JP4306309B2

JP4306309B2 - Starter for internal combustion engine

Info

Publication number: JP4306309B2
Application number: JP2003109234A
Authority: JP
Inventors: 進小島; 桂増田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2023-04-14
Also published as: JP2004316492A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒内噴射型内燃機関の始動装置としては、特開２００２−４９２９号公報に開示された次の技術が知られている。即ち、エンジンが停止したときに膨張行程にある気筒を検出し、エンジンを始動するときに、その膨張行程気筒内に燃料を噴射し、所定の遅延時間の経過後に点火し、その燃焼圧だけでクランク軸を回転させ、スタータによるクランキングを行うことなくエンジンの始動を完了するものである。
【０００３】
また、特開２００２−３９０３８号公報には、膨張行程気筒に燃料を噴射し点火を行うことでスタータレス始動を行うエンジン始動装置において、エアポンプにより加圧された高圧空気が蓄積されたエアタンクと、そのエアタンクと膨張行程気筒との間に設けられた補助吸気弁とを備え、スタータレスによるエンジンの始動時に、補助吸気弁を開いてエアタンク内の高圧空気を膨張行程気筒内に強制的に送り込み、その空気量に応じた燃料を噴射して点火することで、通常の膨張行程よりも膨張力の大きな高圧膨張を行う技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−４９２９号公報
【特許文献２】
特開２００２−３９０３８号公報
【特許文献３】
特開２００２−４９８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
始動時の筒内の酸素量を増やすことで、十分な爆発力が得られることが望まれる。
補助吸気弁やエアポンプやエアタンクのような新たな部品を追加して部品点数を増やすことなく、簡易な手段で、始動時の筒内の酸素量を増して、十分な爆発力が得られることが望まれる。
【０００６】
本発明の目的は、始動時の筒内の酸素量を増やすことで、十分な爆発力が得られる内燃機関の始動装置を提供することである。
本発明の他の目的は、部品点数を増やすことなく、簡易な手段で、始動時の筒内の酸素量を増して、十分な爆発力が得られる内燃機関の始動装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の始動装置は、内燃機関の各気筒に対する燃料の噴射及び点火が停止された後に前記内燃機関が停止した状態で、膨張行程にある前記気筒に供給された燃料に点火を行うことで内燃機関を始動させる内燃機関の始動装置であって、前記燃料の噴射及び前記点火が停止された後に前記各気筒内の酸素量を増加させ、前記内燃機関の停止時の前記膨張行程にある気筒内に含まれる排気ガス又は未燃ガスを低減させる酸素量増加手段を備えている。
【０００８】
上記本発明によれば、前記内燃機関が停止されるときに前記気筒内の酸素量が増加されるので、前記内燃機関の再始動の時点では、前記気筒内の酸素量を増加させる必要が無く、その分、速やかに再始動（点火）を行うことができる。
上記において、「膨張行程にある気筒に供給された燃料」には、直噴エンジンにおいて筒内に噴射された燃料、及びポート噴射エンジンにおいてクランクを止めている過程でインテークマニホールド内に噴射された燃料の双方が含まれる。
【０００９】
本発明の内燃機関の始動装置は、内燃機関の各気筒に対する燃料の噴射及び点火が停止された後に前記内燃機関が停止した状態で、膨張行程にある前記気筒に供給された燃料に点火を行うことで内燃機関を始動させる内燃機関の始動装置であって、前記内燃機関は、スロットル開度の制御機構、吸排気弁の開弁時期の制御機構及びＥＧＲ弁の閉弁機構のうちの少なくともいずれか一つを備えており、前記内燃機関が備えている、前記スロットル開度の制御機構、前記吸排気弁の開弁時期の制御機構及び前記ＥＧＲ弁の閉弁機構のうちの少なくともいずれか一つを制御して、前記燃料の噴射及び前記点火が停止された後に前記各気筒内の酸素量を増加させ、前記内燃機関の停止時の前記膨張行程にある気筒内に含まれる排気ガス又は未燃ガスを低減させる酸素量増加手段を備えている。
【００１０】
本発明の内燃機関の始動装置において、前記酸素量増加手段は、前記燃料の噴射及び前記点火が停止された状態で前記内燃機関が空転する時間を長くする。
【００１２】
本発明の内燃機関の始動装置において、前記酸素量増加手段は、前記燃料の噴射及び前記点火が停止された状態で前記内燃機関が空転する時間の間のスロットル開度を増加させる。
【００１３】
本発明の内燃機関の始動装置において、前記酸素量増加手段は、前記燃料の噴射及び前記点火が停止された状態で前記内燃機関が空転する時間の間の吸排気弁のオーバーラップを小さくする。
【００１４】
本発明の内燃機関の始動装置において、前記酸素量増加手段は、前記燃料の噴射及び前記点火が停止された状態で前記内燃機関が空転する時間の間の吸気弁の開弁時期を遅角側に設定する。
【００１５】
本発明の内燃機関の始動装置において、前記酸素量増加手段は、前記燃料の噴射及び前記点火が停止された状態で前記内燃機関が空転する時間の間の排気弁の開弁時期を進角側に設定する。
【００１６】
本発明の内燃機関の始動装置において、前記酸素量増加手段は、前記内燃機関が停止されるときにＥＧＲ弁を閉じる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
本実施形態は、気筒内に直接燃料を噴射し、火花点火により運転する筒内直噴ガソリンエンジンにおいて、エンジンの停止時に気筒の停止位置を検出し、膨張工程で停止していると検出された気筒に燃料を噴射し一定の気化時間後に点火しエンジンを再始動させる構成が前提である。
【００１９】
本実施形態では、スロットル開度を制御する機構（電子制御スロットルシステム）と、吸排気弁の開弁時期を制御する機構（可変バルブタイミング機構，可変動弁システム）と、外部ＥＧＲ弁を閉弁する機構とを有している。
【００２０】
最近のエンジンは、これらの３つの機構の全てを備えているものが多く、そのようなエンジンでは、新たな機構を追加することなく、それらの機構を制御するＥＣＵのプログラムを変更するのみで、本実施形態を実現することができる。
【００２１】
上記のように本実施形態で前提とされる、膨張行程気筒内に直接燃料を噴射し点火することでエンジンを始動させる方式は、エコランシステムにおける信号待ち時の停止再始動のような暖機後の短時間での再始動に特に効果がある。
この場合、暖機後のアイドル運転からエンジンを停止させる場合、エンジン（アイドル）回転数が低く、スロットル開度が小さくポンプロスが大きいことから、イグニッションがＯＦＦにされてからエンジンが停止されるまでの空転時間が短い。よって、エンジンの停止時にエンジン内が十分に掃気されず、気筒内に排気ガス・未燃ガス（ＥＧＲ）が残留するため、気筒内の酸素濃度が低く、再始動時に大きな爆発力が得られない。
【００２２】
そこで、以下の実施形態では、エンジン停止時に、スロットル開度、吸排気弁、または外部ＥＧＲ弁を制御することで、上記問題を解決している。
【００２３】
本実施形態では、膨張行程気筒内に未燃ガス・排気ガス（ＥＧＲ）が残っていない状態を作り出し、筒内の酸素割合を大きくしておくことで、膨張行程気筒に燃料を噴射して点火を行う（スタータレスでの）始動時に十分な爆発力を得ようとするものである。
【００２４】
なお、本明細書において、「外部ＥＧＲ」と「内部ＥＧＲ」の意味は次の通りである。
外部ＥＧＲとは、ＮＯｘ対策として一般に行われているＥＧＲ（ｅｘｈａｕｓｔｇａｓｓｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）における、ＥＧＲパイプを経由してインテークマニホールドに再循環される排気ガスを指す。外部ＥＧＲ弁とは、ＥＧＲパイプに設けられたＥＧＲ弁を指す。
内部ＥＧＲとは、自己ＥＧＲとも称され、燃焼室内の残留ガスである。より詳しくは、内部ＥＧＲとは、一般に行われている上記の（外部）ＥＧＲと同じ効果を期待するためにオーバーラップを大きくして吸気ガスと排気ガスを混ぜ（内部還流）てＮＯｘを減少させる技術における、内部還流（ＥＧＲパイプを経由していない）の排気ガス、または未燃ガスを指す。
【００２５】
（第１実施形態）
本実施形態では、エンジン停止時の空転時間中に、スロットル開度を増加させる。これにより、下記（１）及び（２）の作用が得られる。
【００２６】
（１）吸気のときのポンプ損失を低減することでエンジンのフリクションを低減させて、空転時間を増加させる。
【００２７】
（２）空転時の吸気量を増加させ、気筒内を掃気させる。
【００２８】
図１を参照して、本実施形態の動作について説明する。
【００２９】
イグニッションがＯＦＦにされる（ステップＳ１−Ｙｅｓ）と、燃料噴射及び点火が停止され（ステップＳ２）、エンジンが空転状態に入る（空転時間の開始）。
ここで、空転時間とは、イグニッションがＯＦＦにされ燃料噴射及び点火が停止して、筒内で燃焼していないがクランクが作動している時間を意味する。
【００３０】
ステップＳ２で燃料噴射及び点火が停止されると、それらが停止された旨の信号に応答して、上記のスロットル開度の制御機構がスロットル開度を開にする（ステップＳ３）。
【００３１】
従来一般には、イグニッションがＯＦＦにされると、スロットル開度は、そのＯＦＦのときの状態のままか、閉の状態にされる。これに対し、本実施形態では、スロットル開度を開とするものである。ステップＳ３での開度は、例えば、全開であることができる。ここで、スロットル開度は、開度が増加されればよく、全開には限定されない。
【００３２】
その後、エンジン回転が０になり、空転時間が終了する（ステップＳ４−Ｙｅｓ）。そのエンジン回転が０になったことを示す信号に応答して、上記のスロットル開度の制御機構は、スロットル開度を閉にして通常の始動位置に戻す（ステップＳ５）。
【００３３】
第１実施形態では、エンジンの停止に同期させて、スロットル開度を増加させることで、上記（１）及び（２）により、気筒内の掃気を促進し、気筒内酸素量を増加させ、再始動時の爆発量を増やすことができる。
【００３４】
（第２実施形態）
本実施形態では、エンジン停止時の空転時間中に、吸気弁の開弁時期を最遅角位置とする。
【００３５】
図２を参照して、本実施形態の動作について説明する。
【００３６】
イグニッションがＯＦＦにされる（ステップＳ６−Ｙｅｓ）と、燃料噴射が停止され、点火が停止される（ステップＳ７）。これにより、エンジンが空転状態（筒内で燃焼が行われていない状態）に入る（空転時間の開始）。
【００３７】
燃料噴射及び点火が停止されると、それらが停止された旨の信号に応答して、上記の吸排気弁の開（閉）弁時期の制御機構が、吸気弁の開（閉）弁時期を最遅角位置とする（ステップＳ８）。
【００３８】
ステップＳ８での吸気弁の開弁時期は、最遅角位置に限定されない。例えばステップＳ６のＩＧがＯＦＦにされたときよりも、吸気弁の開弁時期が遅角側にセットされればよい。その後、エンジン回転が０になり、空転時間が終了する（ステップＳ９−Ｙｅｓ）。
【００３９】
図３（ｂ）は、吸気弁の開弁時期を最遅角位置にした状態を示している。対比の為に図３（ａ）に示す吸気弁の開弁時期を最進角位置にした場合と比べて、オーバーラップが少なく（または無く）、実圧縮比が小さい。
【００４０】
これにより、第２実施形態では、下記（１）〜（３）の作用が得られる。
【００４１】
（１）空転時の実圧縮比を減することで、圧縮仕事を減らしてエンジンの空転時間を増加させる。
【００４２】
（２）吸排気弁のオーバーラップを低減し内部ＥＧＲを低減する。エンジンの空転状態のような低速回転域では、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように吸気中にオーバーラップが大きいと、排気ガスが多く残ったまま吸気弁が開いて吹き抜け等が起こり、排気ガスが気筒内に残留する。これに対し、本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、吸気中のオーバーラップを低減させることで、図４（ａ）に示す上記の状態を回避し、排気ガスが気筒内に残留するのを防止する。
【００４３】
（３）再始動時の実圧縮比を低減することで、圧縮仕事を減らす。
【００４４】
第２実施形態では、上記（１）〜（３）により、気筒内の掃気を促進し、気筒内酸素量を増加させ、再始動時の爆発量を増やすことができる。さらに、再始動時のフリクションを低減させ、エンジンの起動に必要なトルクを低減することができる。
【００４５】
（第３実施形態）
本実施形態では、エンジン停止時の空転時間中に、排気弁の開弁時期を最進角位置とする。
【００４６】
図５を参照して、本実施形態の動作について説明する。
【００４７】
イグニッションがＯＦＦにされる（ステップＳ１０−Ｙｅｓ）と、燃料噴射が停止され、点火が停止される（ステップＳ１１）。これにより、エンジンが空転状態（筒内で燃焼が行われていない状態）に入る（空転時間の開始）。
【００４８】
燃料噴射及び点火が停止されると、それらが停止された旨の信号に応答して、上記の吸排気弁の開（閉）弁時期の制御機構が、排気弁の開（閉）弁時期を最進角位置とする（ステップＳ１２）。
【００４９】
ステップＳ１２での排気弁の開弁時期は、最進角位置に限定されない。例えば、ステップＳ１０のＩＧがＯＦＦにされたときよりも、排気弁の開弁時期が進角側にセットされればよい。その後、エンジン回転が０になり、空転時間が終了する（ステップＳ１３−Ｙｅｓ）。
【００５０】
図６（ａ）は、排気弁の開弁時期を最進角位置にした状態を示している。対比の為に図６（ｂ）に示す排気弁の開弁時期を最遅角位置にした場合と比べて、オーバーラップが少ない（または無い）。
【００５１】
これにより、下記（１）の作用が得られる。
【００５２】
（１）空転時の吸排気弁のオーバーラップを低減し、内部ＥＧＲを低減する。エンジンの空転状態のような低速回転域では、図６（ｂ）及び図７（ａ）に示すように排気中のオーバーラップが大きいと、未燃ガスが筒内に多く残ったまま吸気弁が開いて未燃ガスを排出し、図７（ｂ）に示すその後の吸気工程では、未燃ガスが気筒内に残留する。これに対し、本実施形態では、オーバーラップを低減させることで図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す上記の状態を回避し、未燃ガスが気筒内に残留するのを防止する。
【００５３】
第３実施形態では、気筒内の掃気を促進し、気筒内酸素量を増加させ、再始動時の爆発量を増やすことができる。さらに、再始動時の起動性を向上することができる。
【００５４】
（第４実施形態）
本実施形態では、エンジン停止時の空転時間中に、外部ＥＧＲ弁を閉じる。
【００５５】
エンジン停止時にＥＧＲ（内部ＥＧＲ及び外部ＥＧＲの双方を含む）を減少させる方法としては、以下の方法がある。
・内部ＥＧＲに対しては、エンジン停止時に吸排気弁のタイミングを制御して、吸排気弁のオーバーラップを減少させる。
・外部ＥＧＲに対しては、エンジン停止時に外部ＥＧＲ弁を閉弁する。
【００５６】
内部ＥＧＲについては、第２及び第３実施形態で対処済であり、本実施形態では主に外部ＥＧＲについて対処する。
【００５７】
図８を参照して、本実施形態の動作について説明する。
【００５８】
イグニッションがＯＦＦにされる（ステップＳ１４−Ｙｅｓ）と、燃料噴射が停止され、点火が停止される（ステップＳ１５）。これにより、エンジンが空転状態（筒内で燃焼が行われていない状態）に入る（空転時間の開始）。
【００５９】
燃料噴射及び点火が停止されると、それらが停止された旨の信号に応答して、上記の外部ＥＧＲ弁の閉弁機構が、外部ＥＧＲ弁を閉弁する（ステップＳ１６）。その後、エンジン回転が０になり、空転時間が終了する（ステップＳ１７−Ｙｅｓ）。
【００６０】
ここで、（外部）ＥＧＲについて説明する。図９に示すように、排気ガスを吸気空気に混入させることで燃焼時の最高温度を下げてＮＯｘを低減させるものである。同図のように、排気ガスの一部をインテークマニホールドに再循環させ、吸入空気に混入させる。外部ＥＧＲ弁１１は、最適なＥＧＲ率となるようにその開閉が制御される。
【００６１】
第４実施形態では、空転時間に外部ＥＧＲ弁１１を閉弁するため、排気ガスが筒内に入ることが抑制される。これにより、始動時の筒内の酸素量が増加し、始動の際に大きな爆発力が得られる。なお、外部ＥＧＲ弁１１は、イグニッションがＯＦＦにされる前までのエンジンの通常運転中は、最適なＥＧＲ率になるように原則として開に制御されている。これに対し、本実施形態では、イグニッションがＯＦＦにされた後に、外部ＥＧＲ弁１１を閉じるものである。
【００６２】
次に、図１０を参照して、第４実施形態の第１変形例を説明する。
【００６３】
第１変形例では、図８と対比される図１０に示すように、エンジン停止時のイグニッションがＯＦＦにされた後（ステップＳ１８−Ｙｅｓ）、燃料噴射及び点火が停止される前に（ステップＳ２０）、外部ＥＧＲ弁１１を閉じる（ステップＳ１９）。
【００６４】
第１変形例によれば、外部ＥＧＲ弁１１を閉じた後に、燃料噴射及び点火が停止される。そのため、外部ＥＧＲ弁１１を閉じた時に、ＥＧＲパイプ１２における外部ＥＧＲ弁１１よりも下流側の部分１２ａに残る排気ガスが、気筒内に入った後に、気筒内での排気工程で筒外に排出される。よって、排気ガスが筒内に入ることが抑制され、始動時の筒内の酸素量が増加し、始動の際に大きな爆発力が得られる。
【００６５】
次に、図１１を参照して、第４実施形態の第２変形例を説明する。
【００６６】
第２変形例では、図８と対比される図１１に示すように、外部ＥＧＲ弁１１を閉じた後に（ステップＳ１６）、吸気弁の開弁時期が最遅角にされる（ステップＳ２２）。
【００６７】
第２変形例によれば、外部ＥＧＲ（ＥＧＲパイプ１２を経由した排気ガス）と、内部ＥＧＲ（気筒内の未燃ガス・排気ガス）の両方について、気筒内に入ることが抑制される。
【００６８】
第２変形例において、上記ステップＳ２２に代えて、排気弁の開弁時期を最進角位置に設定するステップを実行することができる。
【００６９】
次に、図１２を参照して、第４実施形態の第３変形例を説明する。
【００７０】
第３変形例では、図１０と対比される図１２に示すように、燃料噴射及び点火が停止された後に（ステップＳ２０）、排気弁の開弁時期が最進角にされる（ステップＳ２３）。
【００７１】
第３変形例によれば、外部ＥＧＲ弁１１を閉じた時に、ＥＧＲパイプ１２における外部ＥＧＲ弁１１よりも下流側の部分１２ａに残る排気ガスが、気筒内に入った後に、気筒内での排気工程で筒外に排出され、始動時の筒内の酸素量が増加し、始動の際に大きな爆発力が得られる。また、外部ＥＧＲ（ＥＧＲパイプ１２を経由した排気ガス）と、内部ＥＧＲ（気筒内の未燃ガス・排気ガス）の両方について、気筒内に入ることが抑制される。
【００７２】
第３変形例において、上記ステップＳ２３に代えて、吸気弁の開弁時期を最遅角位置に設定するステップを実行することができる。
【００７３】
なお、従来より、可変バルブを制御してオーバーラップを増減する技術があるが、その技術では、エンジンの運転中にそのエンジン回転数に応じて可変バルブを制御するものである。これに対し、上記の各実施形態では、イグニッションをＯＦＦにして、エンジンに対する燃料の噴射と点火を停止させ、エンジンが空転している間に、可変バルブを制御する点で大きく異なっている。各実施形態では、次回の膨張行程気筒での燃料噴射及び点火したときの爆発力の増大に備えて、エンジンが停止するときの空転時間中に、気筒内の酸素量を増大しておくことを目的としているため、空転時間中に可変バルブを制御することを特徴としている。
【００７４】
また、上記の各実施形態では、スロットル開度を制御する機構（電子制御スロットルシステム）、吸排気弁の開弁時期を制御する機構（可変バルブタイミング機構，可変動弁システム）、または外部ＥＧＲ弁を閉弁する機構を用いて、エンジンが停止するときの気筒内の酸素量を増大させた。本発明は、これらに限定されない。例えば、エンジンが有している、可変吸気システムや可変吸気バルブ制御を用いて、気筒内の酸素量を増大させることが可能である。
【００７５】
またさらに、上記の各実施形態では、本発明の始動装置を筒内噴射型内燃機関に適用した例を説明したが、本発明は、ポート噴射エンジンにも適用可能である。ポート噴射エンジンの場合には、クランキングしてクランクを止めている過程で燃料をインテークマニホールド内に噴射しておき、次に点火するだけでクランクを動かすものである。
【００７６】
さらに、上記の各実施形態では、イグニッションがＯＦＦされることによって、エンジンの停止要求があることを判別しているが（ステップＳ１，Ｓ６，Ｓ１０，Ｓ１４，Ｓ１８）、本発明は、これに限定されない。例えば、アイドルストップ車両のように、車両側からの要求により、エンジンを自動的に停止させる旨の自動停止信号に基づいて、エンジンの停止要求の有無を判別してもよい。また、上記の各実施形態は、ハイブリッドエンジンにも適用可能である。
【００７７】
【発明の効果】
本発明の内燃機関の始動装置によれば、始動時の筒内の酸素量を増やすことで、十分な爆発力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の第２実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態の作用効果を説明するための図であり、図３（ａ）は、吸気弁が最進角側に位置する図であり、図３（ｂ）は、吸気弁が最遅角側に位置する図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態の作用効果を説明するための図であり、図４（ａ）は、オーバーラップが大きい場合を示し、図４（ｂ）は、オーバーラップが小さい場合を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の第６実施形態の作用効果を説明するための図であり、図６（ａ）は、排気弁が最進角側に位置する図であり、図６（ｂ）は、排気弁が最遅角側に位置する図である。
【図７】図７は、本発明の第３実施形態の作用効果を説明するための図であり、図７（ａ）は、オーバーラップが大きい場合の排気工程を示し、図７（ｂ）は、オーバーラップが大きい場合の吸気工程を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第４実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図９】図９は、ＥＧＲの原理を説明するための説明図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４実施形態の第１変形例の動作を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の第４実施形態の第２変形例の動作を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の第４実施形態の第３変形例の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１ＥＧＲ弁
１２ＥＧＲパイプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a starter for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
As a starting device for a direct injection internal combustion engine, the following technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-4929 is known. That is, when the engine is stopped, the cylinder in the expansion stroke is detected, and when the engine is started, fuel is injected into the expansion stroke cylinder and ignited after the elapse of a predetermined delay time. The engine is started without rotating the crankshaft and cranking with a starter.
[0003]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-39038 discloses an engine starter that performs starterless start by injecting fuel into an expansion stroke cylinder and performing ignition, an air tank in which high-pressure air pressurized by an air pump is accumulated, An auxiliary intake valve provided between the air tank and the expansion stroke cylinder is provided, and when starting the engine without a starter, the auxiliary intake valve is opened to forcibly send high-pressure air in the air tank into the expansion stroke cylinder. A technique for performing high-pressure expansion having an expansion force larger than that of a normal expansion stroke by injecting and igniting fuel corresponding to the amount of air is disclosed.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-4929 A [Patent Document 2]
JP 2002-39038 A [Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-4985
[Problems to be solved by the invention]
It is desired that sufficient explosive power can be obtained by increasing the amount of oxygen in the cylinder at the start.
Without adding new parts such as auxiliary intake valves, air pumps and air tanks, the amount of oxygen in the cylinder at the start can be increased by simple means without increasing the number of parts, and sufficient explosive power can be obtained. desired.
[0006]
An object of the present invention is to provide a starting device for an internal combustion engine that can obtain a sufficient explosive force by increasing the amount of oxygen in the cylinder at the time of starting.
Another object of the present invention is to provide a starter for an internal combustion engine that can increase the amount of oxygen in the cylinder at the start by a simple means without increasing the number of parts and obtain a sufficient explosive force. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Engine starting system of the present invention, in a state where the internal combustion engine is stopped after the injection and ignition of fuel to each cylinder of the internal combustion engine is stopped, performing ignition fuel supplied to the cylinder in the expansion stroke An internal combustion engine starter for starting an internal combustion engine by increasing the amount of oxygen in each cylinder after the fuel injection and ignition are stopped, and in the expansion stroke when the internal combustion engine is stopped An oxygen amount increasing means for reducing exhaust gas or unburned gas contained in a cylinder is provided.
[0008]
According to the present invention, since the amount of oxygen in the cylinder is increased when the internal combustion engine is stopped, there is no need to increase the amount of oxygen in the cylinder when the internal combustion engine is restarted. Therefore, the restart (ignition) can be performed promptly.
In the above, “fuel supplied to the cylinder in the expansion stroke” includes fuel injected into the cylinder in the direct injection engine and fuel injected into the intake manifold in the process of stopping the crank in the port injection engine. Both are included.
[0009]
Engine starting system of the present invention, in a state where the internal combustion engine is stopped after the injection and ignition of fuel to each cylinder of the internal combustion engine is stopped, performing ignition fuel supplied to the cylinder in the expansion stroke An internal combustion engine starter for starting an internal combustion engine by at least one of a throttle opening control mechanism, an intake / exhaust valve opening timing control mechanism, and an EGR valve closing mechanism At least one of the throttle opening control mechanism, the intake / exhaust valve opening timing control mechanism, and the EGR valve closing mechanism included in the internal combustion engine. After the fuel injection and the ignition are stopped , the amount of oxygen in each cylinder is increased, and the exhaust gas contained in the cylinder in the expansion stroke when the internal combustion engine is stopped or Burning gas And a oxygen quantity increasing means for Gensa.
[0010]
In the internal combustion engine starter according to the present invention, the oxygen amount increasing means lengthens a time during which the internal combustion engine idles in a state where the fuel injection and the ignition are stopped .
[0012]
In the internal combustion engine starter according to the present invention, the oxygen amount increasing means increases the throttle opening during the idling time of the internal combustion engine with the fuel injection and the ignition stopped .
[0013]
In the internal combustion engine starter according to the present invention, the oxygen amount increasing means reduces the overlap of the intake and exhaust valves during the time when the internal combustion engine idles while the fuel injection and ignition are stopped .
[0014]
In the internal combustion engine starter according to the present invention, the oxygen amount increasing means delays the valve opening timing of the intake valve during the idling time of the internal combustion engine with the fuel injection and the ignition stopped. Set to.
[0015]
In the internal combustion engine starter according to the present invention, the oxygen amount increasing means may advance the valve opening timing of the exhaust valve during the idling time of the internal combustion engine with the fuel injection and the ignition stopped. Set to.
[0016]
In the internal combustion engine starter according to the present invention, the oxygen amount increasing means closes the EGR valve when the internal combustion engine is stopped.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
[0018]
In this embodiment, in a direct injection gasoline engine that directly injects fuel into a cylinder and operates by spark ignition, the cylinder stop position is detected when the engine is stopped, and it is detected that the cylinder is stopped in the expansion process. The premise is that the fuel is injected into the cylinder, ignited after a certain vaporization time, and the engine is restarted.
[0019]
In this embodiment, a mechanism for controlling the throttle opening (electronically controlled throttle system), a mechanism for controlling the valve opening timing of the intake and exhaust valves (variable valve timing mechanism, variable valve system), and the external EGR valve are closed. Mechanism.
[0020]
Many recent engines have all of these three mechanisms. In such engines, without changing a new mechanism, the ECU program that controls these mechanisms is changed. This embodiment can be realized.
[0021]
As described above, the method of starting the engine by directly injecting and igniting fuel into the expansion stroke cylinder, which is assumed in the present embodiment, is performed after warm-up such as stop restart when waiting for a signal in the eco-run system. This is particularly effective for restarting in a short time.
In this case, when the engine is stopped from the idle operation after the warm-up, since the engine (idle) rotation speed is low, the throttle opening is small, and the pump loss is large, the engine is stopped after the ignition is turned off. The idling time is short. Therefore, when the engine is stopped, the interior of the engine is not sufficiently scavenged, and exhaust gas and unburned gas (EGR) remain in the cylinder. Therefore, the oxygen concentration in the cylinder is low, and a large explosive force cannot be obtained at restart. .
[0022]
Therefore, in the following embodiment, the above problem is solved by controlling the throttle opening, the intake / exhaust valve, or the external EGR valve when the engine is stopped.
[0023]
In the present embodiment, an unburned gas / exhaust gas (EGR) is not left in the expansion stroke cylinder, and by increasing the oxygen ratio in the cylinder, fuel is injected into the expansion stroke cylinder and ignited. It is intended to obtain sufficient explosive power at the start (with starterless).
[0024]
In the present specification, the meanings of “external EGR” and “internal EGR” are as follows.
The external EGR refers to exhaust gas recirculated to the intake manifold via an EGR pipe in EGR (exhaust gas recirculation) that is generally performed as a countermeasure for NOx. An external EGR valve refers to an EGR valve provided in an EGR pipe.
The internal EGR is also referred to as self EGR and is residual gas in the combustion chamber. More specifically, the internal EGR reduces NOx by increasing the overlap and mixing the intake gas and the exhaust gas (internal recirculation) in order to expect the same effect as the above-described (external) EGR. In the art, refers to exhaust gas of internal recirculation (not via the EGR pipe), or unburned gas.
[0025]
(First embodiment)
In the present embodiment, the throttle opening is increased during the idling time when the engine is stopped. Thereby, the following effects (1) and (2) are obtained.
[0026]
(1) By reducing the pump loss during intake, the friction of the engine is reduced and the idling time is increased.
[0027]
(2) Increase the intake air amount during idling and scavenge the inside of the cylinder.
[0028]
The operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0029]
When the ignition is turned off (step S1-Yes), fuel injection and ignition are stopped (step S2), and the engine enters an idling state (start of idling time).
Here, the idling time means the time when the ignition is turned off, the fuel injection and ignition are stopped, the crank is operating, but not burning in the cylinder.
[0030]
When the fuel injection and ignition are stopped in step S2, the throttle opening control mechanism opens the throttle opening in response to a signal indicating that they have been stopped (step S3).
[0031]
In general, when the ignition is turned off, the throttle opening is kept in the state when the ignition is turned off or is closed. On the other hand, in the present embodiment, the throttle opening is opened. The opening degree in step S3 can be fully open, for example. Here, the throttle opening only needs to be increased and is not limited to full opening.
[0032]
Thereafter, the engine rotation becomes 0 and the idling time ends (step S4-Yes). In response to the signal indicating that the engine rotation has become 0, the throttle opening control mechanism closes the throttle opening and returns it to the normal starting position (step S5).
[0033]
In the first embodiment, by increasing the throttle opening in synchronism with the engine stop, scavenging in the cylinder is promoted by the above (1) and (2), the oxygen amount in the cylinder is increased, The amount of explosion at start-up can be increased.
[0034]
(Second Embodiment)
In the present embodiment, the opening timing of the intake valve is set to the most retarded position during the idling time when the engine is stopped.
[0035]
The operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0036]
When the ignition is turned off (step S6-Yes), the fuel injection is stopped and the ignition is stopped (step S7). As a result, the engine enters an idling state (a state in which combustion is not performed in the cylinder) (start of idling time).
[0037]
When the fuel injection and ignition are stopped, the intake / exhaust valve opening (closing) valve timing control mechanism controls the intake valve opening (closing) valve timing in response to a signal indicating that they are stopped. The most retarded position is set (step S8).
[0038]
The opening timing of the intake valve in step S8 is not limited to the most retarded position. For example, the valve opening timing of the intake valve may be set to the retard side compared to when the IG in step S6 is turned off. Thereafter, the engine rotation becomes 0, and the idling time ends (step S9-Yes).
[0039]
FIG. 3B shows a state where the opening timing of the intake valve is set to the most retarded position. For comparison, there is less overlap (or no overlap) and the actual compression ratio is smaller than when the valve opening timing of the intake valve shown in FIG.
[0040]
Thereby, in 2nd Embodiment, the effect | action of following (1)-(3) is acquired.
[0041]
(1) By reducing the actual compression ratio during idling, the compression work is reduced and the idling time of the engine is increased.
[0042]
(2) Reduce the overlap of intake and exhaust valves to reduce internal EGR. 3 (a) and 4 (a), when there is a large overlap during intake, the intake valve opens with a large amount of exhaust gas remaining, and air blows off. And exhaust gas remains in the cylinder. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 4 (b), by reducing the overlap during intake, the above-described state shown in FIG. 4 (a) is avoided, and the exhaust gas enters the cylinder. Prevents remaining.
[0043]
(3) Reduce the compression work by reducing the actual compression ratio at restart.
[0044]
In the second embodiment, by the above (1) to (3), scavenging in the cylinder can be promoted, the amount of oxygen in the cylinder can be increased, and the amount of explosion at the time of restart can be increased. Furthermore, the friction at the time of restart can be reduced, and the torque required for starting the engine can be reduced.
[0045]
(Third embodiment)
In this embodiment, the exhaust valve opening timing is set to the most advanced position during the idling time when the engine is stopped.
[0046]
The operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0047]
When the ignition is turned off (step S10—Yes), the fuel injection is stopped and the ignition is stopped (step S11). As a result, the engine enters an idling state (a state in which combustion is not performed in the cylinder) (start of idling time).
[0048]
When the fuel injection and ignition are stopped, the intake / exhaust valve opening (closing) valve timing control mechanism controls the exhaust valve opening (closing) valve timing in response to a signal indicating that they are stopped. The most advanced position is set (step S12).
[0049]
The opening timing of the exhaust valve in step S12 is not limited to the most advanced position. For example, the valve opening timing of the exhaust valve may be set to the advance side than when IG in step S10 is turned off. Thereafter, the engine rotation becomes 0, and the idling time ends (step S13—Yes).
[0050]
FIG. 6A shows a state in which the valve opening timing of the exhaust valve is set to the most advanced angle position. For comparison, there is little (or no) overlap as compared with the case where the exhaust valve opening timing shown in FIG.
[0051]
Thereby, the following effect (1) is obtained.
[0052]
(1) Reduce the overlap of intake and exhaust valves during idling and reduce internal EGR. In a low-speed rotation region such as the idling state of the engine, as shown in FIGS. 6B and 7A, if the overlap in the exhaust is large, the intake valve remains with a large amount of unburned gas remaining in the cylinder. It opens and discharge | emits unburned gas, and unburned gas remains in a cylinder in the subsequent intake process shown in FIG.7 (b). On the other hand, in this embodiment, by reducing the overlap, the above-described state shown in FIGS. 7A and 7B is avoided, and unburned gas is prevented from remaining in the cylinder.
[0053]
In the third embodiment, scavenging in the cylinder can be promoted, the amount of oxygen in the cylinder can be increased, and the amount of explosion at the time of restart can be increased. Furthermore, the startability at the time of restart can be improved.
[0054]
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, the external EGR valve is closed during the idling time when the engine is stopped.
[0055]
As a method of reducing EGR (including both internal EGR and external EGR) when the engine is stopped, there are the following methods.
For internal EGR, control the intake and exhaust valve timing when the engine is stopped to reduce the overlap of the intake and exhaust valves.
・ For external EGR, close the external EGR valve when the engine is stopped.
[0056]
The internal EGR has been dealt with in the second and third embodiments, and this embodiment mainly deals with the external EGR.
[0057]
The operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0058]
When the ignition is turned off (step S14-Yes), the fuel injection is stopped and the ignition is stopped (step S15). As a result, the engine enters an idling state (a state in which combustion is not performed in the cylinder) (start of idling time).
[0059]
When the fuel injection and ignition are stopped, the external EGR valve closing mechanism closes the external EGR valve in response to a signal indicating that they have been stopped (step S16). Thereafter, the engine rotation becomes 0, and the idling time ends (step S17—Yes).
[0060]
Here, (external) EGR will be described. As shown in FIG. 9, exhaust gas is mixed with intake air to lower the maximum temperature during combustion and reduce NOx. As shown in the figure, a part of the exhaust gas is recirculated to the intake manifold and mixed into the intake air. The opening and closing of the external EGR valve 11 is controlled so as to achieve an optimum EGR rate.
[0061]
In the fourth embodiment, since the external EGR valve 11 is closed during the idling time, the exhaust gas is suppressed from entering the cylinder. As a result, the amount of oxygen in the cylinder at the start increases, and a large explosive force is obtained at the start. In principle, the external EGR valve 11 is controlled to be open so that an optimum EGR rate is obtained during normal operation of the engine before the ignition is turned off. On the other hand, in this embodiment, the external EGR valve 11 is closed after the ignition is turned off.
[0062]
Next, a first modification of the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
[0063]
In the first modification, as shown in FIG. 10 compared with FIG. 8, after the ignition when the engine is stopped is turned off (step S18-Yes), before the fuel injection and ignition are stopped (step S20). ), Closing the external EGR valve 11 (step S19).
[0064]
According to the first modification, after the external EGR valve 11 is closed, fuel injection and ignition are stopped. Therefore, when the external EGR valve 11 is closed, the exhaust gas remaining in the portion 12a downstream of the external EGR valve 11 in the EGR pipe 12 enters the cylinder and is then discharged outside the cylinder in the exhaust process in the cylinder. Is done. Therefore, the exhaust gas is suppressed from entering the cylinder, the amount of oxygen in the cylinder at the start is increased, and a large explosive force is obtained at the start.
[0065]
Next, a second modification of the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
[0066]
In the second modification, as shown in FIG. 11 compared with FIG. 8, after closing the external EGR valve 11 (step S16), the opening timing of the intake valve is made the most retarded (step S22).
[0067]
According to the second modification, both the external EGR (exhaust gas via the EGR pipe 12) and the internal EGR (unburned gas / exhaust gas in the cylinder) are suppressed from entering the cylinder.
[0068]
In the second modified example, a step of setting the valve opening timing of the exhaust valve to the most advanced position can be executed instead of step S22.
[0069]
Next, a third modification of the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
[0070]
In the third modification, as shown in FIG. 12 compared with FIG. 10, after the fuel injection and ignition are stopped (step S20), the valve opening timing of the exhaust valve is made the most advanced angle (step S23). .
[0071]
According to the third modification, when the external EGR valve 11 is closed, the exhaust gas remaining in the portion 12a downstream of the external EGR valve 11 in the EGR pipe 12 enters the cylinder, and then exhausts in the cylinder. It is discharged outside the cylinder in the process, and the amount of oxygen in the cylinder at the time of starting increases, and a large explosive force is obtained at the time of starting. Further, both the external EGR (exhaust gas via the EGR pipe 12) and the internal EGR (unburned gas / exhaust gas in the cylinder) are suppressed from entering the cylinder.
[0072]
In the third modified example, a step of setting the valve opening timing of the intake valve to the most retarded position can be executed instead of step S23.
[0073]
Conventionally, there is a technique for increasing / decreasing the overlap by controlling the variable valve. In this technique, the variable valve is controlled according to the engine speed during engine operation. On the other hand, each of the above embodiments is greatly different in that the ignition is turned off, fuel injection and ignition to the engine are stopped, and the variable valve is controlled while the engine is idling. In each embodiment, in preparation for fuel explosion in the next expansion stroke cylinder and increase in explosive power when ignition occurs, the amount of oxygen in the cylinder is increased during the idling time when the engine is stopped. Since it is aimed, it is characterized by controlling the variable valve during the idling time.
[0074]
In each of the above embodiments, a mechanism for controlling the throttle opening (electronic control throttle system), a mechanism for controlling the opening timing of the intake and exhaust valves (variable valve timing mechanism, variable valve system), or an external EGR valve The amount of oxygen in the cylinder when the engine was stopped was increased using a mechanism for closing the valve. The present invention is not limited to these. For example, the amount of oxygen in the cylinder can be increased by using a variable intake system or variable intake valve control that the engine has.
[0075]
Furthermore, in each of the above embodiments, the example in which the starter of the present invention is applied to a direct injection internal combustion engine has been described, but the present invention is also applicable to a port injection engine. In the case of a port injection engine, fuel is injected into the intake manifold in the process of cranking and stopping the crank, and then the crank is moved only by ignition.
[0076]
Further, in each of the above embodiments, it is determined that there is a request for stopping the engine by turning off the ignition (steps S1, S6, S10, S14, S18), but the present invention is limited to this. Not. For example, like an idle stop vehicle, the presence / absence of an engine stop request may be determined based on an automatic stop signal indicating that the engine is automatically stopped by a request from the vehicle side. Each of the above embodiments is also applicable to a hybrid engine.
[0077]
【The invention's effect】
According to the internal combustion engine starter of the present invention, a sufficient explosive force can be obtained by increasing the amount of oxygen in the cylinder at the start.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing an operation of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the second exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation and effect of the second embodiment of the present invention, and FIG. 3 (a) is a diagram in which the intake valve is located on the most advanced angle side; (B) is a figure in which an intake valve is located in the most retarded angle side.
4A and 4B are diagrams for explaining the operation and effect of the second embodiment of the present invention. FIG. 4A shows a case where the overlap is large, and FIG. It is a figure which shows the case where a lap is small.
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the third exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view for explaining the function and effect of the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 6 (a) is a view in which the exhaust valve is positioned on the most advanced angle side; (B) is a figure where an exhaust valve is located in the most retarded angle side.
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation and effect of the third embodiment of the present invention. FIG. 7 (a) shows an exhaust process when the overlap is large, and FIG. 7 (b) These are figures which show an intake process in case an overlap is large.
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the fourth exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the principle of EGR;
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the first modified example of the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the second modified example of the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the third modified example of the fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 EGR valve 12 EGR pipe

Claims

In a state where the internal combustion engine is stopped after the injection and ignition of fuel to each cylinder of the internal combustion engine is stopped, the internal combustion engine to start the internal combustion engine by performing the igniting fuel supplied to the cylinder in the expansion stroke A starting device,
Oxygen that increases the amount of oxygen in each cylinder after the fuel injection and ignition is stopped, and reduces exhaust gas or unburned gas contained in the cylinder in the expansion stroke when the internal combustion engine is stopped A starting device for an internal combustion engine comprising a quantity increasing means.

In a state where the internal combustion engine is stopped after the injection and ignition of fuel to each cylinder of the internal combustion engine is stopped, the internal combustion engine to start the internal combustion engine by performing the igniting fuel supplied to the cylinder in the expansion stroke A starting device,
The internal combustion engine includes at least one of a throttle opening control mechanism, an intake valve opening timing control mechanism, and an EGR valve closing mechanism,
The internal combustion engine controls at least one of the throttle opening control mechanism, the intake / exhaust valve opening timing control mechanism, and the EGR valve closing mechanism to control the fuel The amount of oxygen in each cylinder is increased after the injection and ignition are stopped, and the amount of oxygen is increased to reduce the exhaust gas or unburned gas contained in the cylinder in the expansion stroke when the internal combustion engine is stopped. A starter for an internal combustion engine comprising means.

The internal combustion engine starter according to claim 1 or 2,
The oxygen amount increasing means includes
A starter for an internal combustion engine that lengthens a time during which the internal combustion engine idles in a state where the fuel injection and the ignition are stopped .

The starter for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
The oxygen amount increasing means increases a throttle opening during a time when the internal combustion engine is idling in a state where the fuel injection and the ignition are stopped .

The starter for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
The oxygen amount increasing means reduces an overlap of intake and exhaust valves during a time when the internal combustion engine idles in a state where the fuel injection and the ignition are stopped .

The internal combustion engine starter according to any one of claims 1 to 3 and 5,
The starter of an internal combustion engine, wherein the oxygen amount increasing means sets the valve opening timing of the intake valve during the time when the internal combustion engine idles in a state where the fuel injection and the ignition are stopped .

The internal combustion engine starter according to any one of claims 1, 2, 4, 5 and 6.
The starter for an internal combustion engine, wherein the oxygen amount increasing means sets the valve opening timing of the exhaust valve during the time when the internal combustion engine idles in a state where the fuel injection and the ignition are stopped .

The starter for an internal combustion engine according to any one of claims 1, 2, 4, 5, 6, and 7.
The oxygen amount increasing means closes an EGR valve when the internal combustion engine is stopped.