JP2008069667A - ２サイクルエンジンの始動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２サイクルエンジンでは、スーパーチャージャがエンジンに対して負荷となるとともに、新気がシリンダ内を素通りすることで残留する新気の量が十分でなくなり圧縮熱が上昇し難いものとなり、その結果、エンジンが冷えている冷間時には、筒内温度を上昇させるのに時間がかかり、始動性を向上させることが難しかった。
【解決手段】吸入空気を圧縮することにより燃料に着火させる２サイクルエンジンと、２サイクルエンジンに空気を圧送するスーパーチャージャと、給気迂回弁を備えてスーパーチャージャを迂回する給気迂回通路と、排気ガスの流量を調節する排気ガス量調節手段とを備える車両において、２サイクルエンジンの始動時に、少なくとも初爆までは給気迂回弁を閉じるとともに排気ガス量調節手段を閉じ、初爆の後は、給気迂回弁を徐々に開くとともに排気ガス量調節手段を徐々に開くように制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、スーパーチャージャを備える２サイクルエンジンの始動方法に関するものである。

従来、スーパーチャージャを備える２サイクルエンジンでは、アイドル運転時などの低負荷運転時にスーパーチャージャが負荷となり、エンジンの駆動損失が生じるため、このような運転時にはスーパーチャージャによるエンジンへの送風量を少なくするように構成してある。この一方で、エンジンの始動時にスーパーチャージャの作動を停止させると、吸気の充填量が不足し、冷寒地などにおいては始動性が低下する。

このような不具合に対して、例えば特許文献１に記載のものでは、スーパーチャージャから吐出される空気を、所定の条件が成立した場合にスーパーチャージャの上流にバイパスするよう構成するものである。具体的には、エンジンの始動時においては、スーパーチャージャを迂回するバイパス通路に設けたエアバイパス弁を閉成してスーパーチャージャにより過給し、エンジンが自励回転状態となった時点以降にエアバイパス弁を開成して空気をバイパスするものである。
特開平９−３２４６３８号公報

ところで、圧縮熱によって着火するエンジンつまりディーゼルエンジンは、始動時にあっては短時間で気筒内温度を上昇させる必要がある。２サイクルエンジンはその構造上、給気を行うと同時にその給気により気筒内の燃焼ガスつまり排気ガスを掃気（排気）するので、給気がシリンダ内を素通りすることがある。このことにより、スーパーチャージャを作動させて給気量を増やしても、気筒内の空気量すなわち新気の量は必要な量にまで増加し得ない。つまり、スーパーチャージャを作動させると、スーパーチャージャにより供給される給気量は増加するが、その一方で筒内に残留する給気（新気）は給気量に対応して増えるものでもない。

したがって、上記した引用文献１に記載の構成をディーゼルエンジンに適用した場合では、スーパーチャージャがエンジンに対して負荷となり、また、シリンダ内に残留した新気の量が十分でないために圧縮熱が上昇し難いものである。この結果、エンジンが冷えている冷間時には、筒内温度を上昇させるのに時間がかかるものとなり、始動性を向上させることが難しかった。

そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。

すなわち、本発明の２サイクルエンジンの始動方法は、吸入空気を圧縮することにより燃料に着火させる２サイクルエンジンと、２サイクルエンジンに空気を圧送するスーパーチャージャと、給気迂回弁を備えてスーパーチャージャを迂回する給気迂回通路と、排気ガスの流量を調節する排気ガス量調節手段とを備える車両において、２サイクルエンジンの始動時に、少なくとも初爆までは給気迂回弁を閉じるとともに排気ガス量調節手段を閉じ、初爆の後は、給気迂回弁を徐々に開くとともに排気ガス量調節手段を徐々に開くように制御することを特徴とする。

このような構成によれば、初爆に至るまでの間は、給気迂回弁と排気ガス量調整手段とを閉じるので、２サイクルエンジンの気筒内の空気量が増加する。したがって、気筒内の空気を圧縮した際、圧縮した空気の温度が高くなるので、筒内温度を短時間で上昇させることが可能になる。この結果、２サイクルエンジンを始動した後、燃料が着火し、燃焼に至った少なくとも最初の状態である初爆が容易になり、初爆に至るまでの時間を短縮することが可能になる。

そして、初爆の後は、給気迂回弁と排気ガス量調節手段とを徐々に開くので、２サイクルエンジンの気筒内は、給気が減少することで燃焼済みの排気ガス（気筒内残留ガス）が残るとともに、背圧が低減することになる。これと同時に、給気迂回弁を開くことにより、スーパーチャージャによる２サイクルエンジンに対する負荷が低減する。このため、スーパーチャージャによる２サイクルエンジンの負荷を軽減させるものとなる。したがって、２サイクルエンジンの回転を円滑に上昇させることが可能になる。

２サイクルエンジンの回転上昇を速くするには、エンジン回転数が始動開始からクランキングにおける規定回転数に達するまでの間は、給気迂回弁と排気ガス量調節手段とを開き、エンジン回転数が規定回転数に達した時点から初爆までの間は、給気迂回弁と排気ガス量調節手段とを閉じるものが好ましい。

筒内温度の上昇を促進するためには、エンジン温度が低い場合には、初爆から完爆までの間、排気ガス量調節手段をエンジン温度の高温時よりも閉じた開度にするものが好適である。

本発明は、以上説明したような構成であり、２サイクルエンジンの始動時において、初爆の前後において、給気迂回弁と排気ガス量調節手段との開閉状態を切り替えることにより、初爆に要するまでの時間を短縮することができるとともに、次行程における燃焼を促進させて回転の上昇を容易にさせることができる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１において、２サイクルエンジン（以下、エンジンと略記する）１は、圧縮着火式のディーゼルエンジンであり、給気通路２にスーパーチャージャ３を備え、シリンダヘッド６ａに取り付けられた排気弁５を介して排気通路４に排気ガスを排出する、いわゆるユニフロー式と呼ばれる形式のものである。すなわち、このエンジン１は、気筒すなわちシリンダ６の周囲に形成された掃気室７に流入した新気が、シリンダ６の周壁の下死点近傍の中間高さ位置に設けられた掃気孔８から燃焼室９へ導入され、排気バルブ５が開成している間に燃焼ガスを排気通路４に掃気するように構成してある。燃焼室９へは、燃料噴射弁１０により燃料が噴射され、燃料噴射弁１０には燃料噴射ポンプ１１から燃料が供給される。

給気通路２は、その最も上流にエアクリーナ３１を備え、その下流に、通常ディーゼルエンジンにおける吸気系統には必要でない、新気の量を調整するための制御弁である吸気絞りバルブ１６が設けてあり、さらにその下流にスーパーチャージャ３が配置されている。スーパーチャージャ３は、この分野でよく知られたものを使用することができ、作動することによって新気を、掃気室７及び掃気孔８を介して燃焼室９に供給するように構成してある。この場合に新気は、吸気絞り弁１６の開度を制御することにより、燃焼室９への供給量が調整される。吸気絞り弁１６は、後述の電子制御装置１５により制御されるもので、開度は直線的にすなわちリニアに変化するように制御される。

給気通路２には、スーパーチャージャ３を迂回する給気迂回通路１２が接続される。給気迂回通路１２は、給気迂回通路１２を開閉する給気迂回弁１３を備えてなり、その一端がスーパーチャージャ３より上流の給気通路２に接続されるとともに、その他端がスーパーチャージャ３より下流の給気通路２に接続される。そして給気迂回弁１３が開いた際にスーパーチャージャ３の上流側と下流側とが給気迂回通路１２により連通するものである。

排気通路４は、通過する排気ガスの流量を調節する排気ガス量調節手段である排気絞り弁１４を備えている。この排気絞り弁１４は、吸気絞り弁１６と同様のものであってよく、例えば、駆動信号のデューティ比を変更することにより開度を変更する電気式のバルブや、バキュームコントロールバルブ等と組み合わされて弁体のリフト量を制御して開度を変更する機械式のバルブ、あるいはバタフライバルブをモータにより駆動するもの等を使用することができる。

電子制御装置１５は、マイクロコンピュータを中心にして構成されており、メモリ、入力インターフェース、出力インターフェース、Ａ／Ｄコンバータ等を具備して構成される。入力インターフェースには、エンジン回転数ＮＥを検出する回転数センサ１７から出力される回転数信号ａ、冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ１８から出力される水温信号ｂ、エンジン１の負荷を検出するためのアクセルセンサ１９から出力されるアクセルペダル２０の踏込量信号ｃ等が入力される。一方、出力インターフェースからは、エンジン回転数、アクセルペダル２０の踏込量、冷却水温等の諸条件から決定した噴射量に対応する信号が燃料噴射ポンプ１１に出力されるとともに、吸気絞り弁１６、給気迂回弁１３及び排気絞り弁１４には、それぞれ設定された制御量により電気信号が出力される。

以上の構成において、エンジン１の始動時には、図２に示す手順により給気迂回弁１３及び排気絞り弁１４を制御するものである。図２において、まず電子制御装置１５は、図示しないスタータスイッチが操作されてエンジン１を始動する信号が入力されると、図示しないスタータに通電する。スタータが作動することによって、エンジン１は始動を開始しクランキング状態となる。このクランキング状態において、電子制御装置１５は、回転数センサ１７から出力される回転数信号ａによりエンジン回転数を検出する（ステップＳ１）。

次に、検出したエンジン回転数が設定された規定回転数に達したか否かを判定する（ステップＳ２）。規定回転数は、エンジン１を始動し、エンジン１がクランキングにより回転している状態における回転数に対応して設定するものである。

そして、ステップＳ２において、エンジン回転数が規定回転数に達していないと判定した場合は、給気迂回弁１３及び排気絞り弁１４を開く（ステップＳ３）。給気迂回弁１３は、通常のエンジン１の運転状態にあっては閉じられているものであるので、始動開始とほぼ同時にほぼ全開になるような操作速度で開成させる。これに対して、排気絞り弁１４は、本来開いておくものであるので、始動開始からの全開状態を維持する。

このようにして給気迂回弁１３及び排気絞り弁１４を制御している状態で、再度ステップＳ２を実行し、その時点のエンジン回転数が規定回転数に達したか否かを判定する。判定の結果、エンジン回転数が規定回転数に達したと判定した場合は、初爆を検出する（ステップＳ４）。初爆とは、エンジン１を始動した後、燃料が着火し、燃焼に至った少なくとも最初の状態を指すものである。初爆は、エンジン回転数が設定した検出用回転数以上あるいは上回ったか否かにより検出する。検出用回転数は、スタータによる回転数よりも高く、アイドリング回転数よりも低いもので、例えばアイドリング回転数の１／２より低い値に設定するものであってよい。なお、初爆を、燃料が着火し、燃焼に至った状態を含んで、着火と失火とがある期間において任意に入り交じる運転状態までを包含するものであってもよい。

ステップＳ４において、初爆を検出しなかった場合は、給気迂回弁１３及び排気絞り弁１４を閉じる（ステップＳ５）。具体的には、給気迂回弁１３及び排気絞り弁１４は、瞬時に閉じてしまうのではなく、設定された操作速度により徐々に閉じるものである。

この後、ステップＳ４において初爆を検出した場合は、給気迂回弁１３及び排気絞り弁１４を開く（ステップＳ６）。この場合にあっても、給気迂回弁１３及び排気絞り弁１４は、瞬時に全開にするのではなく、設定された操作速度により徐々に開くものである。

エンジン１を始動した場合の給気迂回弁１３及び排気絞り弁１４の作動の変化を、図３を交えて説明する。

エンジン１を始動すると、その始動開始から規定回転数までの期間（図３におけるＴ１）は、給気迂回弁１３及び排気絞り弁１４を開く（ステップＳ１〜ステップＳ３を繰り返し実行）。これによって、スーパーチャージャ３により過給された新気の一部は給気迂回路１２を迂回してスーパーチャージャ３の上流に戻され、スーパーチャージャ３によるエンジン１の負荷が低減される。また、排気絞り弁１４を開いているので、背圧が高くなることもない。この結果、エンジン１の回転が上昇しやすいクランキングの状態になり、規定回転数までの期間を可能な限り短くすることができる。

そして、エンジン回転数が規定回転数に達すると、給気迂回弁１３及び排気絞り弁１４を開く制御の目的を達成したので、初爆を検出するまでの期間（図３におけるＴ２）は、給気迂回弁１３及び排気絞り弁１４を徐々に閉じる制御に移る（ステップＳ４及びステップＳ５を繰り返し実行）。給気迂回弁１３を徐々に閉じるようにすることによりスーパーチャージャ３が機能し、給気迂回路１２に流入する空気量が減少してシリンダ９に送り込まれる新気の空気量が増加する。またこの時に、排気絞り弁１４も徐々に閉じるようにしているので、排気通路４における背圧が高くなり、吹き抜ける新気の量が減じられる。したがって、始動時の、規定回転数を上回るエンジン回転数におけるクランキング状態で、シリンダ９内の圧縮空気の温度を上昇させることができ、初爆が生じやすい状態を作り出すことができる。この結果、初爆までに要する時間を短縮することができる。

この後、ステップＳ４において、初爆を検出した場合には、給気迂回弁１３及び排気絞り弁１４を徐々に開くように制御する（図３におけるＴ３及びＴ４）。給気迂回弁１３を開くようにすることにより、初爆までとは反対に、新気が給気迂回路１２に流入しやすくなってスーパーチャージャ３の過給機能が抑制されるので、新気の空気量が減少するとともに、エンジン１に対する負荷を軽減する。また、エンジン１に対する負荷が軽減されているので、エンジン回転がそれまでより急激に上昇させることができ、アイドリング回転数に達するまでの時間を短縮することができる。

なお、上記実施形態においては、初爆を検出した後、排気絞り弁１４を開くように制御したが、エンジン１を始動する際の温度に応じて、図３に点線で示すように、初爆を検出した時点の開度を維持するか、もしくは閉じ気味に制御するものであってもよい。すなわち、前記温度が、低温である場合には、初爆から完爆までの期間（図３におけるＴ３）にあっては、高温時に比較して排気絞り弁１４を現状維持もしくは閉じ気味に制御するものである。そして、完爆を検出した後に、排気絞り弁１４を徐々に開くように制御する（図３におけるＴ４）ものである。完爆は例えば、アイドリング回転数近傍の完爆用回転数を設定しておき、エンジン回転数がその完爆用回転数以上あるいは上回ることにより検出するものである。このように排気絞り弁１４を制御する間（図３におけるＴ３〜Ｔ４）、給気迂回弁１３は、徐々に開くように制御する。

このように排気絞り弁１４を、初爆から完爆までの期間、初爆までよりさらに開けることなく初爆時の開度を維持するかもしくは閉じ気味に制御することによって、シリンダ９内に存在するガス温度を上げることができる。つまり、低温時においては、このようにしてシリンダ９内のガス温度を上昇させることにより、機関温度（冷却水温度、潤滑油温度など）を短時間に上昇させることができる。そして、この間に給気迂回弁１３を徐々に開いているので、エンジン１に対してのスーパーチャージャ３による負荷が軽減されるので、ガス温度の上昇による低温時のメカニカルロスの低減と相乗して、始動性を向上させるものである。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の実施形態を示す概略構成図。 同実施形態の制御手順を示す概略フローチャート。 同実施形態のエンジン回転数に対する給気迂回弁及び排気絞り弁の開閉状態を示すグラフ。

符号の説明

１…２サイクルエンジン
３…スーパーチャージャ
９…シリンダ
１２…給気迂回路
１３…給気迂回弁
１４…排気絞り弁

Claims (3)

1. 吸入空気を圧縮することにより燃料に着火させる２サイクルエンジンと、２サイクルエンジンに空気を圧送するスーパーチャージャと、給気迂回弁を備えてスーパーチャージャを迂回する給気迂回通路と、排気ガスの流量を調節する排気ガス量調節手段とを備える車両において、
   ２サイクルエンジンの始動時に、
   少なくとも初爆までは給気迂回弁を閉じるとともに排気ガス量調節手段を閉じ、
   初爆の後は、給気迂回弁を徐々に開くとともに排気ガス量調節手段を徐々に開くように制御する２サイクルエンジンの始動方法。
2. エンジン回転数が始動開始からクランキングにおける規定回転数に達するまでの間は、給気迂回弁と排気ガス量調節手段とを開き、
   エンジン回転数が規定回転数に達した時点から初爆までの間は、給気迂回弁と排気ガス量調節手段とを閉じる請求項１記載の２サイクルエンジンの始動方法。
3. エンジン温度が低い場合には、初爆から完爆までの間、排気ガス量調節手段をエンジン温度の高温時よりも閉じた開度にする請求項１又は２記載の２サイクルエンジンの始動方法。

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