JP3772947B2 - Starter for in-cylinder injection internal combustion engine - Google Patents
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射型の内燃機関(以下、エンジンという)に用いる始動装置に関するものである。
【0002】
【関連する背景技術】
近年、エミッション低減や燃費向上を達成すべく、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射型エンジンが実用化されている。この種のエンジンでは、吸気行程で燃料を噴射して燃焼室内に均一な混合気を形成する均一燃焼と、圧縮行程で燃料を噴射することで、点火プラグの周囲に理論空燃比近傍の混合気を形成した上で超リーンな全体空燃比を実現する層状燃焼とを切換可能に構成されている。層状燃焼が可能な運転領域は一般に低回転低負荷に限られているが、例えば特開平10−30468号公報に記載のエンジンでは、始動当初から圧縮行程噴射にて層状燃焼を実行している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように公報記載のエンジンが始動時に層状燃焼を実行するのは、層状燃焼によるエミッションや燃費上の利点を始動時から得ることを目的としたものである。従って、始動時の制御手順は通常のエンジンと同様であり、まず、クランキング開始により気筒判別を行い、その気筒判別の完了後に何れかの気筒が圧縮行程に至ると、その気筒に対して所定噴射量及び噴射時期をもって燃料噴射を実行している。
【0004】
つまり、公報記載のエンジンは始動所要時間の短縮化については何ら考慮されておらず、この点の要望を満足させることができなかった。エンジン始動の遅れは通常の車両に適用した場合にも問題となるが、特に近年実用化されているハイブリッド車両やアイドルストップ車両では、始動遅れによって長所を十分に生かせないという問題がある。例えば、動力源としてモータを併用したハイブリッド車両では、モータによる低負荷走行から加速する際等に出力確保のためにエンジンを始動させるが、始動遅れにより一時的に出力が不足して加速応答性が悪化してしまう。又、信号待ち等でエンジンを自動停止させるアイドルストップ車両では、エンジンの始動遅れが発進の遅延に直結してしまうという不具合が生じる。
【0005】
本発明の目的は、速やかに始動を完了することができる筒内噴射型内燃機関の始動装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明では、停止中の内燃機関の圧縮行程に位置する気筒を圧縮行程気筒判別手段にて特定し、内燃機関の始動時に、特定した気筒の残りの圧縮行程に対して始動制御手段により燃料噴射を実行するようにしたものである。従って、始動のためにクランキングが開始されると、その時点で圧縮行程に位置する気筒に対して直ちに燃料噴射が実行されることから、その後の点火により速やかに初爆が行われる。
請求項2の発明では、請求項1において、圧縮行程気筒の残りの圧縮行程に対して燃料噴射したときに燃焼可能であるか否かを燃焼予測手段にて予測し、燃焼不能と予測したときに、始動制御手段が圧縮行程気筒に対する燃料噴射を中止するものである。従って、燃焼不能にも拘わらず圧縮行程気筒に対する燃料噴射が実行されて始動を失敗する事態が未然に防止される。
請求項3の発明では、請求項2において、燃焼予測手段が、内燃機関の温度又は圧縮行程気筒のピストン位置の少なくとも一方に基づいて燃焼可能か否かの予測を行なうものである。従って、例えば内燃機関の温度が高くてピストン位置が低いほど圧縮行程気筒の着火がより確実なものとなるため、これらの要件に基づいて燃焼可能か否かを確実に予測可能となる。
請求項4の発明では、請求項1乃至3において、始動制御手段が、内燃機関の温度、圧縮行程気筒のピストン位置、使用燃料の性状の少なくとも一つに基づいて、圧縮行程気筒に対する燃料噴射量及び噴射時期を決定するものである。従って、内燃機関の温度及びピストン位置に応じて圧縮行程気筒の筒内空気量が相違し、燃料性状に応じて着火特性が相違するため、これらの内燃機関の温度、圧縮行程気筒のピストン位置、使用燃料の性状の少なくとも一つに基づいて、圧縮行程気筒に対する最適な燃料噴射量及び噴射時期を決定可能となる。
請求項5の発明では、請求項1乃至4において、圧縮行程気筒への燃料噴射により内燃機関の始動が完了しないときに、圧縮行程気筒の後続の気筒を圧縮行程気筒と見なして、圧縮行程気筒に対して燃料噴射量及び噴射時期を決定して燃料噴射を実行するものである。従って、後続の気筒は内燃機関の吸気系に滞留して昇温された空気が吸入されて、かなり高い筒内温度が確保されることから、後続の気筒に対して燃料噴射を実行して始動を完了可能となる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をアイドルストップ車両に用いる筒内噴射型エンジンの始動装置に具体化した一実施例を説明する。
図1の全体構成図において、1は筒内噴射型ガソリンエンジンであり、180°CA毎に等間隔爆発する4サイクル直列4気筒として構成されており、その各気筒には点火プラグ2が取り付けられると共に、燃焼室内に直接燃料を噴射可能なように燃料噴射弁3が取り付けられている。エンジン1の燃焼室や吸気系等は筒内噴射専用に設計されており、圧縮行程で燃料を噴射した場合、吸気にて生成された逆タンブル流により噴射燃料を移送して、点火プラグ2の周囲に理論空燃比近傍の混合気を形成した上で超リーンな全体空燃比で燃焼させる層状燃焼を可能としている。
【0008】
エンジン1には手動式の変速機4が連結され、この変速機は図示しないディファレンシャルギアを介して車両の駆動輪に接続されている。エンジン1と変速機4との間にはクラッチ5が設けられ、このクラッチ5は運転者によるクラッチ操作に応じて、エンジン1側から変速機4側への動力伝達を制御する。エンジン1には常時噛合い式のスタータ6が設けられ、スタータ6のピニオンギア6aはエンジン1のフライホイール1aに対して常に歯合している。フライホイール1aには図示しないワンウエイクラッチが設けられ、このワンウエイクラッチは、始動時にスタータ6の駆動力をエンジン1側に伝達してクランキングを行い、且つ、始動完了後に空転することでエンジン1にてスタータ6が逆駆動されるのを防止するようになっている。
【0009】
スタータ6のモータ11は常開のリレー接点12aを介してバッテリ13に接続され、そのリレー接点12aと対応するリレーコイル12bは、イグニションスイッチ14のST接点14aを介してバッテリ13に接続されている。従って、イグニションスイッチ14がST接点14aの位置まで操作されると、リレーコイル12bの励磁によりリレー接点12aが閉じられてモータ11が通電し、スタータ6によりエンジン1のクランキングされる。又、スタータ6のリレーコイル12bは、スタータ制御用コントローラ15のリレー接点15a及びイグニションスイッチ14のON接点14bを介してバッテリ13に接続されており、このリレー接点15aと対応するリレーコイル15bはバッテリ13に接続されている。従って、イグニションスイッチ14がON接点14bの位置であっても、リレーコイル15bの励磁によりリレー接点15aが閉じられると、モータ11が通電してクランキングが行われる。
【0010】
車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置(ROM,RAM,BURAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えたECU21(エンジン制御ユニット)が設置されている。ECU21の入力側には、エンジン1の温度Tを検出するエンジン温度センサ22、エンジン1のクランクシャフトの回転に伴ってクランク角信号を出力するクランク角センサ23、カムシャフトの回転に伴ってTOP信号を出力するカム角センサ24、車速Vを検出する車速センサ25、クラッチ5の操作状態を検出するクラッチセンサ26、アクセル操作量Accを検出するアクセルセンサ27、変速機4のシフト位置を検出するシフトポジションセンサ28、及びその他の各種スイッチやセンサ類が接続されている。
【0011】
又、ECU21の出力側には前記した点火プラグ2及び燃料噴射弁3が接続されると共に、スタータ制御用コントローラ15のリレーコイル15bが接続されている。ECU21は上記した各検出情報に基づき燃料噴射制御や点火時期制御を始めとするエンジン1を運転するための各種制御を実行すると共に、信号待ち等の停車時にエンジン1の自動停止始動処理を実行する。更に、ECU21はエンジン始動時には、始動専用の制御を実行して早期始動を図る。
【0012】
以上のように構成された筒内噴射型エンジン1では、通常の吸気行程で燃料を噴射して燃焼室内に均一な混合気を形成する均一燃焼に加えて、圧縮行程で燃料を噴射して超リーンな全体空燃比で燃焼させる層状燃焼を可能としている。層状燃焼は一般に低回転低負荷の運転領域で実行され、ECU21はアクセルセンサ27にて検出されたアクセル操作量Acc等から求めた目標平均有効圧Pe(エンジン負荷を表す)、及びクランク角センサ23のクランク角信号から求めたエンジン回転速度Neが比較的低い領域で圧縮行程噴射を実行して、エミッション低減や燃費向上を達成し、それ以上の領域で吸気行程噴射を実行して、要求されるエンジントルクを確保する。
【0013】
次に、アイドルストップ車両特有のエンジン1の自動停止始動処理の概要を説明する。
ECU21は、走行中の車両が信号待ち等で停車したときに、予め設定されたエンジン停止条件の成立によりエンジン1を自動停止し、同じく予め設定されたエンジン始動条件の成立によりエンジン2を自動始動し、もって停車中におけるエミッション排出や燃料消費を防止する。エンジン停止条件としては、車速センサ25にて検出された車速Vがゼロであること、クラッチセンサ26にてクラッチ5の踏込み操作が検出されていないこと(クラッチ接続状態)、及びシフトポジションセンサ28にて検出されたシフト位置がN(ニュートラル)位置であることが設定され、これらの条件が満たされたときに、ECU21はエンジン停止条件が成立したと判断し、燃料噴射制御及び点火時期制御を中止してエンジン1を停止させる。
【0014】
又、エンジン始動条件としては、クラッチセンサ26にてクラッチ5の踏込み操作が検出されたこと(クラッチ遮断状態)、及びシフトポジションセンサ28にて検出されたシフト位置がN位置であることが設定され、これらの条件が満たされたときに、ECU21はエンジン始動条件が成立したと判断し、スタータ制御用コントローラ15のリレーコイル15bを励磁すると共に、噴射制御及び点火時期制御を再開する。リレーコイル15bの励磁によりリレー接点15aが閉じられるため、スタータ6のモータ11が通電してクランキングが行われ、エンジン1が始動されて発進可能となる。
【0015】
尚、通常の運転者によるエンジン始動及び停止は一般的な車両と同様であり、イグニションスイッチ14がST接点14aの位置まで操作されると、スタータ6のモータ11が通電してクランキングが行われると共に、ECU21により燃料噴射制御及び点火時期制御が開始されてエンジン1が始動され、又、エンジン1の運転中にイグニションスイッチ14がON接点14bから図示しないOFF接点等に戻されると、ECU21の燃料噴射制御及び点火時期制御が中止されてエンジン1が停止する。
【0016】
以上の自動及び手動に拘わらずECU21はエンジン1を停止させる際に、以下に述べるように図2のエンジン停止ルーチンに従って燃料噴射制御及び点火時期制御を中止する。
ECU21はエンジン1の回転に同期して180°CA毎にエンジン停止ルーチンを実行し、まず、ステップS2でエンジン停止か否かを判定する。判定がNO(否定)の場合、つまりエンジン停止条件が成立せず、且つや運転者にてイグニションスイッチ14がOFF操作されないときには、ステップS4で噴射指令フラグFfをセットし、ステップS6で停止カウンタCをリセットし、ステップS8で点火指令フラグFiをセットした後、ルーチンを終了する。この噴射指令フラグFf及び点火指令フラグFiのセットに基づき、ECU21は燃料噴射制御及び点火時期制御を実行するため、エンジン1の運転が継続される。
【0017】
又、前記ステップS2で判定がYES(肯定)の場合、つまりエンジン停止条件が成立したか、或いは運転者にてイグニションスイッチ14がOFF操作されたときには、ステップS10で噴射指令フラグFfをクリアし、ステップS12で停止カウンタCをインクリメントする。次いで、ステップS14で停止カウンタCが3に達したか否かを判定し、NOのときには、前記ステップS8に移行する。ステップS14の判定がYESになると、ステップS16に移行して点火指令フラグFiをクリアしてルーチンを終了する。
【0018】
従って、ステップS12で噴射指令フラグFfがクリアされた時点で燃料噴射制御が中止され、その後にエンジン1の作動サイクルで2行程が経過して停止カウンタCが3に達してから、ステップS16で点火指令フラグFiがクリアされて点火時期制御が中止される。圧縮行程で噴射された燃料は1行程以内に点火され、より先行する吸気行程で噴射された燃料であっても2行程以内に点火されることから、最後に噴射された気筒の燃料についても確実に点火されて燃焼し、その結果、燃焼室内に残留した液化燃料による不具合、例えば再始動時の点火プラグ2の燻り、或いは未燃ガスの排出等が防止される。
【0019】
次に、上記のように構成された筒内噴射型エンジン1の始動装置により実行される始動制御を説明する。
ECU21は信号待ち等でのエンジン自動停止中に始動条件が成立した場合、及び運転者にてイグニションスイッチ14がST操作されてクランキングが開始される場合に、図3及び図4に示すエンジン始動ルーチンを実行する。まず、ECU21はステップS22で停止中のエンジン1の圧縮行程にある気筒(以下、圧縮行程気筒という)の情報、及びその気筒のピストン位置Pに関する情報を記憶装置から読み込む。
【0020】
これらの情報は、エンジン停止直前にクランク角センサ23にて検出されたクランク角信号とカム角センサ24にて検出されたTOP信号とに基づいて算出されたものであり、エンジン自動停止中は無論のこと、イグニションスイッチ14がOFF操作された駐車時であっても記憶装置内に保持され続けている。そして、本実施例では、クランク角センサ23、カム角センサ24、及びステップS22の処理を実行するときのECU21が圧縮行程気筒判別手段として機能する。
【0021】
ここで、4サイクル直列4気筒では常に何れかの気筒が圧縮行程に位置するため、このとき必ず圧縮行程気筒が特定される。又、エンジン停止時のクランク角は、BTDC90°CA前後に集中する。これは、本実施例の直列4気筒エンジンでは180°CA毎に何れかの気筒が圧縮上死点に至るため、譬え圧縮上死点付近で停止したとしても圧縮反力を受けて逆転するためである。
【0022】
次いで、ECU21はステップS24でエンジン温度センサ22にて検出されたエンジン温度Tを読み込み、ステップS26でノック学習値Kkを読み込む。ノック学習値Kkは、基本点火時期をノッキング直前の最適値に設定するための学習値である。即ち、周知のようにノック制御では、ノックセンサの検出から設定したノックリタード量により点火時期をノッキング直前にフィードバック制御しているが、このときに用いるノックリタード量に基づいてノック学習値Kkを適宜学習し、そのノック学習値Kkにより事前に基本点火時期を補正することで、フィードバックによる制御遅れを解消している。つまり、ノック学習値Kkは、エンジン1のノッキングの発生状況に応じた値となり、同一エンジンであれば、使用するガソリンのオクタン価(レギュラかハイオクか)に応じてノッキングの発生状況が相違してくることから、ノック学習値Kkは、使用ガソリンのオクタン価を表す指標と見なすことができる。
【0023】
次いで、ECU21はステップS28でノック学習値Kkが予め設定されたマップ切換判定値K0より大きいか否かを判定し、YESのときには使用中のガソリンがハイオクであると見なして、ステップS30で図5に示すハイオク用のマップを選択する。又、ステップS28の判定がNOのときには使用中のガソリンがレギュラであると見なして、ステップS32で図6に示すレギュラ用のマップを選択する。
【0024】
更に、選択したマップに従って、ステップS34で早期始動制御を実行可能か否かを判定する。本実施例では、このステップS34の処理を実行するときのECU21が燃焼予測手段として機能する。即ち、以下に述べるように早期始動制御とは、圧縮行程気筒に対して燃料噴射して点火することで直ちに初爆させる処理であるが、これを実現するには、燃料を気化させるための温度と着火を成功させるための圧力とを必要とし、例えば、始動時点の筒内温度が低かったり、或いはピストン位置Pが上死点付近でほとんど圧縮できず且つ圧縮による温度上昇も望めなかったりした場合には、失火により初爆を得ることができない。
【0025】
そこで、図5及び図6のマップでは、筒内温度と相関するエンジン温度T、及びピストン位置Pに基づいて着火可能領域が設定されている。図から明らかなように、エンジン温度Tが高くてピストン位置Pが低いほど、着火可能領域内に入る確率が高まって着火がより確実なものとなる。又、周知のようにレギュラガソリンの方がハイオクガソリンに比較して着火し易い特性のため、レギュラ用のマップの方が着火可能領域が拡大設定されている。
【0026】
前記ステップS34での早期始動制御の判定は、これらのマップより着火可能領域にあるか否かに基づいて行われる。ここで、信号待ち等でエンジン1を自動停止したときには、直前までの運転によってエンジン自体の温度が上昇しているため、シリンダ壁面からの熱伝達により筒内温度は十分に上昇しており、又、上記のようにエンジン停止時のクランク角が高い確率でBTDC90°CA前後に位置することから、低いピストン位置Pに保持されている。従って、ほとんどのケースでは着火可能領域内に入るとして、ステップS34の判定がYESとなる。
【0027】
ステップS34の判定がNOのときには、ステップS36で始動モードを通常始動制御として設定し、ステップS38でエンジン1の冷却水温等に基づいて燃料噴射量を決定し、ステップS40で同じく冷却水温等に基づいて噴射時期を決定し、ステップS42で点火時期を設定し、これらの情報に基づいてステップS44で始動制御を実行する。尚、このとき、自動始動の場合にはクランキングを開始し(運転者のST操作による始動の場合には既にクランキングが開始されているため必要なし)、クランキング後に最初に吸気行程に至る気筒に対して燃料噴射及び点火を実行する。
【0028】
次いで、ステップS46でエンジン回転速度Neが予め設定された完爆判定値N0以上か否かを判定し、NOのときには未だ始動完了していないと見なしてステップS34に戻って処理を繰り返し、ステップS46の判定がYESになると、このルーチンを終了する。その後は通常のエンジン制御に移行して、目標平均有効圧Pe及びエンジン回転速度Neに基づいて圧縮行程噴射か吸気行程噴射かを選択し、例えば、アイドル運転を継続する場合には圧縮行程噴射に、急加速の場合には吸気行程噴射に設定し、それぞれの運転状態に応じた燃料噴射量及び噴射時期や点火時期を決定して制御を行う。
【0029】
又、前記ステップS34の判定がYESのときには、ステップS48で始動モードを早期始動制御として設定し、ステップS50で燃料噴射量を、ステップS52で噴射時期を、ステップS54で点火時期をそれぞれ決定し、これらの情報に基づいて前記ステップS44で圧縮行程気筒を対象として始動制御を実行する。このときの燃料噴射量及び噴射時期や点火時期は、上記した通常の始動制御の場合とは相違し、以下のように決定される。
【0030】
圧縮行程気筒の筒内空気量がピストン位置P及び筒内温度に応じて相違することから、燃料噴射量については、予めピストン位置P及びエンジン温度Tに応じて設定された図示しないマップから最適値を求める。噴射時期についても同様にピストン位置P及びエンジン温度Tに応じて最適値を求める。これらのマップはハイオク用とレギュラ用とが設定されており、前記ステップS28での判定結果に倣って適用マップが選択される。尚、このようにオクタン価に応じてマップを変更することなく、共通のマップから燃料噴射量や噴射時期を求めるようにしてもよい。
【0031】
ここで、燃料噴射量と噴射時期との関係は、ハイオクガソリンの場合には図7のように、レギュラガソリンの場合には図8のように表すことができ、燃料噴射量については最適値(前記のように筒内空気量に応じた)が、噴射時期については下死点に近い方が、着火し易いことがわかる。一方、このようにクランキング開始直後に点火することになるため、点火時期の設定についても通常の始動制御と相違し、初爆をエンジン1の回転に有効に変換できる最適値に設定される。
【0032】
そして、ステップS46の判定がYESになると、このルーチンを終了して通常のエンジン制御に移行する。又、ステップS46の判定がNOで始動が完了していないときには、前記ステップS34、ステップS48乃至ステップS54、ステップS44の処理を繰り返して、上記のように初爆させた気筒の後続気筒に対して同様の制御を実行する。但し、このときには既にクランキングが開始されて下死点から圧縮が行われることから、ピストン位置Pは下死点として設定される。又、この後続気筒には、エンジン1の吸気系に滞留して昇温された空気が吸入されることから、初回の圧縮行程気筒と同様にかなり高い筒内温度が確保される。従って、この後続気筒についても、高い確率でステップS34でYESの判定が下されて早期始動制御が実行され、その燃焼によってエンジン1の回転が高められる。
【0033】
仮にこの後続の気筒の燃焼によって始動が完了しない場合であっても(ステップS46の判定がNO)、エンジン1の吸気系には数気筒分の吸入空気が滞留しているため、その後の気筒についても高い筒内温度の下で早期始動制御が実行され、ほとんどの場合には数行程の内に始動が完了する。尚、それでも始動が完了しないときには、筒内温度の低下等によりステップS34の判定がNOとなることから、自動的にステップS36以降の通常始動制御に切換えられて、継続して始動が試みられる。そして、本実施例では、以上のステップS44、ステップS48乃至ステップS54の処理を実行するときのECU21が始動制御手段として機能する。
【0034】
次に、以上詳述した早期始動制御の実行状況を図9のタイムチャートに従って説明する。
あるクランク角に圧縮行程気筒が位置している状態でクランキングが開始されると、その直後に燃料噴射が行われ、更に圧縮上死点を過ぎた直後に点火が行われる。着火が成功して初爆が行われると、筒内圧の増加に伴ってエンジン回転速度Neが上昇し、その値が完爆判定値N0に達した時点で始動完了の判定が下される。この場合には、クランキング開始後ほぼ65°CA、所要時間としては140msec程度の極めて短時間で始動を完了することができる。又、この初爆により始動完了しないときには後続気筒に対して同様の始動処理が実行されるが、その場合であっても、2倍或いは3倍程度の所要時間で始動を完了できる。
【0035】
以上の説明から明らかなように、本実施例のエンジン1の始動装置では、停止中のエンジンの圧縮行程気筒を対象として直ちに燃料噴射及び点火を実行することから、速やかに初爆を行って始動させることができる。つまり、従来技術のように、クランキング開始により気筒判別を行い、その気筒判別の完了後に何れかの気筒が吸気行程又は圧縮行程に至った時点で燃料噴射と点火を開始した場合に比較し、始動所要時間を飛躍的に短縮することができる。従って、運転者の操作による始動の場合は無論のこと、信号待ち等で停止させたエンジン1を自動始動する際にも、ほとんど瞬時に始動を完了して速やかに発進することができ、ひいてはアイドルストップ車両の商品価値を向上させることができる。
【0036】
しかも、使用ガソリンのオクタン価に応じてマップ(図5及び図6)を選択し、そのマップに従って着火可能領域の判定及び燃料噴射量や噴射時期の決定を行っているため、使用ガソリンのオクタン価を前提として可能な限り早期始動制御の機会を増やすと共に、早期始動制御での燃料噴射量や噴射時期を最適化して確実に初爆を得ることができ、結果として早期始動制御の利点を最大限に発揮させることができる。
【0037】
ところで、上記のようにエンジン1の停止特性により、圧縮行程気筒のピストン位置Pは高い確率で早期始動制御の実行に好適な低位置に保持されることになるが、何らかの要因で希には圧縮上死点付近の不適切なピストン位置Pで停止する場合がある。そこで、常時噛合い式のスタータ6を利用してピストン位置Pを好適な位置まで補正する処理を加えてもよい。この補正処理は、クランキング開始後に行うと始動の遅延に繋がるため、エンジン停止の際に予め実施する。
【0038】
例えば、図2のエンジン停止ルーチンによりエンジン1を停止させた時点でピストン位置Pが高過ぎる場合には、スタータ6を作動させることにより最適なピストン位置Pまでクランク角を移動させる。このときのピストン位置Pとしては、例えば筒内温度が低くても完爆可能な下死点近傍が設定される。尚、スタータ6の駆動方向は正転に限られるため、エンジン1は正転方向にクランク角を移動されて、後続気筒が圧縮行程気筒となる。以上のように構成すれば、常に最適なピストン位置Pからクランキングを開始することができるため、より低い筒内温度でも着火可能領域と判定されて、早期始動処理を実行する機会を大幅に増やすことができる。
【0039】
以上で実施例の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施例では、アイドルストップ車両に用いる筒内噴射型エンジン1の始動装置に具体化したが、通常の車両に用いる筒内噴射型エンジンの始動装置、或いはハイブリッド車両に用いる筒内噴射型エンジンの始動装置として具体化してもよい。この場合であっても、通常の車両では始動性の向上を実現でき、ハイブリッド車両では、それに加えて加速時等にエンジンを速やかに始動させて良好な加速応答性を実現できる。
【0040】
又、上記実施例では、直列4気筒の筒内噴射型ガソリンエンジン1として具体化したが、気筒配列はこれに限定されるものではなく、4気筒以上の気筒数であれば、エンジン停止時に圧縮行程に位置する気筒が必ず存在するため、その気筒に対して早期始動制御を実行すれば、実施例と同様の作用効果を達成することができる。尚、例えばV型8気筒のように、停止時に2気筒が圧縮行程に位置するエンジンでは、よりピストン位置Pが低い気筒に対して早期始動制御を実行すればよい。又、3気筒エンジン等では、圧縮行程に位置する気筒が存在しない停止状態があり得るが、その場合には通常の始動制御を実行し、圧縮行程に気筒が停止した場合のみ、早期始動制御を実行するか、或いは上記のようにスタータ6でピストン位置を移動させてもよい。
【0041】
更に、上記実施例では、エンジン温度T及びピストン位置Pに基づいて着火可能領域か否かを判定した上で早期始動制御を実行したが、この判定は必ずしも行う必要はなく、例えば圧縮行程気筒に対して無条件で早期始動制御を実行し、始動しない場合には通常の始動制御に切換えるようにしてもよい。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の筒内噴射型内燃機関の始動装置によれば、始動のためにクランキングが開始された時点で圧縮行程に位置する気筒に対して直ちに燃料噴射を実行するようにしたため、その後の点火により初爆が行われて、速やかに始動を完了することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の筒内噴射型エンジンの始動装置を示す全体構成図である。
【図2】ECUが実行するエンジン停止ルーチンを示すフローチャートである。
【図3】ECUが実行するエンジン始動ルーチンを示すフローチャートである。
【図4】ECUが実行するエンジン始動ルーチンを示すフローチャートである。
【図5】着火可能領域を判定するためのハイオク用のマップを示す説明図である。
【図6】着火可能領域を判定するためのレギュラ用のマップを示す説明図である。
【図7】ハイオク時の着火可能領域に対する噴射量と噴射時期の影響を示す説明図である。
【図8】レギュラ時の着火可能領域に対する噴射量と噴射時期の影響を示す説明図である。
【図9】早期始動制御の実行状況を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン(内燃機関)
21 ECU(始動制御手段、圧縮行程気筒判別手段)
23 クランク角センサ(圧縮行程気筒判別手段)
24 カム角センサ(圧縮行程気筒判別手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a starter used for an in-cylinder injection type internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) that directly injects fuel into a combustion chamber.
[0002]
[Related background]
In recent years, in-cylinder injection engines that inject fuel directly into a combustion chamber have been put into practical use in order to achieve emission reduction and fuel efficiency improvement. In this type of engine, fuel is injected in the intake stroke to form a uniform mixture in the combustion chamber, and fuel is injected in the compression stroke, so that the mixture near the stoichiometric air-fuel ratio is around the spark plug. And the stratified combustion that achieves a super lean overall air-fuel ratio can be switched. The operating region in which stratified combustion is possible is generally limited to low rotation and low load. For example, in the engine described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-30468, stratified combustion is executed by compression stroke injection from the start.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the engine described in the publication performs stratified combustion at start-up in order to obtain the advantages of stratified combustion and fuel efficiency from the start-up. Therefore, the control procedure at the time of starting is the same as that of a normal engine. First, cylinder discrimination is performed by starting cranking, and when any cylinder reaches the compression stroke after completion of the cylinder discrimination, a predetermined process is performed for the cylinder. Fuel injection is executed with the injection amount and the injection timing.
[0004]
In other words, the engine described in the publication does not consider any shortening of the required start time, and cannot satisfy this demand. The engine start delay becomes a problem even when applied to a normal vehicle. However, particularly in a hybrid vehicle and an idle stop vehicle that have been put into practical use in recent years, there is a problem that the advantages cannot be fully utilized due to the start delay. For example, in a hybrid vehicle that also uses a motor as a power source, the engine is started to ensure output when accelerating from a low load run by the motor. It will get worse. Further, in an idle stop vehicle that automatically stops the engine by waiting for a signal or the like, there is a problem that the engine start delay is directly connected to the start delay.
[0005]
An object of the present invention is to provide a starter for a direct injection internal combustion engine that can quickly complete the start.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above objective,Claim 1In the invention, the cylinder located in the compression stroke of the stopped internal combustion engine is specified by the compression stroke cylinder discrimination means, and when the internal combustion engine is started, fuel is injected by the start control means for the remaining compression stroke of the specified cylinder. It is something to be executed. Accordingly, when cranking is started for start-up, fuel injection is immediately performed on the cylinders positioned in the compression stroke at that time, so that the initial explosion is quickly performed by subsequent ignition.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the combustion prediction means predicts whether or not combustion is possible when fuel is injected for the remaining compression stroke of the compression stroke cylinder, and when it is predicted that combustion is impossible In addition, the start control means stops the fuel injection to the compression stroke cylinder. Therefore, it is possible to prevent a situation in which the fuel injection to the compression stroke cylinder is executed and the start-up fails in spite of the incombustibility.
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the combustion prediction means predicts whether or not combustion is possible based on at least one of the temperature of the internal combustion engine and the piston position of the compression stroke cylinder. Therefore, for example, the higher the temperature of the internal combustion engine and the lower the piston position, the more reliable the ignition of the compression stroke cylinder will be. Therefore, whether or not combustion is possible can be reliably predicted based on these requirements.
According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects, the start control means has a fuel injection amount for the compression stroke cylinder based on at least one of the temperature of the internal combustion engine, the piston position of the compression stroke cylinder, and the property of the fuel used. And the injection timing. Accordingly, the in-cylinder air amount of the compression stroke cylinder is different according to the temperature of the internal combustion engine and the piston position, and the ignition characteristics are different according to the fuel properties.Therefore, the temperature of these internal combustion engines, the piston position of the compression stroke cylinder, Based on at least one of the properties of the fuel used, the optimum fuel injection amount and injection timing for the compression stroke cylinder can be determined.
According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects, when the start of the internal combustion engine is not completed by fuel injection to the compression stroke cylinder, the cylinder following the compression stroke cylinder is regarded as the compression stroke cylinder, and the compression stroke cylinder In contrast, the fuel injection amount and the injection timing are determined to execute the fuel injection. Therefore, since the succeeding cylinder stays in the intake system of the internal combustion engine and the heated air is sucked and a considerably high in-cylinder temperature is secured, fuel injection is performed on the succeeding cylinder and started. Can be completed.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a starter for a direct injection type engine used in an idle stop vehicle will be described.
In the overall configuration diagram of FIG. 1,
[0008]
A
[0009]
The
[0010]
In the vehicle compartment, an input / output device (not shown), a storage device (ROM, RAM, BURAM, etc.) used for storing control programs and control maps, a central processing unit (CPU), an ECU 21 (engine) provided with a timer counter, etc. Control unit) is installed. On the input side of the
[0011]
Further, the
[0012]
In the in-
[0013]
Next, an outline of the automatic stop start process of the
The
[0014]
As engine starting conditions, it is set that the
[0015]
The engine start and stop by a normal driver is the same as that of a general vehicle. When the
[0016]
Regardless of the above automatic and manual operations, the
The
[0017]
If the determination in step S2 is YES (affirmative), that is, if the engine stop condition is satisfied or the
[0018]
Accordingly, the fuel injection control is stopped when the injection command flag Ff is cleared in step S12, and after the two strokes have elapsed in the operation cycle of the
[0019]
Next, the start control executed by the starter of the direct
The
[0020]
These pieces of information are calculated based on the crank angle signal detected by the
[0021]
Here, in the four-cycle in-line four cylinders, one of the cylinders is always located in the compression stroke, and at this time, the compression stroke cylinder is always specified. Further, the crank angle when the engine is stopped is concentrated around BTDC 90 ° CA. This is because in the in-line four-cylinder engine of the present embodiment, any cylinder reaches the compression top dead center every 180 ° CA, so that even if it stops in the vicinity of the compression top dead center, it reverses in response to the compression reaction force. It is.
[0022]
Next, the
[0023]
Next, the
[0024]
Further, according to the selected map, it is determined in step S34 whether or not the early start control can be executed.In the present embodiment, the
[0025]
Therefore, in the maps of FIGS. 5 and 6, the ignition possible region is set based on the engine temperature T correlated with the in-cylinder temperature and the piston position P. As is clear from the figure, the higher the engine temperature T and the lower the piston position P, the higher the probability of entering the ignitable region and the more reliable the ignition. Further, as is well known, regular gasoline is more easily ignited than high-octane gasoline, so that the regular ignition map has a larger ignitable region.
[0026]
The determination of the early start control in the step S34 is made based on whether or not the ignition is possible from these maps. Here, when the
[0027]
When the determination in step S34 is NO, the start mode is set as normal start control in step S36, the fuel injection amount is determined based on the cooling water temperature or the like of the
[0028]
Next, in step S46, it is determined whether or not the engine speed Ne is equal to or higher than a preset complete explosion determination value N0. When the determination is NO, it is considered that the engine has not yet been started, and the process returns to step S34 to repeat the process. If this determination is YES, this routine is terminated. After that, the routine shifts to normal engine control and selects compression stroke injection or intake stroke injection based on the target average effective pressure Pe and the engine rotational speed Ne. For example, when the idle operation is continued, the compression stroke injection is performed. In the case of rapid acceleration, the intake stroke injection is set, and control is performed by determining the fuel injection amount, injection timing, and ignition timing according to each operation state.
[0029]
If the determination in step S34 is YES, the start mode is set as early start control in step S48, the fuel injection amount is determined in step S50, the injection timing is determined in step S52, and the ignition timing is determined in step S54. Based on these pieces of information, start control is executed for the compression stroke cylinder in step S44. The fuel injection amount, injection timing, and ignition timing at this time are different from those in the normal start control described above, and are determined as follows.
[0030]
Since the in-cylinder air amount of the compression stroke cylinder differs according to the piston position P and the in-cylinder temperature, the fuel injection amount is an optimum value from a map (not shown) set in advance according to the piston position P and the engine temperature T. Ask for. Similarly, the optimum value for the injection timing is determined according to the piston position P and the engine temperature T. These maps are set for high-octane and regular, and an application map is selected according to the determination result in step S28. Note that the fuel injection amount and the injection timing may be obtained from a common map without changing the map according to the octane number.
[0031]
Here, the relationship between the fuel injection amount and the injection timing can be expressed as shown in FIG. 7 for high-octane gasoline and as shown in FIG. 8 for regular gasoline, and the optimum value ( As described above, depending on the in-cylinder air amount, it can be seen that the injection timing is easier to ignite near the bottom dead center. On the other hand, since ignition is performed immediately after the start of cranking as described above, the ignition timing is set to an optimum value that can effectively convert the initial explosion into the rotation of the
[0032]
If the determination in step S46 is YES, this routine is terminated and the routine shifts to normal engine control. Further, when the determination in step S46 is NO and the start is not completed, the processes in step S34, step S48 to step S54, and step S44 are repeated, and the subsequent cylinders of the cylinders subjected to the initial explosion as described above are performed. The same control is executed. However, at this time, since cranking has already started and compression is performed from the bottom dead center, the piston position P is set as the bottom dead center. Further, since the air that stays in the intake system of the
[0033]
Even if the start-up is not completed due to the combustion of the subsequent cylinder (NO in step S46), the intake air of several cylinders remains in the intake system of the
[0034]
Next, the execution status of the early start control detailed above will be described with reference to the time chart of FIG.
When cranking is started in a state where the compression stroke cylinder is positioned at a certain crank angle, fuel injection is performed immediately after that, and ignition is performed immediately after the compression top dead center is passed. When ignition is successful and the first explosion is performed, the engine rotation speed Ne increases as the in-cylinder pressure increases, and when the value reaches the complete explosion determination value N0, the determination of completion of start is made. In this case, the start can be completed in an extremely short time of approximately 65 ° CA after the cranking start and a required time of approximately 140 msec. Further, when the start is not completed due to the first explosion, a similar start process is executed for the subsequent cylinders. Even in this case, the start can be completed in a required time of about 2 or 3 times.
[0035]
As is clear from the above description, in the starting device for the
[0036]
In addition, the map (Figs. 5 and 6) is selected according to the octane number of the gasoline used, and the ignitable region is determined and the fuel injection amount and the injection timing are determined according to the map, so the octane number of the gasoline used is assumed. As much as possible, the opportunity for early start control is increased as much as possible, and the initial explosion can be reliably obtained by optimizing the fuel injection amount and injection timing in early start control, and as a result, the advantages of early start control are maximized. Can be made.
[0037]
By the way, due to the stop characteristic of the
[0038]
For example, when the piston position P is too high when the
[0039]
This is the end of the description of the embodiment. However, the embodiment of the present invention is not limited to this embodiment. For example, in the above embodiment, the starter of the in-cylinder
[0040]
In the above embodiment, the in-cylinder in-
[0041]
Further, in the above embodiment, the early start control is executed after determining whether or not the ignition is possible based on the engine temperature T and the piston position P. However, this determination is not necessarily performed. On the other hand, the early start control is executed unconditionally, and when the start is not started, the control may be switched to the normal start control.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the starter of the direct injection internal combustion engine of the present invention, the fuel injection is immediately performed on the cylinder located in the compression stroke at the time when the cranking is started for the start. Therefore, the first explosion is performed by the subsequent ignition, and the start can be completed promptly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram illustrating a starter for a direct injection type engine according to an embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing an engine stop routine executed by an ECU.
FIG. 3 is a flowchart showing an engine start routine executed by an ECU.
FIG. 4 is a flowchart showing an engine start routine executed by an ECU.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a high-octane map for determining an ignitable region.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a regular map for determining an ignitable region.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the influence of the injection amount and the injection timing on the ignition possible region at the time of high-octane.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the influence of the injection amount and the injection timing on the ignitable region at the regular time.
FIG. 9 is a time chart showing an execution state of early start control.
[Explanation of symbols]
1 engine (internal combustion engine)
21 ECU (starting control means, compression stroke cylinder discrimination means)
23 Crank angle sensor (compression stroke cylinder discrimination means)
24 cam angle sensor (compression cylinder discrimination means)
Claims (5)
上記内燃機関の始動時に、上記圧縮行程気筒判別手段にて特定された気筒の残りの圧縮行程に対して燃料噴射を実行する始動制御手段と
を備えたことを特徴とする筒内噴射型内燃機関の始動装置。Compression stroke cylinder discrimination means for identifying a cylinder located in the compression stroke of the internal combustion engine being stopped;
In-cylinder injection type internal combustion engine comprising: start control means for executing fuel injection for the remaining compression stroke of the cylinder specified by the compression stroke cylinder discrimination means when the internal combustion engine is started Starting device.
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