JP2004124753A

JP2004124753A - Engine starter

Info

Publication number: JP2004124753A
Application number: JP2002287471A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kuroki; 黒木　雅之; Masayuki Tetsuno; 鐵野　雅之; Kiyotaka Mamiya; 間宮　清孝; Junichi Taga; 田賀　淳一; Keiji Araki; 荒木　啓二
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP3852389B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To remarkably improve starting ability by effectively performing combustion in a compression stroke cylinder and an expansion stroke cylinder when re-starting an engine after the engine is automatically stopped. <P>SOLUTION: This engine starter is provided with a control means (ECU) 30 for controlling the engine for re-start, and this control means 30 carries out the first combustion in relation to the compression stroke cylinder to push a piston down when the engine is stopped, and raises the cylinder-inside pressure by raising the piston of the cylinder in an expansion stroke, and injects the fuel to the expansion stroke cylinder to perform ignition and combustion. The control means 30 controls so that the air for combustion exits inside the compression stroke cylinder after the first combustion, and that the fuel is supplied into the corresponding cylinder after the first combustion, and that the second combustion is performed in the corresponding cylinder when the corresponding cylinder is changed to raise the piston after the first combustion and exceeds the compression top dead center. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費低減およびＣＯ_２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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。
【０００６】
【特許文献１】
国際公開第０１／３８７２６号パンフレット
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に示された始動装置によると、エンジン停止時の圧縮行程気筒では、初回燃焼により少しだけエンジンが逆回転してピストンが押し下げられてから、上記膨張行程気筒での燃焼に伴うエンジンの正転によりピストンが上昇し、圧縮上死点を経て膨張行程へ移行するが、上記初回燃焼で空気が使われていて、圧縮上死点付近の本来の着火、燃焼の時期に燃焼に必要な空気が筒内に存在しないため、当該気筒の当該時期の燃焼が行われない。従って、上記膨張行程気筒での燃焼が行われてから、別の気筒で次の着火、燃焼が行われるまでの間隔が長くなり、その間にエンジン回転速度が低下し、始動性を悪化させるおそれがあった。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑み、エンジン停止時の圧縮行程気筒で初回燃焼を行わせて少しだけエンジンを逆回転させてから膨張行程気筒で燃焼を行わせるようにすることでその燃焼エネルギーを増大させるようにし、しかも、上記初回燃焼を行わせた上記圧縮行程気筒が圧縮行程上死点を経て膨張行程に移行するときにも着火、燃焼を行わせることができるようにして、上記膨張行程気筒での燃焼から次の燃焼までの間隔が長くなることを避け、これによって始動性を大幅に向上す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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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とともに、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、エンジンを始動させる４サイクル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おける初回燃焼後の筒内に燃焼用空気を存在させ、かつ、初回燃焼後に当該気筒内に燃料を供給して、当該気筒が初回燃焼後に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の２回目の燃焼を行わせるように制御する制御手段を設けたものである。
【００１０】
この構成によると、エンジン始動時に、先ず上記圧縮行程気筒において初回燃焼が行われ、これによりエンジンが逆転方向に駆動されて膨張行程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、この状態で膨張行程気筒内の燃料が燃焼されることによりその燃焼圧が有効にピストンに作用してエンジンが正転方向に駆動される。さらに、圧縮行程気筒における初回燃焼後の筒内に燃焼用空気が存在するため、燃料の供給により圧縮行程気筒の上死点付近で当該気筒における２回目の燃焼が可能となり、これによりエンジン正転方向の駆動トルクが高められ、始動性が高められる。
【００１１】
本発明において、上記制御手段は、エンジン停止時の圧縮行程気筒における初回燃焼時の燃焼空燃比が理論空燃比よりもリーンとなるように燃料噴射量を調整するものであることが好ましい。このようにすれば、上記初回燃焼後の圧縮行程気筒内に有効に燃焼用空気が残存することとなる。
【００１２】
上記制御手段は、エンジン停止時の圧縮行程気筒における初回燃焼後の燃焼室内に空気を導入させるようになっていてもよい。このようにするための具体的な例としては、エンジン停止時の圧縮行程気筒において初回燃焼によりピストンが押し下げられたときに吸気弁が開いて既燃焼ガスと吸気ポート内の空気が交換されるように、当該気筒に対する吸気弁閉時期を吸気下死点よりも所定クランク角だけ圧縮行程に入り込んだ遅閉じとする。
【００１３】
このようにしても、上記初回燃焼後の圧縮行程気筒内に燃焼用空気が存在する状態となる。
【００１４】
また、本発明において、エンジン停止時の膨張行程気筒のピストン停止位置を検出するピストン位置検出手段を設け、上記制御手段は、このピストン位置検出手段による検出に基づき、上記膨張行程気筒のピストン停止位置が上死点寄りにある場合はエンジン停止時の圧縮行程気筒における上記２回目の燃焼を実行させ、それ以外の場合はエンジン停止時の圧縮行程気筒における上記２回目の燃焼を中止させるようにすることが好ましい。
【００１５】
このようにすれば、上記膨張行程気筒のピストン停止位置が上死点寄りにある場合、当該気筒のピストン停止位置が下死点寄りにある場合と比べ、当該気筒内の空気量が少ないため燃焼時の発生トルクが小さくなるが、上記圧縮行程気筒ではピストン停止位置が下死点寄りになって筒内空気量が多いため、初回燃焼時の空燃比をリーンとして上記２回目の燃焼を効果的に行わせることによりエンジン正転方向のトルクを高めることができ、始動性を高めることができる。
【００１６】
また、本発明において、エンジン停止時の膨張行程気筒のピストン停止位置を検出するピストン位置検出手段を設け、上記制御手段は、このピストン位置検出手段による検出に基づき、上記膨張行程気筒のピストン停止位置が下死点寄りにある場合はエンジン停止時の圧縮行程気筒における上記２回目の燃焼を中止させ、それ以外の場合はエンジン停止時の圧縮行程気筒における上記２回目の燃焼を実行させるようにすることが好ましい。
【００１７】
このようにすれば、上記膨張行程気筒のピストン停止位置が下死点寄りにある場合、当該気筒内の空気量が多いため当該気筒での燃焼時の発生トルクが大きくなり、圧縮行程気筒での上記２回目の燃焼を中止しても、充分にエンジンの始動を達成することができる。
【００１８】
なお、上記制御手段は、エンジン停止時の圧縮行程気筒における上記２回目の燃焼を中止させる場合に、当該気筒の初回燃焼時の燃焼空燃比が略理論空燃比もしくはそれよりリッチとなるように燃料噴射量を制御するようになっていれば、上記初回燃焼によるエンジン逆転のためのトルクがより多く確保される。
【００１９】
また、上記制御手段は、エンジン停止時の圧縮行程気筒における上記初回燃焼と上記２回目の燃焼とに供せられる総燃料噴射量と総空気量とから求められる総合的空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定し、さらに、上記総合的空燃比を、上記２回目の燃焼を圧縮自己着火可能とする範囲内でよりリッチ側に設定することが好ましい、このようにすると、エンジン正転方向のトルクが稼がれるとともに、上記２回目の燃焼の際の圧縮自己着火が良好に行われる。すなわち、上記初回燃焼により圧縮気筒内の温度が上昇するために上記２回目の燃焼は圧縮自己着火により行われるが、その自己着火のタイミングが早すぎると逆トルクが生じて始動性を悪化させるため、空燃比のリッチ化による気化潜熱等により過早自己着火の抑制が図られる。
【００２０】
このようにする場合に、始動時のエンジン温度が低いときには、高温度と比べると圧縮自己着火のタイミングが遅くなる傾向があって、過早自己着火の抑制のための空燃比リッチ化の必要性が低くなるので、上記総合的空燃比をリーン側に補正すればよい。
【００２１】
また、本発明において、圧縮行程気筒における上記２回目の燃焼の際の圧縮自己着火のタイミングは、燃料の噴射タイミングによっても調整できる。つまり、エンジン停止時の圧縮行程気筒における上記２回目の燃焼に供せられる燃料の噴射タイミングを、当該気筒の圧縮上死点付近で圧縮自己着火が行われるように調整することもできる。
【００２２】
【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説明する。
【００２３】
図１及び図２は本発明の一実施形態による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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。上記吸気通路１５には、吸入空気量を調節するスロットル弁が設けられ、当実施形態では、吸入空気量の制御の応答性を高めるため、吸気ポート９に近い分岐吸気通路１５ａにスロットル弁１７が設けられている。すなわち、吸気通路１５は、サージタンク１５ｂの下流に気筒別の分岐吸気通路１５ａを有し、各分岐吸気通路１５ａの下流端が各気筒の吸気ポート９に連通するが、その各分岐吸気通路１５ａの下流端近傍に、各分岐吸気通路１５ａを同時に絞り調節する多連型のロータリバルブからなるスロットル弁１７が配設されている。このスロットル弁１７はアクチュエータ１８により駆動されるようになっている。
【００２８】
上記吸気通路１５におけるサージタンク１５ｂの上流の共通吸気通路１５ｃには、吸入空気量を検出するエアフローセンサ２０が設けられている。また、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。
【００２９】
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、さらにスロットル弁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する。
【００３０】
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にある場合は、先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。
【００３１】
なお、当実施形態では、上述のように圧縮行程気筒での初回燃焼、膨張行程気筒での燃焼、圧縮行程気筒での再燃焼を順次行わせる第１再始動制御モードと、圧縮行程気筒での初回燃焼及び膨張行程気筒での燃焼は行わせるが圧縮行程気筒での再燃焼を行わせない第２再始動制御モードと、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３再始動制御モードとを、ピストンの停止位置に応じて選択的に実行するようになっている。
【００３２】
上記ＥＣＵ３０によるエンジン停止及び再始動の制御を、図３〜図６に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００３３】
図３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、先ずステップ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。
【００３４】
アイドルストップ条件が成立したときは、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）、次いでいったんスロットル弁１７を所定開度に開き（ステップＳ３）、それからエンジン回転数が所定回転数以下となるまでこの状態を保ち（ステップＳ４）、所定回転数以下となればスロットル弁１７を閉じる（ステップＳ５）。
【００３５】
続いて、ステップＳ６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４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Ｓ７で上記停止位置が所定範囲内にあるか否かを判定する。この場合に、膨張行程気筒において図８中に斜線を付して示した範囲Ａ（範囲Ａ１及びＡ２）、つまり、膨張行程中期に相当する範囲を所定範囲とする。そして、この所定範囲内にあるときは、さらにステップＳ８で、膨張行程気筒が所定位置よりＴＤＣ寄りにあるか否かを判定し、つまり、図８中の範囲Ａ内でその中間位置よりＴＤＣ寄りの範囲Ａ１にあるか否かを判定する。
【００３６】
上記ステップＳ７，Ｓ８の判定に基づき、上記停止位置が所定範囲内であって、膨張行程気筒所定位置よりＴＤＣ寄り（範囲Ａ１）にある場合は、第１再始動制御モードである再燃焼ありのルーチン（Ｒ１）を実行し、上記停止位置が所定範囲内であって、膨張行程気筒所定位置よりＢＤＣ寄り（範囲Ａ２）にある場合は、第２再始動制御モードである再燃焼なしのルーチン（Ｒ２）を実行する。また、上記停止位置が所定範囲（範囲Ａ）内にない場合は、第３再始動制御モードであるモータアシストのルーチン（Ｒ３）を実行する。
【００３７】
図４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７（ａ）のようになるか、それとも図７（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Ｓ１１）。
【００３８】
すなわち、エンジンの正転時には、図７（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７（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Ｓ１１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Ｓ１２）、ステップＳ１１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Ｓ１３）。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。
【００３９】
図５は図３のフローチャート中のステップＳ８での判定がＹＥＳのときに実行される第１再始動制御モード（再燃焼あり）のルーチンを示しており、ＥＣＵ３０は、このルーチンにおいて先ずステップＳ１０１で、所定のエンジン再始動条件が成立したか否かを判定し、エンジン再始動条件が成立していなければ待機する。
【００４０】
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Ｓ１０１の判定がＹＥＳのとき）には、ステップＳ１０２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。
【００４１】
続いて、ステップＳ１０３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回目用空燃比となるように燃料を噴射するとともに、ステップＳ１０４で、算出され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。この場合、圧縮行程気筒１回目用空燃比及び膨張行程気筒用空燃比はピストンの停止位置に応じてマップＭ１，Ｍ２から求められる。圧縮行程気筒１回目用空燃比は理論空燃比よりもリーンな空燃比となり、膨張行程気筒用空燃比は略理論空燃比もしくはそれより多少リッチな空燃比となるように、予め上記各マップＭ１，Ｍ２が設定されている。
【００４２】
次にステップＳ１０５で、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。そしてステップＳ１０６で、点火してから一定時間内にクランク角センサのエッジ（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Ｓ１０７）。
【００４３】
クランク角センサのエッジが検出されたとき（ステップＳ１０６の判定がＹＥＳのとき）は、ステップＳ１０８で、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。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。
【００４４】
さらに、ステップＳ１０９で、所定クランク角（圧縮行程気筒２回目用噴射時期）となったとき圧縮行程気筒に対して再度燃料を噴射する。この場合、圧縮行程気筒内に残存する新気量を演算するとともに、上記停止位置に応じてマップＭ４から圧縮行程気筒２回目用空燃比を求め、これらに基づいて燃料噴射量を演算するとともに、適正なタイミングで圧縮自己着火が行われるように圧縮行程２回目用噴射時期を設定する。なお、圧縮行程気筒２回目用空燃比は、駆動トルクを高めるべく理論空燃比よりリッチに設定される。
【００４５】
この燃料噴射により圧縮自己着火が行われるが、着火不良の場合の補償のため上死点付近でバックアップ点火を行う（ステップＳ１１０）。
【００４６】
このような始動時の制御が完了すれば、通常制御（ステップＳ１１１）に移行する。
【００４７】
なお、図３のフローチャート中のステップＳ８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（再燃焼なし）のルーチンの詳細については図示を省略するが、第１再始動制御モードのルーチンのうちのステップＳ１０１〜Ｓ１０８と略同様の処理が行われる。ただし、ステップＳ１０３に相当する処理において、ピストンの停止位置に応じてマップから求められる圧縮行程気筒の空燃比は略理論空燃比もしくはそれよりリッチとなる。
【００４８】
図６は、図３のフローチャート中のステップＳ７での判定がＮＯのときに実行される第３再始動制御モード（モータアシスト）のルーチンを示しており、ＥＣＵは、このルーチンにおいて先ずステップＳ２０１で、所定のエンジン再始動条件が成立したか否かを判定し、エンジン再始動条件が成立していなければ待機する。
【００４９】
エンジン再始動条件成立時（ステップＳ２０１の判定がＹＥＳのとき）には、ステップＳ２０２でスタータの駆動を開始し、ステップＳ２０３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し、ステップＳ２０４で圧縮行程気筒及び膨張行程気筒の各空燃比が理論空燃比付近となるように燃料を噴射する。そして、ステップＳ２０５で、膨張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された時間が経過してから、当該気筒に対して点火を行う。
【００５０】
次に、ステップＳ２０６で、所定クランク角となったとき圧縮行程気筒に対して点火を行う。それからスタータの駆動を停止し（ステップＳ２０７）、通常の制御（ステップＳ２０８）に移行する。
【００５１】
以上のような当実施形態の装置の作用を次に説明する。
【００５２】
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９中及び図１０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。
【００５３】
エンジンが運転されている状態においてエンジンの出力を要しない所定のアイドリング状態となった場合には、エンジン停止条件成立か否かの判定に基づき、図９中に示すようにエンジン停止条件成立時点ｔ１で燃料供給が停止され、それによりエンジン回転数が次第に低下してエンジン停止に至る。この場合、当実施形態では、上記時点ｔ１でスロットル弁を所定開度に開き、その後、エンジン回転数が予め設定された所定回転数まで低下した時点ｔ２でスロットル弁を閉じるように制御することにより、気筒内の空気の圧力を利用してピストンの停止位置が好ましい範囲内となる確立を高めるようにしている。
【００５４】
すなわち、上記時点ｔ１からｔ２の間だけスロットル弁が所定開度に開かれることにより、多少の時間的遅れをもって一時的に吸気負圧が減少（吸入空気量が増大）し、その後に吸気圧負圧が増大（吸入空気量が減少）するが、一時的に吸気負圧が減少する期間が、エンジン停止時に膨張行程となる気筒の吸気行程の期間に概ね対応するように予め上記所定回転数等が設定されている。これにより、エンジン停止条件成立時点ｔ１で直ちにスロットル弁が閉じられる場合と比べ、エンジン停止前に各気筒に吸入される空気量が増加し、そのうちでも特にエンジン停止時に膨張行程となる気筒（図９では１番気筒）に流入する吸入空気量が多くなる。
【００５５】
そして、エンジン停止に至るときには、圧縮行程にある気筒ではピストンが上死点に近づくにつれて当該気筒内の空気が圧縮されてピストンを押し返す方向に圧力が作用し、これによりエンジンが逆転して圧縮行程気筒のピストンが下死点側に押し返されると、膨張行程にある気筒のピストンが上死点側に移動し、それに伴い当該気筒内の空気が圧縮され、その圧力で膨張行程気筒のピストンが下死点側に押し返される。このようにしてピストンがある程度振動してから停止し、この際、圧縮行程気筒及び膨張行程気筒においてそれぞれピストンが上死点に近いほどこれを押し戻す力が大きいため、ピストンの停止位置は行程中間部に近い位置となる場合が多い。
【００５６】
とくに、上記のようにエンジン停止前に吸入空気量が増加されることにより、上死点に近づいたときにピストンを押し戻す力が増大するので、ピストンが行程中間部に近い一定範囲内に停止する確立が高くなる。さらに、上記のようなスロットル弁の制御により膨張行程気筒の吸入空気量が圧縮行程気筒と比べて多くなるようにすれば、膨張行程気筒においてピストンが行程中間部に近い範囲のうちでも多少下死点寄りに停止することが多くなる。
【００５７】
なお、燃料カットからエンジンが完全に停止するまでに慣性でエンジンが数回転するため、必ず既燃ガスは排出され、膨張行程といえども筒内は殆ど新気となる。また、エンジンが停止すると圧縮行程気筒でも圧力は直ぐにリークする。従って、エンジン停止後は、いずれの気筒も筒内には略大気圧の新気が存在する状態となる。
【００５８】
次に、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範囲内で、かつ、上死点寄りの範囲Ａ１にある場合は、第１再始動制御モードのルーチン（図５）が実行される。図１０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１１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、クランク角、角気筒の筒内圧及び図示トルクの時間的変化を示している。
【００５９】
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、先ず圧縮行程気筒（図示の例では３番気筒）において燃焼空燃比は理論空燃比よりもリーンとされつつ初回燃焼（図１０中の▲１▼）が行われ、この初回燃焼による燃焼圧（図１１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１１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１０中の▲２▼）、その燃焼圧（図１１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当該気筒における２回目の燃焼が行われる（図１０中の▲３▼）。その燃焼圧（図１１中のｄ部分）でエンジン駆動力が高められる。
【００６０】
この場合、圧縮行程気筒の初回燃焼では空燃比がリーンとされたことにより初回燃焼後も当該気筒に空気が残存するため、上記２回目の燃焼が可能となる。そして、上記初回燃焼により圧縮行程気筒内の温度が高くなっている状態で燃料が噴射されるとともに圧縮が行われるため、当該気筒での２回目の燃焼は圧縮自己着火により行われる。
【００６１】
上記圧縮行程気筒での２回目の燃焼の際の空燃比（圧縮行程気筒での初回燃焼と２回目の燃焼とに供せられる総燃料噴射量と総空気量とから求められる総合的空燃比に相当）は理論空燃比よりもリッチとなるように設定されることが好ましく、このようにすることにより上記２回目の燃焼よるトルクが稼がれる。さらに、初回燃焼による圧縮行程気筒内の温度が高くなりすぎること等により圧縮上死点よりも前の早い時期に圧縮自己着火が生じると逆トルクが生じて好ましくないので、このような状態が生じ易い場合（例えばエンジン温度が高い場合）には、２回目の燃焼の際の空燃比をよりリッチにすることにより、燃料の気化潜熱等を利用して圧縮自己着火のタイミングを遅らせるようにすることが好ましい。なお、図５中に示すように上記２回目の燃焼（圧縮自己着火による燃焼）に対してバックアップ点火を行うようにしておけば、稀に圧縮自己着火が行われないことがあってもバックアップ点火により着火、燃焼が確保される。
【００６２】
このような圧縮行程気筒での２回目の燃焼によりエンジン正転方向の駆動力が高められるため、当該気筒の次に圧縮行程を迎える気筒の圧縮上死点を達するまでにエンジンが停止してしまうといった事態が防止される。そして、次に圧縮行程を迎える気筒の圧縮上死点に達した後は、通常制御により各気筒で順次燃焼が行われ、再始動が完了する。
【００６３】
また、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範囲内で、かつ、下死点寄りの範囲Ａ２にある場合の再始動時には、第２再始動制御モードによる制御が行われる。
【００６４】
この第２再始動制御モードによる制御としては、先ず圧縮行程気筒において燃焼空燃比が略理論空燃比もしくはそれよりリッチとされつつ初回燃焼（図１０中の▲１▼に相当する燃焼）が行われる。そして、初回燃焼により圧縮行程気筒のピストンが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し、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すること（図１０中の▲２▼に相当）によりエンジンが正転方向に駆動されることは、第１再始動制御モードによる制御と同様である。ただし、第２再始動制御モードでは、膨張行程気筒の燃焼後に圧縮行程気筒が上死点を過ぎるときに燃焼（図１０中の▲３▼の燃焼）は行われず、次に圧縮行程を迎える気筒の圧縮上死点に達するまでエンジンの回転が慣性で維持され、その後は通常制御に移行して再始動が完了する。
【００６５】
上述のように第１再始動制御モードと第２再始動制御モードとがエンジンの停止位置によって使い分けられることにより、エンジンの再始動が効果的に行われる。この点を図１２も参照しつつ説明する。
【００６６】
図１２はエンジン停止時のピストン位置と圧縮気筒の初回燃焼（逆転用）における要求空燃比、圧縮行程気筒の空気量、膨張行程気筒の空気量及び発生頻度との関係を示しており、この図のように、エンジン停止時に膨張行程気筒のピストンが上死点寄り（圧縮行程気筒のピストンが下死点寄り）となるほど膨張気筒の空気量が少なくて圧縮行程気筒の空気量が多くなり、逆に膨張行程気筒のピストンが下死点寄り（圧縮行程気筒のピストンが上死点寄り）となるほど膨張気筒の空気量が多くて圧縮行程気筒の空気量が少なくなる。
【００６７】
また、圧縮行程気筒での初回燃焼では、圧縮行程気筒のピストンが下死点より少し手前（膨張行程気筒のピストンが上死点より少し手前）となる所定位置までエンジンを逆転させるだけのトルクを生じさせることが要求されるが、圧縮行程気筒のピストンが上死点寄りにあれば、圧縮行程気筒内の空気量が少なく、かつ、上記所定位置までの逆転に要求されるトルクが比較的大きいので、要求空燃比がリッチとなり、一方、圧縮行程気筒のピストンが下死点寄りにあれば圧縮行程気筒内の空気量が多く、かつ、上記所定位置までの逆転に要求されるトルクが比較的小さいので、要求空燃比がリーンとなる。
【００６８】
膨張行程気筒においては、ピストンが下死点寄りにある程空気量が多いため燃料を多く燃焼させることができる。
【００６９】
従って、エンジン停止時に膨張行程気筒のピストン位置が中間部より下死点寄り（圧縮行程気筒のピストン位置が上死点寄り）の所定範囲Ａ２にある場合、圧縮行程気筒では初回燃焼時の空燃比が上記要求に適合するようにリッチとされ、初回燃焼後に燃焼用空気が残存しないため圧縮上死点付近での２回目の燃焼は行われないが、膨張行程気筒では空気量が比較的多くて、それに応じた燃料が噴射された上で、圧縮されてから着火、燃焼が行われるため、比較的大きなトルクが得られ、上記圧縮行程気筒の圧縮上死点を過ぎてさらに次の気筒の圧縮上死点を越えるまでエンジンを回転させることができ、再始動を達成することができる。
【００７０】
一方、エンジン停止時に膨張行程気筒のピストン位置が中間部より上死点寄り（圧縮行程気筒のピストン位置が下死点寄り）の所定範囲Ａ１にある場合、範囲Ａ２にある場合と比べると、膨張行程気筒内の空気量が少ないため膨張行程での燃焼により得られるトルクが小さくなるが、圧縮行程気筒では初回燃焼時の空燃比が上記要求に対応してリーンとされ、それにより初回燃焼後も残存する余剰空気が利用されて圧縮上死点付近での２回目の燃焼が行われるため、エンジン正転方向の駆動のためのトルクが補われ、膨張行程での燃焼と圧縮行程気筒における２回目の燃焼の両方により、再始動を達成するに足るトルクが得られる。
【００７１】
そして、図１２中にも示すようにエンジン停止時のピストン位置は殆ど上記範囲Ａ１，Ａ２内（つまり範囲Ａ内）となるため、エンジン再始動時に殆どの場合、上記第１再始動制御モード、第２再始動制御モードのいずれかの制御により良好に再始動が行われる。
【００７２】
ただし、稀にはエンジン停止時のピストン位置が上記範囲Ａから外れる可能性があり、上記範囲よりも膨張行程気筒の上死点側（圧縮行程気筒の下死点側）に近寄りすぎた場合には、エンジン逆転方向の移動量を充分にとることができなくなるとともに、膨張行程気筒の空気量が少なくなるので膨張行程気筒での燃焼により得られるトルクが少なくなり、また、上記範囲よりも膨張行程気筒の下死点側（圧縮行程気筒の上死点側）に近寄りすぎた場合には、圧縮行程気筒の空気量が少なくなるのでエンジン逆転のためのトルクが充分に得られなくなるため、これらの場合には上記第１再始動制御モードまたは第２再始動制御モードによる再始動が困難になる。
【００７３】
そこで、エンジン停止時のピストン位置が上記範囲Ａから外れた場合に限り、第３再始動制御モードが実行されてスタータにより始動がアシストされる。
【００７４】
なお、本発明の装置の具体的構成は上記実施形態に限定されず、種々変更可能である。他の実施形態を以下に説明する。
【００７５】
▲１▼上記実施形態では、第１再燃焼制御モードによる再始動時に圧縮行程気筒の初回燃焼の際の空燃比を理論空燃比よりもリ−ンにすることにより、初回燃焼後に筒内に空気を残すようにしているが、初回燃焼後の筒内に空気を補給するようにしてもよく、例えば、図１３に示すように、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４０を設け、図１０中に示すように、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。
【００７６】
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。
【００７７】
▲２▼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４１を設け（図１３参照）、図１０中に示すように、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。
【００７８】
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。
【００７９】
▲３▼図５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するとともに、これと略同時期に膨張行程気筒用の燃料も噴射することにより、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ようにしているが、膨張行程気筒用の燃料は圧縮行程気筒の初回燃焼が行われた後に噴射するようにしてもよい。このようにすれば、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り、無駄な燃料噴射を避けることができる。なお、このように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モータアシストによる始動に変更すればよい。
【００８０】
▲４▼図５に示す例では、圧縮行程気筒２回目用空燃比をピストンの停止位置に応じて設定しているが、さらにエンジン温度によっても圧縮行程気筒２回目用空燃比（圧縮行程気筒での初回燃焼と２回目の燃焼とに供せられる総燃料噴射量と総空気量とから求められる総合的空燃比に相当）を調整することが好ましく、この場合、エンジン温度が高いときは圧縮行程気筒での圧縮自己着火のタイミングが早くなりすぎることを避けるために上記圧縮行程気筒２回目用空燃比を圧縮自己着火可能な範囲でリッチ側に設定するが、エンジン温度が低いときは、高温時と比べて圧縮自己着火のタイミングが遅れる傾向があることに対する調整として、上記圧縮行程気筒２回目用空燃比をリーン側に補正すればよい。
【００８１】
▲５▼上記実施形態では圧縮行程気筒２回目用空燃比の制御により圧縮自己着火のタイミングを調整しているが、例えばエンジンの高温時は低温時と比べて噴射タイミングを遅らせるというように、噴射タイミングを制御することにより、圧縮自己着火が上死点付近の適正時期に行われるように調整してもよい。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように本発明のエンジンの始動装置によると、エンジン停止時の圧縮行程気筒で初回燃焼を行わせることで膨張行程のピストンを上昇させてその筒内圧力を高めてから当該膨張行程気筒で燃焼を行わせるようにしていることにより、膨張行程気筒での燃焼圧が有効にピストンに作用してエンジン正転方向の駆動力が得られる。しかも、上記圧縮行程気筒における初回燃焼後の筒内に燃焼用空気を存在させ、当該気筒が初回燃焼後にピストン上昇に転じて圧縮上死点を越える際に２回目の燃焼を行わせるようにしているため、上記圧縮行程気筒では、膨張行程気筒での燃焼を効果的に行わせる準備的動作のための初回燃焼を行いながらも、上記２回目の燃焼を有効に行うことができ、これによりエンジン正転方向の駆動トルクを高めることができる。従って、アイドリング時等に自動的にエンジンを停止させた後の再始動時に、その始動性を大幅に向上することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による始動装置を備えたエンジンの概略断面図である。
【図２】上記エンジンの概略平面図である。
【図３】制御手段によるエンジンの停止及び再始動のための制御のフローチャートである。
【図４】エンジン停止時のピストン位置を検出するための処理を示すフローチャートである。
【図５】第１再始動制御モードを示すフローチャートである。
【図６】第３再始動制御モードを示すフローチャートである。
【図７】２つのクランク角センサからのクランク角信号を示すものであって、（ａ）はエンジン正転時の信号、（ｂ）はエンジン逆転時の信号である。
【図８】エンジン停止時のピストン位置に応じた再始動制御モード選択のための範囲の設定を示す説明図である。
【図９】エンジン停止時のエンジン回転数、スロットル開度及び吸気管負圧の変化並びに各気筒のサイクルを示す説明図である。
【図１０】エンジン再始動時の各気筒のサイクル及び燃焼動作を示す説明図である。
【図１１】エンジン再始動時のエンジン回転数、クランク角、各気筒の筒内圧及び図示トルクの変化を示すタイムチャートである。
【図１２】エンジン停止時のピストン位置と圧縮行程気筒の要求空燃比、圧縮行程気筒の空気量、膨張行程気筒の空気量及び発生頻度との関係を示す説明図である。
【図１３】他の実施形態による制御系統を示すブロック図である。
【符号の説明】
３Ａ〜３Ｄ　気筒
４　ピストン
５　燃焼室
７　点火プラグ
８　燃料噴射弁
１７　スロットル弁
２１，２２　クランク角センサ
３０　ＥＣＵ（制御手段）
３１　スタータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine starting device that automatically starts an engine once stopped at the time of idling or the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, fuel economy and CO ₂ An engine starter has been developed that automatically stops the engine once during idling and then automatically restarts the engine when restart conditions, such as starting operation, are satisfied in order to reduce emissions. Is coming.
[0003]
In this way, when the engine is automatically restarted after the engine is stopped, it is required that the engine be started immediately in response to a start operation or the like. Therefore, the engine is started via cranking in which the engine output shaft is driven by a starting motor. The conventional general starting method which requires a considerable time to complete the starting is not preferable.
[0004]
Therefore, it is desirable that fuel be supplied to a specific cylinder of the stopped engine to cause ignition and combustion, and that the engine be started immediately with the energy. In this case, if the fuel is supplied to the cylinder in the expansion stroke and the combustion is performed while the engine is stopped, the energy of the combustion can be applied in the normal rotation direction of the engine. However, when the engine is operating, combustion is performed after the combustion chamber is in a high compression state, so that 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 increases. Therefore, even if fuel is supplied into the combustion chamber at the low pressure to perform combustion, sufficient energy required for starting is often not obtained.
[0005]
As a countermeasure against such a problem, in a multi-cylinder engine, first-time combustion is performed on a compression stroke cylinder when the engine is stopped to depress the piston of the compression stroke cylinder, and the piston of the cylinder in the expansion stroke is raised accordingly. After increasing the in-cylinder pressure of the expansion stroke cylinder, fuel is injected into the expansion stroke cylinder to ignite and burn, thereby increasing the combustion energy acting in the forward engine direction. There has also been proposed one (for example, see Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
International Publication No. 01/38726 pamphlet
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
According to the starting device disclosed in Patent Document 1, in the compression stroke cylinder when the engine is stopped, the engine is rotated slightly backward by the first combustion and the piston is pushed down, and then the engine accompanying the combustion in the expansion stroke cylinder is started. The piston rises due to the normal rotation of the piston, and moves to the expansion stroke through the compression top dead center.However, air is used in the above first combustion, and it is necessary for combustion at the original ignition and combustion timing near the compression top dead center Since no good air exists in the cylinder, combustion of the cylinder at that time is not performed. Therefore, the interval from the combustion in the expansion stroke cylinder to the next ignition and combustion in another cylinder becomes longer, during which the engine speed decreases, which may deteriorate the startability. there were.
[0008]
In view of the above circumstances, the present invention increases the combustion energy by causing the initial combustion to be performed in the compression stroke cylinder when the engine is stopped, the engine to be slightly rotated in the reverse direction, and then the combustion to be performed in the expansion stroke cylinder. In addition, when the compression stroke cylinder in which the initial combustion has been performed shifts to the expansion stroke through the compression stroke top dead center, ignition and combustion can be performed, so that the expansion stroke cylinder can be performed. An object of the present invention is to provide an engine starting device capable of avoiding an increase in the interval between the combustion in the engine and the next combustion, thereby greatly improving the startability.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention performs the first combustion on the compression stroke cylinder when the engine is stopped, pushes down the piston, raises the in-cylinder pressure by raising the piston of the cylinder in the expansion stroke, and supplies fuel to the expansion stroke cylinder. In a four-cycle multi-cylinder engine that injects, ignites, burns, and starts the engine, combustion air is present in the cylinder after the first combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped, and the cylinder after the first combustion Control means for supplying fuel into the cylinder and performing control so as to perform second combustion in the cylinder when the cylinder starts to rise after the first combustion and exceeds the compression top dead center. .
[0010]
According to this configuration, at the time of starting the engine, first combustion is first performed in the compression stroke cylinder, whereby the engine is driven in the reverse direction and the piston of the expansion stroke cylinder approaches the top dead center, so that the air in the cylinder is released. When the fuel is compressed and the fuel in the expansion stroke cylinder is burned in this state, the combustion pressure effectively acts on the piston to drive the engine in the forward direction. Further, since the combustion air is present in the cylinder after the first combustion in the compression stroke cylinder, the second combustion can be performed in the cylinder near the top dead center of the compression stroke cylinder by the supply of fuel, whereby the engine can be rotated forward. The driving torque in the direction is increased, and the startability is enhanced.
[0011]
In the present invention, the control means preferably adjusts the fuel injection amount such that the combustion air-fuel ratio at the time of the first combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. In this case, the combustion air effectively remains in the compression stroke cylinder after the first combustion.
[0012]
The control means may introduce air into the combustion chamber after the first combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped. As a specific example of such a configuration, when the piston is depressed by the first combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped, the intake valve is opened and the burned gas and the air in the intake port are exchanged. Then, the closing timing of the intake valve for the cylinder is set to the late closing that enters the compression stroke by a predetermined crank angle from the intake bottom dead center.
[0013]
Even in this case, the combustion air is present in the compression stroke cylinder after the first combustion.
[0014]
Further, in the present invention, there is provided a piston position detecting means for detecting a piston stop position of the expansion stroke cylinder when the engine is stopped, and the control means detects the piston stop position of the expansion stroke cylinder based on the detection by the piston position detecting means. Is near the top dead center, the second combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped is executed; otherwise, the second combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped is stopped. Is preferred.
[0015]
With this configuration, when the piston stop position of the expansion stroke cylinder is near the top dead center, the amount of air in the cylinder is smaller than when the piston stop position of the cylinder is near the bottom dead center. However, in the compression stroke cylinder, since the piston stop position is near the bottom dead center and the amount of air in the cylinder is large, the air-fuel ratio at the first combustion is lean and the second combustion is effective. , The torque in the engine normal rotation direction can be increased, and the startability can be improved.
[0016]
Further, in the present invention, there is provided a piston position detecting means for detecting a piston stop position of the expansion stroke cylinder when the engine is stopped, and the control means detects the piston stop position of the expansion stroke cylinder based on the detection by the piston position detecting means. Is near the bottom dead center, the second combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped is stopped; otherwise, the second combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped is executed. Is preferred.
[0017]
With this configuration, when the piston stop position of the expansion stroke cylinder is near the bottom dead center, the amount of air in the cylinder is large, so the torque generated during combustion in the cylinder increases, and the compression stroke cylinder Even if the second combustion is stopped, the engine can be sufficiently started.
[0018]
Note that, when stopping the second combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped, the control means controls the fuel so that the combustion air-fuel ratio during the first combustion of the cylinder becomes substantially the stoichiometric air-fuel ratio or richer. If the injection amount is controlled, more torque for reversing the engine due to the first combustion is secured.
[0019]
Further, the control means calculates a total air-fuel ratio obtained from a total fuel injection amount and a total air amount provided for the first combustion and the second combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped from the stoichiometric air-fuel ratio. It is also preferable to set the overall air-fuel ratio to a richer side within a range in which the second combustion can perform the compression self-ignition. In this case, in the engine normal rotation direction, As well as gaining torque, compression self-ignition at the time of the second combustion is favorably performed. That is, the second combustion is performed by compression self-ignition because the temperature in the compression cylinder rises due to the first combustion, but if the self-ignition timing is too early, a reverse torque is generated to deteriorate the startability. In addition, premature self-ignition is suppressed by latent heat of vaporization caused by enrichment of the air-fuel ratio.
[0020]
In such a case, when the engine temperature at the time of starting is low, the timing of compression self-ignition tends to be late as compared with a high temperature, and it is necessary to enrich the air-fuel ratio for suppressing premature self-ignition. Therefore, the overall air-fuel ratio may be corrected to the lean side.
[0021]
Further, in the present invention, the timing of the compression self-ignition at the time of the second combustion in the compression stroke cylinder can also be adjusted by the fuel injection timing. That is, the injection timing of the fuel used for the second combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped can be adjusted so that the compression self-ignition is performed near the compression top dead center of the cylinder.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
1 and 2 show a schematic configuration of an engine according to an embodiment of the present invention. In these figures, the engine main body is constituted by a cylinder head 1 and a cylinder block 2, has a plurality of cylinders, and has four cylinders 3A to 3D in the illustrated embodiment. A piston 4 is fitted into each of the cylinders 3A to 3D, and a combustion chamber 5 is formed above the piston 4. The piston 4 is connected to a crankshaft 6 via a connecting rod.
[0024]
A spark plug 7 is provided at the top of the combustion chamber 5 of each of the cylinders 3A to 3D, and the tip of the plug faces the combustion chamber 5.
[0025]
Further, a fuel injection valve 8 for directly injecting fuel into the combustion chamber 5 is provided on a side portion of the combustion chamber 5. The fuel injection valve 8 has a built-in needle valve and a solenoid (not shown). When a pulse signal is input, the fuel injection valve 8 is driven and opened for a time corresponding to the pulse width at the pulse input time. Is configured to inject an amount of fuel according to the following. The injection direction of the fuel injection valve 8 is set so as to inject fuel toward the vicinity of the ignition plug 7. Fuel is supplied to the fuel injection valve 8 via a fuel supply passage or the like by a fuel pump (not shown), and a fuel supply system is provided so as to provide a fuel pressure higher than the pressure in the combustion chamber during the compression stroke. Is configured.
[0026]
Further, an intake port 9 and an exhaust port 10 are opened to the combustion chamber 5 of each of the cylinders 3A to 3D, and an intake valve 11 and an exhaust valve 12 are provided in these ports 9, 10. The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are driven by a valve operating mechanism including a camshaft and the like (not shown). The opening / closing timing of the intake / exhaust valve of each cylinder is set so that each cylinder performs a combustion cycle with a predetermined phase difference, as described in detail later.
[0027]
An intake passage 15 and an exhaust passage 16 are connected to the intake port 9 and the exhaust port 10. The intake passage 15 is provided with a throttle valve for adjusting the amount of intake air. In this embodiment, a throttle valve 17 is provided in the branch intake passage 15a close to the intake port 9 in order to increase the responsiveness of the control of the amount of intake air. Is provided. That is, the intake passage 15 has a branch intake passage 15a for each cylinder downstream of the surge tank 15b, and the downstream end of each branch intake passage 15a communicates with the intake port 9 of each cylinder. A throttle valve 17 composed of a multiple rotary valve for adjusting the throttle of each branch intake passage 15a at the same time is disposed near the downstream end. The throttle valve 17 is driven by an actuator 18.
[0028]
An air flow sensor 20 for detecting the amount of intake air is provided in the common intake passage 15c upstream of the surge tank 15b in the intake passage 15. The crankshaft 6 is provided with a crank angle sensor for detecting a rotation angle thereof. In the present embodiment, as described later in detail, the crankshaft 6 outputs crank angle signals that are out of phase by a certain amount. Two crank angle sensors 21 and 22 are provided. Further, a cam angle sensor 23 that can provide a cylinder identification signal by detecting a specific rotation position of the camshaft is provided. In addition, a water temperature sensor 24 for detecting a temperature of engine cooling water, an accelerator opening sensor 25 for detecting an accelerator opening (accelerator operation amount), and the like are provided as detection elements necessary for controlling the engine. .
[0029]
Numeral 30 denotes an ECU (engine control unit) as a control means, which receives signals from the sensors 20 to 25 and outputs signals for controlling the fuel injection amount and the injection timing to the fuel injection valve 8. An ignition timing control signal is output to the ignition device, and a signal for controlling the throttle opening is output to the actuator 18 of the throttle valve 17.
[0030]
Then, when a predetermined engine stop condition is satisfied during idling, the engine is automatically stopped by stopping fuel supply or the like, and the engine is automatically restarted when a subsequent engine restart condition is satisfied. At the time of restarting the engine, if the stop position of the piston is within a specific range, first, the first stroke is performed on the compression stroke cylinder at the time of engine stop to depress the piston, and the cylinder is raised by the piston rise of the cylinder in the expansion stroke. After increasing the internal pressure, fuel is injected into the expansion stroke cylinder to ignite and burn, and combustion air is present in the combustion chamber after the first combustion in the compression stroke cylinder. By supplying the fuel corresponding to the air amount at an appropriate time after the first combustion, the cylinder is controlled to recombust when the cylinder starts to rise and crosses the compression top dead center.
[0031]
In this embodiment, as described above, the first restart control mode in which the first combustion in the compression stroke cylinder, the combustion in the expansion stroke cylinder, and the recombustion in the compression stroke cylinder are sequentially performed, and the compression stroke cylinder A second restart control mode in which combustion is performed in the first combustion and expansion stroke cylinders but not in the compression stroke cylinders, and a starter (starting motor) 31 without performing first combustion in the compression stroke cylinders A third restart control mode in which combustion is started by combustion in the expansion stroke cylinder and combustion in the next compression stroke cylinder while assisting is selectively executed in accordance with the stop position of the piston. .
[0032]
The control of the engine stop and restart by the ECU 30 will be described based on the flowcharts shown in FIGS.
[0033]
The process shown in the flowchart of FIG. 3 starts from a state in which the engine is running, and the ECU 30 first determines whether or not an idle stop condition is satisfied in step S1. This determination is made based on the vehicle speed, the engine temperature (temperature of the engine cooling water), and the like. For example, the stopped state where the vehicle speed is 0 continues for a predetermined time or more, the engine temperature is within a predetermined range, and the engine is stopped. For example, when there is no particular inconvenience in performing the idle stop condition, the idle stop condition is satisfied.
[0034]
When the idle stop condition is satisfied, the fuel supply to each cylinder of the engine is stopped (step S2), then the throttle valve 17 is once opened to a predetermined opening (step S3), and then the engine speed is reduced to a predetermined speed or less. This state is maintained (step S4) until the rotation speed becomes equal to or lower than the predetermined rotation speed, and the throttle valve 17 is closed (step S5).
[0035]
Subsequently, it is determined in step S6 whether or not the engine has stopped. If the engine has stopped, the stop position is determined in step S7 based on the detection of the stop position of the piston by the stop position detection routine of FIG. It is determined whether it is within the range. In this case, the range A (ranges A1 and A2) hatched in FIG. 8 in the expansion stroke cylinder, that is, the range corresponding to the middle stage of the expansion stroke is set as the predetermined range. If it is within the predetermined range, it is further determined in step S8 whether or not the expansion stroke cylinder is closer to TDC than the predetermined position, that is, within the range A in FIG. Is determined to be in the range A1.
[0036]
Based on the determinations in steps S7 and S8, if the stop position is within the predetermined range and is closer to TDC than the predetermined position of the expansion stroke cylinder (range A1), the first restart control mode with re-combustion is performed. When the routine (R1) is executed and the stop position is within the predetermined range and is closer to the BDC than the predetermined position of the expansion stroke cylinder (range A2), the second restart control mode without re-burning ( Perform R2). If the stop position is not within the predetermined range (range A), a motor assist routine (R3) that is a third restart control mode is executed.
[0037]
FIG. 4 shows a stop position detection routine. When this routine starts, the ECU 30 checks the first crank angle signal CA1 (the signal from the first crank angle sensor) and the second crank angle signal CA2 (the signal from the second crank angle sensor), and checks the first crank angle signal CA2. It is determined whether or not the second crank angle signal CA2 is Low when CA1 rises, or whether the second crank angle signal CA2 is High when the first crank angle signal CA1 falls. In short, it is determined whether the relationship between the phases of these signals CA1 and CA2 is as shown in FIG. 7A or FIG. 7B to determine whether the engine is rotating forward or backward. Is determined (step S11).
[0038]
That is, at the time of normal rotation of the engine, as shown in FIG. 7A, 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, so that the first crank angle signal CA2 is generated. At the rise of CA1, the second crank angle signal CA2 becomes Low, and at the fall of the first crank angle signal CA1, the second crank angle signal CA2 becomes High. On the other hand, at the time of reverse rotation of the engine, as shown in FIG. 7 (b), the second crank angle signal CA2 is generated with a phase advance of about half a pulse width with respect to the first crank angle signal CA1, so that when the engine rotates forward. Conversely, when the first crank angle signal CA1 rises, the second crank angle signal CA2 becomes High, and when the first crank angle signal CA1 falls, the second crank angle signal CA2 becomes Low. Therefore, if the determination in step S11 is YES, the CA counter for measuring the change in the crank angle in the normal rotation direction of the engine is increased (step S12), and if the determination in step S11 is NO, the CA counter is decreased. (Step S13). Then, when the engine is stopped, the stop position is obtained by checking the value of the CA counter.
[0039]
FIG. 5 shows a routine of the first restart control mode (with re-combustion) executed when the determination in step S8 in the flowchart of FIG. 3 is YES. In this routine, the ECU 30 first executes step S101. Then, it is determined whether a predetermined engine restart condition is satisfied, and if the engine restart condition is not satisfied, the process waits.
[0040]
When the engine restart condition is satisfied (when the determination in step S101 is YES) such as when the accelerator operation for starting is performed from the stopped state or when the battery voltage decreases, the piston is stopped in step S102. The air amounts of the compression stroke cylinder and the expansion stroke cylinder are calculated based on the positions. That is, the combustion chamber volumes of the compression stroke cylinder and the expansion stroke cylinder are obtained from the stop position, and when the engine is stopped, the engine stops several revolutions after the fuel cut, so that the expansion stroke cylinder is also fresh. Since the in-cylinder pressures of the compression stroke cylinder and the expansion stroke cylinder are substantially at the atmospheric pressure while the engine is stopped and the engine is stopped, the fresh air amount is determined from the combustion chamber volume.
[0041]
Subsequently, in step S103, fuel is injected so as to have a predetermined compression stroke cylinder first-time air-fuel ratio with respect to the calculated air amount of the compression stroke cylinder, and in step S104, the calculated expansion stroke cylinder Fuel is injected so as to have a predetermined expansion stroke cylinder air-fuel ratio with respect to the air amount. In this case, the air-fuel ratio for the first compression stroke cylinder and the air-fuel ratio for the expansion stroke cylinder are obtained from the maps M1 and M2 according to the stop position of the piston. Each of the maps M1 and M1 is set in advance so that the air-fuel ratio for the first compression stroke cylinder becomes an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and the air-fuel ratio for the expansion stroke cylinder becomes substantially the stoichiometric air-fuel ratio or an air-fuel ratio slightly richer than that. M2 is set.
[0042]
Next, in step S105, the ignition is performed on the cylinder after the fuel injection time of the compression stroke cylinder elapses after the time set in consideration of the fuel vaporization time. Then, in step S106, it is determined whether or not the piston has moved, based on whether or not the edge (rising or falling of the crank angle signal) of the crank angle sensor has been detected within a predetermined time after ignition. If it has not moved, re-ignition is repeatedly performed on the compression stroke cylinder (step S107).
[0043]
When the edge of the crank angle sensor is detected (when the determination in step S106 is YES), in step S108, ignition is performed for the expansion stroke after a lapse of a predetermined delay time after detection of the edge. The delay time is obtained from the map M3 according to the stop position of the piston.
[0044]
Further, in step S109, when the crank angle reaches the predetermined crank angle (the second injection timing for the compression stroke cylinder), the fuel is injected again to the compression stroke cylinder. In this case, the amount of fresh air remaining in the compression stroke cylinder is calculated, the air-fuel ratio for the second compression stroke cylinder is obtained from the map M4 according to the stop position, and the fuel injection amount is calculated based on these. The injection timing for the second compression stroke is set so that the compression self-ignition is performed at an appropriate timing. The air-fuel ratio for the second compression stroke cylinder is set to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio in order to increase the driving torque.
[0045]
Compression self-ignition is performed by this fuel injection, but backup ignition is performed near top dead center to compensate for poor ignition (step S110).
[0046]
When the control at the time of such a start is completed, the process proceeds to the normal control (step S111).
[0047]
The details of the routine of the second restart control mode (without reburning) executed when the determination in step S8 in the flowchart of FIG. 3 is NO are omitted, but the first restart control mode is omitted. In this routine, substantially the same processing as in steps S101 to S108 is performed. However, in the process corresponding to step S103, the air-fuel ratio of the compression stroke cylinder obtained from the map according to the stop position of the piston becomes substantially the stoichiometric air-fuel ratio or richer than that.
[0048]
FIG. 6 shows a routine of the third restart control mode (motor assist) executed when the determination in step S7 in the flowchart of FIG. 3 is NO. In this routine, the ECU first executes step S201. Then, it is determined whether a predetermined engine restart condition is satisfied, and if the engine restart condition is not satisfied, the process waits.
[0049]
When the engine restart condition is satisfied (when the determination in step S201 is YES), driving of the starter is started in step S202, and in step S203, the air amounts of the compression stroke cylinder and the expansion stroke cylinder are determined based on the stop positions of the pistons. Then, in step S204, fuel is injected so that the air-fuel ratio of each of the compression stroke cylinder and the expansion stroke cylinder is close to the stoichiometric air-fuel ratio. Then, in step S205, after a time set in consideration of the fuel vaporization time has elapsed after fuel injection of the expansion stroke cylinder, ignition is performed on the cylinder.
[0050]
Next, in step S206, ignition is performed on the compression stroke cylinder when the predetermined crank angle is reached. Then, the drive of the starter is stopped (step S207), and the process shifts to normal control (step S208).
[0051]
The operation of the apparatus of the present embodiment as described above will be described below.
[0052]
In a multi-cylinder four-stroke engine, each cylinder performs a cycle including intake, compression, expansion, and exhaust strokes with a predetermined phase difference. In the case of a four-cylinder engine, the first cylinder starts from one end in the cylinder row direction. When the cylinders are referred to as cylinders 3A, 2B, 3B, 3C, and 3D, as shown in FIG. 9 and FIG. 10, the above cycle is performed for the first cylinder 3A, the third cylinder 3C, and the fourth cylinder 3D. The second cylinder 3B has a phase difference of 180 ° in crank angle in order.
[0053]
When a predetermined idling state that does not require the output of the engine is performed while the engine is in operation, the engine stop condition is satisfied as shown in FIG. As a result, the fuel supply is stopped, whereby the engine speed gradually decreases and the engine stops. In this case, in the present embodiment, the throttle valve is opened to a predetermined opening at the time point t1, and then the throttle valve is controlled to be closed at a time point t2 when the engine speed decreases to a predetermined speed. By using the pressure of the air in the cylinder, the probability that the stop position of the piston falls within a preferable range is enhanced.
[0054]
That is, by opening the throttle valve to the predetermined opening during the period from the time point t1 to the time point t2, the intake negative pressure temporarily decreases (the intake air amount increases) with some time delay, and thereafter, the intake pressure negative pressure decreases. Although the pressure increases (the amount of intake air decreases), the predetermined rotation speed or the like is determined in advance so that the period during which the intake negative pressure temporarily decreases substantially corresponds to the period of the intake stroke of the cylinder that is the expansion stroke when the engine is stopped. Is set. As a result, the amount of air taken into each cylinder before the engine stops is increased as compared with the case where the throttle valve is closed immediately at the time t1 when the engine stop condition is satisfied. In this case, the amount of intake air flowing into the first cylinder increases.
[0055]
Then, when the engine is stopped, in the cylinder in the compression stroke, as the piston approaches the top dead center, the air in the cylinder is compressed and the pressure acts in the direction of pushing back the piston. When the piston of the cylinder is pushed back to the bottom dead center side, the piston of the cylinder in the expansion stroke moves to the top dead center side, whereby the air in the cylinder is compressed, and the pressure causes the piston of the expansion stroke cylinder to move. It is pushed back to the bottom dead center side. In this way, the piston vibrates to some extent and then stops. At this time, in the compression stroke cylinder and the expansion stroke cylinder, the closer the piston is to the top dead center, the greater the force to push it back. In many cases, the position is close to.
[0056]
In particular, as described above, since the intake air amount is increased before the engine stops, the force for pushing back the piston when approaching the top dead center increases, so that the piston stops within a certain range near the middle of the stroke. Probability is higher. Further, if the intake air amount of the expansion stroke cylinder is made larger than that of the compression stroke cylinder by controlling the throttle valve as described above, in the expansion stroke cylinder, the piston is slightly died even in a range near the middle of the stroke. Frequent stoppages.
[0057]
Since the engine rotates several times by inertia from the fuel cut to the complete stop of the engine, the burned gas is always discharged, and the inside of the cylinder becomes almost fresh even during the expansion stroke. When the engine stops, the pressure immediately leaks even in the compression stroke cylinder. Therefore, after the engine is stopped, all cylinders are in a state in which fresh air of approximately atmospheric pressure exists in the cylinder.
[0058]
Next, when a predetermined restart condition is satisfied after the engine is stopped, control for automatically restarting the engine is performed. At this time, the stop position of the piston is set to a predetermined range near the middle of the stroke in the expansion stroke cylinder. And in the range A1 near the top dead center, the routine of the first restart control mode (FIG. 5) is executed. FIG. 10 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 ((1), (2), (3)... , And the operation direction of the engine by each combustion is indicated by an arrow, and FIG. 11 shows the engine rotation speed, the crank angle, and the angular cylinder in the first restart control mode. The time-dependent changes in the cylinder pressure and the indicated torque are shown.
[0059]
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 made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio while the first combustion ( (1) in FIG. 10 is performed, and the piston of the compression stroke cylinder is pushed down to the bottom dead center side by the combustion pressure (a portion in FIG. 11) by this initial combustion, and the engine is driven in the reverse direction. Accordingly, as the piston of the expansion stroke cylinder (the first cylinder in the illustrated example) approaches the top dead center, the air in the cylinder is compressed and the in-cylinder pressure rises (portion b in FIG. 11). Then, when the piston of the expansion stroke cylinder is sufficiently close to the top dead center, ignition is performed on the cylinder, and the fuel previously injected into the cylinder burns ((2) in FIG. 10). The engine is driven in the forward direction by the combustion pressure (portion c in FIG. 11). Further, by injecting fuel into the compression stroke cylinder at an appropriate timing, the second combustion in the cylinder is performed near the top dead center of the compression stroke cylinder ((3) in FIG. 10). The combustion pressure (d portion in FIG. 11) increases the engine driving force.
[0060]
In this case, in the first combustion of the compression stroke cylinder, since the air-fuel ratio is lean, air remains in the cylinder even after the first combustion, so that the second combustion can be performed. Since the fuel is injected and the compression is performed in a state where the temperature in the compression stroke cylinder is high by the first combustion, the second combustion in the cylinder is performed by the compression self-ignition.
[0061]
The air-fuel ratio at the time of the second combustion in the compression stroke cylinder (total air-fuel ratio obtained from the total fuel injection amount and the total air amount provided for the first combustion and the second combustion in the compression stroke cylinder) ) Is preferably set to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, so that the torque by the second combustion can be obtained. Further, if the compression self-ignition occurs earlier than the compression top dead center due to an excessively high temperature in the compression stroke cylinder due to the first combustion, a reverse torque is generated, which is not preferable. In the case where it is easy (for example, when the engine temperature is high), the timing of the compression self-ignition is delayed by making the air-fuel ratio at the time of the second combustion richer to utilize the latent heat of vaporization of the fuel. Is preferred. As shown in FIG. 5, if backup ignition is performed for the second combustion (combustion by compression self-ignition), even if the compression self-ignition is rarely performed, backup ignition is performed. Thus, ignition and combustion are ensured.
[0062]
Since the driving force in the forward rotation direction of the engine is increased by the second combustion in the compression stroke cylinder, the engine is stopped before reaching the compression top dead center of the cylinder which enters the compression stroke next to the cylinder. Such a situation is prevented. Then, after reaching the compression top dead center of the cylinder that will be in the next compression stroke, combustion is sequentially performed in each cylinder by normal control, and the restart is completed.
[0063]
Further, at the time of restarting when the stop position of the piston is within the predetermined range near the middle of the stroke in the expansion stroke cylinder and in the range A2 near the bottom dead center, control is performed in the second restart control mode.
[0064]
As control in the second restart control mode, first-time combustion (combustion corresponding to (1) in FIG. 10) is performed while the combustion air-fuel ratio is made substantially stoichiometric air-fuel ratio or richer in the compression stroke cylinder. . Then, the piston of the compression stroke cylinder is pushed down by the first combustion, and the engine is driven in the reverse direction. As the piston of the expansion stroke cylinder approaches the top dead center, the air in the cylinder is compressed and the cylinder pressure increases. When the piston of the expansion stroke cylinder is sufficiently close to the top dead center, ignition is performed on the cylinder, and fuel previously injected into the cylinder burns (corresponding to (2) in FIG. 10). The fact that the engine is driven in the normal rotation direction by ()) is the same as the control in the first restart control mode. However, in the second restart control mode, when the compression stroke cylinder passes the top dead center after the combustion of the expansion stroke cylinder, the combustion (combustion of (3) in FIG. 10) is not performed, and the cylinder that enters the next compression stroke is not performed. The rotation of the engine is maintained by inertia until the compression top dead center is reached, and thereafter, the process shifts to the normal control and the restart is completed.
[0065]
As described above, the first restart control mode and the second restart control mode are selectively used depending on the stop position of the engine, so that the engine is effectively restarted. This will be described with reference to FIG.
[0066]
FIG. 12 shows the relationship between the piston position when the engine is stopped and the required air-fuel ratio, the air amount of the compression stroke cylinder, the air amount of the expansion stroke cylinder, and the frequency of occurrence in the first combustion (for reverse rotation) of the compression cylinder. As the piston of the expansion stroke cylinder approaches the top dead center when the engine stops (the piston of the compression stroke cylinder approaches the bottom dead center), the air amount of the expansion cylinder decreases and the air amount of the compression stroke cylinder increases, As the piston of the expansion stroke cylinder approaches the bottom dead center (the piston of the compression stroke cylinder approaches the top dead center), the air amount of the expansion cylinder increases and the air amount of the compression stroke cylinder decreases.
[0067]
In addition, in the first combustion in the compression stroke cylinder, torque enough to reverse the engine to a predetermined position where the piston of the compression stroke cylinder is slightly before the bottom dead center (the piston of the expansion stroke cylinder is slightly before the top dead center) is used. However, if the piston of the compression stroke cylinder is near the top dead center, the amount of air in the compression stroke cylinder is small, and the torque required for reverse rotation to the above-described predetermined position is relatively large. Therefore, the required air-fuel ratio becomes rich, while if the piston of the compression stroke cylinder is near the bottom dead center, the amount of air in the compression stroke cylinder is large, and the torque required for reverse rotation to the predetermined position is relatively small. Since it is small, the required air-fuel ratio becomes lean.
[0068]
In the expansion stroke cylinder, the amount of air increases as the piston is closer to the bottom dead center, so that more fuel can be burned.
[0069]
Therefore, when the piston position of the expansion stroke cylinder is in the predetermined range A2 closer to the bottom dead center than the middle portion (the piston position of the compression stroke cylinder is closer to the top dead center) when the engine is stopped, the air-fuel ratio at the time of the first combustion in the compression stroke cylinder Is made rich so as to meet the above requirement, and the second combustion near the compression top dead center is not performed because the combustion air does not remain after the first combustion. However, the air amount is relatively large in the expansion stroke cylinder. Since the fuel is injected, the fuel is then compressed, and then ignited and burned, a relatively large torque is obtained, and the compression of the next cylinder after the compression top dead center of the compression stroke cylinder is completed. The engine can be rotated until it exceeds the top dead center, and restart can be achieved.
[0070]
On the other hand, when the engine is stopped, when the piston position of the expansion stroke cylinder is in a predetermined range A1 closer to the top dead center than the intermediate portion (the piston position of the compression stroke cylinder is closer to the bottom dead center), the expansion is larger than in the range A2. Although the amount of air in the stroke cylinder is small, the torque obtained by combustion in the expansion stroke is small.However, in the compression stroke cylinder, the air-fuel ratio at the time of the first combustion is made lean in response to the above requirement, so that even after the first combustion, Since the remaining excess air is used to perform the second combustion near the compression top dead center, the torque for driving the engine in the normal rotation direction is supplemented, and the combustion in the expansion stroke and the second combustion in the compression stroke cylinder are performed. Combustion provides enough torque to achieve a restart.
[0071]
As shown in FIG. 12, the piston position when the engine is stopped is almost within the ranges A1 and A2 (that is, within the range A). The restart is favorably performed by any of the controls in the second restart control mode.
[0072]
However, in rare cases, the piston position when the engine is stopped may deviate from the range A. If the piston position is too close to the top dead center side of the expansion stroke cylinder (the bottom dead center side of the compression stroke cylinder) from the above range, Means that it is not possible to obtain a sufficient amount of movement in the engine reverse direction, and the amount of air in the expansion stroke cylinder is reduced, so that the torque obtained by combustion in the expansion stroke cylinder is reduced. If the cylinder is too close to the bottom dead center side of the cylinder (top dead center side of the compression stroke cylinder), the amount of air in the compression stroke cylinder becomes small, so that sufficient torque for reversing the engine cannot be obtained. In such a case, it is difficult to restart in the first restart control mode or the second restart control mode.
[0073]
Therefore, only when the piston position when the engine is stopped is out of the range A, the third restart control mode is executed and the starter assists the start.
[0074]
Note that the specific configuration of the device of the present invention is not limited to the above embodiment, but can be variously modified. Another embodiment will be described below.
[0075]
{Circle around (1)} In the above-described embodiment, the air-fuel ratio at the time of the first combustion of the compression stroke cylinder is made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio at the time of restart in the first reburn control mode, so that air enters the cylinder after the first combustion. However, air may be supplied to the cylinder after the initial combustion. For example, as shown in FIG. 13, at least the intake valve closing timing can be changed to a valve operating mechanism for the intake valve. As shown in FIG. 10, a valve timing variable mechanism 40 is provided to delay the closing timing of the intake valve of the compression stroke cylinder from the normal time at the time of engine re-combustion so that the compression stroke is shifted from the bottom dead center by a predetermined crank angle to the compression stroke. It may be a time when it enters.
[0076]
With this configuration, when the engine reverses to the advanced side of the intake valve closing timing due to the initial combustion in the compression stroke cylinder, a part of the in-cylinder gas and fresh air are switched by opening the intake valve, and 2 Fresh air for the second combustion will be supplied. In addition, in addition to such an effect, when the intake valve is opened after the initial combustion, the pressure in the cylinder decreases, so that the resistance acting on the piston of the compression stroke cylinder at the time of engine forward rotation due to combustion in the expansion stroke cylinder thereafter. It is reduced, which is advantageous for restart.
[0077]
{Circle around (2)} In addition to the configuration of the above-described embodiment, a valve timing variable mechanism 41 that can change at least the exhaust valve opening timing is provided in the valve operating mechanism for the exhaust valve (see FIG. 13), and as shown in FIG. It is preferable to delay the opening timing of the exhaust valve when the cylinder in the expansion stroke when the engine is stopped first becomes the exhaust stroke when the engine is restarted, so that the exhaust valve opens at approximately bottom dead center. .
[0078]
With this configuration, the energy generated by the combustion in the expansion stroke effectively acts on the piston of the cylinder until the bottom dead center without escaping to the exhaust passage side, so that the startability is enhanced.
[0079]
(3) In the example shown in FIG. 5, when the engine restart condition is satisfied, the fuel for the initial combustion of the compression stroke cylinder is injected, and the fuel for the expansion stroke cylinder is also injected substantially at the same time as the expansion. Although time is required for fuel vaporization from the fuel injection to the ignition of the stroke cylinder, the fuel for the expansion stroke cylinder may be injected after the initial combustion of the compression stroke cylinder. In this way, if the initial combustion of the compression stroke cylinder has failed (if reignition has not been successful), the fuel injection for the expansion stroke cylinder is stopped, so that unnecessary fuel injection is performed. Can be avoided. When the initial combustion of the compression stroke cylinder has failed as described above, the restart control mode may be changed to the motor-assisted start.
[0080]
(4) In the example shown in FIG. 5, the air-fuel ratio for the second compression stroke cylinder is set according to the stop position of the piston. However, the air-fuel ratio for the second compression stroke cylinder (compression stroke cylinder It is preferable to adjust the total air-fuel ratio obtained from the total fuel injection amount and the total air amount provided for the first combustion and the second combustion of the combustion engine. In this case, when the engine temperature is high, the compression stroke In order to prevent the timing of the compression self-ignition in the cylinder from becoming too early, the air-fuel ratio for the second compression stroke cylinder is set to a rich side within a range in which the compression self-ignition can be performed. In order to adjust for the tendency of the compression self-ignition timing to be delayed as compared with the above, the air-fuel ratio for the second compression stroke cylinder may be corrected to the lean side.
[0081]
(5) In the above embodiment, the compression self-ignition timing is adjusted by controlling the air-fuel ratio for the second compression stroke cylinder. For example, the injection timing is delayed when the engine temperature is high compared to when it is low. The timing may be controlled so that the compression self-ignition is performed at an appropriate time near the top dead center.
[0082]
【The invention's effect】
As described above, according to the engine starter of the present invention, the piston in the expansion stroke is raised by performing the first combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped, and the pressure in the cylinder is increased. By performing the combustion, the combustion pressure in the expansion stroke cylinder effectively acts on the piston, and a driving force in the engine normal rotation direction is obtained. Moreover, combustion air is present in the cylinder after the first combustion in the compression stroke cylinder, and the second combustion is performed when the cylinder starts to rise after the first combustion and exceeds the compression top dead center. Therefore, in the compression stroke cylinder, it is possible to effectively perform the second combustion while performing the first combustion for the preparatory operation for effectively performing the combustion in the expansion stroke cylinder. The driving torque in the normal rotation direction can be increased. Therefore, at the time of restart after automatically stopping the engine at the time of idling or the like, the startability can be greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of an engine provided with a starting device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of the engine.
FIG. 3 is a flowchart of control for stopping and restarting an engine by a control unit.
FIG. 4 is a flowchart showing a process for detecting a piston position when the engine is stopped.
FIG. 5 is a flowchart showing a first restart control mode.
FIG. 6 is a flowchart showing a third restart control mode.
7A and 7B show crank angle signals from two crank angle sensors, wherein FIG. 7A shows a signal at the time of forward rotation of the engine, and FIG. 7B shows a signal at the time of reverse rotation of the engine.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing setting of a range for selecting a restart control mode according to a piston position when the engine is stopped.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing changes in the engine speed, the throttle opening, and the intake pipe negative pressure when the engine is stopped, and the cycle of each cylinder.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a cycle and a combustion operation of each cylinder when the engine is restarted.
FIG. 11 is a time chart showing changes in engine speed, crank angle, in-cylinder pressure of each cylinder, and indicated torque when the engine is restarted.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a relationship among a piston position when the engine is stopped, a required air-fuel ratio of a compression stroke cylinder, an air amount of a compression stroke cylinder, an air amount of an expansion stroke cylinder, and an occurrence frequency.
FIG. 13 is a block diagram showing a control system according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
3A-3D cylinder
4 piston
5 Combustion chamber
7 Spark plug
8 Fuel injection valve
17 Throttle valve
21,22 crank angle sensor
30 ECU (control means)
31 Starter

Claims

The first combustion is performed on the compression stroke cylinder when the engine is stopped, the piston is pushed down, the cylinder pressure in the expansion stroke is raised, the in-cylinder pressure is increased, and fuel is injected into the expansion stroke cylinder to ignite. In a four-cycle multi-cylinder engine in which combustion is performed and the engine is started, combustion air is present in a cylinder after initial combustion in a compression stroke cylinder when the engine is stopped, and fuel is injected into the cylinder after initial combustion. And a control means for controlling the cylinder to perform a second combustion in the cylinder when the cylinder turns to a piston rise after the first combustion and exceeds the compression top dead center. Starting device.

2. The fuel injection system according to claim 1, wherein the control means adjusts the fuel injection amount such that the combustion air-fuel ratio in the first combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Engine starting device.

2. The engine starting device according to claim 1, wherein said control means causes air to be introduced into a combustion chamber after initial combustion in a compression stroke cylinder when the engine is stopped.

The control means is configured to close the intake valve with respect to the compression stroke cylinder so as to open the intake valve and exchange the burned gas and the air in the intake port when the piston is depressed by the first combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped. 4. The engine starting device according to claim 3, wherein the timing is set to a late closing state in which the engine enters a compression stroke by a predetermined crank angle from an intake bottom dead center.

Piston position detecting means for detecting a piston stop position of the expansion stroke cylinder when the engine is stopped is provided, and the control means sets the piston stop position of the expansion stroke cylinder near the top dead center based on the detection by the piston position detection means. 3. The method according to claim 1, wherein the second combustion is performed in the compression stroke cylinder when the engine is stopped, and the second combustion is stopped in the compression stroke cylinder when the engine is stopped otherwise. An engine starter according to any one of claims 4 to 7.

Piston position detecting means for detecting a piston stop position of the expansion stroke cylinder when the engine is stopped is provided, and the control means sets the piston stop position of the expansion stroke cylinder near the bottom dead center based on the detection by the piston position detecting means. 4. The method according to claim 1, wherein the second combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped is stopped, and the second combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped is executed otherwise. An engine starter according to any one of claims 4 to 7.

When stopping the second combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped, the control means controls the fuel injection amount such that the combustion air-fuel ratio at the time of the first combustion of the cylinder becomes substantially the stoichiometric air-fuel ratio or richer. The engine starting device according to claim 5, wherein the starting device is controlled.

The control means sets the total air-fuel ratio obtained from the total fuel injection amount and the total air amount provided for the first combustion and the second combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio. The engine starting device according to any one of claims 1 to 7, wherein:

9. The engine starting device according to claim 8, wherein the control means sets the overall air-fuel ratio to a rich side within a range in which the second combustion can perform compression self-ignition.

10. The engine starting device according to claim 8, wherein the overall air-fuel ratio is corrected to a lean side when the engine temperature at the time of starting is low.

The control means adjusts the injection timing of fuel supplied to the second combustion in the compression stroke cylinder when the engine is stopped so that compression self-ignition is performed near the compression top dead center of the cylinder. The engine starting device according to any one of claims 1 to 7, wherein