(57)【要約】【課題】ピストンの停止位置に拘らず、スタータの使用を抑制した始動を可能にする。【解決手段】エンジン停止時における膨張行程気筒のピストン停止位置に基づいて、空気供給式始動装置または逆転加圧式始動装置のいずれかに切り換えてエンジンを始動させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の停止時における膨張行程気筒のピストン停止位置を検出するピストン停止位置検出手段と、
前記膨張行程気筒に圧縮空気及び燃料を供給して燃焼させ、前記内燃機関を正転方向に始動させる空気供給式始動手段と、
前記内燃機関の停止時における圧縮行程気筒で燃料を燃焼させ前記内燃機関を一旦逆転作動させて前記膨張行程気筒内を圧縮し、その後該膨張行程気筒で燃料を燃焼させて前記内燃機関を正転方向に始動させる逆転加圧式始動手段と、
前記ピストン停止位置検出手段により検出されたピストン停止位置に基づいて、前記空気供給式始動手段または前記逆転加圧式始動手段のいずれかに切り換えて前記内燃機関を始動させる制御手段と、
を含んで構成される内燃機関の始動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ピストン停止位置検出手段により検出されたピストン停止位置が上死点付近にある場合には前記空気供給式始動手段により始動を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ピストン停止位置が下死点付近にある場合には前記逆転加圧式始動手段により始動を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記ピストン停止位置検出手段により検出されたピストン停止位置が所定位置より上死点側にある場合には前記空気供給式始動手段により始動を行う一方、前記ピストン停止位置が前記所定位置より下死点側にある場合には前記逆転加圧式始動手段により始動を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項５】
前記所定位置は、クランク角が９０°であるときのピストン停止位置より下死点側に設定されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の始動装置に係り、詳しくは内燃機関の始動時にスタータの使用を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関（エンジン）の始動装置として、スタータを用いずに、燃焼室内で混合気を燃焼させ、その膨張力を用いてエンジンを始動させるダイレクトスタート装置が知られている。
ダイレクトスタート装置には、空気供給式及び逆転加圧式の２種類の方式が開発されている。空気供給式のダイレクトスタート装置では、エンジン停止時における膨張行程気筒に圧縮空気を供給して燃料を燃焼させることで、エンジンを正転方向に始動させる。
【０００３】
逆転加圧式のダイレクトスタート装置では、エンジン停止時における圧縮行程気筒で混合気を燃焼させてエンジンを一旦逆転作動させ、膨張行程気筒内を圧縮させる。そしてこの膨張行程気筒内で燃料を燃焼させることで、エンジンを正転方向に始動させる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１８８４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような空気供給式のダイレクトスタート装置では、膨張行程気筒のピストン停止位置が下死点付近である場合に、この膨張行程気筒での膨張作動を十分に行うことができず始動できない虞がある。
また、逆転加圧式のダイレクトスタート装置では、膨張行程気筒のピストン停止位置が上死点付近である場合に、逆転作動時における膨張行程気筒内での圧縮が十分に行われず始動できない虞がある。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ピストンの停止位置に拘らず、スタータの使用を抑制した始動が可能な内燃機関の始動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、内燃機関の停止時における膨張行程気筒のピストン停止位置を検出するピストン停止位置検出手段と、内燃機関の停止時における膨張行程気筒に圧縮空気及び燃料を供給して燃焼させ、内燃機関を正転方向に始動させる空気供給式始動手段と、内燃機関の停止時における圧縮行程気筒で燃料を燃焼させ内燃機関を逆転方向に作動させて膨張行程気筒で混合気を圧縮し、その後該膨張行程気筒で燃料を燃焼させて内燃機関を正転方向に始動させる逆転加圧式始動手段と、ピストン停止位置検出手段により検出されたピストン停止位置に基づいて、空気供給式始動手段または逆転加圧式始動手段のいずれかに切り換えて内燃機関を始動させる制御手段と、を含んで内燃機関の始動装置を構成する。
【０００７】
また、請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記制御手段は、ピストン停止位置検出手段により検出されたピストン停止位置が上死点付近にある場合には空気供給式始動手段により始動を行うことを特徴とする。
また、請求項３の発明では、請求項１または２の発明において、前記制御手段は、ピストン停止位置が下死点付近にある場合には逆転加圧式始動手段により始動を行うことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４の発明では、請求項１の発明において、前記制御手段は、ピストン停止位置検出手段により検出されたピストン停止位置が所定位置より上死点側にある場合には空気供給式始動手段により始動を行う一方、ピストン停止位置が所定位置より下死点側にある場合には逆転加圧式始動手段により始動を行うことを特徴とする。
また、請求項５の発明では、請求項４の発明において、前記所定位置は、クランク角が９０°であるときのピストン停止位置より下死点側に設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の請求項１の内燃機関の始動装置によれば、停止時における膨張行程気筒のピストン停止位置に基づいて、空気供給式始動手段または逆転加圧式始動手段のいずれかに切り換えて内燃機関を始動させるので、この切り換えを適正に行うことでピストンの停止位置に拘らずスタータの使用を抑制した始動が可能となる。
請求項２の内燃機関の始動装置によれば、膨張行程気筒のピストン停止位置が上死点付近にある場合には、この膨張行程気筒での燃焼による膨張作動が十分に可能であるので、空気供給式始動手段により始動を行うことができる。
【００１０】
請求項３の内燃機関の始動装置によれば、膨張行程気筒のピストン停止位置が下死点付近にある場合には、逆転時における膨張行程気筒内での圧縮が十分に可能であるので、逆転加圧式始動手段により始動を行うことができる。
したがって、請求項２及び請求項３によれば、膨張行程気筒のピストン停止位置が上死点付近にある場合及び下死点付近にある場合のいずれにおいても内燃機関の始動性を確保することができる。
【００１１】
請求項４の内燃機関の始動装置によれば、膨張行程気筒のピストン停止位置が所定位置より上死点側にある場合には空気供給式始動手段により、下死点側にある場合には逆転加圧式始動手段により始動が行われるので、所定位置を適正に設定することで、ピストンの停止位置に拘らずこれらの始動手段のいずれかにより内燃機関の始動が可能となる。
請求項５の内燃機関の始動装置によれば、空気供給式始動手段と逆転加圧式始動手段とを切り換えるピストン停止位置が下死点側に設定されることで、逆転加圧式始動手段より空気供給式始動手段による始動の頻度が多くなるので、迅速な始動を極力図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の内燃機関の始動装置を備えた内燃機関の概略構成図が示されている。
本実施形態のエンジン（内燃機関）１は、４つの気筒がクランク角１８０°毎に等間隔で爆発する筒内噴射型の４サイクル直列４気筒型エンジンである。図１には、そのうちの１つの気筒についての縦断面が示されている。なお、他の気筒についても同様の構成をしているものとして図示及び説明を省略する。
【００１３】
図１に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、点火を行う点火プラグ３と、燃料及び圧縮空気を燃焼室４内に直接噴射可能なエアアシストインジェクタ５が設けられている。なお、エアアシストインジェクタ５は公知のものが採用され、その構成についてはここでは説明を省略する。そして、エアアシストインジェクタ５には燃料の供給経路である燃料ライン５ａと、空気の供給経路である空気ライン５ｂとが接続されている。
【００１４】
シリンダヘッド２には、各気筒毎に燃焼室４と連通する吸気ポート６及び排気ポート７が夫々形成されているとともに、吸気ポート６を開閉する吸気バルブ８と、排気ポート７を開閉する排気バルブ９とが設けられている。さらに、気筒内には上下摺動するピストン１０が設けられ、凹部が形成されたピストン１０の頂面は燃焼室４の下面をなしている。
ピストン１０はコンロッド１１を介してクランクシャフト２０に連結されている。そして、クランクシャフト２０の一端部にはフライホイール２２が設けられている。
【００１５】
また、エンジン１にはクランクシャフト２０の回転角、即ちクランク角を検出するクランク角センサ２４及び吸気弁８及び排気弁９をカムにより開閉作動させるカムシャフト（図示せず）の回転角、即ちカム角を検出するカム角センサ２６が設けられている。
そして、点火プラグ３、エアアシストインジェクタ５、クランク角センサ２４及びカム角センサ２６等の各種装置や各種センサ類はＥＣＵ（電子コントロールユニット：制御手段）３０と電気的に接続されており、ＥＣＵ３０は各種センサ類からの各情報に基づき各種装置を作動制御する。
【００１６】
また、ＥＣＵ３０はイグニッションスイッチ３２と電気的に接続されている。イグニッションスイッチ３２がスタート操作されるとエンジン１の始動信号が、ＯＦＦ操作されるとエンジン１の停止信号がＥＣＵ３０へ入力される。
更に、本実施形態のエンジン１には、空気供給式始動装置及び逆転加圧式始動装置が備えられている。
【００１７】
空気供給式始動装置は、例えば特開２００６−３３６５７２号公報に記載されているように、エンジン停止時における膨張行程気筒の燃焼室４内に、エアアシストインジェクタ５により圧縮空気及び燃料を供給して燃焼させることで、クランクシャフト２０を正回転させてエンジン１を始動させる機能を有するシステムである。
逆転加圧式始動装置は、例えば特開２００５−１８８４２２号公報に記載されているように、エンジン停止時において圧縮行程にある気筒（圧縮行程気筒）で混合気を燃焼させてクランクシャフト２０を一旦逆回転させ(エンジン１を逆転作動させ)、膨張行程気筒内を圧縮させる。そしてこの膨張行程気筒内で燃料を燃焼させることで、クランクシャフト２０の回転を反転させてエンジン１を正転方向に始動させる機能を有するシステムである。
【００１８】
図２は、本発明の第１の実施形態においてＥＣＵ３０が実行するエンジン１の始動制御手順を示すフローチャートである。以下、同フローチャートに沿って、本実施形態におけるエンジン１の始動制御を説明する。
本ルーチンは、イグニッションスイッチ３２からの始動信号の入力に伴い実行が開始される。
【００１９】
先ずステップＳ１０では、カム角センサ２６によりカム角θbを検出し、このカム角θbに基づいて膨張行程にある気筒（膨張行程気筒）を判別する。そして、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、ステップＳ１０において判定された膨張行程気筒に設けられたクランク角センサ２４により、クランク角θaを検出する（ピストン停止位置検出手段）。そして、ステップＳ１４に進む。なお、本実施形態では、クランク角θaが０°であるときにピストン停止位置が上死点となり、クランク角θaが１８０°であるときにピストン停止位置が下死点となる。
【００２０】
ステップＳ１４では、ステップＳ１２において検出されたクランク角θaが所定角度θ1以下であるか否かを判別する。クランク角θaが所定角度θ1以下である場合は、ステップＳ１６に進む。なお、所定角度θ1は、上記の空気供給式始動装置により始動可能なクランク角の上限値以下、かつ逆転加圧式始動装置により始動可能なクランク角の下限値以上に設定すればよく、例えば９０°〜１２０°の範囲内に設定すればよい。
【００２１】
ステップＳ１６では、上記の空気供給式始動装置による始動を実行する。そして、本ルーチンを終了する。
一方、ステップＳ１４において、クランク角θaが所定角度θ1より大きいと判定された場合は、ステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、上記の逆転加圧式始動装置による始動を実行する。そして、本ルーチンを終了する。
【００２２】
以上の構成により、本発明の第１の実施形態では、エンジン停止時における膨張行程気筒のクランク角θaが所定角度θ1以下、即ちピストン停止位置が上死点付近である場合にエンジン１の始動操作が行われたときには、空気供給式始動装置による始動が行われる。したがって、停止時における膨張行程気筒で燃料を燃焼させたときに、膨張移動可能なピストン１０のストロークを確保できるので、圧縮行程気筒での圧縮が十分に行われ、内燃機関の始動性を確保することができる。
【００２３】
一方、膨張行程気筒のクランク角θaが所定角度θ1より大きい、即ちピストン停止位置が下死点付近である場合にエンジン１の始動操作が行われたときには、逆転加圧式始動装置による始動が行われる。したがって、逆転作動時において膨張移動可能なピストンのストロークを確保でき、膨張行程気筒での圧縮も十分に行われるので、その後の正転方向に作動させる際のエンジン１の始動性を確保することができる。
【００２４】
これらの制御により、本実施形態では、停止時における膨張行程気筒のピストンの停止位置に拘らず始動性を確保することができる。更には、ダイレクトスタート装置（空気供給式始動装置及び逆転加圧式始動装置）による始動が常に可能となるようにエンジン停止時にピストンの停止位置を制御するような高精度な制御を行う必要がなく、簡単な構成でスタータの使用を抑制したエンジンの始動装置を実現できる。
【００２５】
また、本実施形態では、所定角度θ１を９０°より下死点側に、即ち空気供給式始動装置と逆転加圧式始動装置とを切り換えるピストン停止位置を下死点側に設定したので、逆転加圧式始動装置より空気供給式始動装置による始動の頻度が多くなり、迅速な始動を極力図ることができる。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態ではエンジン１を始動させるスタータを更に備えている。
【００２６】
図３は、本発明の第２の実施形態においてＥＣＵ３０が実行するエンジン１の始動制御手順を示すフローチャートである。以下、第１の実施形態における図２に示す始動判別制御に対する相違点のみ説明する。
本実施形態では、ステップＳ１２における制御の後にステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、ステップＳ１２において検出されたクランク角θaが所定角度θ2以下であるか否かを判別する。クランク角θaが所定角度θ2以下である場合は、ステップＳ１６に進む。クランク角θaが所定角度θ2より大きい場合は、ステップＳ２２に進む。
なお、所定角度θ2は、空気供給式始動装置により始動可能なクランク角の上限値以下に設定すればよい。
【００２７】
ステップＳ２２では、ステップＳ１２において検出されたクランク角θaが所定角度θ3以上であるか否かを判別する。クランク角θaが所定角度θ3以上である場合は、ステップＳ２４に進む。クランク角θaが所定角度θ3未満である場合は、ステップＳ１８に進む。なお、所定角度θ3は、所定角度θ2より大きい値であって、逆転加圧式始動装置により始動可能なクランク角の上限値以下に設定すればよい。
【００２８】
ステップＳ２４では、スタータによる始動を実行する。そして、本ルーチンを終了する。
以上の構成により、本発明の第２の実施形態では、停止時における膨張行程気筒のクランク角θaが所定角度θ2以下（ピストン停止位置が上死点付近）である場合では空気供給式始動装置による始動、クランク角θaが所定角度θ2とθ3との間である場合では逆転加圧供給式始動装置による始動が行われる。更に、クランク角θaが所定角度θ3以上（ピストン停止位置が下死点付近）である場合では、スタータによる始動が行われる。したがって、空気供給式始動装置及び逆転加圧式始動装置による始動可能な領域が狭い場合でも常に始動可能となる。第２の実施形態では、停止時における膨張行程気筒のクランク角θaが所定角度θ3以上である場合のみスタータによる始動が行われるので、常にスタータによって始動を行うエンジンと比較してスタータの使用頻度が低減され、スタータの耐久性を向上させることができる。
【００２９】
また、第２の実施形態において、更に空気供給式始動装置あるいは逆転加圧式始動装置による始動が失敗した場合にスタータによりエンジンの始動を行うようにしてもよい。これにより、確実にエンジンを始動可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の始動装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態においてＥＣＵが実行するエンジンの始動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態においてＥＣＵが実行するエンジンの始動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
１  エンジン
３  点火プラグ
５  エアアシストインジェクタ
１０  ピストン
２４  クランク角センサ
２６  カム角センサ
３０  ＥＣＵ
３２  イグニッションスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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