JP4529935B2 - In-cylinder direct injection engine start control device - Google Patents
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Description
本発明は、筒内直噴エンジン、特に高沸点燃料を用いる筒内直噴エンジンの始動制御装置に関する。 The present invention relates to an in-cylinder direct injection engine, and more particularly to a start control device for an in-cylinder direct injection engine using high-boiling point fuel.
近年、原油価格の高騰やそれらの枯渇の問題からエンジンにおける燃料の多角化が検討されている。そこで、石油燃料に対する代替燃料の1つとしてエタノール等のアルコール燃料が有望視されており、ガソリンとアルコールとを混合した、いわゆるアルコール混合燃料として一部では実用化されている例もある。ところが、このアルコール混合燃料はガソリン100%の燃料に比べ高沸点であり、その発熱量や気化特性が異なると共に、ガソリンに対する混合割合を示すそのアルコール濃度によっても特性が異なるので、ガソリン100%の燃料の使用を前提とするエンジンにそのままアルコール混合燃料を使用すると、制御空燃比が理論空燃比から外れ、排気成分が変化したり、運転性が悪化することになる。特に、低温下のエンジン冷機時における始動性が問題となる。 In recent years, the diversification of fuel in engines has been studied due to the problem of soaring crude oil prices and their depletion. Thus, alcohol fuels such as ethanol are considered promising as one of alternative fuels to petroleum fuels, and there are some examples that have been put into practical use as so-called alcohol mixed fuels in which gasoline and alcohol are mixed. However, this alcohol-mixed fuel has a higher boiling point than 100% gasoline fuel, and its calorific value and vaporization characteristics differ, and the characteristics also differ depending on the alcohol concentration indicating the mixing ratio with respect to gasoline. If the alcohol-mixed fuel is used as it is in an engine on the premise of using this, the control air-fuel ratio deviates from the stoichiometric air-fuel ratio, the exhaust component changes, and the drivability deteriorates. In particular, startability when the engine is cold at low temperatures becomes a problem.
そこで、例えば、特許文献1には、メイン燃料タンクと加熱手段を備えたサブ燃料タンクとを設け、アルコール濃度をパラメータとして設定した始動可能判定温度と冷却水温とを比較して始動不能と判定されたときに、サブ燃料タンク内の加熱された燃料を圧送して燃料を循環させ、そして、エンジンをクランキングさせて、インジェクタから加熱された燃料を噴射させることにより、アルコール濃度に応じて燃料を効率よく加熱してエンジンに供給し、始動性を向上させるようにした技術が開示されている。
Therefore, for example, in
ところで、特許文献1に開示の技術では、燃料自体を加熱することでその微粒化ないしは気化促進を図り始動性の向上を狙っている。このような燃料の加熱により始動性は向上する。しかしながら、この燃料の加熱は、インジェクタへのデポジットの堆積を助長するという弊害をもたらす。また、加熱手段を備えたサブ燃料タンクを追加して設けることによるシステムの複雑化やコスト上昇が避けられないという問題があった。
By the way, the technique disclosed in
そこで、本発明の目的は、上述の問題を解消し、簡単な構成で高沸点燃料が用いられた場合にも短時間で確実な始動性能を得ることができる筒内直噴エンジンの始動制御装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a start control device for a direct injection engine that can obtain a reliable start performance in a short time even when a high boiling point fuel is used with a simple configuration. Is to provide.
上記目的を達成する本発明の一形態に係る筒内直噴エンジンの始動制御装置は、燃焼室に臨んで設けられた直噴インジェクタおよび点火プラグを備えた筒内直噴エンジンにおいて、クランキング開始後の始動初期に、膨張行程にある気筒に新気を導入すると共に前記直噴インジェクタから所定量の燃料を噴射し、前記点火プラグによる複数回点火が実行されるように始動初期制御することを特徴とする。 A start control device for an in-cylinder direct injection engine according to an embodiment of the present invention that achieves the above object is provided in an in-cylinder direct injection engine that includes a direct injection injector and an ignition plug that are provided facing a combustion chamber. At the initial stage of the subsequent start, fresh air is introduced into the cylinder in the expansion stroke, a predetermined amount of fuel is injected from the direct injection injector, and initial control is performed so that the ignition plug performs multiple times of ignition. Features.
ここで、前記始動初期制御は、エンジンの回転数が所定の完爆回転数に達するまで継続されることが好ましい。 Here, it is preferable that the start initial control is continued until the engine speed reaches a predetermined complete explosion speed.
また、燃料種別判定手段をさらに備え、該燃料種別判定手段により所定の高沸点燃料と判定されたとき、前記始動初期制御が実行されるようにしてもよい。 Further, a fuel type determination unit may be further provided, and when the fuel type determination unit determines that the fuel has a predetermined high boiling point, the start initial control may be executed.
さらに、エンジン温度計測手段を備え、該エンジン温度計測手段により所定の温度以下と判定されたとき、前記始動初期制御が実行されるようにしてもよい。 Furthermore, an engine temperature measuring unit may be provided, and the start initial control may be executed when the engine temperature measuring unit determines that the temperature is equal to or lower than a predetermined temperature.
本発明の一形態に係る筒内直噴エンジンの始動制御装置によれば、クランキング開始後の始動初期には、膨張行程にある気筒に新気が導入されると共に直噴インジェクタから所定量の燃料が噴射され、点火プラグによる複数回点火が実行される。これにより、爆発にまでは至らなくとも燃料に着火させる程度の燃焼が得られるので、筒内の温度が早期に上昇する。従って、次サイクル以降に直噴インジェクタから噴射される燃料の霧化ないしは気化が促進され早期に正常燃焼が得られることにより、始動性が向上する。 According to the start control device for an in-cylinder direct injection engine according to an embodiment of the present invention, at the initial start after cranking starts, fresh air is introduced into the cylinder in the expansion stroke, and a predetermined amount of air is introduced from the direct injection injector. Fuel is injected and ignition is performed multiple times by the spark plug. Thereby, even if it does not reach an explosion, combustion to the extent that the fuel is ignited can be obtained, so that the temperature in the cylinder rises early. Therefore, atomization or vaporization of fuel injected from the direct injection injector after the next cycle is promoted, and normal combustion is obtained at an early stage, thereby improving startability.
ここで、前記始動初期制御が、エンジンの回転数が所定の完爆回転数に達するまで継続される形態によれば、筒内温度が上昇されるので極低温時においても短時間でエンジンを始動することができる。 Here, according to the form in which the initial start control is continued until the engine speed reaches a predetermined complete explosion speed, the in-cylinder temperature is raised, so the engine is started in a short time even at an extremely low temperature. can do.
また、燃料種別判定手段をさらに備え、該燃料種別判定手段により所定の高沸点燃料と判定されたとき、前記始動初期制御が実行される形態によれば、無用な始動初期制御を行うことなく、所定の高沸点燃料での始動性の向上を図ることができる。 In addition, when the fuel type determination unit further includes a fuel type determination unit and the fuel type determination unit determines that the fuel has a predetermined high boiling point, the start initial control is performed without performing unnecessary start initial control, It is possible to improve startability with a predetermined high boiling point fuel.
さらに、エンジン温度計測手段を備え、該エンジン温度計測手段により所定の温度以下と判定されたとき、前記始動初期制御が実行される形態によれば、エンジンが暖機状態にある再始動時等に無用な始動初期制御を行うことなく、低温時での始動性の向上を図ることができる。 Further, the engine temperature measuring means is provided, and when it is determined by the engine temperature measuring means that the temperature is equal to or lower than the predetermined temperature, the start initial control is executed. It is possible to improve startability at low temperatures without performing unnecessary start initial control.
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
まず、図1を参照して、本発明が適用される筒内直噴エンジン100の概要を説明する。101はエンジン本体、102はシリンダブロック、103はシリンダヘッド、104はピストン、105は燃焼室、106は吸気ポート、107は排気ポート、108は吸気弁、109は排気弁、110は燃焼室105内の頂部に配置された点火プラグをそれぞれ示している。本実施形態によるエンジン100は、吸気弁108を任意のタイミングで開閉させることが可能な例えば電磁式の吸気弁駆動機構108Vを備えている。
First, an outline of a
ピストン104の下端部にはクランクシャフト111が連結されており、ピストン104が上下動することによりクランクシャフト111が回転される。さらに、クランクシャフト111の近傍には、クランクポジションセンサー112が配設されており、このクランクポジションセンサー112は、例えば、電磁ピックアップ式センサーであり、クランクシャフト111に連結されている磁性体ロータの例えば10°毎のクランク回転信号を検出すると共に欠歯した箇所とにより、正確な上死点位置を含むクランク位置、すなわち、気筒判別可能であり、およびクランク角速度、すなわち、エンジン回転数を検出可能である。
A
吸気ポート106は不図示の吸気マニフォルドを介して不図示のサージタンクに接続され、サージタンクは吸気ダクトを介してエアクリーナに接続されている。吸気ダクト内にはスロットルモータにより駆動される不図示のスロットル弁が配置されている。一方、排気ポート107は不図示の排気マニフォルドおよび排気管を介して触媒コンバータに接続されている。また、113はエンジン冷却水温を検出するための水温センサーである。
The
図1のエンジン100は、高沸点燃料の一例としてのアルコール混合燃料を用いる燃料供給系を備え、この燃料供給系は、筒内の燃焼室105に噴射口を介してアルコール混合燃料を噴射可能に配置された直噴インジェクタ120を具備している。そして、この直噴インジェクタ120は、デリバリパイプ121を含むアルコール混合燃料供給ライン122を介して車載された燃料タンク124に接続されている。なお、アルコール混合燃料供給ライン122内には、燃料ポンプ123が配置されている。さらに、本実施形態においては、燃料タンク124内に燃料種別判定手段としての燃料種別判定センサー125が配設されている。この燃料種別判定センサー125は、燃料タンク124に貯蔵されている燃料の種別を特定するに際し、特にその沸点の違いを検出可能なものであることが好ましい。
The
さらに、図1に示すように、上述の点火プラグ110は吸気ポート106と排気ポート107との間の燃焼室105の上部中央に配設されている。そして、直噴インジェクタ120が吸気ポート106側にその噴射口がシリンダ中心線に対し、所定の角度傾斜されて配設されている。さらに、ピストン104の上部には、直噴インジェクタ120からの噴射方向に適合されたピストンキャビティ104Cが、吸気ポート106側にオフセットされて形成されている。なお、このピストンキャビティ104Cは直噴インジェクタ120からの噴霧流が回り込んで点火プラグ110のギャップ付近に乱れを生起するように吸気ポート106側にオフセットされた舟底状に形成されている。また、直噴インジェクタ120のピストンキャビティ104Cに対する噴霧角および噴霧形状は、ピストンキャビティ104Cでアルコール混合燃料が成層燃焼可能なように設定されている。
Further, as shown in FIG. 1, the above-described
また、電子制御ユニット(以下、ECUと称す)200はデジタルコンピュータからなり、周知の如く、双方向性バスを介して相互に接続されたROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、CPU(マイクロプロセッサ)、常時電源に接続されているB−RAM(バックアップRAM)、入力ポート、および出力ポート等を具備している。 The electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 200 is a digital computer, and as is well known, a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and a CPU connected to each other via a bidirectional bus. (Microprocessor), B-RAM (backup RAM) always connected to a power source, an input port, an output port, and the like.
上述の各センサーからの信号はそれぞれECU200の入力ポートに入力される。さらに、入力ポートには、エンジン始動の際に用いられるエンジンスイッチ114が接続されている。一方、ECU200の出力ポートは、それぞれ、対応する駆動回路を介して、吸気弁駆動機構108V、点火プラグ110、スロットルモータ、直噴インジェクタ120、燃料ポンプ123およびスタータ等に接続されている。
Signals from the respective sensors described above are input to the input ports of the
なお、本実施の形態では、始動時に噴射供給される燃料量が、予め実験により求められて、燃料の沸点および/またはエンジン冷却水の温度に応じて設定され、上述のROMにマップ化されたデータとして格納されている。 In the present embodiment, the amount of fuel to be injected and supplied at the time of start-up is obtained in advance by experiments, set according to the boiling point of the fuel and / or the temperature of the engine coolant, and mapped to the above-described ROM. Stored as data.
ここで、本発明に係る筒内直噴エンジンの始動制御装置の実施形態における制御ルーチンの一例を図2のフローチャートを参照して説明する。この実施形態では、制御がスタートされると、まず、ステップS201においてエンジンスイッチ114が「ON」されたか否かが判定され、「ON」されたときのみステップS202に進む。そして、ステップS202においてスタータ出力信号が「ON」され、スタータによりクランキングが開始される。さらに、次のステップS203に進み、燃料種別判定センサー125からの検出信号に基づいて使用されている燃料が高沸点燃料か否かが判定される。また、次のステップS204では、水温センサー113からの検出信号に基づいてエンジン冷却水温が所定温度以下であるか否かが判定される。
Here, an example of a control routine in the embodiment of the start control device for the direct injection engine according to the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. In this embodiment, when the control is started, it is first determined in step S201 whether or not the
これらのステップS203およびステップS204での判定の結果、いずれも「NO」のとき、すなわち、使用されている燃料が高沸点燃料でなく、且つ、エンジン冷却水温が所定温度を超えているとき、および使用されている燃料が高沸点燃料であっても、エンジン冷却水温が所定温度を超えているときは、始動性にさほどの支障がないとして、後述する始動初期制御を実行することなくステップS207に進む。 As a result of the determination in step S203 and step S204, when both are “NO”, that is, when the fuel being used is not a high boiling point fuel and the engine coolant temperature exceeds a predetermined temperature, and Even if the fuel used is a high-boiling point fuel, if the engine cooling water temperature exceeds the predetermined temperature, it is determined that there is no significant problem with the startability, and the process proceeds to step S207 without executing the initial start control described later. move on.
一方、上記ステップS203およびステップS204での判定において、使用されている燃料が高沸点燃料であり(ステップS203:「YES」)、且つ、エンジン冷却水温が所定温度以下である(ステップS204:「YES」)ときはステップS205に進み、始動初期制御が実行される。 On the other hand, in the determination in step S203 and step S204, the fuel used is a high boiling point fuel (step S203: “YES”), and the engine coolant temperature is equal to or lower than a predetermined temperature (step S204: “YES”). ”), The process proceeds to step S205, where start-up initial control is executed.
この始動初期制御について、図3のクランク角(CA)を基準としたタイムチャートをも参照して説明する。この始動初期制御においてはまず、クランキング開始後に最初に膨張行程になる気筒が判別される。これは、クランクポジションセンサー112からの検出信号に基づき求められ、ピストン104が上死点付近にある気筒である。今、エンジン100が4気筒エンジンであり、その点火順序が#1−#3−#4−#2であるとしたとき、図3のタイムチャートには、#1気筒のピストン104が上死点(0°CA)から膨張行程を開始する例が示されている。
This starting initial control will be described with reference to a time chart based on the crank angle (CA) of FIG. In this starting initial control, first, the cylinder that first enters the expansion stroke after the start of cranking is determined. This is a cylinder obtained based on the detection signal from the
そこで、この膨張行程にある#1気筒においては、吸気弁駆動機構108Vが駆動されて吸気弁108が開かれ新気が導入されると共に、直噴インジェクタ120から所定量の燃料が噴射される。なお、この所定量の燃料は、上述のようにROMに格納されているマップ化されたデータを読み出して設定される。そして、同じ膨張行程で点火プラグ110による点火が複数回実行される。かくて、#1気筒において、爆発にまでは至らなくとも燃料に着火させる程度の燃焼が得られるので、筒内の温度が早期に上昇する。
Therefore, in the # 1 cylinder in the expansion stroke, the intake
また、#1気筒の次の点火順序である#3気筒、その次の#4気筒、さらに#2気筒においても同様に、クランキング開始後の最初のサイクルの膨張行程において、新気が導入されると共に所定量の燃料が噴射され、複数回点火が実行される。そして、次のサイクル以降においては、吸気行程における新気の導入、吸気行程および/または圧縮行程における燃料の噴射、圧縮行程後期での一回点火による通常の運転に加え、後述のように、エンジン回転数が所定の完爆回転数に至るまで、膨張行程における新気の導入、燃料の噴射および複数回点火の実行を含む始動初期制御が行なわれる。 Similarly, fresh air is introduced in the expansion stroke of the first cycle after the start of cranking in the # 3 cylinder, the next # 4 cylinder, and the # 2 cylinder, which is the next ignition order of the # 1 cylinder. At the same time, a predetermined amount of fuel is injected and ignition is performed a plurality of times. After the next cycle, in addition to normal operation by introduction of fresh air in the intake stroke, fuel injection in the intake stroke and / or compression stroke, and single ignition in the latter half of the compression stroke, Until the rotational speed reaches a predetermined complete explosion rotational speed, initial start control including introduction of fresh air in the expansion stroke, fuel injection, and execution of multiple ignitions is performed.
従って、クランキング開始後の最初のサイクルの膨張行程における新気の導入、燃料の噴射および複数回点火の実行の結果、筒内の温度が早期に上昇されるので、次サイクル以降に直噴インジェクタ120から噴射される燃料の霧化ないしは気化が促進され早期に正常燃焼が得られることにより、始動性が向上することになる。 Therefore, as a result of the introduction of fresh air, the injection of fuel and the execution of multiple times of ignition in the expansion stroke of the first cycle after the start of cranking, the in-cylinder temperature rises early, so that the direct injection injectors after the next cycle The atomization or vaporization of the fuel injected from 120 is promoted and normal combustion is obtained at an early stage, whereby the startability is improved.
ここで、再度、図2のフローチャートに戻るに、ステップS205における上述の始動初期制御が実行されて、次のステップS206に進む。このステップS206および上述の始動初期制御が実行されないで通常の運転形態で始動される場合のステップS207においては、エンジン回転数が所定の完爆回転数以上になったか否かが判定される。いずれの場合も、エンジン回転数が所定の完爆回転数に至ったときのみ、エンジンが自立回転可能に完全に始動されたとして、次のステップS208に進み、スタータ出力信号が「OFF」されスタータが停止される。すなわち、図4のタイムチャートに示すように、時刻t0でスタータ出力信号が「ON」され、スタータにより所定のクランキング回転数で駆動された後、エンジン回転数が完爆回転数に至った時刻tcにおいて、スタータ出力信号が「OFF」されるのである。 Here, returning to the flowchart of FIG. 2 again, the above-described start initial control in step S205 is executed, and the process proceeds to the next step S206. In step S206 and step S207 in the case where the engine is started in the normal operation mode without executing the above-described start initial control, it is determined whether or not the engine speed has reached a predetermined complete explosion speed. In any case, only when the engine speed reaches the predetermined complete explosion speed, the engine is completely started so as to be able to rotate independently, and the process proceeds to the next step S208, where the starter output signal is turned “OFF” and the starter Is stopped. That is, as shown in the time chart of FIG. 4, after the starter output signal is turned “ON” at time t0 and driven at a predetermined cranking speed by the starter, the engine speed reaches the complete explosion speed. At tc, the starter output signal is turned “OFF”.
なお、本発明は、直噴インジェクタにより高沸点燃料を噴射供給するようにした燃料エンジンとして、アルコール混合燃料を用いるエンジンにつき説明したが、この燃料としては、例示したアルコール混合燃料に限らず、低オクタンガソリン、軽油等を用いることができ、要するに、揮発性の低い燃料を筒内に噴射供給する形式のエンジンには全て適用可能である。 The present invention has been described with respect to an engine using alcohol mixed fuel as a fuel engine in which high-boiling point fuel is injected and supplied by a direct injection injector. However, the fuel is not limited to the alcohol mixed fuel illustrated, and is low. Octane gasoline, light oil, or the like can be used. In short, the present invention can be applied to all types of engines that inject and supply low-volatile fuel into a cylinder.
100 筒内直噴エンジン
103 シリンダヘッド
104 ピストン
105 燃焼室
110 点火プラグ
120 直噴インジェクタ
200 電子制御ユニット(ECU)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
スタータによるクランキング開始後の始動初期に、最初のサイクルの膨張行程にある気筒に吸気弁を介して新気を導入すると共に前記直噴インジェクタから所定量の燃料を噴射し、前記点火プラグによる複数回点火が実行され、次のサイクル以降は、吸気行程における新気の導入、吸気行程および/または圧縮行程における燃料の噴射、圧縮行程後期での一回点火による通常の運転に加え、膨張行程における新気の導入、燃料の噴射および複数回点火が実行されるように始動初期制御することを特徴とする筒内直噴エンジンの始動制御装置。 In-cylinder direct-injection engine using a high-boiling point fuel , provided with a direct-injector and spark plug provided facing the combustion chamber,
In the initial start after cranking is started by the starter, fresh air is introduced into the cylinder in the expansion stroke of the first cycle through the intake valve and a predetermined amount of fuel is injected from the direct injection injector. After the next cycle, fresh ignition is introduced in the intake stroke, fuel is injected in the intake stroke and / or compression stroke, and normal operation is performed in the latter half of the compression stroke. the introduction of fresh air, fuel injection and multiple ignition start control apparatus for a cylinder direct injection engine, which comprises starting initial control to so that is performed.
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