JP3966238B2 - Engine starter - Google Patents

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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの始動装置に関し、特にアイドリング時等に自動的にエンジンを一旦停止させ、その後に自動的に再始動させる場合に好適なエンジンの始動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、燃費低減およびCO排出量抑制等のため、アイドル時に自動的にエンジンを一旦停止させ、その後、発進操作等の再始動条件が成立したときに自動的にエンジンを再始動させる、所謂アイドルストップの技術が開発されてきている。
【0003】
アイドルストップにおける再始動は、エンジンを最初に始動させる初期始動の頻度に対して多く、スタータモータによりエンジン出力軸(クランクシャフト)を駆動する従来の一般的な始動の方法では、スタータモータの寿命が短くなり、また寿命の面からスタータモータの信頼性を向上すれば、その分コストが高くなる。従ってこのようなスタータモータによる始動方法は好ましくない。
【0004】
そこで、アイドルストップの再始動に好適な始動装置として、停止状態のエンジンの特定気筒(膨張行程にある気筒。以下膨張行程気筒という)に燃料を供給して着火、燃焼を行わせ、そのエネルギーでエンジンを即時的に始動させるようにしたものが開発されてきている。一般的に、膨張行程気筒に単に燃料を供給して着火、燃焼させてもエンジン始動のための充分なトルクが得られるとは限らない。円滑に再始動を行うためには一定以上の発生トルクの大きさが必要であり、上記始動装置には、これを満足するための技術が求められる。
【0005】
そのような技術として、IG OFF(点火停止)後、排気弁の閉時期を制御してピストンが適正位置(一般的には上死点と下死点の中間付近)にある状態でエンジンを停止させ易くしたもの(例えば特許文献1参照。)が知られている。ピストンを適正位置で停止させると、再始動時に適度な空気量が得られ、一定以上のトクルが発生するので再始動性を高めることができる。
【0006】
このように再始動性を向上させる一方、ピストンが適正位置に停止しなかった場合や、その他の要因で再始動性の低い状態にある場合でも、確実に再始動させるような技術も開発されてきている。例えば、エンジンの始動が不完全であった場合にスタータモータによって始動をアシスト(補助的に駆動力を付与)する始動装置が知られている(例えば特許文献2参照。)。
【0007】
【特許文献1】
WO 01/44636 A2号公報
【特許文献2】
特開2002−004985号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献1に示された始動装置と上記特許文献2に示された始動装置とを組み合わせることによって、例えばピストンを適正範囲内に停止させる確率を高めつつ、適正範囲内に停止しなかった場合にバックアップとしてスタータモータによる始動アシストを行うような装置が考えられる。
【0009】
このような始動アシストの頻度は、スタータモータの寿命確保のため、出来る限り少なくすることが望ましい。即ち、始動アシストに依らず、エンジンの燃焼によって再始動可能となる頻度を増大させることが望まれている。
【0010】
一方、エンジンの燃焼による再始動の確実性(始動性)を向上させる技術として、停止状態のエンジンの特定気筒(圧縮行程にある気筒。以下圧縮行程気筒という)に燃料を供給して着火、燃焼を行わせ、エンジンを一旦逆転させる技術も研究されている。これはエンジンの逆転によって膨張行程気筒内の空気を一旦圧縮し、そこで燃焼を行わせることにより、より高い正転方向の始動トルクを得るものである。このようにすればエンジンの始動性を高めることができるが、その反面、エンジンを一旦逆転させるための時間ロスを余儀なくされ、始動の迅速性には不利に作用するものであった。
【0011】
本発明は上記の事情に鑑み、必要に応じてスタータモータによる始動のアシストを行いながらも、その頻度をより削減してスタータモータの寿命低下を防止し、更に始動の迅速性を可及的に高めることができるエンジンの始動装置を提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1は、運転中のエンジンを停止させ、その後エンジンを再始動させる際、エンジン停止時に実質的に膨張行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行ってエンジンを始動させるエンジンの始動装置において、エンジンが自動停止してから再始動を開始するまでの停止時間を計測する停止時間計測手段を備え、エンジン停止中のピストン位置が、始動に適した所定の適正範囲内にあるときにはエンジンの燃焼によって発生するトルクによって始動させ、上記適正範囲外にあるときには更に始動初期からスタータモータを駆動して始動をアシストするとともに、上記停止時間計測手段によるエンジンの停止時間が、該エンジンのシリンダ壁面のオイル残存量が多く、筒内空気密度の低下量が少ない数秒程度以内の極短時間であるときには上記適正範囲を拡大することを特徴とする。
【0013】
この構成によると、エンジン停止中のピストン停止位置が、始動に適した所定の適正範囲内にあるときにはエンジンの燃焼によって発生するトルクによって始動させるので、スタータモータに依らずに始動をさせることができ、上記適正範囲外にあるとき(エンジンの燃焼によって発生するトルクが小さくなる)には更に始動初期からスタータモータを駆動して始動をアシストするので、始動不良を効果的に回避することができる。全体として、始動アシストが必要なときのみスタータモータを作動させるようにすることができるので、スタータモータの使用頻度を減少させ、寿命を延長させることができる。
【0014】
なお、上記実質的に圧縮行程にある気筒とは、密閉された筒内の容積を減じて筒内ガスを圧縮する状態にある気筒を言い、本来の圧縮行程にある気筒以外にも、例えば本来排気行程(ピストンの動作方向は圧縮行程と同じ)にある気筒であるが、電磁弁等を用いて排気弁を閉じたもの等を含む。同様に、後述する実質的に膨張行程にある気筒とは、密閉された筒内のガス体積を膨張させて筒内容積を増大させる状態にある気筒を言い、本来の膨張行程にある気筒以外にも、例えば本来吸気行程(ピストンの動作方向は膨張行程と同じ)にある気筒であるが、電磁弁等を用いて吸気弁を閉じた状態で燃焼させるもの等を含む。以下、特に記す場合を除き、圧縮行程にある気筒(圧縮行程気筒ともいう)や膨張行程にある気筒(膨張行程気筒ともいう)には、上記実質的に圧縮行程(ないし膨張行程)にある気筒を含むものとする。
【0015】
ところで、上記適正範囲は、その範囲内に膨張行程気筒のピストンが停止したときに、燃焼による再始動を行い易い範囲として適宜設定して良いが、一般的には一定以上の筒内空気量と一定以上のピストンストロークとを確保することができるように、上死点と下死点との中間付近に設定するのが好適である。
【0016】
そして、スタータモータによる始動アシストの頻度を減少させるためには、適正範囲を、上記始動アシストを行わなくても良好な始動性が得られる最大の範囲に設定することが理想的である。以下、そのような仮想的な範囲を便宜上理想範囲という。理想範囲は一定ではなく、条件によって変化するものであり、特にエンジンの停止期間に大きく依存する。エンジンの停止期間が短いと、筒内圧の低下が少なく、筒内空気密度が高いので燃焼によって発生するトルクが大きくなる。また、シリンダ壁面の油膜残存量も多く、ピストンの摺動抵抗が小さくなる。このように、エンジンの停止時間が短いと多くの要因が始動性を高める方向に作用するので、ピストン位置が多少上死点寄り、或いは下死点寄りにずれても良好な始動を行うことができる。即ち、上記理想範囲が拡大する。
【0017】
本構成では、エンジンの停止期間が短いとき、具体的にはエンジンのシリンダ壁面のオイル残存量が多く、筒内空気密度の低下量が少ない数秒程度以内の極短時間であるときに上記適正範囲を拡大するようにしているので、適正範囲を、停止期間の長短に応じて変化する理想範囲に追従するように設定することが出来る。これにより、スタータモータによる始動アシストを行う機会を可及的に減少させることができ、スタータモータの寿命低下を防止することができる。
【0018】
なお、当エンジンの始動装置は、膨張行程気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行ってエンジンを始動させるものであるが、これには膨張行程気筒での燃焼に先立ち、圧縮行程気筒で燃焼を行わせ、エンジンを一旦逆転させる(こうすることで、膨張行程気筒のピストンを一旦逆行させ、筒内容積を減じて筒内圧を高めることができる)ものも含む。
【0019】
上記理想範囲は、エンジンの停止期間が短いほど広くなるので、それに対応するように、エンジンの停止時間上記極短時間以内である場合において、その停止時間が短いほど上記適正範囲の拡大量を増大させる(請求項2)ようにすれば、スタータモータによる始動アシストの範囲をより理想的なものに近づけることができる。
【0020】
或いは、エンジンの停止時間上記極短時間以内であるときには、それより長い場合に対して、上記適正範囲を所定量拡大する(請求項3)ようにすれば、適正範囲の拡大有無をオン・オフ的に切換える簡単な制御によって請求項1の構成を実現することができる。
【0021】
請求項4の発明は、運転中のエンジンを停止させ、その後エンジンを再始動させる際、エンジン停止中のピストン位置が、始動に適した所定の第1適正範囲内にあるときには、エンジン停止時に実質的に圧縮行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行って、どの気筒のピストンも上死点を超えない範囲で一旦逆転方向に回転させ、その後、エンジン停止時に実質的に膨張行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行ってエンジンを正転方向に回転させて始動するエンジンの始動装置において、エンジンが自動停止してから再始動を開始するまでの停止時間を計測する停止時間計測手段を備え、上記停止時間計測手段によるエンジンの停止時間が、該エンジンのシリンダ壁面のオイル残存量が多く、筒内空気密度の低下量が少ない数秒程度以内の極短時間であるときには、始動に適した第2適正範囲が設けられ、そのときのエンジン停止中のピストン位置が上記第2適正範囲内にある場合に、上記逆転方向の回転を行わず、始動初期から上記正転方向の回転による始動を行うことを特徴とする。
【0022】
この構成によると、ピストン停止位置が第1適正範囲内にあるときには、圧縮行程気筒での燃焼を行ってエンジンを一旦逆転させ、その後、膨張行程気筒に対して燃焼を行ってエンジンを正転方向に回転させて始動するので、エンジンの逆転によって筒内圧の高められた膨張行程気筒での燃焼トルクが高く、始動性を高めることができる。
【0023】
そして、エンジンの停止期間が短いとき、具体的にはエンジンのシリンダ壁面のオイル残存量が多く、筒内空気密度の低下量が少ない数秒程度以内の極短時間であるときには、始動に適した第2適正範囲が設けられ、そのときのエンジン停止中のピストン位置が上記第2適正範囲内にある場合に、上記逆転方向の回転を行わず、始動初期から上記正転方向の回転による始動を行うので、エンジンを一旦逆転させることによる時間ロスをなくすことができ、始動の迅速性を高めることができる。
【0024】
エンジンを一旦逆転してから正転させる理由は、初期から正転させる場合に比べて膨張行程気筒での発生トルクが大きく(逆転によって予め筒内圧を高められているため)、始動性を高められるからである。しかし、エンジンの停止期間が短いときには上記のように始動性が高くなっているので、ピストンの停止位置によっては初期から正転させても充分始動性を確保することができる。第2適正範囲は、そのようなピストンの停止位置の範囲として設定されるものである。
【0025】
第2適正範囲は、第1適正範囲と同様、通常は上死点と下死点の中間付近に設定するのが好適であるが、第1適正範囲と第2適正範囲との間には相互に他方の範囲を規制する直接の関係はなく、それぞれ好適な範囲を独立に設定して良い。例えば、エンジンの特性に応じて、各範囲が一致するもの、一方が他方に包含されるもの、互いに一部重複するもの、或いは互いに重複部分を有さないものなどであっても良い。
【0026】
そして、エンジンの始動性は、その停止期間が短いほど高くなるので、それに応じてエンジンの停止時間上記極短時間以内である場合において、その停止時間が短いほど上記第2適正範囲を増大させるようにすれば、エンジンを初期から正転方向に始動させる頻度が増え、全体として始動の迅速性を一層高めることができる。
【0027】
更に、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のエンジンの始動装置において、運転中のエンジンを停止させる際、その停止動作中の所定期間、スロットル開度を増大させる(請求項6)ようにすれば、エンジン停止時に気筒内に流入する空気量が増大し、その空気が各気筒のピストンを上死点付近で停止し難いように作用する(ピストンが上死点方向に移動すると空気が圧縮されてピストンを押し戻す方向に力が作用する)ので、結局は各気筒のピストンができるだけ上死点から離れた位置、つまり上死点と下死点の中間位置付近でピストンが停止し易くなる。従って、ピストンが上記適正範囲内または第1適正範囲内または第2適正範囲内に停止する確率を高めることができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【0029】
図1及び図2は本発明の第1実施形態によるエンジンの概略構成を示している。これらの図において、エンジン1の本体はシリンダヘッド2a及びシリンダブロック2で構成される。当実施形態ではエンジン1は4気筒4サイクルエンジンであり、4つの気筒3(詳しくは、図2に示す状態で左から順に1番気筒3A、2番気筒3B、3番気筒3C、4番気筒3D)を有している。各気筒3にはピストン4が嵌挿され、ピストン4の上方に燃焼室5が形成されている。ピストン4はコンロッドを介してクランクシャフト6に連結されている。
【0030】
各気筒3の燃焼室5の頂部には点火プラグ7が装備され、その先端が燃焼室5内に臨んでいる。燃焼室5の側方部には、燃焼室5内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁8が設けられている。この燃料噴射弁8は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、パルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。そして、点火プラグ7付近に向けて燃料を噴射するように燃料噴射弁8の噴射方向が設定されている。なお、この燃料噴射弁8には図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。
【0031】
また、各気筒3の燃焼室5に対して吸気ポート9及び排気ポート10が開口し、これらのポート9,10に吸気弁11及び排気弁12が装備されている。これら吸気弁11及び排気弁12は、カムシャフト27(シリンダヘッド2aに1対設けられている。図では一方を示す。)等からなる動弁機構により駆動される。そして、後に詳述するように各気筒3が所定の位相差をもって燃焼サイクルを行うように、各気筒の吸・排気弁の開閉タイミングが設定されている。
【0032】
吸気ポート9及び排気ポート10には吸気通路15及び排気通路16が接続されている。吸気通路15は、サージタンク15bの下流に気筒別の分岐吸気通路15aを有し、各分岐吸気通路15aの下流端が各気筒の吸気ポート9に連通するが、その各分岐吸気通路15aの下流端近傍に、各分岐吸気通路15aを同時に絞り調節する多連型のロータリバルブからなるスロットル弁17が配設されている。このスロットル弁17はスロットル弁アクチュエータ18により駆動されるようになっている。
【0033】
上記吸気通路15におけるサージタンク15bの上流の共通吸気通路15cには、吸気量を検出するエアフローセンサ20が設けられている。また、上記クランクシャフト6に対し、その回転角を検出するクランク角センサが設けられており、当実施形態では、後に詳述するように、互いに一定量だけ位相のずれたクランク角信号を出力する2つのクランク角センサ21,22が設けられている。さらにカムシャフト27に対し、その特定回転位置を検出することで気筒識別信号を与えることのできるカム角センサ23が設けられている。
【0034】
クランクシャフト6の一端には、クランクシャフト6と一体回転するスタータリングギヤ41が設けられており、その外周部には多数の歯形が形成されている。一方、このスタータリングギヤ41を回転させてエンジン1を始動させるためのスタータモータ28とピニオン29が設けられている。ピニオン29は、スタータモータ28に対して軸方向の移動可能に設けられ、その外周部にはスタータリングギヤ41と噛合する歯形が形成されている。スタータモータ28は、その駆動によってピニオン29を回転させると共に、ピニオン29がスタータリングギヤ41と噛合する位置まで移動させる。スタータモータ28の駆動を停止すると、ピニオン29の回転を停止すると共に、ピニオン29を非噛合状態となる位置まで移動させる。
【0035】
なお、この他にもエンジン1の制御に必要な検出要素として、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ24、アクセル開度(アクセル操作量)を検出するアクセル開度センサ25、吸気温度を検出する吸気温度センサ26及び大気圧を検出する大気圧センサ45(それぞれ図3参照)等が装備されている。
【0036】
図3は、エンジン1の制御ブロック図であり、ECU(エンジンコントロールユニット)30を中心に、信号を入力するスイッチやセンサと、出力する装置やアクチュエータ等を示す。なお、このブロック図は、本発明の構成に関する部分を中心に記載したものであり、その他の制御に関する部分については省略している。
【0037】
ECU30の入力側には、上記エアフローセンサ20、クランク角センサ21,22、カム角センサ23、水温センサ24、アクセル開度センサ25、吸気温度センサ26及び大気圧センサ45が接続され、各検出信号が入力される。
【0038】
またECU30の出力側には、上記点火プラグ7、燃料噴射弁8、スロットル弁アクチュエータ18及びスタータモータ28が接続され、各装置類への駆動信号を出力する。
【0039】
ECU30は、内部にスロットル弁制御手段31、燃料噴射弁制御手段32、点火制御手段33、アイドルストップ制御手段34及びピストンの適正停止位置範囲演算手段35を含む。
【0040】
スロットル弁制御手段31は、アクセル開度センサ25からのアクセル開度情報や、クランク角センサ21,22からのクランク角速度情報に基づくエンジン回転速度等から、必要なスロットル弁17の開度を演算し、スロットル弁アクチュエータ18を制御する。
【0041】
燃料噴射弁制御手段32及び点火制御手段33は、上記アクセル開度情報やエンジン回転数情報に加え、エアフローセンサ20による吸気量情報や水温センサ24による冷却水温度情報等から、必要な燃料噴射量とその噴射時期及び適正な点火時期を演算し、燃料噴射弁8及び点火プラグ7に制御信号を出力する。
【0042】
また、スロットル弁制御手段31、燃料噴射弁制御手段32、点火制御手段33は、アイドルストップ(以下I/Sとも記す)を行う場合には上記制御に加えて、次に述べるアイドルストップ制御手段34によっても制御される。
【0043】
アイドルストップ制御手段34は、I/S実行条件やI/Sによるエンジン停止後の再始動条件を判定したり、ECU30内の各手段にI/Sを実行するために必要な情報を提供したりする。
【0044】
I/S実行条件としては、例えば車速がゼロ、かつフットブレーキON、かつパーキングブレーキがON、かつエンジン水温が所定値以上、等々の所定の条件が設定される。また、再始動条件としては、アクセル踏み込み量が所定値以上、又はフットブレーキOFF、又はパーキングブレーキOFF、等々の所定の条件が設定される。
【0045】
所定のI/S実行条件が成立すると、エンジンの自動停止が行われる。即ち燃料噴射弁8からの燃料噴射を停止させるとともに、点火プラグ7の点火を停止させる。
【0046】
エンジン停止の際の制御としては、エンジン停止時に圧縮行程となる気筒(説明の都合上、これを3番気筒3Cであると想定し、以下圧縮行程気筒3Cと記す。)及び膨張行程となる気筒(同様に1番気筒3Aであると想定し、以下膨張行程気筒3Aと記す。)においてピストン上死点方向の移動に対する抵抗を大きくすべく少なくともこれらの気筒に対する吸気量を増大させ、特に膨張行程気筒3Aにより多く吸気を供給するように、上記スロットル弁17をエンジン停止動作期間中の所定期間だけ所定の開弁状態とする。
【0047】
こうしてエンジン1が自動停止した後、所定の再始動条件が成立すると、エンジンの再始動がなされる。即ち燃料噴射弁8からの燃料噴射と点火プラグ7の点火を復帰させる。
【0048】
再始動の際の制御としては、先ず圧縮行程気筒3Cに対して初回の燃焼を実行してエンジンを少し逆転させることにより、膨張行程気筒3Aのピストン上昇によって筒内圧力を高めるようにしてから、当該膨張行程気筒3Aで燃焼を行わせるようにする。
【0049】
当実施形態では、上述のように圧縮行程気筒3Cでの初回燃焼、膨張行程気筒3Aでの燃焼を行わせるとともに、初回燃焼後の圧縮行程気筒3Cの筒内に燃焼用空気を残存させて圧縮行程気筒3Cのピストン4が上昇に転じてから上死点付近に達したときに再燃焼を行わせる第1再始動制御モードと、圧縮行程気筒3Cでの初回燃焼及び膨張行程気筒3Aでの燃焼は行わせるが圧縮行程気筒3Cでの再燃焼を行わせない第2再始動制御モードと、圧縮行程気筒3Cでの初回燃焼を行わずにスタータモータ28でアシストしつつ膨張行程気筒3Aでの燃焼及びその次の圧縮行程気筒3Cでの燃焼により始動を行う第3再始動制御モードとを、ピストン4の停止位置に応じて選択的に実行するようになっている。
【0050】
ピストンの適正停止位置範囲演算手段35は、膨張行程気筒3Aのピストン4の適正停止位置範囲を演算する。ピストン4の適正停止位置とは、ピストン4がその位置に停止した場合、スタータモータ28によるアシストがなくても良好な再始動を行い得る位置をいう。
【0051】
図4は、ピストン停止位置に応じた再始動制御モード選択のための範囲の設定を示す説明図である。図4に示す円は、膨張行程気筒3Aの行程を示し、円の上端TDCは膨張行程上死点、円の下端BDCは膨張行程下死点をそれぞれ示す。図4に示すように、適正停止位置の範囲(適正範囲C)が上死点と下死点との中間付近に設定されている。適正範囲Cは、上死点側適正範囲Aと下死点側適正範囲Bとから成る。そして更に、上死点側適正範囲Aは、予め設定された所定の基礎範囲A1と、補正によって増分された補正範囲A2とから成る。同様に、下死点側適正範囲Bは、予め設定された所定の基礎範囲B1と、補正によって増分された補正範囲B2とから成る。補正範囲A2,B2は、エンジンが停止してから短時間経過後(10秒程度以内)に再始動されるような場合など、特に始動性の高い状態のときに拡大される適正範囲である。
【0052】
再び図3を参照して、ピストンの適正停止位置範囲演算手段35は上述のような適正範囲Cと、その内訳を演算する手段であって、停止時間計測手段36、エンジン運転履歴記憶手段37、ピストン摺動抵抗推定手段38及び筒内空気密度推定手段39を含む。
【0053】
停止時間計測手段36は、ECU30内のタイマーによって、エンジンが自動停止してから再始動を開始するまでの停止時間を計測する。エンジン運転履歴記憶手段37は、IG−ONからのエンジンの運転履歴を記憶する。
【0054】
ピストン摺動抵抗推定手段38は、再始動開始時点でのピストン4の摺動抵抗を推定する。図5に、ピストン摺動抵抗推定手段38の推定方法ブロック図を示す。まず、水温センサ24から得られる水温24aと、エンジン運転履歴記憶手段37から得られるエンジン運転履歴37aとによって、エンジンオイルの油温38aを推定する。そして、その油温38aと、停止時間計測手段36から得られるエンジン停止時間36aとによってピストン摺動抵抗38bを推定する。同じ油温であっても、エンジン停止時間36aが長ほど、シリンダ壁面のオイル落下量が大きくなり、摺動抵抗38bが大きくなる。エンジン停止時間36aが短い(数秒程度)と、シリンダ壁面のオイル残存量が多く、ピストン摺動抵抗38bは充分小さくなる。
【0055】
図6は、ピストン摺動抵抗推定手段38で得られたピストン摺動抵抗38bと、それによってピストンの適正停止位置範囲演算手段35が演算する補正範囲A2、B2の関係を示すグラフである。横軸にピストン摺動抵抗、縦軸に補正量を示す。油温38aが充分高く、エンジン停止時間36aが充分短いとき、ピストン摺動抵抗38bはR2以下の小さな値となる。このときに補正範囲A2、B2は最大となる。そしてピストン摺動抵抗38bが増大(油温38aが一定なら、エンジン停止時間36aが長いほど増大する)するに従って補正量も減少し、ピストン摺動抵抗38bがR1以上では、A2=B2=0、つまりA=A1、B=B1となる。
【0056】
なお図6では、補正範囲A2、B2の変化を直線的に示しているが、適宜エンジンの特性に応じた曲線としても良い。
【0057】
また、このように連続的に変化させる特性に替えて、破線で示すように所定の抵抗値R3で、オン・オフ的に補正の有無を切換える(補正範囲A2’、B2’)ようにしても良い。前者はピストン摺動抵抗38bに応じたきめ細かい制御を行うことができ、後者は補正量を求める演算を簡潔に行うことができる。
【0058】
図3に戻って説明を続ける。筒内空気密度推定手段39は、再始動開始時点での筒内空気密度を推定する。図7に、筒内空気密度推定手段39の推定方法ブロック図を示す。まず、停止時間計測手段36から得られるエンジン停止時間36a、水温センサ24から得られる水温24a及び吸気温度センサ26から得られる吸気温度26aによって、筒内温度39aを推定する。そして、その筒内温度39aと、大気圧センサ45から得られる大気圧45aとによって筒内空気密度39bを推定する。同じ水温、吸気温度であっても、エンジン停止時間36aが長いほど、筒内温度39aが低下し、筒内空気密度39bが低下する。エンジン停止時間36aが短い(数秒程度)と、筒内温度39aの低下が小さく、筒内空気密度39bは充分大きく(低下量が小さく)なる。
【0059】
図8は、筒内空気密度推定手段39で得られた筒内空気密度39bと、それによってピストンの適正停止位置範囲演算手段35が演算する補正範囲A2、B2の関係を示すグラフである。横軸に筒内空気密度、縦軸に補正量を示す。筒内温度39aが充分低く、大気圧45aが充分高いとき、筒内空気密度39bは、ρ2以上の大きな値となる。このときに補正範囲A2、B2は最大となる。そして筒内空気密度39bが減少(水温24a、吸気温度26a及び大気圧45aが一定なら、エンジン停止時間36aが長いほど減少する)するに従って補正量も減少し、筒内空気密度39bがρ1以下では、A2=B2=0、つまりA=A1、B=B1となる。
【0060】
なお図8に示す特性も図6と同様、適宜エンジンの特性に応じた曲線としても良く、破線で示すように所定の筒内空気密度ρ3で、オン・オフ的に補正の有無を切換える(補正範囲A2’、B2’)ようにしても良い。
【0061】
ところで、図8では補正範囲B2が補正範囲A1よりも大、即ち適正範囲の拡大量が、上死点側よりも下死点側の方が大となっている。これは以下の理由による。膨張行程気筒3Aのピストン4が比較的大きく下死点寄りに停止したとき、再始動を阻害する要因は、圧縮行程気筒3C(ピストン4が上死点寄りに停止している)での空気量不足である。即ち、上述のように、再始動時にはまず圧縮行程気筒3Cでの燃焼を行ってエンジンを一旦逆転させるが、その燃焼のための空気量が不足するのである。筒内空気密度39bが大であると、その空気量不足が効果的に補える。それに加えて、膨張行程気筒3Aでの空気量が多い(筒内容積と筒内空気密度39b共に大)ので、エンジンを正転方向に回転させるための膨張行程気筒3Aでの燃焼トルクも増大させることができる。
【0062】
一方、膨張行程気筒3Aのピストン4が比較的大きく上死点寄りに停止したとき、再始動を阻害する要因は、膨張行程気筒3Aの空気量不足である。筒内空気密度39bが増大すると、この空気量不足が補われるので効果的である。しかし、このとき圧縮行程気筒3Cのピストン4は下死点寄りとなって空気量が増大しているものの、圧縮行程気筒3Cでの燃焼トルクはエンジンを一旦逆転させる程度で充分であり、必要以上に空気量を増大させてもメリットを受けない。また、詳細は後述するが、膨張行程気筒3Aのピストン4が上死点寄りで停止したときには、エンジンを逆転させるための圧縮行程気筒3Cでの燃焼はリーン空燃比での燃焼を行う。その際、良好な燃焼のためにはリーン限界以上のリーン空燃比とすることができないので、必要以上の燃料噴射を要し、結果として必要以上の逆転トルクを発生させてしまう可能性がある。
【0063】
以上のように、筒内空気密度39bが増大したときのメリットは、膨張行程気筒3Aのピストン4が下死点寄りに停止した場合の方が上死点寄りに停止した場合よりも大きい。従って、補正範囲B2は補正範囲A2よりも大となる。
【0064】
ピストンの適正停止位置範囲演算手段35は、図6及び図8に示す特性を総合的に判定し、最終的な補正範囲A2,B2を決定する。これらは、特にエンジン停止時間36aに大きく依存し、エンジン停止時間36aが短い(数秒程度)と、ピストン摺動抵抗38bが小さく筒内空気密度39bが大きいので、始動時のエンジン駆動トルクを充分高くすることができ、補正範囲A2,B2を大きく拡大することができる。
【0065】
以上のような当実施形態の装置の作用を次に説明する。
【0066】
4気筒4サイクルエンジンであるエンジン1では、各気筒3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サイクルを行うようになっており、図9に示すように、上記サイクルが1番気筒3A、3番気筒3C、4番気筒3D、2番気筒3Bの順にクランク角で180°(180°CA)づつの位相差をもって行われるようになっている。
【0067】
エンジン1が運転されている状態においてエンジン1の出力を要しない所定のアイドリング状態となった場合には、エンジン停止条件の成否判定に基づき、アイドルストップが実行される。
【0068】
エンジン停止条件が成立するとアイドルストップによるエンジン停止のための一連の制御が行われる。エンジンを停止させるため、まず燃料供給が停止される(燃料カット時点t1)。このときのエンジン回転数はアイドル回転数(当実施形態では約650rpm)である。
【0069】
そして、ピストン4を再始動のための好ましい範囲内(図4の適正範囲C)で停止させるために、燃料カット時点t1で燃料カットするとともに、スロットル弁17を所定開度に開き、その後、エンジン回転数が予め設定された所定回転数N1(当実施形態ではN1=約500rpm)まで低下した時点t2でスロットル弁17を閉じるように制御する。
【0070】
このようにすると、上記時点t1からt2の間、スロットル弁17が所定開度に開かれることにより、多少の時間的遅れをもって一時的に吸気負圧が減少(吸気量が増大)し、その後に吸気圧負圧が増大(吸気量が減少)するが、一時的に吸気負圧が減少する期間が、膨張行程気筒3Aの吸気行程の期間に概ね対応するように予め上記所定回転数等が設定されている。これにより、スロットル弁17が開かれない場合と比べ、エンジン停止前に各気筒3に吸入される空気量が増加し、そのうちでも特に膨張行程気筒3Aに流入する吸気量が多くなる。
【0071】
そして、エンジン停止に至るときには、圧縮行程気筒3Cではピストン4が上死点に近づくにつれて当該気筒3C内の空気が圧縮されてピストン4を押し返す方向に圧力が作用し、これによりエンジン1が逆転して圧縮行程気筒3Cのピストン4が下死点側に押し返されると、膨張行程気筒3Aのピストン4が上死点側に移動し、それに伴い当該気筒3A内の空気が圧縮され、その圧力で膨張行程気筒3Aのピストン4が下死点側に押し返される。このようにしてピストン4がある程度振動してから停止し、この際、圧縮行程及び膨張行程においてそれぞれピストン4が上死点に近いほどこれを押し戻す力が大きいため、ピストン4の停止位置は行程中間部に近い位置となる場合が多い。図4に示す範囲で区分すると、大多数(例えば90%程度)は基礎範囲A1,B1内に、残りの殆どは補正範囲A2,B2内に、そしてごく稀に適正範囲Cから外れた位置に停止する。
【0072】
上記のようにエンジン停止前に吸気量が増加されることにより、上死点に近づいたときにピストン4を押し戻す力が増大するので、ピストン4が適正範囲C内に停止する確率が高くなる。さらに、上記のようなスロットル弁17の制御により膨張行程気筒3Aの吸気量が圧縮行程気筒3Cと比べて多くなるようにすれば、膨張行程気筒3Aにおいてピストン4が行程中間部に近い範囲のうちでも多少下死点寄り(図4の適正範囲B)に停止することが多くなる。
【0073】
なお、燃料カットからエンジン1が完全に停止するまでに慣性でエンジン1が数回転するため、既燃ガスは排出され、膨張行程といえども筒内は殆ど新気となる。また、エンジン1が停止すると圧縮行程気筒3Cでも圧力は時間の経過に伴い低下する。
【0074】
また、スロットル弁17をエンジン停止まで閉弁しないようにしても良いが、そうするとエンジン停止までずっと吸気量が多い状態が続くので、吸気の圧縮によるピストン4の押し下げ力が減衰し難く、ピストン4の振動回数が増加してエンジン停止時に揺れ戻しが大きくなる場合がある。従って、当実施形態に示すように好適な時点t2でスロットル弁17を閉弁するのが望ましい。
【0075】
ピストン4の停止位置は、クランク角センサ21,22からの信号によって以下のように検出される。図10はクランクシャフト6が回転することによって得られるパルス信号であり、クランク角センサ21からの第1クランク角信号CA1と、クランク角センサ22からの第2クランク角信号CA2とを示す。図10(a)は正転時(図1の状態で右回り)のもの、図10(b)は逆転時のものを示す。エンジンの正転時には、図10(a)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もって生じることにより、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、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となる。一方、エンジンの逆転時には、図10(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の進みをもって生じることにより、エンジンの正転時とは逆に第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、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Lowとなる。ECU30は、この差異を検出して、クランクシャフト6が正転中か逆転中かを判定しつつパルス信号をカウントする。カウントした値はCAカウンタ値として記憶され、エンジン1が作動中は常時更新される。そして、CAカウンタ値の増減がなくなった状態がエンジン1の停止であり、そのときのCAカウンタ値によってピストン4の停止位置が検出される。
【0076】
図11は、CAカウンタ値の積算フローチャートである。スタート後、ステップS51で、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となっているか、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となっているかの判定がなされ、YESであればエンジン1は正転していることを示すので、ステップS52に移行して計測したパルス数をCAカウンタ値に加算する(CAカウンタup)。ステップS51でNOであれば、エンジン1が逆転していることを示すので、ステップS53に移行して計測したパルス数をCAカウンタ値から減算する(CAカウンタdown)。
【0077】
図12は、アイドルストップにおけるエンジン停止までのECU30の概略制御フローチャートを示す。スタート後、各種センサ類(図3参照)からの信号を読み取る(ステップS1)。次にその信号に基づき、エンジン停止条件が成立したか否かの判定を行い(ステップS2)、NOであればリターンするが、YESであれば続いてエンジン自動停止のための一連の制御を行う。
【0078】
まず燃料噴射弁8からの燃料供給を停止(燃料カット)する(ステップS7)。続くステップS11でスロットル弁17を開弁し、吸気負圧を減少させる。その後、エンジン回転数が所定回転数N1(500rpm)よりも低くなった時点でスロットル弁17を閉弁する(ステップS13、S15)。次に、常時カウント中のCAカウンタ値(図11参照)を読み取る(ステップS16)。次のステップS17で、CAカウンタ値の変化度合いからエンジン1が完全に停止したか否かの判定がなされ、YESであればCAカウンタ値から決定されるピストン4の停止位置を記憶(ステップS19)する。続いて停止時間計測手段36によるエンジン停止時間の計測を開始(ステップS21)してリターンする。
【0079】
次にエンジンの再始動について説明する。エンジン停止後に再始動条件が成立すると、自動的にエンジン1を再始動する制御が行われる。再始動に当たって、当実施形態では第1再始動モード、第2再始動モード及び第3再始動モードのうち何れかが選択され、その始動モードを経て通常の燃焼制御に移行する。各モードの詳細は後述するが、第1再始動モードでは、圧縮行程気筒3Cで燃焼を行って一旦エンジンを逆転させた後、膨張行程気筒3Aで燃焼を行ってエンジンを正転させる。その後、圧縮行程気筒3Cでの最初の燃焼ガスを排気することなく、残留ガス(未燃空気を含む)に燃料を噴射して再燃焼させる。第2再始動モードは、一旦エンジンを逆転させる点は第1再始動モードと同様であるが、圧縮行程気筒3Cでの再燃焼を行わない。第3再始動モードは、エンジンの逆転を行わず、スタータモータ28による始動アシストがなされる。
【0080】
図13は、その再始動モード選択のためのフローチャートである。エンジンの自動停止中に所定の再始動条件が成立する(ステップS91でYES)と、停止時間計測手段36によるエンジン停止時間の計測を終了する(ステップS93)。そして、ピストン摺動抵抗推定手段38によるピストン摺動抵抗38bの推定(ステップS95)と筒内空気密度推定手段39による筒内空気密度39bの推定(ステップS97)とを行った上で、ピストンの適正停止位置範囲演算手段35によるピストンの適正停止位置範囲の演算(ステップS99)を行う。詳しくは、予め設定されている基礎範囲A1,B1に、ステップS95,S97で求めた各推定値から演算される補正範囲A2,B2を追加して上死点側適正範囲A及び下死点側適正範囲Bを求める。
【0081】
続いてステップS103及びステップS105において膨張行程気筒3Aのピストン停止位置(図12のステップS19で記憶された位置)の判定が行われ、その位置が図4の上死点側適正範囲AにあればステップS107に移行し、第1再始動モードでの再始動を行う。同じく下死点側適正範囲BにあればステップS109に移行し、第2再始動モードでの再始動を行う。そして同じく適正範囲C以外にあればステップS111に移行し、第3再始動モードでの再始動を行う。何れのモードが選択された場合も、その後ステップS113で通常の燃焼制御に移行し、リターンする。
【0082】
図14は第1再始動制御モードの概略フローチャートである。また図15はそれに対応するエンジンの各気筒の行程と始動制御開始時点からの各気筒における燃焼(図中に燃焼の順序に従って丸印「1」、「2」、「3」・・・で示す)との関係を示すとともに、各燃焼によるエンジンの動作方向を矢印で示す図である。そして図16は、上記第1再始動制御モードによる場合のエンジン回転速度、クランク角、角気筒の筒内圧及び図示トルクの時間的変化を示している。
【0083】
図14のフローチャートにおいて、第1再始動モードによる始動が開始すると、ピストン4の停止位置に基づいて圧縮行程気筒3C及び膨張行程気筒3Aの筒内空気量を算出する(ステップS151)。次にステップS153で、圧縮行程気筒3Cに対して算出した空気量に対し、所定のリーン空燃比(ピストン4の停止位置の関数として予め定められた特性M1のマップから読み取り。)となるように燃料が噴射される。続いてステップS155で膨張行程気筒3Aに対して算出した空気量に対し、所定の空燃比(理論空燃比付近。ピストン4の停止位置の関数として予め定められた特性M2のマップから読み取り。)となるように燃料が噴射される。次にステップS157で、所定の気化時間を考慮した設定時間経過後、圧縮行程気筒3Cにおいて点火がなされ、初回燃焼が行われる(図15中の「1」)。但し、点火を行っても着火しない、つまり燃焼が行われない虞があるので、次のステップS159で、クランク角センサ21,22のエッジ(図10に示す波形)が検出されたか否かの判定が行われる。YESであれば、クランクシャフト6が回転を始めた、即ち燃焼が行われたことを示す。NOであれば燃焼が行われなかったことを示すので、ステップS161に移行して再点火を行う。
【0084】
この初回燃焼による燃焼圧(図16中のa部分)で圧縮行程気筒3Cのピストン4が下死点側に押し下げられてエンジン1が逆転方向に駆動され、それに伴い、膨張行程気筒3Aのピストン4が上死点に近づくことにより当該気筒3A内の空気が圧縮されて筒内圧が上昇する(図16中のb部分)。
【0085】
次にフローチャートのステップS163で、所定のディレイ時間(膨張行程気筒3Aのピストン4が上死点に充分に近づくまでの時間。ピストン4の停止位置の関数として予め定められた特性M3のマップから読み取り。)経過後に膨張行程気筒3Aに対する点火が行われて、予め当該気筒3Aに噴射されている燃料が燃焼し(図15中の「2」)、その燃焼圧(図16中のc部分)でエンジン1が正転方向に駆動される。次のステップS173で燃料の噴射と点火がなされ、2回目の燃焼(図15中の「3」)が行われ、その燃焼圧(図16中のd部分)でエンジン駆動力が高められる。この際の空燃比は、過早着火防止のため、特性M1とピストン4の停止位置の関数として予め定められた特性M8とを合わせて理論空燃比よりリッチに設定され、点火時期はピストン4の停止位置の関数として予め定められた特性M9のマップから読み取る。その後、リターンして通常の燃焼制御に移行する。
【0086】
次に、第2再始動モードによる始動について説明する。第2再始動モードも、第1再始動モードのフローチャートに準じた制御がなされる。但し、ステップS153でなされる圧縮行程気筒3Cへの燃料噴射が、理論空燃比もしくはそれよりややリッチな空燃比となるようになされる点と、ステップS173での2回目の燃焼「3」がなされない点とが異なる。
【0087】
上述のように第1再始動制御モードと第2再始動制御モードとがピストン4の停止位置によって使い分けられることにより、エンジン1の再始動が効果的に行われる。この点を図17も参照しつつ説明する。
【0088】
図17はエンジン停止時のピストン位置と圧縮行程気筒3Cの初回燃焼(逆転用)における要求空燃比、圧縮行程気筒3Cの空気量、膨張行程気筒3Aの空気量及び発生頻度との関係を示しており、この図のように、エンジン停止時に膨張行程気筒3Aのピストン4が上死点寄り(圧縮行程気筒3Cのピストン4が下死点寄り)となるほど膨張行程気筒3Aの空気量が少なくて圧縮行程気筒3Cの空気量が多くなり、逆に膨張行程気筒3Aのピストン4が下死点寄り(圧縮行程気筒3Cのピストン4が上死点寄り)となるほど膨張行程気筒3Aの空気量が多くて圧縮行程気筒3Cの空気量が少なくなる。
【0089】
また、圧縮行程気筒3Cでの初回燃焼では、圧縮行程気筒3Cのピストン4が下死点より少し手前(膨張行程気筒3Aのピストン4が上死点より少し手前)となる所定位置までエンジンを逆転させるだけのトルクを生じさせることが要求されるが、圧縮行程気筒3Cのピストン4が上死点寄りにあれば、圧縮行程気筒3C内の空気量が少なく、かつ、上記所定位置までの逆転に要求されるトルクが比較的大きいので、要求空燃比がリッチとなり、一方、圧縮行程気筒3Cのピストン4が下死点寄りにあれば圧縮行程気筒内3Cの空気量が多く、かつ、上記所定位置までの逆転に要求されるトルクが比較的小さいので、要求空燃比がリーンとなる。
【0090】
膨張行程気筒3Aにおいては、ピストン4が下死点寄りにある程空気量が多いため燃料を多く燃焼させることができる。
【0091】
従って、エンジン停止時に膨張行程気筒3Aのピストン位置が下死点側適正範囲Bにある場合、圧縮行程気筒3Cでは初回燃焼時の空燃比が上記要求に適合するようにリッチとされ、初回燃焼後に燃焼用空気が残存しないため圧縮上死点付近での2回目の燃焼は行われないが、膨張行程気筒3Aでは空気量が比較的多くて、それに応じた燃料が噴射された上で、圧縮されてから着火、燃焼が行われるため、比較的大きなトルクが得られ、上記圧縮行程気筒3Cの圧縮上死点を過ぎてさらに次の気筒の圧縮上死点を越えるまでエンジンを回転させることができ、再始動を達成することができる。
【0092】
一方、エンジン停止時に膨張行程気筒3Aのピストン位置が上死点側適正範囲Aにある場合、下死点側適正範囲Bにある場合と比べると、膨張行程気筒内3Aの空気量が少ないため膨張行程での燃焼により得られるトルクが小さくなるが、圧縮行程気筒3Cでは初回燃焼時の空燃比が上記要求に対応してリーンとされ、それにより初回燃焼後も残存する余剰空気が利用されて圧縮上死点付近での2回目の燃焼が行われるため、エンジン正転方向の駆動のためのトルクが補われ、膨張行程気筒3Aでの燃焼と圧縮行程気筒3Cにおける2回目の燃焼の両方により、再始動を達成するに足るトルクが得られる。
【0093】
ところで、当実施形態では、前述のようにエンジン停止の際、燃料供給停止後に所定期間だけスロットル弁17を所定の開弁状態として吸気量を増加させることにより、圧縮行程気筒3C及び膨張行程気筒3Aにおいてピストン4の上死点方向への移動に対する抵抗を大きくし、かつ、膨張行程気筒3Aの吸気量をより多くしているため、図17中にも示すように、エンジン停止時の膨張行程気筒3Aにおけるピストン位置は行程中間部付近の適正範囲C内となることが殆どであり、そのうちでも下死点側適正範囲B内となることが多く、このように停止位置が調整されることで効果的に再始動が行われる。
【0094】
すなわち、ピストン停止位置が上記適正範囲Cよりも膨張行程気筒3Aの上死点側(圧縮行程気筒3Cの下死点側)に近づきすぎた場合には、エンジン逆転方向の移動量を充分にとることができなくなるとともに、膨張行程気筒3Aの空気量が少なくなるので膨張行程気筒3Aでの燃焼により得られるトルクが少なくなり、また、上記適正範囲Cよりも膨張行程気筒3Aの下死点側(圧縮行程気筒3Cの上死点側)に近づきすぎた場合には、圧縮行程気筒3Cの空気量が少なくなるのでエンジン逆転のためのトルクが充分に得られなくなる。これに対し、ピストン停止位置が適正範囲C内にあれば、圧縮行程気筒3Cでの初期燃焼による逆転駆動が可能で、かつ、膨張行程気筒3Aでの燃焼が良好に行われてその燃焼エネルギーを充分にピストンに作用させることができ、特にピストン停止位置が下死点側適正範囲Bにあれば膨張行程気筒3Aの空気量を充分に多く確保でき、膨張行程気筒3Aでの燃焼エネルギーを増大させ、始動性を高めることができる。
【0095】
次に、エンジン停止時のピストン位置が適正範囲Cから外れた場合に選択され、再始動初期から始動アシストがなされる第3再始動モードについて説明する。図18は、第3再始動モード(モーターアシスト)のフローチャートである。スタート後、ステップS200でスタータ解除条件の読み込みを行う。これは、スタータモータで始動アシストをするにあたり、それを解除するエンジン回転数を予め設定された特性値から読み込むものである。その特性を図19に示す。この図に示すように、スタータ駆動解除回転数は、膨張行程気筒3Aのピストン停止位置が下死点(BDC)に近いほど高く、上死点(TDC)に近づくに従って低くなるように設定されている。
【0096】
フローチャートに戻り、次に所定の再始動条件が成立(ステップS201でYES)すると、ステップS202でスタータモータ28の駆動を開始する。次のステップS203でピストン4の停止位置に基づいて圧縮行程気筒3C及び膨張行程気筒3Aの空気量を算出し、ステップS204で圧縮行程気筒3C及び膨張行程気筒3Aの各空燃比が理論空燃比付近となるように燃料を噴射する。そして、ステップS205で、膨張行程気筒3Aの燃料噴射後に燃料の気化時間を考慮して設定された時間が経過してから、当該気筒に対して点火を行う。従って、エンジン1は最初から正転方向に回転を始める。
【0097】
次に、ステップS206で所定クランク角となったとき圧縮行程気筒3Cに対して点火を行って燃焼させる。その後ステップS207で順次他の気筒に対しても燃料噴射と点火を行って燃焼させる。次のステップS208で、エンジン回転数がステップS200で読み込んだスタータ駆動解除回転数を超えたか否かが判定され、YESであれば、ステップS209へ移行し、スタータモータ28の駆動を停止し、リターンする。
【0098】
以上、第1〜第3再始動モードについて説明したが、仮に補正範囲A2,B2を設けず、A=A1,B=B1とした場合、上述のようにエンジン停止時のスロットル弁17の制御によって、圧縮行程気筒3Cのピストン4は、多くの場合(エンジンの特性によっても異なるが、例えば90%程度)基礎範囲A1,B1に停止して、第1又は第2再始動モードが選択される。また、小頻度ではあるが、基礎範囲A1,B1から僅かに外れて停止して、第3再始動モードが選択される場合もある。このときにはスタータモータ28による始動アシストがなされるが、アイドルストップは走行中何度も行うので、たとえ小頻度であっても全体としてスタータモータ28の使用頻度が大きく増大し、寿命低下が避けられない。
【0099】
しかし、当実施形態のように、始動性の高さに応じて補正範囲A2,B2を設ければ、基礎範囲A1,A2から僅かに外れて補正範囲A2,B2内に停止した場合に第1又は第2再始動モードが選択されるので、第3再始動モードが選択される頻度を大きく削減することができる。即ち、全体としてスタータモータ28の作動回数を削減することによって、寿命低下を防止することができる。本願発明者によるテストでは、補正範囲A2,B2は最大約7〜8°CAとすることができ(但しエンジンの特性にもよって異なる)、その場合にピストン4が適正範囲C内に停止する確率はほぼ100%であった。
【0100】
次に、本願発明の第2実施形態について説明する。
【0101】
第2実施形態の装置各部の構成は第1実施形態と同一なので、以下重複する箇所については説明を省略する。第2実施形態は、比較的始動性が低いとき(第1実施形態においてA=A1,B=B1となるようなとき)は全く第1実施形態と同様である。しかし再始動モードとして第4再始動モードを有し、始動性が高い状態のときに、この第4再始動モードによる始動を行う点が異なっている。
【0102】
第4再始動モードは、圧縮行程気筒3Cでの初回燃焼によるエンジンの逆転を行わず、スタータモータ28による始動アシストも行わず(始動不良が発生したときのバックアップを除く)、膨張行程気筒3Aでの燃焼及びその次の圧縮行程気筒3Cでの燃焼により始動を行うモードである。エンジンを一旦逆転させることによる膨張行程気筒3Aでの圧縮を行わないので、第1、第2再始動モードよりも始動性の高い状態であることが要求される。
【0103】
図20は、当実施形態におけるピストン停止位置に応じた再始動制御モード選択のための範囲の設定(始動性の高い状態にあるとき)を示す説明図である。適正範囲C(後述する第2適正範囲Dと区別するため、以下第1適正範囲Cという)は上死点と下死点との中間付近に設定されており、中でも特に中間に近い第2適正範囲Dと、その外側の上死点側適正範囲A及び下死点側適正範囲Bとから成る。第2適正範囲Dは、予め設定された所定の上死点側適正範囲A及び下死点側適正範囲B(これらは第1実施形態の基礎範囲A1,B1に相当する)を背景として、その上に重ねる(A,Bよりも優先される)ようにして、始動性の高さに応じた範囲に設定される。その範囲は、図6や図8に示す特性に準じ、ピストン摺動抵抗38bや筒内空気密度39bに応じて増減するようにしても良く、所定の境界点でオン・オフ的に切換えるようにしても良い。
【0104】
再始動の際には、膨張行程気筒3Aのピストン4の停止位置が上死点側適正範囲Aにあるときには第1再始動モードが、下死点側適正範囲Bにあるときには第2再始動モードが、第1適正範囲Cの外部にあるときには第3再始動モードが、第2適正範囲Dにあるときには第4再始動モードが選択される。
【0105】
図21は、その再始動モード選択のためのフローチャートである。図13に示す第1実施形態のものに準ずるが、ステップS106、S110が追加されている。即ち、ステップS103、S105、S106によってピストン4の停止位置の分類がなされ、第2適正範囲DにあるときにステップS110に移行して、第4再始動モードによる正転始動を行うようになっている。
【0106】
第4再始動モードの制御は、フローチャートの図示を省略するが、図18に示す第3始動モードの制御において、スタータモータ28の駆動を行わないようにすれば良い。第4再始動モードによる始動は、エンジンを一旦逆転させることによる時間ロスをなくすことができるので、始動の迅速性を高めることができる。
【0107】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の装置の具体的構成は上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲内で種々変更可能である。
【0108】
例えば、第1実施形態における第1及び第2再始動モードで、エンジンの特性によって(特に始動性の高いエンジンの場合)エンジンを一旦逆転させることなく、最初から正転させる(第2実施形態における第4始動モードに相当する制御を行う)ようにしても良い。
【0109】
また、上記第2実施形態において、第2適性範囲Dの外側には、必ずしも上死点側適正範囲Aや下死点側適正範囲Bを設ける必要はなく、第2適正範囲Dが最大のとき、上死点側適正範囲A及び下死点側適正範囲Bの全体を包含するような設定としても良い。また、第2適正範囲Dは必ずしも第1適正範囲Cの内部に設定する必要はなく、エンジンの特性に応じて一部または全部が第1適正範囲Cの外部に設定されるようにしても良い。
【0110】
上記第1実施形態と第2実施形態とを組み合わせたものとしても良い。つまり、エンジンの停止期間が短く、始動性の高い状態にあるときには、上死点側適正範囲Aや下死点側適正範囲Bを拡大しつつ、第2適正範囲Dを設定するようにしても良い。このようにすると、スタータモータ28の寿命確保と始動の迅速性とをそれぞれ独立して得ることができる。
【0111】
上記実施形態において、再始動直後の膨張行程気筒3Aへの燃料噴射は、圧縮行程気筒3Cへの噴射と略同時であっても、それより遅めの設定としても良い。例えば、図14に示すフローチャートで、ステップS155は、ステップS153と同時であっても良く、逆にステップS163の直前であっても良い。ステップS155をステップS153に近づけたものは、膨張行程気筒3Aにおける気化時間を長くすることができるので均一燃焼に適し、ステップS163に近づけたものは点火時に燃料を偏在させ易いので成層燃焼に適する。
【0112】
【発明の効果】
以上のように本発明のエンジンの始動装置によると、運転中のエンジンを停止させ、その後エンジンを再始動させる際、エンジン停止時に実質的に膨張行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行ってエンジンを始動させるエンジンの始動装置において、エンジンが自動停止してから再始動を開始するまでの停止時間を計測する停止時間計測手段を備え、エンジン停止中のピストン位置が、始動に適した所定の適正範囲内にあるときにはエンジンの燃焼によって発生するトルクによって始動させ、上記適正範囲外にあるときには更に始動初期からスタータモータを駆動して始動をアシストするとともに、上記停止時間計測手段によるエンジンの停止時間が、該エンジンのシリンダ壁面のオイル残存量が多く、筒内空気密度の低下量が少ない数秒程度以内の極短時間であるときには上記適正範囲を拡大するので、必要に応じてスタータモータによる始動のアシストを行いながらも、その頻度をより削減してスタータモータの寿命低下を防止することができる。
【0113】
また、運転中のエンジンを停止させ、その後エンジンを再始動させる際、エンジン停止中のピストン位置が、始動に適した所定の第1適正範囲内にあるときには、エンジン停止時に実質的に圧縮行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行って、どの気筒のピストンも上死点を超えない範囲で一旦逆転方向に回転させ、その後、エンジン停止時に実質的に膨張行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行ってエンジンを正転方向に回転させて始動するエンジンの始動装置において、エンジンの停止期間が短いとき、具体的には、シリンダ壁面のオイル残存量が多く、筒内空気密度の低下量が少ない数秒程度以内の極短時間であるときには、始動に適した第2適正範囲が設けられ、そのときのエンジン停止中のピストン位置が上記第2適正範囲内にある場合に、上記逆転方向の回転を行わず、始動初期から上記正転方向の回転による始動を行うので、始動の迅速性を可及的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態による始動装置を備えたエンジンの概略断面図である。
【図2】 上記エンジンの概略平面図である。
【図3】 上記エンジンの概略制御ブロック図である。
【図4】 第1実施形態におけるエンジン停止時のピストン位置に応じた再始動制御モード選択のための範囲の設定を示す説明図である。
【図5】 上記制御ブロック図のピストン摺動抵抗推定手段における推定方法ブロック図である。
【図6】 上記エンジンのピストン摺動抵抗と補正範囲との関係を示すグラフである。
【図7】 上記制御ブロック図の筒内空気密度推定手段における推定方法ブロック図である。
【図8】 上記エンジンの筒内空気密度と補正範囲との関係を示すグラフである。
【図9】 エンジン停止時のエンジン回転数、スロットル開度及び吸気管負圧の変化並びに各気筒のサイクルを示す説明図である。
【図10】 2つのクランク角センサからのクランク角信号を示すものであって、(a)はエンジン正転時の信号、(b)はエンジン逆転時の信号である。
【図11】 エンジン停止時のピストン位置を検出するための処理を示すフローチャートである。
【図12】 エンジン停止時の制御フローを示すフローチャートである。
【図13】 第1実施形態のエンジン再始動時の制御フローを示すフローチャートである。
【図14】 図13に示すフローチャートにおける、第1再始動モードのサブルーチンを示すフローチャートである。
【図15】 エンジン再始動時の各気筒のサイクル及び燃焼動作を示す説明図である。
【図16】 エンジン再始動時のエンジン回転数、クランク角、各気筒の筒内圧及び図示トルクの、それぞれの変化を示す説明図である。
【図17】 エンジン停止時のピストン位置と圧縮行程気筒の要求空燃比、圧縮行程気筒の空気量、膨張行程気筒の空気量及び発生頻度との関係を示す説明図である。
【図18】 図13に示すフローチャートにおける、第3再始動モードのサブルーチンを示すフローチャートである。
【図19】 上記エンジンにおいて、始動アシストを行う際の膨張行程気筒のピストン停止位置とスタータ駆動解除回転数との関係を示すグラフである。
【図20】 第2実施形態におけるエンジン停止時のピストン位置に応じた再始動制御モード選択のための範囲の設定を示す説明図である。
【図21】 第2実施形態のエンジン再始動時の制御フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン
3 気筒
3A 1番気筒、膨張行程気筒(実質的に膨張行程にある気筒)
3C 3番気筒、圧縮行程気筒(実質的に圧縮行程にある気筒)
4 ピストン
7 点火プラグ
8 燃料噴射弁
17 スロットル弁
18 スロットル弁アクチュエータ
28 スタータモータ
30 ECU
31 スロットル弁制御手段
39 停止時間計測手段
A 上死点側適正範囲
B 下死点側適正範囲
C 適正範囲、第1適正範囲
D 第2適正範囲
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine starter, and more particularly to an engine starter that is suitable for a case where an engine is automatically stopped once at idling or the like and then automatically restarted thereafter.
[0002]
[Prior art]
In recent years, fuel consumption reduction and CO 2 A so-called idle stop technology has been developed that automatically stops the engine when idling to suppress emissions, and then restarts the engine automatically when a restart condition such as start operation is established. ing.
[0003]
The restart at the idle stop is more frequent than the initial start frequency at which the engine is first started. In the conventional general starting method in which the engine output shaft (crankshaft) is driven by the starter motor, the life of the starter motor is reduced. If the reliability of the starter motor is improved in terms of shortening and life, the cost increases accordingly. Therefore, such a starting method using a starter motor is not preferable.
[0004]
Therefore, as a starting device suitable for restarting the idle stop, fuel is supplied to a specific cylinder (cylinder in the expansion stroke; hereinafter referred to as an expansion stroke cylinder) of the stopped engine, and ignition and combustion are performed. Some have been developed to start the engine immediately. In general, a sufficient torque for starting the engine is not always obtained by simply supplying fuel to the expansion stroke cylinder to ignite and burn it. In order to perform the restart smoothly, the generated torque needs to be greater than a certain level, and the starting device is required to have a technique for satisfying this.
[0005]
As such technology, after IG OFF (ignition stop), control the exhaust valve closing timing and stop the engine with the piston in the proper position (generally near the top dead center and bottom dead center) What is made easy to do (for example, refer patent document 1) is known. When the piston is stopped at an appropriate position, an appropriate amount of air can be obtained at the time of restart, and a restarting performance can be improved because a certain amount of torque is generated.
[0006]
While improving restartability in this way, technology has also been developed to ensure restarting even when the piston does not stop at the proper position or when the restartability is low due to other factors. ing. For example, there is known a starting device that assists starting (assuming driving force supplementarily) by a starter motor when starting of the engine is incomplete (see, for example, Patent Document 2).
[0007]
[Patent Document 1]
WO 01/44636 A2 publication
[Patent Document 2]
JP 2002-004985 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
When combining the starting device shown in Patent Document 1 and the starting device shown in Patent Document 2 above, for example, increasing the probability of stopping the piston within the appropriate range, but not stopping within the appropriate range In addition, a device that performs a start assist by a starter motor as a backup can be considered.
[0009]
It is desirable to reduce the frequency of such start assist as much as possible in order to ensure the life of the starter motor. That is, it is desired to increase the frequency at which the engine can be restarted by combustion of the engine regardless of the start assist.
[0010]
On the other hand, as a technology for improving the restart certainty (startability) due to engine combustion, fuel is supplied to a specific cylinder (cylinder in the compression stroke; hereinafter referred to as compression stroke cylinder) of the stopped engine to ignite and burn The technology that reverses the engine once has been studied. In this method, the air in the expansion stroke cylinder is temporarily compressed by the reverse rotation of the engine, and combustion is performed there, thereby obtaining a higher starting torque in the forward rotation direction. In this way, the startability of the engine can be improved, but on the other hand, a time loss for temporarily reversing the engine is inevitably caused, which adversely affects the quickness of the start.
[0011]
In view of the above circumstances, the present invention further reduces the frequency of the starter motor by reducing the frequency while assisting the starter motor when necessary, and further increases the speed of the start as much as possible. An engine starter that can be enhanced is provided.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, when the engine in operation is stopped, and then the engine is restarted, fuel is supplied to the cylinder that is substantially in the expansion stroke when the engine is stopped, and ignition and combustion are performed. In the engine starting device for starting Provided with a stop time measuring means for measuring the stop time from when the engine automatically stops until restart is started, When the piston position when the engine is stopped is within a predetermined appropriate range suitable for starting, the engine is started by torque generated by combustion of the engine, and when it is outside the appropriate range, the starter motor is further driven from the initial start to start the engine. While assisting, By the stop time measuring means The engine stop time When the amount of oil remaining on the cylinder wall surface of the engine is large and the amount of decrease in the in-cylinder air density is small, within a few seconds or less Is characterized by expanding the appropriate range.
[0013]
According to this configuration, when the piston stop position when the engine is stopped is within a predetermined appropriate range suitable for starting, the engine is started by the torque generated by the combustion of the engine, so that the start can be performed without depending on the starter motor. When it is outside the proper range (the torque generated by the combustion of the engine is small), the starter motor is further driven from the beginning of the start to assist the start, so that a start failure can be effectively avoided. As a whole, since the starter motor can be operated only when the start assist is necessary, the use frequency of the starter motor can be reduced and the life can be extended.
[0014]
The cylinder substantially in the compression stroke refers to a cylinder in a state where the volume in the sealed cylinder is reduced to compress the in-cylinder gas, and other than the cylinder in the original compression stroke, for example, The cylinder is in the exhaust stroke (the operation direction of the piston is the same as that of the compression stroke), but includes a cylinder in which the exhaust valve is closed using an electromagnetic valve or the like. Similarly, a cylinder that is substantially in the expansion stroke, which will be described later, refers to a cylinder that is in a state where the gas volume in the sealed cylinder is expanded to increase the cylinder volume, and other than the cylinder in the original expansion stroke. In addition, for example, the cylinder is originally in the intake stroke (the operation direction of the piston is the same as the expansion stroke), but includes a cylinder that burns with the intake valve closed using an electromagnetic valve or the like. Hereinafter, unless otherwise specified, a cylinder in a compression stroke (also referred to as a compression stroke cylinder) or a cylinder in an expansion stroke (also referred to as an expansion stroke cylinder) includes a cylinder substantially in the compression stroke (or expansion stroke). Shall be included.
[0015]
By the way, the appropriate range may be appropriately set as a range in which it is easy to restart by combustion when the piston of the expansion stroke cylinder stops within the range. It is preferable to set it near the middle between the top dead center and the bottom dead center so as to ensure a piston stroke above a certain level.
[0016]
In order to reduce the frequency of start assist by the starter motor, it is ideal to set the appropriate range to the maximum range where good startability can be obtained without performing the start assist. Hereinafter, such a virtual range is referred to as an ideal range for convenience. The ideal range is not constant but changes depending on conditions, and particularly depends greatly on the engine stop period. When the engine stop period is short, the in-cylinder pressure is less decreased and the in-cylinder air density is high, so that the torque generated by combustion increases. Further, the amount of oil film remaining on the cylinder wall surface is large, and the sliding resistance of the piston is reduced. In this way, when the engine stop time is short, many factors act in the direction of improving the startability, so that a good start can be performed even if the piston position is slightly shifted toward the top dead center or the bottom dead center. it can. That is, the ideal range is expanded.
[0017]
In this configuration, when the engine stop period is short, Specifically, when the amount of oil remaining on the cylinder wall of the engine is large and the amount of decrease in the in-cylinder air density is small, it is an extremely short time of about several seconds. Therefore, the appropriate range can be set so as to follow the ideal range that changes according to the length of the stop period. Thereby, the opportunity to perform the start assist by the starter motor can be reduced as much as possible, and the life reduction of the starter motor can be prevented.
[0018]
The engine starting device supplies fuel to the expansion stroke cylinder, and ignites and burns to start the engine. This includes a compression stroke cylinder prior to combustion in the expansion stroke cylinder. And the engine is once reversed (this allows the piston of the expansion stroke cylinder to be reversed once, thereby reducing the cylinder volume and increasing the cylinder pressure).
[0019]
The above ideal range becomes wider as the engine stop period is shorter. time But If it is within the above extremely short time, the stop time If the amount of expansion of the appropriate range is increased as the length is shorter, the start assist range by the starter motor can be made closer to the ideal range.
[0020]
Or stop the engine time But Within the above extremely short time In some cases, if the appropriate range is expanded by a predetermined amount for a longer case (Claim 3), the configuration of Claim 1 can be achieved by simple control that switches on / off the appropriate range. Can be realized.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, when the engine under operation is stopped and then the engine is restarted, when the piston position during the engine stop is within a predetermined first appropriate range suitable for starting, the engine is substantially stopped. Then, fuel is supplied to the cylinder in the compression stroke, ignition and combustion are performed, and the piston of any cylinder is once rotated in the reverse direction within the range not exceeding the top dead center, and then substantially when the engine is stopped. In an engine starter that supplies fuel to a cylinder in an expansion stroke, performs ignition and combustion, and starts the engine by rotating it in the forward rotation direction. Provided with a stop time measuring means for measuring a stop time from when the engine is automatically stopped until restart is started, The engine stop time When the amount of oil remaining on the cylinder wall surface of the engine is large and the amount of decrease in the in-cylinder air density is small, within a few seconds or less Is provided with a second appropriate range suitable for starting, and when the piston position when the engine is stopped is within the second appropriate range, the rotation in the reverse direction is not performed and the above-mentioned normal range is It is characterized by starting by rotation in the rolling direction.
[0022]
According to this configuration, when the piston stop position is within the first appropriate range, combustion in the compression stroke cylinder is performed to reverse the engine once, and then combustion is performed in the expansion stroke cylinder to rotate the engine in the normal rotation direction. Therefore, the combustion torque in the expansion stroke cylinder in which the in-cylinder pressure is increased by the reverse rotation of the engine is high, and the startability can be improved.
[0023]
And when the engine stop period is short, Specifically, when the amount of oil remaining on the cylinder wall of the engine is large and the amount of decrease in the in-cylinder air density is small, it is an extremely short time of about several seconds. Is provided with a second appropriate range suitable for starting, and when the piston position when the engine is stopped is within the second appropriate range, the rotation in the reverse direction is not performed and the above-mentioned normal range is Since the engine is started by rotating in the rotation direction, the time loss caused by once reversing the engine can be eliminated, and the speed of starting can be improved.
[0024]
The reason for rotating the engine once and then rotating forward is that the torque generated in the expansion stroke cylinder is larger than when rotating forward from the beginning (because the in-cylinder pressure is increased in advance by the reverse rotation), and the startability is improved. Because. However, since the startability is high as described above when the engine stop period is short, sufficient startability can be ensured even if the engine is normally rotated depending on the stop position of the piston. The second appropriate range is set as a range of such a piston stop position.
[0025]
As with the first proper range, the second proper range is usually preferably set near the middle of the top dead center and the bottom dead center, but there is a mutual relationship between the first proper range and the second proper range. There is no direct relationship for restricting the other range, and a suitable range may be set independently. For example, depending on the characteristics of the engine, the ranges may be the same, the one may be included in the other, the portions partially overlapping each other, or the portions not overlapping each other.
[0026]
And the startability of the engine becomes higher as the stop period is shorter, so the engine stops accordingly time But If it is within the above extremely short time, the stop time If the second appropriate range is increased as the length is shorter, the frequency of starting the engine in the normal rotation direction from the initial stage increases, and the speed of starting can be further improved as a whole.
[0027]
Furthermore, in the engine starting device according to any one of claims 1 to 5, when the engine in operation is stopped, the throttle opening is increased for a predetermined period during the stopping operation (claim 6). As a result, the amount of air flowing into the cylinder increases when the engine is stopped, and the air acts so that it is difficult to stop the piston of each cylinder near the top dead center. As a result, a force acts in the direction in which the piston is pushed back by compression), so that the piston of each cylinder is likely to stop at a position as far away from the top dead center as possible, that is, near the middle position between the top dead center and the bottom dead center. . Accordingly, it is possible to increase the probability that the piston stops within the appropriate range, the first proper range, or the second proper range.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0029]
1 and 2 show a schematic configuration of an engine according to a first embodiment of the present invention. In these drawings, the main body of the engine 1 is composed of a cylinder head 2 a and a cylinder block 2. In this embodiment, the engine 1 is a four-cylinder four-cycle engine and includes four cylinders 3 (specifically, the first cylinder 3A, the second cylinder 3B, the third cylinder 3C, the fourth cylinder in order from the left in the state shown in FIG. 2). 3D). A piston 4 is inserted into each cylinder 3, and a combustion chamber 5 is formed above the piston 4. The piston 4 is connected to the crankshaft 6 via a connecting rod.
[0030]
A spark plug 7 is provided at the top of the combustion chamber 5 of each cylinder 3, and its tip faces the combustion chamber 5. A fuel injection valve 8 that directly injects fuel into the combustion chamber 5 is provided at a side portion of the combustion chamber 5. The fuel injection valve 8 includes a needle valve and a solenoid (not shown). When a pulse signal is input, the fuel injection valve 8 is driven and opened for a time corresponding to the pulse width at the pulse input timing. It is comprised so that the quantity of fuel according to may be injected. The injection direction of the fuel injection valve 8 is set so as to inject fuel toward the vicinity of the spark plug 7. The fuel injection valve 8 is supplied with fuel via a fuel supply passage or the like by a fuel pump (not shown), and a fuel supply system so that a fuel pressure higher than the pressure in the combustion chamber during the compression stroke can be applied. Is configured.
[0031]
An intake port 9 and an exhaust port 10 are opened to the combustion chamber 5 of each cylinder 3, and an intake valve 11 and an exhaust valve 12 are provided in these ports 9 and 10. The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are driven by a valve mechanism comprising a camshaft 27 (one pair is provided on the cylinder head 2a, one of which is shown in the figure). As described later in detail, the intake / exhaust valve opening / closing timing of each cylinder 3 is set so that each cylinder 3 performs a combustion cycle with a predetermined phase difference.
[0032]
An intake passage 15 and an exhaust passage 16 are connected to the intake port 9 and the exhaust port 10. The intake passage 15 has a branch intake passage 15a for each cylinder downstream of the surge tank 15b, and the downstream end of each branch intake passage 15a communicates with the intake port 9 of each cylinder, but downstream of each branch intake passage 15a. In the vicinity of the end, there is disposed a throttle valve 17 composed of a multiple rotary valve that simultaneously throttles the branch intake passages 15a. The throttle valve 17 is driven by a throttle valve actuator 18.
[0033]
An air flow sensor 20 for detecting the intake air amount is provided in the common intake passage 15c upstream of the surge tank 15b in the intake passage 15. The crankshaft 6 is provided with a crank angle sensor that detects its rotation angle. In this embodiment, as will be described in detail later, crank angle signals that are out of phase with each other by a certain amount are output. Two crank angle sensors 21 and 22 are provided. Further, a cam angle sensor 23 is provided that can give a cylinder identification signal to the camshaft 27 by detecting its specific rotational position.
[0034]
A startering gear 41 that rotates integrally with the crankshaft 6 is provided at one end of the crankshaft 6, and a large number of teeth are formed on the outer periphery thereof. On the other hand, a starter motor 28 and a pinion 29 for starting the engine 1 by rotating the starter gear 41 are provided. The pinion 29 is provided so as to be movable in the axial direction with respect to the starter motor 28, and a tooth profile that meshes with the starter ring gear 41 is formed on the outer peripheral portion thereof. The starter motor 28 rotates the pinion 29 by the drive, and moves it to a position where the pinion 29 meshes with the starter ring gear 41. When the drive of the starter motor 28 is stopped, the rotation of the pinion 29 is stopped and the pinion 29 is moved to a position where the pinion 29 is brought into the non-meshing state.
[0035]
As other detection elements necessary for controlling the engine 1, a water temperature sensor 24 for detecting the temperature of the engine cooling water, an accelerator opening sensor 25 for detecting the accelerator opening (accelerator operation amount), and an intake air temperature are detected. An intake air temperature sensor 26 that detects atmospheric pressure and an atmospheric pressure sensor 45 that detects atmospheric pressure (see FIG. 3 respectively) are provided.
[0036]
FIG. 3 is a control block diagram of the engine 1, and shows a switch and a sensor for inputting a signal, a device and an actuator for outputting, etc., with an ECU (engine control unit) 30 as a center. Note that this block diagram is mainly described with respect to the configuration of the present invention, and other control-related portions are omitted.
[0037]
The air flow sensor 20, the crank angle sensors 21, 22, the cam angle sensor 23, the water temperature sensor 24, the accelerator opening sensor 25, the intake air temperature sensor 26, and the atmospheric pressure sensor 45 are connected to the input side of the ECU 30 to detect each detection signal. Is entered.
[0038]
Further, the ignition plug 7, the fuel injection valve 8, the throttle valve actuator 18 and the starter motor 28 are connected to the output side of the ECU 30 to output drive signals to the various devices.
[0039]
The ECU 30 includes a throttle valve control means 31, a fuel injection valve control means 32, an ignition control means 33, an idle stop control means 34, and an appropriate piston stop position range calculation means 35.
[0040]
The throttle valve control means 31 calculates the required opening of the throttle valve 17 from the engine opening speed based on the accelerator opening information from the accelerator opening sensor 25 and the crank angular speed information from the crank angle sensors 21 and 22. The throttle valve actuator 18 is controlled.
[0041]
The fuel injection valve control means 32 and the ignition control means 33 determine the required fuel injection amount based on the intake air amount information from the air flow sensor 20 and the cooling water temperature information from the water temperature sensor 24 in addition to the accelerator opening information and engine speed information. And the injection timing and appropriate ignition timing are calculated and a control signal is output to the fuel injection valve 8 and the spark plug 7.
[0042]
The throttle valve control means 31, the fuel injection valve control means 32, and the ignition control means 33, when performing idle stop (hereinafter also referred to as I / S), in addition to the above control, idle stop control means 34 described below. It is also controlled by.
[0043]
The idle stop control means 34 determines the I / S execution condition and the restart condition after the engine is stopped by the I / S, or provides information necessary for executing the I / S to each means in the ECU 30. To do.
[0044]
As the I / S execution conditions, for example, predetermined conditions are set such that the vehicle speed is zero, the foot brake is ON, the parking brake is ON, and the engine water temperature is equal to or higher than a predetermined value. Further, as a restart condition, a predetermined condition such as an accelerator depression amount equal to or greater than a predetermined value, a foot brake OFF, or a parking brake OFF is set.
[0045]
When a predetermined I / S execution condition is satisfied, the engine is automatically stopped. That is, the fuel injection from the fuel injection valve 8 is stopped and the ignition of the spark plug 7 is stopped.
[0046]
As control when the engine is stopped, a cylinder that is in the compression stroke when the engine is stopped (for convenience of explanation, this cylinder is assumed to be the third cylinder 3C, and hereinafter referred to as the compression stroke cylinder 3C) and a cylinder that is in the expansion stroke. (In the same way, assuming that the cylinder is the first cylinder 3A, hereinafter referred to as the expansion stroke cylinder 3A), in order to increase the resistance to the movement in the piston top dead center direction, at least the intake amount for these cylinders is increased, and in particular the expansion stroke In order to supply more intake air to the cylinder 3A, the throttle valve 17 is opened for a predetermined period during the engine stop operation period.
[0047]
After the engine 1 is automatically stopped in this way, when a predetermined restart condition is satisfied, the engine is restarted. That is, the fuel injection from the fuel injection valve 8 and the ignition of the spark plug 7 are returned.
[0048]
As the control at the time of restart, first, the first combustion is performed on the compression stroke cylinder 3C and the engine is slightly reversed to increase the in-cylinder pressure by raising the piston of the expansion stroke cylinder 3A. Combustion is performed in the expansion stroke cylinder 3A.
[0049]
In the present embodiment, as described above, the initial combustion in the compression stroke cylinder 3C and the combustion in the expansion stroke cylinder 3A are performed, and the combustion air remains in the cylinder of the compression stroke cylinder 3C after the initial combustion to perform compression. The first restart control mode in which re-combustion is performed when the piston 4 of the stroke cylinder 3C starts to rise and the vicinity of the top dead center is reached, and the initial combustion in the compression stroke cylinder 3C and the combustion in the expansion stroke cylinder 3A The second restart control mode in which the combustion is performed but the recombustion in the compression stroke cylinder 3C is not performed, and the combustion in the expansion stroke cylinder 3A is performed while assisting with the starter motor 28 without performing the initial combustion in the compression stroke cylinder 3C. The third restart control mode in which the engine is started by combustion in the next compression stroke cylinder 3C is selectively executed according to the stop position of the piston 4.
[0050]
The piston proper stop position range calculating means 35 calculates the proper stop position range of the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A. The proper stop position of the piston 4 means a position where a good restart can be performed without assistance from the starter motor 28 when the piston 4 stops at that position.
[0051]
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating setting of a range for selecting a restart control mode according to the piston stop position. The circle shown in FIG. 4 indicates the stroke of the expansion stroke cylinder 3A, the upper end TDC of the circle indicates the upper dead center of the expansion stroke, and the lower end BDC of the circle indicates the lower dead center of the expansion stroke. As shown in FIG. 4, the range of the appropriate stop position (appropriate range C) is set near the middle between the top dead center and the bottom dead center. The proper range C includes a top dead center side proper range A and a bottom dead center side proper range B. Further, the top dead center-side appropriate range A includes a predetermined basic range A1 set in advance and a correction range A2 incremented by correction. Similarly, the bottom dead center side appropriate range B includes a predetermined basic range B1 set in advance and a correction range B2 incremented by correction. The correction ranges A2 and B2 are appropriate ranges that are enlarged particularly when the startability is high, such as when the engine is restarted after a short period of time (within about 10 seconds) since the engine stopped.
[0052]
Referring to FIG. 3 again, the piston proper stop position range calculating means 35 is a means for calculating the appropriate range C as described above and its breakdown, and includes a stop time measuring means 36, an engine operation history storage means 37, Piston sliding resistance estimation means 38 and in-cylinder air density estimation means 39 are included.
[0053]
The stop time measuring means 36 measures the stop time from when the engine is automatically stopped until restart is started by a timer in the ECU 30. The engine operation history storage means 37 stores the engine operation history from the IG-ON.
[0054]
The piston sliding resistance estimation means 38 estimates the sliding resistance of the piston 4 at the start of restart. FIG. 5 shows a block diagram of the estimation method of the piston sliding resistance estimation means 38. First, the oil temperature 38a of the engine oil is estimated from the water temperature 24a obtained from the water temperature sensor 24 and the engine operation history 37a obtained from the engine operation history storage means 37. The piston sliding resistance 38b is estimated from the oil temperature 38a and the engine stop time 36a obtained from the stop time measuring means 36. Even if the oil temperature is the same, the longer the engine stop time 36a, the greater the amount of oil falling on the cylinder wall surface, and the greater the sliding resistance 38b. If the engine stop time 36a is short (about several seconds), the amount of oil remaining on the cylinder wall surface is large, and the piston sliding resistance 38b is sufficiently small.
[0055]
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the piston sliding resistance 38b obtained by the piston sliding resistance estimating means 38 and the correction ranges A2 and B2 calculated by the piston proper stop position range calculating means 35 thereby. The horizontal axis represents the piston sliding resistance, and the vertical axis represents the correction amount. When the oil temperature 38a is sufficiently high and the engine stop time 36a is sufficiently short, the piston sliding resistance 38b becomes a small value of R2 or less. At this time, the correction ranges A2 and B2 are maximized. The correction amount also decreases as the piston sliding resistance 38b increases (if the oil temperature 38a is constant, the longer the engine stop time 36a increases), and when the piston sliding resistance 38b is equal to or greater than R1, A2 = B2 = 0. That is, A = A1 and B = B1.
[0056]
In FIG. 6, changes in the correction ranges A2 and B2 are linearly shown, but may be curves according to engine characteristics as appropriate.
[0057]
Further, instead of the continuously changing characteristic, the presence or absence of correction may be switched on and off (correction range A2 ′, B2 ′) with a predetermined resistance value R3 as indicated by a broken line. good. The former can perform fine control according to the piston sliding resistance 38b, and the latter can simply perform the calculation for obtaining the correction amount.
[0058]
Returning to FIG. 3, the description will be continued. The in-cylinder air density estimation means 39 estimates the in-cylinder air density at the start of restart. FIG. 7 shows a block diagram of the estimation method of the cylinder air density estimation means 39. First, the in-cylinder temperature 39a is estimated from the engine stop time 36a obtained from the stop time measuring means 36, the water temperature 24a obtained from the water temperature sensor 24, and the intake air temperature 26a obtained from the intake air temperature sensor 26. The in-cylinder air density 39b is estimated from the in-cylinder temperature 39a and the atmospheric pressure 45a obtained from the atmospheric pressure sensor 45. Even with the same water temperature and intake air temperature, the longer the engine stop time 36a, the lower the in-cylinder temperature 39a and the lower the in-cylinder air density 39b. When the engine stop time 36a is short (about several seconds), the decrease in the in-cylinder temperature 39a is small, and the in-cylinder air density 39b is sufficiently large (the decrease amount is small).
[0059]
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the in-cylinder air density 39b obtained by the in-cylinder air density estimation unit 39 and the correction ranges A2 and B2 calculated by the piston proper stop position range calculation unit 35. The horizontal axis indicates the in-cylinder air density, and the vertical axis indicates the correction amount. When the in-cylinder temperature 39a is sufficiently low and the atmospheric pressure 45a is sufficiently high, the in-cylinder air density 39b has a large value of ρ2 or more. At this time, the correction ranges A2 and B2 are maximized. The correction amount also decreases as the in-cylinder air density 39b decreases (if the water temperature 24a, the intake air temperature 26a, and the atmospheric pressure 45a are constant, the longer the engine stop time 36a decreases), the in-cylinder air density 39b is less than ρ1. A2 = B2 = 0, that is, A = A1 and B = B1.
[0060]
The characteristic shown in FIG. 8 may be a curve corresponding to the characteristic of the engine as appropriate as in FIG. 6, and the presence or absence of correction is switched on / off at a predetermined in-cylinder air density ρ3 as indicated by the broken line (correction Range A2 ′, B2 ′) may be used.
[0061]
Incidentally, in FIG. 8, the correction range B2 is larger than the correction range A1, that is, the amount of expansion of the appropriate range is larger on the bottom dead center side than on the top dead center side. This is due to the following reason. When the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A is relatively large and stops near the bottom dead center, the factor inhibiting the restart is the amount of air in the compression stroke cylinder 3C (the piston 4 is stopped near the top dead center). There is a shortage. That is, as described above, at the time of restart, the combustion is first performed in the compression stroke cylinder 3C to reverse the engine once, but the amount of air for the combustion is insufficient. If the in-cylinder air density 39b is large, the shortage of air can be compensated effectively. In addition, since the amount of air in the expansion stroke cylinder 3A is large (both in-cylinder volume and in-cylinder air density 39b), the combustion torque in the expansion stroke cylinder 3A for rotating the engine in the forward rotation direction is also increased. be able to.
[0062]
On the other hand, when the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A is relatively large and stops near the top dead center, the factor that hinders the restart is the shortage of air in the expansion stroke cylinder 3A. If the in-cylinder air density 39b increases, this shortage of air is compensated, which is effective. However, at this time, although the piston 4 of the compression stroke cylinder 3C is close to the bottom dead center and the amount of air is increased, the combustion torque in the compression stroke cylinder 3C is sufficient to reverse the engine once and more than necessary. Even if the air volume is increased, there is no merit. Although details will be described later, when the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A stops near the top dead center, the combustion in the compression stroke cylinder 3C for reversing the engine burns at a lean air-fuel ratio. At that time, a lean air-fuel ratio exceeding the lean limit cannot be achieved for good combustion, so that it is necessary to inject more fuel than necessary, and as a result, it is possible that excessive reverse torque is generated.
[0063]
As described above, the merit when the in-cylinder air density 39b increases is greater when the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A stops near the bottom dead center than when it stops near the top dead center. Therefore, the correction range B2 is larger than the correction range A2.
[0064]
The piston proper stop position range calculating means 35 comprehensively determines the characteristics shown in FIGS. 6 and 8, and determines the final correction ranges A2 and B2. These are particularly dependent on the engine stop time 36a. If the engine stop time 36a is short (several seconds), the piston sliding resistance 38b is small and the in-cylinder air density 39b is large. The correction ranges A2 and B2 can be greatly enlarged.
[0065]
Next, the operation of the apparatus of the present embodiment as described above will be described.
[0066]
In the engine 1 which is a four-cylinder four-cycle engine, each cylinder 3 performs a cycle composed of intake, compression, expansion, and exhaust strokes with a predetermined phase difference. As shown in FIG. Are performed with a phase difference of 180 ° (180 ° CA) in terms of crank angle in the order of the first cylinder 3A, the third cylinder 3C, the fourth cylinder 3D, and the second cylinder 3B.
[0067]
When the engine 1 is in a predetermined idling state that does not require the output of the engine 1 while the engine 1 is in operation, the idle stop is executed based on whether or not the engine stop condition is met.
[0068]
When the engine stop condition is satisfied, a series of control for engine stop by idle stop is performed. In order to stop the engine, fuel supply is first stopped (fuel cut time t1). The engine speed at this time is an idle speed (about 650 rpm in this embodiment).
[0069]
Then, in order to stop the piston 4 within a preferable range for restarting (appropriate range C in FIG. 4), the fuel is cut at the fuel cut time t1, and the throttle valve 17 is opened to a predetermined opening, and then the engine Control is performed so that the throttle valve 17 is closed at a time point t2 when the rotational speed has decreased to a predetermined rotational speed N1 (N1 = about 500 rpm in the present embodiment) set in advance.
[0070]
By doing so, the intake valve negative pressure is temporarily decreased (intake amount increased) with a slight time delay by opening the throttle valve 17 to a predetermined opening between the time points t1 and t2, and thereafter The predetermined rotational speed is set in advance so that the intake pressure negative pressure increases (intake amount decreases), but the period during which the intake negative pressure temporarily decreases substantially corresponds to the intake stroke period of the expansion stroke cylinder 3A. Has been. Thereby, compared with the case where the throttle valve 17 is not opened, the amount of air sucked into each cylinder 3 before the engine is stopped increases, and among them, the amount of intake air that flows into the expansion stroke cylinder 3A in particular increases.
[0071]
When the engine is stopped, in the compression stroke cylinder 3C, as the piston 4 approaches top dead center, the air in the cylinder 3C is compressed and pressure is applied in a direction to push the piston 4 back, thereby causing the engine 1 to reverse. When the piston 4 of the compression stroke cylinder 3C is pushed back to the bottom dead center side, the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A moves to the top dead center side, and accordingly, the air in the cylinder 3A is compressed, The piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A is pushed back toward the bottom dead center. In this way, the piston 4 is stopped after being vibrated to some extent. At this time, in the compression stroke and the expansion stroke, the force to push the piston 4 closer to the top dead center is larger, so the stop position of the piston 4 is the middle of the stroke. In many cases, it is close to the part. When divided by the range shown in FIG. 4, the majority (for example, about 90%) are in the basic ranges A1 and B1, most of the remaining are in the correction ranges A2 and B2, and very rarely at positions outside the appropriate range C. Stop.
[0072]
Since the intake air amount is increased before the engine is stopped as described above, the force to push back the piston 4 when approaching the top dead center is increased, so that the probability that the piston 4 stops within the appropriate range C increases. Further, if the intake amount of the expansion stroke cylinder 3A is made larger than that of the compression stroke cylinder 3C by the control of the throttle valve 17 as described above, the piston 4 in the expansion stroke cylinder 3A is within the range close to the stroke intermediate portion. However, it often stops near the bottom dead center (appropriate range B in FIG. 4).
[0073]
In addition, since the engine 1 is rotated several times by inertia from the fuel cut until the engine 1 is completely stopped, the burned gas is discharged, and the inside of the cylinder becomes almost fresh even in the expansion stroke. Further, when the engine 1 is stopped, the pressure of the compression stroke cylinder 3C decreases with time.
[0074]
The throttle valve 17 may not be closed until the engine is stopped. However, since the intake amount continues to be large until the engine is stopped, the push-down force of the piston 4 due to the compression of the intake is difficult to attenuate. In some cases, the number of vibrations increases and the swing back increases when the engine stops. Therefore, it is desirable to close the throttle valve 17 at a suitable time t2 as shown in the present embodiment.
[0075]
The stop position of the piston 4 is detected by signals from the crank angle sensors 21 and 22 as follows. FIG. 10 is a pulse signal obtained when the crankshaft 6 rotates, and shows a first crank angle signal CA1 from the crank angle sensor 21 and a second crank angle signal CA2 from the crank angle sensor 22. FIG. 10A shows the case of normal rotation (clockwise in the state of FIG. 1), and FIG. 10B shows the case of reverse rotation. During forward rotation of the engine, as shown in FIG. 10A, the second crank angle signal CA2 is generated with a phase delay of about a half pulse width with respect to the first crank angle signal CA1, so that the first crank angle signal CA1 The second crank angle signal CA2 is Low when rising, and the second crank angle signal CA2 is High when the first crank angle signal CA1 is falling. On the other hand, during reverse rotation of the engine, as shown in FIG. 10 (b), the second crank angle signal CA2 is generated with a phase advance of about a half pulse width with respect to the first crank angle signal CA1, thereby On the contrary, 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 angle signal CA1 falls. The ECU 30 detects this difference and counts the pulse signal while determining whether the crankshaft 6 is rotating forward or rotating backward. The counted value is stored as a CA counter value and is constantly updated while the engine 1 is operating. The state in which the increase or decrease in the CA counter value is lost is the stop of the engine 1, and the stop position of the piston 4 is detected based on the CA counter value at that time.
[0076]
FIG. 11 is an accumulation flowchart of CA counter values. After the start, in step S51, the second crank angle signal CA2 is Low when the first crank angle signal CA1 rises, or the second crank angle signal CA2 becomes High when the first crank angle signal CA1 falls. If it is YES, it indicates that the engine 1 is rotating forward, so that the process proceeds to step S52 and the measured pulse number is added to the CA counter value (CA counter up). If “NO” in the step S51, it indicates that the engine 1 is reversely rotated, so that the process proceeds to the step S53 and the number of pulses measured is subtracted from the CA counter value (CA counter down).
[0077]
FIG. 12 shows a schematic control flowchart of the ECU 30 until the engine stops in the idle stop. After the start, signals from various sensors (see FIG. 3) are read (step S1). Next, based on the signal, it is determined whether or not the engine stop condition is satisfied (step S2). If NO, the process returns. If YES, a series of control for automatic engine stop is subsequently performed. .
[0078]
First, the fuel supply from the fuel injection valve 8 is stopped (fuel cut) (step S7). In the subsequent step S11, the throttle valve 17 is opened to reduce the intake negative pressure. Thereafter, the throttle valve 17 is closed when the engine speed becomes lower than the predetermined speed N1 (500 rpm) (steps S13 and S15). Next, the CA counter value (see FIG. 11) during the constant count is read (step S16). In the next step S17, it is determined whether or not the engine 1 has completely stopped from the degree of change of the CA counter value. If YES, the stop position of the piston 4 determined from the CA counter value is stored (step S19). To do. Subsequently, measurement of the engine stop time by the stop time measuring means 36 is started (step S21), and the process returns.
[0079]
Next, engine restart will be described. When the restart condition is satisfied after the engine is stopped, control for automatically restarting the engine 1 is performed. In restarting, in the present embodiment, any one of the first restart mode, the second restart mode, and the third restart mode is selected, and the normal combustion control is shifted to the start mode. Although details of each mode will be described later, in the first restart mode, combustion is performed in the compression stroke cylinder 3C and the engine is once reversed, and then combustion is performed in the expansion stroke cylinder 3A and the engine is normally rotated. Thereafter, the fuel is injected into the residual gas (including unburned air) and recombusted without exhausting the first combustion gas in the compression stroke cylinder 3C. The second restart mode is the same as the first restart mode in that the engine is once reversed, but recombustion in the compression stroke cylinder 3C is not performed. In the third restart mode, the engine is not reversely rotated and the starter motor 28 assists the start.
[0080]
FIG. 13 is a flowchart for selecting the restart mode. If a predetermined restart condition is satisfied during the automatic engine stop (YES in step S91), the measurement of the engine stop time by the stop time measuring means 36 is ended (step S93). Then, after the piston sliding resistance estimation means 38 estimates the piston sliding resistance 38b (step S95) and the cylinder air density estimation means 39 estimates the cylinder air density 39b (step S97), The proper stop position range calculation means 35 calculates the piston proper stop position range (step S99). Specifically, the correction ranges A2 and B2 calculated from the estimated values obtained in steps S95 and S97 are added to the preset basic ranges A1 and B1, and the top dead center side appropriate range A and the bottom dead center side. The appropriate range B is obtained.
[0081]
Subsequently, in step S103 and step S105, the piston stop position of the expansion stroke cylinder 3A (the position stored in step S19 in FIG. 12) is determined, and if the position is within the top dead center side appropriate range A in FIG. The process proceeds to step S107, and restart in the first restart mode is performed. Similarly, if it is in the bottom dead center side appropriate range B, the process proceeds to step S109, and restart in the second restart mode is performed. If it is outside the proper range C, the process proceeds to step S111, and restart in the third restart mode is performed. Regardless of which mode is selected, the routine proceeds to normal combustion control in step S113 and returns.
[0082]
FIG. 14 is a schematic flowchart of the first restart control mode. 15 shows the stroke of each cylinder of the engine corresponding thereto and the combustion in each cylinder from the start of the start control (according to the order of combustion in the figure). Circles "1", "2", "3" ... It is a figure which shows the operation direction of the engine by each combustion with an arrow. FIG. 16 shows temporal changes in the engine speed, the crank angle, the in-cylinder pressure of the angular cylinder, and the indicated torque in the case of the first restart control mode.
[0083]
In the flowchart of FIG. 14, when starting in the first restart mode is started, the in-cylinder air amounts of the compression stroke cylinder 3C and the expansion stroke cylinder 3A are calculated based on the stop position of the piston 4 (step S151). Next, in step S153, the air amount calculated for the compression stroke cylinder 3C becomes a predetermined lean air-fuel ratio (read from a map of a predetermined characteristic M1 as a function of the stop position of the piston 4). Fuel is injected. Subsequently, with respect to the air amount calculated for the expansion stroke cylinder 3A in step S155, a predetermined air-fuel ratio (near the stoichiometric air-fuel ratio. Read from a map of a predetermined characteristic M2 as a function of the stop position of the piston 4). The fuel is injected so that Next, in step S157, after elapse of a set time considering a predetermined vaporization time, ignition is performed in the compression stroke cylinder 3C, and initial combustion is performed (in FIG. 15). "1" ). However, since ignition does not occur even when ignition is performed, that is, combustion may not be performed, it is determined whether or not the edges (the waveforms shown in FIG. 10) of the crank angle sensors 21 and 22 are detected in the next step S159. Is done. If YES, it indicates that the crankshaft 6 has started to rotate, that is, combustion has been performed. If NO, it indicates that combustion has not been performed, so the routine proceeds to step S161 and reignition is performed.
[0084]
The piston 4 of the compression stroke cylinder 3C is pushed down to the bottom dead center side by the combustion pressure by this initial combustion (portion a in FIG. 16), and the engine 1 is driven in the reverse direction. Accordingly, the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A Approaches the top dead center, the air in the cylinder 3A is compressed and the in-cylinder pressure rises (portion b in FIG. 16).
[0085]
Next, in step S163 of the flowchart, a predetermined delay time (the time until the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A sufficiently approaches the top dead center. Read from a map of a predetermined characteristic M3 as a function of the stop position of the piston 4. .) After the elapse, the expansion stroke cylinder 3A is ignited, and the fuel previously injected into the cylinder 3A is combusted (in FIG. 15). “2” ), The engine 1 is driven in the forward rotation direction by the combustion pressure (c portion in FIG. 16). In the next step S173, fuel is injected and ignited, and the second combustion (in FIG. 15). “3” ) And the engine driving force is increased by the combustion pressure (d portion in FIG. 16). The air-fuel ratio at this time is set to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio by combining the characteristic M1 and the characteristic M8 determined in advance as a function of the stop position of the piston 4 in order to prevent premature ignition. Read from a map of predetermined characteristic M9 as a function of stop position. After that, the process returns to normal combustion control.
[0086]
Next, starting in the second restart mode will be described. The second restart mode is also controlled according to the flowchart of the first restart mode. However, the point that the fuel injection to the compression stroke cylinder 3C performed in step S153 is the stoichiometric air fuel ratio or a slightly richer air fuel ratio, and the second combustion in step S173. “3” It is different from the point that is not made.
[0087]
As described above, the first restart control mode and the second restart control mode are selectively used depending on the stop position of the piston 4, whereby the engine 1 is effectively restarted. This point will be described with reference to FIG.
[0088]
FIG. 17 shows the relationship between the piston position when the engine is stopped and the required air-fuel ratio in the first combustion (for reverse rotation) of the compression stroke cylinder 3C, the air amount of the compression stroke cylinder 3C, the air amount of the expansion stroke cylinder 3A, and the generation frequency. As shown in this figure, when the engine is stopped, the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A approaches the top dead center (the piston 4 of the compression stroke cylinder 3C approaches the bottom dead center). As the air amount in the stroke cylinder 3C increases, the air amount in the expansion stroke cylinder 3A increases as the piston 4 in the expansion stroke cylinder 3A approaches the bottom dead center (the piston 4 in the compression stroke cylinder 3C approaches the top dead center). The amount of air in the compression stroke cylinder 3C is reduced.
[0089]
In the initial combustion in the compression stroke cylinder 3C, the engine is reversely rotated to a predetermined position where the piston 4 of the compression stroke cylinder 3C is slightly before the bottom dead center (the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A is slightly before the top dead center). However, if the piston 4 of the compression stroke cylinder 3C is close to the top dead center, the amount of air in the compression stroke cylinder 3C is small and the reverse rotation to the predetermined position is performed. Since the required torque is relatively large, the required air-fuel ratio becomes rich. On the other hand, if the piston 4 of the compression stroke cylinder 3C is close to the bottom dead center, the amount of air in the compression stroke cylinder 3C is large, and the predetermined position Since the torque required for reverse rotation up to is relatively small, the required air-fuel ratio becomes lean.
[0090]
In the expansion stroke cylinder 3A, since the amount of air increases as the piston 4 is closer to the bottom dead center, more fuel can be burned.
[0091]
Accordingly, when the piston position of the expansion stroke cylinder 3A is in the bottom dead center side appropriate range B when the engine is stopped, the air-fuel ratio at the time of the first combustion is made rich so as to meet the above requirement in the compression stroke cylinder 3C, and after the first combustion Since the combustion air does not remain, the second combustion in the vicinity of the compression top dead center is not performed. However, the expansion stroke cylinder 3A has a relatively large amount of air, and is compressed after the corresponding fuel is injected. Since the ignition and combustion are performed after that, relatively large torque is obtained, and the engine can be rotated until it passes the compression top dead center of the compression stroke cylinder 3C and further exceeds the compression top dead center of the next cylinder. A restart can be achieved.
[0092]
On the other hand, when the engine is stopped, when the piston position of the expansion stroke cylinder 3A is in the top dead center side appropriate range A, the expansion amount is reduced because the amount of air in the expansion stroke cylinder 3A is smaller than that in the bottom dead center side appropriate range B. Although the torque obtained by the combustion in the stroke becomes small, in the compression stroke cylinder 3C, the air-fuel ratio at the time of the first combustion is made lean in response to the above request, so that the surplus air remaining after the first combustion is used and compressed Since the second combustion near the top dead center is performed, the torque for driving in the forward direction of the engine is supplemented, and both the combustion in the expansion stroke cylinder 3A and the second combustion in the compression stroke cylinder 3C Sufficient torque is obtained to achieve restart.
[0093]
By the way, in the present embodiment, when the engine is stopped as described above, the throttle valve 17 is kept in a predetermined open state for a predetermined period after the fuel supply is stopped, and the intake air amount is increased to increase the compression stroke cylinder 3C and the expansion stroke cylinder 3A. In FIG. 17, since the resistance to movement in the direction of the top dead center of the piston 4 is increased and the intake amount of the expansion stroke cylinder 3A is increased, the expansion stroke cylinder when the engine is stopped is also shown in FIG. In most cases, the piston position at 3A is within the appropriate range C near the middle of the stroke, and is often within the appropriate range B at the bottom dead center side. Is restarted automatically.
[0094]
That is, if the piston stop position is too close to the top dead center side of the expansion stroke cylinder 3A (the bottom dead center side of the compression stroke cylinder 3C) from the appropriate range C, a sufficient amount of movement in the engine reverse rotation direction is taken. In addition, since the amount of air in the expansion stroke cylinder 3A is reduced, the torque obtained by combustion in the expansion stroke cylinder 3A is reduced, and the bottom dead center side of the expansion stroke cylinder 3A with respect to the appropriate range C ( If the compression stroke cylinder 3C is too close to the top dead center side), the amount of air in the compression stroke cylinder 3C decreases, so that sufficient torque for engine reverse rotation cannot be obtained. On the other hand, if the piston stop position is within the appropriate range C, the reverse rotation drive by the initial combustion in the compression stroke cylinder 3C is possible, and the combustion in the expansion stroke cylinder 3A is favorably performed and the combustion energy is reduced. If the piston can be sufficiently applied to the piston, and the piston stop position is in the bottom dead center side appropriate range B, a sufficiently large amount of air can be secured in the expansion stroke cylinder 3A, and the combustion energy in the expansion stroke cylinder 3A can be increased. , Startability can be improved.
[0095]
Next, a description will be given of a third restart mode that is selected when the piston position when the engine is stopped is out of the appropriate range C and in which start assist is performed from the initial stage of restart. FIG. 18 is a flowchart of the third restart mode (motor assist). After starting, the starter cancellation condition is read in step S200. In this case, when starting assistance is performed by the starter motor, the engine speed for canceling the start assist motor is read from a preset characteristic value. The characteristics are shown in FIG. As shown in this figure, the starter drive release rotational speed is set to be higher as the piston stop position of the expansion stroke cylinder 3A is closer to the bottom dead center (BDC) and lower as it approaches the top dead center (TDC). Yes.
[0096]
Returning to the flowchart, next, when a predetermined restart condition is satisfied (YES in step S201), the starter motor 28 starts to be driven in step S202. In the next step S203, the air amounts of the compression stroke cylinder 3C and the expansion stroke cylinder 3A are calculated based on the stop position of the piston 4, and in step S204, the air-fuel ratios of the compression stroke cylinder 3C and the expansion stroke cylinder 3A are close to the theoretical air-fuel ratio. The fuel is injected so that In step S205, after the time set in consideration of the fuel vaporization time has elapsed after the fuel injection of the expansion stroke cylinder 3A, the cylinder is ignited. Therefore, the engine 1 starts to rotate in the forward direction from the beginning.
[0097]
Next, when the predetermined crank angle is reached in step S206, the compression stroke cylinder 3C is ignited and burned. Thereafter, in step S207, the other cylinders are sequentially burned by fuel injection and ignition. In the next step S208, it is determined whether or not the engine speed has exceeded the starter drive release rotational speed read in step S200. If YES, the process proceeds to step S209 to stop the starter motor 28 and return. To do.
[0098]
The first to third restart modes have been described above. However, if the correction ranges A2 and B2 are not provided and A = A1 and B = B1, the throttle valve 17 is controlled when the engine is stopped as described above. The piston 4 of the compression stroke cylinder 3C stops in the basic ranges A1 and B1 in many cases (for example, about 90%, depending on engine characteristics), and the first or second restart mode is selected. Moreover, although it is a small frequency, it may deviate slightly from the basic ranges A1 and B1, and the third restart mode may be selected. At this time, start assist by the starter motor 28 is provided, but since idling stop is performed many times during traveling, the use frequency of the starter motor 28 is greatly increased as a whole even if it is infrequent, and the life is unavoidable. .
[0099]
However, if the correction ranges A2 and B2 are provided in accordance with the high startability as in the present embodiment, the first range is obtained when the correction ranges A2 and B2 slightly deviate from the basic ranges A1 and A2. Alternatively, since the second restart mode is selected, the frequency with which the third restart mode is selected can be greatly reduced. That is, by reducing the number of times the starter motor 28 is operated as a whole, it is possible to prevent a decrease in the life. In the test by the inventor of the present application, the correction ranges A2 and B2 can be set to about 7 to 8 ° CA at maximum (however, depending on the characteristics of the engine), in which case the probability that the piston 4 stops within the appropriate range C Was almost 100%.
[0100]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0101]
Since the configuration of each part of the apparatus of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the description of the overlapping parts will be omitted. The second embodiment is completely the same as the first embodiment when the startability is relatively low (when A = A1, B = B1 in the first embodiment). However, the fourth restart mode is different from the fourth restart mode in that it has a fourth restart mode and the startability is high.
[0102]
In the fourth restart mode, the engine is not reversed due to the initial combustion in the compression stroke cylinder 3C, the start assist by the starter motor 28 is not performed (except for the backup when a start failure occurs), and the expansion stroke cylinder 3A is not operated. Is started by combustion in the next compression stroke cylinder 3C. Since the compression in the expansion stroke cylinder 3A is not performed by reversing the engine once, it is required to have a higher startability than in the first and second restart modes.
[0103]
FIG. 20 is an explanatory diagram illustrating setting of a range for selecting a restart control mode according to the piston stop position in this embodiment (when the engine is in a high startability state). The appropriate range C (hereinafter referred to as the first appropriate range C to be distinguished from the second appropriate range D described later) is set in the vicinity of the top dead center and the bottom dead center, and in particular, the second appropriate range close to the middle. It consists of a range D, and an upper dead center side appropriate range A and a lower dead center side appropriate range B outside thereof. The second appropriate range D is based on a predetermined upper dead center side appropriate range A and lower dead center side appropriate range B (which correspond to the basic ranges A1 and B1 of the first embodiment). It is set in a range corresponding to the high startability so as to be superimposed on top (prior to A and B). The range may be increased or decreased according to the piston sliding resistance 38b or the in-cylinder air density 39b in accordance with the characteristics shown in FIGS. 6 and 8, and may be switched on / off at a predetermined boundary point. May be.
[0104]
At the time of restart, when the stop position of the piston 4 of the expansion stroke cylinder 3A is in the top dead center side appropriate range A, the first restart mode is set. When the stop position is in the bottom dead center side appropriate range B, the second restart mode is set. However, when it is outside the first appropriate range C, the third restart mode is selected, and when it is within the second appropriate range D, the fourth restart mode is selected.
[0105]
FIG. 21 is a flowchart for selecting the restart mode. Steps S106 and S110 are added in accordance with the first embodiment shown in FIG. That is, the stop position of the piston 4 is classified by steps S103, S105, and S106. When the piston 4 is in the second appropriate range D, the routine proceeds to step S110 to perform forward rotation start in the fourth restart mode. Yes.
[0106]
For the control in the fourth restart mode, the flowchart is omitted, but the starter motor 28 may not be driven in the control in the third start mode shown in FIG. The start in the fourth restart mode can eliminate the time loss caused by once reversing the engine, so that the quick start can be improved.
[0107]
Although the embodiment of the present invention has been described above, the specific configuration of the apparatus of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the claims.
[0108]
For example, in the first and second restart modes in the first embodiment, the engine is normally rotated from the beginning without being reversed once according to the characteristics of the engine (particularly in the case of an engine having a high startability) (in the second embodiment). The control corresponding to the fourth start mode may be performed).
[0109]
In the second embodiment, it is not always necessary to provide the top dead center side appropriate range A and the bottom dead center side appropriate range B outside the second suitability range D, and when the second proper range D is the maximum. The upper dead center side appropriate range A and the lower dead center side appropriate range B may be included. The second appropriate range D does not necessarily need to be set inside the first appropriate range C, and a part or all of the second appropriate range D may be set outside the first appropriate range C according to engine characteristics. .
[0110]
The first embodiment and the second embodiment may be combined. That is, when the engine stop period is short and the startability is high, the second proper range D may be set while the top dead center side proper range A and the bottom dead center side proper range B are expanded. good. By doing so, it is possible to independently obtain the life of the starter motor 28 and quick start-up.
[0111]
In the above-described embodiment, the fuel injection to the expansion stroke cylinder 3A immediately after restart may be set substantially later or slower than the injection to the compression stroke cylinder 3C. For example, in the flowchart shown in FIG. 14, step S155 may be performed simultaneously with step S153, or conversely, may be performed immediately before step S163. The step close to step S153 is suitable for uniform combustion because the vaporization time in the expansion stroke cylinder 3A can be lengthened, and the step close to step S163 is suitable for stratified combustion because fuel tends to be unevenly distributed during ignition.
[0112]
【The invention's effect】
As described above, according to the engine starting device of the present invention, when the engine in operation is stopped and then the engine is restarted, fuel is supplied to the cylinder substantially in the expansion stroke when the engine is stopped, and ignition is performed. In the engine starting device for starting the engine by burning, Provided with a stop time measuring means for measuring the stop time from when the engine automatically stops until restart is started, When the piston position when the engine is stopped is within a predetermined appropriate range suitable for starting, the engine is started by torque generated by combustion of the engine, and when it is outside the appropriate range, the starter motor is further driven from the initial start to start the engine. While assisting, By the stop time measuring means The engine stop time When the amount of oil remaining on the cylinder wall surface of the engine is large and the amount of decrease in the in-cylinder air density is small, within a few seconds or less Since the appropriate range is expanded, the frequency of the starter motor can be reduced and the life of the starter motor can be prevented from being reduced while assisting the starter motor when necessary.
[0113]
Further, when stopping the engine during operation and then restarting the engine, if the piston position during engine stop is within a predetermined first appropriate range suitable for starting, the compression stroke is substantially reduced when the engine is stopped. Fuel is supplied to a cylinder, ignited and burned, and the piston of any cylinder is once rotated in the reverse direction within a range not exceeding the top dead center, and then the cylinder is substantially in the expansion stroke when the engine is stopped. In an engine starter that supplies fuel to, ignites and burns and starts the engine by rotating it in the forward direction, when the engine stop period is short, Specifically, when the amount of oil remaining on the cylinder wall surface is large and the amount of decrease in the cylinder air density is small, it is an extremely short time within about a few seconds. Is provided with a second appropriate range suitable for starting, and when the piston position when the engine is stopped is within the second appropriate range, the rotation in the reverse direction is not performed and the above-mentioned normal range is Since start-up is performed by rotation in the rolling direction, the speed of start-up can be increased as much as possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an engine provided with a starting device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of the engine.
FIG. 3 is a schematic control block diagram of the engine.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing setting of a range for selecting a restart control mode according to a piston position when the engine is stopped in the first embodiment.
FIG. 5 is an estimation method block diagram in piston sliding resistance estimation means in the control block diagram.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the piston sliding resistance of the engine and the correction range.
FIG. 7 is an estimation method block diagram in the cylinder air density estimation means of the control block diagram.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the in-cylinder air density of the engine and the correction range.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing changes in engine speed, throttle opening, intake pipe negative pressure, and cycles of each cylinder when the engine is stopped.
FIGS. 10A and 10B show crank angle signals from two crank angle sensors, where FIG. 10A is a signal at the time of normal engine rotation, and FIG. 10B is a signal at the time of engine reverse rotation.
FIG. 11 is a flowchart showing a process for detecting a piston position when the engine is stopped.
FIG. 12 is a flowchart showing a control flow when the engine is stopped.
FIG. 13 is a flowchart showing a control flow when the engine is restarted according to the first embodiment.
FIG. 14 is a flowchart showing a first restart mode subroutine in the flowchart shown in FIG. 13;
FIG. 15 is an explanatory diagram showing the cycle and combustion operation of each cylinder when the engine is restarted.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing changes in engine speed, crank angle, in-cylinder pressure of each cylinder, and indicated torque when the engine is restarted.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing the relationship between the piston position when the engine is stopped and the required air-fuel ratio of the compression stroke cylinder, the air amount of the compression stroke cylinder, the air amount of the expansion stroke cylinder, and the generation frequency.
FIG. 18 is a flowchart showing a third restart mode subroutine in the flowchart shown in FIG. 13;
FIG. 19 is a graph showing the relationship between the piston stop position of the expansion stroke cylinder and starter drive release rotation speed when starting assist is performed in the engine.
FIG. 20 is an explanatory diagram showing setting of a range for restart control mode selection according to the piston position when the engine is stopped in the second embodiment.
FIG. 21 is a flowchart showing a control flow when the engine is restarted according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 engine
3 cylinders
3A No. 1 cylinder, expansion stroke cylinder (cylinder substantially in expansion stroke)
3C No. 3 cylinder, compression stroke cylinder (cylinder in the compression stroke substantially)
4 Piston
7 Spark plug
8 Fuel injection valve
17 Throttle valve
18 Throttle valve actuator
28 Starter motor
30 ECU
31 Throttle valve control means
39 Stop time measuring means
A Top dead center side appropriate range
B Bottom dead center side appropriate range
C proper range, first proper range
D Second appropriate range

Claims (6)

運転中のエンジンを停止させ、その後エンジンを再始動させる際、エンジン停止時に実質的に膨張行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行ってエンジンを始動させるエンジンの始動装置において、
エンジンが自動停止してから再始動を開始するまでの停止時間を計測する停止時間計測手段を備え、
エンジン停止中のピストン位置が、始動に適した所定の適正範囲内にあるときにはエンジンの燃焼によって発生するトルクによって始動させ、上記適正範囲外にあるときには更に始動初期からスタータモータを駆動して始動をアシストするとともに、
上記停止時間計測手段によるエンジンの停止時間が、該エンジンのシリンダ壁面のオイル残存量が多く、筒内空気密度の低下量が少ない数秒程度以内の極短時間であるときには上記適正範囲を拡大する
ことを特徴とするエンジンの始動装置。
In an engine starting device for stopping an engine in operation and then restarting the engine, fuel is supplied to a cylinder substantially in an expansion stroke when the engine is stopped, and ignition and combustion are performed to start the engine. ,
Provided with a stop time measuring means for measuring the stop time from when the engine automatically stops until restart is started,
When the piston position when the engine is stopped is within a predetermined appropriate range suitable for starting, the engine is started by torque generated by combustion of the engine, and when it is outside the appropriate range, the starter motor is further driven from the initial start to start the engine. While assisting,
When the engine stop time by the stop time measuring means is an extremely short time within a few seconds where the amount of oil remaining on the cylinder wall surface of the engine is large and the amount of decrease in the cylinder air density is small, the appropriate range is expanded. An engine starter characterized by:
上記停止時間計測手段によるエンジンの停止時間上記極短時間以内である場合において、その停止時間が短いほど上記適正範囲の拡大量を増大させることを特徴とする請求項1記載のエンジンの始動装置。 2. The engine starter according to claim 1 , wherein when the stop time of the engine by the stop time measuring means is within the extremely short time, the amount of expansion of the appropriate range is increased as the stop time is shorter. . 上記停止時間計測手段によるエンジンの停止時間上記極短時間以内であるときには、それより長い場合に対して、上記適正範囲を所定量拡大することを特徴とする請求項1記載のエンジンの始動装置。 2. The engine starting device according to claim 1, wherein when the engine stop time by the stop time measuring means is within the extremely short time , the appropriate range is expanded by a predetermined amount with respect to a longer time. . 運転中のエンジンを停止させ、その後エンジンを再始動させる際、エンジン停止中のピストン位置が、始動に適した所定の第1適正範囲内にあるときには、エンジン停止時に実質的に圧縮行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行って、どの気筒のピストンも上死点を超えない範囲で一旦逆転方向に回転させ、その後、エンジン停止時に実質的に膨張行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行ってエンジンを正転方向に回転させて始動するエンジンの始動装置において、
エンジンが自動停止してから再始動を開始するまでの停止時間を計測する停止時間計測手段を備え、
上記停止時間計測手段によるエンジンの停止時間が、該エンジンのシリンダ壁面のオイル残存量が多く、筒内空気密度の低下量が少ない数秒程度以内の極短時間であるときには、始動に適した第2適正範囲が設けられ、そのときのエンジン停止中のピストン位置が上記第2適正範囲内にある場合に、上記逆転方向の回転を行わず、始動初期から上記正転方向の回転による始動を行う
ことを特徴とするエンジンの始動装置。
When stopping the engine and then restarting the engine, if the piston position when the engine is stopped is within a predetermined first appropriate range suitable for starting, the cylinder is substantially in the compression stroke when the engine is stopped Fuel is supplied to the cylinder, ignited and burned, and the piston of any cylinder is once rotated in the reverse direction within the range not exceeding the top dead center, and then the cylinder substantially in the expansion stroke when the engine is stopped. In an engine starter that supplies fuel, ignites and burns and starts the engine by rotating it in the forward direction,
Provided with a stop time measuring means for measuring the stop time from when the engine automatically stops until restart is started,
It is suitable for starting when the engine stop time by the stop time measuring means is an extremely short time of about several seconds within which the oil remaining amount on the cylinder wall surface of the engine is large and the amount of decrease in the cylinder air density is small . When the second proper range is provided and the piston position when the engine is stopped is within the second proper range, the rotation in the reverse direction is not performed and the start by the rotation in the normal direction from the start is started. An engine starter characterized in that:
上記停止時間計測手段によるエンジンの停止時間上記極短時間以内である場合において、その停止時間が短いほど上記第2適正範囲を増大させることを特徴とする請求項4記載のエンジンの始動装置。5. The engine starter according to claim 4 , wherein when the engine stop time by the stop time measuring means is within the extremely short time, the second appropriate range is increased as the stop time is shorter. 運転中のエンジンを停止させる際、その停止動作中の所定期間、スロットル開度を増大させることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のエンジンの始動装置。  The engine starter according to any one of claims 1 to 5, wherein when the engine being operated is stopped, the throttle opening is increased for a predetermined period during the stop operation.
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