JP2008190484A - 内燃機関の始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドルストップからの再始動時において、始動させ難い気筒が存在しても失火の発生を抑制して良好な始動性を確保することができる内燃機関の始動装置を提供する。
【解決手段】アイドルストップからの再始動に際してアイドルストップ時の各気筒のピストン停止位置によって全気筒のうちで最初に始動させる気筒が決定される内燃機関の始動装置において、再始動に際して全気筒のうちで最初に始動させようとすると失火すると判断された特定気筒が存在する時（ステップ１０２）には、特定気筒が最初に始動させる気筒とならないように、アイドルストップ時の特定気筒のピストンの停止位置を制御する（ステップ１０５及び１０６）。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の始動装置に関する。

内燃機関車両において、燃料消費を低減するために、信号待ち等の車両停止中のアイドル運転を停止するアイドルストップが実施されることがある。このようなアイドルストップからの再始動時においては、直ぐに再始動を完了しなければならず、内燃機関がディーゼルエンジンである場合には、一般的に、圧縮行程でピストンが停止している気筒から燃料噴射が開始される。このような再始動時において、電力の無駄を抑制するために、グロープラグの通電状態を適切に制御することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１７６５６９ 特開平８−２８３１９ 特開２００５−１６５０５ 特開２００２−３４９３７０

前述の背景技術において、グロープラグの通電状態が適切に制御され、圧縮行程でピストンが停止している気筒から燃料噴射を開始して再始動しようとしても、この気筒がグロープラグの断線等により始動させ難い気筒であると、失火することがあり、この時には、多量の未燃燃料量が排出され、また、再始動が遅れてしまう。

従って、本発明の目的は、アイドルストップからの再始動時において、始動させ難い気筒が存在しても失火の発生を抑制して良好な始動性を確保することができる内燃機関の始動装置を提供することである。

本発明による請求項１に記載の内燃機関の始動装置は、アイドルストップからの再始動に際してアイドルストップ時の各気筒のピストン停止位置によって全気筒のうちで最初に始動させる気筒が決定される内燃機関の始動装置において、前記再始動に際して全気筒のうちで最初に始動させようとすると失火すると判断された特定気筒が存在する時には、前記特定気筒が前記最初に始動させる気筒とならないように、アイドルストップ時の前記特定気筒のピストンの停止位置を制御することを特徴とする。

本発明による請求項２に記載の内燃機関の始動装置は、請求項１に記載の内燃機関の始動装置において、前記再始動に際して前記特定気筒が前記最初に始動させる気筒とならずに全気筒のうちで最後に始動させる気筒となるように、アイドルストップ時の前記特定気筒のピストン停止位置を制御することを特徴とする。

本発明による請求項３に記載の内燃機関の始動装置は、請求項１又は２に記載の内燃機関の始動装置において、アイドルストップ時に前記特定気筒のピストン停止位置を制御しても、前記再始動に際して前記特定気筒が前記最初に始動させる気筒となってしまった時には、前記特定気筒には燃料を供給せずに、前記特定気筒の次に燃料を供給する気筒から始動させることを特徴とする。

本発明による請求項４に記載の内燃機関の始動装置は、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の始動装置において、前記内燃機関はディーゼルエンジンであり、前記特定気筒が存在する時には、前記再始動に際して燃料噴射圧力を高めることを特徴とする。

本発明による請求項５に記載の内燃機関の始動装置は、請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の始動装置において、前記特定気筒が存在する時には、前記再始動に際して吸気行程の気筒内の吸気温度を高めることを特徴とする。

本発明による請求項１に記載の内燃機関の始動装置によれば、再始動に際して全気筒のうちで最初に始動させようとすると失火すると判断された特定気筒が存在する時には、特定気筒が最初に始動させる気筒とならないように、アイドルストップ時の特定気筒のピストンの停止位置を制御するようになっている。それにより、始動させ難い特定気筒が存在しても、再始動に際して、この特定気筒は全気筒のうちで最初ではなく他気筒の始動後の機関回転が上昇してから始動させられるために失火の発生は抑制され、また、他気筒の確実な最初の始動も実現され、良好な始動性を確保することができると共に、特定気筒の失火による未燃燃料の排出も抑制することができる。

本発明による請求項２に記載の内燃機関の始動装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の始動装置において、再始動に際して特定気筒が最初に始動させる気筒とならずに全気筒のうちで最後に始動させる気筒となるように、アイドルストップ時の特定気筒のピストン停止位置を制御するようになっている。それにより、始動し難い特定気筒が存在しても、再始動に際して、この特定気筒は全気筒のうちで最初ではなく他の全ての気筒の始動後の機関回転が最も上昇してから始動させられるために失火の発生はさらに抑制され、また、他気筒の確実な最初の始動も実現され、さらに良好な始動性を確保することができると共に、特定気筒の失火による未燃燃料の排出もさらに抑制することができる。

本発明による請求項３に記載の内燃機関の始動装置によれば、請求項１又は２に記載の内燃機関の始動装置において、アイドルストップ時に特定気筒のピストン停止位置を制御しても、再始動に際して特定気筒が最初に始動させる気筒となってしまった時には、特定気筒には燃料を供給せずに、特定気筒の次に燃料を供給する気筒から始動させるようになっている。それにより、再始動に際して、この特定気筒は全気筒のうちで最初ではなく他の全ての気筒の始動後の機関回転が最も上昇してから始動させられるために失火の発生は十分に抑制され、また、他気筒の確実な最初の始動も実現され、特定気筒の最初の始動は見送られるために僅かに始動性は悪化するが、比較的良好な始動性を確保することができると共に、特定気筒の失火による未燃燃料の排出も十分に抑制することができる。

本発明による請求項４に記載の内燃機関の始動装置によれば、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の始動装置において、内燃機関はディーゼルエンジンであり、特定気筒が存在する時には、再始動時の燃料噴射圧力を高めるようになっている。それにより、噴射燃料の微粒化が促進されるために、特定気筒も始動し易くなって失火の発生はさらに抑制され、さらに良好な始動性を確保することができると共に、特定気筒の失火による未燃燃料の排出もさらに抑制することができる。

本発明による請求項５に記載の内燃機関の始動装置によれば、請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の始動装置において、特定気筒が存在する時には、吸気弁の開弁時期を遅角する等して再始動に際して吸気行程の気筒内の吸気温度を高めるようになっている。それにより、特定気筒も始動し易くなって失火の発生はさらに抑制され、さらに良好な始動性を確保することができると共に、特定気筒の失火による未燃燃料の排出もさらに抑制することができる。

図１は本発明による始動装置が取り付けられるディーゼルエンジンを示す概略図である。同図において、ディーゼルエンジンは例えば四気筒であり、＃１気筒、＃２気筒、＃３気筒、及び＃４気筒には、それぞれ、燃料を噴射するための燃料噴射弁Ｉが配置されると共に、噴射燃料の気化を促進するためのグロープラグＧも配置されている。本ディーゼルエンジンの燃料噴射は、例えば、＃１気筒、＃３気筒、＃４気筒、＃２気筒の順番で行われる。本ディーゼルエンジンでは、機関駆動式の燃料ポンプにより圧送される燃料が各気筒共通のコモンレールに蓄えられ、コモンレール内の高圧燃料が各燃料噴射弁Ｉを介して各気筒内へ噴射される。また、可変バルブタイミング機構を備えて、少なくとも吸気弁の開弁時期を段階的又は無段階に変化させることができる。

本ディーゼルエンジンでは、信号待ち等の車両停止時において、燃料消費を節約するために、アイドル運転を停止するアイドルストップが実施される。このようなアイドルストップからの再始動は、直ぐに完了して、車両を発進可能としなければならず、圧縮行程（好ましくは圧縮行程前半）でピストンが停止している気筒から始動を開始するために燃料噴射が実施される。そのためにアイドルストップ時に圧縮行程でピストンが停止した気筒が記憶される。

しかしながら、圧縮行程でピストンが停止している気筒から始動を開始しようとしても、グロープラグＧが断線している等の理由によって、この気筒が始動させ難い気筒であると、全ての気筒のうちでこの気筒を最初に始動させようとすると、機関回転数が最も低い始動となるために失火することがあり、この時には、多量の未燃燃料量が排出されるだけでなく、機関始動完了が遅れてしまう。この問題を改善するために、本実施形態の始動装置は、図２及び３に示す第一フローチャートに従って、ディーゼルエンジンをアイドルストップから再始動させるようになっている。

先ず、ステップ１０１において、アイドルストップ要求があったか否かが判断され、アイドルストップ要求があるまでこの判断は繰り返される。アイドルストップ要求があると、ステップ１０２において、詳しくは後述するが、始動不良気筒が存在するか否かが判断される。ここで、始動不良気筒とは、アイドルストップからの再始動に際して、全気筒のうちで最初に始動させようとすると、機関回転数が全気筒のうちで最も低い始動となるために失火すると判断される気筒である。この判断が否定される時には、ステップ１０３において、いずれの気筒に噴射されるかに係わらず、直ちに燃料噴射を停止すると共に、スロットル弁が全閉とされていない時にはスロットル弁を全閉とし、アイドルストップを実施する。このスロットル弁は、アクセルペダルと機械的に連結されておらず、ステップモータ等により駆動されるものである。次いで、ステップ１０４において、フラグＦは０とされる。

一方、ステップ１０２の判断が肯定される時には、ステップ１０５において、アイドルストップ時に始動不良気筒のピストンが圧縮行程で停止すると、再始動に際して始動不良気筒が全気筒のうちで最初に始動される気筒となるために、そうならないように、すなわち、アイドルストップ時に始動不良気筒のピストンが吸気行程、排気行程、又は、膨張行程で停止するように、好ましくは、再始動に際して始動不良気筒が全気筒のうちで最後に始動される気筒となるように、すなわち、アイドルストップ時に始動不良気筒のピストンが膨張行程で停止するように、燃料噴射の停止を開始する気筒を設定する。

こうして、設定された気筒から、順次、燃料噴射時期となっても燃料噴射が停止され、全ての気筒の燃料噴射が停止されれば、摩擦力によりエンジン回転は停止し、全ての気筒の燃料噴射の停止からエンジン回転停止までのエンジン回転回数（整数とは限らない）が推定又は予め測定可能であるために、始動不良気筒のピストンを所望位置で停止させるためには、いずれの気筒から燃料噴射を停止させれば良いかを定めることができる。

次いで、ステップ１０６では、こうして設定された気筒から燃料噴射を停止すると共に、スロットル弁が全閉とされていない時にはスロットル弁を全閉とし、アイドルストップを実施する。次いで、ステップ１０７では、全ての気筒への燃料噴射停止によって低下し続ける機関回転数Ｎｅが第一設定回転数Ｎｅｃ１まで低下したか否かが判断される。例えば、第一設定回転数Ｎｅｃ１はアイドル回転数の半分とされる。この判断は肯定されるまで繰り返され、機関回転数Ｎｅが第一設定回転数Ｎｅｃ１まで低下した時には、ステップ１０８において、この時の機関回転数の低下速度等に基づき、改めて、始動不良気筒のピストン停止位置が推定される。

次いで、ステップ１０９では、推定された始動不良気筒のピストン停止位置が圧縮行程であるか否かが判断され、この判断が否定される時には、そのままステップ１１１へ進むが、ステップ１０９の判断が肯定される時には、ステップ１１０において、停止位置修正制御として、スタータモータを駆動してエンジン回転停止を遅らせたり、各気筒共通のコモンレールへの燃料ポンプの燃料圧送を実施して（又は、燃料圧送が実施されている時には燃料圧送量を増加して）エンジン回転停止を早めたり、又は、オルタネータの発電量を増加させてエンジン回転停止を早めたりし、始動不良気筒のピストン停止位置が圧縮行程とならないようにする。もちろん、前述したように、始動不良気筒のピストン停止位置が所望位置（例えば、膨張行程）とされている場合には、停止位置修正制御として、ピストン停止位置が所望位置となるようにする。次いで、ステップ１１１において、フラグＦは１とされる。

次いで、ステップ１１２では、アイドルストップからの再始動要求があったか否かが判断され、この判断は肯定されるまで繰り返される。ステップ１１２の判断が肯定されると、ステップ１１３において、フラグＦが１であるか否かが判断される。フラグＦが１でない時には、始動不良気筒は存在せず、ステップ１１８において、アイドルストップ時に圧縮行程でピストンが停止している気筒からグロープラグＧを作動させると共に燃料噴射を開始して再始動を実施する。

一方、ステップ１１３の判断が肯定される時には、始動不良気筒が存在しており、始動不良気筒での失火発生を抑制するために、ステップ１１４において、燃料ポンプの燃料圧送量を増量設定し（好ましくは、最大量に設定し）、各気筒の噴射圧力を高めて噴射燃料の微粒化を促進する。また、ステップ１１５において、吸気弁の開弁時期を遅角設定し、吸気行程において気筒内へ吸入された吸気の温度を高める。

次いで、ステップ１１６において、始動不良気筒のピストンの実際の停止位置が圧縮行程であるか否かが判断され、この判断が否定される時には、ステップ１１８において、アイドルストップ時に圧縮行程でピストンが停止している気筒からグロープラグＧを作動させると共に燃料噴射を開始して再始動を実施する。こうして、再始動に際して、始動不良気筒は全気筒のうちで最初ではなく他気筒の始動後の機関回転が上昇してから始動させられるために失火の発生は抑制され、また、他気筒の確実な最初の始動も実現され、良好な始動性を確保することができると共に、始動不良気筒の失火による未燃燃料の排出も抑制することができる。

また、始動不良気筒のピストン停止位置を膨張行程とするように制御されていれば、再始動に際して、始動不良気筒は全気筒のうちで最初ではなく他の全ての気筒の始動後の機関回転が最も上昇してから始動させられるために失火の発生はさらに抑制され、また、他気筒の確実な最初の始動も実現され、さらに良好な始動性を確保することができると共に、始動不良気筒の失火による未燃燃料の排出もさらに抑制することができる。

一方、アイドルストップ時において、始動不良気筒のピストン停止位置が圧縮行程とならないように制御したにも係わらずに、実際のピストン停止位置が圧縮行程となってしまった時には、ステップ１１６の判断が肯定され、ステップ１１７において、始動不良気筒への初回の燃料噴射を禁止し、ステップ１１８の再始動開始に際しては、始動不良気筒の次に燃料を供給する気筒、すなわち、ピストン停止位置が吸気行程となっている気筒からグロープラグＧを作動させると共に燃料噴射を開始して再始動を実施する。

それにより、再始動に際して、この始動不良気筒は全気筒のうちで最初ではなく他の全ての気筒の始動後の機関回転が最も上昇してから始動させられるために失火の発生は十分に抑制され、また、他気筒の確実な最初の始動も実現され、始動不良気筒の最初の始動は見送られるために僅かに始動性は悪化するが、比較的良好な始動性を確保することができると共に、始動不良気筒の失火による未燃燃料の排出も十分に抑制することができる。

また、ステップ１１４において、再始動に際して燃料ポンプの燃料圧送量が増量されるために、遅く始動させる気筒ほど、燃料ポンプのコモンレールへの燃料圧送回数が多くなると共に、機関回転数の上昇に伴って燃料ポンプの実燃料圧送量も増大するために、燃料噴射時期のコモンレール内の燃料圧力が高くなって、噴射燃料圧が高くなる。それにより、始動不良気筒を遅く始動させる気筒とするほど、噴射燃料の微粒化が促進されて失火し難くなり、さらに良好な始動性を確保することができると共に、始動不良気筒の失火による未燃燃料の排出もさらに抑制することができる。

また、ステップ１１５において、再始動に際して吸気弁の開弁時期が遅角されるために、吸気行程において気筒内へ吸入された吸気の温度が高くなる。それにより、始動不良気筒のピストン停止位置が吸気行程となるように制御している場合には、あまり意味はないが、排気行程又は膨張行程となるように制御している場合には、始動不良気筒の始動に際して燃料噴射時期の筒内温度を高めることができ、さらに良好な始動性を確保することができると共に、始動不良気筒の失火による未燃燃料の排出もさらに抑制することができる。

第一フローチャートにおいて、ステップ１０７からステップ１１０の停止位置修正制御、ステップ１１４の燃料ポンプ圧送量の増量制御、ステップ１１５の吸気弁開弁時期の遅角制御、及び、ステップ１１６及び１１７の始動不良気筒の初回の燃料噴射停止は、いずれも任意に省略可能である。

グロープラブＧが断線等によって正常に機能しなくなれば、始動不良気筒となるために、各グロープラグの通電電流を測定して、各グロープラグＧの異常を検出することができる。また、グロープラグの制御回路にゲート回路（ＧＤＵ）を設けて各グロープラグの異常を検出することもできる。こうして特定気筒のグロープラグの異常が検出されれば、図２及び３の第一フローチャートのステップ１０２において、始動不良気筒があると判断させることができる。

また、グロープラグが正常であっても、全気筒のうちで最初に始動させる気筒は、例えば、燃料噴射量が僅かに少ないだけで失火することもあり、こうして、通常運転時には全く問題が無いような僅かな異常を有する気筒が、全気筒のうちで最初に始動させようとすると失火する始動不良気筒となることがある。

図４は、このような始動不良気筒を特定して、図２及び３の第一フローチャートのステップ１０２において始動不良気筒があると判断させるための第二フローチャートである。先ず、ステップ２０１において、アイドルストップからの再始動ではなく通常の機関停止からの始動要求があったか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時には、ステップ２０２において、タイマのカウントを開始する。

次いで、ステップ２０３において、機関回転数Ｎｅが第二設定回転数Ｎｅｃ２に達したか否かが判断される。この第二設定回転数Ｎｅｃ２は、例えば、アイドル回転数の半分とされ、機関始動完了を示す回転数である。ステップ２０３の判断は肯定されるまで繰り返され、肯定されると、ステップ２０４において、この始動完了までタイマにより測定された時間Ｔが設定時間Ｔｃより長いか否かが判断され、この判断が否定される時にはステップ２０６へ進むが、この判断が肯定される時には、ステップ２０５において、今回の始動に際して全気筒のうちで最初に始動させようとした気筒が失火したとして、この失火気筒に対応するカウント値Ｃ_nを１だけ増加させ、ステップ２０６へ進む。

ステップ２０６では、各気筒のカウント値Ｃ_n（Ｃ_#1、Ｃ_#2、Ｃ_#3、Ｃ_#4）が設定値Ｃｓより大きくなったか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、ステップ２０６の判断を肯定するカウント値Ｃ_nがある時には、このカウント値Ｃ_nに対応する気筒は、始動に際して全気筒のうちで最初に始動させようとすると失火することを所定回数繰り返した気筒であり、ステップ２０７において、この気筒を始動不良気筒として設定するようになっている。

図４に示す第二フローチャートは、通常の機関始動時に始動不良気筒を特定するものであるが、この時だけでなく、アイドルストップからの再始動に際して、同様に、機関始動完了までの時間が設定時間（ステップ２０４の設定時間より短くなる）より長くなった時に、全気筒のうちで最初に始動させた気筒が失火したと判断して、対応するカウント値Ｃ_nを増加させるようにしても良い。

前述した実施形態において、内燃機関はディーゼルエンジンとし、アイドルストップからの再始動時には、圧縮行程でピストンが停止している気筒から始動するようにしたが、これは本発明を限定するものではない。例えば、吸気行程後半から圧縮行程前半の間でピストンが停止している気筒から始動するようにしても良い。また、吸気行程でピストンが停止している気筒から始動するようにしても良い。

ガソリンエンジンでは、圧縮行程噴射の成層燃焼の場合は、ディーゼルエンジンと同様に最初の始動気筒を設定することができる。しかしながら、均質燃焼の場合には、吸気行程において気筒内へ燃料が供給されるために、再始動に際して、少なくとも燃料噴射時期（例えば、吸気同期ポート又は筒内噴射、又は、吸気非同期ポート噴射）の直前の例えば１８０°クランク角度範囲でピストンが停止している気筒から始動させることが好ましい。

例えば、燃料噴射が吸気行程前半から開始されるのであれば、排気行程でピストンが停止している気筒から始動させ、燃料噴射が吸気行程後半から開始されるのであれば、排気行程で又は排気行程前半から吸気行程前半まで間でピストンが停止している気筒から始動させることが好ましい。

本発明による始動装置が取り付けられるディーゼルエンジンを示す概略図である。 本発明による始動装置により実施されるアイドルストップからの再始動のための制御を示す第一フローチャートの一部である。 図２の第一フローチャートの残り部分である。 始動不良気筒を特定するための第二フローチャートである。

符号の説明

Ｉ 燃料噴射弁
Ｇ グロープラグ

Claims (5)

1. アイドルストップからの再始動に際してアイドルストップ時の各気筒のピストン停止位置によって全気筒のうちで最初に始動させる気筒が決定される内燃機関の始動装置において、前記再始動に際して全気筒のうちで最初に始動させようとすると失火すると判断された特定気筒が存在する時には、前記特定気筒が前記最初に始動させる気筒とならないように、アイドルストップ時の前記特定気筒のピストンの停止位置を制御することを特徴とする内燃機関の始動装置。
2. 前記再始動に際して前記特定気筒が前記最初に始動させる気筒とならずに全気筒のうちで最後に始動させる気筒となるように、アイドルストップ時の前記特定気筒のピストン停止位置を制御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装置。
3. アイドルストップ時に前記特定気筒のピストン停止位置を制御しても、前記再始動に際して前記特定気筒が前記最初に始動させる気筒となってしまった時には、前記特定気筒には燃料を供給せずに、前記特定気筒の次に燃料を供給する気筒から始動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の始動装置。
4. 前記内燃機関はディーゼルエンジンであり、前記特定気筒が存在する時には、前記再始動に際して燃料噴射圧力を高めることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の始動装置。
5. 前記特定気筒が存在する時には、前記再始動に際して吸気行程の気筒内の吸気温度を高めることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の始動装置。

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