JP2007077954A

JP2007077954A - エンジンの始動装置

Info

Publication number: JP2007077954A
Application number: JP2005270152A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Hiraishi; 文昭平石; Nozomi Nakamura; 望中村; Toshimi Fukuda; 利実福田; Nobuaki Murakami; 信明村上
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2025-09-16
Also published as: JP4497314B2

Abstract

【課題】エンジン始動に必要な圧縮空気量を常に適正なものとしてエンジンを迅速に効率良く始動できるようにしたエンジンの始動装置を提供する。
【解決手段】エンジン停止の際に膨張行程にあった気筒に対し、空気密度検出手段（５４）によって検出された空気密度に基づき設定した供給量の空気を空気供給手段（３２）から供給すると共に、燃料噴射弁（２）から燃料を供給し、点火プラグ（４）で供給燃料を点火することによりエンジン（１）を始動する。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジンの始動装置に係り、詳しくは気筒内に燃料噴射及び点火を行うことにより生じる燃焼圧でエンジンの始動を行う始動装置に関するものである。

従来、エンジンを始動する際にはスタータモータを用いることが一般的であったが、近年ではエンジン始動時の騒音を低減すると共に迅速な始動を実現するため、スタータモータによるクランキングを行うことなくエンジンの気筒内に燃料噴射及び点火を行って始動させるようにした始動装置が提案されている。
この始動装置では、エンジンの停止時に膨張行程にある気筒を判別し、運転者のスタート操作等に応じてエンジンを始動する際には、この膨張行程気筒に対して燃料を噴射した後に点火を行って噴射燃料を燃焼させ、このときに発生する燃焼圧によりエンジンを始動する。

しかしながら、エンジン停止時に膨張行程にあった気筒内に存在する空気とそれに対応する燃料のみでは、エンジンを始動するための十分な燃焼圧が得られない可能性がある。そこで、このような始動を行う際には気筒内に圧縮空気を供給すると共に、それに対応する燃料を噴射し、エンジンの始動に必要な燃焼圧を確保するようにした始動装置が提案されている（例えば特許文献１）。
特開２００２−３９０３８号公報

このようなエンジンの始動装置においては、エンジンの始動に際しピストン位置から一義的に決まる量の圧縮空気が気筒内に供給されるようになっているが、エンジンが冷態状態にある場合と温態状態にある場合とでは気筒内の空気密度が相違しており、同一気筒内容積であれば冷態時の方が気筒内の空気質量は多くなる。このため、ピストンの位置が同じであれば、エンジン始動の際に供給しなければならない圧縮空気量は冷態時の方が温態時よりも少なくてすむにもかかわらず、常に一定量の圧縮空気が供給され、冷態時には余分に圧縮空気が消費される上、圧縮空気供給に要する時間が必要以上に長くなってエンジンの始動が無駄に長引くという問題が生じる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジン始動に必要な圧縮空気量を常に適正なものとしてエンジンを迅速に効率良く始動できるようにしたエンジンの始動装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明のエンジンの始動装置は、エンジンの気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁により前記気筒内に噴射された燃料を点火する点火プラグと、前記エンジンの吸気弁の開閉による吸気の供給とは独立して前記気筒内に空気を供給する空気供給手段と、前記気筒内の空気密度を検出する空気密度検出手段と、前記エンジンの停止時に膨張行程にある気筒を判別する気筒判別手段と、エンジン停止の際に膨張行程にあった気筒に対し、前記空気密度検出手段によって検出された空気密度に基づき設定した供給量の空気を前記空気供給手段から供給すると共に、前記燃料噴射弁から燃料を供給し、前記点火プラグで前記供給燃料を点火することにより前記エンジンを始動する制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。

このように構成されたエンジンの始動装置によれば、エンジン停止の際に膨張行程にあった気筒に対し、気筒内の空気密度に基づき設定した供給量の空気を空気供給手段から供給すると共に、燃料噴射弁から燃料を供給し、点火プラグで前記供給燃料を点火することによりエンジンが始動される。
より具体的には、前記空気密度検出手段は、前記エンジンの冷却水温を検出する水温検出手段を備え、前記水温検出手段によって検出された冷却水温に基づき前記気筒内の空気密度を検出することを特徴とする（請求項２）。

更に具体的には、前記制御手段は、前記水温検出手段によって検出された冷却水温の上昇に伴って前記空気供給手段からの空気の供給量を増加させることを特徴とする（請求項３）。
好ましくは、前記空気供給手段は、前記点火プラグと一体に構成されたエアバルブから前記気筒内への空気の供給を行うことを特徴とする（請求項４）。

また、好ましくは、前記空気供給手段は、圧縮空気を蓄える蓄圧器と、気筒内に連通する吐出孔を有し開弁時に前記蓄圧器と前記気筒内とを連通することにより前記蓄圧器内の圧縮空気を前記気筒内に噴射するエアバルブとを備え、前記制御手段は、前記エンジンが回転しているときに圧縮行程にある気筒の前記エアバルブを開弁することにより、前記圧縮行程によって圧縮された空気を前記蓄圧器に流入させて蓄えることを特徴とする（請求項５）。

このように構成されたエンジンの始動装置によれば、エンジン始動の際には蓄圧器に蓄えられた圧縮空気がエアバルブから気筒内に供給される一方、エンジンが回転しているときに圧縮行程にある気筒のエアバルブを開弁することにより、圧縮行程によって圧縮された空気を蓄圧器に流入させることにより、圧縮空気が蓄圧器に蓄えられる。
また、より具体的には、前記制御手段は、前記エンジンが燃料カット中であるときに前記エアバルブの開弁による前記蓄圧器への圧縮空気の蓄積を行うことを特徴とする（請求項６）。

本発明のエンジンの始動装置によれば、エンジンの始動の際に、気筒内の空気密度に基づき設定した供給量の空気が気筒内に供給されるので、冷態時や温態時などで気筒内に残存する空気の密度が相違する場合にも、常にエンジンの始動に必要な適正な量の空気を気筒内に供給することが可能となり、無駄に空気を消費することがなくなると共に、空気の供給に要する時間も可能な限り短縮されるので、エンジンの始動をより迅速に行うことが可能となる。

また、請求項２のエンジンの始動装置によれば、エンジンの冷却水温に基づき気筒内の空気密度を検出するようにしたので、本来エンジンに備わっている水温検出手段を利用することができ、新たな検出手段を設ける必要がなくなるので、エンジンの始動装置に要するコストを低く抑えることが可能となる。
更に、請求項３のエンジンの始動装置によれば、冷却水温の上昇に伴って空気供給手段からの空気の供給量を増加させるようにしたが、冷却水温が高いほど気筒内の空気密度が低下する傾向にあるため、このように空気供給量を変化させることにより、常に適正な量の空気を気筒内に供給することが可能となる。

また、請求項４のエンジンの始動装置によれば、点火プラグと一体に構成されたエアバルブから気筒内に空気を供給するようにしたので、各気筒に空気供給のためのバルブ等を配設するスペースを新たに確保する必要がなくなり、エンジンを小型化することが可能となると共に、組み付け時の手間を省き製造工数を低減することが可能となる。
また、請求項５のエンジンの始動装置によれば、気筒内に供給するための空気を蓄圧器に蓄えるために新たなエアポンプなどを設ける必要がなくなり、始動装置を小型化することができると共に、コストを低減することができる。

また、請求項６のエンジンの始動装置によれば、確実に空気のみを蓄圧器に蓄えることができる。

以下、本発明をアイドルストップ車両に搭載されたエンジンの始動装置に具体化した一実施形態について図面に基づき説明する。
図１の全体構成図に示すように、本実施形態のエンジン１は筒内噴射型直列４気筒エンジンとして構成され、各気筒には燃料噴射弁２及び点火プラグ４が設けられている。各気筒の燃料噴射弁２は気筒内、即ち燃焼室６内に燃料を直接噴射可能に構成され、各燃料噴射弁２には図示しない燃料ポンプから所定圧力で燃料が供給される。

各気筒の燃焼室６内には、吸気弁８の開弁に伴って吸気ポート１０を経て吸気が導入され、導入された吸気中に燃料噴射弁２から所定のタイミングで燃料が噴射される。噴射燃料は圧縮上死点近傍で点火プラグ４により点火され、燃焼圧をピストン１２に作用させてクランク軸１４を回転駆動する。
一方、燃焼後の排ガスは排気弁１６の開弁に伴って排気ポート１８から図示しない触媒や消音器を経て外部に排出される。

吸気ポート１０はサージタンク２０から各気筒ごとに分岐されており、サージタンク２０の上流側には電動アクチュエータ（図示せず）により開閉駆動される電子スロットル弁２２を備えた吸気通路２４が接続されている。
また、サージタンク２０には、サージタンク２０内の圧力、即ち吸気圧Ｐｍを検出する吸気圧センサ２６と、サージタンク２０内の温度、即ち吸気温Ｔａを検出する吸気温センサ２８とを備えている。

更に、各気筒には気筒内に空気を供給する空気供給装置（空気供給手段）３０が設けられている。この空気供給装置３０は、燃焼室６内に連通した吐出孔を有する電磁式のエアバルブ３２と圧縮空気を蓄える蓄圧器３４とを有しており、エアバルブ３２には蓄圧器３４からエア供給管３６を介して圧縮空気が供給され、エアバルブ３２が開閉作動することにより燃焼室６内に圧縮空気が供給される。

なお、蓄圧器３４への圧縮空気の補充は、後述する圧縮空気補充制御により行われる。また、エア供給管３６の途中には、エア供給管３６内の圧力が所定の上限圧力を超えると開弁するチェック弁３８が設けられており、蓄圧器３４内の圧力を所定の上限圧力以下に維持するようにしている。また、蓄圧器３４には、蓄圧器３４内の圧力Ｐａを検出する空気圧センサ４０が設けられている。

エンジン１には、エンジン１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ（水温検出手段）４２、エンジン１の潤滑油温度Ｔｏを検出する油温センサ４４、リングギヤ４６の回転を用いてエンジン１のクランク軸の回転に同期したクランク角信号を出力するクランク角センサ４８、カム軸５０の回転に同期してＴＯＰ信号を出力するカム角センサ５２が設けられている。

ＥＣＵ（制御手段）５４は、燃料噴射制御や点火時期制御などエンジン１を運転するための運転制御をはじめ、総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
ＥＣＵ５４の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気圧センサ２６、吸気温センサ２８、空気圧センサ４０、水温センサ４２、油温センサ４４、クランク角センサ４８、及びカム角センサ５２のほか、車両の走行速度を検出する車速センサ５６、運転席に設けられたセレクトレバーの操作位置を検出するシフト位置センサ５８、及び運転者によるブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ６０などの各種センサ類やイグニションスイッチ６２が接続されており、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒の燃料噴射弁２、点火プラグ４、電子スロットル弁２２、及びエアバルブ３２などの各種デバイス類が接続されている。

このように構成されたエンジン１は図示しない自動変速機と連結されて車両に搭載されており、エンジン１の出力は自動変速機を介して車両の駆動輪に伝達されて車両を走行させる。
一方、ＥＣＵ５４は信号待ちや渋滞等による車両の停車中には、エンジン１を一時的に自動停止させるアイドルストップ制御を実行する。本実施形態ではエンジン停止条件として、車速センサ５６により検出された車速Ｖが０ｋｍ／ｈであること、ブレーキスイッチ６０によりブレーキ操作が検出されていること、及びシフト位置センサ５８により検出されたシフト位置がＤ（ドライブ）レンジ等の走行レンジ又はＮ（ニュートラル）レンジであることが設定されており、これらの条件が満たされると、ＥＣＵ５４は燃料噴射制御及び点火時期制御を中止してエンジンを停止させる。

また、アイドルストップ制御におけるエンジン始動条件としては、ブレーキスイッチ６０によりブレーキ操作の解除が検出されていること、及びシフト位置センサ５８により検出されたシフト位置がＤレンジ等の走行レンジであることが設定されており、これらの条件が満たされると、ＥＣＵ５４は燃料噴射制御及び点火時期制御を再開してエンジン１を始動する。

以上のアイドルストップ制御でのエンジン始動時、或いは運転者によるイグニションスイッチ６２のスタート操作に基づく通常のエンジン始動時において、ＥＣＵ５４は迅速且つ低騒音の始動を目的として、気筒内への燃料噴射と点火により生じる燃焼圧でエンジン１を始動する始動専用の制御を実行しており、以下、当該始動制御の詳細を説明する。
図２は始動制御のフローチャートを示すものであり、ＥＣＵ５４は車両の使用中にこのフローチャートに基づく始動制御ルーチンを所定の制御周期で実行している。この始動制御ルーチンはイグニションスイッチ６２のＯＦＦ位置以外で常に実行され、運転者のキー操作によりエンジン１が停止・始動された（即ち、一旦アクセサリ位置に切換えられた）場合でも継続するように配慮されている。

始動制御ルーチンがスタートすると、まずステップＳ２で、クランク角センサ４８の検出信号に基づき求めたエンジン回転速度Ｎｅが停止判別値Ｎｅｒ（例えば３０ｒｐｍ）未満であるか否かを判定する。エンジン回転速度Ｎｅが停止判別値Ｎｅｒ以上であると判定した場合には、エンジン１が運転中であると見なしてステップＳ４に進む。
ステップＳ４では、エンジン停止指令が入力されたか否かを判定する。このエンジン停止指令はアイドルストップ制御でエンジン停止条件が成立したとき、或いは運転者によりイグニションスイッチ６２がＯＦＦ操作されたときに入力されるものであり、エンジン停止指令が入力されない場合には今回の制御周期における始動制御ルーチンを終了し、次の制御周期で再びステップＳ２から処理を行う。

一方、エンジン停止指令の入力があった場合には、ステップＳ４からステップＳ６に進み、燃料噴射制御及び点火時期制御を中止してエンジン１を停止させた後、ステップＳ８に進んでエンジン１停止後の経過時間ｔｓを計測するタイマのカウントをスタートする。
次のステップＳ１０では、クランク角センサ４８により検出されたクランク角信号とカム角センサ５２により検出されたＴＯＰ信号とに基づき、エンジン停止の直前に膨張行程にある気筒（以下、膨張行程気筒と称する）を判別すると共に、次のステップＳ１２で、膨張行程気筒のピストン位置を、クランク角センサ４８により検出されたクランク角信号に基づき上死点後のクランク角として検出し、これらの判別結果及び検出結果を記憶装置に記憶した後、今回の制御周期における始動制御ルーチンを終了する。

従って、本実施形態では、ＥＣＵ５４が気筒判別手段に相当する。
このようにしてエンジン１が停止され、エンジン回転速度Ｎｅが停止判別値Ｎｅｒを下回ると、ステップＳ２からステップＳ１４へと処理が進む。
ステップＳ１４では、エンジン始動指令が入力されたか否かを判定する。このエンジン停止指令は、エンジン１が停止状態にあり、アイドルストップ制御でエンジン始動条件が成立したとき、或いは運転者によりイグニションスイッチ６２がスタート操作されたときに入力されるものであり、エンジン始動指令の入力がない場合には、今回の制御周期における始動制御ルーチンを終了し、次の制御周期で再びステップＳ２からステップＳ１４に進んでエンジン始動指令の有無を判定する。

そして、エンジン始動指令の入力が有りステップＳ１４からステップＳ１６に進むと、エンジン１の停止時にステップＳ８でカウントを開始したタイマのカウント値、即ちエンジン１停止後の経過時間ｔｓを取り込んだ後、タイマを停止させリセットする。
次にステップＳ１８に進むと、エンジン１の停止の際にステップＳ１０で判別して記憶した膨張行程気筒に対し、エアバルブ３２を開閉制御することにより、蓄圧器３４に蓄えられている圧縮空気の供給を行う。このときの供給空気量は図３に示す供給空気量決定制御ルーチンにより決定される。

この供給空気量決定制御ルーチンでは、まずステップＳ１０２において、図２のステップＳ１２で検出され記憶されたエンジン１停止時の膨張行程気筒におけるピストン位置に基づき、予め記憶したマップから、気筒内に供給すべき空気の基本量である基本供給空気量Ｑｂを決定する。
このピストン位置と基本供給空気量Ｑｂとの関係は図４のようになっており、ピストン位置は上死点後のクランク角が用いられる。図４に示すように、Ａ点のピストン位置より上死点側では、ピストン１２が上死点に近いために燃焼室６の容積がかなり小さくなるため、エンジン１を始動するのに必要な燃焼力を得るにはより多くの空気と燃料を供給する必要がある。このため、Ａ点のピストン位置より上死点側では、ピストン位置が上死点側に近づくほど基本供給空気量Ｑｂが増加するようになっている。一方、Ａ点のピストン位置より下死点側では、燃焼室６の容積の拡大に伴い膨張仕事量が減少するため、燃料を多く燃焼させて燃焼力を増大させる必要があり、これに伴い供給すべき空気量も増加させる必要がある。このため、Ａ点のピストン位置より下死点側では、ピストン位置が下死点側に近づくほど基本供給空気量Ｑｂが増加するようになっている。

このようにして、基本供給空気量Ｑｂを決定した後、ステップＳ１０４では、水温センサ４２によって検出されたエンジン１の冷却水温Ｔｗ、吸気温センサ２８によって検出された吸気温度Ｔａ、油温センサ４４によって検出されたエンジン１の油温Ｔｏ、図２のステップＳ１６で取り込んだエンジン１停止後の経過時間Ｔｓ、及び吸気圧センサ２６によって検出された吸気圧Ｐｍをそれぞれ取り込み、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４で取り込んだ冷却水温Ｔｗ、吸気温度Ｔａ、及びエンジン停止後の経過時間ｔｓをパラメータとして、予め記憶したマップから気筒内の空気温度Ｔｃを推定する。これらのパラメータはいずれも気筒内空気温度に影響を及ぼすものであり、マップにおいてエンジン１の温態時は、冷却水温Ｔｗ及び吸気温度Ｔａが高いほど気筒内空気温度Ｔｃも上昇し、エンジン１停止後の経過時間ｔｓが長いほど気筒内空気温度Ｔｃは冷却水温Ｔｗに近づく関係にある。一方、エンジン１の冷態時は、冷却水温Ｔｗと気筒内空気温度Ｔｃとはほぼ同一の関係にある。

次のステップＳ１０８では、ステップＳ１０６で推定した気筒内空気温度Ｔｃと、吸気圧Ｐｍとをパラメータとして、気筒内の空気密度を推定して検出し、予め記憶したマップからその空気密度に対応する空気密度補正係数Ｋｄを読み出して設定する。これらのパラメータはいずれも気筒内の空気密度に影響を及ぼすものであり、気筒内空気温度Ｔｃが高いほど気筒内空気密度は低くなり、吸気圧Ｐｍが高いほど気筒内空気密度は高くなる。ピストン位置が一定の場合、気筒内空気密度が高いほど気筒内の空気質量が増大することから、気筒内空気密度が高いほど気筒に供給すべき空気量は少なくてすむので、ステップＳ１０８で設定される空気密度補正係数Ｋｄは、気筒内空気温度Ｔｃが高いほど、また吸気圧Ｐｍが低いほど大きな値となるようになっている。

即ち、ステップＳ１０８において、気筒内空気温度Ｔｃと吸気圧Ｐｍとから気筒内の空気密度を推定して検出し、この空気密度に応じて供給空気量を決定するための補正係数を求めていることから、本実施形態ではＥＣＵ５４が空気密度検出手段に相当するものとなる。
次のステップＳ１１０では、クランク軸１４の駆動力補正係数Ｋｔを設定する。この駆動力補正係数Ｋｔは、エンジン１の温度によりエンジン１の始動に必要なクランク軸１４の駆動力が変化するため、これに対応して供給空気量を補正するための係数である。

即ち、エンジン１の温度が低いほど圧縮行程での熱損失が大きく、またライナーとピストン間のクリアランスの増大に伴う気筒内圧力の漏れが大きいことから、エンジン１の温度が低いほど圧縮仕事量が小さくなり、温度が高い場合に比べてエンジン１始動時のクランク軸１４の駆動力が少なくてすむ。
そこで、この駆動力補正係数Ｋｔは、エンジン１の温度に影響を及ぼすものとして、ステップＳ１０４で取り込んだ冷却水温Ｔｗ、油温Ｔｏ、エンジン停止後の経過時間ｔｓ、及びステップＳ１０６で推定した気筒内空気温度Ｔｃをパラメータとして、予め記憶したマップから読み出して設定する。これらのパラメータのうち、冷却水温Ｔｗ、油温Ｔｏ、及び気筒内空気温度Ｔｃはいずれも上昇するほどエンジン１の温度も上昇することになりエンジン１の始動にはより大きな駆動力が必要となることから、これらの値の上昇に伴い駆動力補正係数Ｋｔも大きな値となるようになっている。また、エンジン１停止後の経過時間ｔｓについては、エンジン１の温態時は経過時間ｔｓが大きくなるに従いエンジン１の温度が冷却水温Ｔｗに近づいて上昇することから、駆動力補正係数Ｋｔは経過時間ｔｓの増大と共に増大するようになっている。一方、エンジン１の冷態時はエンジン１の温度と冷却水温Ｔｗとがほぼ同一の関係となるため、駆動力補正係数Ｋｔは設定しなくてもよい。

次にステップＳ１１２に進むと、ステップＳ１０８及びステップＳ１１０で設定した空気密度補正係数Ｋｄ及び駆動力補正係数Ｋｔを用い、下式により供給空気量Ｑを算出して決定する。
Ｑ＝Ｑｂ×Ｋｄ×Ｋｔ
前述したように、空気密度補正係数Ｋｄは、気筒内空気温度Ｔｃが高いほど、また吸気圧Ｐｍが低いほど大きな値となり供給空気量Ｑも増大する。即ち、気筒内空気密度が低下するほど供給空気量Ｑが増大することになる。また、気筒内空気温度Ｔｃは、前述のように冷却水温Ｔｗが高いほど上昇するものであるため、上述したような供給空気量の設定を行うことにより、供給空気量Ｑは冷却水温Ｔｗの変化に対して図５に示すような変化をするようになっている。

従って、エンジン１の冷却水温の変化などで気筒内の空気密度に変動があっても、エンジン１の始動に必要な空気の供給量が常に適正に設定されることになる。
また、駆動力補正係数Ｋｔは冷却水温Ｔｗ、油温Ｔｏ、或いは気筒内空気温度Ｔｃが上昇するほど、またエンジン１停止後の経過時間ｔｓが短いほど大きな値となり供給空気量Ｑも増大する。即ち、エンジン１の温度が高く、エンジン１の始動により多くの駆動力を必要とするほど供給空気量が増大することになる。

従って、始動に必要となるクランク軸１４の駆動トルクに、エンジン１の温度変化に起因した変動があっても、それに対応した適正な空気の供給量が設定されることになる。
このようにして決定された供給空気量Ｑの空気が膨張行程気筒内に供給されるよう、図２のステップＳ１８でエアバルブ３２が開閉され、次のステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、膨張行程気筒に対して燃料噴射弁２から燃料を噴射する。このときの燃料噴射はステップＳ１０及びステップＳ１２で記憶されている情報、及びステップＳ２８で供給した空気量に基づいて実行される。即ち、膨張行程気筒のピストン位置から算出した気筒内空気量とエアバルブ３２から供給した空気量とに基づいて燃料噴射量を算出し、算出した燃料噴射量に基づいて膨張行程気筒に対して燃料噴射を行う。

次のステップＳ２２では、ステップＳ２０での燃料噴射から予め設定された所定時間が経過した後、点火プラグ４により膨張行程気筒の燃料を点火して今回の制御周期を終了する。ステップＳ２２の燃料の点火で生じた燃焼圧により、膨張行程気筒のピストン１２が押し下げられ、エンジン１が始動する。
このようにしてエンジン１が始動した後の制御周期では、ステップＳ２においてエンジン回転速度Ｎｅが停止判別値Ｎｅｒ以上と判定されるため、再びステップＳ４でエンジン１の停止指令が有りと判断されるまで、ステップＳ２とステップＳ４の処理が繰り返されることになる。

なお、図２のフローチャートには示されていないが、ＥＣＵ５４はステップＳ２２の膨張行程気筒の点火によりエンジン１が始動した後は、別のエンジン運転制御ルーチンにより、後続の各気筒に対して順次エンジン１の運転に必要な燃料噴射及び点火を実行する。
以上のように、膨張行程気筒への燃料噴射と点火によりエンジン１を始動する際には、膨張行程気筒に対してエアバルブ３２から圧縮空気が供給されると共に、この圧縮空気を含む膨張行程気筒内の空気量に応じた燃料が気筒内に噴射されるので、エンジン１を始動するのに必要な燃焼圧を得ることができる。

また、このとき膨張行程気筒に供給される空気量は、気筒内の空気密度に応じて補正され決定され、気筒内空気密度が高いほど供給空気量は少なくなるので、気筒内空気密度に応じて常に適正な量の空気が膨張行程気筒に供給され、圧縮空気やそれに応じた燃料を無駄に消費することがなく、効率的にエンジン１を始動することができる。更に、圧縮空気の供給に要する時間が必要最小限となることによりエンジン１の始動時間を短縮することができる。

なお、上述の始動制御では、図２のステップＳ１８で膨張行程気筒に供給する空気量を決定する際のパラメータとして、冷却水温Ｔｗ、吸気温度Ｔａ、エンジン１停止後の経過時間ｔｓ、及び吸気圧Ｐｍを用いるようにしたが、気筒内の空気密度は吸気圧Ｐｍ以外にエンジン１の温度、即ち冷却水温Ｔｗによる影響が最も大きいと考えられ、エンジン１の駆動力の変動も冷却水温Ｔｗに関連するものであるので、供給空気量の決定には冷却水温Ｔｗと吸気圧Ｐｍとのみを用いることにより、ＥＣＵ５４による処理を簡略化することもできる。

図６は、このようにして簡略化した供給空気量決定制御ルーチンの内容を示すフローチャートである。
この供給空気量決定制御ルーチンが開始すると、まずステップＳ２０２において、図２のステップＳ１２で検出され記憶されたエンジン１停止時の膨張行程気筒におけるピストン位置に基づき、予め記憶したマップから、気筒内に供給すべき空気の基本量である基本供給空気量Ｑｂを決定する。この基本供給空気量Ｑの決定は前述の図３のステップＳ１０２の処理と全く同様であって、ピストン位置と基本供給空気量Ｑｂとの関係は図４のようになっている。

次のステップＳ２０４では、水温センサ４２によって検出されたエンジン１の冷却水温Ｔｗと吸気圧センサ２６によって検出された吸気圧Ｐｍを取り込み、ステップＳ２０６に進む。
ステップＳ２０６では、ステップＳ２０４で取り込んだ冷却水温Ｔｗをパラメータとして、気筒内空気密度及びエンジン１の始動に必要な駆動力を推定して検出し、予め記憶したマップからこれらに対応する水温補正係数Ｋｗを読み出して設定する。前述のように、冷却水温Ｔｗは膨張行程気筒内の空気密度及びエンジン１の始動に必要な駆動力に影響を及ぼすものであり、冷却水温Ｔｗが高いほど気筒内空気密度は低くなり、始動に必要な駆動力は大きくなるため、より多くの供給空気量を必要とする。従って、ステップＳ２０６で設定される水温補正係数Ｋｗは、冷却水温Ｔｗが高いほど大きな値となるようになっている。

次のステップＳ２０８では、ステップＳ２０４で取り込んだ吸気圧Ｐｍをパラメータとして、予め記憶したマップから圧力補正係数Ｋｐを読み出して設定する。前述のように、吸気圧Ｐｍは膨張行程気筒内の空気密度に影響を及ぼすものであり、吸気圧Ｐｍが高いほど気筒内空気密度は高くなる。ステップＳ２０８で設定される圧力補正係数Ｋｐは、吸気圧Ｐｍが高いほど小さな値となるようになっている。

次にステップＳ２１０に進むと、ステップＳ２０２で決定した基本供給空気量Ｑｂと、ステップＳ２０６及びステップＳ２０８で設定した水温補正係数Ｋｗ及び圧力補正係数Ｋｐを用い、下式により供給空気量Ｑを算出して決定する。
Ｑ＝Ｑｂ×Ｋｗ×Ｋｐ
前述したように、水温補正係数Ｋｗは水温Ｔｗが高いほど大きな値となり供給空気量Ｑも増大するので、気筒内空気密度が低下するほど、或いは始動に必要な駆動力が増大するほど供給空気量Ｑが増大することになる。なお、このときの水温Ｔｗと供給空気量Ｑとの関係も、図５と同様のものとなるようになっている。

従って、エンジン１の温度に起因して気筒内の空気密度や始動に必要な駆動力に変動があっても、エンジン１の始動に必要な空気の供給量が常に適正に設定されることになる。
また、圧力補正係数Ｋｐは吸気圧Ｐｍが低下するほど大きな値となり供給空気量Ｑが増大するので、気筒内空気密度が低下するほど供給空気量が増大することになる。
従って、気筒内空気密度に影響を及ぼす吸気圧Ｐｍに変動があっても、それに対応した適正な空気の供給量が設定されることになる。

以上のようにして供給空気量を決定することにより、簡略化された制御によりエンジン１の始動に必要な供給空気量を適正に決定することが可能となり、気筒内空気密度を検出するために必要なセンサ類も水温センサ４２と吸気圧センサ２６のみですむ。
ところで、蓄圧器３４に蓄えられエアバルブ３２から膨張行程気筒内に供給される圧縮空気は、適宜蓄圧器３４に補充される必要があり、本実施形態ではエンジン１が燃料カット運転中であるときに、圧縮行程で圧縮された気筒内の空気を用いて圧縮空気の補充を行っている。具体的には、この圧縮空気補充制御は図７のフローチャートに従い、所定の制御周期で実行される。

まず最初のステップＳ３０２では、エンジン１が運転中であるか否かを判定する。エンジン１が運転中でない場合には、このような圧縮空気の補充を行うことができないため、何もせずに今回の制御周期を終了する。
一方、エンジン１が運転中である場合にはステップＳ３０４に進み、燃料カット中であるか否かを判定する。燃料カット中でない場合には、気筒内の空気のみの圧縮を行うことができないため、これで今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ３０２から処理を行う。

ステップＳ３０４で燃料カット中であると判定した場合にはステップＳ３０６に進み、空気圧センサ４０によって検出された蓄圧器３４内の空気圧Ｐａが所定下限圧Ｐｒ以下であるか否かを判定する。蓄圧器３４内の空気圧Ｐａが所定下限圧Ｐｒより高い場合には、現時点での圧縮空気の補充は不要であるとして今回の制御周期を終了する。
一方、蓄圧器３４内の空気圧Ｐａが所定下限圧Ｐｒ以下である場合にはステップＳ３０８に進み、クランク角センサ４８の検出信号に基づき求めたエンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅａ以上であるか否かを判定する。

エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅａ未満である場合には、エンジン１が燃料カット運転中であり一般的にエンジン回転速度は低下する方向であるため、十分な圧縮空気の補充は行えないものとして今回の制御周期を終了する。
一方、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅａ以上である場合にはステップＳ３１０に進み、クランク角センサ４８により検出されたクランク角信号とカム角センサ５２により検出されたＴＯＰ信号とに基づき、圧縮行程にある気筒を判別し、クランク角センサ４８により検出されたクランク角信号に基づき圧縮行程の後半にエアバルブ３２を開弁する。

この結果、圧縮行程でピストン１２により圧縮された気筒内の空気が、エアバルブ３２の吐出孔からエア供給管３６を介して蓄圧器３４内に流入し蓄えられる。
ステップＳ３１０の処理で今回の制御周期を終えると、次の制御周期では再びステップＳ３０２から処理が行われ、エンジン１が燃料カット運転中で、蓄圧器４０内の空気圧Ｐａが所定下限圧Ｐｒ以下であり、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅａ以上であれば、圧縮行程にある気筒による圧縮空気の補充が行われる。

こうして蓄圧器３４への圧縮空気の補充が行われ、蓄圧器３４内の空気圧が上昇して所定の上限圧力以上となると、チェック弁３８が開弁して蓄圧器３４内の圧縮空気を排出するので、蓄圧器３４内の圧力は常に所定の上限圧力以下に保持される。
このようにして圧縮行程にある気筒により圧縮空気の補充を行うことにより、エアポンプなどを別に設ける必要がなくなり、始動装置を小型化すると共にコストを低減することができる。

以上で本発明の一実施形態に係るエンジンの始動装置についての説明を終えるが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。
例えば、前記実施形態では、膨張行程気筒に空気を供給するために独立したエアバルブ３２を設けたが、図８に示すように点火プラグ４に一体的に設けるようにしてもよい。
この場合、点火プラグ４外部と燃焼室６とを連通する連通路６４内に、図示しないスプリングにより閉弁方向に付勢されて保持された外開きのチェック弁６６を設け、電磁弁６８を介して連通路６４にエア供給管３６が接続されるようになっている。ＥＣＵ５４からの信号により電磁弁６８が開弁し、蓄圧器３４から圧縮空気が供給されると、スプリングの付勢力に抗して圧縮空気がチェック弁６６を開弁させ、圧縮空気が燃焼室６内に供給される。

また、このようなチェック弁６６と電磁弁６８との構成に変えて、チェック弁６６自体を点火プラグ４に組み込まれた電磁ソレノイドにより駆動するようにしてもよい。
このように膨張行程気筒に空気を供給するためのエアバルブを点火プラグ４と一体的に構成することにより、エアバルブを配設するためのスペースを確保する必要がなくなってエンジン１をコンパクトにすることができると共に、製造時の手間を省き製造工数を低減することができる。

前記実施形態では、蓄圧器３４への圧縮空気の補充を、燃料カット運転時の圧縮行程気筒による気筒内の空気の圧縮によって行うようにしたが、これに変えて電動ポンプやエンジン１で駆動するポンプを用いたり、車両減速時に回収した減速エネルギを用いて駆動されるポンプを用いることにより行うようにしてもよい。
また、前記実施形態では、膨張行程気筒への燃料噴射と点火でエンジン１を始動するようにしたが、ピストン位置が下死点に近い場合には十分な燃焼圧が得られない可能性があるため、エンジン１の停止時に圧縮行程にあった気筒に対しても、膨張行程となったときに同様の方法によって空気を供給すると共に燃料噴射及び点火を行ってエンジン１の始動に必要なトルクを確保するようにしてもよい。

更に、通常のスタータモータをエンジン１に設け、何らかの理由により気筒内への燃料噴射及び点火ではエンジン１が始動できなかった場合には、スタータモータによりエンジン１をクランキングして始動するようにしてもよい。
また、前記実施形態では、気筒内の空気密度を冷却水温Ｔｗ、吸気温度Ｔａ、エンジン停止後の経過時間ｔｓ、及び吸気圧Ｐｍに基づき推定して検出するようにしたが、冷却水温Ｔｗのみに基づき推定するようにしてもよいし、これらのパラメータのうち冷却水温Ｔｗを含む少なくとも２つ以上のパラメータに基づき気筒内空気密度を推定するようにしてもよい。また、気筒内の空気密度を直接検出するセンサを設けてもよい。

更に、前記実施形態は、アイドルストップ制御を行うようにしたエンジン１に本発明を適用したものであったが、アイドルストップ制御を行わずにイグニッションスイッチ６２の操作のみで始動及び停止するようにしたエンジンにも本発明を適用することが可能である。
更にまた、前記実施形態は直列４気筒エンジンに本発明を適用したものであったが、エンジン１はこれに限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係るエンジンの始動装置の全体構成図である。図１の始動装置で行われる始動制御の内容を示すフローチャートである。図２の始動制御で行われる供給空気量決定制御ルーチンを示すフローチャートである。図３の供給空気量決定制御ルーチンで用いられる基本供給空気量とピストン位置との関係を示す図である。図３の供給空気量決定制御ルーチンで決定される供給空気量と冷却水温との関係を示す図である。図２の始動制御で行われる供給空気量決定制御ルーチンの変形例を示すフローチャートである。図１の始動装置で行われる圧縮空気補充制御を示すフローチャートである。点火プラグ一体型のエアバルブを示す一部切欠図である。

符号の説明

１エンジン
２燃料噴射弁
４点火プラグ
３０空気供給装置（空気供給手段）
３２エアバルブ
３４蓄圧器
４２水温センサ（水温検出手段）
５４ＥＣＵ（制御手段、空気密度検出手段、気筒判別手段）

Claims

エンジンの気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁により前記気筒内に噴射された燃料を点火する点火プラグと、
前記エンジンの吸気弁の開閉による吸気の供給とは独立して前記気筒内に空気を供給する空気供給手段と、
前記気筒内の空気密度を検出する空気密度検出手段と、
前記エンジンの停止時に膨張行程にある気筒を判別する気筒判別手段と、
エンジン停止の際に膨張行程にあった気筒に対し、前記空気密度検出手段によって検出された空気密度に基づき設定した供給量の空気を前記空気供給手段から供給すると共に、前記燃料噴射弁から燃料を供給し、前記点火プラグで前記供給燃料を点火することにより前記エンジンを始動する制御手段と
を備えたことを特徴とするエンジンの始動装置。
前記空気密度検出手段は、前記エンジンの冷却水温を検出する水温検出手段を備え、前記水温検出手段によって検出された冷却水温に基づき前記気筒内の空気密度を検出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動装置。
前記制御手段は、前記水温検出手段によって検出された冷却水温の上昇に伴って前記空気供給手段からの空気の供給量を増加させることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの始動装置。
前記空気供給手段は、前記点火プラグと一体に構成されたエアバルブから前記気筒内への空気の供給を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動装置。
前記空気供給手段は、圧縮空気を蓄える蓄圧器と、気筒内に連通する吐出孔を有し開弁時に前記蓄圧器と前記気筒内とを連通することにより前記蓄圧器内の圧縮空気を前記気筒内に噴射するエアバルブとを備え、前記制御手段は、前記エンジンが回転しているときに圧縮行程にある気筒の前記エアバルブを開弁することにより、前記圧縮行程によって圧縮された空気を前記蓄圧器に流入させて蓄えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動装置。
前記制御手段は、前記エンジンが燃料カット中であるときに前記エアバルブの開弁による前記蓄圧器への圧縮空気の蓄積を行うことを特徴とする請求項５に記載のエンジンの始動装置。