JP4254607B2 - Engine starter - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの始動装置に関し、特にエンジンのアイドル運転状態等において所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させ、その後、所定の再始動条件が成立したときに再始動させるように構成されたエンジンの始動装置に関するものである。 The present invention relates to an engine starter, and particularly to automatically stop an engine when a predetermined automatic stop condition is satisfied in an idle operation state of the engine, and then restart when a predetermined restart condition is satisfied. The present invention relates to an engine starter configured as described above.
近年、燃費低減およびCO2排出量の抑制等を図るため、アイドル運転時等にエンジンを自動的に一旦停止させ、その後に運転者により車両の発進操作が行われる等の再始動条件が成立した時点で、エンジンを自動的に再始動させるようにしたエンジンの自動停止制御(いわゆるアイドルストップ制御)の技術が開発されている。このアイドルストップ制御時における再始動は、車両の発進操作等に応じてエンジンを即座に始動させる迅速性が要求されるが、従来から一般的に行われているように、スタータモータによりエンジンの出力軸を駆動するクランキングを経てエンジンを再始動させる方法によると、始動が完了するまでにかなりの時間を要するという問題がある。 In recent years, in order to reduce fuel consumption and reduce CO 2 emissions, a restart condition has been established such that the engine is automatically stopped temporarily during idling and the vehicle is then started by the driver. At the time, a technology for automatic engine stop control (so-called idle stop control) that automatically restarts the engine has been developed. The restart at the time of the idle stop control requires a quickness to immediately start the engine in accordance with the start operation of the vehicle or the like, but the engine output by the starter motor is generally performed conventionally. According to the method of restarting the engine through cranking for driving the shaft, there is a problem that it takes a considerable time to complete the starting.
そこで、膨張行程で停止状態にある膨脹行程気筒内に燃料を噴射して点火、燃焼させることにより、その燃焼エネルギでエンジンを即時的に始動させることが望ましい。しかし、エンジンを停止させると筒内圧力は短時間で略大気圧となるため、その略大気圧となっている気筒内に燃料を供給して燃焼させても再始動のための出力が充分得られない虞がある。 Therefore, it is desirable to immediately start the engine with the combustion energy by injecting fuel into the expansion stroke cylinder which is in a stopped state in the expansion stroke, and igniting and burning the fuel. However, when the engine is stopped, the in-cylinder pressure becomes approximately atmospheric pressure in a short time, so that sufficient output for restarting can be obtained even if fuel is supplied to the cylinder that is at approximately atmospheric pressure and burned. There is a risk of not being able to.
その対策として、例えば特許文献1や特許文献2のようなエンジンの始動装置が知られている。特許文献1のエンジンの始動装置は、エンジンの始動に際し、まず圧縮行程で停止状態にある圧縮行程気筒内に燃料を噴射させて燃焼を行わせ、エンジンを一旦逆回転させる。その後、上記膨張行程気筒で燃焼を行わせてエンジンの回転方向を正転に転じさせて始動させる。特許文献2のエンジンの始動装置も同様に、エンジンの始動に際し、まず圧縮行程で停止状態にある圧縮行程気筒内に燃料を噴射させて燃焼を行わせ、エンジンを一旦逆回転させる。そしてその圧縮行程気筒のピストンを下死点前で停止させ、その後膨張行程気筒で燃焼を行わせてエンジンの回転方向を正転に転じさせて始動させる。
As countermeasures, for example, engine starting devices such as
これらのエンジンの始動装置は、何れもエンジンを一旦逆回転させることによって膨張行程気筒のピストンを上昇させ、その圧縮圧力を増大させた後に当該気筒での燃焼を行わせるので、エンジンを正転方向に転じさせるとともにその後の継続的な運転を行わせるための充分高い出力を得ることができる。
上記特許文献1および特許文献2に開示されたエンジンの始動装置によると、始動時における膨張行程気筒の最初の燃焼で得られる出力が高められる。この出力は、その後の作動を継続的に、円滑に行わせるためには高いほうが望ましい。そして、膨張行程気筒の最初の燃焼で得られる出力を高めるためには、より多くの筒内空気を、エンジンの逆転によってより強く圧縮すれば良い。しかし次のような理由で従来はそのようにすることに限界があり、始動性の向上に課題を残すものであった。
According to the engine starting device disclosed in
第1の理由は、膨張行程気筒の筒内空気量を増やし過ぎると、その筒内空気を充分圧縮することができなくなる点である。膨張行程気筒と圧縮行程気筒とのピストン作動方向が逆方向なので、膨張行程気筒の筒内空気量を増大させる(停止時のピストン位置を下死点に近づける)ことは、圧縮行程気筒の筒内空気量を減少させる(停止時のピストン位置を上死点に近づける)ことに他ならない。つまり膨張行程気筒の筒内空気量を増やし過ぎると、圧縮行程気筒の筒内空気量が減少し、燃焼による逆転のエネルギが低下するので、膨張行程気筒の筒内空気を充分圧縮することができなくなるのである。 The first reason is that if the in-cylinder air amount of the expansion stroke cylinder is excessively increased, the in-cylinder air cannot be sufficiently compressed. Since the piston operating directions of the expansion stroke cylinder and the compression stroke cylinder are opposite directions, increasing the in-cylinder air amount of the expansion stroke cylinder (making the piston position at the time of stopping close to the bottom dead center) It is none other than reducing the air volume (making the piston position when stopped close to top dead center). In other words, if the in-cylinder air amount in the expansion stroke cylinder is increased too much, the in-cylinder air amount in the compression stroke cylinder decreases and the reverse energy due to combustion decreases, so that the in-cylinder air in the expansion stroke cylinder can be sufficiently compressed. It will disappear.
第2の理由は、膨張行程気筒の筒内空気を強く圧縮するために、圧縮行程気筒での逆転のための燃焼エネルギを増大させ過ぎると、エンジン(クランクシャフト)が逆回転し過ぎる虞がある点である。エンジンの逆回転は、圧縮行程気筒のピストンが下死点を越えない(膨脹行程気筒のピストンが上死点を越えない)範囲にとどめなければならない。これを超えると、圧縮行程気筒が吸気行程まで戻ってしまい(膨脹行程気筒が圧縮行程まで戻ってしまい)、もはや円滑な再始動が不可能となるからである。従って、圧縮行程気筒での逆転のための燃焼エネルギが増大し過ぎないようにする必要があり、そのために膨張行程気筒の筒内空気の圧縮圧力が制限されるのである。 The second reason is that if the combustion energy for reversal in the compression stroke cylinder is excessively increased in order to strongly compress the in-cylinder air of the expansion stroke cylinder, the engine (crankshaft) may be rotated in reverse. Is a point. The reverse rotation of the engine must be kept in a range where the piston of the compression stroke cylinder does not exceed the bottom dead center (the piston of the expansion stroke cylinder does not exceed the top dead center). If this is exceeded, the compression stroke cylinder returns to the intake stroke (the expansion stroke cylinder returns to the compression stroke), and smooth restart is no longer possible. Therefore, it is necessary to prevent the combustion energy for the reverse rotation in the compression stroke cylinder from increasing excessively, and therefore, the compression pressure of the in-cylinder air in the expansion stroke cylinder is limited.
本発明は上記の事情に鑑み、膨張行程気筒の筒内空気量やエンジンの逆転エネルギを過大に増やすことなく、再始動時における膨張行程気筒の最初の燃焼のエネルギを増大させ、もってエンジンの始動性を向上させ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。 In view of the above circumstances, the present invention increases the initial combustion energy of the expansion stroke cylinder at the time of restart without excessively increasing the in-cylinder air amount of the expansion stroke cylinder and the engine reverse energy, thereby starting the engine. An engine starter capable of improving the performance is provided.
請求項1に係る本発明は、所定のエンジン自動停止条件が成立したときに燃料供給を停止させてエンジンを停止させ、そのエンジン停止後において所定の再始動条件が成立したときに、エンジン停止時に圧縮行程にある圧縮行程気筒に燃料を供給して点火し、燃焼を行わせることによりエンジンを一旦逆転方向に所定量作動させて、エンジン停止時に膨脹行程にある膨張行程気筒のピストン上昇によって圧縮圧力を高めてから、この膨張行程気筒で燃焼を行わせることによりエンジンを正転方向に作動させて始動させるエンジンの始動装置において、少なくとも上記膨張行程気筒のピストン位置を検出するピストン位置検出手段と、少なくとも上記膨張行程気筒におけるエンジン再始動時の最初の燃焼のための燃料噴射時期を設定する燃料噴射制御手段とを備え、上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒におけるエンジン停止中のピストン位置が行程中央よりも下死点寄りであるとき、その膨張行程気筒における最初の燃焼のための燃料噴射時期が、上記エンジンの逆転動作中且つ上記膨脹行程気筒のピストンが行程中央よりも上死点寄りに移動した後となる所定燃料噴射時期であるように設定することを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, when the predetermined engine automatic stop condition is satisfied, the fuel supply is stopped to stop the engine, and when the predetermined restart condition is satisfied after the engine is stopped, the engine is stopped. The fuel is supplied to the compression stroke cylinder in the compression stroke, ignited, and combustion is performed, whereby the engine is once operated in the reverse direction and the compression pressure is increased by the piston of the expansion stroke cylinder in the expansion stroke when the engine is stopped. In the engine starting device for starting the engine by operating it in the forward rotation direction by performing combustion in the expansion stroke cylinder after increasing the pressure, piston position detection means for detecting at least the piston position of the expansion stroke cylinder; Fuel injection for setting the fuel injection timing for the first combustion at the time of engine restart in at least the expansion stroke cylinder And a fuel injection controller for the first combustion in the expansion stroke cylinder when the piston position when the engine is stopped in the expansion stroke cylinder is closer to the bottom dead center than the center of the stroke. The timing is set to be a predetermined fuel injection timing during the reverse operation of the engine and after the piston of the expansion stroke cylinder moves closer to the top dead center than the center of the stroke.
なお、当明細書において、エンジンの自動停止中に圧縮行程にある気筒を圧縮行程気筒、膨脹行程にある気筒を膨脹行程気筒と称する(同様に吸気行程にある気筒を吸気行程気筒、排気行程にある気筒を排気行程気筒と称する)が、これらはそれぞれ特定の気筒を指すわけではなく、エンジンの自動停止に際し、例えばある気筒が圧縮行程にあるときにエンジンが完全に停止したとき、便宜上その気筒を圧縮行程気筒と称するものである(膨脹行程気筒等も同様)。 In this specification, a cylinder in the compression stroke while the engine is automatically stopped is referred to as a compression stroke cylinder, and a cylinder in the expansion stroke is referred to as an expansion stroke cylinder (similarly, a cylinder in the intake stroke is referred to as an intake stroke cylinder and an exhaust stroke). Each cylinder is referred to as an exhaust stroke cylinder). However, these are not specific cylinders, but when the engine is automatically stopped, for example, when the engine is completely stopped when the cylinder is in the compression stroke, the cylinder is referred to for convenience. Is referred to as a compression stroke cylinder (the same applies to an expansion stroke cylinder).
請求項2に係る本発明は、請求項1記載のエンジンの始動装置において、少なくとも上記膨張行程気筒の筒内空気温度を推定する筒内温度推定手段を備え、上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒の筒内空気温度の推定値が高いときは低いときに比べて上記所定燃料噴射時期を遅らせることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the engine starter according to the first aspect of the present invention, the engine start device includes at least an in-cylinder temperature estimating means for estimating an in-cylinder air temperature of the expansion stroke cylinder, and the fuel injection control means The predetermined fuel injection timing is delayed when the estimated value of the in-cylinder air temperature of the stroke cylinder is high compared to when the estimated value is low.
請求項3に係る本発明は、所定のエンジン自動停止条件が成立したときに燃料供給を停止させてエンジンを停止させ、そのエンジン停止後において所定の再始動条件が成立したときに、エンジン停止時に圧縮行程にある圧縮行程気筒に燃料を供給して点火し、燃焼を行わせることによりエンジンを一旦逆転方向に所定量作動させて、エンジン停止時に膨脹行程にある膨張行程気筒のピストン上昇によって圧縮圧力を高めてから、この膨張行程気筒で燃焼を行わせることによりエンジンを正転方向に作動させて始動させるエンジンの始動装置において、少なくとも上記膨張行程気筒におけるエンジン再始動時の最初の燃焼のための燃料噴射時期および燃料噴射量を設定する燃料噴射制御手段を備え、上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒における最初の燃焼のための燃料を分割噴射によって供給するとともに、少なくともその分割噴射の最後になされる燃料噴射の時期が、上記エンジンの逆転動作開始後の逆転動作中であるように設定することを特徴とする。 According to the third aspect of the present invention, when the predetermined engine automatic stop condition is satisfied, the fuel supply is stopped to stop the engine, and when the predetermined restart condition is satisfied after the engine is stopped, the engine is stopped. The fuel is supplied to the compression stroke cylinder in the compression stroke, ignited, and combustion is performed, whereby the engine is once operated in the reverse direction and the compression pressure is increased by the piston of the expansion stroke cylinder in the expansion stroke when the engine is stopped. In the engine starting device for starting the engine by operating in the normal rotation direction by performing combustion in the expansion stroke cylinder after increasing the engine, at least for the first combustion at the time of engine restart in the expansion stroke cylinder A fuel injection control means for setting a fuel injection timing and a fuel injection amount, wherein the fuel injection control means comprises the expansion stroke cylinder; The fuel for the first combustion is supplied by split injection, and at least the timing of fuel injection performed at the end of the split injection is set to be in reverse operation after the start of reverse operation of the engine. Features.
ここで、分割噴射とは1回の燃焼(この場合膨張行程気筒における最初の燃焼)のために供給される燃料を、所定の時間差をもって2回以上に分割して噴射することをいう。そして分割噴射の最後になされる燃料噴射とは、例えば2分割噴射の場合はその2回目の噴射、3分割噴射の場合はその3回目の噴射をいう。 Here, the divided injection means that the fuel supplied for one combustion (in this case, the first combustion in the expansion stroke cylinder) is divided and injected two or more times with a predetermined time difference. The fuel injection performed at the end of the divided injection is, for example, the second injection in the case of the two-part injection and the third injection in the case of the three-part injection.
請求項4に係る本発明は、請求項3記載のエンジンの始動装置において、少なくとも上記膨張行程気筒のピストン位置を検出するピストン位置検出手段を備え、上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒におけるエンジン停止中のピストン位置が再始動に適した所定の適正停止範囲のうちの比較的下死点寄りにあるとき、比較的上死点寄りにあるときに比べて上記分割噴射における後段の噴射量割合を、前段の噴射量割合に対して相対的に増大させることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the engine starter according to the third aspect of the present invention, the engine start device further comprises piston position detecting means for detecting a piston position of the expansion stroke cylinder, and the fuel injection control means is provided in the expansion stroke cylinder. When the piston position when the engine is stopped is relatively close to the bottom dead center within a predetermined appropriate stop range suitable for restarting, compared to when the piston is relatively close to the top dead center, the subsequent injection amount in the above divided injection The ratio is increased relative to the injection amount ratio in the previous stage.
請求項5に係る本発明は、請求項3または4記載のエンジンの始動装置において、少なくとも上記膨張行程気筒の筒内空気温度を推定する筒内温度推定手段を備え、上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒の筒内空気温度の推定値が高いときは低いときに比べて上記分割噴射の後段の燃料噴射時期を遅らせることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the engine starter according to the third or fourth aspect of the present invention, the engine start device includes at least an in-cylinder temperature estimating means for estimating an in-cylinder air temperature of the expansion stroke cylinder, When the estimated value of the in-cylinder air temperature of the expansion stroke cylinder is high, the fuel injection timing at the latter stage of the divided injection is delayed as compared with when the estimated value is low.
請求項4および5でいう燃料噴射の後段の燃料噴射とは、2分割噴射の場合は2回目の燃料噴射を、3分割以上の噴射の場合は、全ての燃料噴射を早期側の前段と遅期側の後段とに分類し、その後段の噴射をいう。後段の噴射は1回(すなわち上記分割噴射の最後になされる燃料噴射)としても良く、最後を含む2回以上の噴射としても良い。後段の燃料噴射を複数とした場合、その燃料噴射量や燃料噴射時期は、該当する複数の噴射量や噴射時期を平均(重みをつけて平均しても良い)する等の合理的な方法で定義すれば良い。
The fuel injection in the latter stage of the fuel injection described in
請求項1に係る発明によれば、エンジンの自動停止後の再始動時に、エンジンを一旦逆回転させることによって膨張行程気筒のピストンを上昇させ、その圧縮圧力を増大させた後に当該気筒での燃焼を行わせるので、エンジンを正転方向に転じさせるとともにその後の継続的な運転を行わせるための高い出力を得ることができる。 According to the first aspect of the invention, when the engine is restarted after being automatically stopped, the piston of the expansion stroke cylinder is raised by reversely rotating the engine once, and the combustion pressure in the cylinder is increased after the compression pressure is increased. Therefore, it is possible to obtain a high output for turning the engine in the forward rotation direction and performing the subsequent continuous operation.
しかも、膨張行程気筒におけるエンジン停止中のピストン位置が行程中央よりも下死点寄りであるとき、その膨張行程気筒における最初の燃焼のための燃料噴射時期が、上記所定燃料噴射時期となる。膨張行程気筒のピストン停止位置が行程中央よりも下死点寄りであるときは、比較的筒内空気量が多く、大きな燃焼のエネルギを得られる状態となっている。しかし一方、エンジン逆転時にこの筒内空気を圧縮するにあたっては、圧縮反力が大きくなるため、限られた逆転のエネルギでは充分に圧縮できない状態となっている。 Moreover, when the piston position when the engine is stopped in the expansion stroke cylinder is closer to the bottom dead center than the center of the stroke, the fuel injection timing for the first combustion in the expansion stroke cylinder becomes the predetermined fuel injection timing. When the piston stop position of the expansion stroke cylinder is closer to the bottom dead center than the center of the stroke, the amount of in-cylinder air is relatively large and a large amount of combustion energy can be obtained. However, on the other hand, when the cylinder air is compressed during engine reverse rotation, the compression reaction force becomes large, and therefore, the compression cannot be sufficiently performed with limited reverse energy.
そこで燃料噴射時期を本発明のように設定し、エンジンの逆転動作中且つ上記膨脹行程気筒のピストンが行程中央よりも上死点寄りに移動した後に燃料を噴射するようにすれば、ある程度筒内空気が圧縮された状態の気筒内に燃料を噴射することになるので、その気化潜熱によって圧縮圧力が減少する。従ってピストンがより上死点近くまで移動することができ(ピストンストローク増大)、圧縮空気の密度をより高めることができる。その効果は、燃料噴射時期を例えばエンジンの逆転動作開始と同時ないしはその直後とした場合と比べて格段に大きく、結果としてより大きな燃焼エネルギが得られ、始動性を向上させることができる。 Therefore, if the fuel injection timing is set as in the present invention and the fuel is injected after the reverse rotation operation of the engine and the piston of the expansion stroke cylinder moves closer to the top dead center than the center of the stroke, the fuel is injected to some extent. Since the fuel is injected into the cylinder in a state where the air is compressed, the compression pressure is reduced by the latent heat of vaporization. Therefore, the piston can move closer to top dead center (increase in piston stroke), and the density of compressed air can be further increased. The effect is much greater than when the fuel injection timing is set at the same time as or immediately after the start of the reverse operation of the engine, for example. As a result, more combustion energy can be obtained and startability can be improved.
上記のように、燃料噴射時期を遅らせると気筒内の圧縮空気の密度を高めることができるが、あまり遅らせ過ぎると、燃料噴射から点火までの時間が短くなり、燃料の気化時間が充分に確保できなくなる虞がある。そこで請求項2の発明によると、そのバランスを適切にとりつつ、可及的に大きな燃焼エネルギを得るようにすることができる。すなわち、筒内空気温度が高く、燃料の気化性能が比較的高いときには燃料噴射時期を遅らせることによって気筒内の圧縮空気の密度を高め、より大きな燃焼エネルギを得ることができる。一方、筒内空気温度が低く、燃料の気化性能が比較的低いときには筒内空気温度が高いときよりも燃料噴射時期を早めることによって燃料の気化時間を確保することができる。
As described above, if the fuel injection timing is delayed, the density of compressed air in the cylinder can be increased. However, if the fuel injection timing is delayed too much, the time from fuel injection to ignition is shortened, and sufficient fuel vaporization time can be secured. There is a risk of disappearing. Therefore, according to the invention of
請求項3の発明によると、燃料を分割噴射することにより、燃料の気化時間の確保と気筒内の圧縮空気の密度増大とを容易かつより高度に両立させることができる。すなわち前段の噴射によって燃料の気化時間が確保され、後段の噴射(最後の噴射を含む)の気化潜熱によって気筒内の圧縮空気の密度を増大させることができる。 According to the third aspect of the invention, by dividing and injecting the fuel, it is possible to easily and more highly attain the fuel vaporization time and increase the density of the compressed air in the cylinder. That is, the fuel vaporization time is secured by the front injection, and the density of the compressed air in the cylinder can be increased by the latent heat of vaporization of the rear injection (including the last injection).
請求項4の発明によると、膨張行程気筒のピストン停止位置が再始動に適した所定の適正停止範囲のうちの比較的下死点寄りにあるとき(比較的筒内空気量が多い)は、比較的上死点寄りにあるとき(比較的筒内空気量が少ない)に比べて分割噴射の後段の燃料噴射量を増大させる。すなわち、比較的筒内空気量が多いときは、その圧縮反力も大きくなるので、後段の燃料噴射量をより多くすることによって効果的に圧縮圧力を低減することができ、圧縮空気の密度を増大させることによって始動性をより高めることができる。
According to the invention of
請求項5の発明によると、請求項2の発明と同様に、燃料の気化時間の確保と気筒内の圧縮空気の密度増大とのバランスを適切にとりつつ、可及的に大きな燃焼エネルギを得るようにすることができる。しかも、後段の燃料噴射時期を遅らせても、前段の燃料噴射時期を気化時間が充分確保できる時期に設定しておくことにより、全体の気化性能の悪化を効果的に防止することができる。
According to the invention of
図1および図2は本発明に係るエンジンの始動装置を有する4サイクル火花点火式エンジンの概略構成を示している。このエンジンには、シリンダヘッド10およびシリンダブロック11を有するエンジン本体1と、エンジン制御用のECU2とを備えている。上記エンジン本体1には、四つの気筒(#1気筒12A、#2気筒12B、#3気筒12C及び#4気筒12D)が設けられるとともに、各気筒12A〜12Dの内部には、クランク軸3に連結されたピストン13が嵌挿されることにより、その上方に燃焼室14が形成されている。
1 and 2 show a schematic configuration of a four-cycle spark ignition engine having an engine starter according to the present invention. The engine includes an engine
上記各気筒12A〜12Dの燃焼室14の頂部には、プラグ先端が燃焼室14内に臨むように点火プラグ15が設置されている。点火プラグ15には、これに電気火花を発生させるための点火装置27が付設されている。また、上記燃焼室14の側方には、燃焼室14内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁16が設けられている。この燃料噴射弁16は、図外のニードル弁およびソレノイドを内蔵し、上記ECU2の燃料噴射制御部41から入力されたパルス信号の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上記点火プラグ15の電極付近に向けて噴射するように構成されている。
A
また、上記各気筒12A〜12Dの燃焼室14の上部には、燃焼室14に向かって開口する吸気ポート17および排気ポート18が設けられるとともに、これらのポート17,18に、吸気弁19および排気弁20がそれぞれ装備されている。上記吸気弁19および排気弁20は、図示を省略したカムシャフト等を有する動弁機構によって駆動されることにより、各気筒12A〜12D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12A〜12Dの吸・排気弁19,20の開閉タイミングが設定されている。
In addition, an
上記吸気ポート17および排気ポート18には、吸気通路21および排気通路22が接続されている。上記吸気ポート17に近い吸気通路21の下流側は、図2に示すように、各気筒12A〜12Dに対応して独立した分岐吸気通路21aとされ、この各分岐吸気通路21aの上流端がそれぞれサージタンク21bに連通している。このサージタンク21bよりも上流側には共通吸気通路21cが設けられるとともに、この共通吸気通路21cには、アクチュエータ24により駆動されるスロットル弁23が配設されている。このスロットル弁23の上流側には、吸気流量を検出するエアフローセンサ25及び吸気の温度を検知する吸気温センサ29が設けられ、スロットル弁23の下流側には吸気圧力(負圧)を検出する吸気圧センサ26が設けられている。
An
一方、各気筒12A〜12Dからの排気が集合する排気通路22の集合部下流には、排気を浄化するための触媒37が配設されている。この触媒37は、例えば、排気の空燃比状態が理論空燃比近傍にあるときにHC、COおよびNOxの浄化率が極めて高い、いわゆる三元触媒であり、これは排気中の酸素濃度が比較的高い酸素過剰雰囲気でこれを吸蔵する酸素吸蔵能を有し、酸素濃度の比較的低いときには吸蔵している酸素を放出して、HC、CO等と反応させるものである。なお、触媒37は、三元触媒に限らず、上記のような酸素吸蔵能を有するものであれば良く、例えば酸素過剰雰囲気でもNOxを浄化可能な、いわゆるリーンNOx触媒であっても良い。
On the other hand, a
また、上記エンジン本体1には、タイミングベルト等によりクランク軸3に連結されたオルタネータ28が付設されている。このオルタネータ28は、図示を省略したフィールドコイルの電流を制御して出力電圧を調節することにより発電量を調整するレギュレータ回路28aを内蔵し、このレギュレータ回路28aに入力される上記ECU2からの制御信号に基づき、車両の電気負荷および車載バッテリーの電圧等に対応した発電量の制御が実行されるように構成されている。
The
さらに、上記エンジンには、クランク軸3の回転角を検出する2つのクランク角センサ30,31が設けられ、一方のクランク角センサ30から出力される検出信号に基づいてエンジンの回転速度が検出されるとともに、後述するように上記両クランク角センサ30,31から出力される位相のずれた検出信号に基づいてクランク軸3の回転方向および回転角度が検出されるようになっている。
Further, the engine is provided with two
更にエンジン本体1には、カムシャフトに設けられた気筒識別用の特定回転位置を検出するカム角センサ32と、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ33とが設けられ、また車体側には運転者のアクセル操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ34が設けられている。
Furthermore, the
ECU2は、エンジンの運転を統括的に制御するコントロールユニットである。当実施形態のエンジンは、予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立したときに各気筒12A〜12Dへの燃料噴射を所定のタイミングで停止(燃料カット)して自動的にエンジンを停止させるとともに、その後に運転者によるアクセル操作が行われる等により再始動条件が成立したときにエンジンを自動的に再始動させる制御(アイドルストップ制御)を行うように構成されている。以下ECU2の説明にあたり、このアイドルストップ制御に関する部分を中心に説明する。
The
ECU2には、エアフローセンサ25、吸気圧センサ26、吸気温センサ29、クランク角センサ30,31、カム角センサ32、水温センサ33及びアクセル開度センサ34からの各検知信号が入力されるとともに、燃料噴射弁16、スロットル弁23のアクチュエータ24、点火装置27及びオルタネータ28のレギュレータ回路28aのそれぞれに各駆動信号を出力する。ECU2は、燃料噴射制御部41、点火制御部42、吸気流量制御部43、発電量制御部44、ピストン位置検出部45および筒内温度推定部46を機能的に含んでいる。
The
燃料噴射制御部41は、燃料噴射時期と、各噴射における燃料噴射量とを設定して、その信号を燃料噴射弁16に出力する燃料噴射制御手段である。特に当実施形態では、後述するように再始動時における膨張行程気筒での最初の燃焼のための燃料を分割噴射によって供給している。燃料噴射制御部41は、その分割噴射時期の設定や、燃料配分の設定も行う。
The fuel
点火制御部42は、各気筒12A〜12Dに対して適切な点火時期を設定し、各点火装置27に点火信号を出力する。
The
吸気流量制御部43は、各気筒12A〜12Dに対して適切な吸気流量を設定し、その吸気流量に応じたスロットル弁23の開度信号をアクチュエータ24に出力する。特に当実施形態では、後述するようにエンジンの自動停止時にスロットル弁23の開度を調節して、ピストン13が再始動に適した適正停止範囲に停止するような制御を行っている。吸気流量制御部43は、その際のスロットル弁23の開度調節も行う。
The intake flow
発電量制御部44は、オルタネータ28の適切な発電量を設定し、その駆動信号をレギュレータ回路28aに出力する。特に当実施形態では、後述するようにエンジンの自動停止時にオルタネータ28の発電量を調節することによってクランクシャフト3の負荷を変化させ、ピストン13が再始動に適した適正範囲に停止するような制御を行っている。発電量制御部44は、その際のオルタネータ28の発電量の調節も行う。また再始動時には、通常よりも多めの発電を行うことによってエンジンの負荷を増大させ、吹上がり(必要以上に急速なエンジン回転速度の上昇)を防止する制御を行っている。
The power generation
ピストン位置検出部45は、クランク角センサ30,31の各検出信号に基づき、ピストン位置を検出する。ピストン位置とクランク角(°CA)とは1対1に対応するので、一般的になされているように当明細書においてもピストン位置をクランク角で表す。当実施形態では、後述するように膨張行程気筒および圧縮行程気筒の自動停止中のピストン位置に基いて各筒内空気量を算出し、それに応じて再始動時における各気筒の燃焼制御を行っている。
The
筒内温度推定部46は、水温センサ33によって検知されるエンジン水温や、吸気温センサ29によって検知される吸気温度等に基いて、予め実験等によって求められたマップを用いる等して各気筒12A〜12Dの気筒内の空気温度を推定する筒内温度推定手段である。特に当実施形態では、後述するように、エンジンの再始動に際してエンジンの停止時間を考慮した筒内温度推定を行い、その推定値に基づいた燃焼制御を行っている。
The in-cylinder
以上のような構成のECU2によってアイドルストップ制御を行うにあたり、エンジンの再始動時には、最初に圧縮行程気筒で燃焼を行わせることにより、そのピストン13を押し下げてクランク軸3を少しだけ逆転させる。これによって膨張行程気筒のピストン13を一旦上昇(上死点に近づける)させ、その気筒内の空気(燃料噴射後は混合気となる)を圧縮した状態で、この混合気に点火して燃焼させることにより、クランク軸3に正転方向の駆動トルクを与えてエンジンを再始動させるように構成されている。
In performing the idle stop control by the
上記のようにして再始動モータ等を使用することなく、特定の気筒に噴射された燃料に点火するだけでエンジンを適正に再始動させるためには、上記膨張行程気筒の混合気を燃焼させることにより得られる燃焼エネルギを充分に確保することにより、これに続いて圧縮上死点を迎える気筒(当実施形態では圧縮行程気筒および吸気行程気筒)がその圧縮反力に打ち勝って圧縮上死点を超えるようにしなければならない。したがって、膨張行程気筒内に充分な空気量を確保しておく必要がある。 In order to properly restart the engine simply by igniting the fuel injected into a specific cylinder without using a restart motor or the like as described above, the air-fuel mixture in the expansion stroke cylinder is burned. By sufficiently ensuring the combustion energy obtained by the above, the cylinder that reaches the compression top dead center (in this embodiment, the compression stroke cylinder and the intake stroke cylinder) overcomes the compression reaction force and overcomes the compression top dead center. It must be exceeded. Therefore, it is necessary to ensure a sufficient amount of air in the expansion stroke cylinder.
図3(a),(b)に示すように、圧縮行程気筒と膨張行程気筒とでは、それぞれ位相が180°CAだけずれているため、各ピストン13が互いに逆方向に作動する。膨張行程気筒のピストン13が行程中央よりも下死点側に位置していれば、その気筒の空気量が多くなって充分な燃焼エネルギが得られる。しかし、上記膨張行程気筒のピストン13が極端に下死点側に位置した状態となると、圧縮行程気筒内の空気量が少なくなり過ぎて、再始動時の初回燃焼でクランク軸3を逆転させるための燃焼エネルギが充分に得られなくなる。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the phases of the compression stroke cylinder and the expansion stroke cylinder are shifted by 180 ° CA, so that the
これに対して上記膨張行程気筒の行程中央、つまり圧縮上死点後のクランク角が90°CAとなる位置よりもやや下死点側の所定範囲R、例えば圧縮上死点後のクランク角が100〜120°CAとなる範囲R内にピストン13を停止させることができれば、圧縮行程気筒内に所定量の空気が確保されて上記初回の燃焼によりクランク軸3を少しだけ逆転させ得る程度の燃焼エネルギが得られることになる。しかも、膨張行程気筒内に多くの空気量を確保することにより、クランク軸3を正転させるための燃焼エネルギを充分に発生させてエンジンを確実に再始動させることが可能となる(以下この範囲Rを適正停止範囲Rとする)。
On the other hand, a predetermined range R slightly lower than the position where the crank angle after the compression top dead center is 90 ° CA, for example, the crank angle after the compression top dead center, is the stroke center of the expansion stroke cylinder. If the
そこで、ピストン13を適正停止範囲R内に停止させるよう、ECU2によって次のような制御がなされる。図4は、この制御によるエンジン自動停止時のタイムチャートであり、エンジンの回転速度Ne、ブースト圧Bt(吸気圧力)およびスロットル弁23の開度Kを示す。また図5は、図4の時点t1付近以降の拡大図であり、図4に加えてクランク角CAおよび各気筒の行程推移チャートを示す。なお、以下説明を簡潔にするため、#1気筒12Aが膨張行程気筒、#2気筒12Bが排気行程気筒、#3気筒12Cが圧縮行程気筒、#4気筒12Dが吸気行程気筒であるものとする。
Therefore, the
ECU2は、エンジンの自動停止条件が成立した時点t0で、エンジンの目標速度を、エンジンを自動停止させない時の通常のアイドル回転速度(以下、通常のアイドル回転速度という)よりも高い値、例えば通常のアイドル回転速度が650rpm(自動変速機はドライブ(D)レンジ)に設定されたエンジンでは上記目標速度(自動停止条件成立時のアイドル回転速度)を850rpm程度(自動変速機はニュートラル(N)レンジ)に設定することにより、エンジンの回転速度Neを通常のアイドル回転速度よりも少し高い回転速度で安定させる制御を実行する。またブースト圧Btが比較的高い所定の値(約−400mmHg)で安定するようにスロットル弁23の開度Kを調節する。
The
そしてエンジンの回転速度Neが目標速度に安定した時点t1で燃料噴射を停止させてエンジンの回転速度Neを低下させる。また、エンジンを自動停止させる制御動作の初期段階である上記燃料噴射の停止時点t1で、スロットル弁23の開度Kを、気筒内空燃比を空気過剰率λ=1にしたときのアイドル時の吸気流量(エンジン運転を継続させるために必要な最小限の吸気流量)よりも多い吸気流量となるように設定する。すなわち、上記時点t1直前の燃焼状態が、気筒内空燃比を空気過剰率λ=1ないしλ=1付近に設定されて均質燃焼されている場合はスロットル弁23の開度Kを増大させ(例えば開度K=30%程度)、気筒内空燃比がリーンに設定されて成層燃焼されている場合はスロットル弁23の開度Kをそのまま(成層燃焼時の比較的大きな開度のまま)維持する。図4及び図5は前者の場合を示している。
Then, the fuel injection is stopped at time t1 when the engine rotation speed Ne is stabilized at the target speed, and the engine rotation speed Ne is decreased. Further, at the fuel injection stop time t1, which is the initial stage of the control operation for automatically stopping the engine, the opening K of the
この制御によって時点t1からやや遅れてブースト圧Btが増大し始める(時点t1直前が均質燃焼の場合)か、または比較的高いブースト圧Btを維持する(時点t1直前が成層燃焼の場合)ので、排気ガスの掃気が促進される。 As a result of this control, the boost pressure Bt starts to increase slightly after time t1 (if the combustion just before time t1 is homogeneous combustion) or maintains a relatively high boost pressure Bt (if the time just before time t1 is stratified combustion) Exhaust gas scavenging is facilitated.
またECU2は、時点t1でオルタネータ28の発電を一旦停止させる。これによってクランク軸3の回転抵抗を低減し、エンジンの回転速度Neの速度が早く低下し過ぎないようにしている。
Further, the
こうして時点t1で燃焼噴射を停止するとエンジンの回転速度Neが低下し始め、予め設定された基準速度、例えば760rpm以下になったことが確認された時点t2でスロットル弁23を閉止する。すると時点t2からやや遅れてブースト圧Btが減少し始め、エンジンの各気筒に吸入される吸気流量が減少する。スロットル弁23を開放している時点t1から時点t2までの間に吸入された空気は、共通吸気通路21c及びサージタンク21bを経由して各気筒の分岐吸気通路21aに導かれる。そして吸気行程を迎えた気筒から順にその空気を吸入することになる。図5に示す場合では#4気筒12D、#2気筒12B、#1気筒12A、#3気筒12Cの順となる。ここで、時点t1及び時点t2の設定を上記のようにすることによって、#3気筒12C(圧縮行程気筒)よりも#1気筒12A(膨張行程気筒)の方がより多くの空気を吸入することになる。
When the combustion injection is stopped at time t1, the engine rotational speed Ne starts to decrease, and the
時点t1以降はエンジンが惰性で回転するため、エンジンの回転速度Neが次第に低下し、やがて時点t5で停止するが、このエンジンの回転速度Neの低下は、図4および図5に示すように、小刻みなアップダウン(4気筒4サイクルエンジンでは10回前後)を繰り返しながら低下して行く。 Since the engine rotates by inertia after time t1, the engine speed Ne gradually decreases and eventually stops at time t5. As shown in FIGS. 4 and 5, the engine speed Ne decreases. Every time it goes up and down (around 10 times for a 4-cylinder 4-cycle engine), it goes down.
図5に示すクランク角CAのタイムチャートは、実線が#1気筒12Aおよび#3気筒12Cの上死点(TDC)を0°CAとした場合のクランク角を示し、一点鎖線が#2気筒12Bおよび#4気筒12Dの上死点を0°CAとした場合のクランク角を示している。実線と一点鎖線とは90°CAを境に互いに逆位相となっている。4気筒4サイクルエンジンでは、180°CAごとに何れかの気筒が順次圧縮上死点を迎えるので、このタイムチャートは、実線または一点鎖線で示す波形の頂点(クランク角=0°CA)において何れかの気筒が圧縮上死点を通過していることを示している。
In the time chart of the crank angle CA shown in FIG. 5, the solid line indicates the crank angle when the top dead center (TDC) of the # 1
この何れかの気筒が圧縮上死点となるタイミングは、上記エンジンの回転速度Neのアップダウンの谷のタイミングと一致している。つまり、エンジンの回転速度Neは、各気筒が順次圧縮上死点を迎える度に一時的に落ち込んだ後、その圧縮上死点を超えた時点で再び上昇するという小刻みなアップダウンを繰り返しながら次第に低下するのである。 The timing at which any one of the cylinders becomes the compression top dead center coincides with the timing of the up-down valley of the engine rotational speed Ne. In other words, the rotational speed Ne of the engine gradually drops every time each cylinder reaches compression top dead center, and then gradually rises and falls again when the compression top dead center is exceeded, gradually repeating up and down. It goes down.
そして最後の圧縮上死点を通過した時点t4の後に圧縮上死点を迎える圧縮行程気筒12Cでは、慣性力によるピストン13の上昇に伴って空気圧が高まり、その圧縮反力によりピストン13が上死点を超えることなく押し返されてクランク軸3が逆転する。このクランク軸3の逆転によって膨張行程気筒12Aの空気圧が上昇するため、その圧縮反力に応じて膨張行程気筒12Aのピストン13が下死点側に押し返されてクランク軸3が再び正転し始め、このクランク軸3の逆転と正転とが数回繰り返されてピストン13が往復作動した後に停止することになる。このピストン13の停止位置は、圧縮行程気筒12Cおよび膨張行程気筒12Aにおける圧縮反力のバランスにより略決定されるとともに、吸気行程気筒12Dの吸気抵抗やエンジンの摩擦等の影響を受け、上記最後の圧縮上死点を超えた時点t4のエンジンの回転慣性、つまりエンジン回転速度Neの高低によっても変化することになる。
In the
したがって、膨張行程気筒12Aのピストン13を適正停止範囲R内に停止させるためには、まず膨張行程気筒12Aおよび圧縮行程気筒12Cの圧縮反力がそれぞれ充分に大きくなり、かつ膨張行程気筒12Aの圧縮反力が圧縮行程気筒12Cの圧縮反力よりも所定値以上大きくなるように、両気筒に対する吸気流量を調節する必要がある。このために、燃料噴射の停止時点t1でスロットル弁23を開放してその開度Kを増大させることにより膨張行程気筒12Aおよび圧縮行程気筒12Cの両方に所定量の空気を吸入させた後、所定時間が経過した時点t2で上記スロットル弁23を閉止してその開度Kを低減することにより上記吸入空気量を調節するようにしている。
Therefore, in order to stop the
ところで、このようにしてエンジンを自動停止させ、エンジン回転速度が低下する過程において、各気筒12A〜12Dが圧縮上死点を通過する際のエンジン回転速度(上死点回転速度)neと、膨張行程気筒12Aのピストン停止位置との間に明確な相関関係がある。すなわち、各段階(停止前から2番目、3番目、4番目・・・)の上死点回転速度neがそれぞれ一定の速度範囲内にあるときに膨張行程気筒12Aのピストン停止位置が適正停止範囲R内となる確率が高くなるのである。
By the way, in the process in which the engine is automatically stopped in this way and the engine rotational speed decreases, the engine rotational speed (top dead center rotational speed) ne when each
この特性を利用し、当実施形態ではエンジン回転速度Neの低下過程における所定の段階(特に重要なのは停止前から2番目(時点t3))の上死点回転速度neが一定の速度範囲内となるような制御を行って、膨張行程気筒12Aのピストン13がより確実に適正停止範囲R内で停止するような制御を行っている。具体的には、オルタネータ28の発電量を増減させることによってクランクシャフト3の負荷(エンジン負荷)を調節し、停止前から2番目の上死点回転速度ne(時点t3)が、350±50rpmの範囲内となるようにしている。
Using this characteristic, in this embodiment, the top dead center rotational speed ne in a predetermined stage (particularly important is the second before the stop (time point t3)) in the process of decreasing the engine rotational speed Ne is within a certain speed range. Such control is performed so that the
エンジン回転速度Neが更に低下し、最後の圧縮上死点通過時期(図5に示す時点t4)を過ぎると、何れの気筒も上死点を通過することがなく、行程の推移はなされなくなる。ピストン13は、その行程内で減衰振動(逆向きに動くときはクランク軸3が逆転し、エンジンの回転速度Neが負になる)しつつ狙いの適正停止範囲Rに停止しようとする。しかし、このとき吸気行程気筒12Dは吸気動作を行っており、その吸気抵抗が大きいとピストン13の停止位置がばらつき易くなる。特に、吸気抵抗はピストン13が下死点側に動くときに大きくなるように作用するので、ピストン13が狙いよりも上死点寄りに停止し易くなる。吸気行程気筒12Dのピストン13と膨張行程気筒12Aのピストン13とは同位相で動くので、結局膨張行程気筒12Aのピストン13が狙いよりも上死点寄りに停止し易くなってしまう。
When the engine speed Ne further decreases and the final compression top dead center passage time (time point t4 shown in FIG. 5) has passed, none of the cylinders passes through the top dead center, and the stroke is not changed. The
そこで当実施形態では、時点t4と略同時(やや遅らせても良い)にスロットル弁23の開度Kを図5に示す開度K1(例えばK1=40%程度)まで増大させ、吸気行程気筒12Dの吸気抵抗を低減している。これによって膨張行程気筒12Aおよび圧縮行程気筒12Cにおける吸気流量バランスに影響を及ぼすことなく、そのバランスに応じた狙いの位置にピストン13がより停止し易くなっている。
Therefore, in this embodiment, the opening degree K of the
なお、このような制御を行うためには、時点t4が最後の圧縮上死点通過時期であることを即時に判別する必要があり、次の(圧縮行程気筒12Cでの)圧縮上死点は通過しないことを時点t4において予測しなければならない。そのため当実施形態では、ECU2が最後の上死点通過時期を判別するようにしている。ECU2は、各上死点通過時のエンジン回転速度と、予め実験等で求められた所定の回転速度(例えば260rpm)とを比較し、前者が後者以下となった時点で、それが最後の圧縮上死点通過時期であると判別する。なお、最後の圧縮上死点通過時期における上死点回転速度neは、高いほど行程後期寄り(膨張行程気筒12Aのピストン停止位置が下死点寄り、圧縮行程気筒12Cでは上死点寄り)で停止し易くなる。
In order to perform such control, it is necessary to immediately determine that the time point t4 is the last compression top dead center passage timing, and the next compression top dead center (in the
ところで、エンジン停止直前の膨張行程気筒12Aおよび圧縮行程気筒12Cの最終吸気行程における吸気流量バランスは、ブースト圧Btによっても影響を受ける。特に、停止前から2番目の圧縮上死点通過時期(図5の時点t3)は、圧縮行程気筒12Cにおいて最終吸気行程の始点となっており、この時点のブースト圧Btの影響が大きい。すなわち、このブースト圧Btが低い(真空側)と、圧縮行程気筒12Cへの吸気流量が少なくなり、結果的に圧縮行程気筒12Cのピストン13の停止位置が上死点寄り(膨張行程気筒12Aでは下死点寄り)となり易い。ブースト圧Btが高い(大気圧側)と、その逆となる。
Incidentally, the intake flow rate balance in the final intake stroke of the
従って、最後の上死点通過時期における上死点回転速度neが高く、また停止前から2番目の圧縮上死点通過時期のブースト圧Btが低いときは、膨張行程気筒12Aのピストン13が行程後期寄りで停止し易い条件が重なっており、狙いの停止位置(上死点後100〜120°CA)で停止する可能性が高い。このような条件のときに、時点t3でスロットル弁23の開度をK1まで増大させる制御を行うと、ピストン停止位置がより行程後期寄りとなって、かえって狙いの停止位置から外れてしまう虞がある。そこで当実施形態では、そのような場合には、時点t3におけるスロットル弁23の開度をK1より低開度(または閉止)とされる開度K2(図5参照)に設定し、吸気流量の増大を抑制することにより、膨張行程気筒12Aのピストン停止位置が下死点寄りになり過ぎないようにしている。
Therefore, when the top dead center rotational speed ne at the last top dead center passage timing is high and the boost pressure Bt at the second compression top dead center passage timing before the stop is low, the
こうして時点t5においてピストン13が完全に停止するが、その停止直前から停止までのピストン13の動作をクランク角センサ30,31で検出することにより、ECU2のピストン位置検出部45がピストン13の停止位置を検出する。図6は、そのピストン停止位置の検出制御動作を示すフローチャートである。この検出制御がスタートすると、第1クランク角信号CA1(クランク角センサ30からの信号)および第2クランク角信号CA2(クランク角センサ31からの信号)に基づき、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であるか否か、または第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であるか否かを判定する(ステップS41)。これにより、エンジンの停止動作時における上記信号CA1,CA2の位相の関係が、図7(a)のようになるか、それとも図7(b)のようになるかを判定してエンジンが正転状態にあるか逆転状態にあるかを判別する。
Thus, the
すなわち、エンジンの正転時には、図7(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7(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。 That is, at the time of forward rotation of the engine, as shown in FIG. 7A, 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, thereby the first crank angle signal. The second crank angle signal CA2 becomes Low when CA1 rises, and the second crank angle signal CA2 becomes High when the first crank angle signal CA1 falls. On the other hand, during reverse rotation of the engine, as shown in FIG. 7B, 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, so 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.
そこで、ステップS41の判定がYESであれば、エンジンの正転方向のクランク角変化を計測するためのCAカウンタをアップし(ステップS42)、ステップS41の判定がNOの場合は、上記CAカウンタをダウンする(ステップS43)。そして、エンジン停止後に上記CAカウンタの計測値を調べることでピストン停止位置を求める(ステップS44)。 Therefore, if the determination in step S41 is YES, the CA counter for measuring the crank angle change in the forward rotation direction of the engine is increased (step S42). If the determination in step S41 is NO, the CA counter is increased. Down (step S43). Then, after stopping the engine, the piston stop position is obtained by examining the measured value of the CA counter (step S44).
エンジンが完全に停止すると、各気筒12A〜12Dの筒内温度は図8の温度特性に示すような変化をする。図8は、エンジン停止からの経過時間と筒内温度との関係を示すグラフであり、エンジン停止時(時点t5)の筒内温度が80℃であった場合の筒内温度変化の推定値である。
When the engine is completely stopped, the in-cylinder temperatures of the
この特性に示すように、エンジンが完全に停止すると冷却水の流れが停止するので、停止直後に筒内温度が急速に上昇する。そしてエンジン停止後約10秒でピークとなり、以後は徐々に低下して行く。この特性は冷却水の温度(エンジン水温)や外気温(吸気温度)等によって異なり、ECU2の筒内温度推定部46はその特性をマップ化したデータを記憶している。
As shown in this characteristic, when the engine is completely stopped, the flow of the cooling water is stopped, so that the in-cylinder temperature rapidly rises immediately after the stop. Then, it peaks at about 10 seconds after the engine stops, and then gradually decreases. This characteristic varies depending on the temperature of the cooling water (engine water temperature), the outside air temperature (intake air temperature), and the like, and the in-cylinder
なお、エンジン停止動作期間中にスロットル弁23の開度Kを増大させることにより掃気が促進されるので、触媒37に充分な量の新気が供給される。従ってエンジン停止中は触媒37の酸素吸蔵量が充分に多い状態となっている。
Since scavenging is promoted by increasing the opening K of the
次に、エンジンの再始動時の制御について説明する。再始動の際は、上述のようにまず圧縮行程気筒12Cでの燃焼を行わせてエンジンを一旦逆回転させてから膨張行程気筒12Aでの燃焼を行わせ、正転方向に転じさせる。つまりエンジンを一旦逆回転させることによって膨張行程気筒12Aのピストン13を上昇させ、その圧縮圧力を増大させた後に当該気筒での燃焼を行わせる。膨張行程気筒12Aのピストン停止位置が適正停止範囲Rにあって燃焼のための充分な空気量が確保されていることと、その空気がエンジンの逆転によって圧縮されることにより大きな燃焼エネルギが得られる。つまりエンジンを確実に正転方向に転じさせるとともにその後の継続的な運転に円滑に移行させることができる。
Next, control during engine restart will be described. When restarting, the combustion is first performed in the
しかし、膨張行程気筒12A内に充分な空気が存在していることが、その空気を強く圧縮することの妨げとなっている。それは、圧縮された空気の圧縮反力が膨張行程気筒12Aのピストン13を押し戻す方向に作用するからである。
However, the presence of sufficient air in the
そこで当実施形態では、膨張行程気筒12Aへの燃料噴射時期を遅らせることにより、膨張行程気筒12A内の空気の圧縮量を増大(密度を増大)させる制御を行っている。燃料噴射時期を遅らせると、ある程度筒内空気が圧縮された状態の気筒内に燃料を噴射することになり、その気化潜熱によって圧縮圧力が減少する。従って同じエンジン逆転のエネルギであればピストン13がより上死点近くまで移動することができ(ピストンストローク増大)、圧縮空気の密度をより高めることができる。
Therefore, in the present embodiment, control is performed to increase the compression amount (increase the density) of the air in the
図9は、膨張行程気筒12Aへの燃料噴射時期と、それに応じたピストン到達点(点火をしないときに最も上死点に近づく位置)との関係を示すグラフであり、燃料噴射を遅らせることによる効果を表している。図9の横軸は膨張行程気筒12Aの最初の燃焼のための燃料噴射時期をクランク角(上死点後ATDC)で表したもの、縦軸はそれに応じた膨張行程気筒12Aのピストン到達点をクランク角(上死点後ATDC)で表したものである。ピストン到達点のクランク角が小さい(上死点TDCに近い)ほど最大圧縮時の筒内容積が小さく(空気密度が大きく)、燃焼時により大きなエネルギを得ることができる。図9の特性は、膨張行程気筒12Aのピストン停止位置が110°CA(ATDC)のときのものである。この特性に示すように、逆転動作の最初(クランク角=110°CA(ATDC))に噴射したときのピストン到達点が約36.5°CA(ATDC)であるのに対し、逆転が開始し、ピストン13が70°CA(ATDC)まで上死点側に移動したときに噴射した場合、そのピストン到達点が約33.5°CA(ATDC)となり、約3°CA分の圧縮空気密度の増大を図ることができる。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the fuel injection timing to the
ただし燃料噴射時期を遅らせすぎると、気化が遅れ、気化潜熱によって圧縮圧力が充分低下する前にピストン13が到達点に達してしまう。つまりピストン到達点が低下に転じる(図9の例では70°CA(ATDC)以降)。結局、最大の空気密度増大効果を得るためには、燃料噴射時期を、膨張行程気筒12Aの圧縮行程中期から後期の前半までに行うのが好ましい。
However, if the fuel injection timing is delayed too much, the vaporization is delayed, and the
一方、燃料噴射時期を遅らせるということは燃料噴射から点火までの時間が短くなることでもあり、点火時の気化が不十分となる虞がある。点火時点までに気化を充分促進させるためには、早期(例えば逆転動作の初期)に燃料噴射を行うことが望ましい。つまり上記空気密度の増大と点火時点の気化促進とは燃料噴射時期に関して相反する要求を有するものである。 On the other hand, delaying the fuel injection timing also shortens the time from fuel injection to ignition, which may result in insufficient vaporization during ignition. In order to sufficiently promote vaporization by the time of ignition, it is desirable to perform fuel injection at an early stage (for example, at the beginning of the reverse operation). That is, the increase in the air density and the promotion of vaporization at the time of ignition have conflicting requirements regarding the fuel injection timing.
そこで当実施形態では、燃料を分割噴射(2分割)し、前段の燃料噴射を逆転動作の初期に行い、後段の燃料噴射を逆転動作中(望ましくは行程中央の90°CA(ATDC)よりも上死点寄り。図9の噴射時期70°CA(ATDC)に相当する時期)に行うようにしている。すなわち、比較的点火時期までの時間が長い前段の燃料噴射で気化を促進し、後段の燃料噴射によって圧縮空気密度の増大を図っている。 Therefore, in this embodiment, the fuel is dividedly injected (divided into two parts), the first stage fuel injection is performed at the beginning of the reverse rotation operation, and the second stage fuel injection is performed during the reverse rotation operation (preferably more than 90 ° CA (ATDC) at the center of the stroke Near the top dead center, which is performed at an injection timing of 70 ° CA (ATDC) in FIG. That is, vaporization is promoted by the first stage fuel injection that takes a relatively long time until the ignition timing, and the compressed air density is increased by the second stage fuel injection.
なお、ECU2の燃料噴射制御部41は、前段と後段との噴射燃料の比率(分割比)や後段の燃料噴射時期を、膨張行程気筒12Aのピストン停止位置や逆転開始時の筒内空気温度(推定値)によって補正し、気化性能を確保しつつ燃焼エネルギを可及的に増大させることができるようにしている。すなわち膨張行程気筒12Aのピストン停止位置が適正停止範囲Rのうちの比較的下死点寄りにあるとき(比較的筒内空気量が多い)は、比較的上死点寄りにあるとき(比較的筒内空気量が少ない)に比べて後段の燃料噴射量比率を増大させている。これは、比較的筒内空気量が多いときは、その圧縮反力も大きくなるので、後段の燃料噴射量をより多くすることによって効果的に圧縮圧力を低減させ、圧縮空気の密度を増大させるためである。また、筒内空気温度が比較的高いときにも後段の燃料噴射量比率を増大させている。これは、筒内空気温度が高いときは燃料の気化性能が高くなっているので、気化性能を確保するための前段の燃料噴射をあまり必要としなくなるからである。
The fuel
後段の燃料噴射時期に関しては、筒内空気温度が比較的高いときに後段の燃料噴射時期を遅らせている(但し図9の噴射時期70°CAに相当する時期を上限とする)。つまり、筒内空気温度が高いときは燃料の気化性能が高くなっているので、後段の燃料噴射時期を遅らせても点火までの間に気化し易くなっており、その分燃料噴射時期を遅らせることで圧縮空気密度の更なる増大を図っている。 Regarding the subsequent fuel injection timing, the later fuel injection timing is delayed when the in-cylinder air temperature is relatively high (however, the timing corresponding to the injection timing of 70 ° CA in FIG. 9 is set as the upper limit). In other words, when the in-cylinder air temperature is high, the fuel vaporization performance is high, so even if the subsequent fuel injection timing is delayed, it is easy to vaporize until ignition, and the fuel injection timing is delayed accordingly. Therefore, the compressed air density is further increased.
上記のような制御を含むエンジン再始動時の制御動作を図10〜図12に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、所定のエンジン再始動条件(停車状態から発進のためのアクセル操作等が行われた場合、バッテリー電圧が低下した場合、あるいはエアコンが作動した場合等)が成立したか否かを判定し(ステップS101)、NOと判定されてエンジンの再始動条件が成立していないことが確認された場合には、そのままの状態で待機する。ステップS101でYESと判定されてエンジンの再始動条件が成立したことが確認された場合には、筒内温度推定部46が、エンジン水温、停止時間(自動停止からの経過時間)、吸気温度などから筒内温度を推定する(ステップS102)。そして、ピストン位置検出部45によって検出されたピストン13の停止位置に基づいて圧縮行程気筒12Cおよび膨張行程気筒12A内の空気量を算出する(ステップS103)。つまり、上記ピストン13の停止位置から圧縮行程気筒12Cおよび膨張行程気筒12Aの燃焼室容積が求められ、また、エンジン停止の際には燃料噴射の停止後にエンジンが数回転してから停止するので膨張行程気筒12Aも新気で満たされた状態にあり、かつ、エンジン停止中に圧縮行程気筒12Cおよび膨張行程気筒12Aの内部は略大気圧となっているので、上記燃焼室容積から新気量が求められることとなる。
The control operation at the time of engine restart including the above control will be described based on the flowcharts shown in FIGS. First, it is determined whether or not a predetermined engine restart condition (e.g., when an accelerator operation for starting is performed from a stopped state, when the battery voltage is reduced, or when the air conditioner is activated, etc.) ( In step S101), when it is determined NO and it is confirmed that the engine restart condition is not satisfied, the process waits as it is. If it is determined YES in step S101 and it is confirmed that the engine restart condition is satisfied, the in-cylinder
次に、ピストン停止位置が、圧縮行程気筒12Cにおける適正停止範囲R(上死点前BTDC60〜80°CA)のうち、比較的下死点BDC側であるか否かの判定が行われる(ステップS104)。
Next, it is determined whether or not the piston stop position is relatively at the bottom dead center BDC side within the proper stop range R (before the top
ステップS104でYESと判定され、比較的空気量が多いときは、ステップS105に移行して、上記ステップS103で算出された圧縮行程気筒12Cの空気量に対してλ(空気過剰率)>1なる空燃比(たとえば空燃比=20程度)となるように燃料を噴射させる(1回目の燃料噴射)。この空燃比はピストンの停止位置に応じて予め設定された圧縮行程気筒1回目用空燃比マップM1から求められる。λ>1というリーン空燃比とすることにより、比較的圧縮行程気筒12C内の空気量が多いときであっても、逆転のための燃焼エネルギが過多となることなく、逆転し過ぎる(圧縮行程気筒12Cにおいて、下死点側に動いたピストン13が下死点を通過して、吸気行程まで逆転してしまう)ことを防止している。
If YES is determined in step S104 and the air amount is relatively large, the process proceeds to step S105, where λ (excess air ratio)> 1 with respect to the air amount of the
一方ステップS104でNOと判定され、比較的空気量が少ないときは、ステップS106に移行して、上記ステップS103で算出された圧縮行程気筒12Cの空気量に対してλ≦1なる空燃比となるように燃料を噴射させる(1回目の燃料噴射)。この空燃比はピストンの停止位置に応じて予め設定された圧縮行程気筒1回目用空燃比マップM2から求められる。λ≦1という理論空燃比ないしはそれよりリッチ空燃比とすることにより、比較的圧縮行程気筒12C内の空気量が少ないときであっても、逆転のための燃焼エネルギを充分得ることができる。
On the other hand, if NO is determined in step S104 and the air amount is relatively small, the process proceeds to step S106, where the air-fuel ratio becomes λ ≦ 1 with respect to the air amount of the
次にステップS107に移行し、圧縮行程気筒12Cへの1回目燃料噴射から気化時間を考慮して設定した時間の経過後に、当該気筒に対して点火を行う。そして、点火してから一定時間内にクランク角センサ30,31のエッジ(クランク角信号の立ち上がり又は立ち下がり)が検出されたか否かにより、ピストン13が動いたか否かを判定し(ステップS108)、NOと判定されて失火によりピストン13が動かなかったことが確認された場合には、圧縮行程気筒12Cに対して再点火を繰り返し行う(ステップS109)。
Next, the process proceeds to step S107, and after the time set in consideration of the vaporization time from the first fuel injection to the
クランク角センサ30,31のエッジが検出され、ピストン13が動いたと判定されると(ステップS108でYES)、ピストン停止位置および上記ステップS102で推定した筒内温度に基いて、膨張行程気筒12Aに対する分割燃料噴射の分割比(前段噴射(1回目)と後段噴射(2回目)との比率)を算出する(ステップS121)。膨張行程気筒12Aにおけるピストン停止位置が下死点寄りであるほど、また筒内温度が高いほど、後段の噴射比率を大きくする。
If the edges of the
次に上記ステップS103で算出した膨張行程気筒12Aの空気量に対して所定の空燃比(λ≦1)となるように燃料噴射量を算出する(ステップS122)。この際の空燃比はピストンの停止位置に応じて予め設定された膨張行程気筒用空燃比マップM3から求められる。
Next, the fuel injection amount is calculated so that a predetermined air-fuel ratio (λ ≦ 1) is obtained with respect to the air amount of the
次に、ステップS122で算出された膨張行程気筒12Aへの燃料噴射量とステップS121で算出された分割比とによって、膨張行程気筒12Aに対する前段(1回目)の燃料噴射量を算出し、噴射する(ステップS123)。
Next, based on the fuel injection amount to the
次に、上記ステップS102で推定された筒内温度に基づき、膨張行程気筒12Aに対する後段(2回目)の燃料噴射時期を算出する(ステップS124)。この2回目の噴射時期は、ピストン13が上死点側への移動(エンジンの逆転)を開始した後の、筒内空気が圧縮されている時期であるとともに、噴射燃料の気化潜熱が圧縮圧力を効果的に減少させる(ピストン13を可及的に上死点へ近づける)ように、かつこの2回目の噴射燃料が点火時期までに気化する時間が可及的に長くなるように設定される。
Next, based on the in-cylinder temperature estimated in step S102, the subsequent (second) fuel injection timing for the
次に、ステップS122で算出された膨張行程気筒12Aへの燃料噴射量とステップS121で算出された分割比とによって、膨張行程気筒12Aに対する後段(2回目)の燃料噴射量を算出し(ステップS125)、上記ステップS124で算出された2回目の噴射時期に噴射する(ステップS126)。
Next, the subsequent (second) fuel injection amount for the
膨張行程気筒12Aへの2回目の燃料噴射後、所定のディレー時間経過後に点火する(ステップS127)。所定のディレー時間はピストンの停止位置に応じて予め設定された膨張行程気筒点火ディレーマップM4から求められる。この点火による膨張行程気筒12Aでの初回燃焼により、エンジンは逆転から正転に転ずる。従って圧縮行程気筒12Cのピストン13は上死点側に移動し、内部のガス(上記ステップS107の点火によって燃焼した既燃ガス)を圧縮し始める。
After the second fuel injection into the
次に、燃料気化時間を考慮に入れ、圧縮行程気筒12Cに2回目の燃料を噴射する(ステップS128)。この際の燃料噴射量は、1回目の噴射量とを合計した噴射量に基づく全体の空燃比が可燃空燃比(下限は7〜8)よりも更にリッチ(例えば6程度)になるように、ピストンの停止位置に応じて予め設定された圧縮行程気筒2回目用空燃比マップM5から求められる。この圧縮行程気筒12Cの2回目の噴射燃料の気化潜熱によって、圧縮行程気筒12Cの圧縮上死点付近の圧縮圧力が低減するので、当該圧縮上死点を容易に越えることができる。
Next, taking the fuel vaporization time into consideration, the second fuel is injected into the
なお、この圧縮行程気筒12Cへの2回目の燃料噴射は、専ら筒内の圧縮圧力を低減させるためになされるものであって、これに対する点火、燃焼は行われない(可燃空燃比よりもリッチなので自着火も起こらない)。この不燃燃料は、その後、排気通路22の触媒37において吸蔵されている酸素と反応し、無害化される。
Note that the second fuel injection to the
上記のように圧縮行程気筒12Cでの2回目の噴射燃料は燃焼しないので、膨張行程気筒12Aでの最初の燃焼に続く次の燃焼は、吸気行程気筒12D(停止時に吸気行程にあった#4気筒。図14参照。)での最初の燃焼である。吸気行程気筒12Dのピストン13が圧縮上死点を越えるためのエネルギとして、膨張行程気筒12Aにおける初回燃焼のエネルギの一部が充てられる。つまり膨張行程気筒12Aにおける初回燃焼のエネルギは、圧縮行程気筒12Cが圧縮上死点を乗り超えるためと吸気行程気筒12Dが圧縮上死点を越えるためとの両方に供される。
Since the second injection fuel in the
従って、円滑な始動のためには吸気行程気筒12Dが圧縮上死点を越えるためのエネルギが小さいことが望ましい。以下のステップS140〜S144は、次の吸気行程気筒12Dでの燃焼を行うにあたり、圧縮上死点を越えるためのエネルギを可及的に小さくするための制御である。
Therefore, for smooth start-up, it is desirable that the energy required for the
まずステップS140で、筒内空気密度を推定し、その推定値から吸気行程気筒12Dの空気量を算出する。次に、ステップS102で推定した筒内温度に基いて、自着火防止のための空燃比補正値を算出する(ステップS141)。すなわち自着火が起こると、その燃焼によって圧縮上死点に至る前にピストン13を下死点側に押し戻す力(逆トルク)が発生する。これはその分圧縮上死点を越えるためのエネルギを多く消費するので望ましくない。そこでこの逆トルクを抑制するために空燃比をリーン側に補正し、自着火が起こらないようにするのである。
First, in step S140, the in-cylinder air density is estimated, and the air amount of the
次に、上記ステップS140で算出した吸気行程気筒12Dの空気量と、上記ステップS141で算出した空燃比補正値を考慮した空燃比とから、吸気行程気筒12Dへの燃料噴射量を算出する(ステップS142)。
Next, the fuel injection amount to the
そして吸気行程気筒12Dに対する燃料噴射を行うが、この燃料噴射は、その気化潜熱によって圧縮圧力が低減するように(つまり圧縮上死点を越えるための必要エネルギを低減するように)、圧縮行程の後期まで遅延してなされる(ステップS143)。その遅延量は、エンジンの自動停止期間、吸気温度、エンジン水温等に基いて算出される。
Then, fuel is injected into the
次に、上記逆トルクの発生を抑制するため、点火時期を上死点以降に遅延して点火する(ステップS144)。以上の制御によって、吸気行程気筒12Dにおいて、圧縮上死点まではその圧縮圧力を小さくして上死点を越え易くし、上死点を過ぎた時点で燃焼エネルギによる正転方向のトルクが発生するようになる。
Next, in order to suppress the occurrence of the reverse torque, the ignition timing is delayed after top dead center and ignited (step S144). With the above control, in the
ステップS144の後、通常の制御に移行しても良いが、当実施形態では更に吹上がり抑制制御を行っている。ここで言う吹上がりとは、吸気行程気筒12Dでの初回燃焼以降、エンジン回転速度が必要以上に急上昇することをいい、加速ショックが発生したり運転者に違和感を与えたりする虞があって望ましくない。吹上がりは、自動停止期間中の吸気圧力(スロットル弁23より下流の圧力)が略大気圧となっているために、始動直後(吸気行程気筒12Dでの初回燃焼以降)の各気筒での燃焼エネルギが通常のアイドル運転時の燃焼エネルギに比べて一時的に大きくなることによって起こる。そこで以降のステップS145〜S158で、この吹上がりを抑制する制御を行っている。
After step S144, the routine may shift to normal control, but in this embodiment, further blow-up suppression control is performed. The term “air-up” as used herein means that the engine speed rapidly increases more than necessary after the initial combustion in the
まずオルタネータ28の発電を開始する(ステップS145)。その目標電流値はECU2の発電量制御部44によって通常より高めに設定される。オルタネータ28の発電によってクランクシャフト3の負荷(エンジン負荷)が増大するので、吹上がりが抑制される。
First, power generation by the
次に吸気圧センサ26によって検知される吸気圧が、アイドルストップを行わない場合の通常のアイドル時における吸気圧力より高いか否かが判定される(ステップS150)。ここでYESと判定されると、吹上がりが起こり易い状態となっているので、スロットル弁23の開度を通常のアイドル運転時におけるスロットル開度よりも更に小さくし(ステップS151)、燃焼エネルギの発生量を抑制する。
Next, it is determined whether or not the intake pressure detected by the
次に排気通路22に設けられた触媒37の温度が活性温度以下であるか否かが判定され(ステップS152)、YESと判定されれば目標空燃比をλ≦1なるリッチ空燃比に設定するとともに(ステップS153)、点火時期を上死点以降に遅延させる(ステップS154)。こうすることにより、触媒37の温度上昇が促進されるとともに、点火時期の遅延によって燃焼エネルギの発生量が抑制される。
Next, it is determined whether or not the temperature of the
遡って、ステップS152でNOと判定されたときは、目標空燃比をλ>1なるリーン空燃比に設定して(ステップS158)燃焼させる。このリーン燃焼によって燃料の消費を抑制しつつ燃焼エネルギの発生量を抑制することができる。 Going back, if NO is determined in step S152, the target air-fuel ratio is set to a lean air-fuel ratio satisfying λ> 1 (step S158) and combustion is performed. This lean combustion can suppress the amount of combustion energy generated while suppressing fuel consumption.
ステップS154またはステップS158の後はステップS150に戻り、NOと判定されるまで上記制御を繰り返す。ステップS150でNOと判定されると、もはや吹上がりの虞がないので、オルタネータ28の発電量も含めて通常制御に移行する(ステップS160)。 After step S154 or step S158, the process returns to step S150, and the above control is repeated until NO is determined. If it is determined as NO in step S150, there is no longer a possibility that the engine will blow up, and the routine proceeds to normal control including the power generation amount of the alternator 28 (step S160).
上記の再始動制御が実行されることにより、図13および図14に示すように、先ず圧縮行程気筒12C(#3気筒)において1回目の燃料噴射J3が行われ、点火によって燃焼(図13中の(1))が行われる。この燃焼(1)による燃焼圧(図14中のa部分)で、圧縮行程気筒12Cのピストン13が下死点側に押し下げられてエンジンが逆転方向に駆動される。ここで、圧縮行程気筒12Cの1回目の燃料噴射J3が、比較的空気量の多いときにはリーン空燃比(λ>1)、少ないときには理論空燃比ないしはそれよりリッチ空燃比(λ≦1)となるように噴射されるので、エンジン逆転のための適度な燃焼エネルギ、すなわち膨張行程気筒12A内の空気を充分圧縮しつつも、その圧縮上死点を超えて逆転し過ぎることのない程度の燃焼エネルギを得ることができる。
When the restart control is executed, as shown in FIGS. 13 and 14, first, the first fuel injection J3 is performed in the
エンジンの逆回転開始に伴って膨張行程気筒12A(#1気筒)のピストン13が上死点方向に動き始める。またその直後に膨張行程気筒12Aでの1回目(前段)の燃料噴射J1が行われ、気化し始める。
The
そして、膨張行程気筒12Aのピストン13が上死点側(望ましくは行程中央より上死点寄り)に移動し、筒内の空気が圧縮された時点で2回目(後段)の燃料噴射J2が行われる。この噴射燃料の気化潜熱によって圧縮圧力が低減し、ピストン13がより上死点に近づくので圧縮空気(混合気)の密度が増大する(図14中のb部分)。
Then, when the
そして膨張行程気筒12Aのピストン13が上死点に充分に近づいた時点で当該気筒に対する点火が行われて、気化が促進された1回目の噴射燃料(J1)と2回目の噴射燃料(J2)とが燃焼し(図13中の(2))、その燃焼圧(図14中のc部分)でエンジンが正転方向に駆動される。
When the
さらに、圧縮行程気筒12Cに対して適当なタイミングで可燃空燃比よりもリッチな燃料が噴射(J4)されることにより(図13中の(3))、この圧縮行程気筒12Cでは燃焼させないものの、燃料噴射による気化潜熱によって該圧縮行程気筒12Cの圧縮圧力を低減させる(図14中のd部分)。これにより、当該圧縮上死点(始動開始から最初の圧縮上死点)を超えるために消費される膨張行程気筒12Aの最初の燃焼エネルギを低減することができる。
Furthermore, fuel that is richer than the combustible air-fuel ratio is injected into the
さらに、次の燃焼気筒である吸気行程気筒12Dにおける燃料噴射(J5)の時期を、燃料の気化潜熱によって気筒内の温度、および圧縮圧力を低下させる適正なタイミング(例えば圧縮行程の中期以降)に設定している(図13中の(4))ため、該吸気行程気筒12Dの圧縮行程での(圧縮上死点前での)自着火が防止される。また、該吸気行程気筒12Dの点火時期が圧縮上死点以降に設定されていることも相俟って、圧縮上死点前での燃焼が防止される(図14中のe部分)。つまり燃料噴射(J5)による圧縮圧力の低減と圧縮上死点前の燃焼を行わないことにより、当該圧縮上死点(始動開始から2番目の圧縮上死点)を超えるために消費される膨張行程気筒12Aにおける初回燃焼のエネルギを低減することができる。
Furthermore, the timing of fuel injection (J5) in the
こうして膨張行程気筒12Aにおける初回燃焼(図13中の(2))のエネルギによって、再始動開始後の最初の圧縮上死点(図13中の(3))と2番目の圧縮上死点(図13中の(4))とを超えることができ、円滑で確実な始動性を確保することができる。 Thus, the first compression top dead center ((3) in FIG. 13) and the second compression top dead center ((3) in FIG. 13) and the second compression top dead center ((3) in FIG. 13) by the energy of the initial combustion ((2) in FIG. 13) in the expansion stroke cylinder 12A. (4)) in FIG. 13 can be exceeded, and smooth and reliable startability can be ensured.
それ以降(図13中の(5)、(6)・・・)は、触媒37の温度に応じて空燃比をリーン(λ>1)にしたり点火時期を遅延させたりして吹上がりを防止しつつ通常運転に移行する。
After that ((5), (6)... In FIG. 13), the air-fuel ratio is made lean (λ> 1) or the ignition timing is delayed in accordance with the temperature of the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能である。たとえば、上記実施形態では再始動時の膨張行程気筒12Aにおける初回燃焼のための燃料噴射を分割噴射(J1+J2)としたが、これを、気化潜熱による圧縮圧力の低減と気化性能の確保とが可及的に両立できるタイミング(所定燃料噴射時期)を実験等によって策定し、この所定燃料噴射時期における1回の燃料噴射としても良い。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment, A various deformation | transformation is possible within the range of the invention described in the claim. For example, in the above embodiment, the fuel injection for the initial combustion in the
また、再始動時における膨張行程気筒12Aの最初の燃焼のために行う分割燃料噴射は、必要に応じて3分割以上としても良い。
Further, the divided fuel injection performed for the first combustion of the
また、上記実施形態では省略しているが、エンジン再始動時において、所定の条件成立時(たとえばピストン停止位置が適正停止範囲R内にない場合や、始動後の所定時期までにエンジン回転速度が所定値に達しないなど)、スタータモータによるアシストを伴う制御を行っても良い。 Although omitted in the above embodiment, at the time of engine restart, when a predetermined condition is satisfied (for example, when the piston stop position is not within the proper stop range R, or when the engine rotation speed is increased by a predetermined time after start-up). Control with assistance by a starter motor may be performed.
エンジンを自動停止させる制御は上記実施形態に限るものではなく、適宜設定して良い。但し再始動性を高めるためには、膨張行程気筒12Aにおけるピストン13の停止位置が行程中央よりよやや下死点寄り(圧縮行程気筒12Cにおいては行程中央よりやや上死点寄り)となるような制御であることが望ましい。
The control for automatically stopping the engine is not limited to the above embodiment, and may be set as appropriate. However, in order to improve restartability, the stop position of the
12A #1気筒(膨張行程気筒)
12B #2気筒(排気行程気筒)
12C #3気筒(圧縮行程気筒)
12D #4気筒(吸気行程気筒)
13 ピストン
16 燃料噴射弁
41 燃料噴射制御部(燃料噴射制御手段)
45 ピストン位置検出部(ピストン位置検出手段)
46 筒内温度推定部(筒内温度推定手段)
J1 膨張行程気筒における分割燃料噴射の前段
J2 膨張行程気筒における分割燃料噴射の後段
R ピストンの適正停止範囲
13
45 Piston position detector (piston position detector)
46 In-cylinder temperature estimation unit (in-cylinder temperature estimation means)
J1 First stage of split fuel injection in expansion stroke cylinder J2 Second stage of split fuel injection in expansion stroke cylinder R Appropriate stop range of piston
Claims (5)
少なくとも上記膨張行程気筒のピストン位置を検出するピストン位置検出手段と、
少なくとも上記膨張行程気筒におけるエンジン再始動時の最初の燃焼のための燃料噴射時期を設定する燃料噴射制御手段とを備え、
上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒におけるエンジン停止中のピストン位置が行程中央よりも下死点寄りであるとき、その膨張行程気筒における最初の燃焼のための燃料噴射時期が、上記エンジンの逆転動作中且つ上記膨脹行程気筒のピストンが行程中央よりも上死点寄りに移動した後となる所定燃料噴射時期であるように設定することを特徴とするエンジンの始動装置。 When the predetermined engine automatic stop condition is satisfied, the fuel supply is stopped to stop the engine. When the predetermined restart condition is satisfied after the engine stop, fuel is supplied to the compression stroke cylinder in the compression stroke when the engine is stopped. Is supplied and ignited to cause combustion to temporarily operate the engine in a reverse direction, and when the engine is stopped, the compression pressure is increased by raising the piston of the expansion stroke cylinder in the expansion stroke. In the engine starting device for starting the engine by operating it in the normal rotation direction by performing combustion in
Piston position detecting means for detecting at least the piston position of the expansion stroke cylinder;
Fuel injection control means for setting a fuel injection timing for the first combustion at the time of engine restart in at least the expansion stroke cylinder,
When the piston position during engine stop in the expansion stroke cylinder is closer to the bottom dead center than the center of the stroke, the fuel injection control means determines the fuel injection timing for the first combustion in the expansion stroke cylinder of the engine. An engine starter characterized by being set to a predetermined fuel injection timing during reverse rotation and after the piston of the expansion stroke cylinder has moved closer to the top dead center than the center of the stroke.
上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒の筒内空気温度の推定値が高いときは低いときに比べて上記所定燃料噴射時期を遅ら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。 In-cylinder temperature estimating means for estimating at least the in-cylinder air temperature of the expansion stroke cylinder,
2. The engine starter according to claim 1, wherein the fuel injection control means delays the predetermined fuel injection timing when the estimated value of the in-cylinder air temperature of the expansion stroke cylinder is high compared to when the estimated value is low.
少なくとも上記膨張行程気筒におけるエンジン再始動時の最初の燃焼のための燃料噴射時期および燃料噴射量を設定する燃料噴射制御手段を備え、
上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒における最初の燃焼のための燃料を分割噴射によって供給するとともに、少なくともその分割噴射の最後になされる燃料噴射の時期が、上記エンジンの逆転動作開始後の逆転動作中であるように設定することを特徴とするエンジンの始動装置。 When the predetermined engine automatic stop condition is satisfied, the fuel supply is stopped to stop the engine. When the predetermined restart condition is satisfied after the engine stop, fuel is supplied to the compression stroke cylinder in the compression stroke when the engine is stopped. Is supplied and ignited to cause combustion to temporarily operate the engine in a reverse direction, and when the engine is stopped, the compression pressure is increased by raising the piston of the expansion stroke cylinder in the expansion stroke. In the engine starting device for starting the engine by operating it in the normal rotation direction by performing combustion in
A fuel injection control means for setting a fuel injection timing and a fuel injection amount for the first combustion at the time of engine restart in at least the expansion stroke cylinder;
The fuel injection control means supplies fuel for the first combustion in the expansion stroke cylinder by split injection, and at least the timing of fuel injection to be performed at the end of the split injection is after the start of reverse operation of the engine. An engine starter characterized in that the engine is set to be in reverse rotation.
上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒におけるエンジン停止中のピストン位置が再始動に適した所定の適正停止範囲のうちの比較的下死点寄りにあるとき、比較的上死点寄りにあるときに比べて上記分割噴射における後段の噴射量割合を増大させることを特徴とする請求項3記載のエンジンの始動装置。 At least piston position detecting means for detecting the piston position of the expansion stroke cylinder;
The fuel injection control means is relatively close to the top dead center when the piston position during engine stop in the expansion stroke cylinder is relatively close to the bottom dead center within a predetermined appropriate stop range suitable for restart. 4. The engine starting device according to claim 3, wherein a ratio of the subsequent injection amount in the divided injection is increased as compared with the case.
上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒の筒内空気温度の推定値が高いときは低いときに比べて上記分割噴射の後段の燃料噴射時期を遅らせることを特徴とする請求項3または4記載のエンジンの始動装置。 In-cylinder temperature estimating means for estimating at least the in-cylinder air temperature of the expansion stroke cylinder,
5. The fuel injection control means for delaying the fuel injection timing at the latter stage of the divided injection when the estimated value of the in-cylinder air temperature of the expansion stroke cylinder is high compared to when the estimated value is low. Engine starter.
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