JP4338659B2 - 内燃機関の始動方法及び始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の始動方法及び始動装置に係り、特に、アイドルストップを実施する車両用の内燃機関の始動方法及び始動装置に関する。

近年、内燃機関の燃料消費量及び排気の低減を目的として、アイドルストップを実施する車両が増加傾向にある。アイドルストップは、車両停止中に内燃機関がアイドル状態の時、内燃機関を自動的に停止させ、発進時には自動的に内燃機関を再始動させるものであり、このための技術が各種提案されている。

アイドルストップにおいて、内燃機関の再始動に時間がかかると、ドライバの発進意志に対して車両の発進動作が遅れ、ドライバビリティが悪化してしまう。このため、アイドルストップの実施に際しては、素早く円滑に内燃機関を再始動させることが重要となる。

また、スタータモータを用いて、クランク軸に外部より回転トルクを与えることにより、クランキングし、再始動を行うアイドルストップシステムでは、クランキングの際に電力を大量に必要とし、バッテリへの負担が大きく、バッテリの劣化を早めてしまう。

このことに対して、機関停止状態において、膨張行程にある気筒に対して燃料噴射（筒内噴射）、該当気筒の点火を行い、燃焼による回転トルクを内燃機関自身が発生することで、スタータを使用することなく内燃機関の再始動を行い、燃焼開始後の機関回転数に基づいて始動の成否を判定し、始動不良と判断された場合には、スタータモータを作動させて始動に必要な運動エネルギを補う始動装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

しかし、この始動装置は、始動不良を判断してから、スタータモータなどによる外部エネルギによって始動させており、燃焼不良時における機関始動の対応が不十分である。

これを解決するために、内燃機関の始動に必要なエネルギを目標エネルギとして設定し、所定の始動エネルギ供給手段から、前記目標エネルギに応じて制御されたエネルギを前記内燃機関に供給することにより、始動時に始動不良を推定して最適なエネルギを供給する始動装置が提案されている（例えば、特許文献２）。

この始動装置は、始動エネルギ供給手段として、筒内噴射による気筒内の燃料の燃焼によって回転トルク（エネルギ）を得る第１のエネルギ供給手段と、スタータモータによる第２のエネルギ供給手段とを用い、第１のエネルギ供給手段によって内燃機関に与えられるエネルギを推定し、目標エネルギに対する不足分を第２のエネルギ供給手段によって補うものである。

このため、この始動装置では、第２のエネルギ供給手段によるエネルギ供給するために、燃焼にて得られるエネルギを事前に正確に演算することが必要である。しかし、燃焼エネルギを正確に演算することは困難であり、より正確に演算するためには、筒内圧センサなど高価なセンサを追加して演算する必要がある。そして、燃焼エネルギを正確に演算できない場合には、第２のエネルギ供給手段によるエネルギ供給量も正確に演算できないため、第２のエネルギ供給手段によるエネルギ供給量が不足する場合の始動不良、第２のエネルギ供給手段によるエネルギ供給量が過剰の場合の過剰エネルギ消費が発生するため、内燃機関始動のための最適なエネルギ供給と始動性能が両立できない場合がある。

特開２００２−４９８５号公報 特開２００４−１０８３４０号公報

本発明が解決しようとする課題は、回転停止中の内燃機関の膨張行程にある気筒内に燃料を噴射・点火することによって得られる燃焼エネルギによるエネルギを利用して内燃機関を始動させる上で、燃焼エネルギを正確に演算せずに、燃焼エネルギ以外の第２のエネルギ供給手段によるエネルギ供給量を最小化するとともに、燃焼不良による始動不良を発生させずに、安定した始動を実現することにある。

この発明による内燃機関の始動方法は、内燃機関を運動させるためにエネルギを供給するエネルギ供給手段を少なくとも２つ以上有し、該２つのエネルギ供給手段を用いて前記内燃機関を始動させる内燃機関の始動方法であって、内燃機関の始動に際して少なくとも２つの前記エネルギ供給手段の各々よりエネルギを前記内燃機関に供給して当該内燃機関を始動させ、前記内燃機関の運動開始後に前記内燃機関の運動状態を判定し、該判定結果に基づいて前記複数個のエネルギ供給手段のうち、少なくとも１つのエネルギ供給手段による内燃機関へのエネルギ供給を停止する。

この発明による内燃機関の始動方法は、内燃機関を運動させるためにエネルギを供給する第１のエネルギ供給手段と第２のエネルギ供給手段を有し、該２つのエネルギ供給手段を用いて内燃機関を始動させる内燃機関の始動方法であって、内燃機関の始動に際して前記第１のエネルギ供給手段と前記第２のエネルギ供給手段の双方よりエネルギを前記内燃機関に供給して当該内燃機関を始動させ、前記内燃機関の運動開始後に、当該内燃機関の運動状態を判定し、該判定結果に基づいて前記第２のエネルギ供給手段による前記内燃機関へのエネルギの供給を停止する。

この発明による内燃機関の始動方法は、好ましくは、前記第１のエネルギ供給手段は、内燃機関が停止している状態において膨張行程にある気筒へ筒内燃料を噴射して点火を行い、該膨張行程の気筒から順次燃焼を生じさせ、該燃焼のエネルギを利用して前記内燃機関を始動させるものであり、前記第２のエネルギ供給手段は、外部より前記内燃機関のクランク軸に外部より回転トルクを与えて前記内燃機関を始動させるものである。

この発明による内燃機関の始動方法は、好ましくは、前記内燃機関の運動状態の判定は、前記第１のエネルギ供給手段の点火時点における前記内燃機関の回転速度と、該点火時点から前記内燃機関のクランク角度が所定回転角度変化した時点における回転速度の差分から前記内燃機関の回転状態が持続することを判定し、回転持続すると判定した場合に前記第２のエネルギ供給手段による内燃機関へのエネルギ供給を停止する。

この発明による内燃機関の始動方法は、好ましくは、前記内燃機関の運動状態の判定は、前記第１のエネルギ供給手段が前記内燃機関の停止状態にて圧縮行程にあった気筒に点火する時点における前記内燃機関の回転速度と、該点火時点から前記内燃機関のクランク角度が所定回転角度変化した時点における回転速度の差分から前記内燃機関の運動状態が持続していると判定する。

この発明による内燃機関の始動方法は、好ましくは、前記内燃機関の運動状態の判定は、前記内燃機関の停止状態にて圧縮行程にあった気筒にて発生する圧縮圧による前記クランク軸周りの負荷トルクが最大になる前記クランク軸の所定の回転位置を通過したことから前記内燃機関の回転状態が持続することを判定し、回転持続すると判定した場合に前記第２のエネルギ供給手段による内燃機関へのエネルギ供給を停止する。

この発明による内燃機関の始動方法は、好ましくは、回転持続と判定しない場合には、前記第２のエネルギ供給手段による内燃機関へのエネルギ供給を継続し、前記内燃機関の運動状態の判定を繰り返し実施する。

この発明による内燃機関の始動装置は、内燃機関を運動させるためのエネルギを供給するエネルギ供給手段を少なくとも２つ以上を有し、該２つ以上のエネルギ供給手段を用いて前記内燃機関を始動させる内燃機関の始動装置であって、前記内燃機関の運動状態を判定する運動状態判定手段と、内燃機関の始動に際して少なくとも２つの前記エネルギ供給手段の各々よりエネルギを前記内燃機関に供給して当該内燃機関を始動させ、前記内燃機関の運動開始後の前記運動状態判定手段による判定結果に基づいて前記複数個のエネルギ供給手段のうち、少なくとも１つのエネルギ供給手段による内燃機関へのエネルギ供給を停止させるエネルギ供給制御手段とを有する。

この発明による内燃機関の始動装置は、内燃機関を運動させるためにエネルギを供給する第１のエネルギ供給手段と第２のエネルギ供給手段を有し、該２つのエネルギ供給手段を用いて内燃機関を始動させる内燃機関の始動装置であって、前記内燃機関の運動状態を判定する運動状態判定手段と、内燃機関の始動に際して前記第１のエネルギ供給手段と前記第２のエネルギ供給手段の双方よりエネルギを前記内燃機関に供給して当該内燃機関を始動させ、前記内燃機関の運動開始後の前記運動状態判定手段による判定結果に基づいて前記第２のエネルギ供給手段による前記内燃機関へのエネルギの供給を停止させるエネルギ供給制御手段とを有する。

この発明による内燃機関の始動装置は、好ましくは、前記第１のエネルギ供給手段は、内燃機関が停止している状態において膨張行程にある気筒へ燃料を筒内噴射して点火を行い、該膨張行程の気筒から順次燃焼を生じさせ、該燃焼のエネルギを利用して前記内燃機関を始動させるものであり、前記第２のエネルギ供給手段は、外部より前記内燃機関のクランク軸に外部より回転トルクを与えて前記内燃機関を始動させるものである。

この発明による内燃機関の始動装置は、好ましくは、前記運動状態判定手段は、前記第１のエネルギ供給手段の点火時点における前記内燃機関の回転速度と、該点火時点から前記内燃機関のクランク角度が所定回転角度変化した時点における回転速度の差分から前記内燃機関の回転状態が持続することを判定し、前記エネルギ供給制御手段は、前記運動状態判定手段によって回転持続すると判定した場合に前記第２のエネルギ供給手段による内燃機関へのエネルギ供給を停止させる。

この発明による内燃機関の始動装置は、好ましくは、前記運動状態判定手段は、前記第１のエネルギ供給手段が前記内燃機関の停止状態にて圧縮行程にあった気筒に点火する時点における前記内燃機関の回転速度と、該点火時点から前記内燃機関のクランク角度が所定回転角度変化した時点における回転速度の差分から前記内燃機関の回転状態が持続していると判定する。

この発明による内燃機関の始動装置は、好ましくは、前記運動状態判定手段は、前記内燃機関の停止状態にて圧縮行程にあった気筒にて発生する圧縮圧による前記クランク軸周りの負荷トルクが最大になる前記クランク軸の所定の回転位置を通過したことから前記内燃機関の回転状態が持続することを判定し、前記エネルギ供給制御手段は、前記運動状態判定手段によって回転持続すると判定した場合に前記第２のエネルギ供給手段による内燃機関へのエネルギ供給を停止させる。

本発明によれば、各エネルギ供給手段によって始動時に供給したエネルギを演算する必要がなく、始動時に供給されたエネルギによって発生した運動状態を判定することで、エネルギ供給の一部の停止を行うため、供給するエネルギを正確に演算せずに、第２のエネルギの供給量を最小化すると共に、始動不良を発生させずに、安定した始動を実現することができ、始動時の騒音を小さくすることもできる。更に、高精度なエネルギ推定を行うためのセンサの追加や、高機能なエネルギ供給手段を用いる必要がないので、安価に始動システムを構築することができる。

また、内燃機関の運動状態の判定は、点火時点における内燃機関の回転速度と、該点火時点から内燃機関のクランク角度が所定回転角度変化した時点における回転速度の差分や、内燃機関の停止状態にて圧縮行程にあった気筒にて発生する圧縮圧によるクランク軸周りの負荷トルクが最大になるクランク軸の所定の回転位置を通過したことから判定することにより、特別なセンサを追加することなく簡便に行うことができる。

本発明による始動制御装置と適用される内燃機関の一実施形態を、図を参照して説明する。

図１において、内燃機関１は、例えば自動車に搭載される４サイクルエンジンとして構成されており、複数のシリンダ（気筒）２を含んでいる。なお、図１では単一のシリンダ２のみを示すが、他のシリンダ２に関しても同じ構成である。以下の説明では、内燃機関１をエンジン１と表記することもある。

エンジン１のシリンダ２の数は３、４、６、８などがあり、それぞれ、３気筒エンジン、４気筒エンジン、６気筒エンジン、８気筒エンジンと呼ばれる。

エンジン１は、燃料噴射弁４からシリンダ２内の燃焼室５に燃料を直接噴射（筒内噴射）し、その噴射された燃料と燃焼室５内の空気とによる混合気を点火プラグ６によって点火（着火）する筒内噴射内燃機関として構成されている。燃料噴射弁４から噴射される燃料にはガソリンが好適に用いられるが、他の燃料でもよい。

エンジン１には、燃焼室５と吸気通路７、燃焼室５と排気通路８との間をそれぞれ開閉する吸気バルブ９、排気バルブ１０が設けられると共に、各吸気バルブ９、排気バルブ１０を開閉駆動するカム１１、１２、吸気通路７からの吸気量を調整するスロットル弁１３、ピストン３の往復運動をクランク軸１４に回転運動として伝達するコンロッド１５及びクランクアーム１６が設けられる。

また、吸気バルブ９、排気バルブ１０の開・閉タイミングやリフト量は、自在に変更することができる場合もある。この吸気バルブ９、排気バルブ１０の開・閉タイミングやリフト量は、バルブタイミング・リフト制御装置２０によって変更される。

エンジン１には、これを始動させるためのエネルギ（回転トルク）を供給するエネルギ供給手段として、燃焼室５内にて燃焼を発生させて始動時に必要なエネルギを供給する手段（第１のエネルギ供給手段）が設けられている。第１のエネルギ供給手段は、エンジン１が停止している状態において膨張行程にある気筒へ燃料を筒内噴射して点火を行い、該膨張行程の気筒から順次燃焼を生じさせ、該燃焼のエネルギを利用してエンジン１を始動させるものであり、コントロールユニット１９が停止した状態から、エンジン１の各気筒へ行う制御によっても実現される。第１のエネルギ供給手段によるエネルギ供給方法などについては、後で詳細に示す。

エンジン１には、別のエネルギ供給手段（第２のエネルギ供給手段）として、スタータモータ１７が設けられている。スタータモータ１７は、歯車機構１８を介してクランク軸１４を回転させる電動モータで構成され、クランク軸１４に外部より回転トルクを与えてエンジン１を始動させるものである。

なお、スタータモータ１７には、供給する電流又は電圧の制御により、エンジン１に与えるエネルギを変更可能なものや、一般的に用いられているように、電流・電圧制御を行わず、通電をオン・オフでのみで制御するものなどがある。

コントロールユニット１９は、マイクロプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺装置をからなるコンピュータ式のものとして構成され、ＲＯＭに記録されたプログラムに従ってエンジン１の運転状態を制御するために必要な各種処理を行う。

例えば、排気通路８に図示しない空燃比センサを設置し、空燃比センサによる計測された空燃比が所定の空燃比となるように燃料噴射弁４の燃料噴射量を制御するなどが挙げられる。

コントロールユニット１９が参照するセンサとしては、上記のセンサの他にも種々設けられるが、本発明に関連するセンサとしては、クランク軸１４のクランク角に応じた信号を出力するクランク角センサ２４と、吸気側のカム１１のカム角に応じた信号を出力するカム角センサ２５などがある。

次に、コントロールユニット１９による本発明の実施形態を、図２を参照して説明する。コントロールユニット１９は、エンジン１を始動・停止・稼動するために必要な状態を検出するセンサからの信号をコントロールユニット１９に取り込む処理と、エンジン１の始動・停止・稼動するために必要な機器であるスロットル弁１３、バルブタイミング・リフト制御装置２０、燃料噴射弁４などを駆動制御するための出力処理とを行う入出力手段９０と、エンジン１を通常に始動、稼動させるための通常制御手段９９に加えて、始動制御手段９１と、停止制御手段９２を有する。

始動制御手段９１は、エンジン１を始動させるための制御手段であり、停止制御手段９２は、エンジン１を停止させるための制御手段である。

本発明では、始動制御手段９１は、エンジン１の運動状態を検出・判定するための運動状態判定手段９１１と、エンジン１へエネルギを供給する前述した複数のエネルギ供給手段（第１のエネルギ供給手段と第２のエネルギ供給手段）の制御を行うエネルギ供給制御手段９１２を有する。

運動状態判定手段９１１は、第１のエネルギ供給手段の点火時点、とくにエンジン停止状態にて圧縮行程にあった気筒に点火する時点におけるエンジン１の回転速度と、該点火時点からエンジン１のクランク角度が所定回転角度変化した時点における回転速度の差分からエンジン１の回転状態が持続することを判定する。

なお、運動状態判定手段９１１は、エンジン１の停止状態にて圧縮行程にあった気筒にて発生する圧縮圧によるクランク軸周りの負荷トルクが最大になるクランク軸の所定の回転位置を通過したことからエンジンの回転状態が持続することを判定してもよい。

エネルギ供給制御手段９１２は、基本的には、エンジン１の始動に際して第１のエネルギ供給手段と第２のエネルギ供給手段（スタータモータ１７）の双方よりエネルギをエンジン１に供給してエンジン１を始動させ、エンジン１の運動開始後、運動状態判定手段９１１による判定結果に基づき、運動状態判定手段９１１が回転持続すると判定した場合には、第２のエネルギ供給手段によるエンジン１へのエネルギの供給を停止させる制御を行う。

始動制御手段９１の詳細を、図３を参照して説明する。始動制御手段９１におけるエネルギ供給制御手段９１２は、供給・停止制御手段９１２１と、第１のエネルギ供給制御を行う燃焼制御手段９１２２と、第２のエネルギ供給制御を行うスタータ制御手段９１２３を有している。

燃焼制御手段９１２２は、燃料噴射弁４にて噴射する燃料量と噴射時期を設定する燃料噴射制御部９１２２１と、点火プラグ６にて点火する時期を設定する点火制御部９１２２２と、バルブタイミング・リフト制御装置２０にて吸気バルブ９と排気バルブ１０の開閉タイミングと開弁量を設定する吸排気弁制御部９１２２３と、スロットル弁１３の開度を設定するスロットル制御部９１２２４から構成され、エンジン１に最適な燃焼制御を実現することで、エンジン１へエネルギを供給する。

供給・停止制御手段９１２１は、エンジン１を始動する際に、複数のエネルギ供給手段によるエネルギ供給や停止の制御を行う。特に、運動状態判定手段９１１による判定結果に基づいて、つまり、エンジン１の運動状態に応じて、適切に複数のエネルギ供給手段のエネルギ供給や停止を行う。このようにエンジン１の運動状態に応じて、エネルギ供給や停止を行うことにより、始動不良を発生することなく、かつ過剰なエネルギ供給を行うことなく、安定した始動を実現する。

次に、本発明の始動制御における制御フローについて説明する。
始動制御の制御フローの詳細を説明する前に、始動に先立って行われる停止制御とその後の始動制御の概略フローについて、図４を用いて説明する。

停止制御のフローと始動制御のフローは、コントロールユニット１９の停止制御手段９２と始動制御手段９１にて実行処理される。

また、コントロールユニット１９は、本処理とは別の処理フローにてエンジン１の停止・起動の判定を行っており、その停止要求や始動要求に基づいて停止制御フロー、始動制御フローが実行される。

ここで、停止条件は、例えば、エンジン１が暖機状態、ブレーキ操作状態、かつアクセルが踏まれないアイドリング状態にあるときに判定される。

始動条件は、そのアイドリング状態から車両の発進に関連する操作、例えば、ブレーキ解除、アクセルペダル踏み込み操作、シフト操作等があったときに判定される。

このように、図４に示されている停止制御と始動制御の処理フローは、車両の停止時に、エンジン１を停止させ、発進前に、エンジン１を再起動させるアイドリングストップを実現する。

図４において、コントロールユニット１９は、エンジン稼動状態（ステップＳ０）において、先ず、エンジン自動停止要求の有無を判定する（ステップＳ１−１）。自動停止の要求がない場合には、引き続きエンジン１の通常制御を継続し（ステップＳ２）、その後、繰り返し、エンジン自動停止の要求有無を判定する。

自動停止の要求がある場合には、エンジン停止制御（ステップＳ１−２）を実施する。

エンジン停止制御（ステップＳ１−２）が完了し、エンジン１が停止すると、クランク角センサ２５及びカム角センサ２６からクランク角及びカム角を検出し、これらの検出結果から膨張行程にある気筒（シリンダ２）を判別する気筒判別処理を行う（ステップＳ１−３）。

次に、クランク角から膨張行程にある気筒のピストン停止位置を演算する（ステップＳ１−４）。このとき、膨張行程にある気筒以外の他の気筒におけるピストン停止位置も一意的に定まる。

次に、膨張行程にある気筒の空気量と、圧縮行程にある気筒の空気量を、それら気筒ののピストン停止位置より算出する（ステップＳ１−５、ステップＳ１−６）。膨張行程にある気筒と、圧縮行程にある気筒のピストン停止位置は、それぞれ算出され、気筒の直径及びピストン３の頂面形状等は設計値から予め分かっているから、これらによって膨張行程にある気筒の燃焼室５と、圧縮行程にある気筒の燃焼室５の容積は決定できる。

ここで、エンジン１の各燃焼室５内の圧力（気筒内圧）は、機関停止後、すぐに大気圧に戻ると考えて、エンジン１の水温情報などから推測した温度補正を行うことにより、膨張行程にある気筒と、圧縮行程にある気筒内の空気量を演算することができる。

膨張行程における気筒と、圧縮行程における気筒の燃焼室５の空気量が演算されると、次に、これに対応した燃料噴射量を演算する（ステップＳ１−７、ステップＳ１−８）。この燃料噴射量は、例えば、空気量と燃料量の空燃比が所定の値になるように設定することができる。このときの空燃比は、燃焼が最適になるような値に決定することが好ましい。

また、吸気行程における気筒への燃料量も同時に演算する。ステップＳ１−９）。吸気行程における気筒は、始動後には吸気行程から動作するから、気筒内に空気が十分に吸入されるとして、通常の始動時における燃料量と設定してもよい。

以上のように、エンジン１を始動するに必要な燃料量を予め演算することが可能である。このような始動する際に必要な燃料の演算は、コントロールユニット１９の始動制御手段９１にて実施するとよい。

また、エンジン１が停止した後、すぐに、上記処理で燃料量を求めてもよいし、始動要求があってから、同様な処理にて始動における各気筒への供給燃料量を演算してもよい。

次に、エンジン休止状態（ステップＳ１−１０）で、再始動の要求を待つ（ステップＳ１−１１）。ここで、エンジン１の始動要求の有無を判定し（ステップＳ１−１１）、始動要求がある場合には、エンジン１の始動制御を開始する（ステップＳ３）。これに対し、始動要求がない場合には、エンジン１は休止した状態のままで、始動要求を待つ。

次に、エンジン自動始動要求があった場合に関する始動制御の処理フローについて、図５を用いて説明する。

エンジン１が停止した状態（ステップＳ１−１０）にて、エンジン自動始動要求の有無を判定し（ステップＳ１−１１）、自動始動要求があった場合には、第１のエネルギ供給手段によってエンジン１にエネルギの供給を行う第１のエネルギ供給制御（ステップＳ３−１）と、第２のエネルギ供給手段によってエンジン１にエネルギの供給を行う第２のエネルギ供給制御（ステップＳ３−２）を行う。

第１のエネルギ供給制御（ステップＳ３−１）と、第２のエネルギ供給制御（ステップＳ３−２）は、それぞれ独立の処理フローとして行われるが、エンジン１へエネルギ供給を開始するタイミングに関しては、同時に開始、順番に開始などの協調制御を行うこともある。

例えば、第１のエネルギ供給制御（ステップＳ３−１）では、エンジン１の各気筒へ燃料噴射し、点火によって気筒内で燃焼を発生させてエンジン１にエネルギを供給し、第２のエネルギ供給制御（ステップＳ３−２）では、スタータモータ１７によって回転トルクをエンジン１のクランク軸１４へ加えることで、エネルギを外部よりエンジン１に供給する場合には、第１のエネルギ供給制御（ステップＳ３−１）を最初に開始し、その後、所定時間経過後（ある時間遅れもって）に第２のエネルギ供給制御（ステップＳ３−２）を開始する。あるいは、第１のエネルギ供給制御（ステップＳ３−１）と第２のエネルギ供給制御を同時に開始してもよい。

上記のように、始動要求があった場合には、複数のエネルギ供給手段によってエンジン１へのエネルギの供給を開始する。第１のエネルギ供給制御（ステップＳ３−１）と、第２のエネルギ供給制御（ステップＳ３−２）が行われると、エンジン１が運動を開始する。

この運動状態を定量的に評価するために、エンジン状態の演算を行う（ステップＳ３−４）。エンジン１の状態を定量的に演算する方法としては、例えば、エンジン１の回転数と慣性からエンジン１のエネルギから評価する方法、エンジン１の回転数変化量や回転加速度から評価する方法がある。このようにエンジン１の運動状態を評価することで、エンジン１の回転の持続性を評価することができる。

エンジン状態の演算を行うと（ステップＳ３−４）、次に、演算したエンジン１の状態から第２のエネルギ供給手段、つまり、スタータモータ１７によるエネルギ供給の可否を判定する（ステップＳ３−５）。ここでは、エンジン１の運動が、第２のエネルギ供給手段によるエネルギ供給がなくても持続するか否かを判定する。

第２のエネルギ供給が必要と判定されると、引き続き、第２のエネルギ供給手段によるエネルギ供給を継続し、その後、繰り返しエネルギ供給の可否判定を行う。第２のエネルギ供給が不要と判定されると、第２のエネルギ供給手段によるエネルギ供給を停止するように第２のエネルギ供給停止（ステップＳ３−６）を行う。

次に、本発明の一実施形態である第１のエネルギ供給制御（ステップＳ３−１）の処理フローの詳細について、図６を用いて説明する。なお、図６において、符号＃１〜＃４は、エンジン１の気筒番号を示している。

第１のエネルギ供給制御（ステップＳ３−１）では、エンジン１の自動始動要求があると、第１のエネルギ供給制御を開始する（ステップＳ３−１−１）。エンジン１の始動要求前に、エンジン１の気筒へ供給する燃料量を演算していない場合には、この時点で、既に説明したように、膨張行程における気筒と、圧縮行程における気筒の燃焼室５の空気量を演算し、これに対応した燃料噴射量を演算する。

また、吸気行程における気筒への燃料量も同時に演算しておく。前述したように、吸気行程における気筒は、始動後には吸気行程から動作するため、十分に気筒へ空気が吸入されるとして、通常の始動時における燃料量と設定してもよい。

次に、第１のエネルギ供給制御が開始されると、初期状態（停止状態）で、膨張行程にある気筒（＃１）への燃料噴射を行う（ステップＳ３−１−２）。次に、同じ初期状態（停止状態）で、吸気行程にある気筒（＃２）への燃料噴射を行う（ステップＳ３−１−３）。更に、同じ初期状態（停止状態）で、圧縮行程にある気筒（＃３）への燃料噴射を行う（ステップＳ３−１−４）。

なお、初期状態時に、膨張行程にある気筒への燃料噴射（ステップＳ３−１−２）と、吸気行程にある気筒（＃２）への燃料噴射（ステップＳ３−１−３）と、圧縮行程にある気筒（＃３）への燃料噴射（ステップＳ３−１−４）は、同時に行ってもよい。

次に、膨張行程にある気筒（＃１）への燃料噴射実施後、所定時間待機して燃料の気化を待ち、燃料気化のための時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ３−１−５）。気化時間としては、１００ｍｓｅｃ程度の時間を要する。

予め設定された気化時間が経過すると、初期状態時に膨張行程にある気筒（＃１）の点火プラグ６により、燃料と空気との混合気を点火する（ステップＳ３−１−６）。膨張行程にある気筒（＃１）の混合気が燃焼すると、この気筒で燃焼によるエネルギが発生し、ピストン３が押し下げられ、クランク軸１４が回転を開始する。一方、クランク軸１４が回転することにより、初期状態時に圧縮行程にある気筒（＃３）のピストン３は押し上げられ、上死点（ＴＤＣ）へ到達する。

この際、圧縮行程にある気筒（＃３）の混合気は圧縮されるため、圧縮を妨げようとする回転負荷が発生する。しかし、第２のエネルギ供給手段、すなわち、スタータモータ１７によってクランク軸１４を直接回転させる運動エネルギも加えられているため、クランク軸１４は回転を持続する。

次に、初期状態時に圧縮行程にある気筒（＃３）のピストン３が上死点（ＴＤＣ）へ到達したか否かを判定し（ステップＳ３−１−７）、圧縮行程にある気筒（＃３）の圧縮された混合気の点火を行う（ステップＳ３−１−８）。なお、点火のタイミングは、気筒（＃３）のピストン３が上死点（ＴＤＣ）へ到達したか否かで判定する以外に、ＴＤＣ前の所定角度にて点火を行うこともある。

初期状態時に圧縮行程にある気筒（＃３）への点火が行われると、この気筒で燃焼が発生し、更にエネルギがエンジン１に供給され、エンジン１のクランク軸１４は回転を行う。

次に、初期状態時に排気行程にあった気筒（＃４）が吸気行程へ遷移したか否かを判定し（ステップＳ３−１−９）、吸気行程へ遷移すれば、初期状態時に排気行程にあった気筒（＃４）へ燃料を噴射する（ステップＳ３−１−１０）。ここでは、吸気行程において燃料を噴射しているが、その後の圧縮行程において燃料を噴射してもよい。

さらにクランク軸１４が回転すると、初期状態時に吸気行程にあった気筒（＃２）が吸気行程から圧縮行程へ遷移し、圧縮行程にてピストン３がＴＤＣに到達したか否かを判定する（ステップＳ３−１−１１）。ＴＤＣに到達したことを判定すると、この気筒（＃２）の混合気の点火を行う（ステップＳ３−１−１２）。

以上のように、各気筒に対して、順次燃料噴射と点火を行うことで、エンジン１へのエネルギの供給を行う。クランク軸１４が回転すると、エンジン１の通常制御へ遷移し、気筒判別を行いながら、最適なタイミングと最適な量の燃料噴射と、最適なタイミングでの点火を行う（ステップＳ３−１−１３）。

次に、本発明の一実施形態であるエンジン状態演算（ステップＳ３−４）と、エネルギ供給可否判定（ステップＳ３−５）の具体例について、図７を用いて説明する。

エンジン状態演算（ステップＳ３−４）は、始動制御開始後に実施される。先ず、第１のエンジン状態の演算するか否かを判定する（ステップＳ３−４−１）。これは、エンジン１の状態を演算するか否かを判定する。ここで、演算実行と判定されると、エンジン１の点火時の回転数を演算する（ステップＳ３−４−２）。一方、演算しないと判定された場合には、再び、判定を継続する。

エンジン１の点火時の回転数を演算すると、次に、第２のエンジン状態の演算をするか否かの判定をする（ステップＳ３−４−３）。これは、点火制御後、クランク軸１４が所定の回転角移動した時のエンジン状態を演算するために、クランク軸１４の回転角が所定角度になったか否かを判定する。ここでは、クランク軸１４の回転角度で判定しているが、点火後、所定時間が経過したか否かで判定してもよい。

ここで、クランク軸１４の回転角が所定の回転角変化したことを判定すると、その時点でのエンジン１の回転数を演算する（ステップＳ３−４−４）。

次に、第１のエンジン状態におけるエンジン１の回転数と所定回転角回転後のエンジン１の回転数から点火前後における回転数の変化量（差分）を演算する（ステップＳ３−４−５）。

この点火前後の回転数の変化量がエンジン１の運転状態を演算した結果となる。この回転数の変化量が大きい場合には、エンジン１が充分なエネルギを受け取り、回転が持続することを意味する。

これに対し、この回転数の変化量が小さい場合には、エンジン１に充分ななエネルギが供給されてなく、エンジン１の回転が持続しない可能性が高くなる。

よって、エンジン１の回転数の変化量が演算されると、この回転数変化量を用いて、エネルギ供給可否の判定を行う（ステップＳ３−５）。

先ず、供給可否の判定を行うために用いる回転数の変化量の判定値を設定する（ステップＳ３−５−１）。これは、エンジン１に働く回転負荷に応じて変更することも可能である。

次に、演算したエンジン１の回転数の変化量と回転数の変更量の判定値とを比較し（ステップＳ３−５−２）、設定した判定値より大きい場合には、エネルギ供給を停止し、小さい場合には、エネルギ供給を継続する。

以上のように、本実施形態によれば、燃焼による供給エネルギ、スタータモータによる供給エネルギを正確に推定しなくても、エンジン１の運動状態を回転数から判定し、それ応じて供給するエネルギを停止するため、始動する際に必要なエネルギがエンジン１に適切に供給され、エンジン１を無駄なく円滑に始動させることができる。

また、燃焼による供給エネルギ、スタータモータによる供給エネルギを正確に制御できなくても、エンジン１の運動状態を回転数から判定し、それ応じて供給するエネルギを停止するため、始動する際に必要なエネルギがエンジン１に適切に供給され、エンジン１を無駄なく円滑に始動させることができるため、トルク制御を行うような高機能なスタータを利用する必要がなく、安価にエンジン始動システムを構築することができる。

以上のように、本発明による始動装置は、始動時に消費するエネルギを最小限に抑えることができるので、アイドリングストップを実行する場合のように、エンジン１の停止及び起動を頻繁に繰り返すような場合に好適である。

また、本発明は、アイドリングストップ時における再始動に限限らず、例えば、イグニッションキーのオン操作に対応した始動時にも適用できる。

その他にも、内燃機関と電動モータとを併用するハイブリッド車両におけるエンジンの再始動時等、内燃機関を始動させる、あらゆる場合に本発明は適用できる。

本発明の一実施形態に係る始動装置と適用される内燃機関を示す概略構成図。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の始動装置であるコントロールユニットの概要図。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の始動装置の要部の詳細を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の停止・始動制御方法の概要を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の始動方法の概要を示すフローチャート。 本発明の本発明の一実施形態である第１のエネルギ供給制御の処理フローの詳細を示すフローチャート。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の状態を演算する処理と内燃機関の状態を判定する処理のフローチャート。

符号の説明

１ 内燃機関、エンジン
２ シリンダ
３ ピストン
４ 燃料噴射弁
６ 点火プラグ
９ 吸気弁
１０ 排気弁
１３ スロットル弁
１４ クランク軸
１７ スタータモータ（第２のエネルギ供給手段）
１９ コントロールユニット
９１ 始動制御手段
９１１ 運動状態判定手段
９１２ エネルギ供給制御手段
９２ 停止制御手段

Claims (5)

1. 内燃機関を運動させるためにエネルギを供給する第１のエネルギ供給手段と第２のエネルギ供給手段を有し、該２つのエネルギ供給手段を用いて内燃機関を始動させる内燃機関の始動方法であって、
   前記第１のエネルギ供給手段は、内燃機関が停止している状態において膨張行程にある気筒へ燃料を筒内噴射して点火を行い、該膨張行程の気筒から順次燃焼を生じさせ、該燃焼のエネルギを利用して前記内燃機関を始動させ、
   前記第２のエネルギ供給手段は、前記内燃機関のクランク軸に外部より回転トルクを与えて前記内燃機関を始動させるものであり、
   内燃機関の始動に際して前記第１のエネルギ供給手段と前記第２のエネルギ供給手段の双方よりエネルギを前記内燃機関に供給して当該内燃機関を始動させ、
   前記内燃機関の運動開始後に、当該内燃機関の運動状態を判定し、該判定結果に基づいて前記第２のエネルギ供給手段による前記内燃機関へのエネルギの供給を停止し、
   前記内燃機関の運動状態の判定は、前記第１のエネルギ供給手段の点火時点における前記内燃機関の回転速度と、該点火時点から前記内燃機関のクランク角度が所定回転角度変化した時点における回転速度の差分から前記内燃機関の回転状態が持続することを判定し、回転持続すると判定した場合に前記第２のエネルギ供給手段による内燃機関へのエネルギ供給を停止することを特徴とする内燃機関の始動方法。
2. 前記内燃機関の運動状態の判定は、前記第１のエネルギ供給手段が前記内燃機関の停止状態にて圧縮行程にあった気筒に点火する時点における前記内燃機関の回転速度と、該点火時点から前記内燃機関のクランク角度が所定回転角度変化した時点における回転速度の差分から前記内燃機関の運動状態が持続していると判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方法。
3. 回転持続と判定しない場合には、前記第２のエネルギ供給手段による内燃機関へのエネルギ供給を継続し、前記内燃機関の運動状態の判定を繰り返し実施することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の始動方法。
4. 内燃機関を運動させるためにエネルギを供給する第１のエネルギ供給手段と第２のエネルギ供給手段を有し、該２つのエネルギ供給手段を用いて内燃機関を始動させる内燃機関の始動装置であって、
   前記内燃機関の運動状態を判定する運動状態判定手段と、
   内燃機関の始動に際して前記第１のエネルギ供給手段と前記第２のエネルギ供給手段の双方よりエネルギを前記内燃機関に供給して当該内燃機関を始動させ、前記内燃機関の運動開始後の前記運動状態判定手段による判定結果に基づいて前記第２のエネルギ供給手段による前記内燃機関へのエネルギの供給を停止させるエネルギ供給制御手段と、を有し、
   前記第１のエネルギ供給手段は、内燃機関が停止している状態において膨張行程にある気筒へ燃料を筒内噴射して点火を行い、該膨張行程の気筒から順次燃焼を生じさせ、該燃焼のエネルギを利用して前記内燃機関を始動させ、
   前記第２のエネルギ供給手段は、前記内燃機関のクランク軸に外部より回転トルクを与えて前記内燃機関を始動させ、
   前記運動状態判定手段は、前記第１のエネルギ供給手段の点火時点における前記内燃機関の回転速度と、該点火時点から前記内燃機関のクランク角度が所定回転角度変化した時点における回転速度の差分から前記内燃機関の回転状態が持続することを判定し、
   前記エネルギ供給制御手段は、前記運動状態判定手段によって回転持続すると判定した場合に前記第２のエネルギ供給手段による内燃機関へのエネルギ供給を停止させることを特徴とする内燃機関の始動装置。
5. 前記運動状態判定手段は、前記第１のエネルギ供給手段が前記内燃機関の停止状態にて圧縮行程にあった気筒に点火する時点における前記内燃機関の回転速度と、該点火時点から前記内燃機関のクランク角度が所定回転角度変化した時点における回転速度の差分から前記内燃機関の回転状態が持続していると判定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の始動装置。

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