JP2015148211A - 圧縮着火内燃機関の始動制御システム、車両、及び圧縮着火内燃機関の始動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮着火内燃機関の圧縮比が低い場合、圧縮着火内燃機関への吸気の温度が低温である場合であっても、早期に圧縮着火内燃機関を始動させることができる圧縮着火内燃機関の始動制御システム等を提供する。
【解決手段】圧縮着火内燃機関１０の始動時に、クランキング開始の１サイクル目は、排気シャッター３１を開弁して吸気弁１７ａ経由で新気Ａを気筒１５内に吸引し、クランキングの２サイクル目以降から燃料の着火までは、排気シャッタ３１を閉弁して新気Ａを吸引せずに、排気弁１７ｂ経由で排気Ｇを気筒内に再吸引し、燃料の着火から気筒内圧力の急上昇までは、排気シャッター３１を開弁して、排気二度開きバルブ作動で吸気弁１７ａ経由で新気Ａを気筒１５内に吸引すると共に、排気弁１７ｂ経由で排気Ｇの一部も気筒１５内に吸引し、気筒内圧力の急上昇した後は、通常の運転制御に移行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮着火内燃機関を早期に始動させることができる圧縮着火内燃機関の始動制御システム、車両、及び圧縮着火内燃機関の始動制御方法に関する。

一般に、トラック等の大型車両では、車両走行時の燃費を良くするため、圧縮着火内燃機関を搭載しているが、この圧縮着火内燃機関では、高出力化のために、気筒内(シリンダ内)でより多くの燃料を燃焼させると、最大筒内圧力が高くなり、エンジンの機械的強度の問題が生じてくる。そのため、圧縮比を従来の１４〜１８程度から、１０〜１３程度に低下して設定する場合がある。その結果、燃料が着火し難くなり、始動性が悪化し、白煙が発生するという問題が生じている。

特に、低圧縮比の内燃機関においては、始動時に大気温度が低い場合では、各気筒内に吸引される新気の温度が低く、また、気筒内での圧縮による新気の昇温も比較的低くなるため、圧縮後の新気の温度が、燃料である軽油を着火させるのに必要な温度にまで上昇せず、早期に内燃機関を始動できないという問題がある。

この問題に関連して、排気経路と吸気経路との相互間を還流路で連通し、その還流路に開度調整バルブを設けたディーゼルエンジンにおいて、エンジンの始動時に、機関温度の情報に基づいて低温始動か否かを判断し、低温始動であると判断された場合は、開度調整バルブを開側に動作させると共に、吸気絞りバルブを全閉として、排気系路と吸気系路とを連通させて、排気系路の暖かい空気(燃焼ガス)を吸気系路に流入させて、燃焼室内に導入することにより、燃焼室を暖めて、着火性を高め、所定の回転数に達したら開度を常態に復帰させるように制御するディーゼルエンジンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このディーゼルエンジンでは、開度調整バルブを開側に動作させ、排気経路と吸気経路を連通しても、この経路の間の容積が大きく、燃焼室から暖かい空気（燃焼ガス）がこの経路に出るときに断熱膨張により温度が低下してしまうと共に、また、燃焼室に滞留するようになるまで、この長い経路で放熱されて温度低下される上に、時間がかかるので、燃焼室内の昇温に時間を要し、早期にエンジンを始動するには未だ不十分である。

特開平１１−３２４８１９号公報

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮着火内燃機関の圧縮比が低い場合、圧縮着火内燃機関への吸気の温度が低温である場合であっても、早期に圧縮着火内燃機関を始動させることができる圧縮着火内燃機関の始動制御システム、車両、及び圧縮着火内燃機関の始動制御方法を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明の圧縮着火内燃機関の始動制御システムは、圧縮着火内燃機関の全気筒内における燃料の着火と気筒内圧力の急上昇を検出する始動状態検出装置を設け、前記圧縮着火内燃機関の始動時における、排気通路に設けた排気シャッターと吸気弁と排気弁を制御する始動時制御装置が、前記圧縮着火内燃機関の始動時に、クランキング開始の１サイクル目は、前記排気シャッターを開弁し、各気筒において、排気行程では前記吸気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁し、吸気行程では前記吸気弁を開弁すると共に前記排気弁を閉弁する通常時バルブ作動で、吸気通路から前記吸気弁を経由して新気を気筒内に吸引する第１始動用制御を行い、クランキングの２サイクル目以降で、前記始動状態検出装置が全気筒における燃料の着火を検出するまでは、前記排気シャッターは閉弁し、各気筒において、排気行程では前記吸気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁し、吸気行程では前記吸気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁する始動時バルブ作動で、前記吸気通路から前記吸気弁を経由して新気を気筒内に吸引することなく、前記排気通路から前記排気弁を経由して排気を気筒内に吸引する第２始動用制御を行い、前記始動状態検出装置が、全気筒における燃料の着火を検出してから、全気筒における気筒内圧力の急上昇を検出するまでは、前記排気シャッターを開弁し、各気筒において、排気行程では前記吸気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁し、吸気行程では前記吸気弁を開弁すると共に前記排気弁を開弁する排気二度開きバルブ作動で、前記吸気通路から前記吸気弁を経由して新気を気筒内に吸引すると共に、前記排気通路から前記排気弁を経由して排気の一部も気筒内に吸引する第３始動用制御を行い、前記始動状態検出装置が、全気筒における気筒内圧力の急上昇を検出したときには、第３始動用制御を終了し、通常の運転制御に移行するように構成される。

すなわち、クランキングの１サイクル目で、通常時バルブ作動を行い、新気を各気筒内に吸引し、２サイクル目以降から全気筒で燃料が着火するまでは、吸気弁と排気シャッターを閉状態とし、吸気行程で排気弁を開弁する始動時バルブ作動で、排気としての新気を繰り返し気筒内に取り込んで圧縮を繰り返して気筒内温度を上昇させる。この気筒内温度の上昇により、燃料の着火が促進され、早期に燃料が着火する。

この着火後は、確実に燃料の大半が燃焼して全気筒における気筒内圧力の急上昇が生じるまでは、吸気行程で吸気弁を開弁して気筒内に新気を吸引すると共に、着火により生じた排気ガスの一部を気筒内に繰り返し戻して気筒内の温度が低下するのを防止しつつ、新気を用いて燃料の燃焼を促進する。これにより、圧縮着火内燃機関の早期始動を図る。

そして、全気筒における気筒内圧力の急上昇が生じた後は、気筒内に噴射された燃料の大半が燃焼して、圧縮着火内燃機関が完全に始動し、始動を完了したとして、通常時バルブ作動と同様な吸排気弁制御に移行する。

この構成によれば、新気を気筒内に吸引した後は、この１サイクル目に吸引した新気を繰り返し気筒内に再吸引して断熱圧縮するので、気筒内の温度をクランク軸の回転のたびに上昇させて、燃料の着火を促進することができ、早期の始動を図ることができる。そのため、例えば、圧縮比１０といった、通常の圧縮着火内燃機関では考えられない低圧縮比であっても、圧縮着火内燃機関の低温始動が可能となる。

上記の圧縮着火内燃機関の始動制御システムにおいて、前記圧縮着火内燃機関がターボ式過給機を備えると共に、前記排気シャッターを、前記ターボ式過給機のタービンより上流側の排気通路に設けて構成すると、排気シャッターと排気弁との間の排気通路の容積を小さく、排気後の容積がシリンダ容積と同等以下となり、排気が、狭小な空間に密閉されるため、断熱膨張による排気の温度低下が生じなくなり、気筒内の温度の早期昇温を更に促進することができる。

上記の圧縮着火内燃機関の始動制御システムにおいて、前記始動状態検出装置を、排気温度センサー、筒内圧センサー、ノックセンサー、回転センサーのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせで構成すると、排気温度センサーで検出した排気温度の変化、筒内圧センサーで検出した気筒内圧力の変化、ノックセンサーで検出した振動の変化、回転数センサーで検出した、エンジン回転数やエンジン回転数変動により、容易に着火や気筒内圧力の急上昇を検出することができる。

つまり、排気温度、気筒内圧力、振動の変化、エンジン回転数、エンジン回転数変動などが、予め設定した着火判定用の第１判定用閾値以上（但しエンジン回転数変動は閾値以下）になったときに、燃料の着火が生じたとし、予め設定した気筒内圧力の急上昇用の第２判定用閾値以上になったときに、気筒内圧力が急上昇したと判定する。

そして、上記の目的を達成するための本発明の車両は、上記の圧縮着火内燃機関の始動制御システムを搭載して構成され、上記の圧縮着火内燃機関の始動制御システムと同様な効果を奏することができる。

そして、上記の目的を達成するための本発明の圧縮着火内燃機関の始動制御方法は、圧縮着火内燃機関の始動時に、クランキング開始の１サイクル目は、排気通路に設けた排気シャッターを開弁し、各気筒において、排気行程では吸気弁を閉弁すると共に排気弁を開弁し、吸気行程では前記吸気弁を開弁すると共に前記排気弁を閉弁する通常時バルブ作動で、吸気通路から前記吸気弁を経由して新気を気筒内に吸引し、クランキングの２サイクル目以降で、全気筒における燃料の着火を検出するまでは、前記排気シャッターは閉弁し、各気筒において、排気行程では前記吸気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁し、吸気行程では前記吸気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁する始動時バルブ作動で、前記吸気通路から前記吸気弁を経由して新気を気筒内に吸引することなく、前記排気通路から前記排気弁を経由して排気を気筒内に吸引し、全気筒における燃料の着火を検出してから、全気筒における気筒内圧力の急上昇を検出するまでは、前記排気シャッターを開弁し、各気筒において、排気行程では前記吸気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁し、吸気行程では前記吸気弁を開弁すると共に前記排気弁を開弁する排気二度開きバルブ作動で、前記吸気通路から前記吸気弁を経由して新気を気筒内に吸引すると共に、前記排気通路から前記排気弁を経由して排気の一部も気筒内に吸引し、全気筒における気筒内圧力の急上昇を検出したときには、通常の運転制御に移行することを特徴とする方法である。この方法によれば、上記の圧縮着火内燃機関の始動制御システムと同様な効果を奏することができる。

本発明の圧縮着火内燃機関の始動制御システム、車両、及び圧縮着火内燃機関の始動制御方法によれば、新気を気筒内に吸引した後は、この１サイクル目に吸引した新気を繰り返し気筒内に再吸引して断熱圧縮するので、気筒内の温度をクランク軸の回転のたびに上昇させて、燃料の着火を促進することができ、圧縮着火内燃機関の早期の始動を図ることができる。そのため、例えば、圧縮比１０といった、通常の圧縮着火内燃機関では考えられない低圧縮比であっても、低温始動が可能となる。

本発明に係る実施の形態の圧縮着火内燃機関の始動制御システムの構成の一例を示す図である。 本発明に係る実施の形態の圧縮着火内燃機関の始動制御方法の制御フローの一例である。 クランク軸の回転開始からの回転数に応じた各装置の開閉状況を示した表である。 第１始動用制御の通常時バルブ作動の吸気弁及び排気弁の開閉状態を示した図である。 第２始動用制御の始動時バルブ作動の吸気弁及び排気弁の開閉状態を示した図である。 第３始動用制御の排気二度開きバルブ作動の吸気弁及び排気弁の開閉状態を示した図である。

以下、本発明に係る実施の形態の圧縮着火内燃機関の始動制御システム、車両、及び圧縮着火内燃機関の始動制御方法について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態の圧縮着火内燃機関の始動制御システム１を備えるエンジン（圧縮着火内燃機関）１０は、エンジン本体１１と吸気通路１２と排気通路１３とＥＧＲ通路１４を備えている。また、エンジン本体１１には各気筒（シリンダ）１５（図１では、簡略化のため１個のみ図示）に、燃料噴射装置１６と、吸気通路１２に連通する部分に吸気弁１７ａと、排気通路１３に連通する部分に排気弁１７ｂと、これらの吸気弁１７ａと排気弁１７ｂを開閉弁操作する動弁機構１８が設けられている。そして、この気筒１５にピストン１９が挿入されている。

この吸気通路１２には、上流側より順に、エアクリーナ（図示しない）、ターボチャージャ（ターボ式過給機）２０のコンプレッサ２０ａ、インタークーラー２１、吸気絞り弁２２等が設けられる。また、排気通路１３には、上流側より順に、ターボチャージャ２０のタービン２０ｂ、後処理装置２３が設けられる。また、排気通路１３の排気マニホールドと吸気通路１２の吸気マニホールドを接続しているＥＧＲ通路１４には、上流側からＥＧＲクーラー２４とＥＧＲバルブ２５が設けられている。

そして、大気から導入される新気Ａが、エアクリーナ、コンプレッサ２０ａ、インタークーラー２１、吸気絞り弁２２、吸気弁１７ａを経由して、気筒１５内に送られて、燃料噴射装置１６より噴射された燃料ｆと混合圧縮されて、燃料ｆが着火及び燃焼することで、ピストン１９を押し下げて動力を発生する。その後、気筒１５内での燃焼により発生した排気ガスＧが、排気通路１３に流出し、その一部がＥＧＲ通路１４にＥＧＲガスＧｅとして分岐され、残りの排気ガスＧｏはタービン２０ｂを経由して後処理装置２３により浄化される。浄化処理された排気ガスＧｃは、マフラー（図示しない）を経由して大気へ放出される。

そして、本発明においては、図１に示すように、排気通路１３を全閉する排気シャッター３１をターボチャージャ２０のタービン２０ｂより上流側の排気通路１３に設ける。この排気シャッター３１は、負圧アクチュエータ、モータ、ソレノイド等の動力源で開閉するように構成される。

さらに、エンジン１０の各気筒１５の全てにおける燃料ｆの着火と気筒内圧力Ｐｃの急上昇を検出する始動状態検出装置を設ける。この始動状態検出装置は、排気温度センサー（図示しない）、筒内圧センサー３２、ノックセンサー(図示しない)、回転数センサー(図示しない)のいずれか一つ又は幾つかの組み合わせで構成する。

そして、排気温度センサーで検出した排気ガス温度Ｔの変化、筒内圧センサー３２で検出した気筒内圧力Ｐｃの変化、ノックセンサーで検出した振動Ｆの変化、回転数センサーで検出した、エンジン回転数Ｎｅやエンジン回転数変動ΔＮｅにより、容易に燃料ｆの着火や気筒内圧力Ｐｃの急上昇を検出することができる。

つまり、排気温度Ｔ、気筒内圧力Ｐｃ、振動Ｆの変化、エンジン回転数Ｎｅ、エンジン回転数変動ΔＮｅなどが、予め設定した着火判定用の第１判定用閾値以上（但しエンジン回転変動ΔＮｅは閾値以下）になったときに、燃料ｆの着火が生じたとし、予め設定した気筒内圧力Ｐｃの急上昇用の第２判定用閾値以上（但しエンジン回転変動ΔＮｅは閾値以下）になったときに、気筒１５内の燃料が完全に燃焼して気筒内圧力Ｐｃが急上昇したと判定する。

例えば、排気温度センサーで検出した排気ガス温度Ｔで判定する場合は、予め設定した着火判定用の第１判定用閾値Ｔ１（例えば、５０℃程度）以上になった場合に、燃料ｆが着火したと判定し、更に、予め設定した第２判定用閾値Ｔ２（例えば、１００℃程度）以上になった場合に、気筒内圧力Ｐｃが急上昇したと判定する。

筒内圧センサー３２で検出した気筒内圧力Ｐｃで判定する場合は、例えば、気筒内圧力Ｐｃが、クランキング開始の１サイクル目の気筒内圧力Ｐ０（例えば、３０ｂａｒ程度）から上昇して予め設定した着火判定用の第１判定用閾値Ｐ１（例えば、５０ｂａｒ程度）以上になった場合に、燃料ｆが着火したと判定し、更に、予め設定した気筒内圧力Ｐｃの急上昇の判定用の第２判定用閾値Ｐ２（例えば、７０ｂａｒ程度）以上になった場合に、気筒内圧力Ｐｃが急上昇したと判定する。

また、ノックセンサーで計測したエンジン本体１１の振動Ｆで判定する場合は、燃料ｆが着火すると、特定の周波数（例えば、２ｋＨｚ程度）の成分が着火判定用の第１判定用閾値よりも大きくなり、更に、気筒内圧力Ｐｃが急上昇するとこの特定の周波数成分がさらに気筒内圧力Ｐｃの急上昇の判定用の第２判定用閾値Ｐ２よりも大きくなるので容易に、燃料ｆの着火と気筒内圧力Ｐｃの急上昇を検出することができる。

また、回転数センサーで検出したエンジン回転数Ｎｅｄで判定する場合は、エンジン１０の回転数がクランキング開始の１サイクル目の１００ｒｐｍ程度の回転数から４００ｒｐｍ〜５００ｒｐｍ程度の回転数である着火判定用の第１判定用閾値Ｎｅ１まで上昇したときに燃料ｆが着火したと判定し、更に、８００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍ程度の回転数である気筒内圧力Ｐｃの急上昇の判定用の第２判定用閾値Ｎｅ２まで上昇したときに気筒内圧力Ｐｃが急上昇したと判定する。

また、この圧縮着火内燃機関の始動制御システム１を制御する制御装置４１を設ける。この制御装置４１は、独立して設けてもよいが、通常は、エンジン１０に備えた各種センサー、または、エンジン１０を搭載した車両に備えた各種センサーの情報に基づいて、燃料噴射装置１６の燃料噴射制御やＥＧＲバルブ２５の開度制御等の、エンジン１０の全般の制御や車両の全般の制御を行う全体システム制御装置４０に組み込まれて構成される。

なお、以下に説明するエンジン１０の始動時における、燃料噴射装置１６の燃料噴射制御は、従来技術の始動時制御と同じであり、毎サイクル毎に通常運転時の燃料噴射量の１０倍近くの燃料噴射量で燃料を噴射する。また、このエンジン１０の始動時において、ＥＧＲバルブ２５は始動完了するまで常時閉じたままとする。これにより、以下に説明する排気ＡｆがＥＧＲ通路１４側に流れることを防止する。

そして、本発明においては、この制御装置４１は、エンジン１０の始動時において、吸気弁１７ａと排気弁１７ｂを開閉弁する動弁機構１８と排気シャッター３１を制御して、次の第１始動用制御と第２始動用制御と第３始動用制御を行った後、通常の運転制御に移行するように構成される。なお、この第１始動用制御と第２始動用制御と第３始動用制御の間は、ＥＧＲバルブ２５は全閉状態にしておく。

つまり、エンジン１０の始動時で、クランキング開始の１サイクル目（例えば、４気筒の場合は２回転目まで）は、排気シャッター３１を開弁する。それと共に、各気筒１５において、図３（１サイクル目）と図４に示すように、この１サイクル目の排気行程では吸気弁１７ａを閉弁すると共に排気弁１７ｂを開弁し、次の吸気行程では吸気弁１７ａを開弁すると共に排気弁１７ｂを閉弁する通常時バルブ作動を行い、吸気通路１２から吸気弁１７ａを経由して新気Ａを気筒１５内に吸引する第１始動用制御を行う。この第１始動用制御によれば、エンジン１０の始動に必要な新気Ａを気筒１５内に吸引することができる。

この通常時バルブ作動では、例えば、図４に示すように、吸気弁１７ａは、クランク角で約３５０度から約５９０度の間で開弁し、排気弁１７ｂは、クランク角で約１４０度から約３８０度の間で開弁する。

次に、クランキングを開始して２サイクル目以降（例えば、４気筒の場合は３回転目以降）に入ると、全気筒において、筒内圧センサー３２が燃料ｆの着火を検出するまでは（図３では「ｉサイクル目」、ｉ≧２）、排気シャッター３１を閉弁する。なお、燃料ｆの噴射は噴射のタイミングで継続されるが、低温時の始動時で着火前では燃焼室の周囲等を未燃の燃料ｆが濡らしている状態であるので、燃料ｆの噴射を各サイクルごとに行っていても酸素不足になることはない。

この排気シャッター３１の閉弁と共に、各気筒１５において、図３（２サイクル目〜ｉサイクル目）及び図５に示すように、排気行程では吸気弁１７ａを閉弁すると共に排気弁１７ｂを開弁し、吸気行程では吸気弁１７ａを閉弁すると共に排気弁１７ｂを開弁する始動時バルブ作動を行い、吸気通路１２から吸気弁１７ａを経由して新気Ａを気筒１５内に吸引することなく、排気通路１３から排気弁１７ｂを経由して排気(燃焼していない新気Ａと燃料ｆとの混合物)Ａｆを気筒１５内に吸引する第２始動用制御を行う。

この始動時バルブ作動では、例えば、図５に示すように、吸気弁１７ａは、閉弁したままで、排気弁１７ｂは、クランク角で約１４０度から約３８０度の間で開弁する。

即ち、着火検出サイクル目(図３では「ｉ＋１」サイクル目)までは、排気シャッター３１及び吸気弁１７ａを閉弁状態としたまま、各サイクル毎に（２サイクル目、３サイクル目、４サイクル目・・・）、吸気行程で排気弁１７ｂを開弁状態として、排気Ａｆを、排気シャッター３１より上流側に滞留させて、排気弁１７ｂより各気筒１５に排気Ａｆのみを繰り返し吸引して、気筒１５内の温度の上昇を図る。

ここで、排気シャッター３１をタービン２０ｂより上流側に設けているので、排気シャッター３１より上流側の排気通路１３と排気弁１７ｂの間の容積は、全気筒の容積と同等以下となる。そのため、排気Ａｆが、狭小な空間に密閉され、断熱膨張による排気Ａｆの温度低下が生じなくなる。この排気Ａｆが各サイクル毎に繰り返し気筒１５内に吸引され、断熱圧縮されることで、排気Ａｆの温度が各サイクルの度に上昇し、燃料ｆの着火をより促進することができる。

そして、制御装置４１は、全気筒１５における燃料ｆの着火を検出してから、全気筒１５における気筒内圧力Ｐｃの急上昇を検出するまで、排気シャッター３１を開弁する。

それと共に、各気筒１５において、図３（「ｉ＋１」サイクル目〜「ｊ」サイクル目)）及び図６に示すように、排気行程では吸気弁１７ａを閉弁すると共に排気弁１７ｂを開弁し、吸気行程では吸気弁１７ａを開弁すると共に排気弁１７ｂを開弁する排気二度開きバルブ作動で、吸気通路１２から吸気弁１７ａを経由して新気Ａを気筒１５内に吸引すると共に、排気通路１３から排気弁１７ｂを経由して着火後の排気ガスＧも気筒１５内に吸引する第３始動用制御を行う。

この排気二度開きバルブ作動では、例えば、図６に示すように、吸気弁１７ａは、クランク角で約３５０度から約５９０度の間で開弁し、排気弁１７ｂは、クランク角で約１４０度から約３８０度の間と、約３９０度から約５９０度の間で、二度開弁する。

なお、この図６における排気弁１７ｂのバルブリフトカーブは、動弁機構１８をカム機構で構成して、一つのカム山で排気弁１７ｂを二度開きさせることを想定したリフトカーブであり、各開弁期間の間に閉弁期間（約３８０度から約３９０度の間）があるが、二つのカム山や電磁式の動弁機構を用いる場合は、上記のような閉弁期間を設ける必要はなく、例えば、クランク角で約１４０度から約３８０度の間で排気弁１７ｂを開弁し、その直後のクランク角で約３８０度から約５９０度の間で排気弁１７ｂを開弁してもよい。

つまり、着火検出後のサイクル以降で気筒内圧力Ｐｃの急上昇を検出した後のサイクル（図３の「ｉ＋１サイクル目」〜「ｊ」サイクル目、ｊ≧３）までは、排気シャッター３１を開状態としたまま、各サイクル毎に、通常時バルブ作動に加えて、吸気行程で、排気弁１７ｂを開弁する排気二度開きバルブ作動を行う。

これにより、着火後は、確実に燃料ｆの大半の燃焼が生じて気筒内圧力Ｐｃが急上昇するまでは、吸気行程で吸気弁１７ａを開弁して気筒１５内に新気Ａを吸引すると共に、着火により生じた排気ガスＧの一部を気筒１５内に再吸引させて気筒１５内の温度が低下するのを防止しつつ、新気Ａを用いて燃料ｆの燃焼を促進する。これにより、エンジン１０の早期始動を図る。

そして、気筒内圧力Ｐｃの急上昇を検出した後は（図３の「ｊ」サイクル目以降）、エンジン１０が完全に始動し、始動を完了したとして、通常時バルブ作動と同様な吸排気弁制御に移行する。

したがって、この構成によれば、各気筒１５内の温度がクランク軸１９ａの回転のたびに上昇し、着火を促進することで、例えば低圧縮比１０といった、通常の圧縮着火内燃機関では考えられない低圧縮比でも、低温始動が可能となる。

次に、圧縮着火内燃機関の始動制御方法について、図２の制御フローを参照しながら説明する。図２の制御フローは、エンジン１０の始動時に、上級の制御フローから呼ばれてスタートし、エンジン１０が完全に始動するまで行う制御フローとして示してある。そして、エンジン１０が完全に始動したときに、リターンして、上級の制御フローに戻る制御フローとして示してある。

この図２の制御フローが上級の制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１では、通常時バルブ作動で、始動開始の１サイクル目で新気Ａを気筒１５内に吸引する第１始動用制御を行う。そして、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、排気シャッター３１は閉弁し、各気筒１５における１サイクル間の始動時バルブ作動で、第２始動用制御を行う。そして、次のステップＳ１３で、気筒１５内の燃料ｆの着火をチェックする。着火が検出されない場合は（ＮＯ）、ステップＳ１２に戻る。

これにより、クランキングの２サイクル目以降で、全気筒１５において、気筒１５内の燃料ｆの着火を検出するまでは、排気シャッター３１及び吸気弁１７ａを閉状態としたまま、各気筒１５において、始動時バルブ作動で、新気Ａを気筒１５内に吸引することなく、排気Ａｆを気筒１５内に吸引する。

そして、ステップＳ１３で、燃料ｆの着火を検出した場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１４に行く。ステップＳ１４では、排気シャッター３１を開弁し、各気筒１５において、排気二度開きバルブ作動で、第３始動用制御を行う。そして、次のステップＳ１５で、気筒内圧力Ｐｃの急上昇をチェックする。全気筒における気筒内圧力Ｐｃの急上昇が検出されない場合は（ＮＯ）、ステップＳ１４に戻る。

これにより、全気筒１５において、燃料ｆの着火を検出してから、全気筒における気筒内圧力Ｐｃの急上昇を検出するまでは、排気シャッター３１を開弁し、各気筒１５において、排気二度開きバルブ作動で、新気Ａを気筒１５内に吸引すると共に、排気Ｇの一部も気筒１５内に再吸引する。

そして、ステップＳ１５で、全気筒における気筒内圧力Ｐｃの急上昇を検出した場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１６に行く。ステップＳ１６では、始動用制御を終了し、リターンに行って本制御フローを終了し、上級の制御フローに戻り、通常の運転制御に移行する。

この図２の制御フローに従った制御により、次の制御を行うことができる。

つまり、エンジン１０の始動時に、クランキング開始の１サイクル目は、排気通路１３に設けた排気シャッター３１を開弁し、各気筒１５において、排気行程では吸気弁１７ａを閉弁すると共に排気弁１７ｂを開弁し、吸気行程では吸気弁１７ａを開弁すると共に排気弁１７ｂを閉弁する通常時バルブ作動で、吸気通路１２から吸気弁１７ａを経由して新気Ａを気筒１５内に吸引する。

また、クランキングの２サイクル目以降で、全気筒１５における燃料ｆの着火を検出するまでは、排気シャッター３１は閉弁し、各気筒１５において、排気行程では吸気弁１７ａを閉弁すると共に排気弁１７ｂを開弁し、吸気行程では吸気弁１７ａを閉弁すると共に排気弁１７ｂを開弁する始動時バルブ作動で、吸気通路１２から吸気弁１７ａを経由して新気Ａを気筒１５内に吸引することなく、排気通路１３から排気弁１７ｂを経由して排気Ａｆを気筒１５内に吸引する。

更に、全気筒１５における燃料ｆの着火を検出してから、全気筒１５における気筒内圧力Ｐｃの急上昇を検出するまでは、排気シャッター３１を開弁し、各気筒１５において、排気行程では吸気弁１７ａを閉弁すると共に排気弁１７ｂを開弁し、吸気行程では吸気弁１７ａを開弁すると共に排気弁１７ｂを開弁する排気二度開きバルブ作動で、吸気通路１２から吸気弁１７ａを経由して新気Ａを気筒１５内に吸引すると共に、排気通路１３から排気弁１７ｂを経由して排気Ｇの一部も気筒１５内に吸引する。

そして、全気筒１５における気筒内圧力Ｐｃの急上昇を検出したときには、通常の運転制御に移行する。

上記の構成の圧縮着火内燃機関の始動制御システム１、車両、及び圧縮着火内燃機関の始動制御方法によれば、新気Ａを気筒１５内に吸引した後は、この１サイクル目に吸引した新気Ａを繰り返し気筒１５内に再吸引して断熱圧縮するので、気筒１５内の温度をクランク軸の回転のたびに上昇させて、燃料ｆの着火を促進することができ、エンジン１０の早期の始動を図ることができる。そのため、例えば、圧縮比１０といった、通常の圧縮着火内燃機関では考えられない低圧縮比であっても、低温始動が可能となる。

１ 始動制御システム
１０ ディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）
１１ エンジン本体
１２ 吸気通路
１３ 排気通路
１４ ＥＧＲ通路
１５ 気筒(シリンダ)
１６ 燃料噴射装置
１７ａ 吸気弁
１７ｂ 排気弁
１８ 動弁機構
１９ ピストン
１９ａ クランク軸
２０ ターボチャージャ（ターボ式過給機）
２０ａ コンプレッサ
２０ｂ タービン
２３ 後処理装置
３１ 排気シャッター
３２ 筒内圧センサー（着火及び膨張検出装置）
４０ 全体システム制御装置
４１ 制御装置
Ａ 新気
Ａｆ 排気(燃焼していない新気と燃料との混合物)
Ｇ 排気ガス（着火し少なくとも一部が燃焼した排気）
Ｇｃ 浄化処理された排気ガス
Ｇｅ ＥＧＲガス
Ｇｏ 排気ガス（ＥＧＲガス分が除かれた残りの排気ガス）
ｉ 着火検出サイクル目
ｊ 膨張検出サイクル目
Ｔ１、Ｐ１、Ｎｅ１ 第１判定用閾値
Ｔ２、Ｐ２、Ｎｅ２ 第２判定用閾値
Ｐｃ 気筒内圧力

Claims (5)

1. 圧縮着火内燃機関の全気筒内における燃料の着火と気筒内圧力の急上昇を検出する始動状態検出装置を設け、前記圧縮着火内燃機関の始動時における、排気通路に設けた排気シャッターと吸気弁と排気弁を制御する始動時制御装置が、
   前記圧縮着火内燃機関の始動時に、
   クランキング開始の１サイクル目は、前記排気シャッターを開弁し、各気筒において、排気行程では前記吸気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁し、吸気行程では前記吸気弁を開弁すると共に前記排気弁を閉弁する通常時バルブ作動で、吸気通路から前記吸気弁を経由して新気を気筒内に吸引する第１始動用制御を行い、
   クランキングの２サイクル目以降で、前記始動状態検出装置が全気筒における燃料の着火を検出するまでは、前記排気シャッターは閉弁し、各気筒において、排気行程では前記吸気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁し、吸気行程では前記吸気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁する始動時バルブ作動で、前記吸気通路から前記吸気弁を経由して新気を気筒内に吸引することなく、前記排気通路から前記排気弁を経由して排気を気筒内に吸引する第２始動用制御を行い、
   前記始動状態検出装置が、全気筒における燃料の着火を検出してから、全気筒における気筒内圧力の急上昇を検出するまでは、前記排気シャッターを開弁し、各気筒において、排気行程では前記吸気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁し、吸気行程では前記吸気弁を開弁すると共に前記排気弁を開弁する排気二度開きバルブ作動で、前記吸気通路から前記吸気弁を経由して新気を気筒内に吸引すると共に、前記排気通路から前記排気弁を経由して排気の一部も気筒内に吸引する第３始動用制御を行い、
   前記始動状態検出装置が、全気筒における気筒内圧力の急上昇を検出したときには、第３始動用制御を終了し、通常の運転制御に移行するように構成されたことを特徴とする圧縮着火内燃機関の始動制御システム。
2. 前記圧縮着火内燃機関がターボ式過給機を備えると共に、前記排気シャッターを、前記ターボ式過給機のタービンより上流側の排気通路に設けたことを特徴とする請求項１記載の圧縮着火内燃機関の始動制御システム。
3. 前記始動状態検出装置を、排気温度センサー、筒内圧センサー、ノックセンサー、回転センサーのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせで構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮着火内燃機関の始動制御システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮着火内燃機関の始動制御システムを搭載した車両。
5. 圧縮着火内燃機関の始動時に、
   クランキング開始の１サイクル目は、排気通路に設けた排気シャッターを開弁し、各気筒において、排気行程では吸気弁を閉弁すると共に排気弁を開弁し、吸気行程では前記吸気弁を開弁すると共に前記排気弁を閉弁する通常時バルブ作動で、吸気通路から前記吸気弁を経由して新気を気筒内に吸引し、
   クランキングの２サイクル目以降で、全気筒における燃料の着火を検出するまでは、前記排気シャッターは閉弁し、各気筒において、排気行程では前記吸気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁し、吸気行程では前記吸気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁する始動時バルブ作動で、前記吸気通路から前記吸気弁を経由して新気を気筒内に吸引することなく、前記排気通路から前記排気弁を経由して排気を気筒内に吸引し、
   全気筒における燃料の着火を検出してから、全気筒における気筒内圧力の急上昇を検出するまでは、前記排気シャッターを開弁し、各気筒において、排気行程では前記吸気弁を閉弁すると共に前記排気弁を開弁し、吸気行程では前記吸気弁を開弁すると共に前記排気弁を開弁する排気二度開きバルブ作動で、前記吸気通路から前記吸気弁を経由して新気を気筒内に吸引すると共に、前記排気通路から前記排気弁を経由して排気の一部も気筒内に吸引し、
   全気筒における気筒内圧力の急上昇を検出したときには、通常の運転制御に移行することを特徴とする圧縮着火内燃機関の始動制御方法。

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