JP2016094826A - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】膨張行程で停止している気筒への燃料噴射および点火により自立始動を図るものにおいて、ピストン停止位置が下死点寄りである場合の点火不良を回避する。【解決手段】自動再始動時に、膨張行程で停止している気筒のピストン停止位置を読み込み、所定のクランク角位置ＣＡ０よりも上死点側（例１）であれば、非分割の単段噴射を実行する。所定のクランク角位置ＣＡ０よりも下死点側（例２）であれば、分割噴射を実行する。ピストン停止位置がさらに下死点寄り（例３）であれば、分割回数をさらに多くして分割噴射する。分割噴射により点火プラグ９周辺に着火可能な混合気を形成することができ、確実な点火が図れる。【選択図】図３

Description

この発明は、始動時に、膨張行程で停止している気筒を判別して当該気筒の筒内に燃料噴射を行い、形成された混合気に点火するようにした内燃機関の始動制御装置に関する。

特許文献１には、所定の条件に従って内燃機関の自動停止および自動再始動を行う内燃機関において、自動再始動時に、膨張行程の途中で停止している気筒へ燃料噴射を行うとともに、形成された混合気に点火することで、自立始動を開始するようにした始動制御装置が開示されている。つまり、自動再始動時に、スタータモータによるクランキングを行わずに内燃機関を自立始動しようとするものである。

なお、実用機関においては、完全な自立始動の確率が必ずしも高くないことから、膨張行程に止まっていた気筒の燃焼による初回のトルクの立ち上がりに合わせて、モータ・ジェネレータによるアシストを行うことが一般的である。

特開２００８−２２３４９９号公報

上記のように膨張行程で停止している気筒の中へ燃料噴射を行う場合、ピストン停止位置が下死点に近いと、燃料噴射弁から噴射された噴霧が気筒内の下部に集まりやすく、点火プラグ周辺に適切な混合気を確保できずに失火する懸念がある。特に、ピストン位置つまり筒内容積に対応した量の燃料を噴射することを前提とすると、ピストン停止位置が下死点に近い場合には、噴射量も多くなり、噴霧のペネトレーションが高くなるため、混合気塊が気筒の下部に集中する傾向が一層顕著となる。

なお、特許文献１のものでは、自動停止時に吸入空気量を多くすることで、いずれかの気筒のピストンが膨張行程の中の略一定のクランク角位置で停止するようにしているが、吸気圧縮時の反力に依存しているため、必ずしも一定のクランク角位置で確実に停止するものではない。

この発明は、始動時に、膨張行程で停止している気筒を判別して当該気筒の筒内に燃料噴射を行い、形成された混合気に点火することにより、初回のトルクを得るようにした内燃機関の始動制御装置において、ピストン停止位置が下死点に近いときに分割噴射を行う、ことを特徴としている。

ピストン停止位置が下死点に近い場合に、燃料を多段に分割して噴射することにより、分割された各々の噴霧が飛翔中に気化しやすくなり、非分割噴射つまり単段噴射の場合に比べて、筒内により均一な混合気が形成される。従って、点火プラグによる点火がより確実なものとなる。

この発明によれば、始動時に、膨張行程にある気筒へ燃料を噴射する際に、そのピストン停止位置に応じて分割噴射を行うので、ピストン停止位置が下死点寄りにあるような場合でも、より確実な点火・燃焼を確保することができる。

この発明が適用される内燃機関の構成を概略的に示した構成説明図。 始動制御の処理の流れを示すフローチャート。 この制御の作用を示すタイムチャート。 ピストン停止位置が上死点寄りにあるときの説明図。 ピストン停止位置が下死点寄りにあるときの説明図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明が適用される内燃機関１の構成を概略的に示した説明図であり、シリンダ２内にピストン３が配置されることによって燃焼室４が画成されている。この燃焼室４の天井壁面には、吸気ポート５を開閉する一対の吸気弁６と、排気ポート７を開閉する一対の排気弁８と、が配置されており、これらの吸気弁６および排気弁８に囲まれた中央部に点火プラグ９が配置されている。

上記吸気ポート５の下方には、燃焼室４内に斜め下方へ向かって燃料を直接に噴射する燃料噴射弁１０が配置されている。この燃料噴射弁１０は、エンジンコントローラ１１から駆動パルス信号が印加されることによって開弁する電磁式ないし圧電式の噴射弁であって、駆動パルス信号のパルス幅に実質的に比例した量の燃料を噴射する。

上記吸気ポート５に接続された吸気通路１２のコレクタ部１３上流側には、エンジンコントローラ１１からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ１４が介装されており、その上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ１５および大気圧を検出する大気圧センサ１６が配設されている。

また上記排気ポート７に接続された排気通路１７には、三元触媒からなる触媒装置１８が介装されており、その上流側に、空燃比を検出する空燃比センサ１９が配置されている。

上記エンジンコントローラ１１には、上記のエアフロメータ１５、大気圧センサ１６、空燃比センサ１９のほか、クランクシャフトの回転位置を検出するためのクランク角センサ２１、冷却水温を検出する水温センサ２２、潤滑油温を検出する油温センサ２３、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ２４、車速を検出する車速センサ２５、等のセンサ類の検出信号が入力されている。エンジンコントローラ１１は、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁１０による燃料噴射量および噴射時期、点火プラグ９による点火時期、スロットルバルブ１４の開度、等を最適に制御している。また、この内燃機関１は、車両の運転中に、所定の自動停止条件および自動再始動条件に従って自動停止および自動再始動を行う構成となっており、再始動時に必要なトルクアシストを行うために、図示せぬモータ・ジェネレータが常時もしくはクラッチを介してクランクシャフトに接続されている。

図２は、自動再始動時に上記エンジンコントローラ１１において実行される始動制御の処理の流れを示したフローチャートである。ステップ１では、内燃機関１の自動停止後に、内燃機関１の再始動指令が出力されたか否かを繰り返し判定する。所定の自動再始動条件に従って再始動指令が出力されると、ステップ１からステップ２へ進み、油温および水温が自立始動を許可する所定の許可範囲内にあるか否か判定する。つまり、内燃機関１の暖機が不十分な状態では、自立始動は困難であるので、油水温が許可範囲内にない場合は、ステップ１５へ進み、通常始動を行う。

なお、ここで「自立始動」とは、モータのアシストの有無を問わない広義の意味で用いており、膨張行程で停止している気筒を判別して当該気筒の筒内に燃料噴射を行い、形成された混合気に点火することにより、初回のトルクを得るようにした始動方法を指す。この初回のトルクが十分に大きければ狭義の完全な自立始動が可能となるが、本実施例では、始動をより確実なものとするために、膨張行程気筒での点火により初回のトルクが立ち上がると同時にモータ・ジェネレータによるアシストを行っている。つまりモータアシスト付きの自立始動であるが、ここでは、クランクシャフトの回転開始に必要なトルクの少なくとも一部は、内燃機関１自身が出力することとなる。

これに対し、ステップ１５の「通常始動」においては、モータ・ジェネレータもしくはスタータモータを用いて内燃機関１をクランキングし、クランクシャフトが回転開始した後に、適宜な気筒への燃料噴射ならびに点火を行うこととなる。従って、クランクシャフトの回転開始に必要なトルクの全てをモータ・ジェネレータもしくスタータモータが賄う点で、上記のモータアシスト付きの自立始動と異なっている。

ステップ２でＹＥＳであれば、ステップ３へ進み、大気圧が自立始動を許可する所定の範囲内にあるか否か判定する。例えば大気圧が低い高地等では自立始動が困難であるので、ステップ１５へ進み、通常始動を行う。

ステップ３でＹＥＳであれば、ステップ４へ進み、前回の自動停止時（詳しくはクランクシャフトが停止した瞬間）に読み込んで記憶しておいたクランクシャフトの回転位置から、膨張行程にある気筒を判別するとともに、当該気筒におけるピストン３の停止位置を読み込む。

次のステップ５では、この膨張行程気筒におけるピストン３の停止位置が、自立始動を許可する所定の範囲内にあるか否か判定する。例えばピストン３の停止位置が上死点に極端に近い場合には、点火・燃焼を行ってもトルク確保が困難であるので、やはりステップ１５へ進み、通常始動を行う。

ステップ５でＹＥＳであれば、ステップ２，３の判定と併せて自立始動が許可されたこととなり、ステップ６へ進んで、必要な燃料噴射量（総燃料噴射量）を算出し、かつステップ７において、燃料噴射量に対応するパルス幅（総パルス幅）を算出する。上記の燃料噴射量は、基本的には、ピストン３の停止位置から求まる筒内の空気量に対し所定の空燃比となるように設定される。つまりピストン３の停止位置が下死点に近いほど燃料噴射量は大となる。

次にステップ８へ進み、ピストン３の停止位置が所定のクランク角位置よりも下死点側にあるか否かを判定する。ここでＮＯつまりピストン３の停止位置が所定のクランク角位置よりも上死点側であれば、ステップ９へ進み、非分割噴射つまり単段噴射により総燃料噴射量を噴射する。そして、ステップ１０において、混合気形成に必要な適宜な遅れを与えた後に、当該気筒の点火を行う。

一方、ピストン３の停止位置が所定のクランク角位置よりも下死点側にあれば、ステップ１１へ進み、分割噴射の分割回数を算出する。ここでは、ピストン３の停止位置が下死点寄りであるほど分割回数を多く設定する。例えば、２〜５の範囲内で分割回数を設定する。

そして、ステップ１２において、総パルス幅を分割回数に沿って分割し、分割噴射における個々のパルス幅を求める。このようにして決定した分割回数および個々のパルス幅を用いて、ステップ１３において、分割噴射を行い、ステップ１４において、混合気形成に必要な適宜な遅れを与えた後に、当該気筒の点火を行う。

このように上記実施例では、膨張行程で停止している気筒のピストン３の停止位置が所定のクランク角位置よりも上死点側であれば非分割の単段噴射を行い、また所定のクランク角位置よりも下死点側であれば、下死点寄りであるほど分割回数が多くなるような態様でもって分割噴射を行う。従って、ピストン３の停止位置に拘わらず、燃焼室４内に比較的均一な混合気を形成することができ、点火プラグ９によるより確実な点火が図れる。

図３は、上記の始動制御による作用を説明するためのタイムチャートである。このタイムチャートにおいては、時間ｔ１よりも以前は内燃機関１が自動停止により停止しており、時間ｔ１において、再始動指令が与えられる。膨張行程で停止している気筒のピストン３の停止位置として、図３には、例１，例２，例３の３つのクランク角位置が描かれている。例１は、所定のクランク角位置ＣＡ０よりも上死点（ＴＤＣ）側にあり、例２および例３は、所定のクランク角位置ＣＡ０よりも下死点（ＢＤＣ）側にあり、特に、例３は、例２よりも下死点寄りにある。これらの停止位置は、自動停止した時点において検出されている。

時間ｔ１において再始動指令があると、前述したように必要な燃料噴射量が算出されて、燃料噴射弁１０から筒内へ燃料噴射が行われる。このとき、ピストン３が上死点側に停止している例１では、図示するように、非分割の単段噴射が行われる。ピストン３が所定のクランク角位置ＣＡ０よりも下死点側である例２では、例えば２回に分割した分割噴射が実行される。さらに下死点に近い例３では、例えば４回に分割した分割噴射が実行される。なお、ピストン３が下死点に近いほど燃焼室４の容積が大きいので、総燃料噴射量は、例１が最も少なく、例３が最も多い。

燃料噴射後、時間ｔ２において、点火プラグ９による点火が行われる。これにより、燃焼室４内の混合気が着火燃焼し、初回のトルクが発生して、図示するようにピストン３が動き始めることとなる。

図４は、例１のようにピストン３が上死点寄りの位置で停止している場合の燃料噴射を描いた説明図であり、前述したように、燃料噴射弁１０から非分割の単段噴射として筒内へ燃料が噴射される。この単段噴射による噴霧は、図示するような混合気塊Ｆとなり、かつ燃焼室４内に拡がって点火プラグ９周辺に着火可能な混合気を形成する。なおピストン３が比較的上死点に近い位置にある場合は、燃料噴霧はピストン３の冠面に衝突して上方へ反射し、点火プラグ９周辺に着火可能な混合気を形成する。

これに対し図５は、例３のようにピストン３が下死点寄りの位置で停止している場合の燃料噴射を描いた説明図であり、前述したように、複数回に分割された分割噴射として燃料噴射弁１０から筒内へ燃料が噴射される。このような分割噴射では、混合気塊Ｆが広く分散して形成されるとともに、分割された個々の噴霧の間に空気層が介在するために飛翔中に気化が促進され、液滴のまま対向するシリンダ壁面に付着する燃料が少なくなる。従って、燃焼室４内に比較的均一な混合気を形成することができる。

以上、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、モータアシスト付きの自立始動の例を説明したが、モータアシストを行わない完全な自立始動の場合にも勿論適用が可能である。また、特許文献１等のように、内燃機関の停止時に、膨張行程で停止する気筒のピストンを積極的に特定クランク角位置で停止させるようにする技術と組み合わせることも可能であり、ピストン停止位置が所期の位置から外れた場合の対応として利用することができる。また、ピストン停止位置が上死点側である場合にも例えば２回程度の分割噴射とし、その分割回数を、ピストン停止位置が下死点寄りであるほど増加させるようにしてもよい。

なお、この発明は、例えば、車両の駆動源として内燃機関とモータ・ジェネレータとを組み合わせたハイブリッド車両の内燃機関に適用できるほか、いわゆるアイドルストップを行う車両用の内燃機関に広く適用できる。

１…内燃機関
３…ピストン
９…点火プラグ
１０…燃料噴射弁
１１…エンジンコントローラ
２１…クランク角センサ

Claims (4)

1. 始動時に、膨張行程で停止している気筒を判別して当該気筒の筒内に燃料噴射を行い、形成された混合気に点火することにより、初回のトルクを得るようにした内燃機関の始動制御装置において、
   ピストン停止位置が下死点に近いときに分割噴射を行う、ことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
2. ピストン停止位置が上死点寄りにあるときには非分割噴射を行い、所定クランク角よりも下死点側にあるときに分割噴射を行う、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置。
3. ピストン停止位置が下死点に近いほど分割回数が多く設定される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の始動制御装置。
4. 上記内燃機関は、自動停止条件および自動再始動条件に従って内燃機関の自動停止および自動再始動を行うように構成されており、自動再始動時に、膨張行程で停止している気筒への燃料噴射および点火を行う、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の始動制御装置。

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