JP4329589B2 - Engine starter - Google Patents
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Description
本発明は、アイドリング時等にいったん停止させたエンジンを自動的に始動させる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 that automatically starts an engine that has been stopped when idling or the like.
近年、燃費低減およびCO2排出量抑制等のため、アイドル時に自動的にエンジンをいったん停止させ、その後に発進操作等の再始動条件が成立したときに自動的にエンジンを再始動させるようにしたエンジンの始動装置が開発されてきている。 In recent years, to reduce fuel consumption and reduce CO 2 emissions, the engine is automatically stopped when idling, and then restarted automatically when restart conditions such as start operation are established. Engine starters have been developed.
このようにエンジン停止後に自動的に再始動させる場合に、発進操作等に応じて即座に始動させることが要求されるため、始動用のモータによりエンジン出力軸を駆動するクランキングを経てエンジンを始動させるような、始動完了までにかなりの時間を要する従来の一般的な始動の方法は好ましくない。 When restarting automatically after stopping the engine in this way, it is required to start immediately according to the starting operation, etc., so the engine is started through cranking that drives the engine output shaft by the starting motor. The conventional general starting method that requires a considerable time to complete the starting operation is not preferable.
そこで、停止状態のエンジンの特定気筒に燃料を供給して着火、燃焼を行わせ、そのエネルギーでエンジンが即時的に始動されるようにすることが望ましい。この場合、エンジン停止中に膨張行程にある気筒に燃料を供給して燃焼を行わせるようにすればその燃焼のエネルギーをエンジン正転方向に作用させることができる。しかし、エンジン作動中であれば燃焼室内が高圧縮状態となってから燃焼が行われるので大きなエネルギーが得られるが、エンジン停止中には膨張行程の気筒から空気が洩出して燃焼室内の圧力が低下するため、その低い圧力の燃焼室内に燃料を供給して燃焼を行わせても始動に必要なエネルギーが充分に得られない場合が多い。 Therefore, it is desirable to supply fuel to a specific cylinder of the engine in a stopped state to cause ignition and combustion so that the engine is instantly started with the energy. In this case, if the fuel is supplied to the cylinder in the expansion stroke while the engine is stopped to cause combustion, the energy of the combustion can be applied in the normal rotation direction of the engine. However, if the engine is in operation, combustion is performed after the combustion chamber is in a highly compressed state, so a large amount of energy is obtained. However, when the engine is stopped, air leaks from the cylinder in the expansion stroke, and the pressure in the combustion chamber is increased. Therefore, even if fuel is supplied into the combustion chamber at the low pressure and combustion is performed, energy necessary for starting is often not obtained sufficiently.
このような問題の対策として、多気筒エンジンにおいてエンジン停止時の圧縮行程気筒に対して初回の燃焼を実行して当該圧縮行程気筒のピストンを押し下げ、それに伴い膨張行程にある気筒のピストン上昇によって当該膨張行程気筒の筒内圧力を高めるようにした上で、当該膨張行程気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、こうしてエンジン正転方向に作用する燃焼エネルギーを増大させるように工夫したものも提案されている(例えば特許文献1参照)。
ここで、上記特許文献1に示されるような始動装置による場合、正転方向へのトルクを発生させるため停止時膨張行程気筒に充分な空気量を確保する一方、始動初期にエンジン停止時における圧縮行程気筒で燃焼させるときに、この筒内の空気量を確保して燃焼圧を高め、これにより当該気筒のピストンを押し下げて膨張行程の気筒の圧縮圧力を高めるようにすることが望ましいが、エンジン停止時に膨張行程気筒と圧縮行程気筒とにおいてそれぞれ空気量を確保すべくこれらの気筒のピストンを所定の適正範囲内に確実かつ継続的に停止させることは難しく、例えこの適正範囲内でピストンを停止させることを目標としてエンジン停止時における燃料噴射や点火時期等を制御してもこの適正範囲から外れる場合もあった。そして、圧縮行程気筒のピストンが上死点側(膨張行程気筒のピストンが下死点側)に外れた場合には、圧縮行程気筒の空気量不足から充分な燃焼エネルギーを得られないことから膨張行程気筒の圧縮圧力を充分に高めることができず、正常に始動できない可能性がある。従って、実用性を高める上では、始動性を向上させるため適正に始動可能な適正範囲を拡大しつつ、適正範囲内に停止した場合でもより確実な始動性を確保することが望まれる。
Here, in the case of the starting device as shown in
本発明は、上記の事情に鑑み、エンジンの始動初期に圧縮行程気筒での燃焼により当該気筒のピストンを押し下げているときに当該ピストンに作用する燃焼圧によって膨張行程気筒の圧縮圧力を効率的に高めることができ、これによりエンジンの始動性を向上させる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 efficiently reduces the compression pressure of the expansion stroke cylinder by the combustion pressure acting on the piston when the piston of the cylinder is pushed down by combustion in the compression stroke cylinder at the start of the engine. It is possible to provide an engine starter that can be improved and thereby improve the startability of the engine.
本発明に係るエンジンの始動装置は、所定のエンジン停止条件が成立したときに自動的にエンジンを停止させるとともに、エンジン停止後において再始動条件が成立したときに、エンジン停止時の圧縮行程気筒に燃料を供給して点火、燃焼を行わせることによりエンジンを逆転方向に所定量作動させて、エンジン停止時の膨張行程にある気筒のピストン上昇によって筒内圧力を高めてから、この膨張行程気筒で燃焼を行わせることによりエンジンを正転方向に回転させて再始動させるエンジンの始動装置において、吸気通路から各気筒に導入される吸気量を調節するスロットル弁と、エンジン停止時における膨張行程気筒のピストン位置を検出するピストン位置検出手段と、エンジン停止条件が成立したときに、その停止時における膨張行程気筒のピストンを所定の適正範囲内に停止させるように制御するとともに、上記ピストン位置検出手段による検出結果に基づいて、エンジンの再始動時における上記スロットル弁の開度を制御する制御手段とを備え、当該制御手段は、上記エンジン再始動条件が成立したときであって、エンジン停止時における膨張行程気筒のピストン位置が上記適正範囲内で、かつ、当該適正範囲内において定められた所定の基準位置よりも下死点側にあるときは、少なくとも上記エンジンの逆転方向作動期間において、当該膨張行程気筒のピストン位置が上記基準位置よりも上死点側にあるときと比べて上記スロットル弁の開度を増大させるように制御することを特徴とするものである。 The engine starter according to the present invention automatically stops the engine when a predetermined engine stop condition is satisfied, and is applied to the compression stroke cylinder when the engine is stopped when the restart condition is satisfied after the engine is stopped. The fuel is supplied and ignited and burned to operate the engine in the reverse direction by a predetermined amount, and the cylinder pressure in the cylinder during the expansion stroke when the engine is stopped is raised to increase the in-cylinder pressure. In an engine starter that restarts by rotating the engine in the forward rotation direction by performing combustion, a throttle valve that adjusts the amount of intake air introduced into each cylinder from an intake passage, and an expansion stroke cylinder when the engine is stopped Piston position detecting means for detecting the piston position, and when the engine stop condition is satisfied, the expansion stroke at the stop Control means for controlling the piston of the cylinder to stop within a predetermined appropriate range, and for controlling the opening degree of the throttle valve when the engine is restarted based on the detection result by the piston position detection means. The control means is a predetermined reference position that is determined when the engine restart condition is satisfied and the piston position of the expansion stroke cylinder when the engine is stopped is within the proper range and within the proper range. Is at the bottom dead center side, at least during the reverse rotation direction of the engine, the opening of the throttle valve compared to when the piston position of the expansion stroke cylinder is at the top dead center side from the reference position. It is characterized by controlling to increase.
この発明によれば、エンジン再始動の際に、まず圧縮行程にある気筒で燃焼が行われることによりエンジンがある程度だけ逆転し、これにより膨張行程となる気筒のピストンが上昇して筒内圧力が高められてから、当該気筒で燃焼が行われ、これによりその燃焼による燃焼圧が有効にピストンに作用し、エンジン正転方向の駆動力が得られる。このような始動形式では初回燃焼が行われる圧縮行程気筒が上記燃焼に適した適正範囲内に停止させることが望まれるが、この発明では、エンジン停止時における膨張行程気筒のピストンが所定の適正範囲に停止するように制御する制御手段が設けられるので、膨張行程のピストンと連動する圧縮行程気筒のピストンを適正な燃焼に必要な空気量を確保し得る所定の適正範囲内に停止させる確率を高めることができる。 According to the present invention, when the engine is restarted, the combustion is first performed in the cylinders in the compression stroke, so that the engine is reversed by a certain amount. As a result, the piston of the cylinder in the expansion stroke rises, and the in-cylinder pressure is increased. After being increased, combustion is performed in the cylinder, whereby the combustion pressure due to the combustion effectively acts on the piston, and a driving force in the normal rotation direction of the engine is obtained. In such a start-up type, it is desired that the compression stroke cylinder in which the initial combustion is performed be stopped within an appropriate range suitable for the combustion. In the present invention, the piston of the expansion stroke cylinder when the engine is stopped is in a predetermined appropriate range. Since the control means for controlling to stop is provided, the probability that the piston of the compression stroke cylinder interlocked with the piston of the expansion stroke is stopped within a predetermined appropriate range capable of ensuring the amount of air necessary for proper combustion is increased. be able to.
ここで、上記制御手段は、エンジン停止時における膨張行程気筒のピストン位置をピストン位置検出手段によって検出し、この検出結果が上記適正範囲内で、かつ、当該適正範囲内において定められた所定の基準位置よりも下死点側にあるときは、少なくともエンジンの逆転方向作動期間において、当該ピストンが上記基準位置よりも上死点側にあるときと比べてスロットル弁の開度を増大させるように制御するので、スロットル弁の開度の増大により少なくともエンジンの逆転方向作動期間において吸気行程気筒のピストン抵抗によるポンピングロスを軽減することができる。このため、当該圧縮行程気筒のピストンの押し下げによるエネルギー損失を抑制して膨張行程気筒の圧縮圧力を効率的に高め、当該エネルギー損失の抑制により圧縮行程気筒の適正範囲を上死点側に拡大することができ(言い換えると、膨張行程気筒の適正範囲を下死点側に拡大することができ)、これによりエンジンの始動性を高めることができる。しかも、所定の基準位置を基準にピストン位置を判別するので、エンジンの経年劣化や外部環境の変化等に伴ってエンジンの逆転作動を実行し得るピストン位置の適正範囲が変化した場合であっても始動性を確実に向上することができる。 Here, the control means detects the piston position of the expansion stroke cylinder when the engine is stopped by the piston position detection means, and the detection result is within the proper range and a predetermined reference set within the proper range. When it is on the bottom dead center side from the position, it is controlled so that the opening of the throttle valve is increased at least during the reverse rotation direction operation period of the engine compared to when the piston is on the top dead center side from the reference position. Therefore, the pumping loss due to the piston resistance of the intake stroke cylinder can be reduced at least during the reverse rotation direction operation period of the engine by increasing the opening of the throttle valve. For this reason, energy loss due to depression of the piston of the compression stroke cylinder is suppressed to efficiently increase the compression pressure of the expansion stroke cylinder, and the appropriate range of the compression stroke cylinder is expanded to the top dead center side by suppressing the energy loss. (In other words, the appropriate range of the expansion stroke cylinder can be expanded to the bottom dead center side), thereby improving the startability of the engine. In addition, since the piston position is determined based on the predetermined reference position, even if the appropriate range of the piston position at which the reverse rotation operation of the engine can be executed is changed due to the deterioration of the engine over time or the change of the external environment, etc. Startability can be improved reliably.
この発明において、上記制御手段は、上記エンジン再始動条件が成立したときであって、エンジン停止時における膨張行程気筒のピストン位置が所定の基準位置よりも上死点側にあるときに、上記スロットル弁を全閉状態とするように制御するのが好ましい(請求項2)。 In the present invention, when the engine restart condition is satisfied and the piston position of the expansion stroke cylinder when the engine is stopped is on the top dead center side with respect to a predetermined reference position, the control means It is preferable to control the valve so as to be fully closed (claim 2).
すなわち、膨張行程気筒のピストン位置が所定の基準位置よりも上死点側にあるとき、言い換えると圧縮行程気筒のピストン位置が下死点側にあるときは、圧縮行程気筒での初回燃焼による燃焼エネルギーを充分に得ることができるので、スロットル弁を全閉状態とすることにより、吸気行程気筒のピストン抵抗を増大させて逆転量が必要以上に大きくなることを有効に防止することができる。しかも、エンジンの逆転作動時における吸気行程気筒のピストンの上昇によりスロットル弁の下流側の吸気通路における圧力が増大し、この圧力を利用することによりエンジンの正転作動初期におけるピストン抵抗を低減することができ、エンジンを円滑かつ確実に始動することができる。 That is, when the piston position of the expansion stroke cylinder is on the top dead center side relative to the predetermined reference position, in other words, when the piston position of the compression stroke cylinder is on the bottom dead center side, combustion by the initial combustion in the compression stroke cylinder Since sufficient energy can be obtained, it is possible to effectively prevent the reverse rotation amount from becoming larger than necessary by increasing the piston resistance of the intake stroke cylinder by fully closing the throttle valve. Moreover, the pressure in the intake passage on the downstream side of the throttle valve increases due to the rise of the piston of the intake stroke cylinder during the reverse rotation operation of the engine, and by using this pressure, the piston resistance at the initial stage of the forward rotation operation of the engine is reduced. The engine can be started smoothly and reliably.
上記エンジンの気筒数は特に限定するものではないが、例えば4気筒のエンジンを採用した場合には、上記制御手段は、エンジン停止条件が成立したときに、その停止時における膨張行程気筒のピストンを、圧縮上死点後90°を超える上記所定の適正範囲内で停止するように制御するのが好ましい(請求項3)。 The number of cylinders of the engine is not particularly limited. For example, when a four-cylinder engine is employed, the control means sets the piston of the expansion stroke cylinder when the engine is stopped when the engine stop condition is satisfied. , greater than 90 ° after the compression top dead center preferably controlled to stop within the predetermined proper range (claim 3).
このように構成すれば、膨張行程気筒の空気量を充分に確保することができ、エンジンの逆転作動後の正転作動時における燃焼を適正に実行することができ、所望のトルクを得ることができる。 If comprised in this way, air quantity of an expansion stroke cylinder can fully be ensured, the combustion at the time of the forward rotation operation | movement after reverse rotation operation of an engine can be performed appropriately, and desired torque can be obtained. it can.
この場合、上記基準位置は、上記所定の適正範囲内であれば、特に限定するものではないが、エンジンの逆転作動のための初回燃焼及び正転作動のための次回燃焼を確実に実行させる観点から、上記基準位置は、圧縮上死点後100°〜125°の範囲内で設定されるのが好ましい(請求項4)。 In this case, the reference position is not particularly limited as long as it is within the predetermined appropriate range, but the viewpoint of reliably performing the initial combustion for the reverse rotation operation of the engine and the next combustion for the normal rotation operation is not limited. Therefore, it is preferable that the reference position is set within a range of 100 ° to 125 ° after compression top dead center.
また、この発明において、上記制御手段は、停止時における膨張行程気筒が、上記所定の適正範囲を外れて停止していることを上記ピストン位置検出手段により検出したときは、圧縮行程にある気筒での燃焼によりエンジンを逆転方向に所定量作動させてから膨張行程にある気筒で燃焼を行わせる第1再始動モードを行わず、スタータモータを駆動することにより始動初期から当該エンジンを正転方向に作動させる第2再始動モードによってエンジンを再始動させるように構成されるのが好ましい(請求項5)。 In the present invention, when the piston position detecting means detects that the expansion stroke cylinder at the time of stoppage is out of the predetermined appropriate range, the control means is a cylinder in the compression stroke. The engine is operated in the forward rotation direction from the beginning of the start by driving the starter motor without performing the first restart mode in which the engine is operated by a predetermined amount in the reverse rotation direction by the combustion of the cylinder and then performing combustion in the cylinder in the expansion stroke. It is preferable that the engine is restarted by the second restart mode to be operated.
すなわち、エンジンの停止時においてピストン位置を所定の適正範囲内に確実かつ継続的に停止させるのは困難であるため、上記のようにピストンの停止位置を制御している場合であっても、環境等の諸条件によってはこの適正位置にピストンを停止させることができない場合がある。従って、このような場合には通常のエンジンの始動と同様にスタータモータで作動させることにより、エンジンを円滑に始動させることができ、実用性を向上させることができる。 In other words, it is difficult to reliably and continuously stop the piston position within a predetermined appropriate range when the engine is stopped. Therefore, even if the piston stop position is controlled as described above, the environment Depending on various conditions such as these, the piston may not be stopped at this proper position. Therefore, in such a case, the engine can be started smoothly by operating with the starter motor in the same manner as the normal engine start, and the practicality can be improved.
さらに、上記制御手段は、エンジンの逆転作動時にスロットル弁の開度を増大させたときは、エンジン停止時に吸気行程にある気筒のピストンが最初に迎える圧縮上死点を過ぎてからスロットル弁の開度を減少させるように制御するのが好ましい(請求項6)。 Further, when the opening of the throttle valve is increased during reverse rotation of the engine, the control means opens the throttle valve after the compression top dead center where the piston of the cylinder in the intake stroke first reaches when the engine is stopped. It is preferable to control to reduce the degree (Claim 6).
すなわち、スロットル弁の開度が増大した状態でエンジンの正転方向への作動が継続されると、吸気圧力が大気圧と略同等となって過度の吹き上がりが懸念される。従って、上記のように構成すれば、エンジン回転速度の急峻な吹き上がりを有効に抑えて発進時のトルクショックを効果的に抑制することができる。 That is, if the engine continues to operate in the forward rotation direction with the throttle valve opening being increased, the intake pressure becomes substantially the same as the atmospheric pressure, and there is a concern that excessive blowing will occur. Therefore, if constituted as described above, it is possible to effectively suppress a sudden increase in engine rotation speed and effectively suppress torque shock at the time of starting.
本発明のエンジンの始動装置によれば、スロットル弁の開度を膨張行程気筒のピストン停止位置に応じて変更することによって吸気行程気筒のピストン抵抗を調整し、これにより始動の確実性を担保しつつ、エネルギー損失を抑制してエンジンの逆転作動を実行し得る所定の適正範囲を拡大することができるという利点がある。すなわち、エンジンの始動初期に圧縮行程気筒での燃焼により当該気筒のピストンを押し下げているときに当該ピストンに作用する燃焼圧によって膨張行程気筒の圧縮圧力を効率的に高めることができ、これによりエンジンの始動性を向上させることができる。 According to the engine starting device of the present invention, the piston resistance of the intake stroke cylinder is adjusted by changing the opening degree of the throttle valve in accordance with the piston stop position of the expansion stroke cylinder, thereby ensuring the starting reliability. On the other hand, there is an advantage that a predetermined proper range in which the reverse operation of the engine can be executed while suppressing energy loss can be expanded. That is, when the piston of the cylinder is pushed down by combustion in the compression stroke cylinder at the start of the engine, the compression pressure of the expansion stroke cylinder can be efficiently increased by the combustion pressure acting on the piston. The startability of the can be improved.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1及び図2は本発明の一実施形態による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。これらの図において、エンジン本体はシリンダヘッド1及びシリンダブロック2で構成され、複数の気筒を有し、図示の実施形態では4つの気筒3A〜3Dを有している。各気筒3A〜3Dにはピストン4が嵌挿され、ピストン4の上方に燃焼室5が形成されている。上記ピストン4はコンロッドを介してクランクシャフト6に連結されている。
1 and 2 show a schematic configuration of a four-cycle spark ignition engine according to an embodiment of the present invention. In these drawings, the engine body is composed of a
各気筒3A〜3Dの燃焼室5の頂部には点火プラグ7が装備され、そのプラグ先端が燃焼室5内に臨んでいる。
A
さらに、燃焼室5の側方部には、燃焼室5内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁8が設けられている。この燃料噴射弁8は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、パルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期に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噴射するように構成されている。そして、点火プラグ7付近に向けて燃料を噴射するように燃料噴射弁8の噴射方向が設定されている。なお、この燃料噴射弁8には図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。
Further, a
また、各気筒3A〜3Dの燃焼室5に対して吸気ポート9及び排気ポート10が開口し、これらのポート9,10に吸気弁11及び排気弁12が装備されている。これら吸気弁11及び排気弁12は、図外のカムシャフト等からなる動弁機構により駆動される。そして、後に詳述するように各気筒が所定の位相差をもって燃焼サイクルを行うように、各気筒の吸・排気弁の開閉タイミングが設定されている。
An
上記吸気ポート9及び排気ポート10には吸気通路15及び排気通路16が接続されている。上記吸気ポート9に近い吸気通路15の下流側は、各気筒3A〜3Dに対応して独立した分岐吸気通路15aとされ、この各分岐吸気通路15aの上流端がそれぞれサージタンク15bに連通している。このサージタンク15bの上流側には共通吸気通路15cが設けられるとともに、この共通吸気通路15cには、スロットル弁17が設けられている。このスロットル弁17はアクチュエータ18により駆動され、当該スロットル弁17の上流側及び下流側には、それぞれ吸気流量を検出するエアフローセンサ20と、吸気圧力(負圧)を検出する吸気圧センサ19とが配設されている。
An
また、エンジンには、タイミングベルト等によりクランクシャフト6に連結されたオルタネータ(発電機)26が付設されている。このオルタネータ26は、図略の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26aを内蔵し、このレギュレータ回路26aに入力される後述するECU30からの制御信号に基づき、車両の電気的負荷及び車載バッテリー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 engine is also provided with an alternator (generator) 26 connected to the
さらに、上記エンジンには、上記クランクシャフト6に対し、その回転角を検出するクランク角センサが設けられており、当実施形態では、後に詳述するように、互いに一定量だけ位相のずれたクランク角信号を出力する2つのクランク角センサ21,22が設けられている。さらにカムシャフトに対し、その特定回転位置を検出することで気筒識別信号を与えることのできるカム角センサ23が設けられている。なお、この他にもエンジンの制御に必要な検出要素として、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ24、アクセル開度(アクセル操作量)を検出するアクセル開度センサ25等が装備されている。
Further, the engine is provided with a crank angle sensor for detecting the rotation angle of the
30は制御手段としてのECU(エンジンコントロールユニット)であり、上記各センサ20〜25からの信号を受け、上記燃料噴射弁8に対して燃料噴射量及び噴射時期を制御する信号を出力するとともに、点火装置に対して点火時期制御信号を出力し、かつ、スロットル弁17のアクチュエータ18に対してスロットル開度を制御する信号を出力し、さらにオルタネータ26のレギュレータ回路26aに対して発電量を制御する信号を出力する。すなわち、このECU30が本願発明にいう制御手段に相当する。
30 is an ECU (engine control unit) as a control means, receives signals from the
そして、アイドリング時において所定のエンジン停止条件が成立したときに、燃料供給停止等により自動的にエンジンを停止させるとともに、その後のエンジン再始動条件成立時に、自動的にエンジンの再始動を行わせる。このエンジン再始動時に、ピストンの停止位置が特定範囲(適正範囲)にある場合は、まずエンジン停止時の圧縮行程気筒に対して初回の燃焼を実行してピストンを押し下げ、膨張行程にある気筒のピストン上昇によって筒内圧力を高めるようにしてから、当該膨張行程気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、かつ、上記圧縮行程気筒における初回燃焼後の燃焼室内に燃焼用空気を存在させ、その空気量に応じた燃料を初回燃焼後の適当な時期に供給することにより、当該気筒がピストン上昇に転じて圧縮上死点を越える際に当該気筒で再燃焼を行わせるように制御する。すなわち、エンジンの自動再始動時に、ピストンの停止位置が後述する適正範囲にあるときは、始動初期で一旦エンジンを逆転作動させ、その後正転作動に転じるように制御する。 When a predetermined engine stop condition is satisfied during idling, the engine is automatically stopped by stopping fuel supply or the like, and when the engine restart condition is subsequently satisfied, the engine is automatically restarted. When the stop position of the piston is within a specific range (appropriate range) when the engine is restarted, the first combustion is first performed on the compression stroke cylinder when the engine is stopped, the piston is pushed down, and the cylinder in the expansion stroke is After increasing the in-cylinder pressure by raising the piston, fuel is injected into the expansion stroke cylinder for ignition and combustion, and combustion air is injected into the combustion chamber after the initial combustion in the compression stroke cylinder. By supplying the fuel corresponding to the amount of air at an appropriate time after the initial combustion, when the cylinder turns to the piston rise and exceeds the compression top dead center, the cylinder is caused to re-combust. Control. That is, at the time of automatic engine restart, if the piston stop position is in an appropriate range, which will be described later, control is performed so that the engine is once reversely operated at the beginning of the start, and then the normal rotation operation is started.
なお、当実施形態では、停止時膨張行程気筒のピストンが適正範囲内にあるときは上述のように圧縮行程気筒での初回燃焼及び膨張行程気筒での燃焼を行わせる第1再始動制御モードを実行し、一方当該ピストンが適正範囲にないときは圧縮行程気筒での初回燃焼を行わずにスタータ(始動用モータ)31でアシストしつつ膨張行程気筒での燃焼及びその次の圧縮行程気筒での燃焼により始動を行う第2再始動制御モード実行するようになっている。 In the present embodiment, when the piston of the expansion stroke cylinder at the time of stop is within an appropriate range, the first restart control mode in which the initial combustion in the compression stroke cylinder and the combustion in the expansion stroke cylinder are performed as described above. On the other hand, when the piston is not within the proper range, the combustion in the expansion stroke cylinder and the next compression stroke cylinder are performed while assisting by the starter (starting motor) 31 without performing the initial combustion in the compression stroke cylinder. A second restart control mode for starting by combustion is performed.
具体的には、第1再始動制御モード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ー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。従って、エンジンの自動停止時にピストンが膨張行程の途中にある上記膨張行程気筒内に充分な空気量を確保することを考慮しつつ、当該気筒の圧縮圧力を有効に高めるべく、当該ピストンをこの燃焼に適した所定の適正範囲に停止させておく必要がある。 Specifically, in order to properly restart the engine in the first restart control mode, the combustion energy obtained by combusting the air-fuel mixture in the expansion stroke cylinder is sufficiently ensured. Therefore, a cylinder that reaches compression top dead center must overcome the compression reaction force and exceed compression top dead center. Therefore, in consideration of ensuring a sufficient amount of air in the expansion stroke cylinder, which is in the middle of the expansion stroke when the engine is automatically stopped, the piston is combusted in order to effectively increase the compression pressure of the cylinder. It is necessary to stop within a predetermined appropriate range suitable for the above.
すなわち、図3(a)、(b)に示すように、エンジンの停止時点で膨張行程気筒および圧縮行程気筒になる気筒では、それぞれ位相が180°CAずれているため、各ピストン4が互いに逆方向に作動し、膨張行程気筒のピストン4が行程中央(上死点後90°CA)よりも下死点側に位置していれば、その気筒内の空気量が多くなって充分な燃焼エネルギーが得られる。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クランクシャフト6を逆転させるための燃焼エネルギーが充分に得られなくなる。
That is, as shown in FIGS. 3A and 3B, the cylinders that are in the expansion stroke cylinder and the compression stroke cylinder when the engine is stopped are out of phase by 180 ° CA. If the
そこで、上記所定の適正範囲Rとして、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となる位置をやや下死点側に超える所定範囲、例えば圧縮上死点後のクランク角が、上限が100°CAで下限が125°CA、好ましくは上限が105°CAで下限が120°CAとなる範囲内にピストン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シャフト6をすこしだけ逆転させ得る程度の燃焼エネルギーが得られることになる。しかも、このクランクシャフト6の逆転によって当該気筒内の圧縮圧力を高めるとともに当該気筒内に多くの空気量を確保することにより、クランクシャフト6を正転させるための燃焼エネルギー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。なお、当実施形態では、圧縮行程気筒の燃焼エネルギーの損失を抑制する手段を講じていることから、この手段が設けられていないエンジンの始動装置と比べて、上記再始動に適するピストン位置の適正範囲が若干拡大されている。
Therefore, as the predetermined appropriate range R, a predetermined range that slightly exceeds the center of the stroke of the expansion stroke cylinder, that is, the position where the crank angle after compression top dead center is 90 ° CA slightly toward the bottom dead center, for example, after compression top dead center. If the piston can be stopped within a range where the upper limit is 100 ° CA and the lower limit is 125 ° CA, preferably the upper limit is 105 ° CA and the lower limit is 120 ° CA, a predetermined amount is set in the compression stroke cylinder. Thus, sufficient combustion energy can be obtained by reversing the
このエンジンの自動停止時におけるピストンの停止位置制御の具体的手法は、種々あるが、ここではスロットル弁17の開度を制御することによってエンジン停止時における膨張行程気筒および圧縮行程気筒の空気による圧縮反力を調整するとともに、エンジンの自動停止過程におけるオルタネータ26の発電量を制御することによってクランクシャフト6の抵抗を通じてエンジンの回転速度を調整し、これによりピストン4の停止位置を制御する場合について説明する。
There are various specific methods for controlling the stop position of the piston when the engine is automatically stopped. Here, the compression of the expansion stroke cylinder and the compression stroke cylinder when the engine is stopped is controlled by controlling the opening degree of the
図4に示すように、エンジンの自動停止条件が成立した時点で、車輪側への駆動力の伝達が切り離されたニュートラル状態および車輪側への駆動力の伝達が可能なドライブ状態を含む複数段に切換可能な自動変速機をドライブ状態からニュートラル状態に切り換えるとともに、エンジンの目標速度を、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(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状態)に設定されたエンジンでは上記目標速度を自動停止条件成立時のアイドル回転速度としての850rpm程度(自動変速機はニュートラル状態)に設定することにより、エンジンの回転速度Nで安定させる制御を実行し、エンジンの回転速度Nが目標速度で安定した時点t1で燃料噴射を停止させる。 As shown in FIG. 4, when the engine automatic stop condition is satisfied, a plurality of stages including a neutral state in which transmission of driving force to the wheel side is disconnected and a driving state in which transmission of driving force to the wheel side is possible The automatic transmission that can be switched to the drive state is switched from the drive state to the neutral state, and the target speed of the engine is higher than the normal idle speed when the engine is not automatically stopped (hereinafter referred to as “normal idle speed”). For example, in an engine in which a normal idle speed is set to 650 rpm (the automatic transmission is in a drive state), the target speed is set to about 850 rpm (the automatic transmission is in a neutral state) as an idle speed when the automatic stop condition is satisfied. By setting, control to stabilize at the engine speed N is executed, and the engine speed is There stopping fuel injection in a stable point at the target speed t1.
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期t1で、気筒内空燃比をλ=1にしたときのアイドル時の吸気量(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)よりも多い吸入流量となるように上記スロットル弁17の開度を設定、つまり上記時点t1の直前の燃焼状態が、気筒内空燃比をλ=1ないしその付近に設定された均一燃焼であるため、スロットル弁17の開度を増大させて(例えば開度を全開時の30%程度に開いて)、エンジンの気筒3A〜3Dに吸入される吸入空気量を大きな値に設定することにより、燃焼ガスの掃気性を確保するとともに、オルタネータ26の発電量を上記自動停止条件の成立時点t0よりも低下させることにより、クランクシャフト6の回転抵抗を低減するように構成されている。
Further, at the fuel injection stop timing t1, which is the initial stage of the control operation for automatically stopping the engine, the intake air amount during idling when the in-cylinder air-fuel ratio is set to λ = 1 (necessary for continuing the engine operation). The opening degree of the
また、上記の時点t1で燃焼噴射を停止することによりエンジンの回転速度Nが低下して予め設定された基準速度、例えば760rpm程度になったことが確認された時点t2で、上記スロットル弁17を閉止してエンジンの気筒3A〜3Dに吸入される吸気流量を減少させるとともに、オルタネータ26の発電量を増大させ、かつ後述するように上記スロットル弁17の開度およびオルタネータ26の発電量をエンジン回転速度Nの低下度合に対応させて調節することにより、予め行った実験結果等に基づいて設定された基準ラインに沿ってエンジンの回転速度Nを低下させる制御を実行する。
Further, by stopping the combustion injection at the time point t1, the
上記のようにエンジンを自動停止させる際に、燃料噴射の停止時点t1から、クランクシャフト6やフライホイール等が有する運動エネルギーが摩擦による機械的な損失や、各気筒3A〜3Dのポンプ仕事によって消費されることにより、エンジンのクランクシャフト6は惰性で数回転し、4気筒4サイクルエンジンでは10回前後の圧縮上死点(図4ではAbt: bt=…3,2,1)を迎えた後に停止する。
When the engine is automatically stopped as described above, the kinetic energy of the
具体的には、図4に示すように、上記気筒3A〜3Dが圧縮上死点を迎える度にエンジンの回転速度Nが一時的に落ち込んだ後に、圧縮上死点を超えた時点で再び上昇するというアップダウンを繰り返しながらエンジン回転速度Nが次第に低下する。
Specifically, as shown in FIG. 4, after the engine speed N temporarily falls every time the
そして、最後の圧縮上死点を超えた時点t3の後に圧縮上死点を迎えようとする気筒では、慣性力によるピストン4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4が押し返されてクランクシャフト6が反転する。このクランクシャフト6の逆転によって膨張行程気筒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のピストン4が下死点側に押し返されてクランクシャフト6が再び正転し始め、このクランクシャフト6の逆転と正転とが数回繰り返されてピストン4が往復作動した後に停止することになる。このピストン4の停止位置は、上記圧縮行程気筒および膨張行程気筒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、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t3のエンジンの回転慣性、つまりエンジン回転速度Nの高低によっても変化することになる。
And in the cylinder which is going to reach the compression top dead center after the time t3 when the last compression top dead center is exceeded, the air pressure increases as the
従って、エンジンが自動停止する際に膨張行程にある気筒のピストン4を再始動に適した上記所定の適正範囲R内に停止させるためには、まず上記膨張行程気筒および圧縮行程にある圧縮行程気筒の圧縮反力がそれぞれ充分に大きくなり、かつ膨張行程気筒の圧縮反力が圧縮行程気筒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、本発明では、燃料噴射の停止時点t1でスロットル弁17を開放することにより上記膨張行程気筒および圧縮行程にある圧縮行程気筒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17を閉止してその開度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。
Accordingly, in order to stop the
ただし、実際のエンジンでは、スロットル弁17、吸気ポート9および分岐吸気通路15a等の形状に個体差があることにより、それらを流通する空気の挙動が変化するため、エンジンの自動停止期間中に各気筒3A〜3Dに吸入される吸気流量にバラツキが生じ、上記のようにスロットル弁17の開閉制御を行っても、エンジンの停止時点で膨張行程にある気筒および圧縮行程にある気筒のピストン停止位置を適正範囲R内に納めることは困難である。
However, in an actual engine, since there are individual differences in the shapes of the
この点につき、当実施形態では、エンジンの自動停止期間中においてエンジンの回転速度が低下する過程で、図5に一例を示すように、各気筒3A〜3D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)nと、エンジンの停止時点で膨張行程にある気筒のピストン停止位置との間に明確な相関関係があることに着目し、燃料噴射を停止した時点t1の後にエンジンの回転速度Nが低下する過程で、各気筒のピストン4が圧縮上死点を通過する際のエンジン回転速度、つまり上死点回転速度nをそれぞれ検出し、この上死点回転速度nの検出値に応じてオルタネータ26の発電量を制御することにより、クランクシャフト6の回転抵抗を調整してエンジン回転速度の落ち込み度合を調節するようにしている。
With respect to this point, in the present embodiment, in the process in which the rotational speed of the engine decreases during the automatic engine stop period, as shown in an example in FIG. 5, when each
すなわち、図5は、上記のようにエンジンの回転速度Nが所定速度となった時点t1で燃料噴射を停止し、その後の所定期間に亘りスロットル弁17を開状態に維持するようにして惰性により回転するエンジンの各気筒3A〜3Dに設けられたピストン4が圧縮上死点を通過する際の上死点回転速度nを計測するとともに、エンジンの停止時点における膨張行程気筒のピストン位置を調べ、このピストン位置を縦軸に取るとともに、上記エンジンの上死点回転速度nを横軸に取って、両者の関係をグラフ化したものである。この作業を繰り返してエンジンの停止動作期間中における上記上死点回転速度nと、膨張行程気筒におけるピストン停止位置との相関関係を示す分布図が得られることになる。
That is, FIG. 5 shows the inertia by stopping the fuel injection at the time t1 when the engine speed N reaches the predetermined speed as described above, and maintaining the
上記の分布図から、エンジンの停止動作期間中における上死点回転速度nと膨張行程気筒におけるピストン停止位置と間に所定の相関関係が見られ、図5に示す例では、エンジンが停止状態となる前の6番目〜2番目における上死点回転速度nがハッチングで示す範囲(適正回転速度範囲)内にあれば、ピストン4の停止位置がエンジンの再始動に適した範囲R(圧縮上死点後の100°〜125°CA)に入ることが分かる。従って、ECU30は、スロットル弁17が閉止された時点t2以降、オルタネータ26の発電量を制御することにより、所定の上死点回転速度nが適正回転速度範囲内に含まれるように制御している。
From the above distribution diagram, a predetermined correlation is found between the top dead center rotational speed n during the engine stop operation period and the piston stop position in the expansion stroke cylinder. In the example shown in FIG. If the top dead center rotational speed n in the sixth to second before is within the range indicated by hatching (appropriate rotational speed range), the stop position of the
以上、エンジンの自動停止制御を図6に示すフローチャートに基づいて説明する。図6のフローチャートに示す処理は、エンジンが運転されている状態からスタートし、ECU30は、まずステップS1でアイドルストップ条件が成立したか否かを判定する。この判定は、車速、エンジン温度(エンジン冷却水の温度)等に基づいて行い、例えば車速が0の停車状態ないしは車速が10km/h以下の超低速状態が所定時間以上持続し、かつ、エンジン温度が所定範囲内にあり、さらにエンジンを停止させることに格別の不都合(例えばバッテリー残量が少ないということ)がない状況にある場合等に、アイドルストップ条件成立とする。
The automatic engine stop control will be described based on the flowchart shown in FIG. The process shown in the flowchart of FIG. 6 starts from a state in which the engine is operated, and the
アイドルストップ条件が成立したときは(ステップS1でYES)、まず自動変速機をニュートラル状態に自動的に切り換えるとともに、通常のアイドル回転速度よりも高い目標速度にエンジンの回転速度を安定させ、さらに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る等の初期制御を実行してから、エンジンの回転速度やブースト圧等の所定の条件に基づいてエンジンの各気筒に対する燃料供給を停止し(ステップS2)、次いで一旦スロットル弁17を所定開度に開き(ステップS3)、これにより排気ガスの掃気性を確保するとともに、オルタネータ26の発電量を自動停止条件の成立時点よりも低下させ(ステップS4)、これより、クランクシャフト6の回転抵抗を低減させる。それから、エンジン回転数が所定回転数(図4の例では760rpm程度)以下となるまでこの状態を保ち(ステップS5)、所定回転数以下となればスロットル弁17を閉じ(ステップS6)、これにより各気筒3A〜3Dに吸入される吸気流量を減少させる。
When the idle stop condition is satisfied (YES in step S1), first, the automatic transmission is automatically switched to the neutral state, the engine speed is stabilized at a target speed higher than the normal idle speed, and EGR is further performed. After performing initial control such as closing an EGR valve (not shown) provided in the passage to stop exhaust gas recirculation, each engine is controlled based on predetermined conditions such as engine speed and boost pressure. The fuel supply to the cylinder is stopped (step S2), and then the
次いで、オルタネータ28の発電量を予め60A程度に設定された初期値に設定して所定期間(例えば約300ms程度)に亘りオルタネータ28を作動させる発電量の初期制御を実行する(ステップS7)。 Next, the power generation amount of the alternator 28 is set to an initial value set to about 60 A in advance, and initial control of the power generation amount that operates the alternator 28 for a predetermined period (for example, about 300 ms) is executed (step S7).
続いて、ピストン4が圧縮上死点を通過する際のエンジンの回転速度である上死点回転速度nを検出し(ステップS8)、この上死点回転速度nが図5に示す所定の範囲内(適正回転速度範囲内)にあるかどうかを判定する(ステップS9)。この判定の結果、上死点回転速度nが所定の適正回転速度範囲内にない場合には、上死点回転速度nと上記適正回転速度範囲との間の回転速度の偏差に基づいてオルタネータ26の発電量を算出する(ステップS10)。このように上死点回転速度nが適正回転速度範囲内にない場合、例えば図5で回転速度が470rpmである場合には、この回転速度を挟む適正回転速度範囲(高回転側範囲と低回転側範囲)のうち近接する適正回転速度範囲(この例では低回転側範囲)に基づいて偏差を算出する。具体的には、高回転側範囲の下限値と低回転側範囲の上限値の中間値に基づいて、検出された上死点回転速度がこの中間値よりも高いか低いかを判定することによって偏差の基準となる適正回転速度範囲を決定する。そして、この発電量は、上記回転速度の偏差および現在の発電量に基づいて予め設定されたマップから読み出され、上死点回転速度nが上記基準適正回転速度範囲よりも高い場合には、オルタネータ26の発電量を増大させ、逆に低い場合にはオルタネータ26の発電量を減少ないし停止して(ステップS11)、ステップS12に移行する。
Subsequently, the top dead center rotational speed n which is the rotational speed of the engine when the
上記ステップS9で上死点回転速度nが所定の適正回転速度範囲内にある場合には、上記ステップS10およびS11をスキップして、エンジンの上死点回転速度nが所定値以下であるか否かを判定する(ステップS12)。この所定値は、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が低下している過程で最後の上死点を超え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。上記ステップS12で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。上記ステップS8でYESと判定されてエンジンの上死点回転速度nが上記所定値以下になったことが確認されれば、ステップS13でエンジンが停止したか否かを判定し、エンジンが停止すると、後述の図7の停止位置検出ルーチンによるピストンの停止位置の検出に基づき、上記ステップS14で上記停止位置を検出してECU30に含まれる図外の記憶手段に記憶される。
If the top dead center rotational speed n is within the predetermined appropriate rotational speed range in step S9, the steps S10 and S11 are skipped, and the engine top dead center rotational speed n is less than or equal to a predetermined value. Is determined (step S12). This predetermined value is a value corresponding to the engine speed at the time when the top dead center is exceeded in the course of the engine speed decreasing along a preset reference line, and is set to about 260 rpm, for example. ing. When it is determined NO in step S12, the process returns to step S8 and the control operation is repeated. If it is determined as YES in step S8 and it is confirmed that the engine top dead center rotational speed n is equal to or lower than the predetermined value, it is determined in step S13 whether or not the engine has been stopped. Based on detection of the stop position of the piston by a stop position detection routine of FIG. 7 described later, the stop position is detected in step S14 and stored in a storage means (not shown) included in the
図7は停止位置検出ルーチンを示している。このルーチンがスタートすると、ECU30は、第1クランク角信号CA1(第1クランク角センサからの信号)および第2クランク角信号CA2(第2クランク角センサからの信号)を調べ、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。要するに、これらの信号CA1,CA2の位相の関係が図8(a)のようになるか、それとも図8(b)のようになるかを判別することにより、エンジンの正転時か逆転時かを判別する(ステップS20)。
FIG. 7 shows a stop position detection routine. When this routine starts, the
すなわち、エンジンの正転時には、図8(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8(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。そこで、ステップS20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S21)、ステップS20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S22)。そして、エンジン停止時に上記CAカウンタの値を調べることで停止位置を求めるのである(ステップS23)。 That is, at the time of forward rotation of the engine, as shown in FIG. 8A, 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. 8B, 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, so 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. Accordingly, if the determination in step S20 is YES, the CA counter for measuring the crank angle change in the forward rotation direction of the engine is increased (step S21), and if the determination in step S20 is NO, the CA counter is decreased. (Step S22). Then, the stop position is obtained by checking the value of the CA counter when the engine is stopped (step S23).
一方、ECU30は、上記のようにして自動停止状態にあるエンジンについて、所定の再始動条件が成立した場合であって、膨張行程気筒のピストン4が所定の適正範囲内にある場合には、第1再始動制御モード(ダイレクトスタートモード)で当該エンジンを自動的に再始動するように制御される。
On the other hand, when the predetermined restart condition is satisfied for the engine that is in the automatic stop state as described above and the
この第1再始動制御モードによるエンジンの再始動は、上記したように、まずエンジン停止時の圧縮行程気筒に対して燃料を噴射し点火することにより初回の燃焼を実行して当該圧縮行程気筒のピストンを押し下げ、このピストンの運動を該気筒のコンロッドを介してクランクシャフト6に伝達し、このクランクシャフト6の回転運動によって膨張行程気筒のコンロッドを介して当該気筒のピストンを上昇させて筒内圧力を高めてから、当該膨張行程気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、これによりスタータモータを使用することなく、エンジンの燃焼により発生するトルクのみによってエンジンを再始動させるようにしたものである。このようにエンジンの燃焼により発生するトルクのみによってエンジンを再始動させるようにすれば、スタータモータを使用する場合に比べて、迅速にエンジンを再始動することができ、車両の発進時におけるもたつきを可及的に抑制することができる。
As described above, the engine restart in the first restart control mode is performed by first injecting fuel into the compression stroke cylinder when the engine is stopped and igniting it, thereby executing the first combustion of the compression stroke cylinder. The piston is pushed down, the movement of this piston is transmitted to the
ところで、この第1再始動制御モードによるエンジンの再始動にあっては、エンジン停止時の圧縮行程気筒の燃焼エネルギーを利用して膨張行程気筒の筒内圧力を高めるようにしたものであるが、この圧縮行程気筒の燃焼エネルギーの全てが膨張行程気筒の筒内圧力の上昇に寄与するのではなく、圧縮行程気筒の燃焼エネルギーがクランクシャフト6の摩擦や各気筒3A〜3Dのポンプ仕事によって一部消費される。
By the way, in restarting the engine in the first restart control mode, the in-cylinder pressure of the expansion stroke cylinder is increased by using the combustion energy of the compression stroke cylinder when the engine is stopped. Not all of the combustion energy in the compression stroke cylinder contributes to an increase in the in-cylinder pressure of the expansion stroke cylinder, but the combustion energy in the compression stroke cylinder is partially due to the friction of the
従って、上記膨張行程気筒のピストンが適正位置に停止している場合であっても、圧縮行程気筒の燃焼エネルギーが比較的小さくなる下死点側にピストンが停止している場合には、上死点側にピストンが停止している場合に比べて始動の確実性が低下する。そこで、本願発明では、膨張行程気筒のピストンが下死点側に停止している場合に、この始動の確実性を担保するように構成されている。 Therefore, even when the piston of the expansion stroke cylinder is stopped at an appropriate position, if the piston is stopped at the bottom dead center side where the combustion energy of the compression stroke cylinder becomes relatively small, Compared with the case where the piston is stopped at the point side, the certainty of starting is lowered. Therefore, in the present invention, when the piston of the expansion stroke cylinder is stopped on the bottom dead center side, the certainty of this starting is ensured.
この始動の確実性を担保すべく、本願発明者は、圧縮行程気筒の燃焼エネルギーの一部消費、特にエンジンの逆転作動時におけるポンプ仕事によって消費される燃焼エネルギーに着目し、この消費されるエネルギーを可及的に抑制して圧縮行程気筒の燃焼エネルギーを効率的に膨張行程気筒の筒内圧力の上昇に寄与させるようにしている。 In order to ensure the starting certainty, the inventor of the present application pays attention to the partial consumption of the combustion energy of the compression stroke cylinder, particularly the combustion energy consumed by the pump work during the reverse operation of the engine. As much as possible, the combustion energy of the compression stroke cylinder is efficiently contributed to the increase of the in-cylinder pressure of the expansion stroke cylinder.
すなわち、ECU30は、エンジンの再始動条件が成立したときであって、エンジン停止時における膨張行程気筒のピストン位置が所定の基準位置(当実施形態では115°CA)よりも下死点側にあるときは、再始動時からエンジンの正転方向作動後2回目の燃焼(エンジン停止時の吸気行程気筒における初回燃焼)前までの間において、当該膨張行程気筒のピストン位置が上記基準位置よりも上死点側にあるときと比べて上記スロットル弁17の開度を増大、例えばスロットル弁17を全開するように制御している。
That is, the
ここで、エンジンの停止時には吸気通路の15の圧力が大気圧もしくはこれに近い状態となっており、従って、通常、エンジンの始動時には、過度の吹き上がりを防止するため、吸気通路15の吸気圧力が所定の負圧になるまで、スロットル弁17が全閉状態となされている。しかし、スロットル弁17が全閉状態となされているときにエンジンの逆転作動が実行されると、逆転作動に伴ってエンジン停止時の吸気行程気筒内の空気が吸気通路15に押し戻され、この吸気通路15のスロットル弁17が閉じられていることから、エンジン停止時の吸気行程気筒の排圧が大きくなり、このためポンプ仕事によって消費される燃焼エネルギーが大きくなる。しかも、エンジンの逆転作動時においては、正転作動時に比べてそもそも圧縮行程気筒の燃焼エネルギーが小さいことから過度の吹き上がりを考慮する必要性も少ない。
Here, when the engine is stopped, the pressure in the
そこで、上記のようにエンジンの逆転作動期間を含む始動初期にスロットル弁17の開度を全開にすることにより、逆転作動期間における吸気行程気筒の排圧を小さくすることができ、これにより吸気行程気筒のピストン抵抗の軽減を通じて膨張行程気筒の圧縮圧力を効率的に高めることができる。また、このように圧縮行程気筒の燃焼エネルギーを効率的に膨張行程気筒の圧縮圧力に利用することができるため、このような手段を有しないエンジンの始動装置における上記適正範囲に対して、該適正範囲を膨張行程気筒の下死点側に拡大することができる。
Therefore, the exhaust pressure of the intake stroke cylinder in the reverse operation period can be reduced by fully opening the opening of the
一方、ECU30は、エンジンの再始動条件が成立したときであって、エンジン停止時における膨張行程気筒のピストン位置が所定の基準位置(当実施形態では115°CA)よりも上死点側にあるときは、再始動時から上記スロットル弁17の開度を全閉状態とするように制御している。
On the other hand, the
すなわち、膨張行程気筒のピストン位置が所定の基準位置よりも上死点側にあるとき、言い換えると圧縮行程気筒のピストン位置が下死点側にあるときは、圧縮行程気筒での初回燃焼による燃焼エネルギーを充分に得ることができるので、スロットル弁17を全閉状態とすることにより、エンジン停止時における吸気行程気筒のピストン抵抗を増大させて逆転量が必要以上に大きくなることを有効に防止することができ、またエンジンの逆転作動時における吸気行程気筒のピストンの上昇によりスロットル弁17の下流側の吸気通路15における圧力が増大し、この圧力を利用することによりエンジンの正転作動初期におけるピストン抵抗を低減することができ、エンジンを円滑かつ確実に始動することができる。
That is, when the piston position of the expansion stroke cylinder is on the top dead center side relative to the predetermined reference position, in other words, when the piston position of the compression stroke cylinder is on the bottom dead center side, combustion by the initial combustion in the compression stroke cylinder Since sufficient energy can be obtained, by fully closing the
以上、エンジンの自動再始動制御を図9および図10に示すフローチャートに基づいて説明する。 The automatic engine restart control will be described based on the flowcharts shown in FIGS.
制御動作がスタートすると、エンジン自動停止時の膨張行程気筒のピストン停止位置が所定の適正範囲(当実施形態では100°〜125°CA)内にあるか否かを判定し(ステップS101)、この適正範囲内にない場合には、第1再始動制御モードでの始動が困難と判断して、第2再始動制御モードでの制御、すなわち、スタータモータ31を使用した通常の始動制御を実行し(ステップS102)、後述するステップS123に移行する。 When the control operation starts, it is determined whether or not the piston stop position of the expansion stroke cylinder when the engine is automatically stopped is within a predetermined appropriate range (100 ° to 125 ° CA in the present embodiment) (step S101). If it is not within the appropriate range, it is determined that starting in the first restart control mode is difficult, and control in the second restart control mode, that is, normal start control using the starter motor 31 is executed. (Step S102), the process proceeds to Step S123 described later.
一方、膨張行程気筒のピストン停止位置が所定の適正範囲内にある場合には(ステップS101でYES)、このピストン停止位置が所定の基準位置(当実施形態では115°CA)よりも下死点側にあるか否かを判定する(ステップS103)。当該膨張行程気筒のピストンの停止位置が115°CA以上である場合には、圧縮行程気筒の空気が不足気味であり、当該圧縮行程気筒の燃焼エネルギーの損失を抑制する観点からアクチュエータ18を駆動してスロットル弁17を全開にする(ステップS104)。
On the other hand, when the piston stop position of the expansion stroke cylinder is within the predetermined appropriate range (YES in step S101), this piston stop position is lower than the predetermined reference position (115 ° CA in this embodiment). It is determined whether it is on the side (step S103). When the stop position of the piston in the expansion stroke cylinder is 115 ° CA or more, the air in the compression stroke cylinder is short and the
これに対して、膨張行程気筒のピストンの停止位置が115°CA未満である場合には、圧縮行程気筒に充分な空気が吸入されて燃焼エネルギーを充分に確保することができ、逆に過度の吹き上がりを防止するために、スロットル弁17を全閉状態に維持する(ステップS104をスキップする)。
On the other hand, when the stop position of the piston of the expansion stroke cylinder is less than 115 ° CA, sufficient air is sucked into the compression stroke cylinder and sufficient combustion energy can be secured. In order to prevent the blow-up, the
そして、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や、バッテリー電圧が低下した場合等のエンジン再始動条件成立時(ステップS105の判定がYESのとき)には、ステップS106でピストンの停止位置に基づいて圧縮行程気筒及び膨張行程気筒の空気量を算出する。つまり、上記停止位置から圧縮行程気筒及び膨張行程気筒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カット後にエンジンが数回転してから停止するので上記膨張行程気筒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及び膨張行程気筒の筒内圧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。 Then, when an engine restart condition is established (eg, when the determination in step S105 is YES) such as when an accelerator operation for starting is performed from a stopped state or when the battery voltage decreases, the piston is determined in step S106. The air amount of the compression stroke cylinder and the expansion stroke cylinder is calculated based on the stop position. That is, the combustion chamber volumes of the compression stroke cylinder and the expansion stroke cylinder are determined from the stop position, and when the engine is stopped, the engine is stopped after several revolutions after the fuel is cut, so the expansion stroke cylinder is also fresh. Since the in-cylinder pressure of the compression stroke cylinder and the expansion stroke cylinder is substantially atmospheric pressure while the engine is stopped and the engine is stopped, the amount of fresh air is obtained from the combustion chamber volume.
なお、上記ステップS101〜S104は、この再始動成立条件の判定(ステップS105)後に実行するものであっても良いが、上記各ステップS101〜S104を予め実行しておくことにより、迅速な再始動が可能となる点で有利である。 The steps S101 to S104 may be executed after the determination of the restart establishment condition (step S105). However, by executing the steps S101 to S104 in advance, quick restart is possible. Is advantageous in that it becomes possible.
続いて、ステップS107で、算出された圧縮行程気筒の空気量に対して所定の圧縮行程気筒1回目用空燃比(A/F=11〜14)となるように燃料を噴射するとともに、ステップS108で、当該圧縮行程気筒の燃料噴射後に燃料の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。この場合、圧縮行程気筒1回目用空燃比はピストンの停止位置に応じてマップM1から求められる。そして、圧縮行程気筒の1回目用空燃比は略理論空燃比もしくは理論空燃比よりも多少リッチな空燃比となるように、予め上記マップM1が設定されている。 Subsequently, in step S107, fuel is injected so that the predetermined compression stroke cylinder air-fuel ratio for the first compression stroke cylinder (A / F = 11 to 14) with respect to the calculated air amount of the compression stroke cylinder, and step S108. Thus, after the time set in consideration of the fuel vaporization time after fuel injection in the compression stroke cylinder, the cylinder is ignited. In this case, the air-fuel ratio for the first compression stroke cylinder is obtained from the map M1 according to the stop position of the piston. The map M1 is set in advance so that the first air-fuel ratio of the compression stroke cylinder is approximately the stoichiometric air-fuel ratio or an air-fuel ratio somewhat richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
次にステップS109で、点火してから一定時間内にクランク角センサ21,22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、ピストンが動いたか否かを判定し、失火によりピストンが動かなかった場合は圧縮行程気筒に対して再点火を繰り返し行う(ステップS110)。
Next, in step S109, it is determined whether or not the piston has moved, based on whether or not the edges of the
クランク角センサ21,22のエッジが検出されたとき(ステップS109の判定がYESのとき)は、ステップS106で算出した膨張行程気筒の空気量に対して所定の膨張行程気筒用空燃比となるように燃料を噴射する(ステップS111)。この場合、膨張行程気筒用空燃比はそのピストンの停止位置に応じてマップM2から求められる。そして、膨張行程気筒用空燃比は圧縮行程用の1回目の空燃比と同様に、略理論空燃比もしくは理論空燃比よりも多少リッチな空燃比となるように、予め上記マップM2が設定されている。そして、エッジ検出後所定ディレイ時間が経過してから膨張行程に対して点火を行う(ステップSS112)。上記ディレイ時間はピストンの停止位置に応じてマップM3から求められる。
When the edges of the
さらに、ステップS113で、圧縮行程気筒のピストンが上死点の近傍に近づいた所定のタイミングで圧縮行程気筒に対して再度燃料を噴射する。この燃料噴射は、圧縮行程気筒での再燃焼のためのものではなく、気化潜熱によって圧縮行程気筒における圧力を低減するために噴射するものであり、停止位置に応じてマップM4から圧縮行程気筒2回目用燃料噴射量を求めるとともに、この噴射燃料によって自着火が発生しないように噴射時期を設定する。
Further, in step S113, fuel is injected again into the compression stroke cylinder at a predetermined timing when the piston of the compression stroke cylinder approaches the vicinity of the top dead center. This fuel injection is not performed for recombustion in the compression stroke cylinder, but is performed to reduce the pressure in the compression stroke cylinder by latent heat of vaporization, and the
ここで、エンジンの停止によって空気の流れが止まり、エンジン停止時における吸気行程気筒内に吸入された新気温度も上昇する。従って、エンジンを効率的に正転させるためには、エンジンの始動後、当該吸入行程気筒が始めて圧縮行程を迎える際にその自着火を防止しつつ、効率的にエンジンを正転させるように制御することが求められ、当実施形態では次のような制御を実行している。 Here, the flow of air stops when the engine is stopped, and the fresh air temperature drawn into the intake stroke cylinder when the engine is stopped also rises. Therefore, in order to efficiently rotate the engine forward, after the engine is started, control is performed so that the engine efficiently rotates forward while preventing the self-ignition when the intake stroke cylinder starts the compression stroke for the first time. In this embodiment, the following control is executed.
すなわち、図10に移って、水温センサ24によりエンジンの水温を検出するとともに図示しないタイマや温度センサに基づいてエンジンの停止時間や吸気温度等を検出し、この検出結果から推定される筒内温度と大気圧に基づいて、エンジンの停止時における吸気行程気筒の再始動後初回吸入空気の密度を推定し、この推定値に基づいて当該吸入行程気筒の吸入空気量を算出する(ステップS114)。
That is, moving to FIG. 10, the engine temperature is detected by the
続いて、ステップS115において、吸気行程気筒での自着火を防止するため、先に推定された吸気行程気筒の筒内温度に基づいて当該吸気行程気筒用空燃比の補正値が求められる。この補正値は、筒内温度に基づいて予め実験等によって求められたマップM5から算出する。 Subsequently, in step S115, in order to prevent self-ignition in the intake stroke cylinder, a correction value of the air-fuel ratio for the intake stroke cylinder is obtained based on the previously estimated in-cylinder temperature of the intake stroke cylinder. This correction value is calculated from a map M5 obtained in advance by experiments or the like based on the in-cylinder temperature.
そして、この空燃比の補正値と、ステップS114で算出された空気量とから当該吸気行程気筒に対して噴射する燃料の噴射量を算出するとともに(ステップS116)、エンジン停止時に温度が上昇した新気を気化潜熱によってその温度上昇を抑制して圧縮圧を低減するように、通常の噴射時期(吸気行程)よりも遅延させて圧縮行程で燃料を噴射する(ステップS117)。この燃料の具体的噴射時期は、エンジンの水温、エンジンの停止時間、および吸気温度等を考慮して設定され、例えば圧縮行程の中期ないしはそれよりも遅い時期に設定されている。 Then, the injection amount of fuel injected into the intake stroke cylinder is calculated from the correction value of the air-fuel ratio and the air amount calculated in step S114 (step S116), and the new temperature that has increased when the engine is stopped. Fuel is injected in the compression stroke with a delay from the normal injection timing (intake stroke) so as to suppress the rise in temperature by the latent heat of vaporization and reduce the compression pressure (step S117). The specific fuel injection timing is set in consideration of the engine water temperature, the engine stop time, the intake air temperature, and the like. For example, the fuel injection timing is set at the middle stage of the compression stroke or later.
さらに、ステップS104においてスロットル弁17を全開にしている場合には(ステップS118でYES)、エンジン停止時における吸気行程気筒が圧縮上死点を超える際にアクチュエータ18を駆動してスロットル弁17を閉じて全閉状態とする(ステップS119)。
Further, when the
なお、ステップS118の判定は、具体的には例えばステップS104でスロットル弁17の開度を増大した場合には、フラグを立ててこのフラグの有無に判定する。
Note that the determination in step S118 is, specifically, for example, when the opening of the
その後、停止時吸気行程気筒のピストン4が圧縮上死点を超えた直後に点火プラグ7によって点火し(ステップS120)、エンジンの始動初期で充分な慣性力がない時期において逆トルクの発生によって始動の妨げにならないようになされている。
Thereafter, immediately after the
次に、ステップS121に移行して、スロットル弁17よりも下流の分岐吸気通路15aの吸気圧力(吸気管負圧)がエンジンの通常のアイドル運転時における吸気圧力よりも高いか否かを判定し、アイドル運転時の吸気圧力よりも高い場合には、(ステップS121でYES)、各気筒3A〜3Dに吸入される空気量を確保しつつ、過度の吹き上がりを防止する観点から、アイドル運転時のスロットル弁17の開度(例えば全開時の8%の開度)よりも小さい開度(例えば全開時の4〜5%の開度)となるようにスロットル弁17を駆動し(ステップS122)、分岐吸気通路15aの吸気圧力がアイドル運転時の吸気圧力と同程度ないし低くなるまで3A〜3Dに吸入される空気量を絞る。一方、アイドル運転時における吸気圧力と同程度ないし低いと判定した場合(ステップS121でNO)には、通常のエンジン制御に移行して終了する。
Next, the routine proceeds to step S121, where it is determined whether or not the intake pressure (intake pipe negative pressure) in the
なお、図9のフローチャート中のステップS101での判定がNOのときに実行される第2再始動制御モード(スタータモータ始動モード)のルーチンの詳細については図示を省略するが、通常のエンジンの始動と同様の制御が実行される。 Although details of the routine of the second restart control mode (starter motor start mode) executed when the determination in step S101 in the flowchart of FIG. 9 is NO are omitted, normal engine start-up is performed. The same control is executed.
以上のような当実施形態の装置における再始動の際の作用を説明する。 The effect | action at the time of the restart in the apparatus of this embodiment as mentioned above is demonstrated.
多気筒4サイクルエンジンにおいては各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっており、4気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から1番気筒3A、2番気筒3B、3番気筒3C、4番気筒3Dと呼ぶと、図11中及び図12中に示すように、上記サイクルが1番気筒3A、3番気筒3C、4番気筒3D、2番気筒3Bの順にクランク角で180°ずつの位相差をもって行われるようになっている。
In a multi-cylinder four-cycle engine, each cylinder performs a cycle consisting of intake, compression, expansion, and exhaust strokes with a predetermined phase difference. When the
エンジン停止後に所定の再始動条件が成立したときは、自動的にエンジンを再始動する制御が行われるが、この際、ピストンの停止位置が膨張行程気筒において行程中間部付近の所定適正範囲内にある場合は、第1再始動制御モードのルーチンが実行される。図11は上記第1再始動制御モードによる場合のエンジンの各気筒の行程と始動制御開始時点からの各気筒における燃焼(図中に燃焼の順序に従って(1),(2),(3)……で示す)との関係を示すとともに、各燃焼によるエンジンの動作方向を矢印で示しており、また図12は、上記第1再始動制御モードによる場合のエンジン回転速度、1番目気筒のクランク角、所定の気筒の筒内圧及びスロットル弁17の開度の時間的変化を示している。
When a predetermined restart condition is satisfied after the engine is stopped, the engine is automatically restarted. At this time, the stop position of the piston is within a predetermined appropriate range in the vicinity of the stroke intermediate portion in the expansion stroke cylinder. If there is, the first restart control mode routine is executed. FIG. 11 shows the stroke of each cylinder of the engine in the first restart control mode and the combustion in each cylinder from the start of the start control (in accordance with the order of combustion in the figure (1), (2), (3). And the direction of operation of the engine by each combustion is indicated by an arrow, and FIG. 12 shows the engine rotation speed and the crank angle of the first cylinder in the case of the first restart control mode. 3 shows the temporal change in the cylinder pressure of the predetermined cylinder and the opening degree of the
これらの図に示すように、上記第1再始動制御モードによる場合には、まず圧縮行程気筒(図示の例では3番気筒)において燃焼空燃比は略理論空燃比ないしはこれよりも若干リッチ空燃比とされつつ初回燃焼(図11中の(1))が行われ、この初回燃焼による燃焼圧(図12中のa部分)で圧縮行程気筒のピストン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、それに伴い、膨張行程気筒(図示の例では1番気筒)のピストンが上死点に近づくことにより当該気筒内の空気が圧縮されて筒内圧が上昇する(図12中のb部分)。そして、膨張行程気筒のピストン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、予め当該気筒に噴射されている燃料が燃焼し(図11中の(2))、その燃焼圧(図12中のc部分)でエンジンが正転方向に駆動される。さらに、上記圧縮行程気筒に対してその圧縮行程後半の適当なタイミングで燃料が噴射されることにより、圧縮行程気筒の上死点付近での圧縮圧力が低減される(図11中の(3))。その後、圧縮行程気筒のピストンがこの低減された圧縮圧力に打ち勝って圧縮上死点を超え(図12中のd部分)、続いて圧縮行程を迎える停止時吸気行程気筒に当該圧縮行程の後半で燃料が噴射されるとともに、当該気筒のピストンが上死点を超えた所定のタイミングで点火して(図12中のe部分)、吸気行程気筒における燃焼が行われる(図11中の(4))。その燃焼圧(図12中のf部分)でエンジンの駆動力が高められ、円滑な始動が実行される。 As shown in these drawings, in the case of the first restart control mode, first, the combustion air-fuel ratio in the compression stroke cylinder (the third cylinder in the illustrated example) is substantially the stoichiometric air-fuel ratio or a slightly richer air-fuel ratio than this. The first combustion ((1) in FIG. 11) is performed while the engine is turned on, and the piston of the compression stroke cylinder is pushed down to the bottom dead center side by the combustion pressure (part a in FIG. 12) due to this initial combustion, and the engine is reversed. Accordingly, when the piston of the expansion stroke cylinder (the first cylinder in the illustrated example) approaches top dead center, the air in the cylinder is compressed and the in-cylinder pressure rises (b in FIG. 12). portion). Then, when the piston of the expansion stroke cylinder is sufficiently close to the top dead center, the cylinder is ignited, and the fuel previously injected into the cylinder is burned ((2) in FIG. 11). The engine is driven in the forward rotation direction by the combustion pressure (c portion in FIG. 12). Further, the fuel is injected into the compression stroke cylinder at an appropriate timing in the latter half of the compression stroke, whereby the compression pressure near the top dead center of the compression stroke cylinder is reduced ((3) in FIG. 11). ). Thereafter, the piston of the compression stroke cylinder overcomes the reduced compression pressure and exceeds the compression top dead center (part d in FIG. 12), and subsequently enters the stop-time intake stroke cylinder that reaches the compression stroke in the latter half of the compression stroke. Fuel is injected, and the piston of the cylinder is ignited at a predetermined timing exceeding the top dead center (portion e in FIG. 12), and combustion is performed in the intake stroke cylinder ((4) in FIG. 11). ). The combustion pressure (portion f in FIG. 12) increases the driving force of the engine, and a smooth start is executed.
そして、エンジンの停止時における膨張行程気筒のピストンが所定の基準値よりも下死点側にある場合には、図12に示すように、始動時から吸気行程気筒のピストンが上死点を超える際までスロットル弁12が全開状態となされ、エンジンの逆転作動時における吸気行程気筒の排圧を小さくすることにより当該気筒のピストン抵抗を軽減し、これにより圧縮行程気筒のピストン抵抗も軽減することができる。このため、圧縮行程気筒のピストンの押し下げによるエネルギー損失を抑制して膨張行程気筒の圧縮圧力を効率的に高めることができるとともに、当該エネルギー損失の抑制により圧縮行程気筒の適正範囲を上死点側に拡大することができ(言い換えると、膨張行程気筒の適正範囲を下死点側に拡大することができ)、これによりエンジンの始動性を高めることができる。しかも、所定の基準位置を基準にピストン位置を判別するので、エンジンの経年劣化や外部環境の変化等に伴ってエンジンの逆転作動を実行し得るピストン位置の適正範囲が変化した場合であっても始動性を確実に向上することができる。
When the piston of the expansion stroke cylinder when the engine is stopped is at the bottom dead center side from the predetermined reference value, the piston of the intake stroke cylinder exceeds the top dead center from the start as shown in FIG. Until then, the
一方、エンジンの停止時における膨張行程気筒のピストンが所定の基準値よりも上死点側にある場合には、始動時から吸気通路15の吸気負圧が所定の負圧になるまで全閉状態で維持し、エンジンの逆転作動時における吸気行程気筒のピストン抵抗を増大させて逆転量が必要以上に大きくなることを有効に防止することができる。しかも、エンジンの逆転作動時における吸気行程気筒のピストンの上昇によりスロットル弁17の下流側の吸気通路15における圧力が増大し、この圧力を利用することによりエンジンの正転作動初期におけるピストン抵抗を低減することができ(図12中のe部分に相当)、エンジンを円滑かつ確実に始動することができる。
On the other hand, when the piston of the expansion stroke cylinder when the engine is stopped is at the top dead center side with respect to a predetermined reference value, it is fully closed until the intake negative pressure in the
なお、以上説明したエンジンの始動装置は、本発明に係る始動装置が適用される装置の一実施形態であって、装置の具体的な構成等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であり、変形例を以下に説明する。 The engine starting device described above is an embodiment of the device to which the starting device according to the present invention is applied, and the specific configuration of the device is appropriately changed without departing from the gist of the present invention. This is possible, and modifications will be described below.
(1)上記実施形態では、第1再始動制御モードが実行される場合であって、膨張行程気筒のピストンの停止位置が所定の基準位置よりも下死点寄りの範囲にある場合は、スロットル弁17を全開にするものとなされているが、上記膨張行程気筒のピストンが所定の基準位置よりも上死点よりの範囲にある場合と比べてその開度を大きく設定すれば、このスロットル弁17の開度は特に限定するものではない。また、このスロットル弁17を開いている期間も上記実施形態のものに限定されるものではなく、例えばエンジンの逆転作動終了後にスロットル弁17を閉じるものであってもよい。
(1) In the above embodiment, when the first restart control mode is executed and the stop position of the piston of the expansion stroke cylinder is in the range closer to the bottom dead center than the predetermined reference position, the throttle Although the
(2)上記実施形態では、第1再始動制御モードによる自動再始動時の圧縮行程気筒のピストンが最初に上死点を迎える際の燃焼はなされず、燃料だけが噴射されるものとなされているが、当該気筒でのエンジンの逆転作動のための初回燃焼を理論空燃比よりもリーン空燃比としたリーン燃焼とすることにより、上記最初に上死点を迎える際にも燃焼させることができる。また、初回燃焼後の筒内に空気を補給するようにしてもよく、この場合、吸気弁に対する動弁機構に、少なくとも吸気弁閉時期を変更可能にするバルブタイミング可変機構を設け、エンジン再燃焼時に、圧縮行程気筒の吸気弁閉時期を通常時よりも遅らせて、下死点より所定クランク角だけ圧縮行程に入り込んだ時期となるようにしてもよい。 (2) In the above embodiment, combustion is not performed when the piston of the compression stroke cylinder at the time of automatic restart in the first restart control mode first reaches top dead center, and only fuel is injected. However, when the initial combustion for the reverse rotation operation of the engine in the cylinder is made the lean combustion with the lean air-fuel ratio rather than the stoichiometric air-fuel ratio, it can be burned even when the top dead center is first reached. . In addition, air may be replenished into the cylinder after the initial combustion. In this case, a valve timing variable mechanism that can change at least the intake valve closing timing is provided in the valve operating mechanism for the intake valve so that the engine is recombusted. Sometimes, the intake valve closing timing of the compression stroke cylinder may be delayed from the normal time so that the compression stroke cylinder enters the compression stroke by a predetermined crank angle from the bottom dead center.
このようにすると、圧縮行程気筒での初回燃焼により吸気弁閉時期よりも進角側までエンジンが逆転したとき、吸気弁が開かれることにより、筒内ガスの一部と新気が入れ替わり、2回目燃焼のための新気が補給されることとなる。 なお、このような作用に加え、初回燃焼後に吸気弁が開かれると筒内の圧力が低下するため、 その後の膨張行程気筒での燃焼によるエンジン正転時に圧縮行程気筒のピストンに作用する抵抗が軽減され、再始動に有利となる。 In this way, when the engine reverses to the advance side from the intake valve closing timing due to the initial combustion in the compression stroke cylinder, the intake valve is opened, so that a part of the in-cylinder gas and the fresh air are exchanged. Fresh air for the second combustion will be replenished. In addition to this effect, the pressure in the cylinder decreases when the intake valve is opened after the initial combustion, so that the resistance acting on the piston of the compression stroke cylinder during forward rotation of the engine due to combustion in the expansion stroke cylinder thereafter Reduced and advantageous for restart.
また、この圧縮行程気筒での2回目の燃焼を実行するように構成した場合、この燃焼を圧縮自己着火による燃焼となるように制御してもよい。 Further, when the second combustion is performed in the compression stroke cylinder, the combustion may be controlled to be combustion by compression self-ignition.
(3)上記実施形態の構成に加え、排気弁に対する動弁機構に、少なくとも排気弁開時期を変更可能にするバルブタイミング可変機構を設け、エンジン停止時の膨張行程にある気筒がエンジン再始動時に最初に排気行程となるときの排気弁の開時期を通常時よりも遅らせて、略下死点で排気弁が開くようにすることが好ましい。 (3) In addition to the configuration of the above embodiment, the valve timing mechanism for the exhaust valve is provided with a valve timing variable mechanism that can change at least the exhaust valve opening timing, and the cylinder in the expansion stroke when the engine is stopped is It is preferable to delay the opening timing of the exhaust valve at the time of the exhaust stroke for the first time from the normal time so that the exhaust valve opens at approximately bottom dead center.
このようにすると、膨張行程での燃焼によるエネルギーが、略下死点まで、排気通路側に逃げることなく有効に当該気筒のピストンに作用するため、始動性が高められる。 In this way, the energy from combustion in the expansion stroke effectively acts on the piston of the cylinder without escaping to the exhaust passage side until approximately the bottom dead center, so that the startability is improved.
(4)図9に示す例では、エンジン再始動条件成立時に、圧縮行程気筒の初回燃焼用の燃料を噴射した後に膨張行程気筒用の燃料も噴射することにより、圧縮行程気筒の初回燃焼が失敗に終わった場合(再点火を繰り返しても成功しなかった場合)、膨張行程気筒用の燃料噴射を中止することによって無駄な燃料噴射を避けることができるようにしているが、圧縮行程気筒の初回燃焼用の燃料の噴射時期と略同時期に膨張行程用の燃料を噴射してもよい。このように、膨張行程気筒の燃料噴射時期を早めることにより、膨張行程気筒の燃料噴射から点火までに燃料の気化のための時間を稼ぐことができる。なお、圧縮行程気筒の初回燃焼が失敗に終わった場合、再始動制御モードをスタータモータ31でのモータアシストによる始動に変更すればよい。 (4) In the example shown in FIG. 9, when the engine restart condition is satisfied, the initial combustion of the compression stroke cylinder fails by injecting the fuel for the expansion stroke cylinder after injecting the fuel for the initial combustion of the compression stroke cylinder. (If the ignition is not successful even after repeated reignitions), it is possible to avoid unnecessary fuel injection by stopping the fuel injection for the expansion stroke cylinder. The fuel for the expansion stroke may be injected substantially at the same time as the injection timing of the fuel for combustion. Thus, by advancing the fuel injection timing of the expansion stroke cylinder, it is possible to earn time for fuel vaporization from the fuel injection to the ignition of the expansion stroke cylinder. When the initial combustion of the compression stroke cylinder is unsuccessful, the restart control mode may be changed to start by motor assist in the starter motor 31.
(5)上記実施形態では、スロットル弁17を共通吸気通路15cに設けられたものについて説明しているが、このスロットル弁17の配置箇所はこれに限定されるものではなく、例えば各分岐吸気通路15aに多連型のスロットル弁を設けるものとしてもよい。
(5) In the above embodiment, the
(6)本発明の装置は4気筒以外の多気筒エンジンにも適用可能である。 (6) The device of the present invention can also be applied to multi-cylinder engines other than four-cylinder engines.
3A〜3D 気筒
4 ピストン
6 クランクシャフト
15 吸気通路
15b サージタンク
15c 共通吸気通路
17 スロットル弁
21,22 クランク角センサ(ピストン位置検出手段)
26 オルタネータ
30 ECU(制御手段)
31 スタータモータ
R 適正範囲
N 回転速度
n 上死点回転速度
3A to
26
31 Starter motor R Appropriate range N Rotational speed n Top dead center rotational speed
Claims (6)
吸気通路から各気筒に導入される吸気量を調節するスロットル弁と、
エンジン停止時における膨張行程気筒のピストン位置を検出するピストン位置検出手段と、
エンジン停止条件が成立したときに、その停止時における膨張行程気筒のピストンを所定の適正範囲内に停止させるように制御するとともに、上記ピストン位置検出手段による検出結果に基づいて、エンジンの再始動時における上記スロットル弁の開度を制御する制御手段とを備え、
当該制御手段は、上記エンジン再始動条件が成立したときであって、エンジン停止時における膨張行程気筒のピストン位置が上記適正範囲内で、かつ、当該適正範囲内において定められた所定の基準位置よりも下死点側にあるときは、少なくとも上記エンジンの逆転方向作動期間において、当該膨張行程気筒のピストン位置が上記基準位置よりも上死点側にあるときと比べて上記スロットル弁の開度を増大させるように制御することを特徴とするエンジンの始動装置。 The engine is automatically stopped when a predetermined engine stop condition is satisfied, and when the restart condition is satisfied after the engine is stopped, fuel is supplied to the compression stroke cylinder when the engine is stopped, and ignition and combustion are performed. The engine is operated by a predetermined amount in the reverse rotation direction to increase the in-cylinder pressure by raising the piston of the cylinder in the expansion stroke when the engine is stopped, and then the combustion is performed in the expansion stroke cylinder to perform the normal rotation. In the engine starting device that is rotated in the direction and restarted,
A throttle valve for adjusting the amount of intake air introduced into each cylinder from the intake passage;
Piston position detecting means for detecting the piston position of the expansion stroke cylinder when the engine is stopped;
When the engine stop condition is satisfied, control is performed so that the piston of the expansion stroke cylinder at the time of stop is stopped within a predetermined appropriate range, and at the time of engine restart based on the detection result by the piston position detecting means. Control means for controlling the opening of the throttle valve in
The control means is when the engine restart condition is satisfied, and the piston position of the expansion stroke cylinder when the engine is stopped is within the proper range and from a predetermined reference position determined within the proper range. When the piston position of the expansion stroke cylinder is at the top dead center side with respect to the reference position, at least during the reverse rotation direction operation period of the engine. An engine starting device characterized by being controlled to increase.
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