JP4321497B2

JP4321497B2 - 内燃機関の始動装置

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Publication number: JP4321497B2
Application number: JP2005176792A
Authority: JP
Inventors: 進小島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2009-08-26
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Also published as: EP1891314B1; US20090132155A1; JP2006348861A; US7664594B2; CN101198781A; CN100590309C; WO2006134470A1; EP1891314A1

Description

本発明は、膨張行程にある気筒に対して燃料噴射及び点火を行って燃焼させ、その燃焼エネルギにより内燃機関を始動させる内燃機関の始動装置に関するものである。

近年、排気ガス対策や燃費向上などの手法として、車両がアイドル状態で停止しているときにエンジンを自動的に停止させ、発進時に自動的に再始動して円滑に発進させるようにした技術が各種提案されている。この場合、エンジンの再始動に時間が掛かるとドライバの発進意思に対してレスポンスが遅れてドライバビリティが悪化するため、素早く再始動させることが重要である。ところが、エンジンを始動する場合、一般にスタータモータを用いており、このエンジンを素早く再始動させることが困難である。また、頻繁にエンジンの停止と始動を繰り返すことで、このスタータモータや周辺部品の寿命低下、また、バッテリーの使用過多による充電量の低下などを招いてしまう。

そこで、例えば、下記特許文献１では、燃料を吸気ポートではなく燃焼室に直接噴射する筒内噴射式のエンジンにて、スタータモータを用いることなくエンジンを始動可能としている。この特許文献１に記載された「エンジンの始動装置」は、筒内噴射式エンジンにて、このエンジンの再始動時に、圧縮行程となる気筒と膨張行程となる気筒において、ピストンの上死点方向への移動に対する抵抗を大きくすべく、エンジン停止動作期間中の所定期間だけスロットル弁を所定の開状態に制御し、ピストンを所定の停止位置に停止させると共に、膨張行程気筒の空気量を適正に確保するようにしたものである。

特開２００４−１２４７５４号公報

上述した従来の「エンジンの始動装置」にあっては、エンジン停止動作期間中に、所定期間だけスロットル弁を所定の開状態に制御することで、ピストンを所定の停止位置に停止することができると共に、膨張行程気筒の空気量を確保することができる。ところが、エンジンがアイドル運転のような吸気管負圧が大きい運転状態から、エンジン停止条件が成立して停止させるとき、スロットルを急に開放すると、空気が吸気管内に急激に流入し、異音が発生するという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、始動性及び静粛性の向上を図った内燃機関の始動装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関の始動装置は、燃焼室と、該燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、前記吸気ポート及び前記排気ポートを開閉する吸気弁及び排気弁と、前記吸気ポートに連通する吸気通路に設けられたスロットル装置と、前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室内の混合気に点火する点火手段と、内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、前記内燃機関の停止時に前記スロットル装置により吸気圧に基づいて設定されたスロットル開度まで開放する一方、前記内燃機関の始動時に前記クランク角度検出手段の検出結果に基づいて膨張行程にある気筒に対して前記燃料噴射手段により燃料噴射を実行すると共に前記点火手段により点火を実行する制御手段とを具え、前記内燃機関の停止時におけるスロットル開度は、吸気圧が大きいほどに小さくするその上限値に設定されたことを特徴とするものである。

本発明の内燃機関の始動装置では、前記内燃機関の停止時におけるスロットル開度またはスロットル開放速度の上限値は、前記内燃機関の始動時における始動性及び静粛性を考慮して設定されたことを特徴としている。

また、本発明の内燃機関の始動装置は、燃焼室と、該燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、前記吸気ポート及び前記排気ポートを開閉する吸気弁及び排気弁と、前記吸気ポートに連通する吸気通路に設けられたスロットル装置と、前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室内の混合気に点火する点火手段と、内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、前記内燃機関の停止時に前記スロットル装置により吸気圧に基づいて設定されたスロットル開放速度で所定のスロットル開度まで開放する一方、前記内燃機関の始動時に前記クランク角度検出手段の検出結果に基づいて膨張行程にある気筒に対して前記燃料噴射手段により燃料噴射を実行すると共に前記点火手段により点火を実行する制御手段とを具えたことを特徴とするものである。

本発明の内燃機関の始動装置では、前記制御手段は、前記内燃機関の停止時に前記スロットル装置によりスロットルを所定のスロットル開度まで開放すると共に、そのスロットル開放速度を吸気圧が大きいほどに小さくすることを特徴としている。

本発明の内燃機関の始動装置では、前記内燃機関の停止時におけるスロットル開放速度は、吸気圧が大きいほどに小さくするその上限値に設定されたことを特徴としている。

本発明の内燃機関の始動装置では、前記内燃機関の停止時におけるスロットル開放速度の上限値は、前記内燃機関の始動時における始動性及び静粛性を考慮して設定されたことを特徴としている。

本発明の内燃機関の始動装置によれば、内燃機関の停止時に、スロットル装置により吸気圧に基づいて設定されたスロットル開度まで開放する一方、内燃機関の始動時に、クランク角度検出手段の検出結果に基づいて膨張行程にある気筒に対して燃料噴射手段により燃料噴射を実行すると共に、点火手段により点火を実行するように構成し、内燃機関の停止時におけるスロットル開度を、吸気圧が大きいほどに小さくするその上限値に設定したので、内燃機関の停止時には、停止空転中にスロットルが開放されることで、流入する空気により気筒内が掃気されて酸素量を増大することができると共に、気筒内の負圧力が低下してピストンを適正位置に停止することができ、機関始動時に混合気に確実に着火して燃焼による所定の駆動力を得ることで内燃機関の始動性を向上することができ、また、機関停止時のスロットル開度が吸気圧に基づいて設定されることで、空気の急激な流入による異音の発生を防止して静粛性を向上することができる。

また、本発明の内燃機関の始動装置によれば、内燃機関の停止時に、スロットル装置により吸気圧に基づいて設定されたスロットル開放速度で所定のスロットル開度まで開放する一方、内燃機関の始動時に、クランク角度検出手段の検出結果に基づいて膨張行程にある気筒に対して燃料噴射手段により燃料噴射を実行すると共に、点火手段により点火を実行するようにしたので、内燃機関の停止時には、停止空転中にスロットルが開放されることで、流入する空気により気筒内が掃気されて酸素量を増大することができると共に、気筒内の負圧力が低下してピストンを適正位置に停止することができ、機関始動時に混合気に確実に着火して燃焼による所定の駆動力を得ることで内燃機関の始動性を向上することができ、また、機関停止時のスロットル開放速度が吸気圧に基づいて設定されることで、空気の急激な流入による異音の発生を防止して静粛性を向上することができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の始動装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の始動装置を表す概略構成図、図２は、実施例１の内燃機関の始動装置におけるエンジン停止制御および始動制御を表すフローチャート、図３は、実施例１の内燃機関の始動装置におけるエンジン停止時の気筒内挙動を表す概略図、図４は、エンジン停止時における吸気管負圧に対するスロットル開度を表すグラフ、図５は、実施例１の内燃機関の始動装置におけるエンジン停止時のスロットル開度及び吸気管圧力を表すタイムチャートである。

実施例１の内燃機関の始動装置が適用されたエンジンにおいて、図１に示すように、この内燃機関としてのエンジン１０は４気筒筒内噴射式であって、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。

燃焼室１８は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とピストン１４により構成されており、この燃焼室１８は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が図示しないローラロッカアームを介して吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。

従って、エンジン１０に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６がローラロッカアームを作動させ、吸気弁２１及び排気弁２２が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。

また、このエンジン１０の動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２１及び排気弁２２を最適な開閉タイミングに制御する吸気・排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２７，２８となっている。この吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４の軸端部にＶＶＴコントローラ２９，３０が設けられて構成され、オイルコントロールバルブ３１，３２からの油圧をこのＶＶＴコントローラ２９，３０の図示しない進角室及び遅角室に作用させることによりカムスプロケットに対するカムシャフト２３，２４の位相を変更し、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気弁２１及び排気弁２２の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ３３，３４が設けられている。

吸気ポート１９には、インテークマニホールド３５を介してサージタンク３６が連結され、このサージタンク３６に吸気管３７が連結されており、この吸気管３７の空気取入口にはエアクリーナ３８が取付けられている。そして、このエアクリーナ３８の下流側にスロットル弁３９を有する電子スロットル装置４０が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射するインジェクタ４１が装着されており、このインジェクタ４１は、吸気ポート１９側に位置して上下方向に所定角度傾斜している。各気筒に装着されるインジェクタ４１はデリバリパイプ４２により連結され、このデリバリパイプ４２には燃料供給管４３を介して高圧ポンプ４４が連結され、この高圧ポンプ４４には図示しない燃料供給管を介して低圧ポンプ、燃料タンクが連結されている。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ４５が装着されている。

一方、排気ポート２０には、エギゾーストマニホールド４６を介して排気管４７が連結されており、この排気管４７には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する触媒装置４８，４９が装着されている。また、エンジン１０には、クランキングを行うスタータモータ５０が設けられており、エンジン始動時に図示しないピニオンギヤがリングギヤと噛み合った後、回転力がピニオンギヤからリングギヤへと伝わり、クランクシャフト１６を回転することができる。

ところで、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１が搭載されており、このＥＣＵ５１は、インジェクタ４１や点火プラグ４５などを制御可能となっている。即ち、吸気管３７の上流側にはエアフローセンサ５２及び吸気温センサ５３が装着され、また、サージタンク３６には吸気圧センサ５４が設けられており、計測した吸入空気量、吸気温度、吸気圧（吸気管負圧）をＥＣＵ５１に出力している。また、電子スロットル装置４０にはスロットルポジションセンサ５５が装着されており、現在のスロットル開度をＥＣＵ５１に出力しており、アクセルポジションセンサ５６は、現在のアクセル開度をＥＣＵ５１に出力している。更に、クランク角センサ５７は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ５１に出力し、このＥＣＵ５１は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、シリンダブロック１１にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ５８が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ５１に出力している。また、各インジェクタ４１に連通するデリバリパイプ４２には燃圧センサ５９が設けられており、検出した燃料圧力をＥＣＵ５１に出力している。

従って、ＥＣＵ５１は、検出した燃料圧力に基づいてこの燃料圧力が所定圧力となるように高圧ポンプ４４を駆動すると共に、検出した吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定し、インジェクタ４１及び点火プラグ４５を駆動して燃料噴射及び点火を実行する。

また、ＥＣＵ５１は、エンジン運転状態に基づいて吸気・排気可変動弁機構２７，２８を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁２２の閉止時期と吸気弁２１の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート１９または燃焼室１８に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁２１の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート１９に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁２１の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。

このように構成されたエンジン１０にあっては、車両がアイドル状態で停止しているときにこのエンジン１０を自動的に停止させるエンジン自動停止機能と、エンジン１０が自動停止しているときに発進指令により自動的に再始動させるエンジン再始動機能を有している。そして、本実施例では、エンジン１０の再始動時に、スタータモータ５０を使用するのに加えて、筒内噴射機構を用いてエンジン１０を着火始動するようにしている。

即ち、制御手段としてのＥＣＵ５１は、エンジン１０の停止後に、クランク角センサ５７の検出結果に基づいてピストン１４が膨張行程で停止している気筒を判別する。そして、エンジン１０の再始動時に、この膨張行程で停止している気筒に対して燃料を噴射し、混合気に点火することで燃焼させて爆発力を得て、この爆発力によりピストン１４を移動してクランクシャフト１６を駆動し、続いてスタータモータ５０を駆動することでクランクシャフト１６に駆動力を付与してエンジン１０を再始動する。

本実施例の場合、エンジン１０が筒内噴射式の４気筒直列型であるため、図３に示すように、例えば、第１気筒＃１が上死点（ＴＤＣ）を越えて膨張行程で停止したとき、続く第３気筒＃３は圧縮行程で停止している。この停止状態から、膨張行程で停止した第１気筒＃１に対して燃料噴射と点火を実行して燃焼させて爆発力を得て、この第１気筒＃１の爆発力によりピストン１４を押し下げると共に、クランクシャフト１６を介して第３気筒＃３のピストン１４を押し上げる。この場合、圧縮行程にある第３気筒＃３では、ピストン１４が上昇して燃焼室１８内の空気を圧縮する力を第１気筒＃１の爆発力から得るため、第１気筒＃１では、ＴＤＣを超えた膨張行程後半で停止させ、第３気筒＃３では、ＢＤＣを超えた圧縮行程後半で停止させることが望ましい。

また、本実施例では、エンジン１０の停止動作（空転）期間中に、所定期間だけスロットル弁３９を開放することで、膨張行程で停止するピストン１４をこの膨張行程における所定の停止位置に停止させると共に、この膨張行程で停止している気筒の酸素量を適正に確保するようにしている。しかし、エンジン停止動作期間中にスロットル弁３９を開放すると、空気がスロットル弁３９より下流側の吸気管３７内に急激に流入し、ここで「シュポ」という異音が発生する。特に、エンジン１０がアイドル運転のような吸気管３７内の吸気負圧が大きい運転状態から停止させるとき、スロットル弁３９を急に開放すると、この異音が発生しやすい。

そこで、本実施例では、エンジン１０の停止動作期間中に、電子スロットル装置４０によりスロットル弁３９を吸気管負圧に基づいて設定されたスロットル開度まで開放することで、膨張行程で停止するピストン１４を所定の位置で停止させると共に、異音の発生を防止し、また、膨張行程で停止している気筒の酸素量を確保し、エンジン１０の再始動時に膨張行程にある気筒に対して燃料噴射と点火を実行することで、エンジン１０を確実に始動可能としている。

即ち、図４に示すように、エンジン停止時に発生する異音は、エンジン１０の停止動作期間中のスロットル開度が大きいほど、また、このときの吸気管負圧が大きいほど発生しやすい。そのため、異音の発生による静粛性を考慮すると、エンジン１０の停止動作期間中におけるスロットル弁３９の制御は、吸気管負圧に対してスロットル開度が小さくなる領域Ａで行うことが好ましい。一方、膨張行程で停止している気筒の酸素量と停止位置に基づいたエンジン１０の再始動性を考慮すると、エンジン１０の停止動作期間中のスロットル弁３９の開度は大きい方が望ましい。従って、エンジン１０の停止動作期間中におけるスロットル弁３９のスロットル開度は、エンジン１０の再始動性と静粛性を考慮し、領域Ａの上限値ａに設定している。

ここで、上述した実施例１の内燃機関の始動装置における停止制御及び再始動制御について、図２のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、ステップＳ１にて、ＥＣＵ５１は、車両の運転中にエンジン１０の自動停止条件が成立したかどうかを判定する。ここで、エンジン１０の自動停止とは、アイドル運転中にエンジンを停止する、所謂、アイドルストップである。この場合、エンジン１０の自動停止条件とは、例えば、車速が０km/h、ブレーキスイッチがＯＮ状態、シフトレバーの操作位置がニュートラル（Ｎ）位置であることが所定時間継続したことであり、このとき、車両は赤信号灯で停車していると判断して自動停止条件が成立したと判定する。なお、車両の減速中にエンジン１０を停止しても良く、この場合、エンジン１０の自動停止条件とは、車速が一定速度以下、エンジン回転数が一定回転以下、エンジン冷却水温が一定温度以下、冷暖房装置がＯＦＦ状態であり、このとき、車両は減速中であると判断して自動停止条件が成立したと判定する。

このステップＳ１にて、エンジン１０の自動停止条件が成立したと判定されると、ステップＳ２に移行し、ここで、ＥＣＵ５１は、インジェクタ４１による燃料噴射を停止すると共に、点火プラグ４５による点火を停止する。そして、ステップＳ３にて、電子スロットル装置４０によるスロットル開度を設定するが、この場合、吸気圧センサ５４が検出した吸気圧（吸気管負圧）に基づき、図４に表すマップを用いてスロットル開度（上限値ａ）を設定する。ステップＳ３でスロットル開度が設定されると、ステップＳ４にて、ＥＣＵ５１は、電子スロットル装置４０によりスロットル弁３９を開放して設定されたスロットル開度とする。

エンジン１０の停止動作期間中にスロットル弁３９が開放されると、吸気管３７内の空気がスロットル弁３９を通してサージタンク３６側に流入し、吸気圧が上昇することで正圧となる。そのため、膨張行程で停止するピストン１４がこの膨張行程における所定の停止位置に停止すると共に、この空気の流入により各気筒が掃気され、膨張行程で停止する気筒の酸素量が適正に確保される。また、エンジン停止動作期間中にスロットル弁３９が適正な角度だけ開放されるため、空気がスロットル弁３９を介してサージタンク３６に急激に流入することはなく、異音の発生が抑制される。

そして、ステップＳ５では、エンジン回転数が０になったかどうかを判定し、エンジン回転数が０になったら、ステップＳ６にて、電子スロットル装置４０によりスロットル弁３９を閉止し、ステップＳ７にて、エンジン停止となる。

その後、ステップＳ８では、エンジン１０が自動停止している状態で、エンジン再始動条件が成立したかどうかを判定する。ここで、エンジン１０の再始動条件とは、例えば、車速が０km/h、ブレーキスイッチがＯＮ状態、シフトレバーの操作位置が走行（１、２、Ｄ、Ｒ）位置であるときに、ドライバに発進する意思があると判断して再始動条件が成立したと判定する。このステップＳ８にて、エンジン１０の再始動条件が成立したと判定されると、ステップＳ１０以降でエンジン１０の着火始動を実行する。

即ち、ステップＳ９にて、エンジン１０の再始動前に、クランク角センサ５７の検出結果に基づいて膨張行程で停止している気筒を判別し、ステップＳ１０にて、この膨張行程で停止している気筒の燃焼室１８に対してインジェクタ４１により所定量の燃料を噴射した後、点火プラグ４５により混合気に点火することで、この気筒は燃焼を開始して爆発力を得てピストン１４を下降させる。

この膨張行程で停止している気筒が燃焼を開始してピストン１４が下降すると、クランクシャフト１６が回転し、この回転力が膨張行程で停止している気筒に続く気筒、つまり、圧縮行程で停止している気筒に伝達され、この圧縮行程で停止している気筒のピストン１４が上昇して圧縮行程が開始される。そして、この気筒が膨張行程に至ったときに、前述と同様に、インジェクタ４１により所定量の燃料を噴射した後、点火プラグ４５により混合気に点火することで、この気筒は燃焼を開始して爆発力を得てピストン１４を下降させる。

そして、ステップＳ１１では、膨張行程で停止している気筒の燃焼室１８に燃料を噴射して点火することで、燃焼による爆発力でピストン１４が下降し始めたとき、スタータモータ５０による始動を開始する。なお、ステップＳ１０にて、膨張行程、圧縮行程で停止している気筒に続く気筒に対しては、通常通りに吸気ポート１９から空気を吸入し、インジェクタ４１から所定量の燃料を噴射すると共に、点火プラグ４５により混合気に点火することで燃焼し、爆発力を得てピストン１４を下降させることとなる。従って、各気筒での爆発力が所定時間継続されると共に、スタータモータ５０から付与される駆動力によりエンジン１０が再始動される。

その後、ステップＳ１２では、エンジン回転数が始動回転数以上まで上昇したかどうかを判定し、エンジン回転数が始動回転数以上となったらステップＳ１３に移行し、スタータモータ５０による始動を終了し、エンジン１０は適正に再始動される。

ここで、エンジン１０の停止動作期間中におけるスロットル弁３９の開度と吸気圧の変化について説明する。図５に示すように、エンジン１０が停止してスロットル弁３９が開放されたとき、同図に二点鎖線で示す従来の大きなスロットル開度では、空気の急な流入により吸気圧が急激に上昇して異音が発生する。一方、実線で示す本実施例の適正なスロットル開度では、空気の急な流入はなく吸気圧が滑らかに上昇することで異音の発生が抑制される。

このように実施例１の内燃機関の始動装置にあっては、燃焼室１８に燃料を直接噴射するインジェクタ３７及び燃焼室１８の混合気に点火する点火プラグ４５を設けると共に、吸気管３７にスロットル装置４０を設け、エンジン１０の停止時に、スロットル装置４０によりスロットル弁４１を吸気圧に基づいて設定されたスロットル開度まで開放し、エンジン１０の始動時に、膨張行程にある気筒に対してインジェクタ４１により燃料噴射を実行すると共に、点火プラグ４５により混合気に点火するようにしている。

従って、エンジン１０の停止時には、停止動作期間中にスロットル弁３９が開放されることで、新たに流入する空気により各気筒内が掃気されて酸素量を増大することができ、そして、気筒内の負圧が低下して膨張行程で停止するピストン１４を適正位置に停止することができ、その後、エンジン１０の再始動時に混合気に確実に着火して燃焼による所定の駆動力を得ることでエンジン１０を確実に始動し、始動性を向上することができる。また、エンジン１０の停止動作期間中のスロットル開度が吸気管負圧に基づいて設定されることで、空気の急激な流入による異音の発生を防止して静粛性を向上することができる。

そして、エンジン１０の停止動作期間中にスロットル弁３９を開放することで発生する異音は、このスロットル開度が小さいほど、また、吸気管負圧が小さいほど発生しにくく、また、膨張行程で停止している気筒の酸素量と停止位置に基づいたエンジン１０の再始動性は、スロットル弁３９の開度が大きいほどよいことから、エンジン１０の静粛性と再始動性を考慮し、エンジン１０の停止動作期間中におけるスロットル弁３９の開度は、吸気管負圧に対してスロットル開度が小さくなる領域Ａの上限値ａに設定している。

従って、エンジン１０の十分な再始動性を確保しつつ、エンジン１０の停止動作期間中に発生する異音を確実に抑制することができ、エンジン１０の静粛性と再始動性の両立を図ることができる。

図６は、本発明の実施例２に係る内燃機関の始動装置におけるエンジン停止制御および始動制御を表すフローチャート、図７は、実施例２の内燃機関の始動装置におけるエンジン停止時のスロットル開放速度及び吸気管圧力を表すタイムチャートである。なお、本実施例の内燃機関の始動装置における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１を用いて説明すると共に、この実施例１で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２の内燃機関の始動装置にあっては、前述した実施例１と同様に図１に示すように、車両がアイドル状態で停止しているときにこのエンジン１０を自動的に停止させるエンジン自動停止機能と、エンジン１０が自動停止しているときに発進指令により自動的に再始動させるエンジン再始動機能を有している。即ち、このＥＣＵ５１は、エンジン１０の停止後に、ピストン１４が膨張行程で停止している気筒を判別し、エンジン１０の再始動時に、この膨張行程で停止している気筒に対して燃料を噴射し、混合気に点火することで燃焼させて爆発力を得て、この爆発力によりピストン１４を移動してクランクシャフト１６を駆動し、続いてスタータモータ５０を駆動することでクランクシャフト１６に駆動力を付与してエンジン１０を再始動する。

また、本実施例では、エンジン１０の停止動作期間中に、所定期間だけスロットル弁３９を開放することで、膨張行程で停止するピストン１４をこの膨張行程における所定の停止位置に停止させると共に、この膨張行程で停止している気筒の酸素量を適正に確保するようにしている。また、本実施例では、エンジン１０の停止動作期間中に、スロットル弁３９によるスロットル開放速度を吸気管負圧に基づいて設定することで、空気の急な流入を防止して異音の発生を防止している。

この場合、実施例１のスロットル開度と同様に、エンジン１０の停止動作期間中におけるスロットル弁３９のスロットル開放速度は、エンジン１０の再始動性と静粛性を考慮し、吸気管負圧に対してスロットル開度が小さくなる領域の上限値に設定している。

ここで、上述した実施例２の内燃機関の始動装置における停止制御及び再始動制御について、図６のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

図１及び図６に示すように、ステップＳ３１にて、ＥＣＵ５１は、車両の運転中にエンジン１０の自動停止条件が成立したかどうかを判定する。このステップＳ３１にて、エンジン１０の自動停止条件が成立したと判定されると、ステップＳ３２に移行し、ここで、ＥＣＵ５１は、インジェクタ４１による燃料噴射を停止すると共に、点火プラグ４５による点火を停止する。そして、ステップＳ３３にて、電子スロットル装置４０によるスロットル開放速度を設定するが、この場合、吸気圧センサ５４が検出した吸気圧（吸気管負圧）に基づいて設定する。ステップＳ３３でスロットル開放速度が設定されると、ステップＳ３４にて、ＥＣＵ５１は、電子スロットル装置４０によりスロットル弁３９を設定された開放速度で開放して所定のスロットル開度とする。

エンジン１０の停止動作期間中にスロットル弁３９が開放されると、吸気管３７内の空気がスロットル弁３９を通してサージタンク３６側に流入し、吸気圧が上昇することで正圧となる。そのため、膨張行程で停止するピストン１４がこの膨張行程における所定の停止位置に停止すると共に、この空気の流入により各気筒が掃気され、膨張行程で停止する気筒の酸素量が適正に確保される。また、エンジン停止動作期間中にスロットル弁３９が適正な速度で所定角度だけ開放されるため、空気がスロットル弁３９を介してサージタンク３６に急激に流入することはなく、異音の発生が抑制される。

そして、ステップＳ３５では、エンジン回転数が０になったかどうかを判定し、エンジン回転数が０になったら、ステップＳ３６にて、電子スロットル装置４０によりスロットル弁３９を閉止し、ステップＳ３７にて、エンジン停止となる。

その後、ステップＳ３８では、エンジン１０が自動停止している状態で、エンジン再始動条件が成立したかどうかを判定する。このステップＳ３８にて、エンジン１０の再始動条件が成立したと判定されると、ステップＳ４０以降でエンジン１０の着火始動を実行する。即ち、ステップＳ３９にて、エンジン１０の再始動前に、クランク角センサ５７の検出結果に基づいて膨張行程で停止している気筒を判別し、ステップＳ４０にて、この膨張行程で停止している気筒の燃焼室１８に対してインジェクタ４１により所定量の燃料を噴射した後、点火プラグ４５により混合気に点火することで、この気筒は燃焼を開始して爆発力を得てピストン１４を下降させる。

そして、ステップＳ４１では、膨張行程で停止している気筒の燃焼室１８に燃料を噴射して点火することで、燃焼による爆発力でピストン１４が下降し始めたとき、スタータモータ５０による始動を開始する。なお、ステップＳ４０にて、膨張行程、圧縮行程で停止している気筒に続く気筒に対しては、通常通りに吸気ポート１９から空気を吸入し、インジェクタ４１から所定量の燃料を噴射すると共に、点火プラグ４５により混合気に点火することで燃焼し、爆発力を得てピストン１４を下降させることとなる。従って、各気筒での爆発力が所定時間継続されると共に、スタータモータ５０から付与される駆動力によりエンジン１０が再始動される。

その後、ステップＳ４２では、エンジン回転数が始動回転数以上まで上昇したかどうかを判定し、エンジン回転数が始動回転数以上となったらステップＳ４３に移行し、スタータモータ５０による始動を終了し、エンジン１０は適正に再始動される。

ここで、エンジン１０の停止動作期間中におけるスロットル弁３９の開度及び開放速度と吸気圧の変化について説明する。図７に示すように、エンジン１０が停止してスロットル弁３９が開放されるとき、同図に二点鎖線で示す従来の大きなスロットル開放速度では、空気の急な流入により吸気圧が急激に上昇して異音が発生する。一方、実線で示す本実施例の適正なスロットル開放速度では、空気の急な流入はなく吸気圧が滑らかに上昇することで異音の発生が抑制される。

このように実施例２の内燃機関の始動装置にあっては、燃焼室１８に燃料を直接噴射するインジェクタ４１及び燃焼室１８の混合気に点火する点火プラグ４５を設けると共に、吸気管３７にスロットル装置４０を設け、エンジン１０の停止時に、スロットル装置４０によりスロットル弁３９を吸気圧に基づいて設定されたスロットル開放速度で所定のスロットル開度まで開放し、エンジン１０の始動時に、膨張行程にある気筒に対してインジェクタ４１により燃料噴射を実行すると共に、点火プラグ４５により混合気に点火するようにしている。

従って、エンジン１０の停止時には、停止動作期間中にスロットル弁３９が開放されることで、新たに流入する空気により各気筒内が掃気されて酸素量を増大することができ、そして、気筒内の負圧が低下して膨張行程で停止するピストン１４を適正位置に停止することができ、その後、エンジン１０の再始動時に混合気に確実に着火して燃焼による所定の駆動力を得ることでエンジン１０を確実に始動し、始動性を向上することができる。また、エンジン１０の停止動作期間中のスロットル開放速度が吸気管負圧に基づいて設定されることで、空気の急激な流入による異音の発生を防止して静粛性を向上することができる。

そして、エンジン１０の停止動作期間中にスロットル弁３９を開放することで発生する異音は、このスロットル開放速度が小さいほど、また、吸気管負圧が小さいほど発生しにくく、また、膨張行程で停止している気筒の酸素量と停止位置に基づいたエンジン１０の再始動性は、スロットル弁３９の開度が大きいほどよいことから、エンジン１０の静粛性と再始動性を考慮し、エンジン１０の停止動作期間中におけるスロットル弁３９の開放速度は、吸気管負圧に対してスロットル開度が小さくなる領域の上限値に設定している。

なお、上述した各実施例では、エンジン１０を再始動するときに、膨張行程で停止している気筒の燃焼室１８に対して燃料を噴射すると共に、点火することで燃焼させるようにしている。この場合、停止クランク角度及びエンジン冷却水温、更に、クランクケース内圧に基づいて燃料噴射量を設定するとよい。即ち、停止クランク角度により燃焼室１８の容積がわかり、エンジン冷却水温により空気密度がわかり、クランクケース内圧により筒内圧がわかるため、これらのデータにより最適な燃料噴射量を設定することができる。

また、上述した各実施例では、本発明の内燃機関の始動装置を、エンジン１０が自動停止したときの再始動装置として適用したが、エンジン１０が完全に停止した状態から、イグニッションキースイッチの操作により始動する始動装置としても適用することができる。

そして、上述した各実施例では、本発明の内燃機関の始動装置を筒内噴射式の４気筒エンジンに適用して説明したが、この形式のエンジンに限らず、６気筒エンジンや直列型またはＶ型エンジンに適用することもできる。

以上のように、本発明に係る内燃機関の始動装置は、始動時に膨張行程にある気筒に燃料噴射と点火を行って燃焼による爆発力で始動する内燃機関において、停止時に吸気圧に基づいて設定されたスロットル開度まで、また、吸気圧に基づいて設定されたスロットル開放速度で所定の開度まで開放することで、異音の発生を防止するようにしたものであり、筒内噴射式の内燃機関であれば、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。

本発明の実施例１に係る内燃機関の始動装置を表す概略構成図である。実施例１の内燃機関の始動装置におけるエンジン停止制御および始動制御を表すフローチャートである。実施例１の内燃機関の始動装置におけるエンジン停止時の気筒内挙動を表す概略図である。エンジン停止時における吸気管負圧に対するスロットル開度を表すグラフである。実施例１の内燃機関の始動装置におけるエンジン停止時のスロットル開度及び吸気管圧力を表すタイムチャートである。本発明の実施例２に係る内燃機関の始動装置におけるエンジン停止制御および始動制御を表すフローチャートである。実施例２の内燃機関の始動装置におけるエンジン停止時のスロットル開放速度及び吸気管圧力を表すタイムチャートである。

符号の説明

１０エンジン
１４ピストン
１６クランクシャフト
１８燃焼室
１９吸気ポート
２０排気ポート
２１吸気弁
２２排気弁
２７吸気可変動弁機構
２８排気可変動弁機構
３７吸気管（吸気通路）
３９スロットル弁
４０電子スロットル装置
４１インジェクタ（燃料噴射手段）
４５点火プラグ（点火手段）
５０スタータモータ
５１電子制御ユニット、ＥＣＵ（制御手段）
５２エアフローセンサ
５４吸気圧センサ
５５スロットルポジションセンサ
５７クランク角センサ（クランク角度検出手段）
５８水温センサ
５９燃圧センサ

Claims

燃焼室と、該燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、前記吸気ポート及び前記排気ポートを開閉する吸気弁及び排気弁と、前記吸気ポートに連通する吸気通路に設けられたスロットル装置と、前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室内の混合気に点火する点火手段と、内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、前記内燃機関の停止時に前記スロットル装置により吸気圧に基づいて設定されたスロットル開度まで開放する一方、前記内燃機関の始動時に前記クランク角度検出手段の検出結果に基づいて膨張行程にある気筒に対して前記燃料噴射手段により燃料噴射を実行すると共に前記点火手段により点火を実行する制御手段とを具え、
前記内燃機関の停止時におけるスロットル開度は、吸気圧が大きいほどに小さくするその上限値に設定されたことを特徴とする内燃機関の始動装置。
請求項１に記載の内燃機関の始動装置において、前記内燃機関の停止時におけるスロットル開度の上限値は、前記内燃機関の始動時における始動性及び静粛性を考慮して設定されたことを特徴とする内燃機関の始動装置。
燃焼室と、該燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、前記吸気ポート及び前記排気ポートを開閉する吸気弁及び排気弁と、前記吸気ポートに連通する吸気通路に設けられたスロットル装置と、前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室内の混合気に点火する点火手段と、内燃機関のクランク角度を検出するクランク角度検出手段と、前記内燃機関の停止時に前記スロットル装置により吸気圧に基づいて設定されたスロットル開放速度で所定のスロットル開度まで開放する一方、前記内燃機関の始動時に前記クランク角度検出手段の検出結果に基づいて膨張行程にある気筒に対して前記燃料噴射手段により燃料噴射を実行すると共に前記点火手段により点火を実行する制御手段とを具えたことを特徴とする内燃機関の始動装置。
請求項３に記載の内燃機関の始動装置において、前記制御手段は、前記内燃機関の停止時に前記スロットル装置によりスロットルを所定のスロットル開度まで開放すると共に、そのスロットル開放速度を吸気圧が大きいほどに小さくすることを特徴とする内燃機関の始動装置。
請求項３に記載の内燃機関の始動装置において、前記内燃機関の停止時におけるスロットル開放速度は、吸気圧が大きいほどに小さくするその上限値に設定されたことを特徴とする内燃機関の始動装置。
請求項５に記載の内燃機関の始動装置において、前記内燃機関の停止時におけるスロットル開放速度の上限値は、前記内燃機関の始動時における始動性及び静粛性を考慮して設定されたことを特徴とする内燃機関の始動装置。