JP4506398B2 - エンジンの始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン始動時の燃料噴射量制御に関し、特に、点火栓に水分や燃料が付着した場合の始動性を向上させる燃料噴射量制御に関する。

低温時に燃焼室内の水分が凝縮してできた水や、エンジン始動時に完爆状態になる前に始動動作を中断したりエンジン始動に失敗したときに未燃のまま燃焼室内に残った燃料が点火栓に付着した、いわゆるかぶり状態になると、エンジンの始動性が悪化する。

また、かぶり状態のまま始動動作を試みて始動に失敗した場合や、何らかの理由により完爆前に始動動作を中断した場合等には、始動動作中に噴射された燃料が点火栓に付着して、さらに始動性を悪化させることになる。

このような始動性の悪化を防止するための技術として、特許文献１には、エンジン始動前に点火栓に付着している水分量を推定し、多量に付着していると判定した場合には、始動動作中に一定時間だけ燃料噴射量を制限または停止、もしくはスタータ始動前の一定時間点火栓に通電することによって点火栓の水分を除去する技術が開示されている。
特開平５−３３６９８号

しかしながら、特許文献１では、点火栓に付着している水分量をエンジンの温度（エンジン冷却水温度）に基づいて推定しているので、付着している水分量を高い精度で推定することは難しい。また、かぶり解消のための制御が、かぶりの程度によらず一定時間に設定されているので、確実にかぶり状態を解消しようとするためには長い時間を設定せざるをえなくなり、運転者がエンジン始動操作を行ってから実際に始動動作が開始されるまでの時間が必要以上に長くなり、運転者に違和感を与える可能性がある。また、点火栓への通電を行う場合にはバッテリの電力消費量が多くなるという問題もある。

さらに、一定時間の燃料噴射停止や点火栓への通電によってもかぶりを解消できなかった場合には、次回は前回のエンジン始動前よりもさらに多くの水分が付着した状態での始動となるので、ますます始動性が悪化してしまうという問題がある。

そこで、本発明では、点火栓の状態に応じた適切な始動制御を行い、かぶり状態からのエンジン始動性を向上させることを目的とする。

本発明のエンジンの始動制御装置は、運転者のエンジン始動要求を検知する始動要求検知手段と、エンジン始動時における燃焼室内の燃料の残留度合いを表す掃気率を、エンジン始動動作に要した時間および始動条件に基づいて推定するエンジン状態推定手段と、前記始動要求を検知したときに、前記掃気率に応じて始動時の燃料噴射量を制限する燃料噴射量制限手段と、始動動作開始から規定サイクル数内に前記エンジンが完爆状態に至らなかった場合に始動失敗であると判定する始動失敗判定手段と、始動失敗であると判定したときには、前記エンジン状態推定手段が燃料噴射開始から始動失敗と判定するまでの時間及び始動条件に基づいて推定した前記掃気率に応じて、次回始動時における燃料噴射量の制限量を補正する制限量補正手段と、
を備える。

本発明によれば、掃気率に応じて始動時の燃料噴射量を制限するので、点火栓がかぶり状態の場合には、燃料噴射量が制限されることによって燃焼室内が掃気される。これにより点火栓のかぶりが解消されてエンジンの始動性が向上する。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態を適用するエンジンシステムの概略図である。

１はエンジン、２はエンジン１に吸気を供給するための吸気管、３は吸気管２内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁、４はエンジン１に供給する吸気量を調節するために吸気管２の燃料噴射弁３より上流側に設けられたスロットルバルブ、１０はエンジン１で燃焼したガスを排気する排気管である。スロットルバルブ４の開度調節は電子制御により行われる。

６は燃焼室８の天井面に備えられ、燃焼室８内に供給された吸気に火花点火を行う点火栓である。

吸気管２および排気管１０は燃焼室８に開口部を有し、開口部にはそれぞれ吸気バルブ１１、排気バルブ１２を配置する。吸気バルブ１１および排気バルブ１２はエンジン１のシリンダ１４内に摺挿されたピストン１３に応動して、燃焼室８と吸気管２、排気管１０との連通を開放、遮断する。

７は電磁ピックアップ等からなる回転数検出センサであって、図示しないクランクシャフトの端部に係止したクランクシャフトプーリ９の外周の近傍に備えられ、クランクシャフトプーリ９の回転、すなわちエンジン回転数を検出する。なお、回転数検出センサ７は電磁ピックアップに限られるものではなく、光センサ等でもよい。

５は回転数検出センサ７等の検出信号に基づいて、スロットルバルブ４の開度、燃料噴射弁３の燃料噴射量、点火栓６の点火タイミング等を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＭ）である。なお、ＥＣＭ５は後述するように、始動時の点火栓６のかぶり状態などを判断して始動用燃料を適切に制御するための、燃料噴射量制限手段、エンジン状態推定手段、始動失敗判定手段、制限量補正手段として機能する。

ＥＣＭ５に入力される検出信号としては、他に、運転者のエンジン１始動要求を検出する始動要求検知手段としてのスタータスイッチからの信号、運転者のアクセル踏込み量を検出するアクセル開度センサや車速を検出する車速センサ等がある。

燃料噴射弁３からの燃料噴射量は、ＥＣＭ５が上記各センサの検出値に基づいて運転状態に応じた燃料噴射量を演算し、この燃料噴射量に応じた開弁時間となるような駆動パルス信号を燃料噴射弁３に入力することによって制御される。

上記のように構成されるエンジンシステムの、エンジン始動時の制御について図２を参照して説明する。

図２はエンジン始動時の燃料噴射量制御のためのフローチャートである。

エンジン始動時に点火栓６が火花点火したにもかかわらず、なんらかの原因で完爆状態に至らずに始動に失敗した場合や、スタートスイッチをＯＮにしたにもかかわらず完爆状態になる前にＯＦＦにして始動動作を中止した場合等には、始動動作中に噴射された燃料を含む未燃の混合気がシリンダ１４内に残留してしまう。低温時等には十分に霧化しないままシリンダ１４内に導入された燃料が残留することとなり、この燃料が点火栓６に付着すると、いわゆる「かぶり」の状態となり、その後に始動性を悪化させる原因となる。

そこで、本実施形態ではエンジン始動時に点火栓６のかぶり状態を推定し、それに応じてシリンダ１４内に残留している未燃ガスを掃気することによってエンジン１の始動性の向上を図っている。

点火栓６のかぶり状態を推定するために、本実施形態では下式（１）で表される積算掃気率を用いる。

積算掃気率＝（積算排気量×掃気係数）／（積算燃料噴射量） ・・・（１）
式（１）において、積算排気量は１サイクルあたりにエンジン１のシリンダ１４内に導入される空気量、すなわち排気量にサイクル数を積算したものであり、積算燃料噴射量は１サイクルあたりの燃料噴射量にサイクル数を積算したものである。なお、シリンダ１４内に導入された空気のすべてが掃気に用いられるわけではないので、掃気係数を用いて排気量を補正している。

すなわち、積算掃気率とは掃気に用いられた空気量と燃料噴射量の比であり、掃気の度合を表すものである。積算掃気率が小さい場合は、シリンダ１４内に残留している燃料が多く、さらに燃料を噴射して始動動作を行うと点火栓６がかぶり易い状態である。積算掃気率が大きい場合は、上記とは逆にエンジン始動しやすい状態である。

以下、図２のステップにしたがって説明する。

ステップＳ１では、エンジン始動要求の有無を判定する。具体的には、例えばスタータスイッチがＯＮになったか否かにより判定する。始動要求があるときはステップＳ２に進み、ないときにはそのまま処理を終了する。

ステップＳ２では、後述するステップＳ７で算出する積算掃気率が、エンジン始動可能な下限の掃気率として設定した第１の設定値としての始動可能下限掃気率より大きいか否かを判定し、大きい場合はステップＳ３に進み、小さい場合はステップＳ１２に進む。なお、始動可能下限掃気率とは、それ以上掃気率が小さくなると点火栓６が確実にかぶり状態となってエンジン始動が困難になる掃気率であり、予め実験等により求めて、ＥＣＭ５に記憶しておく。また、初回始動時には始動可能下限掃気率より大きいものとする。

ステップＳ１２では、減量フラグＦｄ、増量フラグＦｉをそれぞれＦｄ＝１、Ｆｉ＝０としてステップＳ４に進む。なお、初期状態では減量フラグＦｄ、増量フラグＦｉともにゼロとする。

ステップＳ３では、積算掃気率が、通常の燃料噴射量でのエンジン再始動が可能な掃気率として設定した第２の設定値としてのかぶり再始動余裕掃気率より小さいか否かを判定し、小さい場合にはステップＳ４に進み、大きい場合にはステップＳ１３に進む。

なお、かぶり再始動余裕掃気率とは、それ以上の掃気率であれば通常のエンジン始動時の燃料制御を行っても確実に始動可能な掃気率であり、予め実験等により求めてＥＣＭ５に記憶しておく。また、初回始動時には、かぶり再始動余裕掃気率より小さいものとする。

ステップＳ１３では、減量フラグＦｄ、増量フラグＦｉをそれぞれＦｄ＝０、Ｆｉ＝１としてステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、減量フラグＦｄがゼロであるか否かの判定を行い、ゼロの場合はステップＳ５に進む。減量フラグＦｄがゼロでない、すなわち１の場合は、ステップＳ１４に進んで燃料噴射量の減量補正を行ってステップＳ６に進む。

ステップＳ１４で行う減量補正とは、積算掃気率を上昇させることによって点火栓６のかぶりを早期に解消するために、燃料噴射量を通常のエンジン始動時の噴射量よりも減量することである。減量補正中の燃料噴射量は下式（２）で表すことができる。

燃料噴射量＝通常燃料噴射量×補正係数Ａ ・・・（２）
なお、補正係数Ａをゼロとして、燃料噴射を停止しても構わない。

ステップＳ５では、増量フラグＦｉがゼロであるか否かの判定を行い、ゼロの場合はステップＳ６に進み、ゼロでない場合、すなわち１の場合はステップＳ１５に進み、燃料噴射量の増量補正を行ってステップＳ６に進む。

ステップＳ１５で行う増量補正は、掃気によって点火栓６のかぶりが解消した後に、エンジン始動のために燃料噴射量を増量するものである。増量補正中の燃料噴射量は下式（３）で表すことができる。

燃料噴射量＝通常燃料噴射量×補正係数Ｂ ・・・（３）
ただし、補正係数Ｂは時間ｔとともに大きくなるものとする。したがって、補正係数Ｂ＝Δｂ×ｔと表すことができる。なお、時間ｔは増量補正を開始してからの時間であり、ＥＣＭ５に内蔵するタイマーによりカウントする。

このように掃気終了後の燃料噴射量を徐々に増加することにより、燃料の過供給による点火栓６のかぶりの再発を回避することができる。

ステップＳ６では燃料噴射を開始する。ステップＳ５からステップＳ６に進んだ場合には通常の噴射量、そしてステップＳ１４、Ｓ１５からの場合は、各ステップで補正した噴射量とする。

ステップＳ７では積算掃気率の演算を開始する。なお、エンジン始動失敗後の２回目以降のエンジン始動時には、前回エンジン始動動作終了時の積算掃気率を初期値として演算を開始する。

ステップＳ８では、完爆状態になっているか否かの判定を行う。判定方法は従来から用いられているエンジン始動判定と同様であり、エンジン回転数が所定回転数に達している場合には完爆状態と判定する。

完爆状態になっている場合にはステップＳ９に進み、減量フラグＦｄおよび増量フラグＦｉをゼロ、そして積算掃気率をリセットして処理を終了する。完爆状態になっていない場合にはステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、エンジン始動動作開始後に規定サイクルが終了したか否かの判定を行う。規定サイクルは、例えば１０サイクル程度に設定する。

規定サイクルが終了している場合にはステップＳ１１に進み、終了していない場合にはそのまま終了してステップＳ１に戻る。

ステップＳ１１では、前述した積算掃気率の演算を終了し、演算結果をＥＣＭ５に格納する。格納した演算結果は次回始動時のステップＳ２、Ｓ３での判定に用いる。

次に、本実施形態の制御を実行した場合について、図３のタイムチャートを参照して説明する。

１回目の始動は減量フラグＦｄ、増量フラグＦｉともにゼロとするので、通常の燃料噴射量で行う。規定サイクル内に完爆状態にならず始動に失敗すると、２回目の始動時には積算掃気率が１回目の始動時より小さくなっているものの、始動可能下限掃気率より大きく、かぶり再始動余裕掃気率よりも小さいので、減量フラグＦｄおよび増量フラグＦｉはともにゼロであり、ふたたび通常の燃料噴射量で始動を開始する。

２回目の始動動作中にｔ１で積算掃気率が始動可能下限掃気率になると、減量フラグＦｄが１になり、燃料噴射量を減量補正する。これにより、積算掃気率は増加し始める。なお、２回目の始動動作のｔ１以降は、掃気のために行うことになる。

２回目の始動に失敗した後の３回目の始動時には、積算掃気率はかぶり再始動余裕掃気率より小さいので、減量フラグＦｄ＝１、増量フラグＦｉ＝０のままである。したがって減量補正をしたままで始動を開始する。そしてｔ２でかぶり再始動余裕掃気率に達すると、減量フラグＦｄ＝０、増量フラグＦｉ＝１となり、燃料噴射量を増量補正する。これにより積算掃気率は再び減少し始める。このとき、噴射量は徐々に増加するよう補正するので、燃料を過供給することによるかぶりの再発を防止することができる。

以降、仮にエンジン始動に失敗し続けた場合には、２回目、３回目と同様に積算掃気率に応じて燃料噴射量の補正を行いながら、ｎ回目、ｎ＋１回目と始動動作を繰り返す。

なお、２回目の始動開始からｔ１までの間は、積算掃気率が始動可能下限掃気率よりも大きいので、完爆状態に至ることもあり得る。

以上により本実施形態では、下記のような効果を得ることができる。

エンジンの燃焼室内の過供給燃料量を表す掃気率を推定し、エンジン１始動時には掃気率に応じて始動時の燃料噴射量を制限するので、点火栓６がかぶった状態であるときには燃料噴射量が制限されることによって点火栓６のかぶりを解消することができる。

始動動作開始から規定サイクル数内に前記エンジンが完爆状態に至らなかった場合に始動失敗であると判定し、次回始動時には掃気率に応じて燃料噴射量の制限量を補正するので、エンジン始動失敗後の再始動時に、シリンダ１４内の状態に応じた燃料噴射量を設定することが可能となる。

掃気率がエンジン始動可能な下限値として予め設定した始動可能下限掃気率より小さくなったときには、燃料噴射量を減量補正するので、再始動時に点火栓６のかぶり状態がさらに悪化することを防止することができる。

掃気率がエンジン内の掃気が終了したときの値として設定したかぶり再始動余裕掃気率より大きくなったときには、燃料噴射量を増量補正するので、点火栓６のかぶり解消のための掃気を必要以上に長時間実行することを防止し、速やかに再始動することができる。

増量補正開始時からの時間経過に伴って徐々に燃料噴射量が増加するように増量補正するので、点火栓６のかぶりが再発することを防止できる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

本発明は、火花点火式エンジンの始動制御に適用可能である。

本実施形態のシステム構成の概略図である。 本実施形態の制御のフローチャートである。 本実施形態の制御を実行したときのタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ 吸気管
３ 燃料噴射弁
４ スロットルバルブ
５ エンジンコントロールユニット（ＥＣＭ）
６ 点火栓
７ 回転数検出センサ
８ 燃焼室
９ クランクシャフト
１０ 排気管
１１ 吸気バルブ
１２ 排気バルブ
１３ ピストン
１４ シリンダ

Claims (5)

1. 運転者のエンジン始動要求を検知する始動要求検知手段と、
   エンジン始動時における燃焼室内の燃料の残留度合いを表す掃気率を、エンジン始動動作に要した時間および始動条件に基づいて推定するエンジン状態推定手段と、
   前記始動要求を検知したときに、前記掃気率に応じて始動時の燃料噴射量を制限する燃料噴射量制限手段と、
   始動動作開始から規定サイクル数内に前記エンジンが完爆状態に至らなかった場合に始動失敗であると判定する始動失敗判定手段と、
   始動失敗であると判定したときには、前記エンジン状態推定手段が燃料噴射開始から始動失敗と判定するまでの時間及び始動条件に基づいて推定した前記掃気率に応じて、次回始動時における燃料噴射量の制限量を補正する制限量補正手段と、
   を備えることを特徴とするエンジンの始動制御装置。
2. 前記掃気率は、始動動作中にエンジン内の掃気に供された積算空気量を始動動作中に噴射した積算燃料量で除した値である請求項１に記載のエンジンの始動制御装置。
3. 前記制限量補正手段は、前記掃気率がエンジン始動可能な下限値として予め設定した第１の設定値より小さくなったときには、燃料噴射量を通常始動時よりも減量するように補正する請求項１または２に記載のエンジンの始動制御装置。
4. 前記制限量補正手段は、前記掃気率がエンジン内の掃気が終了したときの値として設定した第２の設定値より大きくなったときには、燃料噴射量を通常始動時よりも増量するように補正する請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のエンジンの始動制御装置。
5. 前記制限量補正手段は、燃料噴射量が増量するように補正するときには補正開始からの時間経過に伴って徐々に燃料噴射量が増加するよう補正する請求項４に記載のエンジンの始動制御装置。

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