が高くなる程、加圧ポンプ４４の回転数を上昇することで、クランクケース１５内の圧力を上昇させる。そのため、クランクケース１５内の圧力をエンジン冷却水温に応じて設定することで、高圧空気、つまり、酸素をシリンダボア１３とピストン１４とのピストンリングの合口隙間から膨張行程及び圧縮行程で停止している気筒に確実に供給することができる。そして、膨張行程にある気筒に対して、インジェクタ２９により燃料を噴射すると共に点火プラグ３０により混合気に点火することで、エンジン１０は爆発力を得てピストン１４を介してクランクシャフト１６を駆動し、再始動することができる。

このように実施例２のエンジン始動装置にあっては、エンジン１０の自動停止後に加圧ポンプ４４を駆動してクランクケース１５内を加圧し、再始動指令が入力されたときに、膨張行程にある気筒に対して燃料噴射及び点火を実行するが、水温センサ４２が検出したエンジン冷却水温に基いて加圧ポンプ４４によるクランクケース１５内の加圧力を調整するようにしている。

従って、エンジン１０の自動停止後に、エンジン冷却水温に応じて加圧ポンプ４４を駆動制御し、クランクケース１５内を適正な圧力で加圧することで、クランクケース１５内の圧縮空気をシリンダボア１３とピストン１４とのピストンリングの合口隙間を通して膨張行程で停止した気筒の燃焼室１８に確実に供給して所定の酸素量を確保することができ、エンジン１０の再始動時には、エンジン１０の温度変化にかかわらず、膨張行程で停止している気筒の燃焼室１８に燃料を噴射して点火することで爆発力を確実に高めることができ、この温度変化が原因で生じる爆発力の低下を防止してスタータモータを用いずにエンジン１０を確実に始動することができる。

図６は、本発明の実施例３に係るエンジン始動装置において加圧ポンプを制御するための制御マップである。なお、実施例３のエンジン始動装置の概略構成は、前述した実施例１とほぼ同様であるため、図１を用いて説明する。

実施例３のエンジン始動装置では、図１に示すように、エアクリーナ２６とクランクケース１５とを加圧配管４３により連通し、この加圧配管４３に加圧ポンプ４４を装着しており、ＥＣＵ３９は、エンジン１０の停止時に加圧ポンプ４４を駆動する一方、エンジン１０の再始動完了後に加圧ポンプ４４を停止する。そして、ＥＣＵ３９は、クランク角センサ４１が検出した膨張行程で停止した気筒のクランク角度に基いてこの加圧ポンプ４４によるクランクケース１５内の加圧力を調整するようにしている。

エンジン１０を着火始動する場合、膨張行程で停止した気筒に燃料噴射及び点火を実行して始動するため、この膨張行程で停止した気筒のクランク角度が始動するための爆発力に大きな影響を与える。ＴＤＣ側の膨張行程で停止した場合、燃焼室１８の容積が小さく酸素量も少なくなる。一方、ＢＴＤＣ側の膨張行程で停止した場合、膨張行程で停止した気筒に後続する圧縮行程で停止した気筒の燃焼室１８の容積が小さく酸素量も少なくなる。そのため、膨張行程で停止した気筒、または、圧縮行程で停止した気筒の爆発力が不十分となり、連続した爆発によるクランクシャフト１６の連続回転が困難となる。従って、膨張行程で停止した気筒のクランク角度に応じて加圧ポンプ４４によるクランクケース１５内の加圧力を調整する。具体的には、ＥＣＵ３９が、図６に示すようなクランク角度に対する加圧力のマップを用いて加圧ポンプ４４を駆動制御する。なお、所定のクランク角度の範囲θが適正停止範囲である。

従って、ＥＣＵ３９は、エンジン１０の自動停止時に、加圧ポンプ４４を駆動して加圧配管４３を通してクランクケース１５内に圧縮空気を供給するが、クランク角センサ４１が検出したクランク角度に応じて加圧ポンプ４４を駆動制御する。即ち、最適クランク角度６０ＡＴＤＣ近傍からその前後にずれる程、加圧ポンプ４４の回転数を上昇することで、クランクケース１５内の圧力を上昇させる。そのため、クランクケース１５内の圧力をクランク角度に応じて設定することで、高圧空気、つまり、酸素をシリンダボア１３とピストン１４とのピストンリングの合口隙間から膨張行程及び圧縮行程で停止している気筒に確実に供給することができる。そして、膨張行程にある気筒に対して、インジェクタ２９により燃料を噴射すると共に点火プラグ３０により混合気に点火することで、エンジン１０は爆発力を得てピストン１４を介してクランクシャフト１６を駆動し、再始動することができる。

このように実施例３のエンジン始動装置にあっては、エンジン１０の自動停止後に加圧ポンプ４４を駆動してクランクケース１５内を加圧し、再始動指令が入力されたときに、膨張行程にある気筒に対して燃料噴射及び点火を実行するが、クランク角センサ４１が検出した膨張行程で停止した気筒のクランク角度に基いて加圧ポンプ４４によるクランクケース１５内の加圧力を調整するようにしている。

従って、エンジン１０の自動停止後に、クランク角度に応じて加圧ポンプ４４を駆動制御し、クランクケース１５内を適正な圧力で加圧することで、クランクケース１５内の圧縮空気をシリンダボア１３とピストン１４とのピストンリングの合口隙間を通して膨張行程で停止した気筒の燃焼室１８に確実に供給して所定の酸素量を確保することができ、エンジン１０の再始動時には、クランク角度、つまり、エンジンの停止位置変化にかかわらず、膨張行程で停止している気筒の燃焼室１８に燃料を噴射して点火することで爆発力を確実に高めることができ、停止クランク位置が原因で生じる後続気筒のコンプレッショントルクの不足を防止してスタータモータを用いずにエンジン１０を確実に始動することができる。

図７は、本発明の実施例４に係るエンジン始動装置を表す概略構成図、図８は、実施例４のエンジン始動装置におけるエンジン制御を表すフローチャートである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

本実施例のエンジン始動装置は、図７に示すように、エンジン１０が完全に停止している状態から始動する場合に、ドライバのイグニッションキースイッチの操作により、スタータモータを使用せずに、筒内噴射機構を用いてエンジンを着火始動するものである。そのため、ＥＣＵ３９には、イグニッションキースイッチ（ＩＮＧ Ｓ／Ｗ）５１の操作信号と、スタートスイッチ（ＳＴＡＲＴ Ｓ／Ｗ）５２の信号が入力可能となっている。この場合、イグニッションキースイッチ５１とスタートスイッチ５２によりエンジン始動スイッチが構成される。また、クランクケース１５室を加圧するための加圧配管４３及びを加圧ポンプ４４が設けられている。

従って、ＥＣＵ３９は、エンジン１０の停止状態で、イグニッションキースイッチ５１のＯＮ操作後に、加圧ポンプ４４を駆動して加圧配管４３を通してクランクケース１５内に圧縮空気を供給することで、クランクケース１５内を加圧して空気、つまり、酸素をシリンダボア１３とピストン１４とのピストンリングの合口隙間から膨張行程及び圧縮行程で停止している気筒に供給する。そして、スタートスイッチ５２のＯＮ操作後に、膨張行程にある気筒に対してインジェクタ２９により燃料を噴射すると共に点火プラグ３０により混合気に点火することで、エンジン１０は爆発力を得てピストン１４を介してクランクシャフト１６を駆動するこことなり、再始動される。

ここで、上述した実施例４のエンジン始動装置の作動制御について、図８のフローチャートに基いて詳細に説明する。

図７及び図８に示すように、ステップＳ１１では、ドライバによりイグニッションキースイッチ５１がＯＮ操作されたかどうかを判定しており、ここで、イグニッションキースイッチ５１ＯＮ操作されると、ステップＳ１２に移行して、加圧ポンプ４４を駆動して加圧配管４３を通してクランクケース１５内に圧縮空気を供給することで、クランクケース１５内を加圧する。ステップＳ１３では、ドライバによりスタートスイッチ５２がＯＮ操作されたかどうかを判定しており、ここで、スタートスイッチ５２ＯＮ操作されると、ステップＳ１４に移行して、エンジン１０を着火始動する。

即ち、エンジン１０の停止状態で、加圧ポンプ４４によりクランクケース１５内が加圧されており、圧縮空気がこのクランクケース１５からシリンダボア１３とピストン１４とのピストンリングの合口隙間を通って膨張行程で停止している気筒の燃焼室１８に供給されており、燃焼室１８内には所定量の酸素が充填されている。そのため、クランク角センサ４１の検出結果に基いて膨張行程で停止している気筒を判別し、この膨張行程で停止している気筒の燃焼室１８に対してインジェクタ２９により所定量の燃料を噴射し、点火プラグ３０により混合気に点火することで、この気筒は爆発力を得てピストン１４を下降させる。

また、膨張行程で停止している気筒に続く気筒、つまり、圧縮行程で停止している気筒に対しても、圧縮空気がクランクケース１５からシリンダボア１３とピストン１４とのピストンリングの合口隙間を通って燃焼室１８に供給され、所定量の酸素が充填してしる。そのため、この膨張行程で停止している気筒に続いて、圧縮行程で停止している気筒の燃焼室１８に対して、同様に、インジェクタ２９により所定量の燃料を噴射し、点火プラグ３０により混合気に点火することで、この気筒は爆発力を得てピストン１４を下降させる。そして、この圧縮行程で停止している気筒に続く気筒に対しては、通常通りに吸気ポート１９から空気を吸入し、インジェクタ２９から所定量の燃料を噴射すると共に、点火プラグ３０により混合気に点火することで、爆発力を得てピストン１４を下降させることとなり、こられの爆発力が所定時間継続させることでクランクシャフト１６を駆動し、エンジン１０を始動させる。

ステップＳ１５では、エンジン１０の着火始動が完了したかどうかを判定し、着火始動ができなかった場合には、ステップＳ１６でスタータモータによりエンジン１０を始動する。そして、着火始動またはスタータモータ始動によりエンジン１０が再始動されると、ステップＳ１７にて、加圧ポンプ４４を停止してクランクケース１５内の加圧を終了する。

このように実施例４のエンジン始動装置にあっては、燃焼室１８に燃料を直接噴射するインジェクタ２９及び燃焼室１８の混合気に点火する点火プラグ３０を設けると共に、エンジン１０のクランク角度を検出するクランク角センサ４１、クランクケース１５内を加圧する加圧ポンプを設け、ＥＣＵ３９は、イグニッションキースイッチ５１がＯＮ操作されると、加圧ポンプ４４を駆動してクランクケース１５内を加圧し、スタートスイッチ５２がＯＮ操作されると、クランク角センサ４１が検出した膨張行程にある気筒に対して燃料噴射を実行すると共に点火を実行するようにしている。

従って、エンジン１０を始動するときに、加圧ポンプ４４を駆動してクランクケース１５内に圧縮空気を供給して加圧することで、クランクケース１５内の圧縮空気がシリンダボア１３とピストン１４とのピストンリングの合口隙間を通って膨張行程にある気筒の燃焼室１８に作用するため、燃焼室１８に残存する空気が漏れることなく所定の酸素量が確保されることとなり、その後、この膨張行程で停止している気筒の燃焼室１８に燃料を噴射して点火することで爆発力を高めることができ、スタータモータを用いずにエンジン１０を確実に始動することができる。

この場合、本実施例では、エンジン１０が停止しているときに加圧ポンプ４４を駆動してクランクケース１５内を加圧することで、エンジン停止時の筒内残圧を保持することができ、エンジン１０を始動させるときの始動性を確実に向上することができる。

なお、この実施例４では、エンジン１０内で発生したブローバイガスの排出通路に関して説明を省略したが、実施例１と同様に、図１に示すように、エンジン１０と吸気管２５との間に第１ＰＣＶ通路３１及びＰＣＶ弁３２が設けられている場合には、加圧ポンプ４４を駆動してクランクケース１５内を加圧するとき、このＰＣＶ弁３２を閉止して第１ＰＣＶ通路３１を閉塞する一方、加圧ポンプ４４を停止するとき、ＰＣＶ弁３２を開放すればよい。

なお、上述した各実施例にて、エンジン１０を再始動または始動するときに、加圧ポンプ４４によりクランクケース１５内を加圧して所定の空気量を確保した状態で、膨張行程で停止している気筒の燃焼室１８に対して燃料を噴射する共に、点火することで燃焼させるようにしている。この場合、停止クランク角度とエンジン冷却水温とクランクケース内圧とにより燃料噴射量を設定するとよい。即ち、停止クランク角度により燃焼室の容積がわかり、エンジン冷却水温により空気密度がわかり、クランクケース内圧により筒内圧がわかるため、これらのデータにより最適な燃料噴射量を設定することができる。

また、加圧ポンプ４４を駆動してクランクケース１５内を加圧するとき、電子スロットル装置２８を作動してスロットル弁２７により吸気通路を閉塞することで、吸気弁が開放されていたとしても、吸気管２５からの空気の漏洩を防止することができる。更に、排気系に排気制御弁が設けられている場合には、加圧ポンプ４４を駆動してクランクケース１５内を加圧するとき、この排気制御弁により排気通路を閉塞することで、排気弁が開放されていたとしても、排気管３６からの空気の漏洩を防止することができる。

そして、上述した各実施例では、本発明のエンジン始動装置を筒内噴射式の６気筒エンジンに適用して説明したが、この形式のエンジンに限らず、４気筒エンジンや直列型またはＶ型エンジンに適用することもできる。

以上のように、本発明に係るエンジン始動装置は、クランク室を加圧することで、膨張行程にある気筒からの空気の漏洩を防止してエンジン始動を確実に行うようにしたものであり、筒内噴射式のエンジンであれば、いずれの種類のエンジンに用いても好適である。

本発明の実施例１に係るエンジン始動装置を表す概略構成図である。 実施例１のエンジン始動装置におけるエンジン制御を表すフローチャートである。 エンジン停止時における気筒内挙動を表す概略図である。 エンジン停止時における気筒内挙動を表す概略図である。 エンジン停止時における気筒内挙動を表す概略図である。 エンジン停止時における気筒内挙動を表す概略図である。 エンジン停止時における筒内圧を表すグラフである。 本発明の実施例２に係るエンジン始動装置において加圧ポンプを制御するための制御マップである。 本発明の実施例３に係るエンジン始動装置において加圧ポンプを制御するための制御マップである。 本発明の実施例４に係るエンジン始動装置を表す概略構成図である。 実施例４のエンジン始動装置におけるエンジン制御を表すフローチャートである。

符号の説明

１０ エンジン
１４ ピストン
１５ クランクケース
１６ クランクシャフト
１８ 燃焼室
２５ 吸気管
２９ インジェクタ（燃料噴射手段）
３０ 点火プラグ（点火手段）
３１ 第１ＰＣＶ通路
３２ ＰＣＶ弁
３３ 第２ＰＣＶ通路
３４ 逆止弁
３９ 電子制御ユニット、ＥＣＵ（制御手段）
４１ クランク角センサ（クランク角度検出手段）
４２ 水温センサ（エンジン冷却水温検出手段）
４３ 加圧配管
４４ 加圧ポンプ（加圧手段）
５１ イグニッションキースイッチ（エンジン始動スイッチ）
５２ スタートスイッチ（エンジン始動スイッチ）

Claims (6)

1. 燃焼室と、該燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、前記吸気ポート及び前記排気ポートを開閉する吸気弁及び排気弁と、前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室内の混合気に点火する点火手段と、エンジンのクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、クランク室内を加圧する加圧手段と、前記加圧手段により前記クランク室を加圧する一方、始動時に前記クランク角度検出手段の検出結果に基いて膨張行程にある気筒を検出して該気筒に対して前記燃料噴射手段により燃料噴射を実行すると共に前記点火手段により点火を実行する制御手段とを具えたことを特徴とするエンジン始動装置。
2. 請求項１記載のエンジン始動装置において、前記制御手段は、自動停止したエンジンに対して前記加圧手段により前記クランク室を加圧し、エンジン再始動条件が成立したときに、膨張行程にある気筒に対して前記燃料噴射及び前記点火を実行することを特徴とするエンジン始動装置。
3. 請求項１記載のエンジン始動装置において、前記制御手段は、停止状態にあるエンジンに対して前記加圧手段により前記クランク室を加圧し、エンジン始動スイッチが入力されたときに、膨張行程にある気筒に対して前記燃料噴射及び前記点火を実行することを特徴とするエンジン始動装置。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載のエンジン始動装置において、エンジン冷却水温を検出する冷却水温検出手段を設け、前記制御手段は、該冷却水温検出手段が検出したエンジン冷却水温に基いて前記加圧手段による前記クランク室の加圧力を設定することを特徴とするエンジン始動装置。
5. 請求項１から３のいずれか一つに記載のエンジン始動装置において、前記制御手段は、前記クランク角度検出手段が検出したエンジン停止時のクランク角度に基いて前記加圧手段による前記クランク室の加圧力を設定することを特徴とするエンジン始動装置。
6. 請求項１から３のいずれか一つに記載のエンジン始動装置において、前記制御手段は、前記加圧手段が前記クランク室を加圧するとき、ＰＣＶ弁またはスロットル弁または排気制御弁を閉塞することを特徴とするエンジン始動装置。
   
   

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