(57)【要約】【課題】高圧空気を供給する手段を別途備えることなく、始動トルクの増加および膨張行程気筒への空気の供給ができる始動装置を得る。【解決手段】始動装置は、複数の気筒を有し、各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁および気筒内で燃料に点火する点火プラグとを備えた内燃機関の始動装置において、各気筒間を連通する配管と、各気筒と配管との間の連通状態を制御する連通制御弁と、始動装置を制御する電子エンジン制御器と、クランク角位置を検出するクランク角度検出器と、各気筒の圧縮膨張を識別する圧縮膨張識別器とを備え、電子エンジン制御器は、クランク角位置と圧縮膨張情報から各気筒の行程を識別する行程識別手段と、連通制御弁を制御する連通状態制御手段とを備え、膨張行程気筒は、燃料を噴射点火し、点火後排気行程気筒と所定期間連通し、その後圧縮行程気筒と所定期間連通する。【選択図】        図１
2004263611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の各気筒において気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁および上記気筒内で燃料に点火する点火プラグとを備えた内燃機関の始動装置において、
上記各気筒間を連通する配管と、
上記各気筒と上記配管との間の連通状態を制御する連通制御弁と、
上記始動装置を制御する電子エンジン制御器と、
上記内燃機関のクランク軸のクランク角位置を検出するクランク角度検出器と、
上記各気筒の圧縮膨張を識別する圧縮膨張識別器とを備え、
上記電子エンジン制御器は、
上記燃料噴射弁および点火プラグを制御する基本動作制御手段と、
上記クランク角位置と上記圧縮膨張の識別結果から各気筒の行程を識別する行程識別手段と、
上記連通制御弁を制御する連通状態制御手段とを有し、
上記行程識別手段により識別された膨張行程気筒は、
上記電子エンジン制御器により燃料が噴射、点火され、上記連通状態制御手段により上記点火後排気行程気筒と所定期間連通され、さらにその後圧縮行程気筒と所定期間連通されることを特徴とする内燃機関の始動装置。
【請求項２】
上記識別された膨張行程気筒は、上記電子エンジン制御器により燃料が噴射、点火され、その後上記連通状態制御手段により排気行程気筒と所定期間連通され、さらにその後圧縮行程気筒と所定期間連通され、再び電子エンジン制御器により燃料が供給、点火される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】
複数の各気筒において気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と上記気筒内で燃料に点火する点火プラグとを備えた内燃機関の始動装置において、
上記各気筒間を連通する配管と、
上記各気筒と上記配管との間の連通状態を制御する連通制御弁と、
上記始動装置を制御する電子エンジン制御器と、
上記内燃機関のクランク軸のクランク角位置を検出するクランク角度検出器と、
上記内燃機関の吸気弁および排気弁の開閉を行う吸排気弁電磁駆動装置とを備え、
上記電子エンジン制御器は、
上記燃料噴射弁および点火プラグを制御する基本動作制御手段と、
上記クランク角位置から上記各気筒のピストンの動作方向を判定するピストン動作方向判定手段と、
上記動作方向を判定された各気筒の行程を設定する行程設定手段と、
上記連通制御弁を制御する連通状態制御手段と、
上記吸排気弁電磁駆動装置を制御する電磁装置制御手段とを有し、
上記行程設定手段により設定された膨張行程気筒は、
上記電子エンジン制御器により燃料が噴射、点火されることを特徴とする内燃機関の始動装置。
【請求項４】
上記行程設定手段により設定された膨張行程気筒は、
燃料が噴射、点火されたのち、上記吸排気弁電磁駆動装置により排気弁を開放されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項５】
上記行程設定手段により設定された膨張行程気筒は、
上記電子エンジン制御器により燃料が噴射、点火され、その後上記吸排気弁電磁駆動装置により排気弁を開放され、さらにその後圧縮行程気筒と所定期間連通され、再び電子エンジン制御器により燃料が供給点火されることを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項６】
上記ピストン動作方向判定手段により下降過程と判定されたすくなくとも１つの気筒は、
上記吸排気弁電磁駆動装置により吸気弁を開かれるとともに、他の気筒と連通されないことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項７】
上記ピストン動作方向判定手段により上昇過程と判定されたすくなくとも１つの気筒は、
他の気筒と連通されないことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の内燃機関の始動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多気筒の内燃機関の気筒内に直接燃料を噴射して内燃機関を始動する始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の始動装置は、位置的許容範囲としてクランクシャフトが上死点後のかなり小さな角度範囲の膨張工程にあるピストンを特定し、各種センサを用いて、特定された燃焼室内の現在の圧力と温度および容積を計算し、燃料インジェクターを介して燃焼室へ噴射されるべき所望の空燃比の適切な燃料パルス幅を計算し、燃料インジェクターに信号を送り、適切な燃焼室に所望の量の燃料を供給し、点火して内燃機関を始動する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、その他の従来の始動装置は、自己始動に用いる気筒を、膨張行程の中盤（上死点後１０°〜１４０°）で強制的に停止し、エンジンの停止時に記憶した始動時のクランク角の情報を参照して、バルブタイミング位相可変機構を制御し、吸気側カムの位相を遅らせて、吸気バルブの閉時期を上死点前１０°に設定し、バルブタイミング位相可変機構を制御して、吸気側カムの位相を遅らせ、吸気バルブの閉時期を上死点前１０°に設定し、クランク角に基づいて、第１気筒の容積、即ち、第１気筒内の空気量を算出し、この算出された空気量に対して所定の空燃比（Ａ／Ｆ）となる燃料噴射量を決定する。圧縮行程にある第３気筒は、吸気弁が開いているために圧縮圧力が下がるので、圧縮のために要する仕事が少なくなり、第１気筒の燃焼によって生じた回転トルクを必要以上に落とすことなく、第３気筒の圧縮上死点を越えて、内燃機関を始動する（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１２５１３６号公報
【特許文献２】
特開２００２−３９０３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の内燃機関の始動装置では、単に圧縮行程の気筒の圧縮力を低下させているため、別途始動トルクを増加させる場合および膨張行程気筒への空気の供給を行う場合、高圧空気を供給する手段を備える必要があり、装置の複雑化、コストの増加という問題があった。
【０００６】
この発明の目的は、高圧空気を供給する手段を別途備えることなく、始動トルクの増加および膨張行程気筒への空気の供給ができる始動装置を得ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関の始動装置は、複数の気筒を有し、各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁および気筒内で燃料に点火する点火プラグとを備えた内燃機関の始動装置において、各気筒間を連通する配管と、各気筒と配管との間の連通状態を制御する連通制御弁と、始動装置を制御する電子エンジン制御器と、内燃機関のクランク軸のクランク角位置を検出するクランク角度検出器と、各気筒の圧縮膨張を識別する圧縮膨張識別器とを備え、電子エンジン制御器は、クランク角位置と圧縮膨張情報から各気筒の行程を識別する行程識別手段と、連通制御弁を制御する連通状態制御手段とを備え、行程識別手段により識別された膨張行程気筒は、電子エンジン制御器により燃料を噴射点火し、連通状態制御手段により点火後排気行程気筒と所定期間連通し、さらにその後圧縮行程気筒と所定期間連通する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の始動装置を備えた４気筒内燃機関のブロック図である。図２は、各気筒間を連通する配管と、配管に対し各気筒間の連通状態を制御する弁（以下、連通制御弁と称す。）とを示す配置図である。図３は、カム軸に取り付けられた圧縮膨張識別器の側面図である。図４は、クランク軸に取り付けられたクランク角度検出器の側面図である。図５は、停止時及び始動時における各パラメータの挙動を示すグラフである。図６は、気筒の行程とクランク角度及び気筒識別信号との関係図である。図７は、電子エンジン制御器で実行される始動装置の停止時の演算処理を示すフローチャートである。図８は、電子エンジン制御器で実行される始動装置の始動時の演算処理を示すフローチャートである。図９は、図８の行程識別処理を示すフローチャートである。図１０は、図８の始動開始処理を示すフローチャートである。
【０００９】
まず、４気筒の内燃機関に付いて説明する。内燃機関は、４個の気筒１を備え、各気筒の点火順序は第１気筒（以下、＃１と称す。）−第３気筒（以下、＃３と称す。）−第４気筒（以下、＃４と称す。）−第２気筒（以下、＃２と称す。）である直接噴射火花点火内燃機関である。４気筒内燃機関は、気筒１内をピストンリング２と共に気筒壁３に沿って上下に運動するピストン４と、ピストン４と気筒壁３に囲まれた燃焼室５と、ピストン４に接続されたクランク軸６とを備えている。気筒１内で上下動するピストン４の往復運動は、クランク軸６に伝達され、クランク軸６を回転させる。
【００１０】
さらに、内燃機関は、燃焼室５に連通した吸気マニフォールド７および排気マニフォールド８と、燃焼室５とそれぞれ吸気マニフォールド７および排気マニフォールド８との間を開閉する吸気弁９と排気弁１０と、吸気マニフォールド７内に挿間され、燃焼室５に入る燃焼空気を制御するスロットル弁１１と、吸気される空気を清浄化するエアクリーナ１２と、排気マニフォールド８内に突出された酸素センサ１３と、排気マニフォールド８から排出される排気の消音を行うマフラー１４とを備えている。
吸気弁９および排気弁１０を動かすカム軸１５は、図示しないタイミングベルト等の機械的伝達手段を介してクランク軸６と連結されており、クランク軸６が２回転する間に１回転する。カム軸１５はカム１６、１７が設けられ、吸気弁９および排気弁１０を開閉する。
【００１１】
さらに、内燃機関は、気筒１内に直接燃料を噴射するように取付けられた燃料噴射弁１８と、気筒１の上部に設けられている点火プラグ１９と、点火プラグ１９に充電するイグニッションコイル２０と、内燃機関を制御する電子エンジン制御器２１と備えている。電子エンジン制御器２１は、燃料噴射弁１８、点火プラグ１９およびイグニッションコイル２０を制御する基本動作制御手段２２を備えている。燃料噴射弁１８から噴射される燃料量、噴射タイミングおよび点火プラグ１９による点火時期は電子エンジン制御器２１で制御される。電子エンジン制御器２１へイグニッションスイッチ２３の信号が入力される。電子エンジン制御器２１から受けた信号に比例して燃料が燃焼室５に直接噴射される様になっている。燃料は、一端燃焼室５に入ると、点火プラグ１９により点火される。電子エンジン制御器２１は、一般的なマイクロ・コンピューターで構成されている。
【００１２】
次に、内燃機関の始動装置は、クランク角度検出器２４と、圧縮膨張識別器２５と、気筒１内に直接燃料を噴射するように取付けられた燃料噴射弁１８と、気筒１の上部に設けられている点火プラグ１９と、点火プラグ１９に充電するイグニッションコイル２０と、始動装置を制御する電子エンジン制御器２１と、各気筒間を連通する配管２６と、配管２６に対し各気筒間の連通状態を制御する弁２７（以下、連通制御弁と称す。）とを備える。ここで、クランク角度検出器２４、燃料噴射弁１８、点火プラグ１９およびイグニッションコイル２０は通常の内燃機関と兼用している。電子エンジン制御器２１は、行程識別手段２８と、連通制御弁２７を制御する連通状態制御手段２９と、基本動作制御手段２２とを備え、電子エンジン制御器２１のマイコンによって構成されている。
【００１３】
クランク角度検出器２４は、クランク軸６に取り付けられた信号板３０と、センサ３１とを備えている。信号板３０は、１０°ＣＡ（Ｃｒａｎｋ  Ａｎｇｌｅの略である。）毎に突起を備えている。突起のうち、＃２及び＃３における圧縮上死点前９５℃Ａ（以下、Ｂ９５℃Ａと称す。）に対応する位置は欠け歯となっている。センサ３１は、信号板３０の外側面に一定距離で離間して設けられている。センサ３１は、信号板３０の回転に伴って、信号板３０との隙間が変化することによりパルス状のクランク角位置信号（以下、ＳＧＴと称す。）が発生する。欠け歯を設けることにより、欠け歯の設けられたところを通過したとき発生するＳＧＴの周期が長くなる。例えば、前回ＳＧＴ周期ｔ（ｉ−１）と今回ＳＧＴ周期ｔ（ｉ）の比ｔ（ｉ）／ｔ（ｉ−１）を所定値ｋと比較することにより欠け歯位置を検出し、Ｂ８５°ＣＡの位置は特定できる。ｋの値としては、例えば１．５とすればよい。
【００１４】
圧縮膨張識別器２５は、カム軸１５に取り付けられた信号板３２と、センサ３３とを備えている。信号板３２は、＃１の圧縮上死点から＃４の圧縮上死点に対応する範囲の半径が＃４の圧縮上死点から＃１の圧縮上死点に対応する範囲の半径より大きくなっている。さらに、センサ３３は、信号板３２の外側面に一定距離で離間して設けられている。カム軸１５の回転に従って、センサ３３と信号板３２との間の隙間の大きさを検出して、ＨｉｇｈおよびＬｏｗの２値からなる圧縮膨張識別信号（以下、ＳＧＣと称す。）が発生する。ここでは、＃１の圧縮上死点から＃４の圧縮上死点までの間でＳＧＣがＨｉｇｈとなる。内燃機関の停止状態でも、センサ３３と信号板３２との間の隙間の大きさを検出することができる。
【００１５】
気筒の行程は、圧縮、膨張、排気および吸気の４つからなる。図５に示すように、気筒の行程は、ＳＧＴとＳＧＣの値との組合せを用いて識別することができる。例えば、ＳＧＴがＢ８５°ＣＡのときに、ＳＧＣのレベルがＨｉｇｈの場合、＃１は膨張、＃２は排気、＃３は圧縮、＃４は吸気行程にあると特定できる。
【００１６】
次に、停止時および始動時に使われるパラメータを説明する。図６の横軸は時間の経過である。但し、燃料噴射弁等の一部パラメータについては、停止時オフするため、停止時挙動の記載は省略している。
【００１７】
［ＳＧＣ］は、先に説明した圧縮膨張識別信号ＳＧＣであり、カム軸１５の回転に応じてレベルがＨｉｇｈとＬｏｗと変化する。また、［ＳＧＴ］は、先に説明したクランク角位置信号ＳＧＴであり、エンジン回転に応じて発生する。
【００１８】
［ｃｅｎｓｔ］は、エンジン停止を判断するためのカウンタである。クランク角位置信号ＳＧＴが入力毎に所定値（１５０）に設定され、１ｍｓｅｃの経過に従って１をカウントダウンしている。ＳＧＴの入力が一定期間無いと、［ｃｅｎｓｔ］の値が０になる。［ｃｅｎｓｔ］が０となった時、エンジンが停止したと判断する。
【００１９】
［Ｃ＿＿ＳＧＴ］は、クランク位置（角度）を判別するためのカウンタである。ＳＧＴ入力毎にカウントアップされ、欠け歯検出時のＢ８５°ＣＡで１にリセットされる。このカウントアップされた値を用いて、クランク位置が得られる。
【００２０】
［ＳＧＴ＿＿Ｐ］は、エンジン停止時のクランク位置を記憶しておくメモリである。［Ｃ＿＿ＳＧＴ］の内容を転送して記憶する。
【００２１】
次に始動時に使用するパラメータについて説明する。始動フラグは運転者によるイグニッションスイッチ２３の操作があった時、または電子エンジン制御器２１の指令により始動の要求があった時、０から１へ変化する。
【００２２】
［Ｆ＿＿ＳＴＡ］は、スターター・モーターを使用せずした始動（以下、スターター・モーター無し始動と称す。）が実施されたかの判定を行うためのフラグであり、スターター・モーター無し始動実施時、１にセットする。
【００２３】
［Ｃ＿＿ＳＴＡ］は、始動後のＳＧＴ検出回数（クランク軸回転角度）を得るためのもので、イグニッションスイッチ２３からの入力時、０にリセットされ、その後ＳＧＴ入力毎にカウントアップされるものである。
【００２４】
最後に、説明は省略しているが、各気筒における燃料噴射弁、点火コイル、連通制御弁の状態を示している。
【００２５】
図７乃至１０のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１の動作について説明する。
最初にエンジンを停止するときの処理を説明する。ステップ（以下、Ｓと称す。）１０１で、エンジンが停止状態であるかを判定するために、［ｃｅｎｓｔ］＝０を判断する。ＳＧＴが入力される毎に、［ｃｅｎｓｔ］は所定値１５０に設定し直され、その後、次にＳＧＴが入力されるまでの間、１ｍｓｅｃ毎に１を減算していく。そこで、エンジン回転速度が約１０ｒ／ｍｉｎ（欠け歯部では約２０ｒ／ｍｉｎ）以下となったとき、クランク角信号ＳＧＴの発生する間隔は１６０ｍｓｅｃ以上となり、ｃｅｎｓｔは減算されて０になる。そして、エンジンは停止状態にあると判断する。
【００２６】
エンジン停止状態である場合、Ｓ１０２で、今回初めてエンジン停止状態と判定した（前回［ｃｅｎｓｔ］≠０）か確認する。その結果、今回初めてエンジン停止状態と判定した場合には、エンジン停止時のクランク位置を記憶するために、［Ｃ＿＿ＳＧＴ］の値１９を［ＳＧＴ＿＿Ｐ］に格納してエンジン停止時の処理を完了する。
【００２７】
次にエンジン始動時の処理を説明する。Ｓ１５０で、０から１への始動フラッグの変化を検出する。始動フラグの変化が無いときは、Ｓ１５５へ進む。始動フラッグの変化を検出したとき、Ｓ１５１へ進む。
【００２８】
Ｓ１５１で、後述の特殊状態時にスターター・モーター無し始動処理がキャンセルできるように一旦［Ｃ＿ＳＴＡ］に２５５をセットし、Ｓ１５２へ進む。Ｓ１５２で、エンジンが停止しているか判定するために、［ｃｅｎｓｔ］が０であるかどうか判断する。エンジンの停止を検出したとき、Ｓ１５３へ進み、エンジンが回転しているとき、Ｓ１５５へ進む。Ｓ１５３で、行程識別処理（図９）を行い、続いて、Ｓ１５４で、始動開始処理（図１０）を実施する。
【００２９】
Ｓ１５３の行程識別処理は、図９に示すようにＳ２０１で、エンジンを停止する時、［ＳＧＴ＿＿Ｐ］に格納したエンジン停止時のクランク位置１９を行程識別手段２８で読み込み、［Ｃ＿＿ＳＧＴ］にセットする。Ｓ２０２で、ＳＧＣを検出し、Ｌｏｗが得られる。クランク位置とＳＧＣの情報から、各気筒は、膨張、圧縮または排気行程のうちどの行程に該当しているか行程識別手段２８で識別する。その結果、膨張行程気筒は＃２、圧縮行程気筒は＃１および排気行程気筒は＃４と識別出来る。Ｓ２０６で、［Ｃ＿＿ＳＴＡ］を０にクリアする。Ｓ２０７で、［Ｆ＿＿ＳＴＡ］を１にセットし、行程識別処理は完了する。
【００３０】
Ｓ２０６で、先にＳ１５１で最大値２５５に設定した［Ｃ＿＿ＳＴＡ］を０にクリアし、Ｓ２０７で、［Ｆ＿＿ＳＴＡ］を１にセットするので、［Ｃ＿＿ＳＴＡ］および［Ｆ＿＿ＳＴＡ］の値を判定することによりスターター・モーター無し始動が実施されたことは分かる。
【００３１】
Ｓ１５４の始動開始処理は、図１０に示すようにＳ３０１で、燃料噴射弁１８を所定時間駆動して膨張行程気筒＃２の燃焼室５へ燃料を噴射する。Ｓ３０２で、燃料噴射弁１８を所定時間駆動して圧縮行程気筒＃１の燃焼室５へ燃料を噴射する。噴射量は、各気筒の空気量を［Ｃ＿＿ＳＧＴ］から求め、例えば空燃比が１４．７または若干過濃となる比とすればよい。
【００３２】
Ｓ３０３で、膨張行程気筒＃２の点火コイル２０に通電を開始する。Ｓ３０４で、通電開始から所定時間の経過を判定し、Ｓ３０５で、膨張行程気筒＃２に対し点火プラグ１９で点火を行って、始動開始処理は完了する。通電所定時間は、点火を行うために必要な時間であると共に、噴射した燃料が気化するために必要な時間である。
【００３３】
膨張行程気筒＃２に対し点火を行い、燃料が燃焼するとエンジンは回転を始める。その結果、ＳＧＴが検出され、［Ｃ＿＿ＳＧＴ］及び［Ｃ＿＿ＳＴＡ］がカウントアップされる。もし何らかの理由で燃焼が行われない場合、ＳＧＴの検出は無いため、点火後所定時間経過後も［Ｃ＿＿ＳＴＡ］は０のままであるので、従来のようにスターター・モーターによる始動を行うことが必要である。
【００３４】
一方、エンジンが回転している場合は、特殊状態としてスターター・モーター無し始動は実施しない。本実施例には記載していないが、例えば従来のようにスターター・モーターによる始動を行うのが良い。この場合でも、Ｓ１５１５においてＣ＿＿ＳＴＡに２５５がセットされているため、Ｓ１５５以降でスターター・モーター無し始動の処理は行われない。
【００３５】
Ｓ１５５で、［Ｃ＿＿ＳＴＡ］が１であるかどうか判断して、エンジン回転後最初のＳＧＴを検出する。［Ｃ＿＿ＳＴＡ］が１の場合、Ｓ１５６へ進み、１でないときはＳ１５８へ進む。ステップ１５６で、最初の燃焼によりエンジンが回転を始めているので、２回目の燃焼を行うために、膨張行程気筒＃２の点火コイル２０に対して通電する。ステップ１５７で、次行程時の燃焼のために、圧縮行程気筒＃１の点火コイル２０に対して通電する。
【００３６】
この場合、始動後のＳＧＴ検出数が１を超えた時の他に、エンジンは回転を始めていないか、本実施例以外の方法での始動（例えば、スターター・モーターによる始動）が行われた時が考えられる。
【００３７】
次に、Ｓ１５８で、［Ｃ＿＿ＳＴＡ］＝４の時点を検出する。［Ｃ＿＿ＳＴＡ］＝４を検出した場合、Ｓ１５９へ進み、４でない場合、Ｓ１６０へ進む。Ｓ１５９で、膨張行程気筒＃２の連通制御弁２７を連通状態制御手段２９で開く。ステップ１６０で、排気行程気筒＃４の連通制御弁２７を連通状態制御手段２９で開き、膨張行程気筒＃２と排気行程気筒＃４とを連通する。この連通により膨張行程気筒＃２の燃焼ガスを排気行程気筒＃４に排出する。
【００３８】
膨張行程気筒＃２の燃焼ガスは排出されてしまうため、エンジンを回転させる力は無くなるが、図示しないフライホイールに回転力は蓄えられているため、エンジンは回転し続ける。また、膨張行程気筒＃２の圧力を低下させるため、後述の圧縮行程気筒から供給される混合気を導入することは可能となる。
【００３９】
次に、Ｓ１６１で、［Ｃ＿＿ＳＴＡ］＝５の時点を検出する。［Ｃ＿＿ＳＴＡ］＝５を検出した場合、Ｓ１６２へ進み、５でない場合、Ｓ１６４へ進む。Ｓ１６２で、排気行程気筒＃４の連通制御弁２７を連通状態制御手段２９で閉じる。Ｓ１６３で、圧縮行程気筒＃１の連通制御弁２７を連通状態制御手段２９で開き、圧縮行程気筒＃１と膨張行程気筒＃２とを連通する。この連通により圧縮行程気筒＃１で圧縮された混合気は膨張行程気筒＃２へ流入する。この結果、圧縮行程気筒＃１の圧縮抵抗が無くなり、かつ膨張行程気筒＃２に新鮮な空気は供給されるので、２回目の燃焼は可能となる。
【００４０】
次に、Ｓ１６４で、［Ｃ＿＿ＳＴＡ］＝６の時点を検出する。［Ｃ＿＿ＳＴＡ］＝６を検出した場合、Ｓ１６５へ進み、６でない場合、Ｓ１６８へ進む。ステップ１６５で、圧縮行程気筒＃１の連通制御弁２７を連通状態制御手段２９で閉じる。ステップ１６６で、膨張行程気筒＃２の連通制御弁２７を連通状態制御手段２９で閉じ、圧縮行程気筒＃１と膨張行程気筒＃２との連通を終了する。Ｓ１６７で、再び膨張行程気筒＃２に対し点火を行う。この結果、膨張行程気筒＃２における燃焼で、再びエンジンを回転させる力は発生するので、始動は可能となる。
【００４１】
Ｓ１６９で、［Ｃ＿＿ＳＴＡ］＝９であるかどうか判断する。［Ｃ＿＿ＳＴＡ］＝９を検出した場合、Ｓ１６９へ進み、９でない場合、処理を終了する。Ｓ１６９で、前回圧縮行程気筒＃１に対し点火を行う。この圧縮行程気筒＃１は、エンジンの回転によりすでに圧縮上死点を超え膨張行程となっており、混合気についても一部は膨張行程に供給しているが、幾らかは圧縮されているため、引き続きエンジンを回転させるためのトルクを発生することができ、始動は可能となる。
【００４２】
このような内燃機関の始動装置は、圧縮行程気筒の圧縮力を低下させると共に、圧縮行程気筒の圧縮空気を膨張行程気筒へ供給することで圧縮空気による始動トルクの増加が可能となる始動装置が得られ、始動性の向上が図られる。
【００４３】
また、膨張行程気筒の燃焼ガスの排気及び圧縮行程気筒の空気供給による更なる燃焼が可能となる始動装置が得られ、更に始動性の向上を図ることが出来る。
【００４４】
なお、実施の形態１では、［Ｃ＿＿ＳＴＡ］の値に基づき各制御を実施しているが、［Ｃ＿＿ＳＴＡ］の各判定値を始動時のＳＧＴ位置［ＳＧＴ＿＿Ｐ］、エンジン回転速度またはエンジン水温等に応じて変更してもよい。
【００４５】
また、何らかの理由でスターター・モーター無し始動が出来なかった場合、例えばスターター・モーター無し始動が実施されたことを示すフラグ［Ｆ＿＿ＳＴＡ］が１となってから所定時間経過後にエンジン始動が行われていない場合、何らかの原因でスターター・モーター無し始動がうまく行われなかったと判断し、従来通りスターター・モーターによる始動に切り替えてもよい。
【００４６】
また、連通制御弁は、燃料噴射弁に用いられるソレノイドバルブを大型化したものを用いたが、電磁力により駆動される吸気弁の形状のものでもよい。
【００４７】
また、始動開始処理において、圧縮行程気筒の燃焼室への燃料の噴射は、Ｓ１６５以降で点火コイルへの通電前に行っても良い。
【００４８】
また、予めＳ３０２で圧縮行程気筒の噴射を実施しているが、Ｓ１６５、Ｓ１６６以降の圧縮行程気筒及び膨張行程気筒の連通終了時に圧縮行程気筒の噴射を実施してもよい。その場合には、膨張行程気筒に圧縮空気を供給するため、膨張行程気筒に対する噴射も必要となるのは言うまでもない。
【００４９】
実施の形態２．
図１１は、この発明の実施の形態２の始動装置を備えた４気筒内燃機関のブロック図である。図１２は、図１１の始動装置の停止時及び始動時における各パラメータの挙動例を示したグラフである。図１３は、図１１の電子エンジン制御器で実行される始動装置の停止時の演算処理を示すフローチャートである。図１４は、図１１の電子エンジン制御器で実行される始動装置の始動時の演算処理を示すフローチャートである。図１５は、図１４の動作方向判定処理を示すフローチャートである。図１６は、図１４の始動開始処理を示すフローチャートである。
【００５０】
内燃機関の始動装置は、図１と排気弁および吸気弁の駆動手段が異なっている。図１１の排気弁および吸気弁は駆動手段である吸排気弁電磁駆動装置３４で開閉する。電磁力によって開閉制御するので、図１のようにカム軸で制御された場合と異なり、吸気弁および排気弁の開閉のタイミングは固定されない。そのため、気筒の行程は、ピストンの動作方向を判定し、同一動作方向と判定した２つの気筒の内、一方を所望の気筒を当該の行程であると選定する。
【００５１】
また、始動装置の電子エンジン制御器２１は、ピストン動作方向判定手段３５、行程設定手段３６、電磁装置制御手段３７および連通状態制御手段２９とを備えている。ピストン動作方向判定手段３５は、クランク角度検出器２４のクランク角信号を読込み、ピストン４の動作方向を判定する。行程設定手段３６は、ピストン動作判定手段３５で上昇下降と判定されたそれぞれ２個の気筒から４つの行程に設定する。電磁装置制御手段３７は、吸排気弁電磁駆動装置３４を制御する。信号板２３の具体的形状、欠け歯位置、クランク角位置信号ＳＧＴの発生方法及び欠け歯位置検出方法は実施の形態１と同様である。また、各気筒間を連通する配管２６と、連通制御弁２７についても実施の形態１と同様である。同様な部分の説明は省略する。
【００５２】
図１２に示すパラメータは、各気筒における吸気弁９、排気弁１０の状態を示す部分以外は、実施の形態１と同様である。吸気弁９及び排気弁１０については、エンジン停止状態で全吸気弁及び全排気弁を閉状態としている。また、燃料噴射弁等の一部パラメータについては、停止時ｏｆｆとするため、停止時挙動の記載は省略している。吸気弁９及び排気弁１０についても停止時は従来のエンジン同様のタイミングで駆動するため記載は省略している。
【００５３】
この発明の実施の形態２の動作について説明する。なお、エンジンを停止する動作は、Ｓ４０１〜Ｓ４０３に示されているが、図７のＳ１０１〜Ｓ１０３と同様である。
【００５４】
エンジン始動時の処理を説明するが、Ｓ４５０〜Ｓ４５２は図７のＳ１５０〜１５２と同様である。
【００５５】
Ｓ４５２でエンジンの停止を検出すると、Ｓ４５３でピストン動作方向判定処理（図１５）、Ｓ４５４で始動開始処理（図１６）を実施する。
一方、エンジンが回転している場合は、実施の形態１と同様、特殊状態としてスターター・モーター無し始動は実施しない。
【００５６】
Ｓ４５３のピストン動作方向判定処理は、図１５のＳ５０１で、エンジン停止時に［ＳＧＴ＿Ｐ］へ格納した１９を読み込み、エンジン停止時のクランク位置を［Ｃ＿ＳＧＴ］にセットする。Ｓ５０２で、ピストン下降過程にある気筒を識別する。下降している気筒のピストンは、膨張および吸気行程の気筒のピストンである。図５に示すように、［Ｃ＿ＳＧＴ］は１９がセットされているので、ピストンが下降している気筒は＃２および＃３と識別することはできる。Ｓ５０３で、ピストンが下降している気筒＃２および＃３のどちらかを任意に選び、ここでは＃２を膨張行程気筒に設定する。Ｓ５０４で、図５に示すように、＃１を圧縮行程気筒に設定する。Ｓ５０５で、同様に＃４を排気行程（圧縮空気供給）気筒に設定する。Ｓ５０６で、同様に＃３を吸気行程気筒に設定する。Ｓ５０７とＳ５０８は、図９のＳ２０６とＳ２０７と同様であり、Ｃ＿ＳＴＡを０にクリアし、Ｆ＿ＳＴＡを１にセットしてピストン動作方向判定処理は完了する。
【００５７】
図１３に戻って、Ｓ４５４で、最初の燃焼を行うため、始動開始処理を行う。始動開始処理は、図１６に示すＳ６０１で、燃料噴射弁１８を所定時間駆動して、膨張行程気筒＃２へ燃料を噴射する。［Ｃ＿ＳＧＴ］の値を用いて膨張行程気筒＃２の空気量を求め、その空気量と空熱比とから噴射量を求める。空燃比は１４．７または若干過濃にすればよい。
Ｓ６０２で、＃２の点火コイル２０に通電を開始する。Ｓ６０３で、圧縮行程気筒＃１の排気弁１０を開く。圧縮行程気筒＃１の排気弁１０を開くことで、圧縮行程気筒＃１の圧縮抵抗を低減する。Ｓ６０４で、吸気行程気筒＃３の吸気弁９を開く。Ｓ６０５で、＃２の点火コイル１９への通電開始後所定時間経過したことを判断する。通電所定時間は、点火を行うために必要な通電時間を確保すると共に、噴射した燃料が気化するために必要な時間とする。Ｓ６０６で、＃２の点火コイル２０の通電をオフし、点火を行い、最初の燃焼を行う。このようにして始動開始処理は終了する。
【００５８】
膨張行程気筒＃２に対し点火し燃焼を行うと、ＳＧＴは検出され、［Ｃ＿ＳＧＴ］及び［Ｃ＿ＳＴＡ］がカウントアップされる。
【００５９】
図１４に戻って、Ｓ４５５で、エンジン回転後最初のＳＧＴは検出され、［Ｃ＿ＳＴＡ］に１を加算されたかどうか判断する。［Ｃ＿ＳＴＡ］が１の場合、Ｓ４５６へ進む。Ｓ４５６で、最初の燃焼によりエンジンは回転を始めたので、次回以降の燃焼に備え、膨張行程気筒＃２の点火コイル２０に通電を開始する。Ｓ４５７で、圧縮行程気筒＃１の点火コイル２０に対しも通電を開始する。
【００６０】
次に、Ｓ４５８で、［Ｃ＿ＳＴＡ］が４までカウントアップされた時点を検出する。［Ｃ＿ＳＴＡ］で４が検出された場合、ステップ４５９へ進む。Ｓ４５９で、膨張行程気筒＃２の排気弁１０を開き、最初の燃焼の排気を排出する。
【００６１】
実施の形態１と同様、膨張行程気筒の圧力を低下させるため、後述の圧縮行程気筒から供給される混合気を導入することが可能となる。
【００６２】
Ｓ４６０で、カウントアップされて［Ｃ＿ＳＴＡ］が５になった時点を検出する。［Ｃ＿ＳＴＡ］で５が検出された場合、Ｓ４６１へ進む。Ｓ４６１で、膨張行程気筒＃２の排気弁１０を閉じる。ステップ４６２で、＃２の連通制御弁２７を開く。ステップ４６３で、排気行程気筒＃４の連通制御弁２７を開く。この連通により排気行程気筒＃４で圧縮された空気は膨張行程気筒＃２へ流入する。ステップ４６４で、流入する空気量に応じて燃料を供給するため、＃２の燃料噴射弁１８を所定時間駆動して、＃２へ燃料を噴射する。この噴射により、膨張行程気筒＃２は、＃４の圧縮空気及び燃料噴射弁１８から噴射された燃料が供給され、２回目の燃焼は準備される。
【００６３】
一方、Ｓ４６５で、圧縮行程気筒＃１の排気弁１０を閉じる。ステップ４６６で、燃料噴射弁１８を所定時間駆動して＃１へ燃料を噴射する。圧縮行程気筒＃１の空気量を［Ｃ＿ＳＧＴ］から求め、その空気量と空熱比とから噴射量を求める。空燃比は１４．７または若干過濃であればよい。
【００６４】
排気行程気筒の圧縮空気を膨張行程気筒へ供給することで、圧縮行程気筒の排気弁１０を閉じるタイミングに自由度が出来る。本実施の形態２では、排気行程気筒の圧縮空気供給と、圧縮行程気筒の排気弁を閉じるタイミングを同一としたが、燃焼トルク増加のため圧縮行程気筒の空気量を増加させる場合には、先に圧縮行程気筒の排気弁を閉じることも可能である。
【００６５】
Ｓ４６７で、カウントアップされて［Ｃ＿ＳＴＡ］が６になった時点を検出する。［Ｃ＿ＳＴＡ］で６が検出された場合、Ｓ４６８へ進む。Ｓ４６８で、膨張行程気筒＃２の連通制御弁２７を閉じる。Ｓ４６９で、排気行程気筒＃４の連通制御弁２７を閉じる。Ｓ４７０で、排気行程気筒＃４の排気弁１０を開く。Ｓ４７１で、膨張行程気筒＃２の点火コイル２０の通電をオフし、再び点火を行う。この結果、膨張行程気筒＃２による燃焼で、再びエンジンを回転させる力が発生し始動を可能とする。
【００６６】
Ｓ４７２で、カウントアップされて［Ｃ＿ＳＴＡ］が８になった時点を検出する。［Ｃ＿ＳＴＡ］で８が検出された場合、Ｓ４７３へ進む。Ｓ４７３で、膨張行程気筒＃２の排気弁１０を開く。Ｓ４７４で、排気行程気筒＃４の吸気弁９を開く。これらの弁操作より、通常の運転状態と同様、膨張行程気筒＃２の排気弁１０を開き排気行程へと移行し、また排気行程気筒＃４の吸気弁９を開き吸気行程へと移行する。
【００６７】
Ｓ４７５で、カウントアップされて［Ｃ＿ＳＴＡ］が９になった時点を検出する。［Ｃ＿ＳＴＡ］で９が検出された場合、Ｓ４７６へ進む。Ｓ４７６で、圧縮行程気筒であった＃１が、圧縮上死点近傍となるので、＃１の点火コイル２０の通電をオフし、点火を行う。この＃１は、エンジンの回転によりすでに圧縮上死点を超え膨張行程となっている。吸入空気については、一部は排気弁を開き排出しているが、幾らかは圧縮されているため、引き続きエンジンを回転させるためのトルクを発生することができ、始動は可能となる。Ｓ４７７で、今まで排気行程気筒であった＃４の排気弁１０を閉じる。Ｓ４７８で、今まで吸気行程気筒であった＃３の吸気弁９を閉じる。これらの弁操作により、通常の運転状態と同様、今まで排気行程気筒＃４は吸気行程に移行し、今まで吸気行程気筒＃３は圧縮行程に移行する。
【００６８】
以上の処理を行うことで、エンジンの始動が行われる。始動処理以降は、通常のエンジンにおける吸気弁及び排気弁の作動、噴射、点火の各処理と同等の処理を行えば良い。
【００６９】
このような内燃機関の始動装置は、電磁弁によって開閉制御するので、吸気弁および排気弁の開閉のタイミングは固定されない。そのため、気筒の行程は、ピストンの動作方向を判定し、同一動作方向と判定した２つの気筒の内、一方を所望の気筒を当該の行程であると選定すればよく、クランク角位置だけから行程が決められる。
【００７０】
また、排気行程気筒の圧縮空気を膨張行程気筒へ供給することで、圧縮行程気筒の排気弁を閉じるタイミングに自由度が出来る。
【００７１】
また、点火気筒の燃焼ガスの排気およびピストン上昇気筒の空気による更なる燃焼が可能となる始動装置が得られ、更に始動性の向上を図ることが出来る。
【００７２】
また、当該気筒は、十分な吸気が行われ、他のピストン下降過程気筒の燃焼によりエンジンが回転し当該気筒が膨張行程となった際の燃焼時により多くのトルクを発生させることが可能となり、エンジン回転をより速やかに上昇することが出来る。
【００７３】
また、当該気筒は、十分な吸気が行われ、他のピストン下降過程気筒の燃焼によりエンジンが回転し当該気筒が膨張行程となった際の燃焼時により多くのトルクを発生させることが可能となり、エンジン回転をより速やかに上昇することが出来る。
【００７４】
また、他の気筒との連通を行わないので、当気筒は連通した場合に比べ多くの圧縮空気が存在し、ピストン下降過程気筒の燃焼によりエンジンが回転し当気筒が膨張行程となった際の燃焼時により多くのトルクを発生させることが可能となり、エンジン回転をより速やかに上昇することが出来る。
【００７５】
この実施の形態２では、Ｃ＿ＳＴＡの値に基づき各制御を実施しているが、Ｃ＿ＳＴＡの各判定値を始動時のＳＧＴ位置（Ｃ＿ＳＧＴ）、エンジン回転速度、エンジン水温等に応じて変更すると良い。また実施の形態１と同様、スターター・モーター無し始動が実施されたことを示すフラグＦ＿ＳＴＡが１となってから所定時間経過後にエンジン始動が行われていない場合は、従来のようにスターター・モーターによる始動を行えば良い。
【００７６】
上述の実施の形態１および２において、クランク角位置信号をエンジン停止時に記憶する構成であるが、停止状態で位置検出が可能なセンサを用いるのも良い。
【００７７】
また、クランク角位置信号の基準位置は、欠け歯を用いて求めているが、これに限らず別途信号を備えても良く、角度についても、クランク角位置信号ＳＧＴを１０°ＣＡとしているが、例えば５°ＣＡなど任意の角度でも良い。
【００７８】
また、４気筒内燃機関について説明したが、この気筒数以外の内燃機関にも適用できる。
【００７９】
また、スターター・モーター無し始動を例としてあげたが、スターター・モーターによる始動時の補助動力として用いることもできる。この場合、スターター・モーターでの始動時に上記実施例を行えば、従来に比べ小型のスターター・モーターでの始動が可能となるほか、電源の消費量低減、スターター・モーターの耐久性向上などの効果がある。
【００８０】
【発明の効果】
この発明に係わる始動装置による効果は、複数の気筒を有し、各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁および気筒内で燃料に点火する点火プラグとを備えた内燃機関の始動装置において、各気筒間を連通する配管と、各気筒と配管との間の連通状態を制御する連通制御弁と、始動装置を制御する電子エンジン制御器と、内燃機関のクランク軸のクランク角位置を検出するクランク角度検出器と、各気筒の圧縮膨張を識別する圧縮膨張識別器とを備え、電子エンジン制御器は、クランク角位置と圧縮膨張情報から各気筒の行程を識別する行程識別手段と、連通制御弁を制御する連通状態制御手段とを備え、行程識別手段により識別された膨張行程気筒は、電子エンジン制御器により燃料を噴射点火し、連通状態制御手段により点火後排気行程気筒と所定期間連通し、さらにその後圧縮行程気筒と所定期間連通するので、圧縮行程気筒の圧縮力を低下させると共に、圧縮行程気筒の圧縮空気を膨張行程気筒へ供給することで圧縮空気による始動トルクの増加が可能となる始動装置が得られ、始動性の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の始動装置を備えた４気筒内燃機関のブロック図である。
【図２】図１の各気筒間を連通する配管と、配管に対し各気筒間の連通状態を制御する弁（以下、連通制御弁と称す。）とを示す配置図である。
【図３】図１のカム軸に取り付けられた圧縮膨張識別器の側面図である。
【図４】図１のクランク軸に取り付けられたクランク角度検出器の側面図である。
【図５】始動装置の停止時及び始動時における各パラメータの挙動を示すグラフである。
【図６】図１の気筒の行程とクランク角度及び気筒識別信号との関係図である。
【図７】図１の電子エンジン制御器で実行される始動装置の停止時の演算処理を示すフローチャートである。
【図８】図１の電子エンジン制御器で実行される始動装置の始動時の演算処理を示すフローチャートである。
【図９】図８の行程識別処理を示すフローチャートである。
【図１０】図８の始動開始処理を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態２の始動装置を備えた４気筒内燃機関のブロック図である。
【図１２】図１１の始動装置の停止時及び始動時における各パラメータの挙動例を示したグラフである。
【図１３】図１１の電子エンジン制御器で実行される始動装置の停止時の演算処理を示すフローチャートである。
【図１４】図１１の電子エンジン制御器で実行される始動装置の始動時の演算処理を示すフローチャートである。
【図１５】図１４の動作方向判定処理を示すフローチャートである。
【図１６】図１４の始動開始処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  気筒、２  ピストンリング、３  気筒壁、４  ピストン、５  燃焼室、６クランク軸、７  吸気マニフォールド、８  排気マニフォールド、９  吸気弁、１０  排気弁、１１  スロットル弁、１２  エアクリーナ、１３  酸素センサ、１４  マフラー、１５  カム軸、１６、１７  カム、１８  燃料噴射弁、１９点火プラグ、２０  イグニッションコイル、２１  電子エンジン制御器、２２基本動作制御手段、２３  イグニッションスイッチ、２４  クランク角度検出器、２５  圧縮膨張識別器、２６  配管、２７  連通制御弁、２８  行程識別手段、２９  連通状態制御手段、３０、３２  信号板、３１、３３  センサ、３４吸排気弁電磁駆動装置、３５  ピストン動作方向判定手段、３６  行程設定手段、３７  電磁装置制御手段。
【図１】
2004263611.tif 000003
【図２】
2004263611.tif 000004
【図３】
2004263611.tif 000005
【図４】
2004263611.tif 000006
【図５】
2004263611.tif 000007
【図６】
2004263611.tif 000008
【図７】
2004263611.tif 000009
【図８】
2004263611.tif 000010
【図９】
2004263611.tif 000011
【図１０】
2004263611.tif 000012
【図１１】
2004263611.tif 000013
【図１２】
2004263611.tif 000014
【図１３】
2004263611.tif 000015
【図１４】
2004263611.tif 000016
【図１５】
2004263611.tif 000017
【図１６】
2004263611.tif 000018