JP2009097345A - Engine starting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アイドル時等に自動停止したエンジンを再始動要求に応じて自動的に始動するようにしたエンジンの始動装置に関し、特にその始動時における吸気弁の作動タイミングの制御に係る。 The present invention relates to an engine starting device that automatically starts an engine that has been automatically stopped at an idle time or the like in response to a restart request, and more particularly to control of the operation timing of an intake valve at the time of starting.
従来より、燃費低減及びCO2排出量抑制等を目的として、アイドル時にエンジンを自動で停止するようにしたエンジン制御システム(アイドルストップシステム)が知られている。このようなシステムでは、発進操作等のエンジン再始動要求に対して即座にエンジンを始動しなくてはならないが、始動モータによるクランキングを経てエンジンを始動するという一般的な始動方法では始動時間がやや長くなるきらいがあり、また、クランキングに伴う騒音が運転者に違和感を与えるという不具合もある。 2. Description of the Related Art Conventionally, an engine control system (idle stop system) is known in which an engine is automatically stopped during idling for the purpose of reducing fuel consumption and suppressing CO 2 emission. In such a system, the engine must be started immediately in response to an engine restart request such as a start operation. However, in a general starting method in which the engine is started through cranking by the starting motor, the starting time is short. There is a tendency that it becomes a little longer, and there is also a problem that the noise accompanying cranking makes the driver feel uncomfortable.
この点につき本願の発明者らは、圧縮行程で停止している気筒(以下、停止時圧縮行程気筒ともいう。他の気筒も同様)に点火して燃焼させることにより一旦、エンジンを逆転作動させ、この逆転作動によって停止時膨張行程気筒を圧縮してから点火、燃焼させることにより、エンジンを正転させて自力で再始動させる手法(以下、逆転燃焼始動ともいう)を提案している。 In this regard, the inventors of the present application ignited and combusted a cylinder stopped in the compression stroke (hereinafter also referred to as a compression stroke cylinder at the time of stopping. Thus, there is proposed a method (hereinafter also referred to as reverse combustion start) in which the engine is rotated forward and restarted by itself by igniting and burning after compressing the expansion stroke cylinder at the time of stop by this reverse rotation operation.
例えば特許文献1に記載のものでは、前記のようにエンジンを逆転作動させる際に吸気弁の閉時期をBDCよりも所定クランク角以上、遅角させることで、逆転から正転に切り換わる前に吸気弁を確実に開弁させて、停止時圧縮行程気筒内に新気を取り入れるようにしている。こうすれば、エンジンの正転に伴い前記停止時圧縮行程気筒が膨張行程に移行した後に、これに再び点火して燃焼させることが可能になって、エンジンの始動性が向上する。
ところで、前記のような逆転燃焼始動においては、エンジン正転のための最初の燃焼が行われる停止時膨張行程気筒を逆転作動によって十分に圧縮することが重要であるが、前記従来例のものでは、逆転作動のための燃焼が行われる停止時圧縮行程気筒内に新気を取り入れるために、吸気弁の閉時期をかなり遅角側に制御し、逆転作動時には比較的早く開弁させるようにしているから、結果として逆転作動のストロークが不十分なものとなり、停止時膨張行程気筒を十分に圧縮できないことがある。 By the way, in the reverse combustion start as described above, it is important to sufficiently compress the stop-time expansion stroke cylinder in which the first combustion for engine forward rotation is performed by the reverse rotation operation. In order to take in fresh air into the cylinder during the compression stroke when the combustion is performed for reverse operation, the intake valve closing timing is controlled to be considerably retarded, and the valve is opened relatively early during reverse operation. As a result, the stroke of the reverse rotation operation becomes insufficient, and the expansion stroke cylinder at the time of stop may not be sufficiently compressed.
また、エンジンの正転に伴い、その停止時に吸気行程にあった気筒(停止時吸気行程気筒)は圧縮行程に移行し、前記停止時圧縮行程気筒に続いて上死点を迎えることになるが、この気筒内の空気はアイドルストップ中に気筒壁面からの放熱により暖められるので、圧縮反力が大きくなってしまい、エンジン回転の落ち込みが大きくなる虞れもある。 In addition, as the engine rotates forward, the cylinder that was in the intake stroke at the time of stopping (the intake stroke cylinder at the time of stop) shifts to the compression stroke and reaches the top dead center following the compression stroke cylinder at the time of stop. Since the air in the cylinder is warmed by heat radiation from the cylinder wall surface during idling stop, the compression reaction force is increased and there is a possibility that the engine rotation is greatly reduced.
斯かる諸点に鑑みて本願発明の目的は、アイドル時等にエンジンを自動停止し、その後に自動で再始動するようにしたエンジンの始動装置において、その再始動時における吸気弁の作動タイミングの制御に工夫を凝らして始動性を向上し、さらにはエンジン回転がスムーズに立ち上がるようにすることにある。 In view of these points, an object of the present invention is to control the operation timing of the intake valve at the time of restart in an engine starter that automatically stops the engine when idling or the like and then restarts automatically. The idea is to improve the startability and to make the engine start up smoothly.
前記目的を達成するために本発明では、再始動時のエンジン逆転作動中は、これにより停止時膨張行程気筒を十分に圧縮できるように、吸気弁の閉時期を相対的に進角側に制御する一方、正転後は相対的に遅角側に制御して、気筒の圧縮反力を減らすようにした。 In order to achieve the above object, in the present invention, during the engine reverse operation at the time of restart, the closing timing of the intake valve is controlled to be relatively advanced so that the expansion stroke cylinder at the time of stop can be sufficiently compressed. On the other hand, after the forward rotation, the compression reaction force of the cylinder is reduced by controlling to a relatively retarded angle side.
より具体的に、請求項1の発明は、エンジンの自動停止後、所定の再始動条件が成立したときに、停止しているエンジンの圧縮行程気筒に点火して燃焼させることにより一旦、逆転作動させ、これにより圧縮される膨張行程気筒に点火して燃焼させることにより正転させて、自動的に再始動させるようにしたエンジンの始動装置を前提とする。そして、少なくとも前記停止時圧縮行程気筒における吸気弁の閉時期を、エンジンの前記逆転作動中は相対的に進角側に、また、正転後は相対的に遅角側に制御する吸気弁制御手段を備えるものとする。 More specifically, according to the first aspect of the present invention, when a predetermined restart condition is satisfied after the engine is automatically stopped, the engine is temporarily operated in reverse by igniting and burning the compression stroke cylinder of the stopped engine. It is assumed that the engine starter is configured to ignite and burn the expansion stroke cylinder to be compressed thereby to automatically restart and automatically restart the engine. Intake valve control for controlling the closing timing of the intake valve at least in the compression stroke cylinder at the time of stop relatively to the advance side during the reverse operation of the engine and to the relatively retard side after the forward rotation Means shall be provided.
前記の構成により、エンジンが自動で再始動されるときには、まず、圧縮行程で停止している気筒(停止時圧縮行程気筒)に点火されて、該気筒内の混合気が燃焼することで、エンジンが少しだけ逆転作動し、これにより、膨張行程で停止している気筒(停止時膨張行程気筒)が圧縮されることになるが、この際、少なくとも停止時圧縮行程気筒における吸気弁の閉時期が相対的に進角側に制御されることで、当該気筒においては逆転作動中に相対的に下死点寄りまで吸気弁が閉じたままになり、逆転作動のストロークを確保して、停止時膨張行程気筒を十分に圧縮することができる。 With the above configuration, when the engine is automatically restarted, first, a cylinder stopped in the compression stroke (stopped compression stroke cylinder) is ignited, and the air-fuel mixture in the cylinder burns, whereby the engine The cylinder that has stopped in the expansion stroke is compressed by this, and the cylinder that is stopped in the expansion stroke (stop expansion cylinder) is compressed. At this time, at least the closing timing of the intake valve in the stop compression stroke cylinder is By being controlled relatively forward, the intake valve remains relatively close to the bottom dead center during reverse rotation in the cylinder, ensuring a reverse operation stroke and expansion during stop. The stroke cylinder can be sufficiently compressed.
そうして十分に圧縮した状態で停止時膨張行程気筒内の混合気に点火して、燃焼させることで、エンジンに大きな正転側への始動トルクを与えることができる。そして、エンジンが正転に切り換われば、これに伴い前記停止時圧縮行程気筒は圧縮されることになるが、このときには吸気弁の閉時期が相対的に遅角側に制御されることで、有効圧縮比が低下し、その圧縮反力が小さくなるから、エンジン回転の立ち上げに有利になる。 By igniting and burning the air-fuel mixture in the stop expansion stroke cylinder in a sufficiently compressed state, a large starting torque to the normal rotation side can be given to the engine. When the engine switches to normal rotation, the compression stroke cylinder at the time of stop is compressed accordingly. At this time, the closing timing of the intake valve is controlled to be relatively retarded. Since the effective compression ratio is reduced and the compression reaction force is reduced, it is advantageous for starting up the engine rotation.
好ましいのは、停止時膨張行程気筒におけるピストンの停止位置を検出するピストン位置検出手段を備え、これにより検出されたピストン停止位置に応じて、エンジンの逆転作動中における吸気弁閉時期の進角度合いを調整することである(請求項2)。 Preferably, a piston position detecting means for detecting a stop position of the piston in the expansion stroke cylinder at the time of stop is provided, and the advancement timing of the intake valve closing timing during the reverse rotation operation of the engine according to the detected piston stop position. Is adjusted (Claim 2).
すなわち、前記のようにエンジンの逆転作動ストロークを確保するために、吸気弁閉時期を進角させるといっても、その逆転作動の終了時点、即ち逆転作動から正転作動へ切り換わる前後で吸気弁が開かないと、停止時圧縮行程気筒から既燃ガスを排出することができず、正転後にその停止時圧縮行程気筒の圧縮反力が過大なものになってしまう。 That is, even if the intake valve closing timing is advanced in order to ensure the reverse operation stroke of the engine as described above, the intake air is taken in at the end of the reverse operation, that is, before and after switching from the reverse operation to the normal operation. If the valve is not opened, the burned gas cannot be discharged from the compression stroke cylinder at the stop time, and the compression reaction force of the compression stroke cylinder at the stop time becomes excessive after the forward rotation.
そこで、停止時膨張行程気筒のピストン停止位置が相対的に上死点寄りにあるほど、エンジンの逆転作動中における吸気弁閉時期の進角度合いを大きくし、ピストン停止位置が相対的に下死点寄りにあれば、吸気弁閉時期の進角度合いは小さくする。こうすれば、停止時圧縮行程気筒において逆転作動中に吸気弁が開くまでのストロークを十分に確保しながら、逆転作動から正転に切り換わる前に吸気弁をより確実に開弁させて、既燃ガスを排出することができる。 Therefore, as the piston stop position of the expansion stroke cylinder at the stop is relatively closer to the top dead center, the advance angle of the intake valve closing timing during the reverse rotation operation of the engine is increased, and the piston stop position is relatively bottom dead. If it is close to the point, the advance angle of the intake valve closing timing is reduced. In this way, the intake valve is more reliably opened before switching from the reverse operation to the forward rotation while ensuring a sufficient stroke until the intake valve opens during the reverse operation in the compression stroke cylinder at the stop. Fuel gas can be discharged.
そうしてエンジンが正転に切り換わった後、停止時圧縮行程気筒が圧縮上死点を越えて膨張行程に移行すると、停止時に吸気行程にあった気筒が圧縮行程に移行することになるが、上述したように、この気筒内の空気は、エンジンの自動停止中に暖められて温度の高い状態になっており、そのままでは圧縮反力がかなり大きくなるとともに、自着火も発生しやすい。 Then, after the engine switches to normal rotation, if the compression stroke cylinder at the time of stop exceeds the compression top dead center and shifts to the expansion stroke, the cylinder that was in the intake stroke at the time of stop will shift to the compression stroke. As described above, the air in the cylinder is warmed during the automatic stop of the engine and is in a high temperature state, and if it is left as it is, the compression reaction force becomes considerably large and self-ignition tends to occur.
そこで、好ましいのは、前記のようにエンジンの正転に伴い圧縮行程に移行した停止時吸気行程気筒が、圧縮上死点に到達するまでの間、吸気弁の閉時期を相対的に遅角側に制御したまま保持することであり(請求項3)、こうすれば、この停止時吸気行程においても前記停止時圧縮行程気筒と同様に有効圧縮比を低下させて、圧縮反力の増大を抑えることができ、エンジン回転をスムーズに立ち上げる上で有利になるとともに、圧縮行程での温度及び圧力の上昇を抑えて、自着火の発生も抑制できる。 Therefore, it is preferable that the intake valve closing timing is relatively retarded until the stop-time intake stroke cylinder that has shifted to the compression stroke due to the forward rotation of the engine as described above reaches the compression top dead center. (Claim 3), and in this way, the effective compression ratio is reduced in the intake stroke during the stop as in the compression stroke cylinder during the stop, and the compression reaction force is increased. This can be suppressed, and is advantageous for smoothly starting up the engine rotation, and suppresses the increase in temperature and pressure during the compression stroke, thereby suppressing the occurrence of self-ignition.
そして、そのようにして圧縮行程に移行した停止時吸気行程気筒が圧縮上死点に到達すれば、今度は各気筒の吸気弁閉時期を相対的に進角側に変更し、その後、エンジン回転速度が所定のアイドル回転速度に到達するまでの間、保持するようにする(請求項4)。こうして吸気弁の閉時期を相対的に進角側に変更すれば、吸気の充填効率が高くなり始動トルクの増大によって、エンジン回転が速やかに立ち上がる。 If the stop-time intake stroke cylinder that has shifted to the compression stroke reaches the compression top dead center, the intake valve closing timing of each cylinder is changed to a relatively advanced angle side, and then the engine rotation The speed is maintained until it reaches a predetermined idle speed (Claim 4). If the closing timing of the intake valve is changed to the relatively advanced side in this way, the charging efficiency of the intake air becomes high, and the engine speed rises quickly due to the increase in the starting torque.
さらに、そうして立ち上がったエンジン回転速度がアイドル回転速度に到達すれば、今度は吸気弁の閉時期を相対的に遅角側に変更し、気筒の吸気充填効率を低下させることによって、エンジンの吹け上がりを抑制する(請求項5)。こうすれば、一般的なスタータ始動のようにエンジンが大きく吹け上がることがなく、自動始動の際に運転者が違和感を覚えることを防止できる。 Furthermore, if the engine speed that has risen so far reaches the idle speed, this time, the closing timing of the intake valve is changed to the relatively retarded side, and the intake charge efficiency of the cylinder is reduced, thereby reducing the engine Suppression is suppressed (claim 5). In this way, the engine does not blow up significantly as in a general starter start, and the driver can be prevented from feeling uncomfortable during the automatic start.
以上、説明したように、本発明に係るエンジンの始動装置によると、停止時圧縮行程気筒の燃焼によってエンジンを一旦、逆転作動させ、これにより停止時膨張行程気筒を圧縮した上で燃焼させることにより、エンジンの始動トルクを確保する場合に、前記の逆転作動中は、これにより停止時膨張行程気筒を十分に圧縮できるように、吸気弁の閉時期を相対的に進角側に制御する一方、正転後はこれを遅角側に制御して気筒の有効圧縮比を低下させるようにしたから、停止時膨張行程気筒の燃焼によって十分な始動トルクが得られるとともに、正転開始後の気筒の圧縮反力を減らして、エンジン回転をスムーズに立ち上げることができる。 As described above, according to the engine starter according to the present invention, the engine is once reversely operated by the combustion of the stop-time compression stroke cylinder, thereby compressing the stop-time expansion stroke cylinder and burning it. When securing the starting torque of the engine, during the reverse operation, the intake valve closing timing is controlled to be relatively advanced so that the stop expansion stroke cylinder can be sufficiently compressed. After the forward rotation, the effective compression ratio of the cylinder is reduced by controlling this to the retarded angle side, so that sufficient starting torque can be obtained by the combustion of the expansion stroke cylinder at the stop, and the cylinder after the start of the forward rotation The engine reaction can be started up smoothly by reducing the compression reaction force.
特に、停止時膨張行程気筒におけるピストンの停止位置に応じて、エンジン逆転作動中における吸気弁閉時期の進角度合いを調整するようにすれば、ピストン停止位置のばらつきによらず停止時膨張行程気筒を十分に圧縮できるとともに、エンジンが正転に切り換わる際に停止時圧縮行程気筒から既燃ガスをより確実に排出することができ、このこともエンジン回転をスムーズに立ち上げる上で有利になる。
In particular, if the advance angle of the intake valve closing timing during engine reverse rotation operation is adjusted according to the piston stop position in the stop expansion stroke cylinder, the stop expansion stroke cylinder regardless of variations in the piston stop position Can be sufficiently compressed, and when the engine switches to normal rotation, the burned gas can be more reliably discharged from the compression stroke cylinder when stopped, which is also advantageous for smoothly starting the engine rotation. .
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.
(エンジン制御システムの概要)
図1は、本発明に係るエンジン始動装置を含むエンジン制御システムEの実施形態を示し、このシステムEはエンジン1と、これを制御するECU2(エンジンコントローラ)とを備えている。エンジン1は、シリンダヘッド10及びシリンダブロック11を備え、図2に示すように4つの気筒12A〜12Dが設けられている。該各気筒12A〜12Dの内部には、図1に示すように、クランク軸3に連結されるピストン13がそれぞれ嵌挿され、これにより、前記各気筒12A〜12D内部でピストン13の上方には燃焼室14が形成されている。
(Outline of engine control system)
FIG. 1 shows an embodiment of an engine control system E including an engine starter according to the present invention. The system E includes an
ここで、一般的に、多気筒4サイクルエンジンにおいては、各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなる燃焼サイクルを行うようになっており、この実施形態の4気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から1番気筒12A、2番気筒12B、3番気筒12C、4番気筒12Dと呼ぶと、1番気筒(#1)、3番気筒(#3)、4番気筒(#4)、2番気筒(#2)の順にクランク角で180度ずつの位相差をもって燃焼が行われるようになっている。
Here, in general, in a multi-cylinder four-cycle engine, each cylinder performs a combustion cycle composed of intake, compression, expansion, and exhaust strokes with a predetermined phase difference. In the case of a cylinder engine, when referred to as the
前記各気筒12A〜12Dのそれぞれの燃焼室14の頂部には、該燃焼室14内の混合気に点火して燃焼させるための点火プラグ15が設けられていて、それらの各点火プラグ15先端の電極が前記燃焼室14内に臨むように配置されている。また、前記燃焼室14の側方(図1の右方)には、該燃焼室14内に燃料を直接、噴射する燃料噴射弁16が設けられていて、この燃料噴射弁16は、点火プラグ15の電極付近に向かって燃料を噴射するようになっている。尚、燃料噴射弁16は、ECU2からのパルス信号の入力によりそのパルス幅に対応する時間だけ開弁されて、その開弁時間に応じた量の燃料を各気筒12A〜12D内に噴射する。
A
また、前記各気筒12A〜12Dの燃焼室14の天井部に開口するように、シリンダヘッド10には吸気ポート17及び排気ポート18が設けられていて、これら各ポート17,18の開口部に吸気弁19及び排気弁20がそれぞれ配設されている。吸気ポート17及び排気ポート18はそれぞれ燃焼室14から離れるように斜め上方に向かって延びて、シリンダヘッド10の吸気側及び排気側の側壁に開口し、吸気通路21及び排気通路22に連通している。
The
前記吸気弁19及び排気弁20は、各々、図示省略のカム軸等を備えた動弁機構により駆動され、上述のとおり、各気筒12A〜12Dが所定の位相差をもって燃焼サイクルを行うように、該各気筒12毎の吸・排気弁19,20の基本的な開閉作動タイミングが設定されている。加えて、この実施形態では吸気側のカム軸に、クランク軸3の回転に対する位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な位相可変機構23(Variable Valve Timing 以下、VVTともいう)が取り付けられている。
The
一例として、前記VVT23は、図示は省略するが、吸気側カム軸の前端部と、カムチェーンの巻き掛けられるスプロケットとの間に組み込まれており、電磁アクチュエータの駆動力によってスプロケットとカム軸との間に位相差を生じさせる周知の電磁駆動式のものである。このような電磁駆動式のVVTは、油圧式のものとは異なり、エンジン1の始動時にも作動可能であり、また、非常に速く作動するので、応答遅れも小さい。
As an example, although not shown, the
図2に示すように、吸気通路21の下流側は各気筒12A〜12D毎に独立の分岐吸気通路21aとされ、この各分岐吸気通路21aの上流端がそれぞれサージタンク21bに連通している。このサージタンク21bよりも上流の吸気通路21は各気筒12A〜12Dに共通の共通吸気通路21cであり、ここには通路断面積を調整して吸気流を絞る電動スロットル弁24が配設され、電動モータ24aにより駆動されるようになっている。さらに、図2にのみ示すが、スロットル弁24の上流側及び下流側には、それぞれ、吸気量を検出するためのエアフローセンサ25と吸気圧力を検出するための吸気圧センサ26とが配設されている。尚、この実施形態では、スロットル弁24をバイパスする通路は設けておらず、アイドル運転時の吸気流量はスロットル開度にて調整する。
As shown in FIG. 2, the downstream side of the
また、この実施形態のエンジン1にはスタータモータ27が設けられている。このスタータモータ27は従来周知のもので、詳細は図示しないが、軸方向に進退可能な出力軸の先端にピニオンギヤが設けられ、エンジン1の始動時にはそのピニオンギヤをフライホイール外周のリングギヤに噛合させて、該フライホイールを介してクランク軸3を強制的に回転(クランキング)させるようになっている。
Further, the
また、エンジン1にはベルト等によりクランク軸3に駆動連結されたオルタネータ28が付設されている。このオルタネータ28には、詳細は図示しないが、フィールドコイルの電流を制御することによって出力電圧を変更し、これにより発電量を調整するレギュレータ回路28aが内蔵されており、このレギュレータ回路28aにECU2からの制御指令(例えば電圧)が入力されることで、基本的には車両の電装品の電気負荷と車載バッテリ電圧とに応じて発電量が制御されるようになっている。
The
さらに、エンジン1にはクランク軸3の回転角を検出する2つのクランク角センサ30,31が設けられており、ECU2は、主に一方のクランク角センサ30からの信号に基づいてエンジン回転速度を求めるとともに、詳しくは後述するが、それら2つのクランク角センサ30,31から出力される互いに位相のずれたクランク角信号によって、クランク軸3の回転方向及び回転角度を検出するようになっている。
Further, the
尚、図1に示す符号32は、吸気側カム軸の特定の回転位置を検出して気筒識別信号として出力するカム角センサであり、符号33は、運転者によるアクセルペダルの操作量(アクセル開度)を検出するためのアクセル開度センサである。
Reference numeral 32 shown in FIG. 1 is a cam angle sensor that detects a specific rotational position of the intake camshaft and outputs it as a cylinder identification signal.
ECU2は、前記各センサ25,26,30〜33からの信号を受け、前記燃料噴射弁16に噴射量及び噴射時期の制御信号を出力するとともに、点火プラグ15の点火装置29に対して点火時期の制御信号を出力し、さらに、スロットル弁24のモータ24aに対してスロットル開度の制御信号を出力する。そして、以下に詳述するように、ECU2は、アイドル時に所定のエンジン停止条件が成立すれば、各気筒12A〜12Dへの燃料供給を停止して自動的にエンジンを停止させるとともに、その後、運転者の操作等により所定の再始動条件が成立すれば、自動的にエンジン1を再始動させるようになっている。
The
すなわち、エンジン1の再始動時には基本的にスタータモータ27の力を借りることなく、エンジン1をそれ自体の力のみで始動させるのであるが、この実施形態では、図3に模式的に示すように、まず、ピストン13が圧縮行程の途中で停止している気筒12(図の例では#1気筒12Aであり、以下、停止時圧縮行程気筒ともいう)で最初の燃焼を行わせて、ピストン13を押し下げることにより、クランク軸3を少しだけ逆転させ(同図(a))、これにより、膨張行程にある気筒12(図の例では#2気筒12Bであり、以下、停止時膨張行程気筒ともいう)のピストン13を上昇させて、この気筒12B内の混合気を圧縮する(同図(b))。そして、そのようにして圧縮されて温度及び圧力の高くなった膨張行程気筒12B内の混合気に点火して、燃焼させることにより、クランク軸3に正転方向のトルクを与えて、エンジン1を始動するようにする。
That is, when the
そのようにエンジン1をそれ自体の力のみによって始動させるためには、前記停止時膨張行程気筒12Bの燃焼によってクランク軸3にできるだけ大きな正転方向のトルクを与え、これにより、同図(c)に示すように続いて圧縮上死点(以下、TDCと略称)を迎える気筒12Aが、その圧縮反力(圧縮圧力)に打ち勝ってTDCを越えるようにしなければならない。従って、エンジン1の確実な始動のためには前記停止時膨張行程気筒12B内に燃焼のための空気を十分に確保しておく必要がある。
In order to start the
具体的に停止時膨張行程気筒12Bのピストン停止位置は、行程中央部からやや下死点(BDC)寄りの上限位置(例えばATDC95〜100°CAくらい)よりもBDC寄りにあれば、燃焼のための空気は十分であるといえるが、それがBDC寄りにあるほど、停止時圧縮行程気筒12Aにおいてはピストン13がTDCに近づくことになるから、今度はエンジン1の逆転作動のための燃焼に必要な空気を確保できなくなる。よって、停止時膨張行程気筒12Bにおけるピストン停止位置の下限は例えばATDC120〜125°CAくらいになり、両者の間が逆転燃焼始動に好適な範囲R(図6を参照)になる。
Specifically, if the piston stop position of the
そこで、この実施形態では、アイドル時にエンジン1を自動で停止させるときに、アイドル回転速度よりもやや高い回転速度で燃料の供給を停止するとともに、その後の所定期間はスロットル弁24を開き、これを適切なタイミングで閉じることにより、停止時膨張行程気筒12B及び停止時圧縮行程気筒12Aへそれぞれ所要量の空気が吸入されて、膨張行程気筒12Bの空気量が圧縮行程気筒12Aよりもやや多くなるようにしている。こうすると、2つの気筒12A,B内の空気の圧縮圧力のバランスによって、膨張行程気筒12Bのピストン13が前記の範囲R内に停止するようになる。
Therefore, in this embodiment, when the
(エンジン自動停止)
次に、エンジン停止制御の概要を図4のフローチャートに基づいて説明する。このフローはエンジン運転中の所定のタイミングでスタートし、ステップSA1では所定の自動停止条件が成立するまで待機する。例えば車速が所定速度よりも小さく、ブレーキの作動が所定時間継続していて、エンジン水温が所定範囲内にあり、さらにエンジン1を停止させることに特に不都合のない状況であれば、エンジン自動停止条件が成立したと判定する。
(Engine automatic stop)
Next, the outline of the engine stop control will be described based on the flowchart of FIG. This flow starts at a predetermined timing during engine operation, and in step SA1, the flow waits until a predetermined automatic stop condition is satisfied. For example, if the vehicle speed is lower than a predetermined speed, the brake operation is continued for a predetermined time, the engine water temperature is within a predetermined range, and there is no particular inconvenience for stopping the
そうしてステップSA1で自動停止条件が成立したと判定すれば(YES)、ステップSA2に進んでエンジン回転速度調整制御を開始する。これは、例えばクランク角センサ30からの信号に基づいてエンジン回転速度Neの低下状態をモニターし、これに応じてオルタネータ28の発電量を増減変更することにより、エンジン回転速度の低下度合いを調整するものである。
If it is determined in step SA1 that the automatic stop condition is satisfied (YES), the process proceeds to step SA2 to start engine speed adjustment control. For example, the reduction state of the engine rotational speed Ne is monitored based on a signal from the
すなわち、エンジン1を停止させるときに、その回転速度が徐々に低下する過程で各気筒12A〜12Dが順次、TDCを通過するときのエンジン回転速度(以下、TDC回転速度ともいう)と、エンジン停止後に膨張行程にある気筒12のピストン停止位置との間に明確な相関関係があることは分かっている。そこで、そのTDC回転速度を検出し、この検出値に応じてオルタネータ28の発電量等を制御することで、エンジン回転の落ち具合を調整して、停止時に膨張行程にある気筒12のピストン13を前記の再始動に適した範囲R内に停止させるようにする。
That is, when the
具体的には、まず、エンジン回転速度Neが所定の回転速度N1(例えば760rpm)になるように燃料噴射量等を制御して、ステップSA3に進み、ここではエンジン回転速度Neが前記所定回転速度N1以上になるまで待機する。この回転速度N1以上になればステップSA4に進んで、各気筒12A〜12Dへの燃料噴射を停止し(燃料カット)、ステップSA5に進む。
Specifically, first, the fuel injection amount and the like are controlled so that the engine rotational speed Ne becomes a predetermined rotational speed N1 (for example, 760 rpm), and the process proceeds to step SA3, where the engine rotational speed Ne is the predetermined rotational speed. Wait until N1 or higher. If this rotational speed is N1 or higher, the routine proceeds to step SA4, fuel injection to each
ステップSA5ではスロットル弁24を予め設定した開度になるように開いて、各気筒12A〜12Dへの吸気量を増大させ、十分な掃気が行われるようにする。ステップSA6では、エンジン回転速度Neが所定の回転速度N2以下になるまで待機する。この回転速度N2は、吸気の輸送遅れを考慮して、停止時膨張行程気筒12Bへの吸気量が停止時圧縮行程気筒12Aよりも多くなるようなタイミングでスロットル弁24を閉じるためのものであり、例えば約500〜600rpmの範囲に設定すればよい。
In step SA5, the
そして、エンジン回転速度Neが前記所定回転速度N2以下になるまでは待機して、前記のようにオルタネータ28等の制御によってエンジン回転速度Neの低下状態を調整する。すなわち、エンジン回転の低下が遅すぎれば、エンジン1の負荷が増えるようにオルタネータ28の発電量を増大させる一方、エンジン回転の低下度合いが急すぎれば、エンジン1の負荷が減るように発電量を減少させる。
Then, it waits until the engine rotational speed Ne becomes equal to or lower than the predetermined rotational speed N2, and adjusts the reduced state of the engine rotational speed Ne by the control of the
そうしてオルタネータ28の制御によって、燃料カット後のエンジン回転速度Neの低下度合いを調整することで、短周期のアップダウンを繰り返しながら徐々に低下するエンジン回転速度Neの軌跡を徐々に修正し、遅くとも停止完了前の最後のTDCまでには適正な状態に収束させることができる。
Then, by adjusting the degree of decrease in the engine speed Ne after the fuel cut by controlling the
また、エンジン回転速度Neが所定回転速度N2以下になれば(ステップSA6でYES)ステップSA7に進んでスロットル弁24を閉じるが、その後も、前記のようなオルタネータ28の制御は継続する。そして、ステップSA8では、エンジン1が最後のTDCを通過したかどうか、即ちエンジン1の停止直前かどうか判定する。この判定は、例えば、TDC回転速度が所定位置以下になったときにYESと判定することができる。
If the engine rotational speed Ne becomes equal to or lower than the predetermined rotational speed N2 (YES in step SA6), the process proceeds to step SA7 to close the
最後のTDCを通過すればエンジン1は、各々圧縮行程及び膨張行程にある2つの気筒12,12の圧縮反力によって正転側及び逆転側に数回、回動(揺動)した後に、停止することになる。そこで、停止直前であるYESと判定すればステップSA9に進んでエンジン回転速度調整制御を終了し、ステップSA10に進んで、クランク角センサ30,31からの信号に基づいてエンジン1の停止(完全な停止)を確認するとともに、後述のサブルーチン(図5参照)により膨張行程気筒12Bのピストン停止位置を検出し、これをメモリに記憶して、エンジン停止制御を完了する(エンド)。
After passing through the last TDC, the
すなわち、前記のようにエンジン1の停止直前には、クランク軸3が正逆両方に数回、回動するので、クランク角センサ30からの信号をカウントするのみではピストン停止位置を検出できない。そこで、この実施形態では、2つのクランク角センサ30,31から出力される互いに位相のずれたクランク角信号に基づいて、以下のようにクランク軸3の回転方向及び回転角度を検出し、これにより各気筒12A〜12DのTDC又はBDCに対するクランク角、即ちピストン停止位置を検出するようにしている。
That is, as described above, the
−ピストン停止位置の検出−
具体的に図5(a)は、ピストン13の停止位置を検出するためのサブルーチンを示すフローチャートであり、スタート後のステップSB1では、第1、第2クランク角センサ30,31からの各出力信号CA1,CA2に基づいて、その第1クランク角信号CA1の立ち上がり時に第2クランク角信号CA2がLow、Highのいずれであるか、或いは第1クランク角信号CA1の立ち下がり時に第2クランク角信号CA2がHigh、Lowのいずれであるか、を判定する。
-Detection of piston stop position-
Specifically, FIG. 5A is a flowchart showing a subroutine for detecting the stop position of the
すなわち、エンジン正転時には同図(b)のように、第1クランク角信号CA1に対して第2クランク角信号CA2が半パルス幅程度の位相遅れを生じることから、第1クランク角信号CA1の立ち上がり時に第2クランク角信号CA2はLowに、また、第1クランク角信号CA1の立ち下がり時には第2クランク角信号CA2はHighになる。一方、逆転時には同図(c)のように、第1クランク角信号CA1に対して第2クランク角信号CA2の位相が半パルス幅程度進むことになるから、前記正転時とは逆に、第1クランク角信号CA1の立ち上がり時に第2クランク角信号CA2がHighに、また、第1クランク各信号CA1の立ち下がり時には第2クランク角信号CA2がLowになる。 That is, during forward rotation of the engine, the second crank angle signal CA2 has a phase delay of about a half pulse width with respect to the first crank angle signal CA1, as shown in FIG. The second crank angle signal CA2 becomes Low when rising, and the second crank angle signal CA2 becomes High when the first crank angle signal CA1 falls. On the other hand, at the time of reverse rotation, the phase of the second crank angle signal CA2 advances by about a half pulse width with respect to the first crank angle signal CA1, as shown in FIG. The second crank angle signal CA2 becomes High when the first crank angle signal CA1 rises, and the second crank angle signal CA2 becomes Low when the first crank signals CA1 fall.
つまり、それらクランク角信号CA1,CA2の位相の関係が前記図(b)のようになるか、図(c)のようになるかによって、エンジン1の正転、反転を判別することができる。そして、前記ステップSB1でエンジン1が正転状態にあると判定すれば(YES)、ステップSB2に進んでエンジン1の正転方向のクランク角変化を計測するためのCAカウンタのカウント数を増やす一方、逆転状態であると判定すれば(NO)ステップSB3に進んで、CAカウンタのカウント数を減らし、しかる後にリターンする。
That is, it is possible to determine whether the
そうしてCAカウンタによってクランク角信号CA1,CA2の立ち上がり又は立ち下がりの回数を数えることで、クランク軸3の回転角度を求めることができる。これは、第1クランク角信号CA1及び第2クランク角信号CA2の立ち上がり及び立ち下がりが、クランク軸3の回転により所定角度毎(この実施形態では、立ち上がり又は立ち下がりのそれぞれの間隔が略10度毎)に生じるからである。
Then, the rotation angle of the
前記のサブルーチンによって、エンジン1の自動停止時に上述の如くクランク軸3が正逆、両方に回動しても、そのことに依らず正確にクランク角を検出して、ピストン停止位置を特定することができる。よって、このサブルーチンにより、エンジン1の停止時膨張行程気筒12Bにおけるピストン13の停止位置を検出する、ECU2のピストン位置検出部2a(ピストン位置検出手段)が構成される。
By the above subroutine, even when the
以上の如きエンジン1の自動停止制御によれば、アイドル時の燃料カットの際に最初の所定期間、スロットル弁24を開いて、停止後に各々膨張行程及び吸気行程になる気筒12,12にそれぞれ所要量の空気が吸入されるようにするとともに、オルタネータ28等の制御によりエンジン回転速度の低下の度合いを調整することで、エンジン停止後の膨張行程気筒12においてピストン13を再始動に好適な範囲R(図6参照)に停止させることができる。
According to the automatic stop control of the
また、前記の如くエンジン停止動作期間において所定期間、スロットル弁24が開かれることで、各気筒12A〜12D内の既燃ガスが殆ど全て気筒外へ掃気されて、それぞれ新気で満たされるようになる。但し、エンジン1の停止後は吸排気弁19,20の閉じている膨張行程気筒12や圧縮行程気筒12であってもすぐに空気圧がリークすることから、各気筒12A〜12Dには、それぞれピストン停止位置に対応する容積内に略大気圧の新気(空気)が存在する状態になる。
Further, as described above, when the
(逆転燃焼始動)
次に、上述のように自動停止したエンジン1の再始動について、前記図3の他、図6〜9を参照して詳細に説明する。尚、図6は、停止時圧縮行程気筒12A及び停止時膨張行程気筒12Bの逆転作動を示す模式図であり、図7は、始動時の燃焼制御の手順を示すフローチャートである。また、図8は同VVT制御の手順を示すフローチャートであり、図9は、逆転燃焼始動の際の各気筒12A〜12D毎の燃料噴射及び点火によって、当該各気筒12A〜12Dの筒内圧やエンジン回転速度が変化する様子を、そのときの吸気弁19の閉時期IVCの変化とともに示したタイムチャートである。
(Reverse combustion start)
Next, restart of the
この実施形態のエンジン始動制御は、上述したようにエンジン1を自力で始動させるものであり、そのために、最初に停止時圧縮行程気筒12A(#1気筒)を燃焼させてエンジン1を少しだけ逆転作動させ(図3(a))、これにより停止時膨張行程気筒12B(#2気筒)内を圧縮した上で点火、燃焼させる(図3(b))。こうして停止時膨張行程気筒12Bを圧縮することで、その燃焼圧が高くなるとともに、有効なストロークが長くなって、大きな始動トルクが得られるようになる。
The engine start control of this embodiment is to start the
一方で、そうして最初に停止時圧縮行程気筒12Aを燃焼させると、この気筒12A内には既燃ガスが充満することになるから、エンジン1が正転を開始した後に、その気筒12AがTDC(始動時の最初のTDC)を迎えるときには(図3(c))圧縮反力が大きくなって、エンジン回転の落ち込みが大きくなったり、さらにはTDCを越えることができなくなったりする虞れもある。
On the other hand, when the
そこで、この実施形態では始動時にVVT23を作動させて、吸気弁19の開閉作動タイミングを以下のようにきめ細かく変更することで、逆転作動中に吸気弁19が開くまでのストロークを確保しながら、逆転作動の終盤、正転に切り換わる直前には吸気弁19が開き、気筒12A内から既燃ガスが排出されるようにしている。
Therefore, in this embodiment, the
詳しくは、まず、図6に示すように、停止時膨張行程気筒12Bのピストン13は、上述した停止制御によって逆転燃焼始動に好適な範囲R内に位置するのであるが、その範囲RにおいてはTDC寄り、BDC寄りのいずれかに停止位置がばらつくことは避けられない。同図(a)に示すようにピストン停止位置が範囲Rの上限(例えばATDC95°CAくらい)付近にある場合、逆転作動ストローク(図に矢印で示す)を確保しつつ、その終盤に吸気弁19を開かせるためには、閉時期IVCを例えばABDC40°CAくらいに設定する必要がある。
Specifically, first, as shown in FIG. 6, the
一方、同図(b)に示すように、ピストン停止位置が範囲Rの下限(ATDC120°CAくらい)付近に、即ちBDC寄りにあれば、その分、吸気弁19の閉時期IVCは遅角側(図の例では概ねABDC60°CAくらい)に設定する必要がある。このことから、エンジン1の逆転作動時には、停止時膨張行程気筒12Bのピストン停止位置に応じて、吸気弁19の閉時期IVCを前記のように例えばABDC40〜60°CAくらいの範囲に制御するようにしている。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, if the piston stop position is near the lower limit of the range R (about ATDC 120 ° CA), that is, close to the BDC, the closing timing IVC of the
−燃焼制御の手順−
次に、始動時の具体的な制御手順について、まず、燃料噴射及び点火、即ち燃焼制御の手順を図7のフローチャートに基づいて説明する。このフローは、上述の如くエンジン1が自動で停止された後にスタートし、ステップSC1において所定のエンジン再始動条件が成立したか否かを判定する。再始動条件としては、停車状態から発進するためにブレーキが解除された場合やアクセル操作等が行われた場合、エアコン等の動作のためにエンジンの運転が必要になった場合等であり、このような条件が成立していなければ、成立するまで待機する一方、再始動条件が成立すれば(ステップSC1でYES)、ステップSC2へ進む。
-Procedure for combustion control-
Next, with regard to a specific control procedure at the time of starting, first, a fuel injection and ignition, that is, a combustion control procedure will be described based on a flowchart of FIG. This flow starts after the
ステップSC2では、上述の如き逆転燃焼始動を行うか、スタータモータ27による始動を行うか判定する。これは例えば、上述のサブルーチン(図5参照)により検出した停止時膨張行程気筒12Bのピストン停止位置に基づいて、それが逆転燃焼始動に好適な範囲RにあればYESと判定してステップSC3に進む一方、そうでなければ(NO)スタータ始動を選択する。尚、スタータ始動の具体的な手順についての説明は省略する。
In step SC2, it is determined whether to perform the reverse combustion start as described above or the
そして、ステップSC3では、前記ピストン停止位置に基づいて停止時圧縮行程気筒12A及び停止時膨張行程気筒12B内の空気量をそれぞれ算出し、続くステップSC4では、空気量に対し例えば理論空燃比等、所定の空燃比となるような燃料噴射量を算出して、該停止時圧縮行程気筒12Aに燃料を噴射する。尚、前記所定空燃比は、エンジン停止時のピストン停止位置等に対応付けて予め設定されたマップから求められる。
In step SC3, the air amount in the stop
続いてステップSC5では、前記停止時圧縮行程気筒12Aへの燃料噴射から燃料の気化時間を考慮して設定される所定時間の経過後に、当該気筒12Aの点火プラグ15に通電して混合気に点火する。そして、ステップSC6では、そうして点火した後の所定時間内にクランク角センサ30,31からの信号のエッジ(クランク角信号の立ち上がり又は立ち下がり)が検出されるか否かによって、ピストン13が動いたかどうか判定する(クランク角信号の検出による判定は上述のサブルーチンによる)。万一、ピストン13が動かなかった場合には再度、点火するようにしてもよい。
Subsequently, in step SC5, after elapse of a predetermined time set in consideration of the fuel vaporization time from the fuel injection to the stop-time
続いてステップSC7では、前記ステップSC3で算出された停止時膨張行程気筒12Bの空気量に対して所定の空燃比となるように該気筒12B内に燃料を噴射する。この場合も空燃比は、エンジン停止時のピストン停止位置等に対応付けて予め設定されたマップから求められる。
Subsequently, in step SC7, fuel is injected into the
そして、ステップSC8では、前記エンジン1の逆転作動を検出してから所定時間(点火ディレイ)の経過後に停止時膨張行程気筒12Bに点火して燃焼させる。この点火ディレイ時間は、エンジン1の逆転作動により停止時膨張行程気筒12Bのピストン13が上昇して、この気筒12B内の混合気が十分に圧縮され、且つその圧縮反力によってピストン13が殆ど停止するまでの時間に対応するもので、ピストン停止位置等に対応付けて予め設定されたマップから求められる。
In step SC8, the stop-time
このように停止時膨張行程気筒12B内で十分に圧縮された混合気に点火して燃焼させれば、エンジン1は十分に大きなトルクでもって正転を開始し、停止時圧縮行程気筒12Aを圧縮する。そして、この気筒12AのTDC、即ち正転開始後最初のTDCを乗り越えて、各気筒12A〜12Dがそれぞれ次の行程へと進むようになる。
If the air-fuel mixture sufficiently compressed in the stop
続いて、ステップSC9では、前記のように開始されたエンジン1の正転作動によって停止時の吸気行程気筒12(図3では#3気筒12C)が圧縮行程に移行した後に、この気筒12C内に所定のタイミング(例えば圧縮行程の中期以降)で燃料を噴射する。すなわち、停止時吸気行程気筒12C内の空気は、エンジン1の停止中に気筒壁面からの放熱により暖められ、温度の高い状態になっているので、そのままでは圧縮反力がかなり大きくなるとともに、自着火も発生しやすいところ、適切なタイミングで燃料を噴射すれば、その気化潜熱により気筒12C内の温度及び圧力を低下させて、圧縮反力を小さくすることができ、自着火の発生を抑えることも可能になる。
Subsequently, in step SC9, after the intake stroke cylinder 12 (# 3
そして、ステップSC10では前記停止時吸気行程気筒12CがTDCを越えたかどうか判定し、TDCを越えて膨張行程に移行すれば(YES)、ステップSC11において該停止時吸気行程気筒12Cの点火プラグ15に通電して、当該気筒12C内の混合気に点火する。こうしてTDC後に点火、燃焼させることで、逆転方向のトルクが生成されることがなく、エンジン回転をスムーズに立ち上げる上で有利になる。
Then, in step SC10, it is determined whether or not the stop-time
それからステップSC12において通常の燃焼制御に移行し、前記停止時吸気行程気筒12Cに続いて燃焼する停止時排気行程気筒12Dや始動時の2度目の燃焼サイクルを迎える停止時膨張行程気筒12B、停止時圧縮行程気筒12A、…においてそれぞれ通常の燃料噴射及び点火制御を実行する。尚、エンジン回転速度がアイドル回転速度に達した後は、吸気負圧が十分に大きくなるまで各気筒12A〜12Dの点火時期を遅角させ、エンジンの急な吹け上がりを抑えるようにしてもよい。
Then, in step SC12, the routine shifts to normal combustion control, and the stop
前記図7のフローは、エンジン1の自動停止後、所定の再始動条件が成立したときに、停止時圧縮行程気筒12Aに点火して燃焼させることにより一旦、逆転作動させ、これにより圧縮される停止時膨張行程気筒12Bに点火して燃焼させることにより正転させて、エンジン1を自動的に再始動させる、ECU2の始動時燃焼制御部2bを構成している。
In the flow of FIG. 7, when a predetermined restart condition is satisfied after the
−VVT制御の手順−
次に、図8に示すVVT制御のフローについて説明する。このフローは、前記した燃焼制御のフロー(図7)のステップSC2においてYESと判定され、逆転燃焼始動が選択されたときにスタートする。まず、ステップSD1においては上述のサブルーチン(図5参照)により検出した停止時膨張行程気筒12Bのピストン停止位置に基づいて、VVT23の作動により吸気弁19の閉時期IVCを制御する。この制御は、図6を参照して上述したように、ピストン停止位置がTDC寄りであるほど進角側に、またBDC寄りであるほど遅角側になるように、予め実験等により設定されたマップに基づいて行われる。
-VVT control procedure-
Next, the flow of VVT control shown in FIG. 8 will be described. This flow starts when it is determined YES in step SC2 of the above-described combustion control flow (FIG. 7) and reverse combustion start is selected. First, in step SD1, the closing timing IVC of the
そうして停止時膨張行程気筒12Bのピストン停止位置に応じて、吸気弁19の閉時期IVCを制御することで、エンジン1の逆転作動中に吸気弁19が開くまでのストローク十分にを確保しながら、逆転作動の終盤、正転に切り換わる直前には吸気弁19を開弁させて、停止時圧縮行程気筒12A内から既燃ガスを排出させることができる。そうして停止時膨張行程気筒12を十分に圧縮した後に燃焼させることで、正転側への大きな始動トルクが得られる。
Thus, by controlling the closing timing IVC of the
続いてステップSD2において、クランク角センサ30,31からの信号に基づきエンジン回転が反転したかどうか判定し(図5(a)のサブルーチンを参照)、エンジン1が逆転作動から正転作動に転じるまでは待機して、正転を開始すれば(判定がYES)ステップSD3に進む。ここでは吸気弁19の閉時期IVCが遅角側に変化するようにVVT23を作動させ、その作動状態をフィードバックして有効圧縮比が所定値未満になるまで遅角させた後に(ステップSD4)、この状態に保持する(ステップSD5)。
Subsequently, in step SD2, it is determined whether or not the engine rotation has been reversed based on the signals from the
こうして正転開始後に吸気弁19の閉時期IVCを逆転中に比べて遅角側に制御すると、停止時圧縮行程気筒12Aでは正転開始前に開かれた吸気弁19の閉じる時期が遅くなって、既燃ガスが十分に排出されるとともに、その間はピストン13が上昇しても気筒内は圧縮されないので、有効圧縮比が低下して圧縮反力も小さくなる。よって、エンジン回転の落ち込みが小さくなるとともに、TDC(始動時に最初に迎えるTDC)を確実に乗り越えることができる。
Thus, when the closing timing IVC of the
また、停止時圧縮行程気筒12AがTDCを越えて膨張行程に移行すれば、今度は停止時吸気行程気筒12Cが圧縮行程になるが、上述の如くその気筒12C内の空気は、気筒壁面からの放熱を受けて温度の高い状態になっているので、そのままでは圧縮反力によるエンジン回転の落ち込みが懸念される上に、TDC(始動時の2番目のTDC)を乗り越え難くなり、さらに自着火の虞れもある。
If the stop-time
そこで、上述の燃焼制御のフロー(図7)にて説明したように、停止時吸気行程気筒12Cには圧縮行程の適切なタイミングで燃料を噴射して、気化潜熱により温度及び圧力を低下させるとともに、ステップSD6においてTDCを越えたかどうか判定し、TDCを越えるまでは(判定がNO)前記ステップSD5に戻って吸気弁19の閉時期IVCを遅角側に保持する。こうすることで、停止時吸気行程気筒12Cにおいても有効圧縮比が低下し、圧縮反力によるエンジン回転の落ち込みを抑えて、エンジン回転をスムーズに立ち上げることができるとともに、自着火の発生を抑制できる。
Therefore, as described in the above-described combustion control flow (FIG. 7), fuel is injected into the stop-time
そして、停止時吸気行程気筒12がTDCを越えて膨張行程に移行すれば(ステップSD6でYES)、ステップSD7に進んで吸気弁19の閉時期IVCを再び進角側に制御する。こうすると、停止時吸気行程気筒12Cに続いて圧縮行程に移行する停止時排気行程気筒12Dの吸気充填効率が高くなり、その燃焼によるトルクが大きくなるので、エンジン回転が速やかに立ち上がる。
When the intake stroke cylinder 12 at the time of stoppage exceeds TDC and shifts to the expansion stroke (YES in step SD6), the routine proceeds to step SD7, where the closing timing IVC of the
そうしてエンジン回転の立ち上がりを促しつつ、エンジン回転速度Neがアイドル回転速度Nidleに達するまで待機し(ステップSD8でNO)、アイドル回転速度Nidleに達すれば(YES)ステップSD9に進んで、吸気弁19の閉時期IVCを再び遅角側に制御する。すなわち、エンジン回転速度Neがアイドル回転速度Nidleに達すれば、その後、燃焼サイクルを迎える各気筒12A〜12Dの充填効率を再び低下させて、その燃焼によるトルクを低下させ、エンジン回転の急な吹け上がりを抑えるようにする。
While waiting for the engine speed Ne to reach the idling speed Nidle while prompting the engine speed to rise (NO in step SD8), the process proceeds to step SD9 if the idling speed Nidle is reached (YES), and the intake valve The closing timing IVC of 19 is again controlled to the retard side. That is, when the engine speed Ne reaches the idle speed Nidle, the charging efficiency of the
続いて、ステップSD10において吸気圧センサ26からの信号に基づいて、スロットル弁24よりも下流の吸気通路21の圧力(吸気負圧)が所定圧よりも高いかどうか判定する。この所定圧は、それよりも吸気圧が低く(負圧が大きく)なれば、各気筒12A〜Dへの吸気の充填量があまり多くはならず、エンジン1が大きく吹け上がらなくなるような値であり、具体的には実験等により求められ、エンジン1の暖機後のアイドル運転時における吸気圧状態よりも少し高圧側に設定されている。
Subsequently, in step SD10, based on the signal from the
そして、吸気圧が前記設定値以下になるまで待機し(判定がNO)、この間、即ち各気筒12C,12D,…へ空気が吸入されることによって吸気通路21の圧力が低下し、前記所定値以下になるまでの間は、吸気弁閉時期IVCを遅角側に保持する(ステップSD9)一方、吸気負圧が所定値よりも大きくなれば(SD10でYES)ステップSD11に進み、VVT制御についても通常の制御に移行して始動制御を終了する(エンド)。
Then, the system waits until the intake pressure becomes equal to or lower than the set value (determination is NO). During this period, that is, when air is sucked into each
前記図8のフローが、エンジン1の逆転燃焼始動の際に吸気弁19の閉時期IVCを、逆転作動中は相対的に進角側に、また、正転後は相対的に遅角側に制御する、ECU2の吸気弁制御部2cを構成している。この吸気弁制御部2cは、前記逆転作動中の吸気弁閉時期IVCの進角度合いを、停止時膨張行程気筒12Bにおけるピストン停止位置に応じて変更する。
The flow of FIG. 8 shows that the closing timing IVC of the
また、この実施形態の吸気弁制御部2cは、エンジン1の正転に伴い圧縮行程に移行した停止時吸気行程気筒12CがTDCに達するまでは、吸気弁閉時期IVCを相対的に遅角側に保持し、TDCを越えれば相対的に進角側に変更して、その後、エンジン回転速度Neがアイドル回転速度Nidleに達するまでの間、保持するとともに、アイドル回転速度Nidleに達すれば、再び遅角側に変更するものである。
In addition, the intake
(エンジンシステムの作動)
したがって、この実施形態のエンジン・システムE(エンジンの始動装置)によると、まず、アイドル時にエンジン1が自動で停止するときには、上述した停止制御によって、各気筒12A〜12Dの既燃ガスを掃気し、且つエンジン停止後に膨張行程になる気筒12Bのピストン停止位置を行程中央部よりもややBDC寄りの再始動に好適な範囲R内にすることができる。
(Engine system operation)
Therefore, according to the engine system E (engine starter) of this embodiment, first, when the
そして、エンジン1の再始動時には、上述の始動制御(図3、7、8等)により、スタータモータ27を用いることなくエンジン1を自力で始動させる。以下に図9を参照して時系列に説明すると、まず、エンジン1の停止中に再始動要求があったときには(時刻t0)、図(a)に符号a1として示すように、圧縮行程で停止している#1気筒12Aの燃料噴射弁16が作動されて燃料を噴射し、これにより形成される混合気に点火プラグ17により点火されて(a2)燃焼すると、図(e)に示すようにクランク軸3が逆転作動を始めて(時刻t1)、図(f)のようにエンジン回転速度Neが一時的に負の値になる。
When the
前記エンジン1の逆転作動がクランク角センサ30,31からの信号により検出されると、図(b)のように停止時膨張行程気筒12B(#2気筒)の燃料噴射弁16が作動されて(a3)、当該気筒12B内に混合気が形成され、逆転作動によるピストン13の上昇によって圧縮される。この際、図(g)のように吸気弁閉時期IVCが相対的に進角側に制御されることで、逆転ストロークが長くなり、停止時膨張行程気筒12Bのピストン13はTDCの近傍まで上昇して、混合気が十分に圧縮される。
When the reverse rotation operation of the
そして、その圧縮圧力によりエンジン1の回転方向が逆転から正転に反転するとき、即ち、図(e)(f)に示すようにエンジン1が正転を開始するのに同期して(時刻t2:正転開始)図(b)に符号a4として示すように点火が行われる。これにより大きな燃焼圧が発生し、エンジン回転速度Neが上昇する(図(f)参照)。また、前記エンジン1の逆転作動の終盤に吸気弁19が開いて、停止時圧縮行程気筒12Aから既燃ガスが排出されるとともに、エンジン1の正転開始に同期して図(g)のように吸気弁閉時期IVCが遅角側に変更され、保持される。
Then, when the rotation direction of the
その際、正転するエンジン1のクランク軸3に先行して吸気弁閉時期IVCが遅角されることで、停止時圧縮行程気筒12Aでは正転開始前に開かれた吸気弁19の閉じる時期が遅くなり、既燃ガスが十分に排出される。また、吸気弁19が閉じるまでは気筒内は圧縮されないので、仮に遅角させない場合(図に破線で示す)に比べて有効圧縮比が低下し、その筒内圧の上昇が抑制される。これにより、エンジン1は始動時に最初に迎えるTDC(最初のTDC)を確実に越えることができるようになり(時刻t3)、しかも、その際のエンジン回転の落ち込みが小さくなる(図(f)参照)。
At that time, the intake valve closing timing IVC is retarded prior to the
前記のようにして停止時圧縮行程気筒12Aが始動時の最初のTDCを越えた後に、これに伴い圧縮行程に移行した停止時吸気行程気筒12C(#3気筒)に対し、図(c)に示すように圧縮行程中期以降に燃料の噴射が行われ(a5)、気化潜熱により気筒12C内が冷却される。また、吸気弁閉時期IVCは遅角側に保持されていて(図(g)参照)、有効圧縮比が低くなるので、圧縮による温度及び圧力の上昇が抑制されて、自着火の発生が防止されるとともに、気筒12Cの圧縮反力が小さくなり、エンジン1は始動時の2番目のTDCも確実に越えることができる。
FIG. 7 (c) shows the stop-time
そして、その2番目のTDCを越えて膨張行程に移行した停止時吸気行程気筒12Cに点火されて(a7)燃焼が行われると、エンジン1に正転方向のトルクが付加されて、図(f)のようにエンジン回転速度Neが上昇する。また、停止時吸気行程気筒12CがTDCを越えると(時刻t4)、図(g)のように吸気弁19の閉時期IVCが再び進角側に制御され、続く停止時排気行程気筒12Dの吸気充填効率が高くなることから、その燃焼によるトルクが増大し、エンジン回転速度Neは速やかにアイドル回転速度Nidle(この例では650rpm)に到達する(時刻t5)。
Then, when the stopped
そうしてアイドル回転速度Nidleに到達すれば、吸気弁19の閉時期IVCは再び遅角側に制御され(図(g)参照)、各気筒12A〜12Dの充填効率が低下することで、その燃焼によるトルクの増大が抑制され、エンジン回転の急な吹け上がりが抑えられる。このようにエンジン回転がスムーズに立ち上がってアイドル回転速度に収束することで、エンジン1を自動で始動するときであっても、運転者が違和感を感じることはない。
When the idle rotational speed Nidle is reached, the closing timing IVC of the
尚、上述した実施形態では、エンジン1の逆転燃焼始動の際に一旦、逆転したエンジン1が正転を開始した後、2番目に迎えるTDC(停止時吸気行程気筒12CのTDC)を越えるまでは吸気弁19の閉時期IVCを相対的に遅角側に制御し、TDCを越えた後は進角側に制御するようにしているが、これに限らず、正転後は通常制御に移行するまで吸気弁閉時期IVCを遅角側に制御するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, when the
また、エンジン逆転作動中の吸気弁閉時期IVCを停止時膨張行程気筒12Bのピストン停止位置に応じて変更する必要もなく、予め設定した時期になるように制御することもできる。
Further, it is not necessary to change the intake valve closing timing IVC during the engine reverse rotation operation according to the piston stop position of the stop-time
さらに、そうした吸気弁閉時期IVCの制御を、上述の実施形態のように電磁駆動式のVVT23によって行う必要もなく、例えば個々の吸気弁19を電磁アクチュエータによって駆動するようにした電磁駆動弁方式のエンジンにも、本発明は適用可能である。
Further, it is not necessary to control the intake valve closing timing IVC by the electromagnetically driven
本発明に係るエンジン始動装置は、独自の逆転燃焼始動方式により極めて短時間で且つスムーズにエンジンを再始動できるものであり、自動車のアイドリングストップシステムにおいて有用である。 The engine starter according to the present invention can restart the engine smoothly in an extremely short time by an original reverse combustion start method, and is useful in an idling stop system of an automobile.
E エンジン制御システム(エンジンの始動装置)
1 エンジン
2 ECU(エンジンコントローラ)
2a ピストン位置検出部(ピストン位置検出手段)
2b 始動時燃焼制御部
2c 始動時VVT制御部(吸気弁制御手段)
12A〜12D 気筒
13 ピストン
19 吸気弁
23 VVT(吸気弁制御手段)
30,31 クランク角センサ(ピストン位置検出手段)
E Engine control system (engine starter)
1
2a Piston position detector (piston position detector)
2b Start-up
12A to
30, 31 Crank angle sensor (piston position detection means)
Claims (5)
少なくとも前記圧縮行程気筒における吸気弁の閉時期を、エンジンの前記逆転作動中は相対的に進角側に、また、正転後は相対的に遅角側に制御する吸気弁制御手段を備えることを特徴とするエンジンの始動装置。 After the engine is automatically stopped, when a predetermined restart condition is satisfied, the compression stroke cylinder of the stopped engine is ignited and burned to temporarily reverse the operation, thereby igniting the expansion stroke cylinder to be compressed. In the engine starting device that is normally rotated by being burned and automatically restarted,
An intake valve control means for controlling the closing timing of the intake valve at least in the compression stroke cylinder to a relatively advanced angle side during the reverse rotation operation of the engine and to a relatively retarded angle side after the forward rotation; An engine starting device.
吸気弁制御手段は、前記検出されたピストン停止位置が相対的に上死点寄りにあるほど、エンジンの逆転作動中における吸気弁閉時期の進角度合いを大きくするものである、請求項1に記載のエンジンの始動装置。 A piston position detecting means for detecting a stop position of the piston in the expansion stroke cylinder of the stopped engine;
The intake valve control means increases the advance angle of the intake valve closing timing during the reverse rotation operation of the engine as the detected piston stop position is relatively closer to the top dead center. The engine starting device as described.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007266869A JP2009097345A (en) | 2007-10-12 | 2007-10-12 | Engine starting device |
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ID=40700598
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105324575A (en) * | 2013-06-26 | 2016-02-10 | 罗伯特·博世有限公司 | Method for starting an internal combustion engine, device, and computer program product |
JP2016109002A (en) * | 2014-12-04 | 2016-06-20 | マツダ株式会社 | Start control device of engine |
-
2007
- 2007-10-12 JP JP2007266869A patent/JP2009097345A/en active Pending
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