JP2016142173A

JP2016142173A - エンジン始動装置

Info

Publication number: JP2016142173A
Application number: JP2015018310A
Authority: JP
Inventors: 光旗松下; Koki Matsushita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2016-08-08

Abstract

【課題】エンスト時に着火始動によりエンジンを再始動することができるエンジン始動装置を提供すること。
【解決手段】エンジン始動装置は、着火始動可能なエンジン１０を搭載した車両におけるエンジン始動装置において、クランク角に基づいてエンジン１０がストールすることが予測された場合、エンジン１０の停止時に膨張行程になると予測される気筒に対して、停止前の最後の吸気行程において燃料を噴射し、エンジン１０の停止後、所定の時間内に再始動要求があり、かつピストン停止位置が着火始動可能範囲内である場合に、着火始動によりエンジン１０を再始動させる制御手段５０を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されたエンジンを始動させるエンジン始動装置に関する。

従来、着火始動可能なエンジンにおいて、エンジンの停止時に筒内の空気量が少なくなると予想される場合、停止時に膨張行程となる気筒に対して、停止前の最後の吸気行程で燃料を噴射することで、着火始動時の燃焼トルクを向上させる技術が提案されている（例えば特許文献１）。

特開２００７−０９２７３２号公報

ここで、特許文献１で提案された発明は、Ｓ＆Ｓ制御（Stop & Start System：エンジンの自動停止／再始動）を前提とした技術であるが、車両のエンジンが停止するのはこのようなＳ＆Ｓ制御の場合のみに限られない。例えば、ＭＴ車を運転中にエンジン回転数が低下し、不意にエンジンがストール（以下、エンストという）する場合もある。

しかしながら、特許文献１で提案された発明は、このようなエンスト時における再始動については考慮していないため、エンストの場合は毎回スタータで再始動させなくてはならず、スタータの使用回数が増えてしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エンスト時に着火始動によりエンジンを再始動することができるエンジン始動装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るエンジン始動装置は、着火始動可能なエンジンを搭載した車両におけるエンジン始動装置において、クランク角に基づいて前記エンジンがストールすることが予測された場合、前記エンジンの停止時に膨張行程になると予測される気筒に対して、停止前の最後の吸気行程において燃料を噴射し、前記エンジンの停止後、所定の時間内に再始動要求があり、かつピストン停止位置が着火始動可能範囲内である場合に、前記着火始動により前記エンジンを再始動させる制御手段を備えることを特徴とする。

本発明に係るエンジン始動装置は、エンストが予測される場合に、停止直前の吸気行程で燃料の事前噴射を行う。そして、エンジン始動装置は、事前噴射による着火始動が可能となる条件を満たしている場合、すなわちエンジン停止後所定時間内かつピストン停止位置が着火始動可能範囲内である場合に、着火始動によりエンジンを再始動させる。これにより、エンジン始動装置は、エンスト時においてエンジンを着火始動により再始動させることができるため、スタータの使用回数を減らすことができる。

図１は、本発明の実施形態に係るエンジン始動装置およびその周辺の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施形態に係るエンジン始動装置による処理の一例を示すフローチャートである。図３は、本発明の実施形態に係るエンジン始動装置における、着火始動可能範囲内のピストン停止位置を説明するための説明図であり、膨張行程クランク角を示す図である。図４は、本発明の実施形態に係るエンジン始動装置における、着火始動可能範囲内のピストン停止位置を説明するための説明図であり、吸気バルブ開閉タイミングを示す図である。

以下、本発明の実施形態に係るエンジン始動装置の実施形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

エンジン始動装置を搭載する車両は、例えばＭＴ（Manual Transmission）車であり、図１に示すように、電子制御された内燃機関であるエンジン１０と、クラッチ２０と、手動変速機３０と、駆動輪４０と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）５０と、クランク角センサ６０と、クラッチペダルポジションセンサ７０と、を備えている。なお、図１では、車両の構成のうち、本発明に関係する構成のみを示しており、その他の構成は図示を省略している。

以下、ＥＣＵ５０以外の構成についてまず説明する。エンジン１０は、いわゆるポート噴射型のエンジンであり、吸気ポートに燃料噴射弁が設けられている。これにより、吸気ポート内の吸気と、吸気ポート内に噴射された燃料により混合気が生成され、燃焼室に導入されるように構成されている。また、燃焼室の天井部分には点火プラグが配置され、吸気ポートから導入された混合気に対して点火可能に構成されている。なお、ここでは図示を省略したが、エンジン１０には、クランキングを行うスタータも設けられている。

クラッチ２０は、エンジン１０の出力軸と手動変速機３０の入力軸との間に設けられ、運転者により操作されるクラッチペダルの操作量（踏み込み量）に応じて摩擦プレートの接合状態が変化する摩擦クラッチである。

手動変速機３０は、運転者により操作されるシフトレバーのシフト位置に応じて複数の変速段のうちの１つが選択されるトルクコンバータを備えない変速機である。手動変速機３０は、エンジン１０の出力軸から動力が入力される入力軸と、車両の駆動輪４０へ動力を出力する出力軸とを備えている。駆動輪４０は、手動変速機３０からの回転駆動力を路面に伝える車軸、およびタイヤ等である。

クランク角センサ６０は、エンジン１０内のクランクシャフト近傍に設けられ、当該クランクシャフトの回転角位置（クランク角）を検出し、その信号をＥＣＵ５０に出力する。クラッチペダルポジションセンサ７０は、クラッチペダル近傍に設けられ、当該クラッチペダルの操作を検出し、その信号をＥＣＵ５０に出力する。

以下、ＥＣＵ５０について説明する。ＥＣＵ５０は、車両の制御手段であり、物理的にはＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）および入出力等のインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を用いて構成される。このＥＣＵ５０の機能は、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することによって、ＣＰＵの制御のもとで制御対象を動作させるとともに、ＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出しおよび書き込みを行うことで実現される。

ＥＣＵ５０は、エンジン１０内に設けられた各種センサの検出結果が入力され、これに基づいてエンジン１０の運転状態を検知し、燃料噴射弁による燃料噴射量や噴射時期、点火プラグによる点火時期等を制御している。また、ＥＣＵ５０は、エンスト時において、スタータを使用せず、着火始動によりエンジン１０を再始動することができる。本発明に係るエンジン始動装置は、このＥＣＵ５０の機能により実現される。

ここで、ＭＴ車では、運転者の不適切な操作により、発進時等にエンストすることがある。この場合、通常はスタータによってエンジンを再始動させるが、スタータ音がうるさい等、運転者にとって不快な挙動が生じる。着火始動（膨張行程気筒への燃料噴射・点火によりスタータレスで始動）を活用すれば、エンスト時においても静かに始動させることが可能となるが、ポート噴射型のエンジンでは膨張行程気筒への燃料噴射ができないため、着火始動は基本的には行うことができない。

一方、ポート噴射型のエンジンであっても、従来技術（特許文献１）のように、停止直前の吸気行程で燃料噴射を行っておけば着火始動が可能となるが、燃料の事前噴射によって着火始動ができる時間は限られており、仮にエンジンの再始動が行われない場合は、筒内に残った燃料によるエンジンオイルの劣化や、無駄に燃料を噴射することによる燃費悪化が懸念される。このように、従来技術における着火始動をエンスト時の再始動にそのまま適用したとしても、エンジンを再始動するタイミングが分からないため、車両に悪影響を与えるおそれがあった。

そこで、前記したＥＣＵ５０の機能により実現される本発明の実施形態に係るエンジン始動装置は、エンストの有無の予測結果に従って燃料の事前噴射を行い、着火始動可否の判定結果に従って着火始動を実行することを特徴としている。エンジン始動装置は、具体的には、ストール予測部、気筒予測部、燃料噴射制御部、ストール判定部、再始動要求判定部、着火始動可否判定部および再始動実行部の機能を備えている。以下、図２のフローチャートも参照しながら各部の機能について説明する。

ストール予測部（ストール予測手段）は、運転者の誤操作によるエンストの有無を予測する（ステップＳ１）。ストール予測部は、具体的にはクランク角センサ６０から入力されるクランク角からエンジン回転数を算出し、当該エンジン回転数に基づいてエンストの有無を予測する。

気筒予測部（気筒予測手段）は、エンジン１０の停止時に膨張行程になる気筒を予測する（ステップＳ２）。気筒予測部は、具体的にはクランク角センサ６０から入力されるクランク角に基づいて膨張行程になる気筒を予測する。なお、気筒予測部は、ストール予測部がエンストありと予測した場合（ステップＳ１でＹｅｓ）に本ステップの予測処理を行う。

燃料噴射制御部（燃料噴射制御手段）は、燃料噴射弁を制御し、エンジン１０の停止時に膨張行程になると予測された気筒に対して、停止前の最後の吸気行程において燃料を噴射する（ステップＳ３）。

ストール判定部（ストール判定手段）は、エンスト状態か否かを判定する（ステップＳ４）。ストール判定部は、具体的にはクランク角センサ６０から入力されるクランク角からエンジン回転数を算出し、当該エンジン回転数に基づいてエンスト状態か否かを判定する。

再始動要求判定部（再始動要求判定手段）は、運転者による再始動要求の有無を判定する。再始動要求判定部は、具体的にはクラッチペダルポジションセンサ７０から入力される信号に基づいて運転者がクラッチを踏んだか否かを判定する（ステップＳ５）。なお、再始動要求判定部は、ストール判定部がエンスト状態であると判定した場合（ステップＳ４でＹｅｓ）に本ステップの判定処理を行う。

着火始動可否判定部（着火始動可否判定手段）は、以下の３つの判定処理を行う。まず、着火始動可否判定部は、エンジン１０の停止前の燃料噴射があったか否かを判定する（ステップＳ６）。なお、着火始動可否判定部は、再始動要求判定部が再始動要求あり（運転者がクラッチ２０を踏んだ）と判定した場合（ステップＳ５でＹｅｓ）に本ステップの判定処理を行う。

次に、着火始動可否判定部は、所定の時間内に運転者による再始動要求があったかどうか、すなわち運転者がクラッチ２０を踏んだタイミングが所定時間内であるか否かを判定する（ステップＳ７）。着火始動可否判定部は、具体的にはクラッチペダルポジションセンサ７０から入力される信号に基づいて運転者がクラッチ２０を踏んだタイミングを検出する。そして、着火始動可否判定部は、エンストしてからクラッチ２０が踏まれるまでの時間が、予め実験的に求められた、燃料の事前噴射により着火始動が可能な時間内であるか否かを判定する。なお、着火始動可否判定部は、前段の処理で燃料噴射ありと判定した場合（ステップＳ６でＹｅｓ）に本ステップの判定処理を行う。

そして、着火始動可否判定部は、ピストン停止位置が着火始動可能範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ８）。着火始動可否判定部は、具体的にはクランク角センサ６０から入力されるクランク角に基づいて、ピストン停止位置が着火始動可能範囲内であるか否かを判定する。なお、着火始動可否判定部は、前段の処理でクラッチ２０が踏まれたタイミングが所定時間内であると判定した場合（ステップＳ７でＹｅｓ）に本ステップの判定処理を行う。

ここで、前記した着火始動可能範囲内のピストン停止位置とは、図３に示すように、当該ピストン停止位置を示す膨張行程クランク角が角度Ａである状態を意味している。同図に示すように、上死点から角度Ａまでの範囲が着火始動可能領域となり、角度Ａから下死点までの範囲が着火始動不可能領域となる。そして、図４の左図に示すように、この角度Ａ（膨張行程気筒の停止位置）は、図４右図に示す角度Ｂ（吸気バルブ閉止タイミング）よりも絶対値で小さい角度に設定する。角度Ａをこのような角度に設定することで、空気が圧縮されて着火始動しやすくなる。

なお、膨張行程の気筒が、一旦排気バルブが開く位置まで進み、逆転して戻ってきた場合は、排気バルブが開いた時に大気圧相当の空気が入ってくるため、前記角度Ａを多少大きくしても構わない。

再始動実行部（再始動実行手段）は、着火始動可否判定部による上記判定をクリアし、以下の要件（１）〜（３）を全て満たした場合に、膨張行程気筒に点火を行うことで、スタータを用いずに、着火始動によりエンジン１０を再始動させる（ステップＳ９）。なお、着火始動可否判定部は、前段の処理でピストン停止位置が着火始動可能範囲内であると判定した場合（ステップＳ８でＹｅｓ）に本ステップの判定処理を行う。

（１）エンジン１０の停止前に燃料が噴射されている（ステップＳ６でＹｅｓ）。
（２）運転者がクラッチペダルを踏んだタイミングが、エンストしてから所定時間内である（ステップＳ７でＹｅｓ）。
（３）ピストン停止位置が着火始動可能な範囲内である（ステップＳ８でＹｅｓ）。

なお、前記要件（２）は、エンストしてから所定時間内であれば、気筒内に空気の圧縮圧が残っていて着火始動しやすいことに着目したものである。

一方、再始動実行部は、上記要件（１）〜（３）のいずれか満たさない場合（ステップＳ６〜ステップＳ８のいずれかがＮｏ）、通常のスタータを用いてエンジン１０を再始動させる（ステップＳ１０）。

なお、図２に示すように、ストール予測部がエンストなしと予測した場合（ステップＳ１でＮｏ）、処理を終了する。また、ストール判定部がエンスト状態ではないと判定した場合（ステップＳ４でＮｏ）、ストール判定部はエンストしなかったことが確定したか否かを判定する（ステップＳ１１）。そして、ストール判定部は、確定したと判定した場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）は処理を終了し、確定していないと判定した場合（ステップＳ１１でＮｏ）はステップＳ４に戻り、エンスト状態になるまで待機する。また、再始動要求判定部が再始動要求なし（運転者がクラッチ２０を踏んでいない）と判定した場合（ステップＳ５でＮｏ）はステップＳ５に戻り、再始動要求があるまで待機する。

以上のような構成を備えるエンジン始動装置は、エンストが予測される場合に、停止直前の吸気行程で燃料の事前噴射を行う。そして、エンジン始動装置は、事前噴射による着火始動が可能となる条件を満たしている場合、すなわちエンジン停止後所定時間内かつピストン停止位置が着火始動可能範囲内である場合に、着火始動によりエンジン１０を再始動させる。これにより、エンジン始動装置は、エンスト時においてエンジン１０を着火始動により再始動させることができるため、スタータの使用回数を減らすことができる。

また、ＭＴ車のエンスト時はエンジン１０の停止時間が短いシーンが多く、燃料の事前噴射による着火始動にも適している。従って、エンジン始動装置によれば、ＭＴ車における運転者の誤操作に起因するエンスト時に着火始動を行うことで、ポート噴射型のエンジン１０のエンスト時においても静かで素早い再始動が可能となる。

以上、本発明に係るエンジン始動装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

１０エンジン
２０クラッチ
３０手動変速機
４０駆動輪
５０ＥＣＵ（制御手段）
６０クランク角センサ
７０クラッチペダルポジションセンサ

Claims

着火始動可能なエンジンを搭載した車両におけるエンジン始動装置において、
クランク角に基づいて前記エンジンがストールすることが予測された場合、
前記エンジンの停止時に膨張行程になると予測される気筒に対して、停止前の最後の吸気行程において燃料を噴射し、
前記エンジンの停止後、所定の時間内に再始動要求があり、かつピストン停止位置が着火始動可能範囲内である場合に、前記着火始動により前記エンジンを再始動させる制御手段を備えることを特徴とするエンジン始動装置。