JP5887877B2 - Start control device for compression self-ignition engine - Google Patents
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Description
本発明は、燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料を自着火により燃焼させる圧縮自己着火式エンジンに設けられ、所定の自動停止条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるとともに、その後所定の再始動条件が成立したときに、スタータモータを用いて上記エンジンに回転力を付与しつつ上記燃料噴射弁から燃料を噴射することにより、上記エンジンを再始動させる圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置に関する。 The present invention is provided in a compression self-ignition engine that burns fuel injected from a fuel injection valve into a cylinder by self-ignition, and automatically stops the engine when a predetermined automatic stop condition is satisfied, and then Start control of a compression self-ignition engine that restarts the engine by injecting fuel from the fuel injection valve while applying a rotational force to the engine using a starter motor when the restart condition is satisfied Relates to the device.
ディーゼルエンジンに代表される圧縮自己着火式エンジンは、一般に、ガソリンエンジンのような火花点火式エンジンよりも熱効率に優れ、排出されるCO2の量も少ないことから、近年、車載用エンジンとして広く普及しつつある。 Compressed self-ignition engines such as diesel engines are generally more widely used as in-vehicle engines in recent years because they are more thermally efficient than spark ignition engines such as gasoline engines and emit less CO 2 I am doing.
上記のような圧縮自己着火式エンジンにおいて、より一層のCO2の削減を図るには、アイドル運転時等にエンジンを自動停止させ、その後車両の発進操作等が行われたときにエンジンを再始動させる、いわゆるアイドルストップ制御の技術を採用することが有効であり、そのことに関する種々の研究もなされている。 In the compression self-ignition engine as described above, in order to further reduce CO 2 , the engine is automatically stopped at the time of idle operation or the like, and then the engine is restarted when the vehicle is started. It is effective to adopt a so-called idle stop control technique, and various studies have been conducted on this.
例えば、下記特許文献1には、所定の自動停止条件が成立したときにディーゼルエンジンを停止させ、所定の再始動条件が成立すると、スタータモータを駆動しながら燃料噴射を実行してディーゼルエンジンを再始動させるディーゼルエンジンの制御装置において、圧縮行程で停止した気筒(停止時圧縮行程気筒)のピストン停止位置に基づいて、最初に燃料を噴射する気筒を可変的に設定することが開示されている。
For example, in
具体的に、同文献では、ディーゼルエンジンが自動停止されると、その時点で圧縮行程にある上記停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置を求め、そのピストン停止位置が相対的に下死点寄りに設定された適正位置にあるか否かを判定し、適正位置にある場合には、上記停止時圧縮行程気筒に最初の燃料を噴射することで、エンジン全体として1回目の圧縮上死点を迎えるときから燃焼を再開させるようにしている(以下、これを「1圧縮始動」という)。 Specifically, in this document, when the diesel engine is automatically stopped, the stop position of the piston of the stop-time compression stroke cylinder in the compression stroke at that time is obtained, and the piston stop position is relatively close to the bottom dead center. In the case of being in the proper position, the first fuel is injected into the above-mentioned compression stroke cylinder at the time of stop so that the first compression top dead center of the engine as a whole is obtained. Combustion is resumed from the time of arrival (hereinafter referred to as “one compression start”).
一方、上記停止時圧縮行程のピストンが上記適正位置よりも上死点側にある場合には、吸気行程で停止した気筒(停止時吸気行程気筒)が圧縮行程に移行してから当該気筒に最初の燃料を噴射することにより、エンジン全体として2回目の圧縮上死点を迎えるときから燃焼を再開させる(以下、これを「2圧縮始動」という)。このように、停止時圧縮行程気筒ではなく停止時吸気行程気筒に燃料を噴射する2圧縮始動を行うのは、停止時圧縮行程気筒のピストンが上記適正位置から上死点側に外れているときには、そのピストンによる圧縮代(上死点までのストローク量)が少なく気筒内の空気が十分に高温化しないことから、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射しても失火が起きるおそれがあるためである。 On the other hand, when the piston in the compression stroke at the time of stop is at the top dead center side from the appropriate position, the cylinder stopped in the intake stroke (intake stroke cylinder at the time of stop) shifts to the compression stroke and then the cylinder first By injecting this fuel, combustion is restarted from the time when the engine reaches the second compression top dead center (hereinafter referred to as “two-compression start”). As described above, the two-compression start in which fuel is injected into the stop intake stroke cylinder instead of the stop compression stroke cylinder is performed when the piston of the stop compression stroke cylinder is deviated from the appropriate position to the top dead center side. Because the compression allowance (stroke amount to top dead center) by the piston is small and the air in the cylinder does not sufficiently heat up, misfire may occur even if fuel is injected into the compression stroke cylinder at the time of stop. is there.
上記特許文献1の技術では、停止時圧縮行程気筒のピストンが適正位置にあるときには、1圧縮始動によって速やかにエンジンを再始動できるものの、上記適正位置から上死点側に外れてしまった場合には、2圧縮始動を行う必要があり、再始動に要する時間が長くなってしまう。すなわち、2圧縮始動では、停止時吸気行程気筒が圧縮行程に移行するのを待ってから燃料を噴射するので、エンジン全体として2回目の圧縮上死点を迎えるまでは、燃焼によるエネルギーを利用することができず、その分だけ再始動時間が長くなってしまう。このため、できるだけ高い頻度で、1圧縮始動によるエンジン再始動を可能にすることが望まれていた。
In the technique of the above-mentioned
ところで、1圧縮始動の頻度を増やすには、停止時圧縮気筒に噴射される燃料の着火性を改善する必要があり、そのためには、燃料の微粒化を促進することが有効である。燃料の微粒化を促進するには、燃料噴射弁の燃圧(燃料噴射弁に供給される燃料の圧力)を高めればよいが、自動停止制御によるエンジンの停止後は、燃料噴射弁に燃料を供給するサプライポンプ(エンジンの駆動力を得て作動するものが一般的である)も停止しているので、燃圧を高めることは不可能となる。もちろん、サプライポンプを電動式のものに取り替えれば、エンジンが停止した状態でもサプライポンプを駆動できるようになるが、それでは余計なコストがかかってしまう。 By the way, in order to increase the frequency of the one-compression start, it is necessary to improve the ignitability of the fuel injected into the compression cylinder at the time of stop. For this purpose, it is effective to promote atomization of the fuel. To promote atomization of the fuel, the fuel pressure of the fuel injection valve (the pressure of the fuel supplied to the fuel injection valve) may be increased. However, after the engine is stopped by automatic stop control, the fuel is supplied to the fuel injection valve. Since the supply pump (which generally operates with the driving force of the engine) is also stopped, it is impossible to increase the fuel pressure. Of course, if the supply pump is replaced with an electric one, the supply pump can be driven even when the engine is stopped, but this increases the cost.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃料の微粒化を図りながら適切な燃料噴射制御を実行することにより、1圧縮始動による迅速な再始動の機会をより増やすことのできる圧縮自己着火式エンジンの再始動制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and by executing appropriate fuel injection control while atomizing fuel, the opportunity for quick restart by one compression start is further increased. It is an object of the present invention to provide a restart control device for a compression self-ignition engine capable of performing the same.
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料を自着火により燃焼させる圧縮自己着火式エンジンに設けられ、所定の自動停止条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるとともに、その後所定の再始動条件が成立したときに、スタータモータを用いて上記エンジンに回転力を付与しつつ上記燃料噴射弁から燃料を噴射することにより、上記エンジンを再始動させる圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置であって、上記自動停止に伴い圧縮行程で停止した停止時圧縮行程気筒のピストンが所定の基準停止位置よりも下死点側に設定された特定範囲にあるか否かを判定する判定手段と、上記停止時圧縮行程気筒のピストンが上記特定範囲で停止したと判定され、かつエンジンの再始動条件が成立した場合に、上記燃料噴射弁を制御して上記停止時圧縮行程気筒に最初の燃料を噴射する噴射制御手段と、上記燃料噴射弁の燃圧を調整する燃圧調整手段とを備え、上記燃料噴射弁は、エンジンにより機械的に駆動されるサプライポンプから燃料の供給を受けるものであり、上記ピストンは、上記燃料噴射弁と対向する冠面の所定部位に、他の部位よりも凹んだキャビティを有し、上記燃圧調整手段は、上記エンジンの自動停止条件が成立してから、上記燃料噴射弁からの燃料噴射を停止する燃料カットが実行されるまでの間に、上記燃料噴射弁の燃圧を上昇させる制御を実行し、上記噴射制御手段は、上記再始動条件の成立後、少なくとも上記停止時圧縮行程気筒への最初の燃料噴射として、圧縮上死点を過ぎてから熱発生率のピークを迎えるようなメイン燃焼を起こさせるメイン噴射と、このメイン噴射の開始よりも前に熱発生率のピークを迎えるようなプレ燃焼を起こさせる複数回のプレ噴射とを実行し、上記複数回のプレ噴射は、各回のプレ噴射による燃料がいずれも上記ピストンのキャビティ内に収まるようなタイミングで実行されるものであることを特徴とするものである(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention is provided in a compression self-ignition engine that burns fuel injected from a fuel injection valve into a cylinder by self-ignition, and when a predetermined automatic stop condition is satisfied. When the engine is automatically stopped and then a predetermined restart condition is satisfied, the engine is restarted by injecting fuel from the fuel injection valve while applying a rotational force to the engine using a starter motor. A start control device for a compression self-ignition engine to be started, wherein a specific range in which a piston of a stop-time compression stroke cylinder that is stopped in a compression stroke due to the automatic stop is set to a lower dead center side than a predetermined reference stop position Determining means for determining whether or not the engine is in the specified range, and it is determined that the piston of the compression stroke cylinder at the time of stop has stopped within the specific range, and the engine restart condition When the fuel injection valve is established, the fuel injection valve comprises: an injection control means for controlling the fuel injection valve to inject the first fuel into the stop-time compression stroke cylinder; and a fuel pressure adjusting means for adjusting a fuel pressure of the fuel injection valve. The valve is supplied with fuel from a supply pump mechanically driven by an engine, and the piston has a cavity recessed in a predetermined portion of the crown surface facing the fuel injection valve, compared to other portions. And the fuel pressure adjusting means adjusts the fuel pressure of the fuel injection valve between the time when the automatic engine stop condition is established and the time when fuel cut from the fuel injection valve is stopped. After the restart condition is satisfied, at least the first fuel injection to the compression stroke cylinder at the time of stop is performed, and the injection control means performs the peak heat generation rate after the compression top dead center. A main injection to cause main combustion, such as welcome, a plurality of times to cause pre-combustion as peaking of heat release rate before the start of the main injection is performed and the pre-injection, the plurality of times The pre-injection is performed at a timing at which all of the fuel from each pre-injection is contained in the cavity of the piston (claim 1).
本発明によれば、エンジンが自動停止した後、停止時圧縮行程気筒への燃料噴射によってエンジンを再始動させる1圧縮始動の際に、まずプレ噴射が実行され、その後にメイン噴射が実行される。プレ噴射された燃料は、所定の着火遅れの後に自着火により燃焼し(プレ燃焼)、停止時圧縮行程気筒の筒内温度・圧力を上昇させるため、それに引き続いてメイン噴射が実行されたときには、噴射された燃料がほどなく自着火により燃焼する(メイン燃焼)。このメイン燃焼は、圧縮上死点を過ぎてから熱発生率のピークを迎えるような燃焼となり、圧縮上死点通過後のピストンを押し下げるように作用するので、エンジンに正方向のトルクを付与し、その回転速度を上昇させる。
特に、本発明では、噴射された燃料がピストンのキャビティ内に収まるようなタイミングで複数回のプレ噴射が実行されるため、ピストン冠面のキャビティ内に着火し易いリッチな混合気を確実に形成することができる。この結果、プレ噴射した燃料がより確実に自着火し(プレ燃焼)、そのことがメイン噴射した燃料の自着火(メイン燃焼)を促進することになる。
According to the present invention, after the engine is automatically stopped, pre-injection is first executed and then main injection is executed at the time of one compression start in which the engine is restarted by fuel injection into the stop-time compression stroke cylinder. . The pre-injected fuel is combusted by self-ignition after a predetermined ignition delay (pre-combustion), and increases the in-cylinder temperature and pressure of the compression stroke cylinder at the time of stop, so when main injection is subsequently executed, The injected fuel will burn soon by self-ignition (main combustion). This main combustion is a combustion that reaches the peak of the heat generation rate after passing through the compression top dead center, and acts to push down the piston after passing through the compression top dead center, so that a positive torque is applied to the engine. , Increase its rotational speed.
In particular, in the present invention, a plurality of pre-injections are executed at a timing such that the injected fuel fits in the piston cavity, so that a rich mixture that easily ignites is reliably formed in the cavity of the piston crown surface. can do. As a result, the pre-injected fuel is self-ignited more reliably (pre-combustion), which promotes self-ignition of the main injected fuel (main combustion).
このように、メイン噴射された燃料の着火性が、それ以前のプレ噴射(プレ燃焼)によって改善されるため、停止時圧縮行程気筒での圧縮代がそれほど多くなくても、停止時圧縮行程気筒での燃焼は確実に行われる。 Thus, since the ignitability of the fuel injected by the main injection is improved by the pre-injection (pre-combustion) before that, even if the compression allowance in the stop compression stroke cylinder is not so much, the stop compression stroke cylinder Combustion at is ensured.
さらに、本発明では、自動停止条件の成立時から燃料カットの実行時までの間を利用して、燃料噴射弁の燃圧を上昇させる制御が実行されるため、上記プレ噴射およびメイン噴射を行う際に、比較的高い燃圧によって燃料を微粒化することができ、燃料の着火性をより高めることができる。しかも、燃料カットを実行する前に予め燃圧を上昇させておくので、燃料噴射弁に燃料を供給するサプライポンプとして一般的な機械式のポンプ(エンジンによって機械的に駆動されるポンプ)を用いながらも、燃圧を上昇させる制御を無理なく行うことができる。これにより、余計なコストをかけることなく、確実に燃圧を高めて着火性を改善することができる。 Further, in the present invention, since the control from the time when the automatic stop condition is satisfied to the time when the fuel cut is performed is performed to increase the fuel pressure of the fuel injection valve, the pre-injection and the main injection are performed. In addition, the fuel can be atomized by a relatively high fuel pressure, and the ignitability of the fuel can be further improved. In addition, since the fuel pressure is raised in advance before the fuel cut is performed, a general mechanical pump (a pump mechanically driven by the engine) is used as a supply pump for supplying fuel to the fuel injection valve. However, the control for increasing the fuel pressure can be performed without difficulty. Thereby, without incurring extra cost, it is possible to reliably increase the fuel pressure and improve the ignitability.
以上のように、燃料の着火性を大幅に改善した上記実施形態によれば、1圧縮始動が可能なピストン停止位置範囲である特定範囲を上死点側に拡大し得るため、1圧縮始動の機会を増やして、迅速な始動性を確保することができる。 As described above, according to the above embodiment in which the ignitability of the fuel is greatly improved, the specific range that is the piston stop position range where one compression start is possible can be expanded to the top dead center side. Opportunities can be increased to ensure quick startability.
本発明において、好ましくは、上記燃料噴射弁は、8〜12個の噴孔を有する多噴孔型のものである(請求項2)。 In the present invention, preferably, the fuel injection valve is of a multi-injection type having 8 to 12 injection holes.
この構成によれば、上述した燃圧上昇制御(燃料カット前に燃料噴射弁の燃圧を予め上昇させる制御)による作用との相乗効果により、噴射した燃料の微粒化をさらに促進することができ、燃料の着火性を高めることができる。 According to this structure, atomization of the injected fuel can be further promoted by a synergistic effect with the above-described operation by the fuel pressure increase control (control to increase the fuel pressure of the fuel injection valve in advance before the fuel cut). Can improve the ignitability.
本発明において、好ましくは、上記圧縮自己着火式エンジンは、幾何学的圧縮比が16未満に設定されたディーゼルエンジンである(請求項3)。 In the present invention, preferably, the compression self-ignition engine is a diesel engine having a geometric compression ratio set to less than 16. ( Claim 3 )
幾何学的圧縮比が16未満のディーゼルエンジンは、従来から多用されてきたディーゼルエンジンに比べれば圧縮比が低く、その分、圧縮行程の途中位置で停止したピストンによる圧縮代(ピストン停止位置から圧縮上死点までのストローク量)が充分に確保されないケースが多くなるため、再始動時の着火性が相対的に悪化し易い。したがって、燃圧の上昇とプレ噴射とによって再始動時の着火性を高める本発明の構成は、幾何学的圧縮比が16未満のディーゼルエンジンに好適に適用することができる。 A diesel engine having a geometric compression ratio of less than 16 has a compression ratio lower than that of a diesel engine that has been widely used so far, and a compression allowance by a piston that stops in the middle of the compression stroke (compression from the piston stop position). Since there are many cases where the stroke amount to the top dead center is not sufficiently secured, the ignitability at the time of restart is relatively deteriorated. Therefore, the configuration of the present invention that improves the ignitability at the time of restart by increasing the fuel pressure and pre-injection can be suitably applied to a diesel engine having a geometric compression ratio of less than 16.
以上説明したように、本発明の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置によれば、燃料の微粒化を図りながら適切な燃料噴射制御を実行することにより、1圧縮始動による迅速な再始動の機会をより増やすことができる。 As described above, according to the start-up control device for a compression self-ignition engine of the present invention, an appropriate fuel injection control is executed while atomizing the fuel, thereby allowing a quick restart opportunity by one compression start. Can be increased more.
(1)エンジンの全体構成
図1は、本発明の一実施形態に係る始動制御装置が適用されたディーゼルエンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるディーゼルエンジンは、走行駆動用の動力源として車両に搭載される4サイクルのディーゼルエンジンである。このエンジンのエンジン本体1は、いわゆる直列4気筒型のものであり、紙面に直交する方向に列状に並ぶ4つの気筒2A〜2Dを有するシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上面に設けられたシリンダヘッド4と、各気筒2A〜2Dにそれぞれ往復摺動可能に挿入されたピストン5とを有している。
(1) Overall Configuration of Engine FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a diesel engine to which a start control device according to an embodiment of the present invention is applied. The diesel engine shown in the figure is a four-cycle diesel engine mounted on a vehicle as a power source for driving driving. The
上記ピストン5の上方には燃焼室6が形成されており、この燃焼室6には、燃料としての軽油が、後述する燃料噴射弁15からの噴射によって供給される。そして、噴射された燃料(軽油)が、ピストン5の圧縮作用により高温・高圧化した燃焼室6で自着火し(圧縮自己着火)、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン5が上下方向に往復運動するようになっている。
A
上記ピストン5は図外のコネクティングロッドを介してクランクシャフト7と連結されており、上記ピストン5の往復運動(上下運動)に応じて上記クランクシャフト7が中心軸回りに回転するようになっている。
The
ここで、図示のような4サイクル4気筒のディーゼルエンジンでは、各気筒2A〜2Dに設けられたピストン5が、クランク角で180°(180°CA)の位相差をもって上下運動する。このため、各気筒2A〜2Dでの燃焼(そのための燃料噴射)のタイミングは、180°CAずつ位相をずらしたタイミングに設定される。具体的には、気筒2A,2B,2C,2Dの気筒番号をそれぞれ1番、2番、3番、4番とすると、1番気筒2A→3番気筒2C→4番気筒2D→2番気筒2Bの順に燃焼が行われる。このため、例えば1番気筒2Aが膨張行程であれば、3番気筒2C、4番気筒2D、2番気筒2Bは、それぞれ、圧縮行程、吸気行程、排気行程となる。
Here, in the four-cycle four-cylinder diesel engine as shown in the figure, the
上記シリンダヘッド4には、各気筒2A〜2Dの燃焼室6に開口する吸気ポート9および排気ポート10と、各ポート9,10を開閉する吸気弁11および排気弁12とが設けられている。なお、吸気弁11および排気弁12は、シリンダヘッド4に配設された一対のカムシャフト等を含む動弁機構13,14により、クランクシャフト7の回転に連動して開閉駆動される。
The
また、上記シリンダヘッド4には、燃料噴射弁15が各気筒2A〜2Dにつき1つずつ設けられている。各燃料噴射弁15は、先端部に複数の噴孔を有した多噴孔型のものであり、その内部に、上記各噴孔に通じる燃料通路と、この燃料通路を開閉するために電磁的に駆動されるニードル状の弁体とを有している(いずれも図示省略)。そして、通電による電磁力で上記弁体が開方向に駆動されることにより、後述するコモンレール40(蓄圧室)から高圧で供給された燃料が上記各噴孔から燃焼室6に向けて直接噴射されるようになっている。なお、当実施形態における燃料噴射弁15は、8〜12個という多数の噴孔を有している。
The
上記燃料噴射弁15と対向するピストン5の冠面(上面)の中央部には、他の部分(冠面の周縁部)よりも下方に凹んだキャビティ5aが形成されている。このため、ピストン5が上死点の近くにある状態で上記燃料噴射弁15から燃料が噴射された場合、この燃料は、まずキャビティ5aの内部に侵入することになる。
A
ここで、当実施形態のエンジン本体1は、その幾何学的圧縮比(ピストン5が下死点にあるときの燃焼室容積とピストン5が上死点にあるときの燃焼室容積との比)が14に設定されている。すなわち、一般的な車載用のディーゼルエンジンの幾何学的圧縮比が18もしくはそれ以上に設定されることが多いのに対し、当実施形態では、幾何学的圧縮比が14というかなり低い値に設定されている。
Here, the
上記シリンダブロック3やシリンダヘッド4の内部には、冷却水が流通する図外のウォータジャケットが設けられており、このウォータジャケット内の冷却水の温度を検出するための水温センサSW1が、上記シリンダブロック3に設けられている。
A water jacket (not shown) through which cooling water flows is provided inside the
また、上記シリンダブロック3には、クランクシャフト7の回転角度および回転速度を検出するためのクランク角センサSW2が設けられている。このクランク角センサSW2は、クランクシャフト7と一体に回転するクランクプレート25の回転に応じてパルス信号を出力する。
The
具体的に、上記クランクプレート25の外周部には、一定ピッチで並ぶ多数の歯が突設されており、その外周部における所定範囲には、基準位置を特定するための歯欠け部25a(歯の存在しない部分)が形成されている。そして、このように基準位置に歯欠け部25aを有したクランクプレート25が回転し、それに基づくパルス信号が上記クランク角センサSW2から出力されることにより、クランクシャフト7の回転角度(クランク角)および回転速度(エンジン回転速度)が検出されるようになっている。
Specifically, a large number of teeth lined up at a constant pitch are projected on the outer peripheral portion of the
一方、上記シリンダヘッド4には、動弁用のカムシャフト(図示省略)の角度を検出するためのカム角センサSW3が設けられている。カム角センサSW3は、カムシャフトと一体に回転するシグナルプレートの歯の通過に応じて、気筒判別用のパルス信号を出力する。
On the other hand, the
すなわち、上記クランク角センサSW2から出力されるパルス信号の中には、上述した歯欠け部25aに対応して360°CAごとに生成される無信号部分が含まれるが、その情報だけでは、例えばピストン5が上昇しているときに、それがどの気筒の圧縮行程または排気行程にあたるのか判別することができない。そこで、720°CAごとに1回転するカムシャフトの回転に基づきカム角センサSW3からパルス信号を出力させ、その信号が出力されるタイミングと、上記クランク角センサSW2の無信号部分のタイミング(歯欠け部25aの通過タイミング)とに基づいて、気筒判別を行うようにしている。
That is, the pulse signal output from the crank angle sensor SW2 includes a no-signal portion generated every 360 ° CA corresponding to the above-mentioned
上記吸気ポート9および排気ポート10には、吸気通路28および排気通路29がそれぞれ接続されている。すなわち、外部からの吸入空気(新気)が上記吸気通路28を通じて燃焼室6に供給されるとともに、燃焼室6で生成された排気ガス(燃焼ガス)が上記排気通路29を通じて外部に排出されるようになっている。
An
上記吸気通路28のうち、エンジン本体1から所定距離上流側までの範囲は、気筒2A〜2Dごとに分岐した分岐通路部28aとされており、各分岐通路部28aの上流端がそれぞれサージタンク28bに接続されている。このサージタンク28bよりも上流側には、単一の通路からなる共通通路部28cが設けられている。
Of the
上記共通通路部28cには、各気筒2A〜2Dに流入する空気量(吸気流量)を調節するための吸気絞り弁30が設けられている。吸気絞り弁30は、エンジンの運転中は基本的に全開もしくはこれに近い高開度に維持されており、エンジンの停止時等の必要時にのみ閉弁されて吸気通路28を遮断するように構成されている。
The
また、上記吸気絞り弁30とサージタンク28bとの間の共通通路部28cには、吸気流量を検出するためのエアフローセンサSW4が設けられている。
An air flow sensor SW4 for detecting the intake air flow rate is provided in the
上記クランクシャフト7には、ベルト等を介してオルタネータ32が連結されている。このオルタネータ32は、図外のフィールドコイルの電流を制御して発電量を調節するレギュレータ回路を内蔵しており、車両の電気負荷やバッテリの残容量等から定められる発電量の目標値(目標発電電流)に基づき、クランクシャフト7から駆動力を得て発電を行うように構成されている。
An
上記シリンダブロック3には、エンジンを始動するためのスタータモータ34が設けられている。このスタータモータ34は、モータ本体34aと、モータ本体34aにより回転駆動されるピニオンギア34bとを有している。上記ピニオンギア34bは、クランクシャフト7の一端部に連結されたリングギア35と離接可能に噛合している。そして、上記スタータモータ34を用いてエンジンを始動する際には、ピニオンギア34bが所定の噛合位置に移動して上記リングギア35と噛合し、ピニオンギア34bの回転力がリングギア35に伝達されることにより、クランクシャフト7が回転駆動されるようになっている。
The
図2は、上記燃料噴射弁15に燃料を供給する燃料供給系の概略構成を示すシステム図である。この図2に示すように(部分的には図1にも示すように)、当実施形態のエンジンの燃料供給系には、燃料(軽油)が貯蔵される燃料タンク40と、燃料タンク40と燃料パイプ41を介して接続され、燃料タンク40内の燃料を汲み上げて高圧状態にして送り出すサプライポンプ43と、燃料パイプ41の途中部に設けられ、燃料タンク40から汲み上げられた燃料を加熱しつつ濾過する燃料フィルタ42と、サプライポンプ43から圧送された燃料が通路する燃料供給パイプ44と、燃料供給パイプ44の下流端に接続された単一のコモンレール(蓄圧室)45と、コモンレール45と各気筒2A〜2Dの燃料噴射弁15とを接続する複数の(4本の)分岐パイプ46と、コモンレール45内に蓄えられた燃料の圧力(燃圧)が所定値以上になったときに燃料をコモンレール45から排出させるプレッシャーリミッタ47と、プレッシャーリミッタ47を通じてコモンレール45から排出された燃料を燃料タンク40に戻すためのリターンパイプ48とが含まれる。
FIG. 2 is a system diagram showing a schematic configuration of a fuel supply system for supplying fuel to the
上記サプライポンプ43は、エンジンの駆動力を得て作動する機械式のプランジャーポンプである。具体的に、サプライポンプ43の入力軸43aは、エンジン本体1のカムシャフトとギヤ機構またはチェーン等を介して連結されている。そして、上記入力軸43aがカムシャフトと連動して回転することにより、サプライポンプ43に内蔵されたプランジャーが往復運動し、その往復運動に応じてサプライポンプ43から燃料が圧送されるようになっている。
The
また、上記サプライポンプ43には、プランジャーにより押し出された燃料の一部をレギュレータパイプ50を通じてリターンパイプ48に逃がすことにより、サプライポンプ43からコモンレール45に向けて圧送される燃料の圧力を一定範囲に調節するサクションコントロールバルブ43b(以下、「SCV」と略称する)が内蔵されている。
In addition, the
上記各気筒2A〜2Dの燃料噴射弁15には、噴射されずに残った燃料を燃料タンク40に戻すためのインジェクターリターンパイプ49が接続されている。このインジェクターリターンパイプ49の下流端は、上記レギュレータパイプ50に接続されており、インジェクターリターンパイプ49を通じて排出された燃料が、レギュレータパイプ50およびリターンパイプ48を通じて燃料タンク40に戻されるようになっている。
An
上記インジェクターリターンパイプ49の途中部には、チェックバルブ55が設けられている。このチェックバルブ55は、それよりも上流側の燃料の圧力が所定値を超えたときに開弁することで、インジェクターリターンパイプ49内の圧力を一定に保つ機能を有している。
A
上記コモンレール45には、その内部に蓄えられた燃料の圧力(燃圧)を検出するための燃圧センサSW5が設けられている。なお、コモンレール45内の圧力は、燃料噴射弁15に供給される燃料の圧力と同じなので、以下では、上記燃圧センサSW5により検出される圧力のことを指して、「燃料噴射弁15の燃圧」ともいう。
The
(2)制御系
以上のように構成されたエンジンは、図1に示すように、その各部がECU(エンジン制御ユニット)60により統括的に制御される。ECU60は、周知のとおり、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサである。
(2) Control System As shown in FIG. 1, the engine configured as described above is centrally controlled by an ECU (engine control unit) 60 for each part. As is well known, the
上記ECU60には、各種センサから種々の情報が入力される。すなわち、ECU60は、エンジンの各部に設けられた上記水温センサSW1、クランク角センサSW2、カム角センサSW3、エアフローセンサSW4、および燃圧センサSW5と電気的に接続されており、これら各センサSW1〜SW5からの入力信号に基づいて、エンジンの冷却水温、クランク角、回転速度、気筒判別情報、吸気流量、燃圧等の種々の情報を取得する。
Various information is input to the
また、ECU60には、車両に設けられた各種センサ(SW6〜SW9)からの情報も入力される。すなわち、車両には、運転者により踏み込み操作されるアクセルペダル36の開度を検出するためのアクセル開度センサSW6と、ブレーキペダル37のON/OFF(ブレーキの有無)を検出するためのブレーキセンサSW7と、車両の走行速度(車速)を検出するための車速センサSW8と、バッテリ(図示省略)の残容量を検出するためのバッテリセンサSW9とが設けられている。ECU60は、これら各センサSW6〜SW9からの入力信号に基づいて、アクセル開度、ブレーキの有無、車速、バッテリの残容量といった情報を取得する。
The
上記ECU60は、上記各センサSW1〜SW9からの入力信号に基づいて種々の演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。具体的に、ECU60は、上記燃料噴射弁15、吸気絞り弁30、オルタネータ32、スタータモータ34、およびSCV43b等と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。
The
上記ECU60が有するより具体的な機能について説明する。ECU60は、例えばエンジンの通常運転時に、SCV43b等を制御して燃料噴射弁15の燃圧を所望の値に維持したり、燃料噴射弁15を制御して運転条件に応じた所要量の燃料を燃料噴射弁15から噴射させたり、オルタネータ32を制御して車両の電気負荷やバッテリの残容量等に応じた所要量の電力を発電させるといった基本的な制御を実行する機能を有する他、いわゆるアイドルストップ機能として、予め定められた特定の条件下でエンジンを自動的に停止させ、または再始動させる機能をも有している。このため、ECU60は、エンジンの自動停止または再始動制御に関する機能的要素として、自動停止制御部61および再始動制御部62を有している。
More specific functions of the
上記自動停止制御部61は、エンジンの運転中に、予め定められたエンジンの自動停止条件が成立したか否かを判定し、成立した場合に、エンジンを自動停止させる制御を実行するものである。
The automatic
例えば、車両が停止状態にあること等の複数の要件が揃い、エンジンを停止させても支障のない状態であることが確認された場合に、自動停止条件が成立したと判定する。そして、燃料噴射弁15からの燃料噴射を停止(燃料カット)する等により、エンジンを停止させる。 For example, it is determined that the automatic stop condition is satisfied when a plurality of requirements such as the vehicle being in a stopped state are satisfied and it is confirmed that there is no problem even if the engine is stopped. Then, the engine is stopped by stopping fuel injection from the fuel injection valve 15 (fuel cut) or the like.
上記再始動制御部62は、エンジンが自動停止した後、予め定められた再始動条件が成立したか否かを判定し、成立した場合に、エンジンを再始動させる制御を実行するものである。
The
例えば、車両を発進させるために運転者がアクセルペダル36を踏み込むなどして、エンジンを始動させる必要が生じたときに、再始動条件が成立したと判定する。そして、スタータモータ34を駆動してクランクシャフト7に回転力を付与しつつ、燃料噴射弁15からの燃料噴射を再開させることにより、エンジンを再始動させる。
For example, when the driver needs to start the engine by depressing the accelerator pedal 36 to start the vehicle, it is determined that the restart condition is satisfied. Then, the engine is restarted by driving the
(3)自動停止制御
次に、上記ECU60の自動停止制御部61により実行されるエンジンの自動停止制御の内容をより具体的に説明する。なお、ここでの説明から明らかとなるように、当実施形態では、上記ECU60の自動停止制御部61が、燃料噴射弁15の燃圧を上昇させる燃圧調整手段としての機能を果たしている。
(3) Automatic Stop Control Next, the details of the automatic engine stop control executed by the automatic
図3は、エンジンの自動停止制御時における各状態量の変化を示すタイムチャートである。本図では、エンジンの自動停止条件が成立した時点をt0としている。この時点t0において自動停止条件が成立すると、それとほぼ同時に、燃料噴射弁15の燃圧の目標値である目標燃圧が高められる。なお、当実施形態では、アイドリング時(自動停止の開始前)の目標燃圧が40MPaに設定されており、自動停止条件の成立後は、上記アイドリング時よりも10MPaだけ高い50MPaまで目標燃圧が高められる。
FIG. 3 is a time chart showing changes in each state quantity at the time of engine automatic stop control. In this figure, the time point when the automatic engine stop condition is satisfied is set to t0. When the automatic stop condition is satisfied at this time t0, the target fuel pressure that is the target value of the fuel pressure of the
上記目標燃圧が50MPaまで高められることで、その後、実燃圧(燃圧センサSW5により検出される実際の燃圧)が徐々に上昇する。当実施形態において、燃圧の上昇は、サプライポンプ43に内蔵されたSCV43bが全閉にされることによって実現される。すなわち、SCV43bが全閉にされると、サプライポンプ43からレギュレータパイプ50を通じてリターンパイプ48に逃がされる燃料の流れ(図2の破線の矢印)が遮断され、サプライポンプ43からの燃料が全てコモンレール45に供給される結果、コモンレール45内の圧力が徐々に上昇していく。そして、このようなSCV43bの閉弁制御が所定期間継続されることにより、燃料噴射弁15の燃圧(実燃圧)が40MPaから50MPaまで上昇する。
By increasing the target fuel pressure to 50 MPa, the actual fuel pressure (actual fuel pressure detected by the fuel pressure sensor SW5) gradually increases thereafter. In the present embodiment, the increase in the fuel pressure is realized by fully closing the
上記のようにして燃圧が50MPaまで上昇すると、その後の時点t1で、吸気絞り弁30が閉方向に駆動され、その開度が、自動停止条件が成立する前に設定されていた通常運転時の開度(図例では80%)から、最終的に全閉(0%)まで低減される。そして、開度が全閉になった後、時点t2で、燃料噴射弁15からの燃料噴射を停止する制御(燃料カット)が実行される。
When the fuel pressure rises to 50 MPa as described above, the
次いで、上記燃料カットの実行後、エンジン回転速度が徐々に低下する途上で、吸気絞り弁30が再び開かれる。具体的には、全気筒2A〜2Dにおけるエンジン停止直前の最後の上死点を最終TDCとしたときに、この最終TDCよりも1つ前の上死点通過時(時点t4)に、吸気絞り弁30が開方向に駆動され、その開度が0%を超える所定の開度(例えば10〜30%程度)まで増やされる。
Next, after the fuel cut is performed, the
その後、時点t5で最終TDCを迎えた後、エンジンは、一時的にピストンの揺れ戻しにより逆回転するも、一度も上死点を越えることなく、時点t6で完全停止状態に至る。 Thereafter, after reaching the final TDC at time t5, the engine temporarily rotates backward due to the swinging back of the piston, but reaches the complete stop state at time t6 without exceeding the top dead center.
ここで、上記のように吸気絞り弁30を開く制御を時点t4で実行するのは、エンジンが完全停止したときに圧縮行程にある気筒、つまり停止時圧縮行程気筒(図3では3番気筒2C)のピストン停止位置を、図4(b)に示すように、上死点と下死点との間に位置する基準停止位置Xよりも下死点側に設定された特定範囲Rxにできるだけ収めるためである。なお、基準停止位置Xは、エンジンの形状(排気量、ボア/ストローク比等)や暖機の進行度合い等によって異なり得るが、例えば上死点前(BTDC)90〜75°CAの間のいずれかの位置に設定することができる。例えば、基準停止位置XがBTDC80°CAである場合、上記特定範囲Rxは、BTDC80〜180°CAの範囲となる。
Here, the control for opening the
上記停止時圧縮行程気筒2Cのピストン5が上記特定範囲Rxで停止していれば、その後エンジンの再始動条件が成立したときに、上記停止時圧縮行程気筒2Cに最初の(エンジン全体として最初の)燃料を噴射する1圧縮始動によって、エンジンを迅速に再始動させることができる。一方、停止時圧縮行程気筒2Cのピストン停止位置が上記特定範囲Rxから外れていれば、再始動の開始後、停止時圧縮行程気筒2Cの次に圧縮行程を迎える気筒、つまりエンジン停止時に吸気行程にある停止時吸気行程気筒(図3では4番気筒2D)に燃料を噴射する2圧縮始動によってエンジンを再始動する必要が生じる。このように、ピストン停止位置によって1圧縮始動と2圧縮始動とを使い分けるのは、ピストン停止位置によって停止時圧縮行程気筒2Cでの着火性が異なるからであるが、その詳細については後の「(4)再始動制御」の中で説明する。
If the
上記2圧縮始動は、停止時吸気行程気筒2Dが圧縮行程に移行するまで燃料を燃焼させることができないので、始動の迅速性という点では、当然1圧縮始動の方が有利である。このため、1圧縮始動を高い頻度で実行可能にするには、できるだけ停止時圧縮行程気筒2Cのピストン停止位置を上記特定範囲Rxに収める必要がある。そこで、当実施形態では、図3に示したように、時点t4で吸気絞り弁30を開くようにしている。すなわち、図3の制御によれば、最終TDCの1つ前の上死点(ii)までは(時点t4までは)、吸気絞り弁30の開度が0%とされ、最終TDCの1つ前の上死点(ii)を過ぎると(時点t4を過ぎると)、吸気絞り弁30の開度が0%超の所定開度まで増大される。これにより、最終TDCの1つ前の上死点(ii)から吸気行程を迎える(時点t4〜t5が吸気行程となる)停止時圧縮行程気筒2Cに対する吸気流量が、最終TDCの2つ前の上死点(iii)から吸気行程を迎える(時点t3〜t4が吸気行程となる)気筒、言い換えると、エンジンが完全停止したときに膨張行程にある停止時膨張行程気筒(図3では1番気筒2A)に対する吸気流量よりも増大することになる。
In the above-described two-compression start, fuel cannot be combusted until the
この点について図4(a)(b)を用いてより詳しく説明する。上記のように最終TDCの1つ前の上死点(ii)の通過時に吸気絞り弁30を開くと、上述したように、エンジンが自動停止する直前に、停止時圧縮行程気筒2C内への吸気量が停止時膨張行程気筒2A内への吸気量よりも多くなる。これにより、図4(a)に示すように、停止時圧縮行程気筒2Cのピストン5に作用する圧縮空気による押下げ力が大きくなる一方、停止時膨張行程気筒2Aのピストン5に作用する圧縮空気による押下げ力が小さくなる。このため、エンジンが完全停止したときには、図4(b)に示すように、停止時圧縮行程気筒2Cのピストン5の停止位置が自ずと下死点寄りとなり(停止時膨張行程気筒2Aのピストン5の停止位置は上死点寄りとなり)、結果として、停止時圧縮行程気筒2Cのピストン5を、比較的高い頻度で、上記基準停止位置Xよりも下死点側の特定範囲Rxに停止させることができるようになる。特定範囲Rxでピストン5が停止していれば、エンジンの再始動時には、停止時圧縮行程気筒2Cに燃料を噴射する1圧縮始動によってエンジンを迅速に再始動させることが可能となる。
This point will be described in more detail with reference to FIGS. As described above, when the
次に、以上のようなエンジン自動停止制御を司る自動停止制御部61の制御動作の一例について、図5のフローチャートを用いて説明する。図5のフローチャートに示す処理がスタートすると、自動停止制御部61は、各種センサ値を読み込む制御を実行する(ステップS1)。具体的には、水温センサSW1、クランク角センサSW2、カム角センサSW3、エアフローセンサSW4、燃圧センサSW5、アクセル開度センサSW6、ブレーキセンサSW7、車速センサSW8、およびバッテリセンサSW9からそれぞれの検出信号を読み込み、これらの信号に基づいて、エンジンの冷却水温、クランク角、エンジン回転速度、気筒判別情報、吸気流量、燃圧、アクセル開度、ブレーキの有無、車速、バッテリの残容量等の各種情報を取得する。
Next, an example of the control operation of the automatic
次いで、自動停止制御部61は、上記ステップS1で取得された情報に基づいて、エンジンの自動停止条件が成立しているか否かを判定する(ステップS2)。ここでは、車両が停止状態にあること、アクセルペダル36の開度がゼロであること(アクセルOFF)、ブレーキペダル37が所定の踏力以上で踏み込まれていること(ブレーキON)、という3つの要件が全て揃ったときに、自動停止条件が成立したと判定する。なお、車両が停止状態にあるという要件については、必ずしも完全停止(車速=0km/h)を必須とする必要はなく、所定の低車速以下(例えば3km/以下)になったときに車両が停止状態にあると判定してもよい。
Next, the automatic
上記ステップS2でYESと判定されて自動停止条件が成立したことが確認された場合、自動停止制御部61は、目標燃圧を増大設定する制御を実行する(ステップS3)。すなわち、図3のタイムチャートに示したように、上記自動停止条件が成立した時点t0で、目標燃圧を40MPaから50MPaに増大設定する。すると、この燃圧の増大に伴い、サプライポンプ43に内蔵されたSCV43bが全閉にされることにより、燃料噴射弁15の実際の燃圧(実燃圧)が徐々に上昇し、最終的に50MPaに達する。
When it is determined as YES in step S2 and it is confirmed that the automatic stop condition is satisfied, the automatic
次いで、自動停止制御部61は、システム上の制約を考慮して、エンジンを自動停止させて本当に問題がないかどうかを判定する(ステップS4)。例えば、エンジンが冷間状態にあったり、バッテリの残容量が極端に少ないときなどは、エンジンを自動停止させた後、エンジンを再始動させることが困難になるおそれがある。また、エアコンの負荷状態(車室内の実際の温度とエアコンの設定温度との差)が大きい場合も、エンジンを停止させることは適当ではない。そこで、上記ステップS4では、このようなシステム上の問題をクリアしているか否かを確認する。具体的には、上記ステップS1で取得された各種情報に基づいて、エンジンの冷却水温が所定値以上であること、バッテリの残容量が所定値以上であること、エアコンの負荷状態が比較的少ないこと、等の複数の要件を全てクリアしている場合に、システム上の問題がないと判定する。
Next, the automatic
上記ステップS4でYESと判定されてシステム上の問題がないことが確認された場合、自動停止制御部61は、上記燃圧センサSW5から燃料噴射弁15の燃圧を取得し、その情報に基づいて、上記ステップS3で増大設定した燃圧(50MPa)まで実際に燃圧が上昇したか否かを判定する(ステップS5)。
When it is determined YES in step S4 and it is confirmed that there is no system problem, the automatic
上記ステップS5でYESと判定されて燃圧の上昇が確認された場合、自動停止制御部61は、吸気絞り弁30の開度を全閉(0%)に設定する制御を実行する(ステップS6)。すなわち、図3のタイムチャートに示したように、燃圧センサSW5により検出された燃料噴射弁15の燃圧(実燃圧)が50MPaまで上昇した後の時点t1で、吸気絞り弁30の開度を閉方向に駆動し始め、その開度を最終的に0%まで低下させる。
If it is determined YES in step S5 and an increase in fuel pressure is confirmed, the automatic
次いで、自動停止制御部61は、燃料噴射弁15からの燃料の供給を停止する燃料カットを実行する(ステップS7)。すなわち、吸気絞り弁30を閉方向に駆動し始めた時点t1から少し遅れた時点t2(図3)で、各気筒2A〜2Dの燃料噴射弁15に対する駆動信号を全てOFFにし、各燃料噴射弁15の弁体を全閉位置に維持することにより、燃料カットを実行する。
Next, the automatic
このように、当実施形態では、自動停止条件が成立すると、システム上の問題の有無や燃圧を確認し、さらに吸気絞り弁30を閉じてから、燃料カットを実行するようにしている。このため、自動停止条件の成立(時点t0)から燃料カットの実行(時点t2)までの間には、場合にもよるが、概ね0.2〜0.3s(秒)の時間を要する。
As described above, in this embodiment, when the automatic stop condition is satisfied, the presence or absence of a problem in the system and the fuel pressure are confirmed, and further, the
上記のようにして燃料カットを実行した後、自動停止制御部61は、4つの気筒2A〜2Dのいずれかのピストン5が上死点を迎えたときのエンジン回転速度(上死点回転速度)の値が、予め定められた所定範囲内にあるか否かを判定する(ステップS8)。なお、図3に示すように、エンジン回転速度は、4つの気筒2A〜2Dのいずれかが圧縮上死点(圧縮行程と膨張行程の間の上死点)を迎える度に一時的に落ち込み、圧縮上死点を越えた後に再び上昇するというアップダウンを繰り返しながら徐々に低下していく。よって、上死点回転速度は、エンジン回転速度のアップダウンの谷のタイミングにおける回転速度として測定することができる。
After executing the fuel cut as described above, the automatic
上記ステップS8での上死点回転速度に関する判定は、エンジン停止直前の最後の上死点(最終TDC)より1つ前の上死点の通過タイミング(図3の時点t4)を特定するために行われる。すなわち、エンジンが自動停止する過程で、エンジン回転速度の低下の仕方には一定の規則性があるため、上死点の通過時にそのときの回転速度(上死点回転速度)を調べれば、それが最終TDCの何回前の上死点にあたるのかを推定することができる。そこで、上死点回転速度を常時測定し、それが予め設定された所定範囲、すなわち、最終TDCの1つ前の上死点を通過するときの回転速度として実験等により予め求められた所定範囲の中に入るか否かを判定することにより、上記最終TDCの1つ前の上死点の通過タイミングを特定する。 The determination regarding the top dead center rotation speed in the above step S8 is performed in order to specify the passage timing of the top dead center immediately before the last top dead center (final TDC) immediately before engine stop (time t4 in FIG. 3). Done. In other words, there is a certain regularity in how the engine speed decreases during the process of automatic engine stop, so if you check the rotation speed at that time (top dead center rotation speed) when passing through the top dead center, It can be estimated how many times before the final TDC the top dead center. Therefore, the top dead center rotational speed is always measured, and it is a predetermined range set in advance, that is, a predetermined range obtained in advance by experiments or the like as the rotational speed when passing the top dead center immediately before the final TDC. The passage timing of the top dead center immediately before the final TDC is specified by determining whether or not the vehicle enters the position.
上記ステップS8でYESと判定されて現時点が最終TDCの1つ前の上死点通過タイミング(図3の時点t4)であることが確認された場合、自動停止制御部61は、吸気絞り弁30を開方向に駆動し始め、その開度を0%超の所定開度(例えば10〜30%程度)まで増大させる制御を実行する(ステップS9)。これにより、時点t4から吸気行程を迎える停止時圧縮行程気筒2Cに対する吸気流量が、その1サイクル前(時点t3〜t4)まで吸気行程であった停止時膨張行程気筒2Aに対する吸気流量よりも増大する。
When it is determined YES in step S8 and it is confirmed that the current time point is the top dead center passage timing one time before the final TDC (time point t4 in FIG. 3), the automatic
その後、自動停止制御部61は、エンジン回転速度が0rpmであるか否かを判定することにより、エンジンが完全停止したか否かを判定する(ステップS10)。そして、エンジンが完全停止していれば、自動停止制御部61は、例えば、吸気絞り弁30の開度を、通常運転時に設定される所定の開度(例えば80%)に設定する等して、自動停止制御を終了する。
Thereafter, the automatic
以上のように、図5に示した自動停止制御によると、最終TDCの1つ前の上死点通過時に(時点t4で)吸気絞り弁30を開くステップS9の制御により、停止時圧縮行程気筒2Cと停止時膨張行程気筒2Aとの吸気流量に差が生じているため、エンジンが完全停止したときには、停止時圧縮行程気筒2Cのピストン5が、比較的高い頻度で下死点寄りの特定範囲Rx(図4(b))内に収まることになる。
As described above, according to the automatic stop control shown in FIG. 5, the stop-time compression stroke cylinder is controlled by the control in step S9 that opens the
なお、自動停止制御によってエンジンが完全停止すると、図3の実燃圧の欄における最右部分に示すように、燃料噴射弁15の燃圧が時間経過とともに徐々に低下していく。これは、エンジン停止に伴って、エンジンにより機械的に駆動されるサプライポンプ43も停止し、コモンレール45に燃料が供給されなくなる一方、コモンレール45からは、プレッシャーリミッタ47等を通じて少量ずつとはいえ外部に燃料が漏れるからである。
When the engine is completely stopped by the automatic stop control, the fuel pressure of the
(4)再始動制御
次に、上記ECU60の再始動制御部62により実行されるエンジンの再始動制御の具体的内容について、図6のフローチャートを用いて説明する。なお、ここでの説明から明らかとなるように、当実施形態では、上記ECU60の再始動制御部62が、停止時圧縮行程気筒2Cのピストン5が特定範囲Rxにあるか否かを判定する判定手段としての機能と、エンジン再始動時に燃料を噴射する噴射制御手段としての機能とを兼務している。
(4) Restart Control Next, the specific contents of the engine restart control executed by the
図6のフローチャートに示す処理がスタートすると、再始動制御部62は、各種センサ値に基づいて、エンジンの再始動条件が成立しているか否かを判定する(ステップS11)。例えば、車両発進のためにアクセルペダル36が踏み込まれたこと(アクセルON)、エンジンの冷却水温が所定値未満になったこと、バッテリの残容量の低下幅が許容値を超えたこと、エンジンの停止時間(自動停止後の経過時間)が所定時間を越えたこと、等の要件の少なくとも1つが成立したときに、再始動条件が成立したと判定する。
When the process shown in the flowchart of FIG. 6 starts, the
上記ステップS11でYESと判定されて再始動条件が成立したことが確認された場合、再始動制御部62は、上述したエンジンの自動停止制御に伴い圧縮行程で停止した停止時圧縮行程気筒2Cのピストン停止位置を、クランク角センサSW2およびカム角センサSW3に基づき特定し、その特定したピストン停止位置が、基準停止位置Xよりも下死点側の特定範囲Rx(図4(b))にあるか否かを判定する(ステップS12)。
When it is determined YES in step S11 and it is confirmed that the restart condition is satisfied, the
上記ステップS12でYESと判定されて停止時圧縮行程気筒2Cのピストン停止位置が特定範囲Rxにあることが確認された場合、再始動制御部62は、停止時圧縮行程気筒2Cに最初の燃料を噴射する1圧縮始動によってエンジンを再始動させる制御を実行する(ステップS13)。すなわち、スタータモータ34を駆動してクランクシャフト7に回転力を付与しつつ、燃料噴射弁15から停止時圧縮行程気筒2Cに燃料を噴射して自着火させることにより、エンジン全体として最初の圧縮上死点を迎えるときから燃焼を再開させて、エンジンを再始動させる。
When it is determined YES in step S12 and it is confirmed that the piston stop position of the stop-time
ここで、停止時圧縮行程気筒2Cのピストン停止位置は、上述した自動停止制御(図2、図4)の効果により、比較的多くのケースにおいて、上記特定範囲Rxに収まっていると考えられる。しかしながら、場合によっては、上記ピストン停止位置が特定範囲Rxを外れる(基準停止位置Xよりも上死点側でピストン5が停止する)こともあり得る。このようなときは、上記ステップS12でNOと判定されることになる。
Here, the piston stop position of the stop-time
上記ステップS12でNOと判定された場合(つまり停止時圧縮行程気筒2Cのピストン5が特定範囲Rxよりも上死点側で停止している場合)、再始動制御部62は、吸気行程で停止していた停止時吸気行程気筒2Dに最初の燃料を噴射する2圧縮始動によってエンジンを再始動させる制御を実行する(ステップS14)。すなわち、停止時圧縮行程気筒2Cのピストン5が上死点を超えて、次に停止時吸気行程気筒2Dが圧縮行程を迎えるまで、燃料を噴射することなく、スタータモータ34の駆動のみによってエンジンを強制的に回転させる。そして、その時点で燃料噴射弁15から停止時吸気行程気筒2Dに燃料を噴射し、噴射した燃料を自着火させることにより、エンジン全体として2回目の圧縮上死点を迎えるときから燃焼を再開させ、エンジンを再始動させる。
When it is determined NO in step S12 (that is, when the
以上のように、図6の再始動制御では、停止時圧縮行程気筒2Cのピストン停止位置に応じて、1圧縮始動(S13)と2圧縮始動(S14)とが使い分けられる。以下、1圧縮始動と2圧縮始動の特徴を両者を対比しつつ説明する。
As described above, in the restart control of FIG. 6, the one-compression start (S13) and the two-compression start (S14) are selectively used according to the piston stop position of the stop-time
図4(b)に示したように、特定範囲Rxは、予め定められた基準停止位置X(例えばBTDC90〜75°CA間のいずれかの位置)よりも下死点側に設定されている。停止時圧縮行程気筒2Cのピストン5がこのような下死点寄りの特定範囲Rxに停止していれば、ピストン5による圧縮代(上死点までのストローク量)が多いため、エンジン再始動時のピストン5の上昇に伴い、上記気筒2C内の空気は十分に圧縮されて高温・高圧化する。このため、再始動時の最初の燃料を停止時圧縮行程気筒2Cに噴射してやれば、この燃料は、気筒2C内で比較的容易に自着火に至り、燃焼する(1圧縮始動)。
As shown in FIG. 4B, the specific range Rx is set on the bottom dead center side with respect to a predetermined reference stop position X (for example, any position between BTDC 90 to 75 ° CA). When the
これに対し、停止時圧縮行程気筒2Cのピストン5が特定範囲Rxから上死点側に外れていれば、ピストン5による圧縮代が少なく、ピストン5が上死点まで上昇しても筒内の空気が十分に高温・高圧化しないため、停止時圧縮行程気筒2Cに燃料を噴射しても失火が起きるおそれがある。そこで、このような場合には、停止時圧縮行程気筒2Cではなく停止時吸気行程気筒2Dに燃料を噴射して自着火させることにより、エンジンを再始動させる(2圧縮始動)。
On the other hand, if the
上記2圧縮始動では、停止時吸気行程気筒2Dのピストン5が圧縮上死点付近に到達するまでは(つまりエンジン全体として2つ目の圧縮上死点を迎えるあたりまでは)、燃料噴射に基づく燃焼を行わせることができず、エンジン再始動に要する時間、つまり、スタータモータ34の駆動開始時点からエンジンの完爆(例えば回転速度が750rpmに達する状態)までの時間が長くなってしまう。したがって、エンジンを再始動させる際には、できるだけ1圧縮始動によってエンジンを再始動させることが好ましい。
In the above-described two-compression start, until the
そこで、当実施形態では、少なくとも上記ステップS13で1圧縮始動を行う場合に、燃料噴射弁15にプレ噴射を行わせるようにしている。プレ噴射とは、圧縮上死点付近もしくはそれ以降に噴射される拡散燃焼用の燃料噴射をメイン噴射とした場合に、このメイン噴射よりも前に予備的に噴射される燃料噴射のことである。プレ噴射による燃料は、メイン噴射に基づき主に圧縮上死点以降に生じる拡散燃焼(以下、この燃焼を「メイン燃焼」という)を確実に引き起こすために利用される。すなわち、メイン噴射よりも早い段階で、プレ噴射によって少量の燃料を噴射し、その噴射した燃料を所定の着火遅れの後に燃焼させることにより(以下、この燃焼を「プレ燃焼」という)、筒内温度・圧力を上昇させて、その後に続くメイン燃焼を促進する。
Therefore, in the present embodiment, the
上記のようなプレ噴射を停止時圧縮行程気筒2Cに対し実行すれば、圧縮上死点付近での筒内温度・圧力を故意に高めることができるので、停止時圧縮行程気筒2Cのピストン停止位置が少々上死点側に近づいても、確実に1圧縮始動によりエンジンを再始動させることができるようになる。上記特定範囲Rxの境界である基準停止位置Xは、このようなプレ噴射による着火性の改善を加味して設定されたものである。つまり、プレ噴射がなかった場合には、上記基準停止位置Xは、図4(b)の例よりも下死点側に設定せざるを得ないが、プレ噴射によって着火性を改善することで、基準停止位置Xをより上死点側に設定することが可能になり、その結果、基準停止位置Xを、例えばBTDC90〜75°CAといった、下死点からかなり離れた位置に設定することが可能となる。これにより、特定範囲Rxが上死点側に拡大するので、停止時圧縮行程気筒2Cのピストン5がより高い頻度で上記特定範囲Rxに収まることとなり、1圧縮始動による迅速な再始動を行える機会が増える。
If the pre-injection as described above is executed for the
ここで、当実施形態におけるプレ噴射は、圧縮上死点前よりも前の所定のクランク角範囲内で複数回(例えば2〜5回のいずれかの回数)実行される。これは、同じ量の燃料であれば、1回のプレ噴射で噴射し切るよりも、複数回のプレ噴射に分けて噴射した方が、ピストン5の冠面に設けられたキャビティ5a内にリッチな混合気を継続的に形成でき、着火遅れを短くできるからである。
Here, the pre-injection in the present embodiment is executed a plurality of times (for example, any number of 2 to 5 times) within a predetermined crank angle range before the compression top dead center. This is because if the same amount of fuel is used, it is richer in the
この点について図7(a)(b)を用いて詳しく説明する。図7(a)(b)は、プレ噴射により噴射された燃料がキャビティ5a内でどのような挙動を示すかを説明するための図である。
This point will be described in detail with reference to FIGS. FIGS. 7A and 7B are views for explaining the behavior of the fuel injected by the pre-injection in the
上記プレ噴射は、メイン噴射よりも前であって、かつ噴射した燃料が上記キャビティ5a内に収まるタイミングで行われる。そのタイミングは、例えば、上死点前(BTDC)20〜0°CAの範囲である。図7(a)は、当該クランク角範囲内でプレ噴射を1回だけ行ったケースを示し、図7(b)は、同クランク範囲内で複数回のプレ噴射を行ったケースを示している。
The pre-injection is performed before the main injection and at a timing when the injected fuel is accommodated in the
図7(a)に示すように、プレ噴射を1回にした場合には、噴霧Fのペネトレーション(貫徹力)が強いため、キャビティ5aの壁面に沿って噴霧Fが上方に巻き上げられる等により、キャビティ5aの全体、さらにはキャビティ5aの外部へと燃料が拡散し、その結果、キャビティ5a内にリッチな混合気が分布する頻度(空間頻度)が低下する。これに対し、図7(b)に示すように、プレ噴射を複数回にした場合には、プレ噴射1回あたりの噴射量が少なく、噴霧Fのペネトレーションが弱いため、キャビティ5aの底部近辺に多くの燃料が留まる結果(図中のダブルハッチンングの部分)、キャビティ5a内にリッチな混合気が分布する頻度が高くなる。
As shown in FIG. 7A, when the pre-injection is performed once, since the penetration of the spray F is strong, the spray F is rolled up along the wall surface of the
図8は、8つの噴孔を有する8噴孔の燃料噴射弁15を用いて所定量の燃料をプレ噴射した場合に、噴射後の当量比φがどのように変化するかを説明するための図である。具体的に、図中のA1は、BTDC14°CAの1回のタイミングで6mm3の燃料を噴射した後の当量比φの変化を、A2は、BTDC18°CA以降の3回のタイミングで燃料を2mm3ずつ(合計6mm3)噴射した後の当量比φの変化を、A3は、BTDC18°CA以降の5回のタイミングで燃料を1.2mm3ずつ(合計6mm3)噴射した後の当量比φの変化を、それぞれ示している。なお、図の縦軸は、当量比φ>0.75の混合気がキャビティ5a内にどの程度の頻度で存在するかを示すリッチ混合気比率であり、図の横軸は、圧縮上死点前のクランク角である。
FIG. 8 is a diagram for explaining how the equivalent ratio φ after injection changes when a predetermined amount of fuel is pre-injected using the
本図に示すように、プレ噴射の回数を1回にした場合(A1)は、噴射直後の当量比φこそ大きいものの、メイン噴射が行われる圧縮上死点付近まで大きい当量比を維持できないことが分かる。これは、先にも述べたように、噴霧のペネトレーションが強過ぎて、噴霧が上方(シリンダヘッド4側)に巻き上げられて拡散するためである。一方、プレ噴射の回数を3回、5回と増やしてやれば(A2,A3)、噴霧のペネトレーションが抑制されるため、キャビティ5a内の特定箇所に多くの燃料が偏在し、その状態が比較的長く継続する。その結果、当量比φの変化も緩やかになり、圧縮上死点(BTDC0°CA)付近まで大きい当量比が維持される。
As shown in this figure, when the number of pre-injections is set to 1 (A1), the equivalent ratio φ immediately after injection is large, but the equivalent ratio cannot be maintained until the vicinity of compression top dead center where main injection is performed. I understand. This is because, as described above, the penetration of the spray is too strong, and the spray is wound up and diffused upward (on the
ここで、混合気の当量比φは、大きい方が(つまり燃料リッチな方が)着火遅れ時間が短くなることが知られている。図9は、混合気の当量比φと着火遅れ時間τとの関係を示す図であり、より具体的には、大気圧の空気をBTDC75°CAのピストン位置から120rpmの回転速度で圧縮することを仮定して、そのときの最高温度、圧力の下で燃料を噴射した場合に、着火遅れ時間τが当量比φによってどのように変化するかを算出した結果である。なお、120rpmという回転速度は、エンジン再始動時における最初の上死点通過時に取り得る回転速度(概ね100〜120rpm程度になる)の一例として設定した。 Here, it is known that the larger the equivalence ratio φ of the air-fuel mixture (that is, the richer the fuel), the shorter the ignition delay time. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the equivalence ratio φ of the air-fuel mixture and the ignition delay time τ. More specifically, the atmospheric pressure air is compressed at a rotational speed of 120 rpm from the piston position of BTDC 75 ° CA. This is a result of calculating how the ignition delay time τ varies depending on the equivalent ratio φ when fuel is injected under the maximum temperature and pressure at that time. The rotational speed of 120 rpm was set as an example of the rotational speed that can be taken when the engine passes through the top dead center at the time of engine restart (approximately 100 to 120 rpm).
図9によれば、例えば混合気の当量比φが0.75のとき、着火遅れ時間τは15msとなる。当量比φがこの0.75よりも小さい場合は、当量比φが小さくなるほど(つまり燃料リーンなほど)、着火遅れ時間τが急速に増大する。一方、当量比φが0.75よりも大きい場合は、当量比φが大きいほど(つまり燃料リッチなほど)着火遅れ時間τは短くなるものの、その変化率は緩やかであり、当量比φが0.75より多少大きくても着火遅れ時間τはそれほど変化しない(例えば、φ=1にしてもτは1msしか短くならない)。 According to FIG. 9, for example, when the equivalence ratio φ of the air-fuel mixture is 0.75, the ignition delay time τ is 15 ms. When the equivalence ratio φ is smaller than 0.75, the ignition delay time τ increases rapidly as the equivalence ratio φ becomes smaller (that is, the fuel is leaner). On the other hand, when the equivalence ratio φ is larger than 0.75, the ignition delay time τ becomes shorter as the equivalence ratio φ becomes larger (that is, as the fuel is richer), but the rate of change is moderate, and the equivalence ratio φ becomes 0. Even if it is slightly larger than .75, the ignition delay time τ does not change so much (for example, even if φ = 1, τ is shortened by only 1 ms).
このことから、例えば図4(b)の基準停止位置Xの近傍のようなピストン位置(下死点からかなり離れた位置)から圧縮を開始するような場合であっても、φ>0.75の混合気を圧縮上死点付近よりも前につくり出し(図8参照)、それを15ms程度保持すれば、混合気が着火する可能性がある。15msは、回転速度120rpmでは10°CA分にしか過ぎないため、再始動時の最初の圧縮上死点通過時であれば、筒内温度・圧力が最高になる圧縮上死点の近傍で問題なく混合気が着火すると考えられる。 From this, even if compression is started from a piston position (position far away from the bottom dead center) such as the vicinity of the reference stop position X in FIG. If the air-fuel mixture is created before the compression top dead center (see FIG. 8) and held for about 15 ms, the air-fuel mixture may ignite. 15 ms is only 10 ° CA at a rotational speed of 120 rpm, so if it passes the first compression top dead center at the time of restart, there is a problem near the compression top dead center where the in-cylinder temperature / pressure becomes maximum. It is thought that the air-fuel mixture is ignited.
以上のような事情から、当実施形態では、プレ噴射を1回ではなく複数回実施するようにしている。図8に示したように、プレ噴射の回数を複数回にすれば、圧縮上死点に至るまでφ>0.75のリッチな混合気を継続的につくり出せるからである。これにより、停止時圧縮行程気筒2Cのピストン5が、基準停止位置Xの近傍のような下死点からかなり離れた位置にある場合(つまりピストン5による圧縮代が少ない場合)でも、プレ噴射された燃料の着火性が確保され、プレ燃焼が確実に引き起こされると考えられる。プレ燃焼が起きれば、停止時圧縮行程気筒2Cの筒内温度・圧力が高められて、その後のメイン噴射による燃料が自着火し易くなるため、1圧縮始動が確実に行われるようになる。
From the above situation, in this embodiment, the pre-injection is performed a plurality of times instead of once. As shown in FIG. 8, if the number of pre-injections is set to a plurality of times, a rich air-fuel mixture with φ> 0.75 can be continuously created until the compression top dead center is reached. As a result, even when the
しかも、当実施形態では、エンジンの自動停止制御の初期段階(自動停止条件の成立時点t0から燃料カットの実行時点t2までの間)で、燃料噴射弁15の燃圧を上昇させる制御が実行されるので、上記停止時圧縮行程気筒2Cに燃料噴射(プレ噴射およびメイン噴射)を行った際の燃料の微粒化が促進される。これにより、噴射された燃料の着火性がより高められ、自着火に至るまでの着火遅れ時間が短縮される結果、1圧縮始動による始動性が改善される。
In addition, in the present embodiment, control for increasing the fuel pressure of the
ただし、燃圧を上昇させても、エンジンが完全停止した後は、上昇後の燃圧を維持できずに、徐々に燃圧が低下していくことになる。しかしながら、当実施形態では、エンジンの停止時間(エンジンが完全停止した後の経過時間)が所定時間を越えると再始動条件が成立するようになっているので(図6のステップS11)、エンジンの再始動時には、燃圧は極端に低下しておらず、問題なくエンジンを再始動することができる。具体例として、エンジンの最大停止時間が2分であると仮定し、エンジンの自動停止制御中に燃圧を上昇させた場合と上昇させなかった場合とを比較する。後者の場合、つまりエンジンの自動停止制御中に燃圧を上昇させなかった場合には、エンジンの停止時間が最大で2分に達したときに、燃料噴射弁15の燃圧が、アイドリングの燃圧である40MPaから30MPa未満まで低下し、再始動時に失火を起こす可能性が出てくる。これに対し、前者の場合、つまりエンジンの自動停止制御中に燃圧を40MPaから50MPaまで上昇させておいた場合には、エンジンの停止時間が最大で2分に達したとしても、燃料噴射弁15の燃圧は30MPa以上には保持されており、再始動時の着火性が充分に確保されるものと考えられる。
However, even if the fuel pressure is increased, after the engine is completely stopped, the fuel pressure after the increase cannot be maintained, and the fuel pressure gradually decreases. However, in this embodiment, when the engine stop time (elapsed time after the engine is completely stopped) exceeds a predetermined time, the restart condition is satisfied (step S11 in FIG. 6). At the time of restart, the fuel pressure is not extremely reduced, and the engine can be restarted without any problem. As a specific example, assuming that the maximum engine stop time is 2 minutes, the case where the fuel pressure is increased during the automatic engine stop control is compared with the case where the fuel pressure is not increased. In the latter case, that is, when the fuel pressure is not increased during the automatic engine stop control, the fuel pressure of the
図10は、プレ噴射を実行することによる効果を実証するための説明図である。ここでは、一例として、プレ噴射を3回実行し、そのときの燃料噴射率(mm3/deg)の変化を下段に、熱発生率(J/deg)の変化を上段に図示している。具体的には、BTDC18〜10°CAの間に、プレ噴射として1回あたり2mm3の燃料を3回噴射し(下段の波形Ip)、その後、メイン噴射として、プレ噴射よりも多くの(少なくともプレ噴射1回分よりは多くの)燃料を圧縮上死点(BTDC0°CA)で噴射した(下段の波形Im)。そして、そのような燃料噴射に伴いどのような燃焼が生じるかを、熱発生率の変化(上段の波形Bp,Bm)として図示した。
FIG. 10 is an explanatory diagram for demonstrating the effect of executing the pre-injection. Here, as an example, the pre-injection is executed three times, the change in the fuel injection rate (mm 3 / deg) at that time is shown in the lower stage, and the change in the heat generation rate (J / deg) is shown in the upper stage. Specifically, between BTDC 18 to 10 ° CA, fuel of 2 mm 3 is injected three times as a pre-injection (lower waveform Ip), and then more than the pre-injection as the main injection (at least The fuel was injected at a compression top dead center (
図10に示すように、3回のプレ噴射(Ip)が実行されると、最後のプレ噴射の完了後、所定の着火遅れ時間が経過してから、プレ噴射された燃料の自着火によるプレ燃焼(Bp)が起きる。このプレ燃焼(Bp)は、圧縮上死点(BTDC0°CA)よりも前に生じ、同じく圧縮上死点よりも前に熱発生率のピークを迎える。その後、熱発生率はいったん低下するが、圧縮上死点からメイン噴射(Im)が開始されることで、そのメイン噴射された燃料の自着火によるメイン燃焼(Bm)が、引き続いて発生する。このメイン燃焼(Bm)は、プレ燃焼(Bp)によって筒内が高温・高圧化された状態で実行されるメイン噴射(Im)に基づき、ほとんど着火遅れなく燃焼を開始する(拡散燃焼)。
As shown in FIG. 10, when three pre-injections (Ip) are executed, after completion of the last pre-injection, a predetermined ignition delay time elapses and pre-injection by self-ignition of the pre-injected fuel is performed. Combustion (Bp) occurs. This pre-combustion (Bp) occurs before the compression top dead center (
また、図10によれば、プレ燃焼とメイン燃焼とは熱発生率の谷によって分断され、それぞれ独立した燃焼となっている。すなわち、当実施形態において、プレ燃焼(Bp)は、停止時圧縮行程気筒2Cの筒内環境を燃料の自着火に有利な状態に改善する(つまり圧縮上死点付近の筒内温度・圧力を高める)ための燃焼であって、メイン燃焼のようにエンジン始動のためのトルクを発生するための燃焼ではないことが理解できる。
Further, according to FIG. 10, the pre-combustion and the main combustion are divided by the valley of the heat generation rate, and are independent combustions. That is, in the present embodiment, the pre-combustion (Bp) improves the in-cylinder environment of the stop
なお、上記プレ噴射およびメイン噴射に基づく燃焼制御は、上記停止時圧縮行程気筒2Cだけでなく、それよりも後に圧縮行程を迎える気筒についても、必要に応じて実行してもよい。エンジン再始動時に最も着火性が厳しいのは、エンジン全体として最初の圧縮上死点(1圧縮TDC)を迎える停止時圧縮行程気筒2Cでの燃焼であるが、少なくとも2回目や3回目の圧縮上死点(2圧縮TDC、3圧縮TDC)を迎える気筒2D、2Bについても、着火性の改善は充分ではないと考えられる。それは、2圧縮TDCや3圧縮TDCでも、エンジン回転速度は充分に速まっていないことから、ピストンリングの隙間からの空気漏れや冷却損失によって筒内の空気が充分に高温・高圧化しない可能性があるためである。そこで、失火を確実に防止する観点から、上記気筒2D,2B等(以下、「後続気筒」という)にもプレ噴射およびメイン噴射に基づく燃焼制御を実行してもよい。
The combustion control based on the pre-injection and the main injection may be executed as needed not only for the stop-time
ただし、上記後続気筒が圧縮上死点を迎える2圧縮TDC、3圧縮TDC‥‥では、停止時圧縮行程気筒2Cが圧縮上死点を迎える1圧縮TDCのときよりもエンジン回転速度が速いため、上記後続気筒へのプレ噴射の回数等は、停止時圧縮行程気筒2Cへのそれと必ずしも同一にする必要はない。例えば、停止時圧縮行程気筒2Cへのプレ噴射の回数が4回や5回といった多数回の場合、2圧縮TDC、3圧縮TDC‥‥と進むにつれて、後続気筒へのプレ噴射の回数を減らすとともに、それに伴って各プレ噴射のタイミングや噴射量を調整するようにしてもよい。
However, in the 2-compression TDC, the 3-compression TDC, etc., where the subsequent cylinders reach compression top dead center, the engine speed is faster than in the 1-compression TDC, where the
また、上記のようなプレ噴射およびメイン噴射に基づく燃焼制御は、停止時圧縮行程気筒2Cに最初の燃料を噴射する1圧縮始動だけでなく、停止時吸気行程気筒2Dに最初の燃料を噴射する2圧縮始動(図6のステップS14)によってエンジンを再始動する際にも、同様に行うことができる。
In addition, the combustion control based on the pre-injection and the main injection as described above is performed not only in the first compression start in which the first fuel is injected into the stop-time
(5)作用効果等
以上説明したように、当実施形態では、所定の条件下で自動的にエンジンを停止させたり再始動させたりする、いわゆるアイドルストップ機能を有したディーゼルエンジンにおいて、次のような特徴的な構成を採用した。
(5) Operational effects and the like As described above, in the present embodiment, in a diesel engine having a so-called idle stop function that automatically stops or restarts the engine under a predetermined condition, Adopting a characteristic configuration.
ECU(エンジン制御ユニット)60の自動停止制御部61は、運転者の操作(アクセルおよびブレーキ操作)と車速とに基づくエンジンの自動停止条件が成立すると、その後、システム上の問題がないこと等を確認した上で、燃料噴射弁15からの燃料噴射を停止する燃料カットを実行するとともに、その間の期間(つまり自動停止条件の成立時点t0から燃料カットの実行時点t2までの間)を利用して、燃料噴射弁15の燃圧を上昇させる制御を実行する。そして、エンジンの自動停止後、再始動条件が成立すると、ECU60の再始動制御部62は、圧縮行程で停止した停止時圧縮行程気筒2Cのピストン5が所定の基準停止位置Xよりも下死点側に設定された特定範囲Rx(図4(b))にあるか否かを判定し、特定範囲Rxにある場合には、燃料噴射弁15から上記停止時圧縮行程気筒2Cに最初の燃料を噴射することで、エンジンを再始動させる(1圧縮始動)。この停止時圧縮行程気筒2Cへの最初の燃料噴射では、例えば図10に示したように、圧縮上死点を過ぎてから熱発生率のピークを迎えるようなメイン燃焼(Bm)を起こさせるメイン噴射(Im)と、このメイン噴射の開始よりも前に熱発生率のピークを迎えるようなプレ燃焼(Bp)を起こさせるプレ噴射(Ip)とが実行される。
The automatic
上記の構成によれば、エンジンが自動停止した後、停止時圧縮行程気筒2Cへの燃料噴射によってエンジンを再始動させる1圧縮始動の際に、少量の燃料を噴射するプレ噴射がまず実行され、その後にメイン噴射が実行される。プレ噴射された少量の燃料は、所定の着火遅れの後に自着火により燃焼し(プレ燃焼)、停止時圧縮行程気筒2Cの筒内温度・圧力を上昇させるため、それに引き続いてメイン噴射が実行されたときには、噴射された燃料がほどなく自着火により燃焼する(メイン燃焼)。このメイン燃焼は、圧縮上死点を過ぎてから熱発生率のピークを迎えるような燃焼となり、圧縮上死点通過後のピストン5を押し下げるように作用するので、エンジンに正方向のトルクを付与し、その回転速度を上昇させる。
According to the above configuration, after the engine is automatically stopped, pre-injection for injecting a small amount of fuel is first executed at the time of one compression start in which the engine is restarted by fuel injection into the stop-time
このように、メイン噴射された燃料の着火性が、それ以前のプレ噴射(プレ燃焼)によって改善されるため、停止時圧縮行程気筒2Cでの圧縮代(上死点までのストローク量)がそれほど多くなくても、停止時圧縮行程気筒2Cでの燃焼は確実に行われる。
As described above, the ignitability of the fuel injected by the main injection is improved by the pre-injection (pre-combustion) before that, so that the compression allowance (stroke amount to the top dead center) in the
さらに、上記実施形態では、自動停止条件の成立時から燃料カットの実行時までの間(図3の時点t0〜t2)を利用して、燃料噴射弁15の燃圧を上昇させる制御が実行されるため、上記プレ噴射およびメイン噴射を行う際に、比較的高い燃圧によって燃料を微粒化することができ、燃料の着火性をより高めることができる。しかも、燃料カットを実行する前に予め燃圧を上昇させておくので、燃料噴射弁15に燃料を供給するサプライポンプ43として一般的な機械式のポンプ(エンジンによって機械的に駆動されるポンプ)を用いながらも、燃圧を上昇させる制御を無理なく行うことができる。つまり、エンジンの停止後に燃圧を上昇させようとすれば、エンジンとは無関係に動作可能な特殊な(例えば電動式の)サプライポンプを用いる必要が生じるが、上記実施形態のように燃料カットの前に燃圧を高めるようにした場合には、上記のような特殊なサプライポンプを用いる必要がないので、余計なコストをかけることなく、確実に燃圧を高めて着火性を改善することができる。
Further, in the above-described embodiment, the control for increasing the fuel pressure of the
以上のように、燃料の着火性を大幅に改善した上記実施形態によれば、1圧縮始動が可能なピストン停止位置範囲である特定範囲Rxを上死点側に拡大し得るため、1圧縮始動の機会を増やして、迅速な始動性を確保することができる。 As described above, according to the above-described embodiment in which the ignitability of the fuel is greatly improved, the specific range Rx that is the piston stop position range in which one compression start is possible can be expanded to the top dead center side. It is possible to secure a quick startability by increasing the number of opportunities.
特に、上記実施形態では、8〜12個という多数の噴孔を有した燃料噴射弁15を用いているため、上記のような燃圧上昇制御(燃料カット前に燃料噴射弁15の燃圧を予め上昇させる制御)による作用との相乗効果により、噴射した燃料の微粒化をさらに促進することができ、燃料の着火性を高めることができる。
In particular, in the above embodiment, since the
さらに、上記実施形態では、ピストン5の冠面に設けられたキャビティ5a内に燃料が収まるようなタイミングでプレ噴射を複数回実行するようにしたため、キャビティ5aの内部に着火し易い(着火遅れ時間の短い)リッチな混合気を確実に形成することができる。この結果、プレ噴射した燃料がより確実に自着火し(プレ燃焼)、そのことがメイン噴射した燃料の自着火(メイン燃焼)を促進するため、1圧縮始動による迅速な再始動の機会をより増やすことができる。
Furthermore, in the above embodiment, since the pre-injection is executed a plurality of times at a timing such that the fuel is contained in the
特に、燃料カットの前に予め燃圧を高める上記実施形態の構成において、プレ噴射の回数を1回にした場合には、そのプレ噴射によって比較的多くの燃料が高い燃圧で噴射されることにより、噴霧のペネトレーションが強まり、噴射された燃料がキャビティ5aの外部まで拡散する傾向が強くなる。すると、キャビティ5a内に形成されるリッチな混合気の割合が低下し、着火性が悪化するおそれがある。これに対し、上記実施形態のように、プレ噴射の回数を複数回にした場合には、プレ噴射1回あたりの噴射量が少なくなり、ペネトレーションが弱まるため、燃圧を高めつつも確実にリッチな混合気を形成でき、燃料の着火性を効果的に高めることができる。
In particular, in the configuration of the above embodiment in which the fuel pressure is increased in advance before the fuel cut, when the number of pre-injections is set to one, a relatively large amount of fuel is injected at a high fuel pressure by the pre-injection, The penetration of the spray becomes stronger, and the tendency of the injected fuel to diffuse to the outside of the
なお、上記実施形態では、自動停止条件が成立してから燃料カットが実行されるまでの間に、ECU60の自動停止制御部61(燃圧調整手段)が、サプライポンプ43に内蔵されたSCV43bを全閉にする制御を実行し、それによって燃料噴射弁15の燃圧を上昇させるものとしたが、本発明における燃圧調整手段の制御は、それほど遅くない応答性で燃圧を上昇できるものであればよく、上記SCV43bを用いた制御に特に限定されない。
In the above embodiment, the automatic stop control unit 61 (fuel pressure adjusting means) of the
また、上記実施形態では、少なくとも停止時圧縮行程気筒2Cに最初の燃料を噴射する際に、プレ噴射を複数回(例えば2〜5回のいずれか)実行するようにしたが、例えば停止時圧縮行程気筒2Cのピストン停止位置が特定範囲Rxの中でもかなり下死点側にある場合や、エンジンの自動停止後ほとんど時間を空けずに再始動条件が成立したような場合(つまりエンジン停止時間がかなり短い場合)等のように、停止時圧縮行程気筒2Cのピストン5が圧縮上死点まで上昇したとき(1圧縮TDC時)の筒内温度がかなり高くなると予想される場合には、プレ噴射の回数を1回のみに設定してもよい。
Further, in the above-described embodiment, at least when the first fuel is injected into the stop
また、上記実施形態では、幾何学的圧縮比が14のエンジン本体1を備えたディーゼルエンジンを例に挙げて本発明の好ましい形態を説明したが、当然ながら、本発明の構成を適用可能なエンジンは、幾何学的圧縮比が14のものに限られない。例えば、幾何学的圧縮比が16未満のディーゼルエンジンであれば、従来から多用されてきたディーゼルエンジンに比べれば圧縮比が低く、相対的に着火性が悪いため、プレ噴射によって再始動時の着火性を高める本発明の構成を好適に適用できる余地がある。一方、ディーゼルエンジンの幾何学的圧縮比は、着火性の限界から、12以上は必要であると考えられる。以上のことから、本発明を好適に適用可能なディーゼルエンジンは、幾何学的圧縮比が12以上16未満のディーゼルエンジンであり、より好ましくは、幾何学的圧縮比が13以上15以下のディーゼルエンジンであるといえる。
Moreover, in the said embodiment, although the preferable form of this invention was demonstrated taking the example of the diesel engine provided with the engine
また、本発明は、圧縮自己着火式のエンジンであれば、上記実施形態のようなディーゼルエンジン(軽油を自着火により燃焼させるエンジン)に限らず適用可能である。例えば、最近では、ガソリンを含む燃料を高圧縮比で圧縮して自着火させるタイプのエンジンが研究、開発されているが、このような圧縮自己着火式のガソリンエンジンに対しても、本発明にかかる自動停止・再始動制御を好適に適用することができる。 The present invention is not limited to a diesel engine (an engine that burns light oil by self-ignition) as in the above embodiment as long as it is a compression self-ignition engine. For example, recently, an engine of a type that compresses fuel containing gasoline at a high compression ratio and self-ignites has been researched and developed, but the present invention also applies to such a compression self-ignition type gasoline engine. Such automatic stop / restart control can be suitably applied.
1 エンジン本体
2A〜2D 気筒
5 ピストン
5a キャビティ
15 燃料噴射弁
34 スタータモータ
61 自動停止制御部(燃圧調整手段)
62 再始動制御部(判定手段、噴射制御手段)
X 基準停止位置
Rx 特定範囲
Ip プレ噴射
Im メイン噴射
Bp プレ燃焼
Ip メイン燃焼
DESCRIPTION OF
62 Restart control unit (determination means, injection control means)
X Reference stop position Rx Specific range Ip Pre-injection Im Main injection Bp Pre-combustion Ip Main combustion
Claims (3)
上記自動停止に伴い圧縮行程で停止した停止時圧縮行程気筒のピストンが所定の基準停止位置よりも下死点側に設定された特定範囲にあるか否かを判定する判定手段と、
上記停止時圧縮行程気筒のピストンが上記特定範囲で停止したと判定され、かつエンジンの再始動条件が成立した場合に、上記燃料噴射弁を制御して上記停止時圧縮行程気筒に最初の燃料を噴射する噴射制御手段と、
上記燃料噴射弁の燃圧を調整する燃圧調整手段とを備え、
上記燃料噴射弁は、エンジンにより機械的に駆動されるサプライポンプから燃料の供給を受けるものであり、
上記ピストンは、上記燃料噴射弁と対向する冠面の所定部位に、他の部位よりも凹んだキャビティを有し、
上記燃圧調整手段は、上記エンジンの自動停止条件が成立してから、上記燃料噴射弁からの燃料噴射を停止する燃料カットが実行されるまでの間に、上記燃料噴射弁の燃圧を上昇させる制御を実行し、
上記噴射制御手段は、上記再始動条件の成立後、少なくとも上記停止時圧縮行程気筒への最初の燃料噴射として、圧縮上死点を過ぎてから熱発生率のピークを迎えるようなメイン燃焼を起こさせるメイン噴射と、このメイン噴射の開始よりも前に熱発生率のピークを迎えるようなプレ燃焼を起こさせる複数回のプレ噴射とを実行し、
上記複数回のプレ噴射は、各回のプレ噴射による燃料がいずれも上記ピストンのキャビティ内に収まるようなタイミングで実行されるものであることを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。 Provided in a compression self-ignition engine that burns fuel injected from a fuel injection valve into a cylinder by self-ignition, and automatically stops the engine when a predetermined automatic stop condition is satisfied, and then restarts the engine A start control device for a compression self-ignition engine that restarts the engine by injecting fuel from the fuel injection valve while applying rotational force to the engine using a starter motor. ,
Determination means for determining whether or not the piston of the compression stroke cylinder at the time of stop that has been stopped in the compression stroke due to the automatic stop is in a specific range set on the bottom dead center side with respect to a predetermined reference stop position;
When it is determined that the piston of the stop compression stroke cylinder has stopped in the specific range and the engine restart condition is satisfied, the fuel injection valve is controlled to supply the first fuel to the stop compression stroke cylinder. Injection control means for injecting;
Fuel pressure adjusting means for adjusting the fuel pressure of the fuel injection valve,
The fuel injection valve receives fuel from a supply pump mechanically driven by an engine.
The piston has a cavity that is recessed from other parts at a predetermined part of the crown surface facing the fuel injection valve,
The fuel pressure adjusting means is a control for increasing the fuel pressure of the fuel injection valve from when the automatic engine stop condition is satisfied until a fuel cut for stopping fuel injection from the fuel injection valve is executed. Run
After the restart condition is satisfied, the injection control means causes main combustion that reaches the peak of the heat generation rate after passing the compression top dead center at least as the first fuel injection to the compression stroke cylinder at the time of stop. And a plurality of pre-injections that cause pre-combustion that reaches the peak of the heat generation rate before the start of the main injection ,
The start control device for a compression self-ignition engine, wherein the plurality of pre-injections are executed at a timing such that all of the fuel from each pre-injection falls within the cavity of the piston .
上記燃料噴射弁は、8〜12個の噴孔を有する多噴孔型のものであることを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。 The start control device for a compression self-ignition engine according to claim 1,
A start control apparatus for a compression self-ignition engine, wherein the fuel injection valve is of a multi-hole type having 8 to 12 holes.
上記圧縮自己着火式エンジンは、幾何学的圧縮比が16未満に設定されたディーゼルエンジンであることを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
The start control device for a compression self-ignition engine according to claim 1 or 2 ,
The compression self-ignition engine is a diesel engine having a geometric compression ratio set to less than 16 and a start-up control device for a compression self-ignition engine.
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