JP4341475B2 - Engine starter - Google Patents
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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, an automatic engine stop control (so-called idle stop control) technique 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 vehicle starting operation or the like. 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。
しかしながら、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のようにしてエンジンの再始動性を高めても、なおエンジンの再始動性が充分高いと言えるまでには至っていない。特に、エンジンが自動停止してからの特定の期間(例えばエンジン停止から5s〜15s程度)経過した後に再始動を行うと再始動性が低下する傾向があった。
However, even if the restartability of the engine is increased as in the engine starter disclosed in
本発明は上記の事情に鑑み、エンジンの自動停止後の経過時間に拘わらず、安定した再始動を行う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 provides an engine starter capable of performing a stable restart regardless of the elapsed time after the engine is automatically stopped.
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、少なくともエンジン停止時に膨脹行程にある膨張行程気筒に燃料を供給し、点火して燃焼を行わせることによりエンジンを再始動させるエンジンの始動装置において、エンジンの冷却水温度を検知する水温センサと、エンジン停止時においてもエンジン冷却水を強制循環し得る電動ウォータポンプと、エンジンの冷却水回路上に設けられ、熱交換によってエンジン冷却水温度を低減させるラジエータと、上記冷却水回路上に設けられ、上記ラジエータ側へ冷却水を導く開弁状態と上記ラジエータ側へ冷却水を導かない閉弁状態とに切換え自在なサーモバルブとを備え、上記エンジン自動停止条件の1つに冷却水温度が所定の自動停止許可温度以上であることが含まれるとともに、エンジン作動中の上記サーモバルブの開弁温度が、上記自動停止許可温度よりも高温であるように設定されており、上記エンジン自動停止条件の成立によってエンジンが自動停止されたときは、上記エンジンの冷却水温度が上記サーモバルブの開弁温度よりも低い場合であっても、上記サーモバルブを開弁するとともに上記電動ウォータポンプを作動させる筒内冷却モードが実行されることを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, when a 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, at least the engine is stopped. In an engine starter that restarts the engine by supplying fuel to an expansion stroke cylinder that is sometimes in the expansion stroke and igniting it for combustion, a water temperature sensor for detecting the coolant temperature of the engine, and when the engine is stopped Also, an electric water pump capable of forcibly circulating engine cooling water, a radiator provided on the engine cooling water circuit to reduce the engine cooling water temperature by heat exchange, and provided on the cooling water circuit to the radiator side A thermo-valve that can be switched between a valve-opening state that guides cooling water and a valve-closing state that does not guide cooling water to the radiator side. The provided, together with the cooling water temperature in one of the engine automatic stop conditions include that the predetermined automatic stop permission temperature above the valve opening temperature of the thermo-valve in the engine operation, than the automatic stop permission temperature Is set at a high temperature, and when the engine is automatically stopped due to the establishment of the engine automatic stop condition, even if the coolant temperature of the engine is lower than the opening temperature of the thermo valve. The in- cylinder cooling mode for opening the thermo valve and operating the electric water pump is performed.
なお、当明細書において、エンジンの自動停止中に膨脹行程にある気筒を膨脹行程気筒と称する(同様に圧縮行程にある気筒を圧縮行程気筒、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、例えばある気筒が膨脹行程にあるときにエンジンが完全に停止したとき、便宜上その気筒を膨脹行程気筒と称するものである(圧縮行程気筒等も同様)。 In this specification, a cylinder in the expansion stroke while the engine is automatically stopped is referred to as an expansion stroke cylinder (similarly, a cylinder in the compression stroke is referred to as a compression stroke cylinder, 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 expansion stroke, the cylinder is referred to for convenience. Is called an expansion stroke cylinder (the same applies to the compression 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、上記筒内冷却モードの開始時期が、電動ウォータポンプを作動させない場合のエンジン自動停止後に筒内温度が極大値となる時点より早期であるように設定されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the engine starting device according to the first aspect, the in-cylinder cooling mode has a local maximum temperature after the engine is automatically stopped when the electric water pump is not operated. It is set to be earlier than the time point.
請求項3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、上記筒内冷却モードの開始時期が、エンジンの自動停止後5秒以内であるように設定されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the engine starter according to the first aspect, the start timing of the in-cylinder cooling mode is set to be within 5 seconds after the engine is automatically stopped. To do.
請求項4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、上記筒内冷却モードの開始時期が、エンジン自動停止条件が成立したときであるように設定されてい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 first aspect, the start timing of the in-cylinder cooling mode is set so as to be when the engine automatic stop condition is satisfied. To do.
請求項5に係る本発明は、請求項1乃至4の何れか1項に記載のエンジンの始動装置において、エンジン作動中の上記サーモバルブの開弁温度が、エンジンの低負荷領域では高負荷領域に対して高温であり、かつ上記自動停止許可温度よりも高温であるように設定されていることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the engine starting device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the opening temperature of the thermo valve during engine operation is high in a low load region of the engine. a high temperature with respect to, and is characterized in that it is set to be a higher temperature than the automatic stop permission temperature.
請求項6に係る本発明は、請求項1乃至5の何れか1項に記載のエンジンの始動装置において、上記筒内冷却モードの実行中に上記再始動条件が成立したときには当該筒内冷却モードを終了させることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the engine starter according to any one of the first to fifth aspects, the in-cylinder cooling mode is established when the restart condition is satisfied during the execution of the in-cylinder cooling mode. It is characterized by terminating.
請求項7に係る本発明は、請求項1乃至6の何れか1項に記載のエンジンの始動装置において、ラジエータに冷却風を送風するファンを備え、上記筒内冷却モード中に上記ファンを作動させることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the engine starting device according to any one of the first to sixth aspects, the radiator includes a fan that blows cooling air and operates the fan during the in-cylinder cooling mode. It is characterized by making it.
本発明によれば、筒内冷却モードが実行されることにより、エンジンが自動停止してからの特定の期間に再始動性が低下する現象を効果的に抑制することができ、自動停止後の経過時間に拘わらず、安定した再始動を行うことができる。 According to the present invention, by executing the in-cylinder cooling mode, it is possible to effectively suppress a phenomenon in which restartability is reduced during a specific period after the engine is automatically stopped. Stable restart can be performed regardless of the elapsed time.
本願の発明者は、鋭意研究によって、エンジンが自動停止してからの特定の期間(例えばエンジン停止から5s〜15s程度)経過した後に再始動を行うと再始動性が低下するという現象の原因が、筒内温度の急上昇にあることを見出した。すなわち、エンジンが停止すると冷却水を循環させるウォータポンプも停止するので、エンジンの冷却性能が低下し、筒内温度が急速に上昇し始める。そして10秒程度の後にピークに達し、以降は徐々に低下して行く(図11参照)。筒内温度が上昇すると空気密度が減少するので、同じピストン停止位置(筒内容積)であっても空気の質量が減少する。従って燃焼によるエネルギも減少してしまう。つまり、エンジン停止後、筒内温度が特に高くなっているこの期間(エンジン停止から5s〜15s程度)に再始動を行うと、燃焼エネルギが減少するので再始動性が低下するのである。 The inventor of the present application has found that the cause of the phenomenon that the restartability is reduced when restarting after a specific period after the engine has automatically stopped (for example, about 5 to 15 seconds since the engine stopped) has been conducted through earnest research. And found that the in-cylinder temperature is rapidly increasing. That is, when the engine is stopped, the water pump that circulates the cooling water is also stopped, so that the cooling performance of the engine is lowered and the in-cylinder temperature starts to rise rapidly. Then, it reaches a peak after about 10 seconds and then gradually decreases (see FIG. 11). Since the air density decreases when the in-cylinder temperature rises, the mass of air decreases even at the same piston stop position (in-cylinder volume). Accordingly, the energy due to combustion is also reduced. In other words, if the engine is restarted during this period (about 5 s to 15 s after the engine is stopped) after the engine is stopped, the combustion energy is reduced and the restartability is lowered.
そこで本発明の上記筒内冷却モードを実行すると、エンジン停止中にサーモバルブをONとするとともに電動ウォータポンプを作動させる(請求項1)ことによって冷却水をラジエータに循環させることができ、エンジンの冷却性能を向上させることができる。特に、冷却水温度がサーモバルブの開弁温度に至らず、サーモバルブが閉弁している状態からアイドルストップを行うときであっても、筒内冷却モードの実行に伴ってサーモバルブを開弁するので、エンジン停止後の筒内温度の上昇を確実に抑制することができる。従って上記のような急速な筒内温度上昇が抑制され、再始動性の低下を効果的に抑制することができる。なおここで、エンジンの自動停止条件の1つに冷却水温度が所定の自動停止許可温度以上であることが含まれるようにしている。この自動停止許可温度を適切な温度(例えば60℃)とすることにより、暖機運転中のように燃焼が不安定な状態のときにアイドルストップを行うことが確実に防止され、再始動性の低下を抑制することができる。
Therefore, when the in-cylinder cooling mode of the present invention is executed, the cooling water can be circulated to the radiator by turning on the thermo valve while the engine is stopped and operating the electric water pump (Claim 1). Cooling performance can be improved. In particular, even if the cooling water temperature does not reach the opening temperature of the thermo-valve and the idling stop is performed from the state where the thermo-valve is closed, the thermo-valve is opened along with the execution of the in-cylinder cooling mode. Therefore, an increase in the in-cylinder temperature after the engine is stopped can be reliably suppressed. Therefore, the rapid increase in the in-cylinder temperature as described above is suppressed, and a decrease in restartability can be effectively suppressed. Here, one of the engine automatic stop conditions includes that the coolant temperature is equal to or higher than a predetermined automatic stop permission temperature. By setting the automatic stop permission temperature to an appropriate temperature (for example, 60 ° C.), it is possible to reliably prevent idle stop when the combustion is unstable, such as during warm-up operation. The decrease can be suppressed.
筒内冷却モードの効果を充分得るためには、その開始時期が、電動ウォータポンプを作動させない場合のエンジン自動停止後に筒内温度が極大値となる時点(図11の10s後に相当する時点)より早期であることが望ましい(請求項2)。例えばエンジンの自動停止後5秒以内に筒内冷却モードを開始しても良い(請求項3)。更にはもっと早期、例えばエンジン自動停止条件が成立したときとすると、より冷却性能が高められ、再始動性を向上させることができる(請求項4)。
In order to sufficiently obtain the effect of the in-cylinder cooling mode, the start time is from the time when the in-cylinder temperature reaches the maximum value after the automatic engine stop when the electric water pump is not operated (the time corresponding to 10 s in FIG. 11). It is desirable to be early (Claim 2). For example, the in-cylinder cooling mode may be started within 5 seconds after the engine is automatically stopped. Further, if it is earlier, for example, when the engine automatic stop condition is satisfied, the cooling performance is further improved and the restartability can be improved ( claim 4 ).
またこのように早めに筒内冷却モードを実行することにより、エンジン停止までの電力消費量を増大させ、バッテリ残容量を低減することができる。こうすることにより発電機(オルタネータ)の発電余裕度を増大させることができる。オルタネータの発電余裕度を増大させると、エンジン始動後に負荷調整のためにオルタネータを作動させる制御がやり易くなって好適である。 Further, by executing the in-cylinder cooling mode early in this way, it is possible to increase the power consumption until the engine is stopped and to reduce the remaining battery capacity. By doing so, the power generation margin of the generator (alternator) can be increased. Increasing the power generation margin of the alternator is preferable because it makes it easier to control the alternator for load adjustment after engine startup.
筒内冷却モードを実行するとエンジンの冷却が促進されるが、あまり冷却しすぎるとかえって再始動時の燃焼安定性を低下させてしまうので、適切な時期に終了させるのが望ましい。この適切な時期は、筒内冷却モードを終了させても筒内温度の上昇が許容レベルとなる時期にすれば良い(たとえば図11のような特性の場合は30s〜60s後など)。但し、その終了時期に至るまでに再始動条件が成立して再始動を開始する際には、エンジン始動によってエンジンと連動するウォータポンプが作動するので、筒内冷却モードを中断して終了すれば良い(請求項6)。
When the in-cylinder cooling mode is executed, cooling of the engine is promoted. However, if too much cooling is performed, the combustion stability at the time of restarting is lowered, so that it is desirable to end at an appropriate time. The appropriate time may be set to a time when the increase in the in-cylinder temperature is at an allowable level even after the in-cylinder cooling mode is terminated (for example, in the case of the characteristic shown in FIG. 11, after 30 s to 60 s, etc.). However, when the restart condition is satisfied and the restart is started by the end time, the water pump interlocked with the engine is activated by starting the engine. Good ( Claim 6 ).
ところで、エンジンの作動中においても、冷却水を適切に循環させてエンジンを適度に冷却することが重要である。エンジンの高負荷運転中は冷却水温度が上昇し易く、低負荷運転中は冷却水温度が上昇し難い。一方、サーモバルブをONにする開弁温度は、高い値に設定するとラジエータへの循環頻度が減少するので冷却水温度が上昇し易く、低い値に設定するとラジエータへの循環頻度が増大するので冷却水温度が上昇し難い。そこで本発明の請求項5によれば、冷却水温度が上昇し易い高負荷運転中はサーモバルブの開弁温度を相対的に低く設定して温度上昇を抑制し、冷却水温度が上昇し難い低負荷運転中はサーモバルブの開弁温度を相対的に高く設定して温度上昇を促進させることができる。このようにすることにより、低負荷運転中のラジエータからの放熱を効果的に抑制することができるので、燃費をより向上させることができる。
By the way, even during operation of the engine, it is important to cool the engine appropriately by circulating the cooling water appropriately. The cooling water temperature easily rises during high-load operation of the engine, and the cooling water temperature hardly rises during low-load operation. On the other hand, if the valve opening temperature at which the thermo valve is turned on is set to a high value, the frequency of circulation to the radiator decreases, so the cooling water temperature tends to rise, and if it is set to a low value, the frequency of circulation to the radiator increases. The water temperature does not rise easily. Therefore, according to claim 5 of the present invention, during a high load operation in which the cooling water temperature is likely to rise, the temperature of the thermo valve is suppressed by setting the opening temperature of the thermo valve relatively low so that the cooling water temperature does not rise easily. During low-load operation, the temperature increase can be promoted by setting the valve opening temperature of the thermo valve relatively high. By doing in this way, since the heat radiation from the radiator during low-load operation can be effectively suppressed, the fuel consumption can be further improved.
そして筒内冷却モード中に、ラジエータに冷却風を送風するファンを作動させると、エンジンの冷却性能をより向上させることができる(請求項7)。
And in-cylinder cooling mode, when operating the fan for blowing cooling air to the radiator, it is possible to further improve the cooling performance of the engine (claim 7).
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の燃焼制御部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
またエンジン本体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、オルタネータ28のレギュレータ回路28a及びスタータモータ39のそれぞれに各駆動信号を出力する。ECU2は、燃焼制御部41、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。なおECU2に含まれる他の要素(電動ウォータポンプ制御部47、電動ファン制御部48、エレキサーモバルブ制御部49。図3参照)については後述する。
The
燃焼制御部41は、主に燃料噴射時期、各噴射における燃料噴射量、点火時期、吸気流量等を設定して、各気筒内における燃焼を制御する。
The
燃料噴射量および燃料噴射時期に関しては、これらを適切に設定し、その制御信号を燃料噴射弁16に出力する。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。燃焼制御部41は、その分割噴射時期の設定や、燃料配分の設定も行う。
Regarding the fuel injection amount and the fuel injection timing, these are set appropriately and a control signal is output to the
点火時期に関しては、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。
With respect to the ignition timing, an appropriate ignition timing is set for each of the cylinders 12 </ b> A to 12 </ b> D, and an ignition signal is output to each
吸気流量に関しては、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。燃焼制御部41は、その際のスロットル弁23の開度調節も行う。
Regarding the intake flow rate, an appropriate intake flow rate is set for each of the
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。
The in-cylinder
図3は、当実施形態のエンジンの冷却系回路構成図である。冷却水が冷却水回路L上を矢印に示す方向に循環する。冷却水回路Lは主に、エンジン本体1の内部に構成されるウォータジャケット部L1と、ラジエータ50で熱交換を行うラジエータ部L2と、このラジエータ部L2を循環しないようにバイパスするバイパス部L3とからなる。
FIG. 3 is a configuration diagram of a cooling system circuit of the engine of the present embodiment. The cooling water circulates on the cooling water circuit L in the direction indicated by the arrow. The cooling water circuit L mainly includes a water jacket portion L1 configured inside the
ウォータジャケット部L1の上流部には、ウォータポンプ56及び電動ウォータポンプ57が並列に設けられている。これらは何れもラジエータ部L2またはバイパス部L3から還流された冷却水をウォータジャケット部L1に圧送するポンプであって、少なくとも一方が作動することによって冷却水の循環が図られる。ウォータポンプ56は、従来の一般的なエンジンに設けられるウォータポンプであって、エンジンの作動に連動している。すなわちエンジンが停止するとウォータポンプ56は停止する。一方、電動ウォータポンプ57は図外のバッテリを電源として作動する電動のウォータポンプであって、エンジンの停止中も作動させることができる。またウォータジャケット部L1には冷却水の温度を検知する水温センサ33が設けられている。
A
ウォータジャケット部L1からラジエータ部L2またはバイパス部L3に分岐する分岐点には、エレキサーモバルブ53が設けられている。エレキサーモバルブ53は、冷却水温度に応じてウォータジャケット部L1からラジエータ部L2への通路を開閉するサーモバルブであり、当実施形態のエレキサーモバルブ53は、電気的にそのON(開)/OFF(閉)を制御できるようになっている。エレキサーモバルブ53がONのときは冷却水の流れが主にウォータジャケット部L1→ラジエータ部L2→ウォータジャケット部L1となり、エレキサーモバルブ53がOFFのときは冷却水の流れがウォータジャケット部L1→バイパス部L3→ウォータジャケット部L1となる。
An
ラジエータ50の近傍には電動ファン51と、これを駆動するファンモータ52とが設けられている。電動ファン51はラジエータ50に送風し、ラジエータ部L2における冷却水と外部空気(冷却風)との熱交換を促進させる。
An electric fan 51 and a
エレキサーモバルブ53、電動ウォータポンプ57及びファンモータ52は、それぞれECU2からの制御信号によって作動する。ECU2には、上記燃焼制御部41等(図2参照)の他に、冷却系のための制御手段として更に電動ウォータポンプ制御部47、電動ファン制御部48およびエレキサーモバルブ制御部49が機能的に含まれている。
The
電動ウォータポンプ制御部47は、水温センサ33からの検知信号に基づき、エンジン停止中であって、冷却水温度が高く、冷却水の循環が必要なとき(たとえばエンジンの自動停止後の所定期間)に電動ウォータポンプ57を作動させる。
The electric water
電動ファン制御部48は、ラジエータ部L2における熱交換を促進させる必要のあるとき(たとえば冷却水温度が高いとき)にファンモータ52を作動させる。
The electric
エレキサーモバルブ制御部49は、冷却水温度が所定の開弁温度よりも高いときにはエレキサーモバルブ53をONにし、冷却水の温度低下を図る。冷却水温度が開弁温度よりも低いとき(たとえば暖機運転中)にはエレキサーモバルブ53をOFFにし、冷却水の温度が低下し過ぎることを防止する。当実施形態のエレキサーモバルブ53の開弁温度は、エンジンの低負荷領域では約90℃、高負荷領域では約75℃に設定されている。
The electric thermo
そしてECU2は、少なくともエンジン自動停止中の所定期間を含む期間(つまりエンジンが自動停止している期間の一部または全部、あるいはこれらを含む期間)、エレキサーモバルブ53を開弁するとともに電動ウォータポンプ57を作動させる筒内冷却モードを実行するように構成されている。筒内冷却モードについては後に詳述する。
The
以上のような構成による当実施形態の作用を、特に本発明の特徴部分に関して説明する。まずエンジンの通常の運転時において、冷却水温度が所定の開弁温度よりも高温のときにはエレキサーモバルブ53がONとなり、開弁される。エレキサーモバルブ53をONにすると、冷却水がラジエータ部L2に循環するので、周囲の空気との熱交換がなされ、温度が低下する。この冷却水がウォータポンプ56によってウォータジャケット部L1に還流されるので、エンジンの冷却が適正に行われ、安定した運転を行うことができる。
The operation of the present embodiment having the above-described configuration will be described particularly with respect to the features of the present invention. First, during normal operation of the engine, when the coolant temperature is higher than a predetermined valve opening temperature, the
また冷却水温度が所定の開弁温度よりも低温のときにはエレキサーモバルブ53がOFFとなり、閉弁される。エレキサーモバルブ53をOFFにすると、冷却水がラジエータ部L2に循環せず、バイパス部L3を通ってウォータジャケット部L1に還流される。従って、ラジエータからの必要以上の放熱を抑制し、燃費を向上させることができる。またエンジン始動直後など、冷却水の温度を上昇させる要求があるときに、その温度上昇を促進することができる。
When the cooling water temperature is lower than the predetermined valve opening temperature, the
次に当実施形態のアイドルストップ制御について以下説明する。アイドルストップ制御では、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を再始動させる。当実施形態では、エンジン自動停止条件の1つに冷却水温度が所定の自動停止許可温度(例えば60℃)以上であるようにしている。こうすることにより、暖機運転中のように燃焼が不安定な状態のときにアイドルストップを行うことが確実に防止され、再始動性の低下を抑制している。 Next, the idle stop control of this embodiment will be described below. In the idle stop control, the fuel supply is stopped to stop the engine when a predetermined engine automatic stop condition is satisfied, and the engine is restarted when the predetermined restart condition is satisfied after the engine is stopped. In the present embodiment, one of the engine automatic stop conditions is such that the coolant temperature is equal to or higher than a predetermined automatic stop permission temperature (for example, 60 ° C.). By doing so, idle stop is reliably prevented when the combustion is unstable, such as during warm-up operation, and the reduction in restartability is suppressed.
そして再始動に際しては、まず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ている。この燃焼によって、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ている。
When restarting, the combustion is first performed in the compression stroke cylinder, whereby the
上記のようにして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 as described above, sufficient combustion energy is obtained by burning the air-fuel mixture in the expansion stroke cylinder. Accordingly, the cylinder that reaches the compression top dead center (in this embodiment, the compression stroke cylinder and the intake stroke cylinder) must overcome the compression reaction force and exceed the compression top dead center. Therefore, it is necessary to ensure a sufficient amount of air in the expansion stroke cylinder.
図4(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. 4A and 4B, since the phases of the compression stroke cylinder and the expansion stroke cylinder are shifted by 180 ° CA, 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
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5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6は、図5の時点t1付近以降の拡大図であり、図5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。
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5及び図6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6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5および図6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 rotational speed Ne gradually decreases and eventually stops at time t5. As shown in FIGS. 5 and 6, the engine rotational speed Ne decreases. Every time it goes up and down (around 10 times for a 4-cylinder 4-cycle engine), it goes down.
図6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. 6, 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6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. 6) has passed, no cylinder 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6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6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6参照)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
次にエンジンを自動停止させる際のECU2の制御動作を図7および図8に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、これらのフローチャートは、気筒内の空燃比が理論空燃比、ないし理論空燃比付近に設定された均一燃焼からのエンジン自動停止制御のフローチャートである。この制御動作がスタートすると、まず各種センサ類から出力された検出信号に基づいてエンジンの自動停止条件が成立したか否かを判定する(ステップS1)。具体的には、冷却水温度が所定の自動停止許可温度(例えば60℃)以上であり、ブレーキスイッチのON状態が所定時間に亘り継続し、かつバッテリ残量が予め設定された基準値以上であり、車速が所定値(例えば10km/h)以下の状態であること等が確認された場合には、エンジンの自動停止条件が成立したと判定され、上記要件の一つでも満たされていない場合には、エンジンの自動停止条件が成立していないと判定される。
Next, the control operation of the
上記ステップS1でYESと判定されてエンジンの自動停止条件が成立したことが確認された場合には、筒内冷却モードが実行される。すなわちエレキサーモバルブ53が開弁される(ステップS2)とともに電動ウォータポンプ57が駆動される(ステップS3)。また電動ファン51も駆動される(ステップS4)。
If it is determined YES in step S1 and it is confirmed that the engine automatic stop condition is satisfied, the in-cylinder cooling mode is executed. That is, the
そして、順次エンジンを自動停止させる制御が実行される。まず自動変速機のシフトレンジをニュートラルに設定して無負荷状態とするとともに(ステップS5)、EGR通路に設けられたEGR弁(図示せず)を閉弁して、排気還流を停止させ(ステップS6)、エンジン回転速度Neの目標値(目標速度)を通常のアイドル回転速度よりも高い値N1(例えば850rpm程度)に設定する(ステップS7)。また、ブースト圧Btが例えば−400mmHg程度に設定された目標圧P1となるようにスロットル弁23の開度Kを調節(スロットル弁23を開弁方向に操作)するとともに(ステップS8)、エンジンの回転速度Neが目標速度N1となるように点火時期のリタード量を算出する(ステップS9)。これにより、上記ブースト圧Btを目標圧P1とするためにスロットル開度Kがフィードバックされるとともに、エンジンの回転速度Neを目標速度N1とするために点火時期のリタード量がフィートバックされる(エンジン回転速度のフィードバック制御が実行される)ことになる。
Then, control for automatically stopping the engine sequentially is executed. First, the shift range of the automatic transmission is set to neutral so as to be in a no-load state (step S5), and an EGR valve (not shown) provided in the EGR passage is closed to stop exhaust gas recirculation (step S5). S6) The target value (target speed) of the engine rotational speed Ne is set to a value N1 (for example, about 850 rpm) higher than the normal idle rotational speed (step S7). Further, the opening K of the
なお、上記ステップS1において、エンジンの自動停止条件の判定を、車速が10km/h以下に低下した時点で実行するようにしているので、エンジンの自動停止条件成立時のアイドル回転速度を、エンジンを自動停止させないときの通常のアイドル回転速度(例えば、自動変速機のDレンジ状態において650rpm)よりも高い値(850rpm)に設定でき、エンジン回転速度が通常のアイドル回転速度(650rpm)に低下する前に、上記ステップS5およびステップS6が実行できる。よって、一旦、通常のアイドル回転速度まで低下したエンジン回転速度を目標回転速度N1(850rpm)まで上昇させる必要がなく、運転者に対して、エンジン回転速度の上昇に伴う不快感を与えることがない。 In step S1, the determination of the automatic engine stop condition is executed when the vehicle speed is reduced to 10 km / h or less. It can be set to a value (850 rpm) higher than the normal idle rotation speed (for example, 650 rpm in the D range state of the automatic transmission) when automatic stop is not performed, and before the engine rotation speed decreases to the normal idle rotation speed (650 rpm) In addition, step S5 and step S6 can be executed. Therefore, there is no need to increase the engine rotational speed once reduced to the normal idle rotational speed to the target rotational speed N1 (850 rpm), and the driver will not be uncomfortable with the increased engine rotational speed. .
次いで、燃料噴射の停止条件(燃料カット条件)が成立したか否か、具体的にはエンジン回転速度Neが目標速度N1となるとともに、ブースト圧Btが上記目標圧P1となったか否かを判定し(ステップS10)、NOと判定された場合には、ステップS8に戻って上記制御動作を繰り返す。そして、上記ステップS10でYESと判定された時点(図5及び図6の時点t1)で、スロットル弁23を比較的大きな開度(30%程度)に開弁させ(ステップS11)、オルタネータ28の発電量を0に設定して発電を停止させるとともに(ステップS12)、燃料噴射を停止する(ステップS13)。
Next, it is determined whether or not a fuel injection stop condition (fuel cut condition) is satisfied, specifically, whether or not the engine speed Ne is the target speed N1 and the boost pressure Bt is the target pressure P1. If it is determined NO (step S10), the process returns to step S8 and the control operation is repeated. Then, at the time when YES is determined in step S10 (time t1 in FIGS. 5 and 6), the
その後、燃料噴射の停止時点t1の後に、エンジンの回転速度Neが低下し始めたことを判定するために、エンジンの回転速度Neが予め760rpm程度に設定された基準速度N2以下となったか否かを判定する(ステップS14)。そしてステップS14でYESと判定された時点(時点t2)でスロットル弁23を閉止状態とする(ステップS15)。この結果、上記ステップS11でスロットル弁23を開放して大気圧に近づくようにしたブースト圧Btが、上記スロットル弁23の閉止操作に応じて所定の時間差をもって低下し始めることになる。
Thereafter, after the fuel injection stop time t1, whether or not the engine rotational speed Ne has become equal to or lower than a reference speed N2 set in advance to about 760 rpm in order to determine that the engine rotational speed Ne has started to decrease. Is determined (step S14). Then, the
なお、上記ステップS14でエンジンの回転速度Neが基準速度N2以下になったと判定された時点t2でスロットル弁23を閉止状態とするように構成された上記実施形態に代え、ピストン13が圧縮上死点を通過するときのエンジン回転速度、つまりエンジンの上死点回転速度neが基準速度N2以下になったと判定された時点で、スロットル弁23を閉止状態とするように構成しても良い。
Note that, instead of the above-described embodiment in which the
次いで、エンジンの上死点回転速度neが、予め設定された760rpm程度に設定された基準速度N2以下となったか否かを判定する(ステップS16)。ここでYESと判定されると、これ以降、予め設定された基準ラインに沿ってエンジンの回転速度Neが低下するように制御する。当実施形態では、順次通過する各圧縮上死点時の上死点回転速度neが、適正回転速度範囲内となるようにオルタネータ28の発電量を調節する(ステップS17)。具体的には、上死点回転速度neが高めのときは発電量を増やしてクランク軸3の回転抵抗を高め、エンジンの回転速度Neの低下速度を上げることによって次回の上死点回転速度neが予め設定された基準ラインに近づくようにする。上死点回転速度neが低めのときはその逆に発電量を減少させる。
Next, it is determined whether or not the engine top dead center rotational speed ne is equal to or lower than a preset reference speed N2 set to about 760 rpm (step S16). If it determines with YES here, it will control from now on so that the rotational speed Ne of an engine may fall along the preset reference line. In the present embodiment, the power generation amount of the
そして、各気筒が順次圧縮上死点を通過するたびにエンジンの上死点回転速度neが所定値N3以下か否かを判定する(ステップS18)。この所定値N3は、予め設定された基準ラインに沿ってエンジンの回転速度Neが低下している過程で最後の圧縮上死点を通過する際のエンジン回転速度に対応した値であり、例えば260rpm程度に設定されている。また、各気筒が順次圧縮上死点を通過する各時点のブースト圧Btも検知し、記憶しておく。 Then, each time each cylinder sequentially passes through the compression top dead center, it is determined whether or not the engine top dead center rotational speed ne is equal to or lower than a predetermined value N3 (step S18). The predetermined value N3 is a value corresponding to the engine rotational speed when passing through the last compression top dead center in the process in which the engine rotational speed Ne is decreasing along a preset reference line. Is set to about. Further, the boost pressure Bt at each time point when each cylinder sequentially passes through the compression top dead center is also detected and stored.
上記ステップS18でNOと判定された場合には、ステップS13に戻って上記制御動作を繰り返し、上記ステップS18でYESと判定されてエンジンの上死点回転速度neが上記所定値N3以下となったことが確認された時点(時点t4)で、最後の上死点を通過したことが判別される。またこの時点t4で、その1回前の圧縮上死点通過時(時点t3)におけるブースト圧Btを読み出し、それが停止前から2番目の圧縮上死点におけるブースト圧Btであると決定する(ステップS19)。 If NO is determined in step S18, the control operation is repeated after returning to step S13, and YES is determined in step S18, and the engine top dead center rotational speed ne becomes equal to or lower than the predetermined value N3. When it is confirmed (time t4), it is determined that the last top dead center has been passed. Further, at this time point t4, the boost pressure Bt at the time when the compression top dead center has passed the previous time (time point t3) is read out and determined as the boost pressure Bt at the second compression top dead center from before the stop ( Step S19).
そして、最後の圧縮上死点通過時の上死点回転速度ne(以下最終上死点回転速度ne1という)と、停止前から2番目の圧縮上死点におけるブースト圧Bt(以下ブースト圧Bt2という)とに基いて、行程後期寄り(膨張行程気筒12Aでは下死点寄り)で停止する傾向が大であるか否かの判定がなされる(ステップS20)。具体的には、最終上死点回転速度ne1が所定回転数N4(例えばN4=200rpm)以上であり、かつブースト圧Bt2が第1所定圧力P2(例えばP2=−200mmHg)以下(真空側)のときに行程後期寄り(膨張行程気筒12Aにおけるピストン停止位置が、圧縮上死点後100〜120°CAとなる適正範囲Rに対し、120°CAに近い位置)で停止する傾向が大であると判定される。
The top dead center rotational speed ne (hereinafter referred to as final top dead center rotational speed ne1) when passing through the last compression top dead center and the boost pressure Bt (hereinafter referred to as boost pressure Bt2) at the second compression top dead center from before the stop. ), It is determined whether or not the tendency to stop near the late stage of the stroke (close to the bottom dead center in the
このステップS20でNOと判定された場合には、上記行程後期寄りで停止する傾向があまり大きくなく、比較的行程前期寄り(膨張行程気筒12Aにおけるピストン停止位置が、上記適正範囲Rに対し、100°CAに近い位置もしくは100°CA以下)で停止する傾向がある。そこでより確実に適正範囲内で停止することができるように、スロットル弁23を開放する。すなわち、例えば40%程度に設定された第1所定開度K1となるようにスロットル弁23の開度Kを増大させ、吸気流量を増大させる(ステップS21)。こうすることにより、吸気行程気筒12Dの吸気抵抗が低減し、より行程後期寄りで停止し易くなる。結果的に、膨張行程気筒12Aにおけるピストン13の停止位置が適正範囲Rの下限(100°CA)を下回ることが可及的に防止され、適正範囲R内への停止精度をより向上させることができる。
If it is determined NO in this step S20, the tendency to stop near the latter half of the stroke is not so large, and relatively close to the first half of the stroke (the piston stop position in the
一方、上記ステップS19でYESと判定された場合には、エンジンの回転慣性が大きく、また圧縮行程気筒12Cへの最終吸気行程における吸気流量が少なく、圧縮反力が小さいという、ピストン13が行程後期寄りで停止し易い条件が既に揃っている。そこでスロットル弁23の開度Kを第2所定開度K2(ステップS11で閉弁したときのスロットル弁23の開度に近い開度、例えばK2=5%程度)となるようにスロットル弁23の開度Kを調節する(ステップS22)。この第2開度は、エンジンの特性等に応じて、さらに小開度、或いは閉止としても良い。こうすることにより、吸気行程気筒12Dに適度な大きさの吸気抵抗が生じ、狙いの行程後期寄りよりもさらに後期寄りに行き越すことが起こりにくくなる。結果的に、膨張行程気筒12Aにおけるピストン13の停止位置が適正範囲Rの上限(120°CA)を超えることが可及的に防止され、適正範囲R内への停止精度をより向上させることができる。
On the other hand, if the determination in step S19 is YES, the
こうしてエンジンの回転速度Neがさらに低下するに従い、エンジンが停止状態になったか否かを判定し(ステップS23)、YESと判定された時点で、後述するように上記クランク角センサ30,31の検出信号に基づいてピストン13の停止位置の検出する制御を実行した後に(ステップS24)、制御動作を終了する。
Thus, as the engine speed Ne further decreases, it is determined whether or not the engine has stopped (step S23). When the determination is YES, detection of the
図9は、図8のステップS24に示す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10(a)のようになるか、それとも図10(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。 FIG. 9 is a flowchart showing the piston stop position detection control operation shown in step S24 of FIG. When this detection control is started, based on the first crank angle signal CA1 (signal from the crank angle sensor 30) and the second crank angle signal CA2 (signal from the crank angle sensor 31), when the first crank angle signal CA1 rises. It is determined whether or not the second crank angle signal CA2 is Low, or whether or not the second crank angle signal CA2 is High when the first crank angle signal CA1 falls (Step S41). As a result, it is determined whether the phase relationship between the signals CA1 and CA2 during the engine stop operation is as shown in FIG. 10A or FIG. Whether it is in a state or a reverse state is determined.
すなわち、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。 That is, at the time of 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, 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. 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.
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(ステップS44)、リターンする。 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 the engine is stopped, the piston stop position is obtained by examining the measured value of the CA counter (step S44), and the process returns.
次に、以下筒内冷却モードについて説明する。上記のような自動停止制御によってエンジンが完全に停止すると、ウォータポンプ56が停止する。このとき、電動ウォータポンプ57も停止していると各気筒12A〜12Dの筒内温度は図11の温度特性に示すような変化をする。図11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。
Next, the in-cylinder cooling mode will be described below. When the engine is completely stopped by the automatic stop control as described above, the
この特性に示すように、エンジンが完全に停止したときに冷却水の循環が停止すると、停止直後から筒内温度が急速に上昇し始める。そしてエンジン停止後約10秒でピークとなり、それ以降は徐々に低下して行く。 As shown in this characteristic, if the circulation of the cooling water stops when the engine is completely stopped, the in-cylinder temperature starts to rise rapidly immediately after the stop. Then, it peaks at about 10 seconds after the engine stops, and gradually decreases thereafter.
筒内温度が高いとき(図11のピーク付近)は、筒内空気密度が小さくなっている。従ってこのときエンジンを再始動すると、エンジンの燃焼エネルギが低くなり、再始動性が低下する虞がある。そこで当実施形態ではECU2が筒内冷却モードを実行することにより、図11の温度特性に示すような急激な温度上昇を抑制するようにしている。
When the in-cylinder temperature is high (near the peak in FIG. 11), the in-cylinder air density is small. Therefore, if the engine is restarted at this time, the combustion energy of the engine is lowered and the restartability may be reduced. Therefore, in this embodiment, the
筒内冷却モードでは、エレキサーモバルブ53が開弁されるとともに電動ウォータポンプ及び電動ファン51が作動する。こうすることによってエンジン停止中でも冷却水をラジエータ部L2に循環させることができ、筒内温度上昇を抑制することができる。また電動ファン51によってラジエータ部L2での熱交換が促進されるので、冷却効果が増大し、筒内温度上昇抑制効果をより高めることができる。
In the in-cylinder cooling mode, the
筒内冷却モードの開始時期は電動ウォータポンプを作動させない場合のエンジン自動停止後に筒内温度が極大値(ピーク)となる時点(図11の例ではエンジン停止後10s付近)より早期に設定するのが効果的である。例えば筒内温度がピークに達するより前のエンジン停止後5sないしはそれより早期としても良いが、当実施形態ではエンジン自動停止条件が成立したとき(図5の時点t0)であるように設定している。このような早期に設定することにより、より高い冷却効果を得ることができる。また、エンジン停止前の電力消費量を増大させることにより、再始動時のオルタネータ発電余裕度を予め増大させておくという効果も得られる(詳細は後述する)。 The start time of the in-cylinder cooling mode is set earlier than the time when the in-cylinder temperature reaches a maximum value (peak) after the engine is automatically stopped when the electric water pump is not operated (in the example of FIG. 11, about 10 s after the engine is stopped). Is effective. For example, it may be 5 s after the engine stop before the in-cylinder temperature reaches the peak or earlier, but in this embodiment, it is set to be when the engine automatic stop condition is satisfied (time t0 in FIG. 5). Yes. By setting at such an early stage, a higher cooling effect can be obtained. Moreover, the effect that the alternator power generation margin at the time of restart is increased in advance by increasing the power consumption before the engine is stopped (details will be described later).
筒内冷却モードは、これを終了させても筒内温度上昇が許容レベルとなる時期に終了させると良い。当実施形態では、この時期を予め設定されたタイマー値としている(図11の例ではエンジン停止後30sないし60s付近が適切である)。他に、例えば筒内温度推定部46による筒内温度の推定値が所定値以下となった時点としても良い。これらのようにすることにより、筒内温度が必要以上に低下することがないようにしている。
The in-cylinder cooling mode may be ended when the increase in the in-cylinder temperature reaches an allowable level even if this is ended. In the present embodiment, this time is set as a preset timer value (in the example of FIG. 11, 30 s to 60 s after the engine stop is appropriate). In addition, for example, it may be the time when the estimated value of the in-cylinder temperature by the in-cylinder
なお、筒内冷却モード中に再始動条件が成立し、エンジンの再始動を行うときは、当該筒内冷却モードを終了する。 When the restart condition is established during the in-cylinder cooling mode and the engine is restarted, the in-cylinder cooling mode is terminated.
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
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 front stage fuel injection is performed at the beginning of the reverse rotation operation, and the rear stage fuel injection is performed during the reverse rotation operation. 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の燃焼制御部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
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。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, when the in-cylinder air temperature is relatively high, the subsequent fuel injection timing is delayed. 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12〜図14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 from a stopped state is performed, when a battery voltage is reduced, or when an air conditioner is activated) is satisfied ( 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に設けられた図外の触媒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15参照。)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 catalyst provided in 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15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、点火によって燃焼が行われる。この燃焼による燃焼圧(図15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。
By executing the restart control, as shown in FIG. 15, 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15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、その燃焼圧(図15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、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15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15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における初回燃焼のエネルギによって、再始動開始後の最初の圧縮上死点と2番目の圧縮上死点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 energy of the first combustion in the
それ以降は、触媒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。 Thereafter, the air-fuel ratio is made lean (λ> 1) or the ignition timing is delayed in accordance with the temperature of the catalyst to shift to normal operation while preventing blow-up.
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、当実施形態の燃焼のみによる再始動において、エンジンを一旦逆転させるようにしているが、必ずしもそのようにする必要はなく、最初から正転方向に作動させるようにしても良い。 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 restart by only the combustion of the present embodiment, the engine is once reversed, but it is not always necessary to do so, and the engine may be operated in the normal rotation direction from the beginning.
また、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。
In the above embodiment, the fuel injection for the initial combustion in the
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 the 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)
33 水温センサ
50 ラジエータ
51 電動ファン(ファン)
53 エレキサーモバルブ(サーモバルブ)
57 電動ウォータポンプ
L 冷却水回路
33
53 Electric Thermo Valve (Thermo Valve)
57 Electric water pump L Cooling water circuit
Claims (7)
エンジンの冷却水温度を検知する水温センサと、
エンジン停止時においてもエンジン冷却水を強制循環し得る電動ウォータポンプと、
エンジンの冷却水回路上に設けられ、熱交換によってエンジン冷却水温度を低減させるラジエータと、
上記冷却水回路上に設けられ、上記ラジエータ側へ冷却水を導く開弁状態と上記ラジエータ側へ冷却水を導かない閉弁状態とに切換え自在なサーモバルブとを備え、
上記エンジン自動停止条件の1つに冷却水温度が所定の自動停止許可温度以上であることが含まれるとともに、
エンジン作動中の上記サーモバルブの開弁温度が、上記自動停止許可温度よりも高温であるように設定されており、
上記エンジン自動停止条件の成立によってエンジンが自動停止されたときは、上記エンジンの冷却水温度が上記サーモバルブの開弁温度よりも低い場合であっても、上記サーモバルブを開弁するとともに上記電動ウォータポンプを作動させる筒内冷却モードが実行され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, and when the predetermined restart condition is satisfied after the engine stop, at least the expansion stroke cylinder in the expansion stroke when the engine is stopped In an engine starter that supplies fuel and ignites and restarts the engine by burning,
A water temperature sensor for detecting the engine coolant temperature,
An electric water pump capable of forcibly circulating engine cooling water even when the engine is stopped;
A radiator provided on the engine coolant circuit for reducing the engine coolant temperature by heat exchange;
A thermo valve provided on the cooling water circuit and capable of switching between a valve opening state for guiding cooling water to the radiator side and a valve closing state for not guiding cooling water to the radiator side;
One of the engine automatic stop conditions includes that the coolant temperature is equal to or higher than a predetermined automatic stop permission temperature,
The opening temperature of the thermo valve during engine operation is set to be higher than the automatic stop permission temperature,
When the engine is automatically stopped due to the establishment of the engine automatic stop condition, the thermo valve is opened and the electric motor is operated even when the coolant temperature of the engine is lower than the opening temperature of the thermo valve. An engine starter characterized in that an in-cylinder cooling mode for operating a water pump is executed.
上記筒内冷却モード中に上記ファンを作動させることを特徴とする請求項1乃至6の何れか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 6, wherein the fan is operated during the in-cylinder cooling mode.
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