(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射型エンジンにおいて、停止中の前記エンジンの圧縮行程に位置する気筒を特定する圧縮行程気筒判別手段と、前記エンジンの始動時に前記圧縮行程気筒判別手段で特定された前記特定気筒の圧縮行程における残りの期間が所定期間より長いときには前記特定気筒に対して燃料噴射を実行する一方、圧縮行程における残りの期間が所定期間より短いときには前記特定気筒への燃料噴射を禁止すると共に前記特定気筒の次回に圧縮行程となる気筒に対して燃料噴射を実行する燃料噴射制御手段とを具えたことを特徴とする筒内噴射型エンジンの始動装置。
【請求項２】
前記燃料噴射制御手段は、前記圧縮行程気筒判別手段で特定された前記特定気筒の圧縮行程における残りの期間が所定期間より長いときには前記特定気筒に加えて前記特定気筒の前回にあった気筒に対して燃料噴射を実行することを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型エンジンの始動装置。
【請求項３】
始動時の前記エンジンの圧縮行程に位置する気筒を識別する圧縮行程気筒識別手段をさらに備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記圧縮行程気筒判別手段で特定された前記特定気筒の圧縮行程及び前記特定気筒の前回にあった気筒の吸気行程に対して燃料噴射を実行するものであって、前記圧縮行程気筒識別手段によって前記圧縮行程気筒判別手段で特定された前記特定気筒が圧縮行程ではなく吸気行程であったことが判定されると、前記特定気筒の吸気行程に続く圧縮行程において燃料噴射を実行することを特徴とする請求項２記載の筒内噴射型エンジンの始動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射型エンジンに適用する始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒内噴射型多気筒エンジンにあっては、燃料噴射制御、あるいは、点火時期制御などを行うために、始動時に気筒識別、例えば、どの気筒がどの行程にあるかを識別する必要がある。そして、クランク角度及びカム角度から気筒識別が行われると、各気筒に対して吸気行程に燃料噴射及び点火が実行される。
【０００３】
例えば、４気筒の筒内噴射型エンジンでは、クランクシャフトが２回転（２７０°）することで１サイクル（吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程）実施されるものであり、このクランクシャフトの２回転で、クランク角センサからＳＧＴ信号が出力されると共に、カム角センサからＳＧＣ信号が出力される。従って、エンジンの始動時に、ＳＧＴ信号の立ち下がり及び立ち上がりに対するＳＧＣ信号のレベルによりどの気筒が圧縮上死点位置（爆発行程）にあるかを識別し、吸気行程にある気筒から燃料噴射及び点火を開始する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の筒内噴射型エンジンの始動方法では、気筒の識別にエンジンの１行程分を必要とし、次に吸気行程、圧縮行程、爆発行程と続くため、この吸気行程で燃料を噴射して爆発行程で点火することとなり、早くともエンジン起動時から４行程目に着火してエンジンが始動する。そのため、点火プラグへの通電時間が長くなり、バッテリの電力を多く消費してしまうという問題がある。
【０００５】
なお、本出願人は、既に、特願平１１−７３３６２号の「筒内噴射型内燃機関の始動装置」として、停止中の内燃機関の圧縮行程に位置する気筒を特定し、内燃機関の始動時に特定した気筒の残りの圧縮行程に対して燃料噴射を実行することにより、内燃機関の早期始動を可能としたものを出願している。ところが、この出願では、特定した気筒の圧縮行程における位置に応じた制御や、エンジンの停止時の逆転による気筒の特定違いに対する制御についてはまだ改良の余地があった。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するものであって、エンジンを早期に始動することで消費電力の低減を図ると共に始動フィーリングの向上を図った筒内噴射型エンジンの始動装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の筒内噴射型エンジンの始動装置では、圧縮行程気筒判別手段が停止中のエンジンの圧縮行程に位置する気筒を特定し、燃料噴射制御手段はエンジンの始動時に圧縮行程気筒判別手段で特定された気筒の圧縮行程における残りの期間が所定期間より長いときには特定された気筒に対して燃料噴射を実行する一方、残りの期間が所定期間より短いときには特定された気筒への燃料噴射を禁止すると共に次回に圧縮行程となる気筒に対して燃料噴射を実行するようにしている。
【０００８】
従って、始動のためのクランキングが開始されると、圧縮行程の残りの期間が長いときにはその気筒に燃料が噴射され、短いときには次回に圧縮行程となる気筒に燃料が噴射されるため、該当する気筒に直ちに着火されると共に着火不可な気筒へは燃料が噴射されなくなり、早期なエンジン始動が可能となって消費電力の低減が図れると共に、排ガス性能を向上しつつ燃費の悪化が防止され、始動フィーリングを向上できる。
【０００９】
また、請求項２の発明の筒内噴射型エンジンの始動装置では、燃料噴射制御手段は、圧縮行程気筒判別手段で特定された気筒の圧縮行程における残りの期間が所定期間より長いときには該気筒に加えて特定された気筒の前回にあった気筒に対して燃料噴射を実行するようにしている。
【００１０】
従って、エンジンの停止時にクランクシャフトが逆転して停止した場合であっても、前回に圧縮行程にあった気筒に対して燃料が噴射されるため、確実にエンジンを始動できる。
【００１１】
更に、請求項３の発明の筒内噴射型エンジンの始動装置では、始動時のエンジンの圧縮行程に位置する気筒を識別する圧縮行程気筒識別手段をさらに備え、燃料噴射制御手段は、圧縮行程気筒判別手段で特定された気筒の圧縮行程及び特定された気筒の前回にあった気筒の吸気行程に対して燃料噴射を実行するものであって、圧縮行程気筒識別手段によって圧縮行程気筒判別手段で特定された気筒が圧縮行程ではなく吸気行程であったことが判定されると、特定された気筒の吸気行程に続く圧縮行程において燃料噴射を実行するようにしている。
【００１２】
従って、燃料の悪化が防止され、吸気行程で噴射した燃料による生ガスを低減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１に本発明の一実施形態に係る筒内噴射型エンジンの始動装置を表す概略構成、図２にエンジン停止時の制御を表すフローチャート、図３にエンジン始動時の制御を表すフローチャート、図４及び図５にエンジン停止状態がケース１に該当する場合のエンジン始動時のタイムチャート、図６にエンジン停止状態がケース２に該当する場合のエンジン始動時のタイムチャートを示す。
【００１５】
本実施形態において、図１に示すように、エンジン１１は４気筒の筒内噴射型の火花点火式エンジンであって、シリンダヘッドに気筒ごとに点火プラグ１２及びインジェクタ１３が取付けられ、図示しない燃焼室内にこのインジェクタ１３から燃料が直接噴射されるようになっている。このエンジン１１では、圧縮行程で燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードと、吸気行程で燃料噴射を行う吸気行程噴射モードとが切り換え可能となっており、圧縮行程噴射モードでは、点火プラグの周囲に理論空燃比近傍の混合気を形成した上で超リーンな全体空燃比を実現する層状燃焼が可能であり、吸気行程噴射モードでは、燃焼室に均一な混合気を形成する均一燃焼が可能となっている。そして、このエンジン１１にはクラッチ１４を介してベルト式無段変速機（ＣＶＴ）１５が連結され、このＣＶＴ１５の出力軸は図示しないフロントデフを介して左右の駆動輪へ連結されている。
【００１６】
このエンジン１１には常時噛み合いのスタータ１６が装着され、スタータ１６のピニオンギヤ１７がエンジン１１のフライホイール１８に噛み合っている。このスタータ１６において、スタータモータ１９は常開のリレー接点２０を介してバッテリ２１に接続され、リレー接点２０と対応するリレーコイル２２はイグニツションスイッチ２３のＳＴ接点２４を介してバッテリ２１に接続されている。従って、イグニツションスイッチ２３がＳＴ接点２４の位置まで操作されると、リレーコイル２２の励磁によりリレー接点２０が閉じられてスタータモータ１９が通電し、スタータ１６によりエンジン１１がクランキングされる。また、スタータ１６のリレーコイル２２はスタータ制御用のコントローラ２５のリレー接点２６及びイグニツションスイッチ２３のＯＮ接点２７を介してバッテリ２１に接続されており、リレー接点２６と対応するリレーコイル２８はバッテリ２１に接続されている。従って、イグニツションスイッチ２３がＯＮ接点２７の位置であっても、リレーコイル２８の励磁によりリレー接点２６が閉じられると、スタータモータ１９が通電してクランキングが行われる。
【００１７】
また、車両にはエンジン１１やＣＶＴ１５などを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）２９が設けられ、このＥＣＵ２９には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が具備されており、このＥＣＵ２９により筒内噴射エンジン１１の総合的な制御が実施される。エンジン１１には、所定のクランク位置でクランク角信号ＳＧＴを出力するクランク角センサ３０が設けられると共に、所定のカム位置でカム回転位置信号ＳＧＣを出力するカム角センサ３１が設けられている。即ち、このクランク角センサ３０、カム角センサ３１に加えて、シフトポジションセンサ３２、図示しないスロットルポジションセンサ、エアフローセンサ、アクセルポジションセンサなどの各種センサ類の検出情報、イグニッションキースイッチ２３の信号がＥＣＵ２９に入力され、ＥＣＵ２９が各種センサ類の検出情報に基づいて、燃料噴射モードや燃料噴射量、点火時期等を決定し、点火プラグ１２、インジェクタ１３のドライバ、スロットル弁の駆動モータ等を駆動制御する。
【００１８】
このように構成された筒内噴射型エンジン１１にあって、ＥＣＵ２９は、停止中のエンジン１１の圧縮行程に位置する気筒を特定（圧縮行程気筒判別手段）し、始動時に圧縮行程における残りの期間が所定期間より長いときには特定された気筒に対して燃料噴射を実行する一方、圧縮行程における残りの期間が所定期間より短いときには特定された気筒への燃料噴射を禁止すると共に次回に圧縮行程となる気筒に対して燃料噴射を実行（燃料噴射制御手段）するようにしている。また、エンジン１１の始動時に、圧縮行程における残りの期間が所定期間より長いときには特定された気筒に加えて、前回圧縮行程にあった気筒に対して燃料噴射を実行するようにしている。
【００１９】
この場合、圧縮行程気筒判別手段は、クランク角センサ３０及びカム角センサ３１であり、クランク角信号ＳＧＴとカム回転位置信号ＳＧＣに基づき、エンジン停止時に圧縮気筒を識別する。即ち、ＳＧＴ信号の立ち下がり及び立ち上がりに対するＳＧＣ信号のレベルによりどの気筒が圧縮上死点位置（爆発行程）にあるかを識別し、それに基づいて圧縮行程で停止した気筒をＥＣＵ２９に記憶する。また、この圧縮行程で停止した気筒が圧縮行程内のどの期間に位置しているか、つまり、本実施形態では、圧縮行程であると特定された気筒にて、この圧縮行程での停止位置が７５°BTDCより前（残りの期間が所定期間より長いとき）であればケース１として特定し、後（残りの期間が所定期間より短いとき）であればケース２として特定し、ＥＣＵ２９に記憶する。
【００２０】
更に、エンジン１１が停止時に圧縮行程であると特定された気筒にて、その停止位置が７５°BTDCより前であるとき（ケース１）は、圧縮行程初期から中期（ピストンが上昇する前）でエンジン１１が停止した場合と、圧縮行程後期（ピストンが上昇途中）でエンジン１１が逆転して停止した場合とが考えられる。エンジン１１が逆転して戻ってから圧縮行程初期で停止した場合、クランク角信号ＳＧＴが既に出力されているため、ＥＣＵ２９は、実際に停止した気筒ではなく次回に圧縮行程となる気筒を圧縮行程で停止した気筒であると特定してしまう。そこで、ケース１の場合、エンジン１１の始動時に、圧縮行程で停止したと特定された気筒及び前回圧縮行程にあった気筒に対して燃料を噴射し、その後、クランク角信号ＳＧＴとカム回転位置信号ＳＧＣに基づいて正確に気筒を識別してから正しい気筒の圧縮行程で燃料を噴射するようにしている。
【００２１】
ここで、本実施形態の筒内噴射型エンジンの始動装置による制御を図２、図３のフローチャート及び図４、図５、図６のタイムチャートに基づいて説明する。
【００２２】
まず、エンジン１１の停止時の制御において、図２に示すように、ステップ１１にて、エンジン１１が停止したかどうかを、例えば、エンジン回転数センサの出力により判定する。この場合、ドライバによるイグニッションキースイッチ２３のＯＦＦ操作による手動停止と、アイドルストップによる自動停止、ハイブリッド車でのバッテリ電力や運転状態によるエンジン停止があり、アイドルストップによる自動停止の場合には、予め設定された停止条件、例えば、シフトレバーの中立位置、車速０状態の一定時間継続、ブレーキスイッチのＯＮなどが成立しているときにエンジン１１を停止する。
【００２３】
このステップ１１にて、エンジン１１が停止したら、ステップＳ１２にて、前述したように、クランク角センサ３０のクランク角信号ＳＧＴとカム角センサ３１のカム回転位置信号ＳＧＣに基づいてエンジン１１の停止時に圧縮行程にある気筒を識別し、ＥＣＵ２９に記憶する。そして、ステップ１３にて、圧縮行程で停止した気筒にて、その停止位置が７５°BTDCより前、つまり、クランク角信号ＳＧＴがＬＯＷレベルにあるかを判定し、ＬＯＷレベルにあれば、ステップＳ１４にてケース１と設定し、ＬＯＷレベルでなくＨＩＧＨレベルにあれば、ステップＳ１５にてケース２と設定する。このようにしてエンジン１１の停止時に、ＥＣＵ２９は圧縮行程にある気筒と、この圧縮行程で停止した気筒の停止位置に応じてケース１あるいはケース２を記憶する。
【００２４】
次に、エンジン１１の始動時の制御において、図３に示すように、ステップ２１にて、エンジン１１の起動指令がＥＣＵ２９に入力したかどうか、例えば、ドライバのイグニッションキースイッチ２３によるＯＮ操作があったか、また、アイドルストップ状態で、予め設定された再始動条件、例えば、シフトレバーの走行位置、アクセルペダルスイッチのＯＮなどが成立しているときにエンジン１１を再始動する。ステップＳ２２では、既に通常の燃料噴射が開始されているかどうかを判定し、通常の燃料噴射が開始されていればステップＳ３５で通常の燃料噴射及び点火制御を継続する。
【００２５】
一方、ステップＳ２２にて、通常の燃料噴射が開始されていなければ、ステップＳ２３にて、ＥＣＵ２９に記憶されているエンジン１１の停止状態を読み出し、ケース１に該当するかどうかを判定する。そして、このステップＳ２３にて、エンジン１１の停止状態がケース１に該当すれば、ステップＳ２４にて前回エンジン１１が停止したときの気筒記憶があることを確認し、ステップＳ２５にて、気筒識別が完了しているかどうかを判定し、気筒識別が完了していなければ、ステップＳ２６に移行する。
【００２６】
そして、このステップＳ２６にて、クランク角信号ＳＧＴの立ち上がり（ＨＩＧＨ）を待ち、ステップＳ２７にて、記憶された気筒と前回圧縮行程にあった気筒に対して７５°BTDCでインジェクタ１３により燃料噴射を実行し、ステップＳ２８にて、この記憶された気筒と前回圧縮行程にあった気筒に対して７５°BTDCで点火コイルに通電して点火プラグ１２により着火する。そして、ステップＳ２９にて、クランク角信号ＳＧＴの立ち下がり（ＬＯＷ）を待ち、ステップＳ３０にて、点火コイルの通電を停止する。
【００２７】
このエンジン１１の停止状態がケース１の場合の始動制御について具体的に説明すると、図４に示すように、エンジン１１が圧縮行程で停止したと特定された気筒が＃４気筒であるとき、クランク角信号ＳＧＴの停止位置は７５°BTDCより前となっている。この状態からエンジン１１を始動すると、ＥＣＵ２９は特定された＃４気筒に加えて、前回圧縮行程にあった＃３気筒に対して燃料噴射を実行し、続いてこの＃４気筒及び＃３気筒に対して点火する。そして、その後のＳＧＴ信号の立ち下がり及び立ち上がりに対するＳＧＣ信号のレベルにより＃２気筒が圧縮上死点位置にあるかを識別し、圧縮行程で停止した気筒が＃４気筒であることを確認する。この場合、＃３気筒に燃料噴射及び点火を実行したが、このときは爆発行程にあるために着火せず、その後、＃２，＃１，＃３気筒の順に燃料噴射及び点火を実行する。
【００２８】
一方、図５に示すように、クランク角信号ＳＧＴの停止位置が７５°BTDCより前（点線位置）であるために、エンジン１１が圧縮行程で停止したと特定された気筒が＃４気筒であったとしても、エンジン１１が逆転して停止した場合があり、この場合、実際のエンジン１１の停止位置は更に手前（一点鎖線位置）であり、圧縮行程で停止した気筒は＃３気筒である。この場合、エンジン１１を始動すると、ＥＣＵ２９は、前述と同様に、特定された＃４気筒及び＃３気筒に対して燃料噴射及び点火を実行する。ところが、＃４気筒は吸気行程であるために着火せず、圧縮行程にある＃３気筒のみ着火する。そして、その後のＳＧＴ信号の立ち下がり及び立ち上がりに対するＳＧＣ信号のレベルにより＃４気筒が圧縮上死点位置にあるかを識別することで、圧縮行程で停止した気筒は＃４気筒ではなく、＃３気筒であることを確認し、＃４，＃２，＃１気筒の順に燃料噴射及び点火を実行する。なお、＃４気筒では、吸気行程で既に燃料を噴射しており、圧縮行程で噴射する燃料量を減少することができ、吸気行程で噴射した燃料と圧縮行程で噴射した燃料とで理論空燃比近傍の混合気を形成し、リーンな全体空燃比を実現する層状燃焼が実現されることとなり、燃費が悪化したり、吸気行程で噴射した燃料による生ガスが外部に排出されることはない。
【００２９】
また、図３に戻り、ステップＳ２３でエンジン１１の停止状態がケース１に該当しなかった（ケース２に該当）り、ステップＳ２４で前回エンジン１１が停止したときの気筒記憶がないときには、ステップＳ３１に移行して気筒識別の完了を行ってからステップＳ３２に移行し、また、ステップＳ２５にて、気筒識別が完了していたらステップＳ３２に移行する。そして、このステップＳ３２では、クランク角信号ＳＧＴの立ち上がり（ＨＩＧＨ）を待ち、ステップＳ３３にて、識別された気筒に対して７５°BTDCでインジェクタ１３により燃料噴射を実行し、ステップＳ３４にて、この識別された気筒に対して７５°BTDCで点火コイルに通電して点火プラグ１２により着火する。そして、ステップＳ２９でクランク角信号ＳＧＴの立ち下がり（ＬＯＷ）を待ち、ステップＳ３０で点火コイルの通電を停止する。
【００３０】
このエンジン１１の停止状態がケース２の場合の始動制御について具体的に説明すると、図６に示すように、エンジン１１が圧縮行程で停止したと特定された気筒が＃４気筒であるとき、クランク角信号ＳＧＴの停止位置は７５°BTDCより後となっている。この状態からエンジン１１を始動すると、ＥＣＵ２９は特定された＃４気筒には燃料噴射を実行せず、次回に圧縮行程となる＃２気筒に対して燃料噴射を実行し、続いてこの＃２気筒に対して点火する。このとき、ＳＧＴ信号の立ち下がり及び立ち上がりに対するＳＧＣ信号のレベルにより＃２気筒が圧縮上死点位置にあるかを識別しており、圧縮行程で停止した気筒が＃４気筒であることを確認している。
【００３１】
なお、上述の実施形態では、気筒識別が完了した気筒に燃料噴射を行っていたが、単純に記憶気筒の次に圧縮行程となる気筒に燃料噴射を行ってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明の筒内噴射型エンジンの始動装置によれば、停止中のエンジンの圧縮行程に位置する気筒を特定し、エンジンの始動時に特定された気筒の圧縮行程における残りの期間が所定期間より長いときには特定された気筒に対して燃料噴射を実行する一方、残りの期間が所定期間より短いときには特定された気筒への燃料噴射を禁止すると共に特定された気筒の次回に圧縮行程となる気筒に対して燃料噴射を実行するようにしたので、圧縮行程に位置する気筒に直ちに着火されると共に着火不可な気筒へは燃料が噴射されなくなり、早期なエンジン始動が可能となって消費電力の低減が図れると共に、排ガス性能を向上しつつ燃費の悪化が防止され、始動フィーリングを向上することができる。
【００３３】
また、請求項２の本発明の筒内噴射型エンジンの始動装置によれば、燃料噴射制御手段は、圧縮行程気筒判別手段で特定された気筒の圧縮行程における残りの期間が所定期間より長いときには該気筒に加えて特定された気筒の前回にあった気筒に対して燃料噴射を実行するようにしたので、エンジンの停止時にクランクシャフトが逆転して停止した場合であっても、前回に圧縮行程にあった気筒に対して燃料が噴射されるため、確実にエンジンを始動することができる。
【００３４】
更に、請求項３の本発明の筒内噴射型エンジンの始動装置によれば、始動時のエンジンの圧縮行程に位置する気筒を識別する圧縮行程気筒識別手段をさらに備え、燃料噴射制御手段は、圧縮行程気筒判別手段で特定された気筒の圧縮行程及び特定された気筒の前回にあった気筒の吸気行程に対して燃料噴射を実行するものであって、圧縮行程気筒識別手段によって圧縮行程気筒判別手段で特定された気筒が圧縮行程ではなく吸気行程であったことが判定されると、特定された気筒の吸気行程に続く圧縮行程において燃料噴射を実行するようにしたので、燃料の悪化が防止され、吸気行程で噴射した燃料による生ガスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る筒内噴射型エンジンの始動装置を表す概略構成図である。
【図２】  エンジン停止時の制御を表すフローチャートである。
【図３】  エンジン始動時の制御を表すフローチャートである。
【図４】  エンジン停止状態がケース１に該当する場合のエンジン始動時のタイムチャートである。
【図５】  エンジン停止状態がケース１に該当する場合のエンジン始動時のタイムチャートである。
【図６】  エンジン停止状態がケース２に該当する場合のエンジン始動時のタイムチャートである。
【符号の説明】
１１  エンジン
１２  インジェクタ
１３  点火プラグ
１５  ベルト式無段変速機（ＣＶＴ）
１６  スタータ
２１  バッテリ
２９  電子制御ユニット、ＥＣＵ（燃料噴射制御手段）
３０  クランク角センサ（圧縮行程気筒判別手段）
３１  カム角センサ（圧縮行程気筒判別手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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