专利名称：内燃机及其控制方法
技术领域：
本发明涉及提高内燃机起动性(特别是没有转动曲轴的起动性)的技术。
背景技术：
作为有关内燃机起动的技术，例如有专利文献1所记载的装置。在该装置中，在缸内直接喷射式内燃机中，在活塞到达上死点后，判别在排气冲程前停止的气缸，通过向判别了的气缸喷射燃料并点火，从而不使用起动机(セルモ一タ)或反冲起动机等另设的起动装置(下面简称为“起动机”)，而进行发动机的起动。
专利文献1特开平2-271073号公报但是，在上述现有装置中，没有完全考虑起动时(点火时)燃烧室(内)的温度。由于喷射出的燃料的气化率根据燃烧室的温度变动，故在上述现有装置中，起动时的燃烧室(内)的温度使燃烧室的气化混合比改变。因此，有可能在点火时的燃烧室混合气不能达到适宜的状态，产生不点火(失火)，而不能起动。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题而构成的，其目的在于，在不使用起动机(即无转动曲轴)而进行发动机起动的内燃机中，通过使点火时的燃烧室混合气形成适宜状态，提高其起动性。
因此，本发明提供一种内燃机，其通过基于点火的燃烧而进行使旋转开始的燃烧起动，其特征在于，在发动机停止之前，以规定时间进行将发动机转速维持在规定的低转速范围的停止前运转。另外，作为停止前运转，例如有怠速运转，可根据停止条件成立时的(或移向停止控制时的)燃烧室温度来设定进行停止前运转的规定时间。
根据本发明，由于在发动机停止之前，以规定时间进行将发动机转速维持在规定的低转速范围的停止前运转，故不管在发动机停止前的运转状态等，都可使发动机停止时的燃烧温度大致一定(稳定)。由此，在停止后立刻起动的情况下，起动时的燃烧室温度也被均匀化，喷射燃料得到的点火时燃烧室的混合气状态稳定，可进行可靠的(稳定的)点火，可提高无转动曲轴的起动性。在此，推测或检测要使发动机停止时的燃烧室温度，根据该燃烧室温度，设定上述停止前运转的运转时间(上述规定时间)，则可通过必要最小限的停止前运转将发动机停止时(及停止后起动的情况下的发动机起动时)的燃烧室温度控制在大致一定，特别是可抑止怠速停止带来的燃料费用上升效果的降低。
图1是本发明中一实施例的缸内直接喷射式内燃机的示意结构图；图2是表示停止前运转的范围一例的图；图3是表示怠速停止时的控制内容的流程图；图4是表示燃烧室温度推测图表(1)的图；图5是表示燃烧室温度推测图表(2)的图；图6是表示燃烧室温度推测图表(3)的图；图7是表示燃烧室温度推测映射之一例的图；图8是表示怠速运转时间设定图表之一例的图；图9是用于说明必要怠速运转时间的图。
符号说明1发动机2燃烧室10燃烧喷射阀11火花塞30控制单元(C/U)31油门传感器32曲柄转角传感器33凸轮角传感器34水温传感器35车速传感器36齿轮位置传感器
37制动器传感器具体实施方式
下面，参照
本发明的实施例。
图1是本发明一实施例的缸内直接喷射式内燃机的示意图。如图1所示，该发动机1的燃烧室2由气缸盖3、气缸体4、嵌合于该气缸体4的气缸内的活塞5构成。在气缸盖3上形成有向燃烧室2开口的进气口6及排气口7。将这些口6、7开闭的进气阀8及排气阀9通过未图示的进气阀用凸轮及排气阀用凸轮驱动。另外，在进气阀8侧设有未图示的公知结构的可变阀机构，通过该可变阀机构控制进气阀8的开闭时刻。另外，也可以在排气阀9侧设置可变阀机构。
另外，在气缸盖3中，在面临燃烧室2的状态下配置有向燃烧室2内直接喷射燃料的燃料喷射阀10及将燃烧室2内的混合气进行火花点火的火花塞11。
在进气口6上连接有进气歧管12，该进气歧管12的上游侧通过进气收集器13连接进气管道14。在该进气管道14中设有从其进气上游侧除去进入空气中污物等的空气滤清器15、检测进入空气量的空气流量计16、控制进入空气量的节流阀17。另外，将该节流阀14从进气管道14的节流阀17上游旁通，而设置与进气收集器13连接的旁通路18，在该旁通路18中安装控制通过的空气量的怠速控制阀19。
设置将节流阀17上游侧的进气管道14和气缸体4内的曲轴箱连接的第一漏气通路20、和将气缸盖3的气缸盖罩内的摇臂室和进气收集器13连接的第二漏气通路21。通过该漏气通路20、21，将在发动机1内产生的漏气体由从进气管道14导入的进气换气，导向进气收集器13。
在第二漏气通路21中设有控制漏气体压力的压力控制阀(PCV阀)22和控制漏气体流量的漏气控制阀23。
对控制单元(C/U)30输入除上述的空气流量计16以外的、检测节气门开度TVO的节气门开度传感器31、曲柄转角传感器32、凸轮角传感器33、水温传感器34、车速传感器35、检测变速箱的齿轮位置的齿轮位置传感器36、检测制动动作(ON/OFF)的制动器传感器37等各种传感器的检测信号。
C/U30基于输入的检测信号控制可变阀机构、燃料喷射阀10、火花塞11、节流阀17、怠速控制阀19、漏气控制阀23等。另外，C/U30基于曲柄转角传感器32的检测信号检测发动机转速Ne，同时，可基于曲柄转角传感器32及凸轮角传感器33的检测信号判断处于特定冲程的气缸。
另外，C/U30在规定的怠速停止条件成立的情况下(例如变速机的齿轮位置处于D范围，制动器为ON(动作)，车速为零时)，进行使发动机1自动停止的怠速停止，在该怠速停止中，在规定的怠速停止解除条件成立的情况下(例如在怠速停止条件成立后，将制动器OFF时或有由驱动器产生的起动操作时)，将怠速停止解除，自动地进行发动机1的再起动，进行怠速停止控制。
在此，说明通过C/U30施行的上述怠速停止控制。首先，本实施例的发动机1中，对处于膨胀冲程的气缸喷射燃料，通过点火，而不使用起动机(即没有转动曲轴)，而进行发动机的起动(包含怠速停止敌后再起动)。但是，当燃烧室2内的温度有偏差时，即使进行同样的燃料喷射，点火时的燃烧室混合比也会产生偏差，因此，点火时不会形成适于燃烧的混合气，而产生不点火，使起动失败。因此，从可靠地进行无转动曲轴的起动的观点考虑，优选起动时的燃烧室2的温度一定。
因此，在本实施例中，通过进行使怠速停止(发动机停止)时的燃烧室温度一定这样的控制，使再起动时的燃烧室温度大致一定，将点火时的燃烧室混合气稳定化。具体地，在怠速停止(发动机停止)前进行将发动机转速Ne维持在规定的低转速范围内(例如图2的摆动区域内)的“停止前运转”，而不管至此的运转状态等而将发动机停止时的燃烧室温度形成在一定的范围内(实现燃烧室温度的稳定化)，由此，使(再)起动时的燃烧室温度稳定化，而使点火时期的混合气状态稳定而适当。
另外，以下说明中，作为上述“停止前运转”采用“停止前怠速运转”，但这不过是一例，如上所述，若将在规定时间期间的发动机转速Ne维持在规定的低转速范围，则显然即使没有怠速运转，也能够使燃烧室温度稳定化。
图3是表示怠速停止时的控制内容的流程图，在各规定时间进行。
在S1中，读取发动机转速Ne、节气门开度TVO等发动机运转条件。
在S2中，判定怠速停止条件是否成立。如怠速停止条件成立，则前进到S2，如不成立，则结束本流程。另外，如上所述，本实施例的怠速停止条件的成立为，(1)齿轮位置为D范围，(2)车速为零(大致为零)，(3)制动器在动作(为ON)，但不限于此。
在S3中，判定停止前怠速运转特征值fidle是否为0。若fidle＝0，则前进到S3，若fidle＝1，则前进到S9。该停止前怠速运转特征值fidle如后所述，设定为怠速停止条件成立，输出发动机停止指令(S8)。
在S4中，推测燃烧室温度。这样的推测基于例如图4～图7所示的图表或映射图的任一个进行。
图4表示“发动机转速Ne-燃烧室温度”图表之一例。如图4所示，推测发动机转速Ne越高，燃烧室温度越高。这是由于，发动机转速Ne越高，燃烧间隔越短，且各单位时间的热产生量增加。图5表示“节气门开度TVO-燃烧室温度”图表之一例。如图5所示，推测节气门开度TVO越大，燃烧室温度越高。这是由于，节气门开度TVO越大，各燃烧的空气量增大，且发热量增大。
图6表示“充填效率ηc-燃烧室温度”图表之一例。此时，与节气门开度TVO相同，由于充填效率ηc越高，各燃烧的发热量增加，故推测燃烧室温度高。而图6的情况下，必须算出充填效率ηc，但不限于此，也可以形成根据影响充填效率ηc的参数推测燃烧室温度的结构(即，在充填效率ηc变高的参数状态下，则推测燃烧室温度变高即可)。另外，作为影响充填效率ηc的参数有，进气阀8即排气阀9的开闭时刻、燃烧室2的壁温(水温)、进气的入口温度·入口压力(在该情况下，预先设置温度传感器及压力传感器检测，或由计算推测即可)等。
图7表示用于根据发动机负载、发动机转速推测燃烧室温度的燃烧室温度映象射之一例，相当于将图4～图6组合的结构。
以上提供了若干种方法，但是也可以利用其它方法推测燃烧室温度，更简单地，也可以代用怠速停止条件成立时的水温传感器34的检测值等。
返回图3，在S5中，设定进行停止前怠速运转的时间(下面简称为“怠速运转时间”)。这样的设定基于例如图8所示的“燃烧室温度-怠速运转时间”图表进行。设定成(推测的)燃烧室温度越高，怠速运转时间越长。这是由于，如图9所示，温度降低特性因燃烧室温度而不同，为使发动机停止时的燃烧室温度一定而需要的怠速运转时间(t1、t2、t3)也不同。另外，也想到考虑假想的最高燃烧温度而设定怠速运转时间(这种情况下，怠速运转时间总是一定的)，这样，在燃烧室温度低的情况，进行久到必要以上的怠速运转，且使怠速停止造成的燃烧费用提高效果减少，而不理想。因此，在本实施例中，根据燃烧室温度设定怠速运转时间，可以以必要最小限的怠速运转使发动机停止时的燃烧室温度一定(降低到规定温度)。
在S6中，判定怠速停止条件的成立状态是否继续。如继续，则前进到S7，如为非成立，则结束本流程。
在S7中，输出发动机停止指令，由此，开始进行发动机停止处理(移向发动机停止控制)。
在S8中，将停止前怠速运转特征值fidle设为1，停止前怠速运转开始的同时，通过计时器开始经过时间的计测。另外，如上所述，也可以不是进行怠速的“停止前怠速运转”，而是将发动机转速维持在规定的低转速内“停止前运转”。
在S9中，判定是否经过了在S5中设定了的怠速运转时间。若经过怠速运转时间，则前进到S10，若没有经过，则结束本工序。
在S10中，由于经过了设定的怠速运转时间，故结束怠速运转，将发动机停止(进行怠速停止)。另外，解除停止前的怠速特征值fidle(设为0)，同时，清除计时器(计测时间)。
以上，在本实施例的缸内直接喷射式内燃机中，在怠速停止条件成立的情况下，不立即停止发动机，而是以基于怠速停止条件成立时的燃烧室温度(根据之前的发动机运转状态进行推测)而设定的时间进行停止前怠速运转(或停止前运转)后，才停止发动机。由此，不管怠速停止(控制)前的运转状态，而可使怠速停止(发动机停止)时的燃烧室温度甚至之后再起动时的燃烧室温度大致一定。其结果使通过喷射的燃料产生的点火时的燃烧室混合气状态稳定，进行可靠地点火，可提高无转动曲轴的起动性。
根据以上说明的实施例，由于在怠速停止(发动机停止)之前进行规定时间的停止前怠速运转，故可使发动机停止时的燃烧室温度稳定。其结果不管发动机停止前的运转状态和停止时间的长短等，起动时的燃烧室温度也稳定，可提高无转动曲轴的起动性。在此，不仅停止前怠速运转，关于可以形成将发动机转速维持在规定的低转速范围内的停止前运转(不是怠速运转)的情况如上所述。
另外，基于发动机停止条件成立时(即决定发动机停止时)的燃烧室温度设定怠速运转时间，设定燃烧室温度越高，怠速运转时间越长(参照图8)，由此，可同时实现停止前怠速运转时间的缩短化和起动性提高。
在此，由于上述燃烧室温度根据发动机停止条件成立之前的发动机运转状态(发动机负载和发动机转速Ne、发动机转速Ne、节气门开度TVO、充填效率ηc)进行推测(参照图4～图8)，故不必设置专用的传感器等，而可以以较简单的结构进行高精度的推测。
另外，上述流程图表示怠速停止时的控制内容，但也可以将其适用于通常的发动机停止。在该情况下，可通过如下那样地修正例如图2所示的流程图来对应。即，简单地说，首先，在S1中，在怠速停止条件(1)～(3)中，判定(2)车速为零(大致为零)、及(3)制动器在动作是否成立。其次，在S6中，在将点火(开关)断开时，输出发动机停止指令。并且，预先计测到断开点火的时间，在减去从设定了的怠速运转时间计测的时间，断开点火后，进行怠速运转，然后，将发动机停止(在上述的减法运算结果为0或0以下的情况下，通过断开点火立即使发动机停止)。这样，即使在通常的起动时，也可以可靠地进行无转动曲轴的起动(点火)。例如，即使在长时间行驶后，将发动机停止，然后马上起动的情况下，燃烧室温度也可以降低到大致一定的温度，因此，可使点火时的燃烧室的混合气状态稳定，形成适当的状态，可防止不点火。
另外，事先设置使曲轴开始旋转的起动电机24(图1中虚线表示)等起动(辅助)装置，在需要的情况下，也可以进行使用了该起动电机24的起动(或利用其辅助实现)。
另外，以缸内直接喷射式内燃机为对象，但不限于此，例如也可以适用于缸内直接喷射式以外的内燃机。
权利要求
1.一种内燃机，其通过点火时的燃烧而进行使旋转开始的燃烧起动，其特征在于，在发动机停止前，以规定时间进行将发动机转速维持在规定的低转速范围的停止前运转。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述停止前运转是怠速运转。
3.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，所述发动机停止是不熄火的怠速停止。
4.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，基于所述发动机停止条件成立时的燃烧室温度设定所述规定时间。
5.如权利要求4所述的内燃机，其特征在于，所述燃烧室温度越高，进行所述停止前运转的时间越长。
6.如权利要求4所述的内燃机，其特征在于，基于所述规定发动机停止条件成立之前的发动机运转状态推测所述燃烧室温度。
7.如权利要求6所述的内燃机，其特征在于，所述发动机运转状态包含发动机转速。
8.如权利要求6所述的内燃机，其特征在于，所述发动机运转状态包含节气门开度。
9.如权利要求6所述的内燃机，其特征在于，所述发动机运转状态包含对充填效率给予影响的参数。
10.如权利要求4所述的内燃机，其特征在于，所述规定的发动机停止条件包含制动器正在工作及车速为零。
11.一种内燃机的控制方法，其通过基于点火的燃烧而进行使旋转开始的燃烧起动，其特征在于，在发动机停止之前，以规定时间进行将发动机转速维持在规定的低转速范围的停止前运转。
12.如权利要求11所述的内燃机的控制方法，其特征在于，所述停止前运转是怠速运转。
13.如权利要求11或12所述的内燃机的控制方法，其特征在于，所述内燃机停止是不熄火的怠速停止，基于规定的怠速停止条件成立时的燃烧室温度设定所述规定时间。
全文摘要
一种内燃机及其控制方法，在发动机起动时，使燃烧室内温度稳定，可靠地进行无转动曲轴的起动。在规定的怠速停止(或发动机停止条件)成立的情况下，基于其此前读取的发动机运转状态推测燃烧室温度，并基于推测的燃烧室温度设定停止前的怠速运转时间(S1～S5)。然后，在进行了设定的时间的怠速运转后，将发动机停止(S6～S10)。
文档编号F02N99/00GK1796750SQ20051012849
公开日2006年7月5日 申请日期2005年12月28日 优先权日2004年12月28日
发明者佑谷昌彦, 长田尚树, 藤田英弘, 松木好孝, 三堀敦士, 野内忠则, 片山孝嗣, 滨根将太 申请人:日产自动车株式会社