JP4122268B2 - エンジンの自動始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの自動始動装置に属し、エンジンの各種部分の状態に見合った始動前準備を行い、特にエンジン冷機時の排気低減や、規則的なエンジン始動を実現する、エンジンの自動始動装置に関する。

一般的なエンジンの始動装置は、運転者がエンジン始動用のキーをスタート位置に捻る、あるいはスタートスイッチを別途押すなどの操作を起点にしてエンジンスタータモータを起動し、エンジンを自立回転可能な状態、即ちエンジンを始動するものである。

ところで、エンジン本体や排気管、触媒装置が冷機状態でのエンジン始動時には、主に触媒装置が非活性であることを要因として多量の有毒ガス成分が排出されてしまう。また、始動時のエンジンには様々な環境条件が想定され、例えばエンジン本体としては冷却水温、潤滑油温、燃料圧力など、その他には外気温度、気圧、燃料性状などの条件の違いにより始動状態／時間に差異が生じる。具体的には、エンジン始動時間や始動時エンジン回転数挙動などが不規則になる。

前記従来例のエンジン始動装置では、前記のようなエンジン始動時間や始動時エンジン回転数挙動などが不規則になるといった問題があり、特に自動車などに用いられる場合には、自動車ごとに始動特性が異なり、その商品性を低下させている。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、エンジンの始動時排気低減を図り、また規則的なエンジンの始動状態／時間を実現可能な装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明のエンジンの自動始動装置は、エンジンに備わる各種部分（デバイス）の各種状態をエンジン始動時に求められる最適な状態にウォームアップする、エンジン各部に設置された電熱ヒータや燃料ポンプなどのウォームアップ機能部を備え、スタータモータを制御してエンジンを始動する自動始動装置であって、基本的には、運転者からの始動要求により、エンジンの各種状態を示す信号、例えば冷却水温、潤滑油温、触媒温、燃料温、燃料圧、バッテリ電圧、クランク角度、カム角度、スタータスイッチなどを検出する、エンジン状態検出部と、ウォームアップ機能部により各種状態に基づいてウォームアップするまでの準備（以下ウォームアップ）に要する時間を予測して演算する、ウォームアップ準備時間演算部と、ウォームアップ準備時間演算結果に基づいてウォームアップ機能部を制御実施するウォームアップ制御実施部と、前記準備時間終了後に、即ち、前記ウォームアップ準備時間演算部の演算結果がゼロとなった後、スタータモータを起動してエンジンを始動する、エンジン始動制御部とを備えたことを特徴としている。

すなわち、前記ウォームアップ準備時間演算結果に基づいて、エンジンに備わる各種デバイスのウォームアップを行い、ウォームアップ制御実施部によりウォームアップが完了した後、スタータモータでエンジンを始動する。

さらに、前記エンジンの自動始動装置は、前記ウォームアップ準備時間演算結果に基づいて、運転者にエンジン始動までの所要時間（準備時間）を知らせて準備中であることを示す、準備中インジケータ機能部とを備えることを特徴としている。準備時間が終了した時点で、確認音を発する機能を備えていると好ましい。

前記エンジンの自動始動装置は、前記エンジン状態検出部で検出された検出値のうち、バッテリ電圧条件によりウォームアップ準備時間演算部の演算を中止する演算中止機能を備えていると好ましく、バッテリ電圧が所定値より低いときには、ウォームアップ準備時間を演算しないように構成する。

前記エンジンの自動始動装置は、前記エンジン状態検出部で検出された検出値のうち、前記ウォームアップ機能部の故障診断機能を備えていることが好ましい。ウォームアップ機能部に故障がある場合は、ウォームアップ機能部を制御しないようにする。

前記エンジンの自動始動装置は、前記バッテリ電圧条件、前記始動要求条件、前記故障診断機能条件の少なくとも１つの条件により、前記ウォームアップ準備時間演算部が停止した異常終了時に、前記ウォームアップ機能部を使用せずに直接的に前記スタータモータを起動させてエンジンを始動すると好適である。この構成によれば、始動要求操作を継続することで、スタータモータを直接起動でき、エンジンを始動できる。

以上の説明から理解されるように、本発明によるエンジンの自動始動装置は、特にエンジンの始動方法に関し、運転者からの直接的（スイッチ入力）、または間接的（リモート入力）等のエンジン始動要求を受けた後、エンジンの各種部分のウォームアップを実施し、該ウォームアップ完了後にエンジンを始動するので、特にエンジンや触媒が冷機状態における従来の始動方法に比べ、本発明による前記エンジンや触媒装置がウォームアップされた状態から始動するので、始動時の燃料供給量を低減し、かつ触媒装置が排気浄化可能な状態なので、相乗して始動時の排気を大幅に低減させることができる。

また、前記エンジン始動時は、確実に気筒判別が完了した後、または前記高出力モータによりあらかじめ始動後目標回転数までエンジン回転数を引き上げた後、シーケンシャル（気筒別）燃料供給方式により各気筒に最適な燃料を供給し、エンジンの始動を実施するので、常にエンジンの始動状態／時間を規則的な状態とすることができる。

以下、図面により本発明におけるエンジンの自動始動装置の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態のエンジンの自動始動装置を備えたエンジンシステムの全体構成を示したものである。

図１において、エンジン１には、吸気通路（吸気管）２と排気通路（排気管）３とが接続されており、前記吸気通路２には、エンジン１への吸入空気を濾過するエアクリーナ４、同エンジン１への吸入空気量を調整する電子制御式モータ駆動式スロットル弁（スロットル弁）６、該スロットル弁６の開度を検出するスロットルセンサ７、前記スロットル弁６の下流の吸気管内圧力を検出する圧力センサ８、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ５、および、エンジン１に燃料を供給する燃料噴射弁９が設置されている。なお、前記スロットル弁６は、機械式ワイヤ駆動式スロットル弁でもよく、この場合、前記スロットル弁６の上流と下流を連結するバイパス通路と、該バイパス上に設置され該バイパス通路の開口面積を調整するＩＳＣバルブを備えるのが一般的である。また、前記圧力センサ８に代わり、吸入空気量を直接計量するエアマスセンサ方式とすることも可能であり、圧力センサとエアマスセンサの両方を用いる方式とすることも可能である。

前記エンジン１には、カム角度を検出するカム角センサ１３、クランク角度を検出するクランク角センサ１４、エンジン冷却水温（以下水温）を検出する水温センサ１２、エンジン潤滑油温度（以下油温）を検出する油温センサ２４、通電電流を遮断するイグナイタと高電圧を発生する点火コイル１０、および、気筒内の混合気に火花を発生する点火プラグ１１が配置されている。なお、前記点火コイル１０は、複数の気筒を備えるエンジンの場合において、気筒毎に点火コイルと配電時間を制御するトランジスタを備えた直接配電式としてもよい。

前記排気通路３には、排気ガスの酸素濃度を検出するＯ_２センサ１５（或いは排気ガスの空燃比を直接測定する空燃比センサ１５、或いはその組み合わせ）、エンジン１から排出される排気ガスを浄化・還元する触媒装置１６（以下触媒）、排気騒音を低減するサイレンサー１７が設置されている。

また、前記エンジン１には、該エンジン１を制御するエンジン制御装置１８（以下ＥＣＵ）が接続され、前記各種センサの検出信号や、エンジンキーの挿入状態や、シリンダ位置を検出するキーシリンダースイッチ２０、運転者のエンジン始動要求を検出するスタータスイッチ２１などの信号を入力し、かつ、制御信号を前記燃料噴射弁９等の装置に出力して、該装置を制御するとともに、バッテリ１９から電源を受給している。

なお、エンジン１には、始動時にエンジン起動に用いられるスタータモータ２３、および該スタータモータ２３の動力をエンジン１に伝達するフライホイール２２が設置されている。

吸気通路２より導入された空気は、スロットル弁６により調整された流量が、前記エンジン１の気筒に供給される。また、吸気通路２に設置された、圧力センサ８、吸気温度センサ５、クランク角センサ１４からの情報により、ＥＣＵ１８内で最適値が計算され、その結果に基づいて燃料噴射弁９より燃料が供給される。該燃料は前記空気と合わさり、混合気としてエンジン１の気筒内に供給される。

該混合気は、クランク角センサ１４からの情報によりＥＣＵ１８内で最適値が計算され、その結果に基づいて点火コイル１０に点火信号が出力され、該点火信号はエンジン１に備わる複数気筒毎に分配され、点火プラグ１１で点火される。

エンジン１の気筒内で燃焼した混合気は、排気通路３より排気ガスとなって排出されるとともに、この時、Ｏ_２センサ１５（或いは空燃比センサ１５、或いはその組み合わせ）により検出された排気ガス中の酸素量の結果などに基づいてＥＣＵ１８では燃料噴射量の補正制御が行われる。

なお、本実施形態のエンジンの自動始動装置におけるエンジン１には、エンジン冷却水やエンジン潤滑油、及び燃料噴射弁９に燃料を搬送する燃料パイプ、またはこれに準ずる燃料タンクから燃料噴射弁９に至る搬送経路上において燃料を昇温するウォームアップ機能を備えている。また、吸気管２や排気管３、触媒装置１６を昇温するウォームアップ機能を備えている。本実施形態の該ウォームアップ機能はバッテリ１９の電力を利用して発熱する電熱ヒータの一例を用いて説明するが、これに限定するものではなく、前記昇温の対象となる部位を昇温する機能を備えた方式、あるいは装置であれば良い。また、前記燃料パイプ等の燃料搬送通路、または燃料タンクにおいて該燃料を昇温するウォームアップ機能を備えている。さらに、前記燃料搬送通路、または燃料タンクにおいて該燃料の圧力（燃圧）を昇圧するウォームアップ機能を備えている。

図２は、前記エンジンの自動始動装置の一実施形態をブロック構成図として示したものである。本図は、前記ＥＣＵ１８内に格納されるプログラムの一部を含んだ構成で以下に説明する。

図２に示すエンジンの自動始動装置３０は、エンジン状態検出部３３、ウォームアップ準備時間演算部３４、準備中インジケータ機能部３５、ウォームアップ制御実施部３６、ウォームアップ機能部３７、エンジン始動制御部３８により構成する。なお、前記エンジン１に設置された各種センサ、スイッチなどの入力を、各種信号入力３２とし、また前記ＥＣＵ１８から前記エンジン１に設置された各種デバイスへの出力を、各種信号出力３９とする。また、図２の破線部３１は制御部を示し、前記ＥＣＵ１８内に格納されるプログラムの一部として以下を説明する。

前記エンジン状態検出部３３は、前記図１で説明したエンジンの状態を検出する各種センサの出力信号、即ち図２の各種信号入力３２の値を取り込み、後述の各種演算処理に用いる。より具体的には、前記水温センサ１２、油温センサ２４、クランク角センサ１４、カム角センサ１３、スタータスイッチ２１などの検出値の検出信号を前記各種信号入力３２として前記ＥＣＵ１８に入力し、前記エンジン状態検出部３３にてデジタル信号に変換して、前記エンジンの自動始動装置３０における各種演算に用いる。

次に、前記ウォームアップ準備時間演算部３４は、前記エンジン状態検出部３３にて得られたエンジン始動時における様々なエンジンの状態や環境条件などの情報より、後述するウォームアップ制御に必要な所要時間を演算、予測するものである。

前記ウォームアップ準備時間の演算開始条件としては、バッテリ電圧≧所定値であれば演算開始条件成立とする。前述のように本実施形態のエンジンの自動始動装置ではエンジン各所に電熱ヒータを設置し、エンジン冷却水、エンジン潤滑油、触媒などを昇温する、また、燃料ポンプにより燃圧を昇圧するので、バッテリ電圧が各電熱ヒータや燃料ポンプなどに電力を供給するに足らない場合、例えば電圧が低下していて前記スタータモータ２３の起動用電力が不足すると考えられる最低電圧を前記バッテリ電圧≧所定値に設定し、最低限前記スタータモータ２３によりエンジンの始動が可能な状態を確保しつつ、ウォームアップ制御を中止可能（演算開始条件不成立）な構成として、本発明のエンジンの自動始動装置を搭載した車輛等のフェールセーフ機能を持たせておく。加えて、前記バッテリ電圧条件によって前記ウォームアップ制御が中止された場合は、前記バッテリ１９の劣化や故障が推測されるので、別途状況を運転者に知らせる手段（自己診断機能、故障表示機能などの既知技術）を備えていることが望ましい。なお、前記各電熱ヒータや燃料ポンプなどの前記エンジンのウォームアップ時に制御する対象部位を、本実施形態においてはウォームアップ機能部３７として説明する。

前記ウォームアップ準備時間の演算開始条件としては、前記バッテリ電圧条件によるウォームアップ制御の中止に加え、運転者の操作による前記ウォームアップ制御不成立条件を設ける。例えば、前記スタータスイッチ２１の操作状態を検出し、スタータスイッチ２１のＯＮ入力時間≧所定値などの条件、即ちスタータスイッチが連続して所定時間以上入力された時などの条件が成立した場合は、運転者の要求により即時にエンジンを始動するモードが選択されたとして、ウォームアップ制御を中止可能（演算開始条件不成立）な構成とし、緊急を要する事態に備えておく。

前記演算開始条件成立後、前記エンジン状態検出部３３より受け取った各種センサの検出信号を用いて、後述するウォームアップ制御実施部３６において目標とされる値（以下目標値）、例えば前記触媒１６の温度が所定温度以上となることを目標とし、また、水温や油温が所定温度以上となることを目標とし、該目標に達するまでの準備時間を演算する。

前記目標値の具体的なパラメータとしては、水温≧所定値としてエンジン始動後に水温上昇に奪われるエンジンの熱損失を考慮してエンジン暖機水温近傍に該水温の目標値を設定することが望ましく、また、油温≧所定値として前記水温同様の理由から該油温の目標値を設定することが望ましく、また、触媒温≧所定値として触媒が排気浄化性能を発揮可能な、或いは触媒の活性温度近傍に該触媒温の目標値を設定する。

前記各種パラメータの目標値に達する準備時間の演算方法は、前記エンジン状態検出部３３より受けたバッテリ電圧と、同じく各種目標の対象となるパラメータの現在値（ウォームアップ制御開始時初期値）より一義的に決めることが可能であり、該準備時間をあらかじめ前記ＥＣＵ１８内に記憶させておき、検索結果を導き出す。例えば、前記電熱ヒータの発熱特性は、電熱ヒータの容量と、バッテリ電圧により決められる。一方、昇温対象となるパラメータが目標値に到達する時間は、ウォームアップ制御開始時の前記昇温対象温度と、前記エンジン１の環境条件により変化する。具体的には、バッテリ電圧＝１２ｖ、水温のウォームアップ目標値＝８０℃とした場合、ウォームアップ制御開始時初期値が水温＝４０℃、外気温＝２５℃の場合、水温が目標値に到達するまでの所要時間を実機で測定した結果、約１分だとすると、前記ウォームアップ準備時間演算部３４の水温に対する演算結果は１分となる。ただし、前記ウォームアップ機能部３７の対象とするパラメータは多種に及んでおり、また、エンジンの状態によっては該各種パラメータの初期値が各々異なることが考えられるので、ウォームアップ制御対象としたパラメータ毎の準備時間を前記ウォームアップ準備時間演算部３４の最終演算結果として出力する。

また、前記ウォームアップ準備時間演算部３４における準備時間の演算結果は、該準備時間がゼロとなるまで常時更新して値を出力する。具体的には、前述のように、一度準備時間が演算された後は、前記エンジン状態検出部３３の検出結果（＝実温度）に基づいて昇温対象の温度を更新し、該温度に応じて前記目標値到達までの準備時間を更新、値を出力する。

次に、前記準備中インジケータ機能部３５は、前記ウォームアップ準備時間演算部３４の演算結果に基づいて、運転者に対するウォームアップ制御の所要時間を提示する、即ちエンジン始動までに要する時間を知らせる準備時間表示機能を備えている。例えば、前記ウォームアップ準備時間演算部３４の演算結果を数値やグラフ形式、または複数個のインジケータランプなどを用いて、車輛のメータパネル内やその他ディスプレイ等に表示する機能を満たす構成とする。また、後述するウォームアップ制御実施部３６においてウォームアップ制御が実行されている間も、前記ウォームアップ準備時間演算部３４の演算結果に応じて、該準備中インジケータ機能部３５の表示内容を更新する。該準備中インジケータ機能部３５により、運転者が前記エンジン１の始動要求を実施してから、実際に該エンジン１が始動するまでの実時間を知ることができ、従来の即時始動システムとの相違による違和感を払拭することが可能となる。

次に、前記ウォームアップ制御実施部３６は、前記ウォームアップ準備時間演算部３４の演算結果を受けて、前記ウォームアップ対象となる前記ウォームアップ機能部３７を制御する。前記ウォームアップ準備時間演算部３４から受けたウォームアップ準備時間の演算結果がゼロでなければ、前記ウォームアップ機能部３７（電熱ヒータ、燃料ポンプなど）に通電を開始し、前記ウォームアップ準備時間演算部３４から入力された各準備時間がすべてゼロとなるまで制御を継続する。

ただし、前記ウォームアップ準備時間演算部３４にて説明したウォームアップ制御許可条件同様に、バッテリ電圧≧所定値が満足しない場合、即ち前記ウォームアップ制御実行中に前記ウォームアップ機能部３７（電熱ヒータ、燃料ポンプなど）へ電力を供給するバッテリ電圧が不足となり、各ウォームアップ対象への制御が不可能と考えられる場合、あるいは前述の運転者の即時エンジン始動要求によりスタータスイッチ２１のＯＮ入力時間≧所定値成立などの場合には、即時に前記ウォームアップ制御を中止し、スタータモータ２３によりエンジンを始動する構成とする。

次に、前記エンジン始動制御部３８は、前記ウォームアップ準備時間演算部３４における前記ウォームアップ対象の、前記各ウォームアップ準備時間演算結果が全てゼロとなり、かつ前記ウォームアップ制御実施部３６におけるウォームアップ制御が終了した後、前記スタータモータ２３によりエンジン１を始動させる。

より具体的には、スタータモータ２３によりエンジン１のクランキングを開始し、クランク角センサ１４、あるいはカム角センサ１３との組み合わせによりエンジンの気筒判定、即ち複数の気筒を有するエンジンの場合、各気筒の行程を正確に検出した状態が整った時点で、該各気筒の行程に応じた最適な燃料量、および点火の供給を実行し、確実なエンジン始動を実行することにより、始動時の回転挙動／時間が規則的となり、前記エンジン１のクランキングが開始されてから該エンジン１が自立回転可能となるまでの回転上昇傾向や所要時間が常に一定となり、その結果エンジンの始動性が良い／悪いといった客観的な判断による商品性の低下を抑制可能となる。

ところでエンジン始動時において、特にエンジンが冷機状態の場合、吸気管２の温度が低いために、前記燃料噴射弁９より噴射された燃料が前記吸気管２内壁に付着し、前記エンジン１が必要とする燃料量が不足する。また、前記吸気管２内壁に付着した燃料は、壁流燃料となって前記エンジン１に流入する。従来のエンジン始動方法は、該不足燃料量を一次的に補填する目的で始動時燃料噴射量を増加させたり、また、始動時間を短縮する目的でエンジンの気筒判別が充分に行われていないエンジンクランキング初期の状況で、複数の気筒に対して燃料供給を行う手法が取られており、必然的に前記補填のために過剰に供給され、かつ複数の気筒に無差別的に供給された燃料は、気筒内で燃料が燃焼されずに排気管３へ未燃焼ガスとして排出される傾向にあったり、また前記壁流燃料が遅れて前記エンジン１に流入して燃料量過剰となったりする傾向にあり、特にエンジン冷機始動時の排気悪化が避けられない。そこで、前記本実施形態の始動方法を用いることにより、該従来のエンジン始動方法において行われる過剰な燃料供給や、該燃料の吹き抜けにより生じる多量の未燃焼ガスが、始動時に排出される問題を解決できる。

図３および図４は、本発明におけるエンジンの自動始動装置の動作フローチャート図である。ステップＳ１は、スタータスイッチ２１による始動要求条件の判定を行う。すなわち、本実施形態のエンジンの自動始動装置を起動中は、後述するエンジンのウォームアップに要する所定の時間が必要となり、特にエンジン冷機状態からの始動時にはウォームアップに要する時間が長くなる傾向にあるので、運転者のエンジン始動要求から実際にエンジンが始動するまでに大幅な遅延が生じるが、本発明の装置が搭載された車輌またはこれに準ずる機器においては、緊急時にエンジンの即時始動を必要とする状況も考えられるため、前記車輛の運転者からエンジンの即時始動要求を受け付けた場合は、前記図４ｂのＣへ進み、エンジンを従来方法によって即時に始動する構成とする。より具体的には、前記エンジンの自動始動装置の起動を検出する、前記スタータスイッチ２１の信号入力値がＯＮ≧所定時間Ｔ、すなわちＯＮ＜ＴでＮｏとなった場合に、エンジンの即時始動要求と判定して前記図４ｂのＣへ進む。

ステップＳ２は、前記エンジンの自動始動装置３０が実行可能か否かを判定する。本実施形態のエンジンの自動始動装置が備えられた車輛において、エンジン１を自動始動制御するにあたり、致命的な故障や障害が発生していないことを、この自動始動装置３０の起動の前提条件とする。

前記キーシリンダースイッチ２０およびスタータスイッチ２１にて、またはリモート式エンジンスタータなどの外部機器により、運転者からのエンジン始動要求を前記ＥＣＵ１８にて検出した後、ステップＳ２にて、エンジンに何らかの故障が生じていないか、また、始動に際して問題となる条件がクリアされているか、例えばギア位置はニュートラルか、などの基本となる条件の成否を判定し、前記エンジンの自動始動装置の実行条件が全て成立して前記エンジンの自動始動装置３０を起動可能と判定された場合は、ステップＳ３へ、何らかの起動条件不成立（異常、故障など）により起動不可能と判定された場合は、図４ｂのＣへ進む。

図４ｂのＣは、前記エンジンの自動始動装置３０が起動不可能と判定された場合、後述する一連の制御を実行せず、従来の一般的な始動方法にてエンジンを始動する方法である。ステップＳ２１ではスタータモータ２３を起動し、エンジン１を回転する。次にステップＳ２２では従来の始動方法に応じて燃料及び点火を供給してエンジン１を始動する。なお、前記従来の始動方法とは、既知技術において様々な手法が提案されているが、いずれかの一例に限定するものではなく、本発明のエンジンの自動始動装置３０を組み込む場合に、既存の始動方法をそのまま流用可能とした考えとする。

ステップＳ３は、図２のエンジン状態検出部３３の説明で述べたように、前記エンジン１に備わる各種部分（デバイス）のセンサの出力信号を前記ＥＣＵ１８内に値を取り込む。該各種入力値は、本実施形態のエンジンの自動始動装置３０における各制御内容に用いる。該入力値は、水温、油温、吸気温、燃料圧、クランク角度、カム角度、スタータスイッチなどを指す。

ステップＳ４は、図２のウォームアップ準備時間演算部３４の説明で述べたように、該ウォームアップ準備時間の演算開始条件の成否を判断する。例えば、バッテリ電圧≧所定値や、図２の説明で述べた各種電熱ヒータや燃料ポンプなどの前記ウォームアップ機能に異常がないかを判定し、前記演算開始条件が成立と判定された場合は、ステップＳ５へ、不成立と判定された場合は前記図４ｂのＣへ進む。特に本実施例では前述のようにエンジン各部に昇温用の電熱ヒータや燃料圧昇圧用の燃料ポンプなどのウォームアップ機能を備えているので、前記バッテリ電圧の条件がクリアされない場合、即ちバッテリ電圧が低下している場合には、無理に該ウォームアップ機能を利用することでバッテリ上がりを招く可能性があり、その結果、エンジン１をスタータモータ２３で起動できず、エンジンが始動不能となることが考えられるので、該ウォームアップ機能の消費電力を充分考慮してバッテリ電圧低下判定の所定値を決め、フェールセーフを実施する必要がある。

また、前述のように本実施形態では、前記エンジンの自動始動装置３０の起動を、リモート式エンジンスタータなどの間接的手法や、キーシリンダースイッチ２０または、その他スイッチによる直接的な手法による始動要求に対応した構成を提案している。すなわち、エンジンをウォームアップしてから始動する場合と、運転者からの指示で即時始動をする場合の両方に対応するように構成している。

ステップＳ５は、図２のウォームアップ準備時間演算部３４の説明で述べたように、本実施例における各部ウォームアップ目標値に到達するまでの所要時間を演算する。前記ステップＳ３にて入力されたエンジン各種状態（温度、電圧、圧力など）と、前記電熱ヒータの昇温能力を基に、ウォームアップ準備時間を演算する。例えば、エンジン水温のウォームアップ準備時間（ａ）を演算する場合、エンジン水温＝４０℃、バッテリ電圧＝１２ｖ、エンジン水温目標値＝８０℃の場合、前記ウォームアップ制御中の実水温と目標値到達までの所要時間（ｘ）が一義的に決まるので、バッテリ電圧が与える電熱ヒータの出力変化分（ｙ）や、吸気温＝外気温＝２５℃が与える水温の上昇率（ｚ）などを補正係数として該ウォームアップ準備時間を下記の（１）式から演算する。

水温ウォームアップ準備時間（ａ）＝目標到達時間（ｘ）×
バッテリ電圧補正値（ｙ）×外気温補正値（ｚ）…（１）
同様に油温、触媒温、吸気管温、排気管温に対するウォームアップ準備時間を演算する。

また、本実施例においては、燃料圧に関するウォームアップ制御の適用を提案している。通常、燃料ポンプによる燃料の加圧は、あらかじめ設定された燃料圧に昇圧した時点で前記燃料ポンプが停止するか、または一定時間動作後に停止し、要求される燃料圧は前記燃料噴射弁９近傍に設置されるプレッシャレギュレータによって該燃料圧を調整する仕組みとなっている。よって該燃料ポンプが停止するまでのおおよその時間を該燃料圧に対するウォームアップ準備時間として演算する。

また、前記エンジン１に、燃料圧を直接検出可能な燃料圧センサが備わっている場合は、該燃料圧センサの検出結果を基に、ウォームアップ準備時間を演算する。例えば、実燃料圧＝１ｋＰａ、燃料圧目標値＝１０ｋＰａの場合、燃料ポンプを起動してから目標値到達までの所要時間（ｂ）が一義的に決まるので、該値を用いて燃料圧に対するウォームアップ準備時間を演算する。

前記燃料圧に関するウォームアップ制御の適用は、特に気筒内直接噴射方式のエンジンにおいて有効と考えられ、始動時の燃料圧をあらかじめ上昇させておけば、エンジン気筒内の高圧雰囲気の中へもエンジンクランキング時においても最適な燃料噴射が実施可能となる。

前記各ウォームアップ準備時間の演算結果は、前記ステップＳ３にて入力されたエンジン各種状態によって該準備時間がゼロとなるまで常時演算を繰り返す。エンジンの置かれた外的な環境条件（大気圧や外気温、風向きなど）によっては実際の昇温特性が該準備時間を上回る（または下回る）ことも考えられるので、後述のウォームアップ制御が完全に終了するまで演算を繰り返し、該準備時間を前記エンジン状態検出部３３の結果（実測値）と照らし合わせながら更新する。

また、本実施形態では、前記常時更新される前記各ウォームアップ準備時間に基づいて、運転者に前記エンジンの自動始動装置の制御状況を、該運転者がエンジン始動要求を実行してから実際にエンジンが始動するまでの所要時間として知らせる準備中インジケータ機能部３５を備えている。該準備中インジケータ機能部３５は、前記複数のウォームアップ準備時間の演算結果から、最も準備時間の長いものを選択し、時間やグラフ、または複数個のインジケータランプなどの専用表示部、またはカーナビゲーションや既存の各種情報パネルに結果を表示する。該準備中インジケータ機能部３５を備える事により、運転者がエンジンの始動要求を実行してから実際にエンジンが始動するまでの所要時間を認知することが可能であり、その結果、従来の即時始動方式のエンジン始動装置との違和感を払拭することが可能となる。さらに、該準備時間表示機能により選択された前記ウォームアップ準備時間がゼロとなり、エンジンの始動制御に移行する際には、前記準備中インジケータ機能部３５にて間もなくエンジンが始動することを運転者に知らせるために、前記インジケータの点滅やブザーなどの併用により、運転者が前記準備中インジケータ機能部３５を参照していない場合にエンジンが始動することを事前に認知することが可能となり、その結果、従来の即時始動方式のエンジン始動装置との違和感を払拭することが可能となる。

ステップＳ６は、図２のウォームアップ制御実施部３６の説明で述べたように、前記ステップＳ４で演算された前記各ウォームアップ準備時間がゼロか否かを判定する。該準備時間がゼロの場合はエンジンのウォームアップが完了した、またはウォームアップの必要がないと判定し図４ａのＢに進み、エンジンの始動制御に移行する。該準備時間がゼロでない場合は、ステップＳ７に進み、後述のエンジンのウォームアップ制御を実施する。そして、ステップＳ８に進み、準備中インジケータ機能部３５でインジケータを作動する。なお、ステップＳ８では、準備時間終了までの残り時間を表示するようにしてもよく、ステップＳ７，Ｓ８は順序が逆でもよい。

ステップＳ７は、図２のウォームアップ制御実施部３６の説明で述べたように、本実施例における各部に設置された前記ウォームアップ機能部３７の説明で述べた対象部位のウォームアップ制御を実施する。前記ステップＳ５で演算された各ウォームアップ準備時間がゼロでないと判定された（Ｓ６）後、前記各ウォームアップ機能に通電を開始し、前記対象部位のウォームアップを実施する。その後、ステップＳ４に戻り、前記ウォームアップ制御を継続可能か否かを判定し、可能と判定された場合はステップＳ５に進み、前述のように前記各ウォームアップ準備時間を演算し、続いてステップＳ６に進み、ステップＳ７で前記エンジンのウォームアップ制御を継続する。ステップＳ４で前記ウォームアップ制御が継続不可能と判定された場合、例えば、ステップＳ３のエンジン各種状態検出によって検出されたバッテリ電圧が所定値以下となった場合などは、スタータモータの起動用に電力を確保するため、前記各ウォームアップ機能への通電を即時中止し、前記図４ｂのＣへ進む。該ウォームアップは、前記ステップＳ４にて制御実施可能と判定されている間は、前記各ウォームアップ準備時間の演算結果がゼロとなるまでステップＳ４〜ステップＳ８の操作を閉ループで継続する。

図４ａのＢは、前記ウォームアップ制御の実施により、前記エンジン１の各対象部位のウォームアップが正常に終了した後、前記スタータモータ２３により前記エンジン１を始動する制御部である。ステップＳ９にて前記スタータモータ２３を起動し、前記フライホイール２２を介して前記エンジン１を回転させ、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０は、前記クランク角センサ１４、またはカム角センサ１３、またはその組み合わせにより前記エンジン１に備わる複数気筒の各々の行程を識別し、気筒判定が完了したか否かを判定し、該気筒判定が完了した場合はステップＳ１１へ、未完了の場合はステップＳ１０内で継続して判定を実施する。

ステップＳ１１は、本実施例においては適用していないが、前記エンジン１のエンジンシステムが車輛駆動用モータ、または従来のスタータモータに比べ高回転でエンジンをクランキング可能なスタータモータ（以下高出力モータ）を備えている場合、前記従来のスタータモータに変わり、前記高出力モータの動力を用いて通常のスタータモータ起動時のクランキング回転数に比べ高い回転数にて前記エンジン１をクランキング可能なことを考慮したエンジンの始動方法を検討したものである。

そこで前記ステップＳ１１は、前記高出力モータにより前記エンジン１の回転数が、該エンジン１の始動後目標エンジン回転数、あるいは該エンジン１が自立回転維持可能なエンジン回転数に到達したか否かを判定し、到達したと判定された場合はステップＳ１２へ、未到達と判定された場合はステップＳ１１内で判定を繰り返す。より具体的には、従来のスタータモータでのクランキング回転数が、最大５００ｒ／ｍｉｎ程度であるのに比べ、前記高出力モータでは、５００ｒ／ｍｉｎ以上のクランキング回転数を発生できるとした場合、前記エンジン１が該始動後目標回転数に到達した時点で、後述の燃料と点火を供給する方式とする。従来のエンジン始動方法では、前記従来のスタータモータの低いクランキング回転数から始動後目標エンジン回転数に引き上げるために相応の燃料供給量が必要であるのに比べ、前記高出力モータを用いた始動方法では、前記クランキングにより既に始動後目標エンジン回転数に引き上げるため、該始動時に必要とされる燃料供給量が大幅に低減可能となることが考えられ、その結果、始動時に前記エンジン１より排出される排気量が低減される。

ステップＳ１２は、前記ステップＳ１０で気筒判定が完了（およびステップＳ１１で始動時目標回転に到達）したと判定された後、前記エンジン１に燃料、点火を供給する。より具体的には、前記燃料噴射弁９より供給する燃料は、前記エンジン１に備わる複数気筒各々の行程に応じた最適な燃料量と噴射タイミングで実施されることが望ましく、つまりはシーケンシャル（気筒別）燃料供給方式とすることが望ましい。この結果、確実かつ正確な気筒判定が完了してから燃料、点火を供給して前記エンジン１を始動するので、前記スタータモータ起動開始からエンジン始動までの所要時間に差異が生ずることがなく、また始動時に排出される排気も低減することが可能となる。また補足説明とした前記高出力モータなどによりクランキング回転数を、前記エンジン１の始動後エンジン目標回転数まで引き上げ可能なエンジンシステムであれば、始動時に必要とされる燃料供給量が大幅に低減可能となるので、更に始動時に排出される排気を低減することが可能となる。

以上、本発明の一実施形態のエンジンの自動始動装置について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、他例のエンジンにも適用が可能であり、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。

例えば、燃料噴射弁はポート噴射のものを用いたが、筒内噴射のものでもよい。また、ステップＳ７，Ｓ８のエンジンウォームアップ制御実施と、準備中インジケータ作動は逆であってもよい。さらに、ウォームアップ準備時間演算部の出力はウォームアップ制御実施部に入力する構成としたが、直接エンジン始動制御部に入力するように構成することもできる。

本発明の一実施形態のエンジンの自動始動装置を備えたエンジンシステムの全体構成図。 図１のエンジン制御装置（ＥＣＵ）に包含される本発明の一実施形態のエンジンの自動始動装置の制御ブロック図。 図２のエンジンの自動始動装置の制御フローチャート図。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ図２のエンジンの自動始動装置の図３のＢ，Ｃに連続する制御フローチャート図。

符号の説明

１：エンジン、２：吸気通路（吸気管）、３：排気通路（排気管）、４：エアクリーナ、５：吸気温度センサ、６：電子制御式モータ駆動式スロットル弁（スロットル弁）、７：スロットルセンサ、８：圧力センサ、９：燃料噴射弁、１０：点火コイル、１１：点火プラグ、１２：水温センサ、１３： カム角センサ、１４：クランク角センサ、１５：Ｏ_２センサ、１６：触媒装置（触媒）、１７：サイレンサー、１８：エンジン制御装置（ＥＣＵ）、１９：バッテリ、２０：キーシリンダースイッチ、２１：スタータスイッチ、２２：フライホイール、２３：スタータモータ、２４：油温センサ、３０：エンジンの自動始動装置、３３：エンジン状態検出部、３４：ウォームアップ準備時間演算部、３５：準備中インジケータ機能部、３６：ウォームアップ制御実施部、３７：ウォームアップ機能部、３８：エンジン始動制御部

Claims (7)

1. エンジンの各種部分に昇温を行うウォームアップ機能部と、
   前記エンジンの状態を検出するエンジン状態検出部と、
   前記エンジン状態検出部で検出された前記エンジンの状態に基づいて、前記ウォームアップ機能部によるウォームアップ制御に必要な所要時間を演算するウォームアップ準備時間演算部と、
   前記ウォームアップ準備時間演算部の演算結果に基づいて前記ウォームアップ機能部を制御するウォームアップ制御実施部と、
   スタータスイッチの信号入力値のＯＮ時間と所定時間とを比較し、当該比較結果に基づいて前記ウォームアップ機能部での昇温の実行を判定する判定部を有することを特徴とするエンジンの自動始動装置。
2. 前記エンジンの自動始動装置において、
   前記ＯＮ時間が前記所定時間より短いときは、前記ウォームアップ機能部で昇温を行い、前記ウォームアップ準備時間が経過した後に前記エンジンの起動に用いられるモータを起動することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの自動始動装置。
3. 前記エンジンの自動始動装置において、
   前記ＯＮ時間が前記所定時間を超えたときは、前記ウォームアップ機能部で昇温を行わずに、前記エンジンの起動に用いられるモータを起動させてエンジンを始動することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの自動始動装置。
4. 前記エンジンの自動始動装置は、
   前記ウォームアップ制御中であることを示す、インジケータ機能部を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジンの自動始動装置。
5. 前記エンジンの自動始動装置は、
   前記エンジン状態検出部で検出された前記エンジンの状態のうち、バッテリ電圧条件により前記ウォームアップ準備時間演算部の演算を中止する演算中止機能を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジンの自動始動装置。
6. 前記エンジンの自動始動装置は、
   前記エンジン状態検出部で検出された前記エンジンの状態に基づいてウォームアップ機能部の故障を診断する故障診断機能を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のエンジンの自動始動装置。
7. 前記エンジンの自動始動装置は、
   バッテリ電圧条件又は前記故障診断機能条件のいずれかの条件によって前記ウォームアップ準備時間演算部の演算が停止した異常終了時に、前記ウォームアップ機能部で昇温を行わずに、前記エンジンの起動に用いられるモータを起動させてエンジンを始動することを特徴とする請求項６に記載のエンジンの自動始動装置。

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