(57)【要約】【課題】複数の機関始動モードを有する内燃機関の始動を効率よく確実に行わせる始動制御装置を提供する。【解決手段】本発明の始動制御装置によると、昇圧始動モードにより機関始動を行うときには、通常始動モードにより機関始動を行うときと比べて、スタータ２２の駆動時間の上限を長く設定する。機関始動モードに応じてスタータ２２の駆動時間の上限を適切に調整することにより、昇圧始動モードにおいては機関始動を確実に行わせ、また通常始動モードにおいては機関始動が不能な状況でも短時間でクランキングを終了して、スタータ２２の駆動時間が長期化することを防止することができる。【選択図】        図１
2004190499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動操作がなされることにより駆動が開始されるスタータを備え、機関始動を行うモードとして、前記始動操作に伴って燃料噴射を開始する通常始動モードと、高圧燃料ポンプの動作を通じて昇圧される高圧燃料配管内の燃料圧力が所定圧力以上になったことを条件に燃料噴射を開始する昇圧始動モードとを有する内燃機関の始動制御装置において、
機関始動を行うモードを判定する判定手段と、
前記判定手段における判定結果に応じて前記スタータの駆動時間の上限を設定する設定手段と、
前記設定手段によって設定された前記スタータの駆動時間の上限に応じて前記スタータの駆動を制限する制限手段とを備え、
前記設定手段は、前記昇圧始動モードにより機関始動を行うときには、前記通常始動モードにより機関始動を行うときに比べて、前記スタータの駆動時間の上限を長く設定することを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項２】
前記スタータの駆動時間の上限を定めたマップを前記通常始動モードおよび前記昇圧始動モードごとに記憶する記憶手段をさらに備え、
前記設定手段は、前記判定手段における判定結果に応じて前記マップを選択して参照し、前記スタータの駆動時間の上限を設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項３】
始動操作がなされることにより駆動が開始されるスタータを備え、機関始動を行うモードとして、前記始動操作に伴って燃料噴射を開始する通常始動モードと、高圧燃料配管内の燃料圧力が所定圧力以上になったことを条件に燃料噴射を開始する昇圧始動モードとを有する内燃機関の始動制御方法であって、前記スタータの駆動時間の上限を定めたマップを通常始動モード用と昇圧始動モード用とに分けて保持し、機関始動を行うモードに応じて前記通常始動モード用マップまたは前記昇圧始動モード用マップのいずれかを選択的に参照することにより前記スタータの駆動時間の上限を設定し、設定された前記スタータの駆動時間の上限に応じて前記スタータの駆動を制限することを特徴とする内燃機関の始動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の始動制御装置および始動制御方法に関し、特に複数の機関始動モードを有する内燃機関の始動制御装置および始動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関の始動操作部を押しボタンスイッチ等とし、運転者が始動操作部をプッシュすることによりスタータの駆動を開始して、内燃機関を始動させる機能を備えた始動制御装置が提案されている。この始動制御装置として、運転者からの始動操作によりスタータの駆動を開始し、始動操作後のスタータを駆動保持する時間を調整して機関始動性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、内燃機関として、内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（以下、インジェクタという）を備えた、所謂、筒内噴射式内燃機関が実用化され、燃費および出力特性上のメリットから今後さらなる普及が期待されている。この形式の内燃機関では燃料を細かな霧状にするために、インジェクタから噴射する燃料に高い圧力が要求される。すなわち、噴射燃料を微粒化することにより、良好な燃焼状態を実現し、排気エミッションの悪化を抑制することができる。このため、筒内噴射式内燃機関では、燃料タンク内の燃料は、電動式の低圧燃料ポンプにより汲み上げられた後、機械式の高圧燃料ポンプにより加圧され、デリバリパイプ内へ圧送される。
【０００４】
しかしながら、機関始動時にはデリバリパイプ内の燃料圧力が低く、特に低圧始動時にはインジェクタから噴射される燃料の霧化が悪いため、排気エミッションが悪化する傾向がある。そこで、機関始動時にインジェクタから噴射する燃料の微粒化を促進すべく、デリバリパイプ内の燃料圧力を昇圧して機関始動（以下、「昇圧始動」ともいう）を行う技術が提案されている。つまり、高圧燃料ポンプの動作を通じて昇圧されるデリバリパイプ内の燃料圧力が所定圧力以上になったことを条件に燃料噴射を開始することが考えられている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２２１１３１号公報
【特許文献２】
特開平１１−２７０３８５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、機関始動モードとして、始動操作に伴って燃料噴射を開始する通常始動モードと、デリバリパイプ内の燃料圧力が所定圧力以上になったことを条件に燃料噴射を開始する昇圧始動モードとを有する内燃機関において、上述のごとき始動制御を適用した場合、以下の問題がある。すなわち、機関始動モードにかかわらずスタータの駆動時間の上限を通常始動モードに合わせて一意に設定すると、昇圧始動モードにより機関始動を行う場合には、燃料圧力が十分に昇圧される前にスタータの駆動が停止して、機関始動を確実に行うことができないおそれがある。そこで、スタータの駆動時間の上限を長くすることも考えられるが、通常始動モードにより機関始動がなされる場合に、機関始動が不能な状況では長時間にわたりクランキングを続けることとなり、スタータが破損するおそれがあるとともに、運転者に違和感を与える状況が発生する。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の機関始動モードを有する内燃機関の始動を効率よく確実に行わせる始動制御装置および始動制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するために、本発明の一つの態様は、始動操作がなされることにより駆動が開始されるスタータを備え、機関始動を行うモードとして、始動操作に伴って燃料噴射を開始する通常始動モードと、高圧燃料ポンプの動作を通じて昇圧される高圧燃料配管内の燃料圧力が所定圧力以上になったことを条件に燃料噴射を開始する昇圧始動モードとを有する内燃機関の始動制御装置において、機関始動を行うモードを判定する判定手段と、判定手段における判定結果に応じてスタータの駆動時間の上限を設定する設定手段と、設定手段によって設定されたスタータの駆動時間の上限に応じてスタータの駆動を制限する制限手段とを備え、設定手段は、昇圧始動モードにより機関始動を行うときには、通常始動モードにより機関始動を行うときに比べて、スタータの駆動時間の上限を長く設定する。判定手段、設定手段および制限手段の機能は、電子制御装置により実現されてもよい。
【０００９】
この態様の始動制御装置によると、機関始動モードごとにスタータの駆動時間の上限を定め、昇圧始動モードにおけるスタータの駆動時間の上限を通常始動モードにおける上限よりも長く設定することにより、昇圧始動モードにおいては機関始動を確実に行わせ、また通常始動モードにおいては機関始動が不能な状況でも短時間でクランキングを終了して、スタータの駆動時間が長期化することを防止することができる。
【００１０】
この態様の始動制御装置は、スタータの駆動時間の上限を定めたマップを通常始動モードおよび昇圧始動モードごとに記憶する記憶手段をさらに備え、設定手段は、判定手段における判定結果に応じてマップを選択して参照し、スタータの駆動時間の上限を設定してもよい。このマップは、スタータの駆動時間と水温との関係を表現したものであってよい。機関始動モードごとにマップを用意することにより、スタータの駆動時間の上限を適切に設定することが可能となる。
【００１１】
本発明の別の態様は、始動操作がなされることにより駆動が開始されるスタータを備え、機関始動を行うモードとして、始動操作に伴って燃料噴射を開始する通常始動モードと、高圧燃料配管内の燃料圧力が所定圧力以上になったことを条件に燃料噴射を開始する昇圧始動モードとを有する内燃機関の始動制御方法に関する。この始動制御方法では、スタータの駆動時間の上限を定めたマップを通常始動モード用と昇圧始動モード用とに分けて保持し、機関始動を行うモードに応じて通常始動モード用マップまたは昇圧始動モード用マップのいずれかを選択的に参照することによりスタータの駆動時間の上限を設定し、設定されたスタータの駆動時間の上限に応じてスタータの駆動を制限する。機関始動モードに応じたマップを用いることにより、スタータの駆動時間の上限を適切に設定することが可能となる。
以上の各構成をシステムまたはプログラムとして表現したものも、本発明として有効である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関１の概略構成を示す。内燃機関１は、機関本体１５および燃料供給装置４０を備える。この実施の形態において機関本体１５は第１気筒１６ａ、第２気筒１６ｂ、第３気筒１６ｃおよび第４気筒１６ｄ（以下、適宜「気筒１６」と総称する）を有するが、これは本発明を限定するものではない。燃料供給装置４０は、低圧燃料ポンプ３により汲み上げた燃料を高圧燃料ポンプ９により加圧してデリバリパイプ１３内に圧送し、高圧燃料を第１インジェクタ１４ａ、第２インジェクタ１４ｂ、第３インジェクタ１４ｃおよび第４インジェクタ１４ｄ（以下、適宜「インジェクタ１４」と総称する）からそれぞれ対応する気筒１６内に直接噴射する。以降、低圧燃料ポンプ３から高圧燃料ポンプ９までの燃料経路を「低圧燃料配管」と、高圧燃料ポンプ９からインジェクタ１４までの燃料経路を「高圧燃料配管」と呼ぶ。高圧燃料ポンプ９による圧送タイミングやインジェクタ１４による噴射タイミングなどは、電子制御装置（以下、ＥＣＵと表記する）３０により制御される。
【００１３】
ＥＣＵ３０は、図示のごとく単一の構成として存在してもよいが、各構成の制御にそれぞれ特化した複数のサブＥＣＵと、複数のサブＥＣＵを統括管理するメインＥＣＵとして存在してもよい。以下では制御機能を実現する構成を、統一的にＥＣＵ３０として表現する。ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えて構成される。本実施の形態において、ＥＣＵ３０などの構成は、内燃機関１の始動制御を行う始動制御装置として機能する。
【００１４】
ユーザによりスタータスイッチ２０がオンされると、ＥＣＵ３０が内燃機関１の始動操作を検知し、スタータ２２および低圧燃料ポンプ３に駆動指示を出す。ここで、スタータスイッチ２０は押しボタンタイプを想定しているが、キー差込タイプ、携帯式の無線認証タイプなど、その形式は問わない。燃圧センサ１７は高圧燃料配管内の燃料圧力、具体的にはデリバリパイプ１３内の燃料圧力を検出し、その検出結果をＥＣＵ３０に伝達する。また、温度センサ２１が、内燃機関１の冷却水の温度を検出し、その検出結果をＥＣＵ３０に伝達する。本実施の形態における内燃機関１は、始動操作に伴って燃料噴射を開始する通常始動モードと、高圧燃料ポンプ９の動作を通じて昇圧される高圧燃料配管内の燃料圧力が所定圧力以上になったことを条件に燃料噴射を開始する昇圧始動モードとを有する。ＥＣＵ３０は、燃料圧力および冷却水温度に基づいて機関始動モードを判定し、すなわち通常始動モードまたは昇圧始動モードのいずれかを選択する。通常始動モードおよび昇圧始動モードに特徴的な各構成の動作については後述する。
【００１５】
低圧燃料ポンプ３はバッテリにより駆動される電動式で、燃料タンク２内の燃料を汲み上げ、その吐出ポートから低圧燃料配管にフィードする。この吐出ポートはプレッシャレギュレータ４に接続されており、汲み上げられた燃料の圧力は、このプレッシャレギュレータ４により所定のフィード圧に調整される。燃料圧力がフィード圧を超えると、プレッシャレギュレータ４は低圧燃料ポンプ３からフィードされた燃料を燃料タンク２に還流することにより、低圧燃料配管中の燃料圧力を一定に保つ。フィード圧は例えば０．４ＭＰａに設定されている。フィルタ５は燃料から異物を除去し、パルセーションダンパ６は燃料脈動を低減する。汲み上げられた燃料は、低圧燃料配管である吸入管７を通って高圧燃料ポンプ９に供給される。
【００１６】
高圧燃料ポンプ９は機械式で、電磁弁８の制御を通じて高圧燃料配管であるデリバリパイプ１３内の燃料圧力を例えば１２ＭＰａの目標圧力に昇圧する。高圧燃料ポンプ９による１回の昇圧量は例えば２ＭＰａである。高圧燃料ポンプ９のプランジャ９ａは、カムシャフト１０に設けられたポンプカム１０ａの回転に同期してポンプのシリンダ内を摺動する。ポンプ室９ｂの容積はプランジャ９ａの動きにより変化する。プランジャ９ａはバネ９ｃによりポンプ室９ｂの容積を増やす方向に付勢されている。高圧燃料ポンプ９による燃料の吐出行程においては、ポンプカム１０ａがプランジャ９ａをポンプ室９ｂの容積を減らす方向に摺動させ、燃料の吸入行程においては、逆にポンプ室９ｂの容積を増やす方向にバネ９ｃがプランジャ９ａを摺動させる。高圧燃料ポンプ９は、ポンプカム１０ａが１回転する間に２回の吸入行程および吐出行程を迎える。カムシャフト１０とクランクシャフトは減速ギア等を介して連結され、クランクシャフトが２回転すると、カムシャフト１０が１回転するように構成される。したがって、燃料の吐出は、４気筒のうち２気筒の燃料噴射が行われるたびに実行される。
【００１７】
電磁弁８は、ＥＣＵ３０からの開閉指示に基づき弁部品８ｃを駆動して、高圧燃料ポンプ９の吸入側開口部９ｄを開閉する。弁部品８ｃはバネ８ａにより吸入側開口部９ｄを開く方向に付勢されている。電磁弁８は、高圧燃料ポンプ９の吸入行程において電磁ソレノイド８ｂを消磁することによりバネ８ａの付勢力で開弁され、吐出行程において電磁ソレノイド８ｂを励磁することにより閉弁される。それにより、吸入行程中には、高圧燃料ポンプ９のポンプ室９ｂ内に低圧燃料ポンプ３から供給される燃料が吸入され、吐出行程中には、ポンプ室９ｂ内の燃料が加圧されて高圧燃料配管に圧送される。ポンプ室９ｂの吐出側開口部９ｅにはチェックバルブ１１が設けられており、燃料の流れをポンプ室９ｂから高圧燃料配管の方向に制限する。
【００１８】
高圧燃料配管において、加圧された燃料が、吐出管１２を介してデリバリパイプ１３に供給される。デリバリパイプ１３は、１回の燃料噴射によってその燃料圧力が急降下しないよう十分な容積を有し、かつ２回の燃料噴射による降圧分が高圧燃料ポンプ９の１回の吐出量で補えるよう配慮されている。
【００１９】
インジェクタ１４は、ＥＣＵ３０からの噴射指示を受け、所期のタイミングで必要量の燃料を噴射する。気筒１６には点火機構が設けられ、ＥＣＵ３０からの指示に基づいて駆動される。ＥＣＵ３０はデリバリパイプ１３内の燃料圧力が目標圧力となるように電磁弁８をフィードバック制御する。なお見やすさのため、図中ＥＣＵ３０からインジェクタ１４への制御を示す破線を一部省略している。
【００２０】
戻し管１９にはリリーフバルブ１８が設けられる。リリーフバルブ１８は、デリバリパイプ１３内の燃料圧力が例えば１５ＭＰａを超えると開弁して燃料を燃料タンク２に戻し、デリバリパイプ１３内の燃料圧力の高圧側リミッタとして作用する。
【００２１】
本実施の形態における内燃機関１は、通常始動モードにおいては、電磁弁８を開弁して高圧燃料ポンプ９を作動させず、低圧燃料ポンプ３によりデリバリパイプ１３内の燃料圧力がフィード圧に保たれる。高圧燃料ポンプ９の１回の圧送により吐出可能な燃料量がインジェクタ１４からの２回分の噴射量を超えるようになると、高圧燃料ポンプ９を作動させる。一方、昇圧始動モードにおいては、インジェクタ１４からの燃料噴射を停止した状態で、高圧燃料ポンプ９を作動させる。
【００２２】
本実施の形態におけるＥＣＵ３０は、スタータ２２の駆動時間の上限を、昇圧始動モードと通常始動モードの機関始動モードごとに用意する。スタータ２２の駆動時間の上限を「ホールド時間」と呼び、これは、スタータ２２の駆動を許可する最長時間に相当する。
【００２３】
図２は、通常始動用ホールド時間マップと昇圧始動用ホールド時間マップを示す。ホールド時間マップは、ホールド時間を冷却水温度との関係で表現し、機関始動モードごとに、ＥＣＵ３０の記憶手段であるＲＯＭに記憶されている。通常始動用ホールド時間マップは、通常始動時におけるスタータ２２の駆動時間の上限を設定し、昇圧始動用ホールド時間マップは、昇圧始動時におけるスタータ２２の駆動時間の上限を設定する。昇圧始動モードは、冷却水が所定の温度範囲にあるときに実行されるため、昇圧始動用ホールド時間マップは、その温度範囲を少なくとも含んで構成されていればよい。
【００２４】
昇圧始動用ホールド時間は、実験などにより求めた昇圧始動時の実際の機関始動時間を基準として設定され、通常始動用ホールド時間よりも長く設定される。一方、昇圧始動用ホールド時間をあまりに長く設定すると、点火機構における点火プラグが外れている場合など機関始動ができない状況でも長時間にわたりクランキングを続けることになる。これは、バッテリを浪費することとなり、またスタータ２２が破損するおそれもあるため好ましくない。そのため、昇圧始動時の機関始動時間も配慮して、昇圧始動用ホールド時間は、通常始動用ホールド時間よりも数秒程度の範囲内で長く設定されることが好ましい。この例では、通常始動用ホールド時間が水温にかかわらず２秒に設定され、昇圧始動用ホールド時間が１５℃以下の温度範囲で通常始動用ホールド時間よりも若干長めに設定されている。昇圧始動用ホールド時間は、低温ほど長めに設定されることが好ましい。なお、この例で通常始動用ホールド時間は２秒に設定されているが、別の例では低温ほど長めに設定されてもよい。
【００２５】
通常始動モードと昇圧始動モードとで、スタータ２２の駆動時間の上限を定めたホールド時間マップを使い分けることにより、各モードにおいて適切な始動制御を実現することが可能となる。
【００２６】
図３は、本実施の形態に係るＥＣＵ３０による始動制御のフローチャートを示す。まず、ユーザによりスタータスイッチ２０がオンされると、ＥＣＵ３０はそれを検知し（Ｓ１０のＹ）、スタータ２２を駆動する（Ｓ１２）。同時に、ＥＣＵ３０は、燃圧センサ１７および温度センサ２１の検出結果をもとに、昇圧始動モードにより機関始動を行うか否かを判定し、昇圧始動フラグを設定する（Ｓ１４）。例えば、スタータ駆動時における高圧燃料配管内の燃料圧力が所定圧力、例えば１２ＭＰａ以上であれば、昇圧始動の必要なしと判定して、昇圧始動フラグをオフに設定する。また、冷却水温度が所定温度、例えば０℃以上であれば、昇圧始動の必要なしと判定して、昇圧始動フラグをオフに設定する。逆に燃料圧力が所定圧力より低く、且つ冷却水温度が所定温度より低い場合には、昇圧始動フラグをオンに設定する。なお、スタータスイッチ２０がオフからオンにされるとき以外の状況下では（Ｓ１０のＮ）、Ｓ１２以降の始動制御フローを実行しない。
【００２７】
ＥＣＵ３０は、設定した昇圧始動フラグを参照し（Ｓ１６）、昇圧始動フラグがオンであれば（Ｓ１６のＹ）、ＲＯＭから昇圧始動用ホールド時間マップを読み出し（Ｓ１８）、オフであれば（Ｓ１６のＮ）、通常始動用ホールド時間マップを読み出す（Ｓ２０）。ＥＣＵ３０は、冷却水温度をもとに、ホールド時間マップからホールド時間を決定する（Ｓ２４）。同じ冷却水温度で比較すると、昇圧始動モードにおけるホールド時間の方が、通常始動モードにおけるホールド時間よりも長くなる。なお、このフローではスタータ２２を駆動してから（Ｓ１２）、ホールド時間の決定（Ｓ２４）を行っているが、別の例ではホールド時間の決定後、スタータ２２を駆動してもよい。
【００２８】
スタータ２２の駆動後、ＥＣＵ３０は、機関始動がなされたか否かを判定する（Ｓ２６）。予め機関始動の判定条件を定めておき、ＥＣＵ３０は、この判定条件をもとに機関が始動したか否かを判定する。例えば、機関回転数が所定の回転数に到達したことや、所定の回転数を所定時間維持したことなどを、機関始動の判定条件として設定してもよい。
【００２９】
機関始動が判定されると（Ｓ２６のＹ）、ＥＣＵ３０は、ホールド時間の経過前に、スタータ２２を停止する（Ｓ３０）。一方、機関始動が判定されない場合は（Ｓ２６のＮ）、スタータ２２の駆動からホールド時間が経過したか否かを判定する（Ｓ２８）。ホールド時間の経過前であれば（Ｓ２８のＮ）、Ｓ２６のステップに戻り、経過した場合には（Ｓ２８のＹ）、スタータ２２を停止して（Ｓ３０）、本フローを終了する。
【００３０】
本実施の形態の始動制御によると、通常始動モードにおけるホールド時間と比較して、昇圧始動モードにおけるホールド時間を長く設定するため、昇圧始動時の機関始動を確実に行わせることができる。また一方では、昇圧始動モードにおけるホールド時間と比較して、通常始動モードにおけるホールド時間を短く設定するため、機関始動が不能な状況でも短時間でクランキングを終了して、スタータ２２の駆動時間が長期化することを防止することができる。
【００３１】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。なお本発明はこの実施の形態に限定されることなく、そのさまざまな変形例もまた、本発明の態様として有効である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によると、機関始動モードごとにスタータの駆動時間の上限を設定可能とすることにより、内燃機関の好適な始動制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】通常始動用ホールド時間マップと昇圧始動用ホールド時間マップを示す図である。
【図３】実施の形態に係るＥＣＵによる始動制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１・・・内燃機関、２・・・燃料タンク、３・・・低圧燃料ポンプ、８・・・電磁弁、９・・・高圧燃料ポンプ、１１・・・チェックバルブ、１３・・・デリバリパイプ、１４・・・インジェクタ、１５・・・機関本体、１６・・・気筒、１７・・・燃圧センサ、２０・・・スタータスイッチ、２１・・・温度センサ、２２・・・スタータ、３０・・・ＥＣＵ、４０・・・燃料供給装置。
【図１】
2004190499.tif 000003
【図２】
2004190499.tif 000004
【図３】
2004190499.tif 000005