JP2004036561A - Automatic stop / start system for in-cylinder injection internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にアイドルストップ車両に用いて好適の、筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、エミッション低減や燃費向上を達成すべく、所定の停止条件が成立するとエンジンを自動的に停止させたり(アイドルストップ)、その後、所定の再始動条件が成立するとエンジンを自動的に再始動させたりするアイドルストップ車両が実用化されている。
【0003】
また、やはりエミッション低減や燃費向上を目的として、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射型内燃機関(筒内噴射型エンジン)が実用化されている。この筒内噴射型エンジンでは、運転モードとして、吸気行程で燃料を噴射して燃焼室内に均一な混合気を形成する均一燃焼モードと、圧縮行程で燃料を噴射することで点火プラグの周囲に理論空燃比近傍の混合気を形成しながらも全体として超リーンな空燃比を実現する層状燃焼モードとを有しており、エンジン回転数やエンジン負荷等のエンジン運転状態に応じて、これらのエンジン運転モードが適宜切り換えられるようになっている。そして、このような筒内噴射型エンジンを上述のアイドルストップ車両に適用することにより、さらなる燃費及びエミッションの改善を図ることができる。
【0004】
ところで、このようなアイドルストップ車両では、エンジンの再始動時には、迅速な再始動が要求されるが、筒内噴射型エンジンではこのような迅速な再始動が可能な点でアイドルストップ車両に特に適している。つまり、筒内噴射型エンジンでは始動時に圧縮行程にある気筒に燃料を噴射することで、一般的な吸気行程で燃料噴射するエンジンよりも早くエンジンを始動させることができる。なお、このような圧縮行程噴射によるエンジン始動に関しては、例えば特開平10−30468号公報に開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧縮行程噴射による始動では、図7に示すように、燃料圧力(以下、燃圧という)の低下にしたがい始動トルク(図示平均有効圧力)が低下するため、低燃圧状態では再始動性が悪化してしまう。したがって、アイドルストップ車両やハイブリッド車などのエンジン自動停止始動機能を有する車両に筒内噴射型エンジンを適用した場合に、迅速な始動効果を得るためにはアイドルストップ中であっても常に燃料にある程度の圧力が必要となる。
【0006】
一方、エンジンの停止時には、燃料を加圧する高圧ポンプが停止するため、燃圧は徐々に低下していくことになる。そこで、燃圧を検出するセンサを設け、燃圧が迅速な始動が可能な範囲の下限圧まで低下した場合にエンジンを自動再始動させることが考えられるが、このような技術ではエンジンの自動停止期間(アイドルストップ時間)が短くなってしまい、アイドルストップの利点を十分に発揮できないという課題がある。
【0007】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、再始動時におけるエンジンの迅速な始動性を確保しながらアイドルストップ時間を極力長くできるようにした、筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1記載の本発明の筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置は、所定の自動停止条件が成立すると内燃機関を自動停止させるとともに所定の再始動条件が成立すると上記内燃機関を始動させる筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置において、上記内燃機関の燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を検出する燃圧検出手段と、自動停止中の上記内燃機関の気筒位置を検出する気筒判別手段と、上記内燃機関の自動停止中に上記燃圧検出手段により検出される燃圧が所定圧以下になると上記内燃機関を停止させたまま圧縮行程に位置する気筒及びまたは次に圧縮行程となる気筒に燃料を噴射し、その後上記再始動条件が成立すると吸気行程に位置する気筒に燃料を噴射する始動制御手段とを備えたことを特徴としている。
【0009】
したがって、自動停止中に燃圧が所定圧以下に低下すると内燃機関を停止させたまま圧縮行程に位置する気筒及びまたは次に圧縮行程となる気筒に燃料を噴射するので、燃圧が低下してから再始動条件が成立し吸気行程でしか実質的に燃料を噴射できない場合でも、圧縮行程に位置する気筒及びまたは次に圧縮行程となる気筒に予め燃料を供給しておくことで最初に点火される1ないし2気筒においては実質的に圧縮行程噴射を実行でき迅速な始動が可能となる。このため、迅速始動が可能な自動停止期間を長くすることができ、迅速始動を可能としたまま燃料消費をより節減できる。
【0010】
なお、好ましくは、上記始動制御手段は、上記内燃機関の自動停止中に上記燃圧検出手段により検出される燃圧が上記所定圧を超えている状態で上記再始動条件が成立すると圧縮行程に位置する気筒及びまたは次に圧縮行程となる気筒に燃料を噴射するように構成する。このように構成した場合には、燃圧が高い状態での内燃機関の再始動を確実に迅速化することができる。
【0011】
また、上記内燃機関を停止させたままで行なう燃料噴射の噴射量は停止クランク角に応じて決定されるのが好ましい。そして、このように構成した場合には、燃料が噴射される気筒のピストン停止位置に応じて適切な燃料量を噴射することができる。
また、上記始動制御手段は、始動後所定期間は圧縮行程の燃料噴射を禁止して吸気行程の燃料噴射を継続するのが好ましい。このような構成によれば、燃圧が低い状態で圧縮行程噴射が行われることが禁止されるので内燃機関の始動後に機関の運転が不安定になることを未然に防止できる。
【0012】
さらに、上記始動制御手段は、上記機関を停止させたまま圧縮行程に位置する気筒及び次に圧縮行程となる気筒に燃料を噴射するように構成してもよい。このような構成によれば、燃圧が低い状態であっても再始動時に最初に点火される2気筒は実質的に圧縮行程噴射を実行でき、機関を確実に迅速自動させることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の一実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置について説明すると、図1はその要部構成を模式的に示す図である。図示するように、エンジン1は、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジン(筒内噴射型内燃機関)として構成されており、燃焼室内に図示しないインジェクタ(燃料噴射弁)が臨んで配設されている。この筒内噴射型エンジンでは、運転モードとして、吸気行程で燃料を噴射して燃焼室内に均一な混合気を形成する均一燃焼モードと、圧縮行程で燃料を噴射することで点火プラグの周囲に理論空燃比近傍の混合気を形成しながらも全体として超リーンな空燃比を実現する層状燃焼モードとを有しており、エンジン回転数やエンジン負荷等のエンジン運転状態に応じて、これらのエンジン運転モードが適宜切り換えられるようになっている。
【0014】
また、エンジン1の燃焼室には吸気通路2及び排気通路3が接続されている。
このうち、吸気通路2には上流側から順にエアクリーナ6およびスロットル弁7が設けられており、さらにその下流にはサージタンク2aが設けられている。また、排気通路3には、いずれも図示しない排気浄化用触媒コンバータ及びマフラ(消音器)が設けられている。
【0015】
また、スロットル弁7は、アクセルペダルに対して電気的に接続されたいわゆるドライブワイヤ式のスロットル弁(ETV)であって、ドライバのアクセル踏込み量以外にもエンジン運転状態に応じてその開度が変更されるようになっている。また、燃料供給系には、圧縮行程噴射時に筒内圧よりも十分高い圧力にまで燃料を加圧するエンジン駆動の高圧ポンプ(図示省略)が設けられている。
【0016】
また、エンジン1には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ11,スロットルの開度を検出するスロットル開度センサ(TPS)12及びクランク角を検出することでエンジンの回転数を検出するクランク角センサ(エンジン回転数センサ)13、カムシャフトの回転状態を検出するカム角センサ(図示省略)、燃料の圧力を検出する燃圧センサ(燃圧検出手段)14及びドライバのアクセル踏込み開度を検出するアクセル開度センサ(図示省略)等が付設されている。なお、本実施形態では燃圧センサ14は、高圧ポンプとインジェクタとの間の燃料供給系に設けられており、燃圧センサ14により高圧ポンプによる加圧後の燃料圧力が検出されるようになっている。
【0017】
これらのセンサはコントローラ(ECU)20に接続されており、ECU20では、これらのセンサからの情報に基づいてエンジン1の運転モードを設定したり、スロットル弁7,インジェクタ及び点火コイル等に対する作動制御信号を設定したりするようになっている。
また、このエンジン1が搭載された車両(図示省略)は、所定のエンジン停止条件が成立すると自動的にエンジン1の運転を停止(アイドルストップ又は自動停止)するとともに、その後所定のエンジン再始動条件が成立すると自動的にエンジン1を始動(再始動)させるアイドルストップ車両として構成されている。
【0018】
次に、本発明の要部について説明する。図1に示すように、ECU20は自動停止中のエンジン1の気筒位置を検出する気筒判別手段21と、インジェクタ,スタータモータ及び点火コイル等の作動を制御する始動制御手段22とを有している。そして、エンジン1の自動停止条件が成立すると、この気筒判別手段21では、エンジン停止直前にクランク角センサ13及びカム角センサにより検出されたクランク角信号及びTOP信号に基づき停止中のエンジン1の圧縮行程にある気筒を判別するととも、そのピストン位置を判定するようになっている。
【0019】
その後、エンジン1の自動停止中に燃圧センサ14により検出された燃圧が所定圧以下になると、上記の気筒判別手段21で判別された「現在圧縮行程にある気筒」及び「次に圧縮行程となる気筒」の2つの気筒に対して、エンジン1を停止させたまま燃料を噴射するようになっている。また、その後エンジン1の再始動条件が成立すると、吸気行程に位置する気筒に燃料を噴射するようになっている。なお、このようなインジェクタの作動は始動制御手段22により制御されるようになっている。
【0020】
つまり、アイドルストップ中に燃圧が所定の圧力まで低下した場合には、まず圧縮行程にある気筒及びその次に圧縮行程となる気筒に対して予め燃料を噴射しておくとともに、アイドルストップ状態を維持し、その後エンジン再始動条件が成立すると吸気行程噴射によりエンジン1を再始動するようになっているのである。
【0021】
これは、エンジンの再始動時には極力速やかにエンジン1を再始動できるようにするとともに、再始動条件が成立するまでは少しでもアイドルストップ状態を維持するためである。つまり、すでに上述したように、筒内噴射型エンジンでは始動時に圧縮行程に燃料を噴射することで、一般的な吸気行程で燃料噴射するエンジンよりも早くエンジン1を始動させることができるが、圧縮行程噴射による始動では、燃圧の低下にしたがい始動トルクが低下するため(図7参照)、アイドルストップ状態が長い時間継続すると燃圧の低下にともない始動性が悪化する。この場合、燃圧が迅速な始動が可能な範囲の下限の圧力まで低下した時にはエンジンを自動再始動させることが考えられるが、これではせっかくアイドルストップの条件が成立していてもエンジン1を再始動させることになり、結果的にアイドルストップ時間が短くなってしまう。
【0022】
そこで、本発明では、上述のように、燃圧が所定圧以下となった場合には、圧縮行程にある気筒、及びその次に圧縮行程となる気筒に予め燃料を噴射しておくのである。これにより、再始動時には最初に点火される2つの気筒については少なくとも実質的に圧縮行程噴射と同様の燃料噴射となり、アイドルストップの条件成立時にエンジン1を始動させることなく、迅速なエンジン再始動を実現することができるのである。なお、燃圧が所定圧以下になる前に再始動条件が成立した場合には、圧縮行程にある気筒に燃料を噴射して再始動を行なう(つまり、圧縮行程噴射により再始動を行なう)ようになっている。また、本実施形態においては、燃料の所定圧とは迅速なエンジン始動を行なえる燃料圧力範囲(図7参照)における下限の圧力に設定されている。
【0023】
また、この場合には、エンジンの再始動時に最初の2気筒以降の気筒については燃圧が低下して圧縮行程噴射を実行できないため、吸気行程噴射を実施するようになっている。
ところで、燃料を加圧する高圧ポンプはエンジン1により駆動されるため、エンジン1の再始動ともに燃圧も上昇する。したがって、エンジン再始動後、燃圧センサ14により検出される燃圧が圧縮行程噴射可能な圧力まで上昇したことが検出されると、各種センサから検出されるドライバの運転状態(又はエンジン運転状態)に応じて圧縮行程噴射又は吸気行程噴射を実施するようになっている。また、このような燃圧センサ14からの情報に関係なく、所定期間(所定時間)経過したら圧縮行程噴射可能な圧力まで上昇したと見なしてもよい。
【0024】
一方、エンジン1の停止時に燃圧が所定圧以下となった場合において、圧縮行程にある気筒及びその次に圧縮行程となる気筒に噴射される燃料の噴射量は、例えば図2に示すようなマップに基づき停止クランク角に応じて決定されるようになっている。ここで、図2中、横軸は停止クランク角(BTDC)であって、縦軸はインジェクタのパルス幅、即ち燃料噴射量である。
【0025】
そして、停止クランク角が所定の範囲(本実施形態では図2に示すようにBTDC0〜60°までの範囲)にある気筒、つまり圧縮行程後半の気筒では、圧縮行程で停止していても燃料噴射量は0となり、燃料が噴射されないようになっている。
これは、このような圧縮行程の後半ではエンジン停止直後は筒内圧が高圧状態に保持されているものの、エンジン1が停止している間に筒内圧が徐々に低下して空気量が減少していることが考えられるからである。この場合、仮に大気圧相当にまで筒内圧が低下していると、始動に必要な空気量が確保できずに、点火しても有効な始動トルクを得ることができない。そこで、本実施形態意では、圧縮行程にある気筒であっても停止クランク角が上述のような圧縮行程後半の所定の範囲にある場合には燃料を噴射しないようになっているのである。
【0026】
また、BTDC60°〜180°の間では、クランク角と比例関係になるように燃料噴射量が設定される(つまり、ピストンのストローク位置に応じて燃料噴射量が設定される)ようになっている。これは、上述のようにシリンダ内が完全に密閉状態であればピストン位置に関係なくシリンダ内の空気量は一定となるが、現実には筒内圧は徐々に低下するため、ピストンのストローク位置に応じた量の空気量がシリンダ内の存在するものとして燃料噴射量を設定しているのである。
【0027】
一方、厳密には圧縮行程とはいえないが、圧縮行程となる直前の吸気行程後半で停止している気筒についても燃料噴射を実行するようになっている。これは、上述した圧縮行程後半の気筒の燃料噴射量を0に設定している分を補うためである。また、このときの燃料噴射量については図2に示すように、クランク角に関係なく一定値に設定されるようになっている。
【0028】
なお、本実施形態では、吸気行程後半とは、BTDC180°〜240°をいう。したがって、本実施形態では、エンジン1の自動停止中に燃圧センサ14により検出された燃圧が所定圧以下になると、気筒判別手段21で判別されたBTDC60°〜240°にある気筒を「現在圧縮行程にある気筒」として判定するとともに、「現在圧縮行程にある気筒」及び「次に圧縮行程となる気筒」の2つの気筒に対して、エンジン1を停止させたまま燃料を噴射するようになっている。
【0029】
本発明の一実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置は、上述のように構成されているので、その作用を図3のタイムチャートを用いて説明すると以下のようになる。まず、アクセル開度センサ(図示省略)によりドライバのアクセル踏込み量(APS)が全閉であることが検出される等の所定のアイドルストップ条件(停止条件)が成立すると(t=t1 )、この時点でエンジンの点火プラグへの通電が断たれエンジン1が停止する(t=t2 )。
【0030】
また、エンジン停止にともない燃料を加圧する高圧ポンプも停止するので、高圧ポンプより下流の燃料供給系に残留した燃料の圧力も徐々に低下し始める。そして、燃圧が所定圧(アイドル停止中燃料噴射判定燃圧)以下になったことが検出又は判定されると、気筒判別手段21で判定された現在圧縮行程にある気筒(BTDC60°〜240°)及び次に圧縮行程となる気筒に対してエンジン停止状態のまま燃料噴射を実行する(t=t3 )。なお、このときの燃料噴射量は図2に示すマップによりクランク角に応じて設定される。
【0031】
そして、その後所定の再始動条件が成立すると(t=t4 )、吸気行程噴射によりエンジン1の再始動が実行される。このとき、最初に圧縮行程となる2気筒にはすでに燃料が噴射されているので、吸気行程噴射を行なっても最初の2気筒は実質的に圧縮行程噴射による始動となり、エンジンを迅速に始動させることができる。
【0032】
さらに、その後燃圧が上昇して、圧縮行程噴射可能な燃圧(圧縮噴射開始判定燃圧)になったことが判定されると(t=t5 )、これ以降は、エンジン1の運転状態に応じて圧縮行程噴射又は吸気行程噴射が実行される。なお、t5 以降における運転モードの切り換え制御は公知であるので、説明を省略する。
図4は燃圧が所定圧以下になる前に再始動条件が成立した場合のタイムチャートを示している。なお、エンジン1の停止条件が成立して(t=t1 )、エンジン1が停止する(t=t2 )までの説明は図3を用いた説明と同様になるので省略する。
【0033】
エンジン停止後、やはり高圧ポンプの停止にともない燃料供給系に残留した燃料の圧力も徐々に低下し始めるが、燃圧が所定圧以下になる以前に再始動条件が成立すると(t=t4′)、この場合には圧縮行程噴射を実行できるだけ燃圧があるので圧縮行程噴射によりエンジン1を再始動させる。これにより、エンジンを迅速に始動させることができる。なお、この場合にはエンジン回転数等の情報に基づきエンジンの始動完了が判定される、或いは所定期間経過すると(t=t5′)、その後はエンジン1の運転状態に応じて圧縮行程噴射又は吸気行程噴射が実行される。
【0034】
図5及び図6は本発明の作用を簡単に説明するフローチャートであって、エンジン1がアイドルストップすると図5に示すアイドルストップ時のルーチンが実行される。即ち、ステップS1において燃圧センサ14から燃圧を取り込み、ステップS2で燃圧が所定圧以下になったか否かが判定される。そして、燃圧が所定圧より大きければそのままリターンし、燃圧が所定圧以下であればステップS3に進んでアイドルストップ中における燃料噴射を既に実行したか否かを判定する。さらに、ステップS3において燃料噴射が行なわれていないと判定された場合には、次にステップS4に進み、停止クランク角に基づき圧縮行程にある気筒に対する燃料噴射量が設定される。そして、ステップS5において圧縮行程にある気筒及び次に圧縮行程となる気筒に燃料噴射が実行されてリターンする。
【0035】
そして、上述のステップS1〜5までのルーチンをエンジン1の再始動条件が成立するか、或いはメインキーがオフとなるまで所定周期毎に繰り返し実行する。
一方、エンジン1の再始動条件が成立すると、図6に示すルーチンが実行される。即ち、ステップS11においてクランキングスタート(エンジン始動開始)が実行されるとステップS12に進み、アイドルストップ中において既に燃料噴射が実行されたか否かが判定される。そして、アイドルストップ中に燃料噴射が実行されたと判定されると、ステップS13に進んで吸気行程噴射を実行し、この吸気行程噴射をステップS14で燃圧が圧縮行程噴射可能な燃圧となったことが判定されるまで実行する。つまり、予めアイドルストップ中に燃料噴射が実行された場合には吸気行程噴射によりエンジン始動が行なわれる。なお、ステップS14を所定期間が経過したかを否かを判定するようなステップにしてもよい。
【0036】
また、ステップS12においてアイドルストップ中に燃料噴射が行なわれなかったと判定されると、次にステップS15に進んで圧縮行程噴射を実行し、この圧縮行程噴射をステップS16でエンジン始動完了が判定されるまで繰り返す。
つまり、アイドルストップ中に燃料噴射が実行されなかった場合には吸気行程噴射によりエンジン始動が行なわれる。
【0037】
そして、ステップS14及びステップS10以降は、ステップS17に進み、燃圧や負荷等のエンジン運転状態に応じて、エンジン運転モードが圧縮行程噴射モードと吸気行程噴射モードとの間で切り換えられる。
したがって、本発明によれば、アイドルストップ中に燃圧が所定圧以下に低下するとアイドルストップを維持したまま圧縮行程に位置する気筒(BTDC60°〜240°にある気筒)及び次に圧縮行程となる気筒に燃料を噴射するので、燃圧が低下してから再始動条件が成立しても、圧縮行程に位置する気筒及び次に圧縮行程となる気筒に予め燃料を供給しておくことで最初に点火される2気筒においては実質的に圧縮行程噴射を実行でき速やかにエンジン1を始動させることができる。このため、エンジン1の迅速始動が可能な自動停止期間を長くすることができ、速やかなエンジン始動を可能としたまま燃料消費をより節減できる。
【0038】
また、アイドルストップ状態で行なう燃料噴射の噴射量は停止クランク角に応じて決定されるので、燃料が噴射される気筒のピストン停止位置に応じて適切な燃料量を噴射することができる。したがって、始動性をさらに高めることができる。
また、エンジン1の始動後は、燃圧が圧縮噴射可能な圧力となるまで又は所定期間経過するまでは圧縮行程の燃料噴射を禁止して吸気行程の燃料噴射を継続するので、燃圧が低い状態で圧縮行程噴射が実行されることがなくなり、エンジンの始動後に運転が不安定になることを防止できる。
【0039】
なお、本発明の実施形態は上述のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、本実施形態では、エンジン1をアイドルストップ車両に適用した場合に説明したが、エンジンの運転が必要ない時にエンジンを自動停止するとともに電動機の駆動力で走行するハイブリッド自動車に適用することもできる。この場合、エンジンをもっぱら発電用に用いるシリーズ式ハイブリッド自動車及びエンジンの駆動力とモータの駆動力とを適宜組み合わせて車輪に伝達するパラレル式ハイブリッド自動車のどちらにも適用可能であるが、エンジンの始動性が直接運転フィーリングに反映されるパラレル式ハイブリッド自動車に本発明を用いるのが特に適している。
【0040】
さらに、本実施形態では、エンジン1の自動停止中に燃圧が所定圧以下になると、エンジン1を停止させたまま圧縮行程に位置する気筒及び次に圧縮行程となる気筒に燃料を噴射するように構成されているが、少なくとも、圧縮行程に位置する気筒又は、次に圧縮行程となる気筒のいずれか一方の気筒に燃料を噴射するようにしてもよい。
【0041】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1記載の本発明の筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置によれば、自動停止中に燃圧が所定圧以下に低下すると内燃機関を停止させたまま圧縮行程に位置する気筒及びまたは次に圧縮行程となる気筒に燃料を噴射するので、燃圧が低下してから再始動条件が成立し吸気行程でしか実質的に燃料を噴射できない場合でも、圧縮行程に位置する気筒及びまたは次に圧縮行程となる気筒に予め燃料を供給しておくことで最初に点火される1ないし2気筒においては実質的に圧縮行程噴射を実行でき迅速な始動が可能となる。このため、迅速始動が可能な自動停止期間を長くすることができ、迅速始動を可能としたまま燃料消費をより節減できる。
【0042】
また、請求項2記載の本発明の筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置によれば、内燃機関を停止させたままで行なう燃料噴射の噴射量は停止クランク角に応じて決定されるので、燃料が噴射される気筒のピストン停止位置に応じて適切な燃料量を噴射することができる。
また、請求項3記載の本発明の筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置によれば、始動制御手段は、始動後所定期間は圧縮行程の燃料噴射を禁止して吸気行程の燃料噴射を継続するように構成されているので、燃圧が低い状態で圧縮行程噴射が行われることが禁止され、内燃機関の始動後に機関の運転が不安定になることを未然に防止できる。
【0043】
さらに、請求項4記載の本発明の筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置によれば、始動制御手段は、上記機関を停止させたまま圧縮行程に位置する気筒及び次に圧縮行程となる気筒に燃料を噴射するので、燃圧が低い状態であっても再始動時に最初に点火される2気筒は実質的に圧縮行程噴射を実行でき、機関を確実に迅速自動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置の要部構成を模式的に示す図である。
【図2】本発明の一実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置における燃料噴射量を設定するためのマップである。
【図3】本発明の一実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置の作用を説明するためのタイムチャートである。
【図4】本発明の一実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置の作用を説明するためのタイムチャートである。
【図5】本発明の一実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【図6】本発明の一実施形態にかかる筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【図7】圧縮行程噴射によるエンジン始動時における燃圧と図示平均有効圧力(トルク)との一般的な関係を示す図である。
【符号の説明】
1 エンジン(内燃機関)
14 燃圧センサ(燃圧検出手段)
20 ECU(制御手段)
21 気筒判別手段
22 始動制御手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic stop / start device for a direct injection internal combustion engine, which is particularly suitable for use in an idle stop vehicle.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to reduce emissions and improve fuel economy, the engine is automatically stopped when a predetermined stop condition is satisfied (idle stop), and then automatically restarted when a predetermined restart condition is satisfied. Idle stop vehicles have been put to practical use.
[0003]
Also, in-cylinder injection type internal combustion engines (in-cylinder injection type engines) that inject fuel directly into the combustion chamber have been put into practical use for the purpose of reducing emissions and improving fuel efficiency. In this in-cylinder injection engine, there are two modes of operation: a uniform combustion mode in which fuel is injected in the intake stroke to form a uniform mixture in the combustion chamber, and a fuel injection around the ignition plug by injecting fuel in the compression stroke. A stratified combustion mode that realizes a super-lean air-fuel ratio as a whole while forming an air-fuel mixture in the vicinity of the air-fuel ratio. The mode can be appropriately switched. Further, by applying such an in-cylinder injection type engine to the above-described idle stop vehicle, it is possible to further improve fuel efficiency and emission.
[0004]
By the way, in such an idle stop vehicle, a quick restart is required at the time of restarting the engine. However, a direct injection type engine is particularly suitable for an idle stop vehicle in that such a quick restart is possible. ing. That is, in a direct injection engine, by injecting fuel into a cylinder that is in a compression stroke at the time of starting, the engine can be started earlier than an engine that injects fuel in a general intake stroke. Incidentally, the start of the engine by the compression stroke injection is disclosed in, for example, JP-A-10-30468.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the starting by the compression stroke injection, as shown in FIG. 7, the starting torque (average effective pressure shown) decreases as the fuel pressure (hereinafter, referred to as fuel pressure) decreases, so that the restartability deteriorates in the low fuel pressure state. Resulting in. Therefore, when a direct injection engine is applied to a vehicle having an engine automatic stop / start function, such as an idle stop vehicle or a hybrid vehicle, in order to obtain a quick start effect, even if the engine is idle-stopped, the fuel is always kept to some extent. Pressure is required.
[0006]
On the other hand, when the engine is stopped, the high-pressure pump for pressurizing the fuel is stopped, so that the fuel pressure gradually decreases. Therefore, it is conceivable to provide a sensor for detecting the fuel pressure and automatically restart the engine when the fuel pressure drops to a lower limit pressure within a range in which the engine can be quickly started. However, there is a problem that the advantage of the idle stop cannot be sufficiently exhibited.
[0007]
The present invention has been made in view of such a problem, and has been made to automatically stop an in-cylinder injection type internal combustion engine in which the idle stop time can be made as long as possible while ensuring quick startability of the engine at the time of restart. It is intended to provide a starting device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the automatic stop and start device for a direct injection internal combustion engine of the present invention according to claim 1 automatically stops the internal combustion engine when a predetermined automatic stop condition is satisfied and the internal combustion engine when a predetermined restart condition is satisfied. A fuel pressure detecting means for detecting a pressure of fuel supplied to a fuel injection valve of the internal combustion engine, and detecting a cylinder position of the internal combustion engine during automatic stop. When the fuel pressure detected by the fuel pressure detecting means during the automatic stop of the internal combustion engine becomes equal to or lower than a predetermined pressure, the cylinder positioned in the compression stroke with the internal combustion engine stopped and / or the next compression stroke And a start control means for injecting fuel into the cylinder located in the intake stroke when the restart condition is satisfied.
[0009]
Therefore, if the fuel pressure drops below a predetermined pressure during automatic stop, fuel is injected into the cylinder located in the compression stroke and / or the next cylinder in the compression stroke while the internal combustion engine is stopped. Even if the starting condition is satisfied and fuel can be substantially injected only in the intake stroke, the fuel is first supplied to the cylinder located in the compression stroke and / or the cylinder that will be the next compression stroke, so that the first ignition is performed. In the case of two or more cylinders, the compression stroke injection can be executed substantially, and quick start can be performed. For this reason, the automatic stop period in which quick start is possible can be lengthened, and fuel consumption can be further reduced while quick start is enabled.
[0010]
Preferably, the start control means is located in a compression stroke when the restart condition is satisfied in a state where the fuel pressure detected by the fuel pressure detection means exceeds the predetermined pressure during the automatic stop of the internal combustion engine. The fuel is injected into a cylinder and / or a cylinder which is to be subjected to a next compression stroke. With this configuration, it is possible to surely promptly restart the internal combustion engine in a state where the fuel pressure is high.
[0011]
Further, it is preferable that the injection amount of the fuel injection performed while the internal combustion engine is stopped is determined according to the stop crank angle. With this configuration, an appropriate amount of fuel can be injected according to the piston stop position of the cylinder into which fuel is injected.
Further, it is preferable that the start control means prohibits the fuel injection in the compression stroke for a predetermined period after the start and continues the fuel injection in the intake stroke. According to such a configuration, since the compression stroke injection is prohibited in a state where the fuel pressure is low, it is possible to prevent the operation of the engine from becoming unstable after the start of the internal combustion engine.
[0012]
Further, the start control means may be configured to inject fuel into the cylinder located in the compression stroke and the cylinder to be the next compression stroke while the engine is stopped. According to such a configuration, even when the fuel pressure is low, the two cylinders that are initially ignited at the time of restart can substantially execute the compression stroke injection, and the engine can be reliably and quickly automated.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an automatic stop / start device for a direct injection internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a main part thereof. As shown in the figure, the engine 1 is configured as a direct injection engine (direct injection internal combustion engine) that directly injects fuel into a combustion chamber, and an injector (fuel injection valve) (not shown) faces the combustion chamber. Is established. In this in-cylinder injection engine, there are two modes of operation: a uniform combustion mode in which fuel is injected in the intake stroke to form a uniform mixture in the combustion chamber, and a fuel injection around the ignition plug by injecting fuel in the compression stroke. A stratified combustion mode that realizes a super-lean air-fuel ratio as a whole while forming an air-fuel mixture in the vicinity of the air-fuel ratio. The mode can be appropriately switched.
[0014]
An
Among them, an air cleaner 6 and a throttle valve 7 are provided in the
[0015]
The throttle valve 7 is a so-called drive wire type throttle valve (ETV) electrically connected to the accelerator pedal, and has an opening degree according to the engine operating state other than the accelerator pedal depression amount of the driver. It has been changed. The fuel supply system is provided with an engine-driven high-pressure pump (not shown) that pressurizes the fuel to a pressure sufficiently higher than the in-cylinder pressure during the compression stroke injection.
[0016]
The engine 1 has an
[0017]
These sensors are connected to a controller (ECU) 20. The
Further, a vehicle (not shown) equipped with the engine 1 automatically stops the operation of the engine 1 (idle stop or automatic stop) when a predetermined engine stop condition is satisfied, and thereafter sets a predetermined engine restart condition. Is established as an idle stop vehicle that automatically starts (restarts) the engine 1 when.
[0018]
Next, the main part of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the
[0019]
Thereafter, when the fuel pressure detected by the
[0020]
That is, when the fuel pressure decreases to a predetermined pressure during the idle stop, first, fuel is injected in advance to the cylinder in the compression stroke and the cylinder to be the next compression stroke, and the idle stop state is maintained. Then, when the engine restart condition is satisfied, the engine 1 is restarted by the intake stroke injection.
[0021]
This is because the engine 1 can be restarted as quickly as possible when the engine is restarted, and the idle stop state is maintained even a little until the restart condition is satisfied. That is, as described above, in the direct injection engine, by injecting fuel in the compression stroke at the time of starting, the engine 1 can be started earlier than the engine that injects fuel in the general intake stroke. In the starting by the stroke injection, the starting torque decreases as the fuel pressure decreases (see FIG. 7). Therefore, if the idle stop state continues for a long time, the startability deteriorates as the fuel pressure decreases. In this case, it is conceivable that the engine is automatically restarted when the fuel pressure drops to the lower limit of the range in which the engine 1 can be quickly started. In this case, the engine 1 is restarted even if the idle stop condition is satisfied. As a result, the idle stop time is shortened as a result.
[0022]
Therefore, in the present invention, as described above, when the fuel pressure becomes equal to or lower than the predetermined pressure, fuel is previously injected into the cylinder in the compression stroke and the cylinder in the next compression stroke. As a result, at the time of restart, the two cylinders that are initially ignited have at least substantially the same fuel injection as the compression stroke injection, and a quick engine restart can be performed without starting the engine 1 when the idle stop condition is satisfied. It can be realized. If the restart condition is satisfied before the fuel pressure becomes equal to or lower than the predetermined pressure, fuel is injected into the cylinder in the compression stroke to restart the engine (that is, restart is performed by the compression stroke injection). Has become. Further, in the present embodiment, the predetermined fuel pressure is set to a lower limit pressure in a fuel pressure range (see FIG. 7) in which quick engine start can be performed.
[0023]
Further, in this case, when the engine is restarted, the compression stroke injection cannot be executed for the cylinders after the first two cylinders due to a decrease in fuel pressure, so that the intake stroke injection is performed.
By the way, since the high-pressure pump for pressurizing the fuel is driven by the engine 1, the fuel pressure increases when the engine 1 is restarted. Therefore, after the engine is restarted, if it is detected that the fuel pressure detected by the
[0024]
On the other hand, when the fuel pressure becomes equal to or lower than the predetermined pressure when the engine 1 is stopped, the injection amount of the fuel injected into the cylinder in the compression stroke and the cylinder in the next compression stroke is, for example, a map as shown in FIG. In accordance with the stop crank angle. Here, in FIG. 2, the horizontal axis is the stop crank angle (BTDC), and the vertical axis is the pulse width of the injector, that is, the fuel injection amount.
[0025]
In a cylinder in which the stop crank angle is within a predetermined range (in this embodiment, a range from BTDC0 to 60 ° as shown in FIG. 2), that is, a cylinder in the latter half of the compression stroke, fuel injection is performed even if the cylinder is stopped in the compression stroke. The quantity is zero, so that no fuel is injected.
This is because in the latter half of the compression stroke, although the in-cylinder pressure is maintained at a high pressure immediately after the engine is stopped, the in-cylinder pressure gradually decreases while the engine 1 is stopped, and the air amount decreases. This is because it is possible. In this case, if the in-cylinder pressure is reduced to a value equivalent to the atmospheric pressure, an air amount necessary for starting cannot be secured, and an effective starting torque cannot be obtained even if ignition is performed. Therefore, in the meaning of the present embodiment, even if the cylinder is in the compression stroke, the fuel is not injected when the stop crank angle is in the predetermined range in the latter half of the compression stroke as described above.
[0026]
Further, between
[0027]
On the other hand, although it is not strictly a compression stroke, fuel injection is also performed for a cylinder stopped in the latter half of the intake stroke immediately before the compression stroke. This is to compensate for the above-described setting of the fuel injection amount of the cylinder in the latter half of the compression stroke to 0. Further, the fuel injection amount at this time is set to a constant value irrespective of the crank angle as shown in FIG.
[0028]
In the present embodiment, the latter half of the intake stroke refers to
[0029]
The automatic stop / start device for a direct injection internal combustion engine according to one embodiment of the present invention is configured as described above, and its operation will be described below with reference to a time chart of FIG. First, when a predetermined idle stop condition (stop condition) such as detection that the accelerator pedal depression amount (APS) of the driver is fully closed by an accelerator opening sensor (not shown) is satisfied (t = t) 1 At this point, the power supply to the ignition plug of the engine is cut off and the engine 1 stops (t = t). 2 ).
[0030]
Since the high-pressure pump for pressurizing the fuel is also stopped when the engine is stopped, the pressure of the fuel remaining in the fuel supply system downstream of the high-pressure pump also starts to gradually decrease. Then, when it is detected or determined that the fuel pressure has become equal to or lower than a predetermined pressure (fuel injection determination fuel pressure during idling stop), the cylinder (
[0031]
Then, when a predetermined restart condition is satisfied (t = t 4 ), The engine 1 is restarted by the intake stroke injection. At this time, since fuel has already been injected into the two cylinders that are initially in the compression stroke, even if the intake stroke injection is performed, the first two cylinders are substantially started by the compression stroke injection, and the engine is started quickly. be able to.
[0032]
Further, when it is determined that the fuel pressure has risen to a fuel pressure at which compression stroke injection is possible (compression injection start determination fuel pressure) (t = t) 5 Thereafter, the compression stroke injection or the intake stroke injection is executed according to the operating state of the engine 1. Note that t 5 Since the switching control of the operation mode thereafter is known, the description will be omitted.
FIG. 4 shows a time chart when the restart condition is satisfied before the fuel pressure becomes equal to or lower than the predetermined pressure. Note that the condition for stopping the engine 1 is satisfied (t = t 1 ), The engine 1 stops (t = t) 2 The description up to) is the same as the description using FIG.
[0033]
After the engine is stopped, the pressure of the fuel remaining in the fuel supply system also starts to gradually decrease with the stop of the high-pressure pump. However, if the restart condition is satisfied before the fuel pressure falls below a predetermined pressure (t = t 4 ') In this case, the engine 1 is restarted by the compression stroke injection because the fuel pressure is as high as possible to execute the compression stroke injection. Thus, the engine can be started quickly. In this case, the completion of the start of the engine is determined based on information such as the engine speed, or after a predetermined period has elapsed (t = t 5 ′) Thereafter, compression stroke injection or intake stroke injection is executed according to the operating state of the engine 1.
[0034]
FIGS. 5 and 6 are flowcharts for briefly explaining the operation of the present invention. When the engine 1 is idle-stopped, the idle-stop routine shown in FIG. 5 is executed. That is, in step S1, the fuel pressure is acquired from the
[0035]
Then, the above-described routines of steps S1 to S5 are repeatedly executed at predetermined intervals until the restart condition of the engine 1 is satisfied or the main key is turned off.
On the other hand, when the restart condition of the engine 1 is satisfied, the routine shown in FIG. 6 is executed. That is, when a cranking start (engine start) is executed in step S11, the process proceeds to step S12, and it is determined whether fuel injection has already been executed during the idle stop. If it is determined that the fuel injection has been performed during the idle stop, the process proceeds to step S13, in which the intake stroke injection is performed. In step S14, it is determined that the fuel pressure has become the fuel pressure at which the compression stroke can be injected in step S14. Execute until judged. That is, when fuel injection is performed in advance during idle stop, the engine is started by intake stroke injection. Step S14 may be a step for determining whether or not a predetermined period has elapsed.
[0036]
If it is determined in step S12 that the fuel injection has not been performed during the idle stop, the process proceeds to step S15 to execute the compression stroke injection, and the compression stroke injection is determined in step S16 to determine whether the engine has been started. Repeat until
That is, when fuel injection is not executed during the idle stop, the engine is started by the intake stroke injection.
[0037]
Then, after step S14 and step S10, the process proceeds to step S17, and the engine operation mode is switched between the compression stroke injection mode and the intake stroke injection mode according to the engine operation state such as the fuel pressure and the load.
Therefore, according to the present invention, when the fuel pressure drops below the predetermined pressure during the idle stop, the cylinders located in the compression stroke (the cylinders at
[0038]
Further, since the injection amount of the fuel injection performed in the idle stop state is determined according to the stop crank angle, an appropriate fuel amount can be injected according to the piston stop position of the cylinder into which fuel is injected. Therefore, the startability can be further improved.
Further, after the engine 1 is started, the fuel injection in the compression stroke is prohibited and the fuel injection in the intake stroke is continued until the fuel pressure becomes a pressure at which compression injection can be performed or until a predetermined period has elapsed. The compression stroke injection is not executed, and the operation can be prevented from becoming unstable after the engine is started.
[0039]
The embodiments of the present invention are not limited to those described above, and can be variously modified without departing from the spirit of the present invention. For example, in the present embodiment, the case where the engine 1 is applied to an idle stop vehicle has been described. However, the present invention can also be applied to a hybrid vehicle that automatically stops the engine when the engine does not need to be driven and runs with the driving force of an electric motor. . In this case, the present invention can be applied to both a series hybrid vehicle in which the engine is exclusively used for power generation and a parallel hybrid vehicle in which the driving force of the engine and the driving force of the motor are appropriately combined and transmitted to the wheels. It is particularly suitable to use the present invention in a parallel hybrid vehicle whose performance is directly reflected in the driving feeling.
[0040]
Further, in the present embodiment, when the fuel pressure becomes equal to or lower than the predetermined pressure during the automatic stop of the engine 1, the fuel is injected into the cylinder located in the compression stroke and the cylinder to be the next compression stroke while the engine 1 is stopped. Although configured, the fuel may be injected into at least one of the cylinder located in the compression stroke and the next cylinder in the compression stroke.
[0041]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the automatic stop and start apparatus for a direct injection internal combustion engine of the present invention, when the fuel pressure drops below a predetermined pressure during automatic stop, the compression is performed while the internal combustion engine is stopped. Since fuel is injected into the cylinder located in the stroke and / or the cylinder that will be the next compression stroke, even if the restart condition is satisfied after the fuel pressure drops and fuel can be substantially injected only in the intake stroke, the fuel is injected into the compression stroke. By supplying fuel in advance to the cylinders located and / or the cylinders that will be in the next compression stroke, the compression stroke injection can be performed substantially in the first or second cylinder that is ignited first, and rapid start-up becomes possible. For this reason, the automatic stop period in which quick start is possible can be lengthened, and fuel consumption can be further reduced while quick start is enabled.
[0042]
Further, according to the automatic stop and start apparatus for a direct injection internal combustion engine of the present invention described in
According to the third aspect of the present invention, the start control means prohibits the fuel injection in the compression stroke for a predetermined period after the start and performs the fuel injection in the intake stroke. Since it is configured to continue, it is prohibited to perform the compression stroke injection in a state where the fuel pressure is low, and it is possible to prevent the operation of the engine from becoming unstable after the start of the internal combustion engine.
[0043]
Further, according to the automatic stop and start device for a direct injection internal combustion engine of the present invention, the start control means performs the cylinder located in the compression stroke and the next compression stroke while the engine is stopped. Since fuel is injected into the cylinders, even when the fuel pressure is low, the two cylinders that are first ignited at the time of restart can substantially execute the compression stroke injection, and the engine can be reliably and quickly automated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a main part of an automatic stop / start device for a direct injection internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a map for setting a fuel injection amount in an automatic stop / start device for a direct injection internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a time chart for explaining an operation of the automatic stop / start device for the direct injection internal combustion engine according to the embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a time chart for explaining the operation of the automatic stop / start device for the direct injection internal combustion engine according to the embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation of the automatic stop / start device for the direct injection internal combustion engine according to the embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation of the automatic stop / start device for the direct injection internal combustion engine according to the embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a diagram showing a general relationship between a fuel pressure and an indicated average effective pressure (torque) at the time of engine start by compression stroke injection.
[Explanation of symbols]
1 engine (internal combustion engine)
14. Fuel pressure sensor (fuel pressure detecting means)
20 ECU (control means)
21 Cylinder discriminating means
22 Start control means
Claims (4)
上記内燃機関の燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を検出する燃圧検出手段と、
自動停止中の上記内燃機関の気筒位置を検出する気筒判別手段と、
上記内燃機関の自動停止中に上記燃圧検出手段により検出される燃圧が所定圧以下になると、上記内燃機関を停止させたまま圧縮行程に位置する気筒及びまたは次に圧縮行程となる気筒に燃料を噴射し、その後上記再始動条件が成立すると吸気行程に位置する気筒に燃料を噴射する始動制御手段とを備えた
ことを特徴とする、筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置。An automatic stop and start device for a direct injection internal combustion engine that automatically stops the internal combustion engine when a predetermined automatic stop condition is satisfied and starts the internal combustion engine when a predetermined restart condition is satisfied.
Fuel pressure detecting means for detecting the pressure of the fuel supplied to the fuel injection valve of the internal combustion engine,
Cylinder determining means for detecting the cylinder position of the internal combustion engine during automatic stop,
When the fuel pressure detected by the fuel pressure detecting means becomes equal to or lower than a predetermined pressure during the automatic stop of the internal combustion engine, fuel is supplied to the cylinder located in the compression stroke and / or the cylinder to be the next compression stroke while the internal combustion engine is stopped. A start control means for injecting fuel and then injecting fuel into a cylinder located in an intake stroke when the above-mentioned restart condition is satisfied.
ことを特徴とする、請求項1記載の筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置。2. The automatic stop and start apparatus for a direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein an injection amount of fuel injection performed while the internal combustion engine is stopped is determined according to a stop crank angle.
ことを特徴とする、請求項1記載の筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置。2. The automatic stop and start system for a direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein said start control means inhibits fuel injection in a compression stroke and continues fuel injection in an intake stroke for a predetermined period after starting. .
ことを特徴とする、請求項1記載の筒内噴射型内燃機関の自動停止始動装置。2. The cylinder injection type internal combustion engine according to claim 1, wherein the start control means injects fuel into a cylinder located in a compression stroke and a cylinder which is next in a compression stroke while the engine is stopped. 3. Automatic stop and start device.
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