JP6435767B2 - ディーゼルエンジンの停止装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ディーゼルエンジン停止時に、気筒のピストン位置を制御して次の再始動時に迅速にエンジンを始動できるディーゼルエンジンの停止装置に関するものである。
コモンレール式ディーゼルエンジンでは、各気筒に設けられた燃料インジェクタを電子制御することで、高圧の燃料の噴射時期と噴射時間とを精度良く制御できると共にメイン噴射の前にプレ噴射やアフター噴射など細かい噴射が行える。
しかし、エンジンの停止時において、ピストン停止位置が不明な場合、再始動時に不要なクランキングが発生し、エンジン再始動時間が長くなることがある。
特開２００４−３０１０７８号公報 特開２００４−１２４７５３号公報 特開２００４−１２４７５４号公報 特表２００３−５３２００５号公報 特表２００３−５３２００６号公報 特開２００３−３１４３４１号公報 特開２００４−２６３５６９号公報
図５（ａ）は、クランク軸の回転に対して任意の気筒のピストン停止位置が、例えば２７４°〜２９２°の範囲で停止したときの状態を示し、この停止位置からエンジンを再始動すると、図５（ｂ）に示すようにアイドル回転（６００ｒｐｍ）に達するまで１秒程度かかる。このように、エンジン停止時に、ピストン停止制御がないと、３〜４回の圧縮行程を経なければエンジンの再始動を行うことができない問題がある。
特許文献１〜５では、各気筒のピストンが任意の位置で停止しても、エンジン始動時に気筒への燃料噴射のタイミングを制御して始動性を高めることがなされているが、エンジン始動時の制御のため、始動時間が長くなる問題がある。
また特許文献６，７では、ピストンを目標停止位置になるようにハイブリッド自動車に搭載されているモータジェネレータで制動するようにしているが、コモンレール式のディーゼルエンジンには適用できない。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、コモンレール式ディーゼルエンジンで、エンジン停止時に、次の再始動時が迅速に行えるようにピストン停止位置を制御できるディーゼルエンジンの停止装置を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、コモンレール式ディーゼルエンジンのエンジン停止時に、各気筒のピストン停止位置を制御して、次のエンジン始動時間を短縮するディーゼルエンジンの停止装置であって、クランク軸のクランク角を検出するクランク角検出手段と、吸排気弁を開閉制御する動弁装置のカム軸のカム角を検出するカム角検出手段と、前記クランク角検出手段で検出したクランク角と前記カム角検出手段で検出したカム角とを基に、エンジン位相を判定するエンジン位相判定手段と、エンジン停止要求時に前記エンジン位相判定手段で判定したエンジン位相とエンジン停止要求時からエンジン停止時までのエンジン停止時間とを基に、エンジン停止時のエンジン位相を判定するエンジン停止位置判定手段と、エンジン停止要求後に燃料インジェクタの燃料噴射量を制御して、前記エンジン停止位置判定手段で判定したエンジン停止時のエンジン位相を、いずれかの気筒のピストンが圧縮下死点で停止するエンジン位相にする停止時インジェクタ制御手段と、を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの停止装置である。
前記いずれかの気筒は、エンジン停止要求時に次に圧縮下死点に移る気筒であることが好ましい。
前記エンジン停止位置判定手段は、前記エンジン停止位置判定手段で判定したエンジン停止時のエンジン位相が、いずれの気筒のピストンも圧縮下死点で停止しないエンジン位相となる場合、前記エンジン停止位置判定手段で判定したエンジン停止時のエンジン位相と前記いずれかの気筒のピストンが圧縮下死点で停止するエンジン位相とのズレ量を求めることが好ましい。
前記エンジン停止位置判定手段は、前記ズレ量を変更して、前記いずれかの気筒を、エンジン停止要求毎に順次別の気筒にすることが好ましい。
前記停止時インジェクタ制御手段は、前記ズレ量を基に、エンジン停止要求後の燃料インジェクタの燃料噴射量を制御することが好ましい。
本発明は、コモンレール式ディーゼルエンジンで、エンジン停止時に燃料インジェクタを制御してピストン停止位置を制御することにより、エンジン再始動時間を短縮できるという優れた効果を発揮する。
本発明のディーゼルエンジンの停止装置の一実施の形態を示す図である。 図１に示したディーゼルエンジンの概略断面図である。 本発明のディーゼルエンジンの停止装置において、エンジン停止時の車速、エンジン回転、各気筒（シリンダ）のピストン状態を示す図である。 本発明のディーゼルエンジンの停止装置において、カム軸センサのカムパルスとクランク角センサのクランクパルスを示す図である。 従来において、（ａ）はエンジン停止位置を、（ｂ）は（ａ）のエンジン停止位置におけるエンジン始動を説明する図である。
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
先ず、図１、図２によりコモンレール式ディーゼルエンジンの一例として４気筒のディーゼルエンジン１０を説明する。
ディーゼルエンジン１０のシリンダブロック１１には、気筒＃１〜＃４毎に、クランク軸１２とコンロッド１３を介して上下動するピストン１４が設けられる。シリンダブロック１１上のシリンダヘッド１５には、各気筒＃１〜＃４毎に燃料を噴射する燃料インジェクタ１６が設けられると共に吸気弁１７と排気弁１８とが設けられる。
燃料インジェクタ１６には、コモンレール１９からの高圧の燃料が供給され、ＥＣＵ２０にて、燃料インジェクタ１６が開閉制御され、各気筒＃１〜＃４での燃料の噴射時期と噴射時間（噴射量）が制御されるようになっている。
吸気弁１７と排気弁１８とは、ロッカーアームとカムからなる動弁装置２２で開閉制御されるようになっている。
ディーゼルエンジン１０への吸気は、吸気管２４から吸気スロットルバルブ２５で吸気量が調整され、吸気マニホールド２６から吸気弁１７を介して各気筒＃１〜＃４に吸気される。各気筒＃１〜＃４からの排気は、排気弁１８を介して排気マニホールド２７に排気された後、排気管２８に排気される。また排気マニホールド２７の排気の一部は、ＥＧＲ管２９、ＥＧＲクーラ３０、ＥＧＲ弁３１を介して吸気マニホールド２６に再循環されるようになっている。
さて、クランク軸１２には、クランク軸１２の回転角を検出するクランク角センサ３２が設けられ、動弁装置２２には、そのカム軸の回転角を検出するカム軸センサ３３が設けられ、これらの検出値がＥＣＵ２０に入力される。
ＥＣＵ２０には、ディーゼルエンジン１０を起動、停止するキースイッチ３５が接続される。ＥＣＵ２０は、キースイッチ３５がＯＮにされた時に、ディーゼルエンジン１０を起動し、キースイッチ３５がＯＦＦにされた時に燃料インジェクタ１６からの燃料噴射を停止して、エンジンを停止する。
このＥＣＵ２０は、クランク角センサの検出値が入力されるクランク角検出手段４０と、カム軸センサ３３の検出値が入力されるカム軸角度検出手段４１と、クランク角検出手段４０からのクランク角とカム軸角度検出手段４１からのカム軸角度とを基に、エンジン位相を判定するエンジン位相判定手段４２と、エンジン停止要求時からエンジン停止までの停止時間が記憶され、エンジン停止要求時のエンジン位相判定手段４２から入力されるエンジン位相と停止時間を基に、エンジン停止した時のエンジン位相を求めるエンジン停止位置判定手段４３と、エンジン停止要求後、エンジン停止位置判定手段４３で求められたエンジンジン停止した時のエンジン位相が、特定の気筒のピストンが圧縮行程の下死点で停止するよう、燃料インジェクタ１６から噴射する燃料を制御する停止時インジェクタ制御手段４４とを備える。
図４は、クランク角センサ３２からクランク角検出手段４０に入力されるクランクパルスと、カム軸センサ３３からカム軸角度検出手段４１に入力されるカムパルスと、気筒＃１〜＃４の上死点（ＴＤＣ）を示したものである。
クランク角センサ３２とカム軸センサ３３はギヤトゥースセンサからなる。クランクパルスは、クランク軸に設けたギヤの歯に応じてパルスが出力され、クランク軸が、０°（３６０°）の位置で、歯によるパルスが出力されないようになっている。また、カムパルスは、クランク軸の回転の１／２で回転するカム軸に設けたギヤの歯を検出してパルスを出力し、クランク軸が２回転（７２０°）すると１回転となり、クランク軸が１８０°回転する毎にパルスを出力し、またクランク軸０°と７２０°で、続けて２パルスを出力するようになっている。
図４の例では、クランク角９０°で、気筒＃１が上死点（ＴＤＣ）となり、クランク角２７０°で、気筒＃３が上死点（ＴＤＣ）となり、クランク角４５０°で、気筒＃４が上死点（ＴＤＣ）となり、ランク角６３０°で、気筒＃２が上死点（ＴＤＣ）となることを示している。
エンジン位相判定手段４２は、クランク角検出手段４０からのクランク角とカム軸角度検出手段４１からのカム軸回転を基に、エンジン位相、すなわち、各気筒＃１〜＃４のピストン位置を判定することができる。
さて、図３（ａ）は、車両が走行を停止し、エンジン停止要求がなされてエンンジン停止した後、再始動されたときの車速変化と、エンジン回転数の変化を示し、図３（ｂ）は、エンジン停止要求がなされてエンンジン停止するまでの各気筒＃１〜＃４のピストンの下死点の移り変わりを示したものである。
先ず図３（ａ）に示すように、車速がゼロとなり、エンジン回転数がアイドリング回転数になった状態からキースイッチがＯＦＦとされてエンジン停止要求がなされると、エンジン回転数は、アイドル回転数から回転数ゼロになるまで、回転数が降下するが、エンジン回転数がゼロとなってもクランクシャフトは停止することなく、圧縮行程中のピストンの戻り力により逆回転し、その後、フライホイールとピストンの揺動とがバランスするまでの停止時間ＳＴ（例えば約１．５秒）を要して停止する。この停止時間ＳＴは、車両によって一定である。
図３（ｂ）は、エンジン停止要求がなされたときのエンジン位相の変化、すなわち、気筒＃１〜＃４のピストンが下死点になる気筒の移り変わりを示している。
この図３（ｂ）で、斜線で囲った領域は、下死点±４５°の下死点近傍領域を示し、エンジン停止要求がなされたとき、気筒＃２のピストンが下死点にあるとき、下死点は、気筒＃１→＃３→＃４→＃２と移り変わり、停止時間ＳＴを経過したエンジン停止時には、気筒＃４が下死点に位置している状態を示している。
この停止後に、エンジンを再始動したとき、クランキング後に１回の圧縮行程で再始動が可能となり、エンジンの再始動時間を短縮できる。
図３（ｂ）は、エンジン停止要求がなされたとき、気筒＃２のピストンが下死点にあり、停止時間ＳＴで、気筒＃４が下死点に位置する例を示したが、気筒＃１で停止要求のときには停止時間ＳＴで気筒＃２が下死点、以下、気筒＃３のときには気筒＃１、気筒＃４のときには気筒＃３が下死点となる。
しかし、エンジン停止要求がなされたとき、エンジン位相は様々であり、図３（ｂ）に示した状態で、エンジン停止要求がなされることはないため、エンジン位相判定手段４２は、エンジン停止要求がなされた時のエンジン位相から、吸気行程から圧縮行程に移る圧縮下死点にある気筒＃１〜＃４を特定すると共に、エンジン停止要求時に圧縮下死点にある気筒がない場合、直近の、特定の気筒、例えば、次に吸気行程から圧縮行程に移る圧縮下死点に移る気筒を特定し、その気筒が、停止時間ＳＴで吸気行程から圧縮行程に移る圧縮下死点に位置するように、エンジン停止要求から位相のズレ量（時間）を求めるのが好ましい。
停止時インジェクタ制御手段４４は、エンジン停止位置判定手段４３からのエンジン位相のズレ量を基に、各燃料インジェクタ１６での燃料噴射量を微調整して、エンジン停止要求による燃料噴射停止時期を制御する。すなわち、各燃料インジェクタ１６での燃料噴射量を微調整して燃料噴射停止時期を制御することで、図３（ａ）で説明したように、気筒＃２のピストンが下死点にある状態でエンジン停止要求があったと同じ状態にすることで、停止時間ＳＴ経過後に気筒＃４を下死点に位置することが可能となる。
コモンレール式エンジンでは、燃料インジェクタ１６から噴射する燃料を高精度に制御できるため、燃料インジェクタ１６から各気筒＃１〜＃４への燃料噴射量を微少に調整して燃料噴射停止時期を制御することで、気筒＃１〜＃４の下死点位置を制御することが可能となる。
この際、気筒＃４が常時始動時の下死点となるよう停止位置を制御すると、エンジン構成部品の特定の箇所の劣化が進捗しやすいため、エンジン構成部品の保護のため、エンジン停止位置判定手段４３は、停止時間ＳＴで吸気行程から圧縮行程に移る圧縮下死点に位置する特定の気筒が、エンジン停止要求毎に順次別の気筒となるようにズレ量を変更し、順次再始動する気筒が循環するようにズレ量を設定することで、エンジン構成部品の耐久性を高めることができる。
１０ ディーゼルエンジン
１４ ピストン
１６ 燃料インジェクタ
１９ コモンレール
２０ ＥＣＵ
４０ クランク角検出手段
４１ カム軸角度検出手段
４２ エンジン位相判定手段
４３ エンジン停止位置判定手段
４４ 停止時インジェクタ制御手段

Claims (5)

  1. コモンレール式ディーゼルエンジンのエンジン停止時に、各気筒のピストン停止位置を制御して、次のエンジン始動時間を短縮するディーゼルエンジンの停止装置であって、
    クランク軸のクランク角を検出するクランク角検出手段と、
    吸排気弁を開閉制御する動弁装置のカム軸のカム角を検出するカム角検出手段と、
    前記クランク角検出手段で検出したクランク角と前記カム角検出手段で検出したカム角とを基に、エンジン位相を判定するエンジン位相判定手段と、
    エンジン停止要求時に前記エンジン位相判定手段で判定したエンジン位相とエンジン停止要求時からエンジン停止時までのエンジン停止時間とを基に、エンジン停止時のエンジン位相を判定するエンジン停止位置判定手段と、
    エンジン停止要求後に燃料インジェクタの燃料噴射量を制御して、前記エンジン停止位置判定手段で判定したエンジン停止時のエンジン位相を、いずれかの気筒のピストンが圧縮下死点で停止するエンジン位相にする停止時インジェクタ制御手段と、
    を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの停止装置。
  2. 前記いずれかの気筒は、エンジン停止要求時に次に圧縮下死点に移る気筒である請求項１に記載のディーゼルエンジンの停止装置。
  3. 前記エンジン停止位置判定手段は、前記エンジン停止位置判定手段で判定したエンジン停止時のエンジン位相が、いずれの気筒のピストンも圧縮下死点で停止しないエンジン位相となる場合、前記エンジン停止位置判定手段で判定したエンジン停止時のエンジン位相と前記いずれかの気筒のピストンが圧縮下死点で停止するエンジン位相とのズレ量を求める請求項１又は２に記載のディーゼルエンジンの停止装置。
  4. 前記エンジン停止位置判定手段は、前記ズレ量を変更して、前記いずれかの気筒を、エンジン停止要求毎に順次別の気筒にする請求項３に記載のディーゼルエンジンの停止装置。
  5. 前記停止時インジェクタ制御手段は、前記ズレ量を基に、エンジン停止要求後の燃料インジェクタの燃料噴射量を制御する請求項３又は４に記載のディーゼルエンジンの停止装置。
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