JP2005299481A - 筒内噴射型内燃機関の始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 迅速で静寂な始動を行うことのできる筒内噴射型内燃機関の始動装置を提供する。
【解決手段】 スタータによりクランクシャフトを逆回転させることにより（S13)、エンジンの始動前に膨張行程後半にあった気筒Ａの燃焼室４ａを圧縮し、燃焼させる（S16,S21)。
【選択図】 図２

Description

本発明は、筒内噴射型内燃機関の始動装置に関する。

従来、筒内噴射型内燃機関（以下、エンジンともいう）の始動方法として、燃焼室内に燃料を噴射し燃焼を生起させることにより、当該燃焼エネルギを始動の動力とする、所謂ダイレクトスタートという技術がある。
この技術（以下、ダイレクトスタートという）は主としてエンジンの始動前に膨張行程にある気筒の燃焼室内に燃焼を生起させるものである。

ここで、エンジンの始動前の状態とは即ちエンジンの停止時の状態であるが、通常燃料噴射や点火を停止させてエンジンを停止させても、クランクシャフトは惰性によりある程度回転し、ピストン、吸気弁、排気弁等もある程度作動を続けている。このようなことから、クランクシャフトが停止した時点で圧縮行程や膨張行程にある気筒であっても、燃焼室内には燃料や排ガスを殆ど含まず、空気のみである場合が多く、故にダイレクトスタートが可能である。

しかしながら、ダイレクトスタートの始動性は、エンジンの始動前に膨張行程にある気筒の燃焼室内の空気量、圧力によって左右され、例えば空気量が少なく、圧力が低いような状態で膨張行程にある気筒内に燃焼を生起させたとしても、エンジンの始動に見合うだけの膨張仕事を得ることは困難である。
このため、従来のダイレクトスタートにより得られる燃焼圧は、通常の運転時に得られる燃焼圧に比較して小さいものであり、例えば多気筒型の内燃機関にあっては、他の圧縮行程にある気筒の圧縮圧に打ち勝ってピストンを押し下げることができない場合もある。このような状況にあっては、圧縮行程にある気筒でピストンが上死点を超えることができないため、もはやエンジンの確実な始動を保証し得るものとはいえない。

そこで、ダイレクトスタートを電動機により補助してエンジンにおける始動の確実性を担保するとともに、電力の消費をも最小限に抑える技術が開発されている（特許文献１参照）。
特開２００２−４９８５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術は、ダイレクトスタートによる始動状態が不完全である場合は電動機を作動させ、クランキングを付け足すことで始動を確実にするものであり、ダイレクトスタートのみで始動性を確保するものではないので、ダイレクトスタートによる迅速な始動や静寂性等の利点を十分に活かすことができないという問題がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ダイレクトスタートによるエンジンの始動性を向上させ、迅速で静寂な始動を行うことのできる筒内噴射型内燃機関の始動装置を提供するものである。

上記した目的を達成するために、請求項１の筒内噴射型内燃機関の始動装置では、複数の気筒を有し、燃焼室内に直接燃料を噴射可能な筒内噴射型内燃機関の始動装置において、前記内燃機関の各行程にある気筒を判別する気筒判別手段と、前記内燃機関のクランクシャフトを通常運転時の回転方向とは逆方向に回転させるクランクシャフト逆回転手段と、前記気筒の燃焼室内に燃料の噴射を行う燃料噴射手段と、該燃料噴射手段により噴射された燃料に点火を行う点火手段とを備え、前記内燃機関の始動時に、前記気筒判別手段により前記内燃機関の始動前に膨張行程にある気筒を判別し、該膨張行程にある気筒のクランク角が上死点から所定角以上であるときには、前記クランクシャフト逆回転手段によりクランクシャフトを逆回転させて前記膨張行程にある気筒の燃焼室内の空気を圧縮し、前記燃焼室内に前記燃料噴射手段と前記点火手段により燃焼を生起させることを特徴としている。

また、請求項２の筒内噴射型内燃機関の始動装置では、請求項１において、前記内燃機関の始動時に、前記気筒判別手段により前記内燃機関の始動前に膨張行程にある気筒を判別し、該膨張行程にある気筒のクランク角が上死点から所定角未満であるときには、前記気筒判別手段により前記内燃機関の始動前に排気行程にある気筒を判別し、前記クランクシャフト逆回転手段によりクランクシャフトを逆回転させて前記排気行程にある気筒を膨張行程へ移行させ、該気筒の燃焼室内の空気を圧縮し、前記燃焼室内に前記燃料噴射手段と前記点火手段により燃焼を生起させることを特徴としている。

また、請求項３の筒内噴射型内燃機関の始動装置では、請求項１において、前記クランクシャフト逆回転手段が電動機であることを特徴としている。
また、請求項４の筒内噴射型内燃機関の始動装置では、請求項１において、前記クランクシャフト逆回転手段が、前記内燃機関の始動前に前記気筒判別手段により圧縮行程にある気筒を判別し、該圧縮行程にある気筒の燃焼室内に前記燃料噴射手段と前記点火手段により燃焼を生起させることにより前記クランクシャフトの逆回転を行うものであることを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１の筒内噴射型内燃機関の始動装置によれば、内燃機関の始動前に膨張行程にある気筒のクランク角が上死点から所定角以上にあるときには、クランクシャフトを逆回転させて膨張行程の気筒を圧縮させ、燃焼を生起させることにより、膨張行程の気筒において始動に十分な燃焼エネルギを得ることができる。また、圧縮により燃焼室内の温度が上昇し着火性も向上する。

これにより、ダイレクトスタートによる始動性が向上し、迅速で静寂なエンジン始動を行うことができる。このように迅速で静寂なエンジン始動が行えることから、アイドルストップ車両やエンジンを自動的に停止、始動を行うハイブリット車両等にも有効に活用することができる。
また、この場合、少ないエネルギにより燃焼室内の空気を圧縮させることができるので、効率よくダイレクトスタートによる始動性を向上させることができる。

請求項２の筒内噴射型内燃機関の始動装置によれば、内燃機関の始動前に膨張行程にある気筒のクランク角が上死点から所定角未満にあるときには、クランクシャフトを逆回転させ始動前に排気行程にある気筒を圧縮させることにより、十分な空気量を確保しつつ圧縮することができるので、ダイレクトスタートによる十分な始動性を確保することができる。

請求項３の筒内噴射型内燃機関の始動装置によれば、クランクシャフト逆回転手段を電動機で実現することにより、クランクシャフトの逆回転を容易に細かく制御することができるので始動性をさらに向上させることができる。
請求項４の筒内噴射型内燃機関の始動装置によれば、クランクシャフト逆回転手段を圧縮行程の気筒の燃焼室内に燃焼を生起させて実現することにより、電力を全く用いずにエンジンを始動させることができるので、省電力化を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係る筒内噴射型内燃機関の始動装置の概略構成図が示されている。
図１の筒内噴射型内燃機関であるエンジン１は１８０°ＣＡ毎に等間隔で爆発する４サイクル直列４気筒型エンジンであり、そのうちの１つの気筒についての縦断面が図１に示されている。なお、他の気筒についても同様の構成をしているものとして図示及び説明を省略する。以下、同図に基づき本発明に係る筒内噴射型内燃機関の始動装置の構成を説明する。

図１に示すように、エンジン１の燃焼室２には点火栓４（点火手段）と、燃料を燃焼室２内に直接噴射する燃料噴射弁６（燃料噴射手段）とが臨んでいる。また、燃焼室２にはエンジン１の略上下方向に延びる吸気ポート８と、エンジン１の略幅方向に延びる排気ポート１０が連通しており、当該吸気ポート８と排気ポート１０には燃焼室２との連通と遮断を行う吸気弁１２、排気弁１４が設けられている。さらに、気筒内には上下摺動するピストン１６が設けられ、凹部が形成されたピストン１６の頂面は燃焼室２の下面をなしている。

ピストン１６はコンロッド１８を介してクランクシャフト２０に連結している。そして、クランクシャフト２０の一端部にはフライホイール２２が設けられており、当該フライホイール２２の外周に形成されているギヤにピニオン２４が噛合されている。ピニオン２４には正回転にも逆回転にも駆動することができる電動のスタータ２６（電動機、クランクシャフト逆回転手段）から動力を与えられる構成となっている。なお、正回転とは、車両の通常走行時に回転する方向であり、逆回転とはその逆の回転である。

また、エンジン１にはクランク角センサ２８及びカム角センサ３０（気筒判別手段）が設けられており、これらクランク角センサ２８及びカム角センサ３０を含む各種センサ類からエンジン１の各状態が検出されると、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３２により演算処理が行われ、各種駆動信号が各装置に出力される。
次に、本発明に係る筒内噴射型内燃機関の始動装置の制御手順について、実施例１乃至３に基づき説明する。

まず、実施例１について説明する。
図２を参照すると、実施例１においてＥＣＵ３２が実行する筒内噴射型内燃機関の始動制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同図に沿って説明する。なお、以下の説明におけるクランク角はＴＤＣ（上死点）を０°とするＡＴＤＣ（上死点後）、ＢＴＤＣ（上死点前）を基準としており、ＢＤＣ（下死点）は１８０°ＡＴＤＣ＝１８０°ＢＴＤＣとなる。

例えばイグニッションスイッチをＯＮにする等して、エンジンを始動させようとすると当該始動制御がスタートし、まずステップＳ１０では、カム角センサ３０により膨張行程にある気筒Ａを検出し、当該気筒Ａのクランク角θaをクランク角センサ２８により検出して、ステップＳ１１に進む。
ステップＳ１１では、ステップＳ１０で検出したクランク角θaが第１の所定クランク角（以下、第１クランク角ともいう）θ1（所定角）以上であるか否かを判別する。なお、第１クランク角θ1は、気筒Ａの燃焼室２ａ内に燃焼に十分な空気量が確保できる閾値としてのクランク角である。そして、この判別結果が偽（Ｎｏ）の場合、即ち燃焼室２ａ内に十分な空気量がない場合には、ステップＳ１２に進み、スタータ２６によりクランクシャフト２０を正回転させてエンジン１を始動させ、当該ルーチンを終了する。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、スタータ２６によりピニオン２４からフライホイール２２を介してクランクシャフト２０を逆回転させることにより気筒Ａのピストン１６ａを上昇させる。
次にステップＳ１４に進み、再び気筒Ａのクランク角θaを検出し、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、クランク角θaが第２の所定クランク角（以下、第２クランク角ともいう）θ2以下にあるか否かを判別する。なお、第２クランク角θ2は、通常運転時に気筒Ａの排気弁１４ａが開き始める排気弁開時期であり、クランク角θaがθ2以下となると排気弁１４ａが閉じ燃焼室２ａが密閉状態となる。この判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には再びステップＳ１４に戻りクランク角θaの検出を継続し、一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、燃焼室２ａ内に燃料を噴射し、ステップＳ１７に進む。
ステップＳ１７では、再びクランク角θaを検出し、ステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、クランク角速度ｄθ／ｄｔを検出し、それに基づく関数Ｆ（ｄθ／ｄｔ）から、スタータ２６を停止させてからクランクシャフト２０が完全に停止するまでに回転する角度θｄを演算し、ステップＳ１９に進む。

ステップＳ１９では、クランク角θaが第３の所定クランク角（以下、第３クランク角ともいう）θ3とステップＳ１８で演算したθｄを足し合わせた角度以下であるか否かを判別する。なお、第３クランク角θ3は本発明に係る筒内噴射型内燃機関の始動における目標点火時期であり、例えば６０°ＡＴＤＣとする。当該第３クランク角θ3にθｄを足し合わせることにより、スタータ２６の目標停止時期が導かれることとなる。この判別結果が偽（Ｎｏ）の場合、即ちクランク角θaはまだ目標停止時期に達していない場合には、再びステップＳ１７に戻りクランク角θaの検出を継続する。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ２０に進みスタータ２６を停止させステップＳ２１に進む。

ステップＳ２１では、クランク角θaが第３クランク角θ3以下に達し、クランクシャフト２０が停止した時点で気筒Ａの点火栓８ａにより燃焼室４ａ内に点火される。これにより燃焼が生起され気筒Ａのピストン１６ａは燃焼圧により押し下げられクランクシャフト２０を正回転させることになり、エンジン１が始動し、当該ルーチンを終了する。
ここで、図３を参照すると、上記実施例１の筒内噴射型内燃機関の始動制御を行った場合の気筒Ａの状態が時系列的に（ａ）乃至（ｅ）に示されており、以下、同図に基づき実施例１の作用を説明する。

まず、図３（ａ）に示されるように、エンジン１の始動前に膨張行程にある気筒Ａは、第１クランク角θ1以上、即ち膨張行程後半のクランク角θaにある。なお、気筒Ａは膨張行程にあるが、通常エンジン１を停止させる際には燃料噴射や点火を停止させても惰性によりクランクシャフト２０は若干回り続け、排ガスは排出されてしまうので、燃焼室２ａ内には排ガスは殆どなく空気のみが存在している。

この場合に、エンジン１を始動しようとするとスタータ２６によってクランクシャフト２０が逆回転され、ピストン１６ａも上昇し始める。このとき、クランク角θaは排気弁開時期である第２クランク角θ2よりも大きく、排気弁１４ａは開いた状態となっているので燃料の噴射は行われない（ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１３）。
次に、図３（ｂ）に示すように、クランク角θaが第２クランク角θ2以下、即ち排気弁１４ａが閉じ燃焼室２ａが密閉状態となったなら、気筒Ａの燃料噴射弁６ａから燃料が噴射される（ステップＳ１４、Ｓ１５、Ｓ１６）。

そして、スタータ２６がクランクシャフト２０を逆回転させ続け、ピストン１６ａは上昇していき、燃焼室２ａ内の混合気を圧縮し、図３（ｃ）に示すように、クランク角θaがスタータ２６の目標停止時期θ3＋θｄに達するとスタータ２６は停止する（ステップＳ１７、Ｓ１８、Ｓ１９、Ｓ２０）。
スタータ２６は停止したがクランクシャフト２０は惰性によりθｄだけ逆回転を続け、図３（ｄ）に示すようにクランク角θaが目標点火時期である第３クランク角θ3に達し、クランクシャフト２０が完全に停止すると気筒Ａの点火栓４ａにより燃焼室２ａ内の混合気に点火される（ステップＳ２１）。

そして、図３（ｅ）に示すように、燃焼室２ａ内に燃焼が生起されピストン１６ａが押し下げられることにより、クランクシャフト２０は正回転し始めエンジン１は始動する。
このように実施例１では、エンジン１の始動前に膨張行程にある気筒Ａが第１クランク角θ1以上にある場合、即ち膨張行程の後半にある場合に、クランクシャフト２０を逆回転させることにより十分な空気量を有する気筒Ａの燃焼室２ａを圧縮し燃焼を生起させて、十分な燃焼エネルギを得ることが可能となる。

また、このときにスタータ２６で行う仕事はクランクシャフト２０を一行程内で逆回転させているだけなので、クランクシャフト２０を正回転させて燃焼室を圧縮させたり、スタータ２６のみで始動させたりするよりも省電力となる。
次に、実施例２について説明する。
実施例２は上記実施例１のステップＳ１１の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち気筒Ａのクランク角θaが第１クランク角θ1以下である場合に行う制御が実施例１と異なっている。

図４を参照すると、実施例２においてＥＣＵ３２が実行する筒内噴射型内燃機関の始動制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同図に沿って説明する。
上記実施例１の場合と同様、まず、ステップＳ１０では膨張行程にある気筒Ａを検出し、当該気筒Ａのクランク角θaを検出して、ステップＳ１１に進む。
ステップＳ１１では、ステップＳ１０で検出したクランク角θaが第１クランク角θ1以上であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ１３〜Ｓ２１と進むが、これらは上記実施例１のステップＳ１３〜Ｓ２１と同様の内容なので説明を省略する。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）の場合、即ちクランク角θaが膨張行程の前半にあるような場合にはステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０では、カム角センサ３０により排気行程にある気筒Ｂを検出し、ステップＳ３１に進む。
ステップＳ３１では、スタータ２６によりクランクシャフト２０を逆回転させることにより気筒Ｂを膨張行程まで戻し、ピストン１６ｂを上昇させる。
次にステップＳ３２に進み、気筒Ｂのクランク角θbを検出し、ステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３では、クランク角θbが第２クランク角θ2以下にあるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、再びステップＳ３２に戻りクランク角θbの検出を継続し、一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ３４に進む。
ステップＳ３４では、気筒Ｂの燃焼室２ｂ内に燃料を噴射し、ステップＳ３５に進む。
ステップＳ３５では、再びクランク角θbを検出し、ステップＳ３６に進む。

ステップＳ３６では、クランク角速度ｄθ／ｄｔを検出し、それに基づく関数Ｆ（ｄθ／ｄｔ）から、スタータ２６を停止させてからクランクシャフト２０が完全に停止するまでに回転する角度θｄを演算し、ステップＳ３７に進む。
ステップＳ３７では、クランク角θbが第３クランク角θ3とステップＳ１８で演算したθｄを足し合わせた角度以下であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、再びステップＳ３５に戻りクランク角θbの検出を継続する。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ３８に進みスタータ２６を停止させステップＳ３９に進む。

ステップＳ３９では、クランク角θbが第３クランク角θ3以下に達し、クランクシャフト２０が停止した時点で気筒Ｂの点火栓８ｂにより燃焼室８ｂ内の混合気に点火される。これにより燃焼が生起され気筒Ｂのピストン１８ｂは燃焼圧により押し下げられクランクシャフト２０を正回転させることになり、エンジン１が始動し、当該ルーチンを終了する。

ここで、図５を参照すると、上記実施例２の筒内噴射型内燃機関の始動制御を行った場合の気筒Ａ及び気筒Ｂの状態が時系列的に（ｆ）乃至（ｋ）に示されており、以下、同図に基づき実施例２の作用を説明する。
まず、図５（ｆ）に示されるように、エンジン１の始動前に膨張行程にある気筒Ａは、第１クランク角θ1未満、即ち膨張行程前半のクランク角θaにあり、燃焼室２ａ内の空気量は非常に少ない状態にある（ステップＳ１０、Ｓ１１）。

そこで、図５（ｇ）に示すように、排気行程にある気筒Ｂを検出する。気筒Ａが膨張行程前半にあるので、１８０°ＣＡずれる気筒Ｂは排気行程前半にあり、ここからスタータ２６によりクランクシャフト２０を逆回転させる。ピストン１６ｂは一旦ＢＤＣまで下降し、膨張行程に入ると上昇し始める（ステップＳ３０、Ｓ３１）。
図５（ｈ）に示すように、気筒Ｂのクランク角θbが排気弁開時期である第２クランク角θ2以下、即ち排気弁１４ｂが閉じ燃焼室２ｂが密閉状態となったなら、気筒Ｂの燃料噴射弁６ｂから燃料が噴射される（ステップＳ３２、Ｓ３３、Ｓ３４）。

次に図５（ｉ）に示すように、クランク角θbがスタータ２６の目標停止時期θ3＋θｄに達するとスタータ２６は停止する（ステップＳ３５、Ｓ３６、Ｓ３７、Ｓ３８）。
そして、図５（ｊ）に示すように、クランク角θbが目標点火時期である第３クランク角θ3に達し、クランクシャフト２０が完全に停止すると気筒Ｂの点火栓４ｂにより燃焼室２ｂ内の混合気に点火される（ステップＳ３９）。

そして、図５（ｋ）に示すように、燃焼室２ｂ内に燃焼が生起されピストン１６ｂが押し下げられることにより、クランクシャフト２０は正回転し始めエンジン１は始動する。
このように実施例２では、エンジン１の始動前に膨張行程にある気筒Ａが第１クランク角θ1以上にある場合は上記実施例１のように始動させ、気筒Ａが第１クランク角θ1未満にある場合、即ち膨張行程の前半にあり燃焼室２ａ内の空気量が少ない場合には、クランクシャフト２０を逆回転させ、エンジン１の始動前に燃焼室内に十分な空気量を有する排気行程にある気筒Ｂの燃焼室２ｂを圧縮することで上記実施例１と同様にエンジン１の始動に十分な燃焼エネルギを得ることが可能となる。よって、実施例２の適用によりエンジン１の始動前のピストンがどの位置であってもダイレクトスタートによる始動を行うことができることとなる。

次に、実施例３について説明する。
図６を参照すると、実施例３においてＥＣＵ３２が実行する筒内噴射型内燃機関の始動制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同図に沿って説明する。
まず、ステップＳ４０では、膨張行程にある気筒Ｘを検出し、当該気筒Ｘのクランク角θxを検出して、ステップＳ４１に進む。

ステップＳ４１では、ステップＳ４０で検出したクランク角θxが第１クランク角θ1以上であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合、即ち気筒Ｘの燃焼室２ｘ内に十分な空気量がない場合にはステップＳ４２に進み、スタータ２６によりクランクシャフト２０を正回転させてエンジン１を始動させ、当該ルーチンを終了する。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ４３に進む。

ステップＳ４３では圧縮行程にある気筒Ｙを検出して、当該気筒Ｙの燃焼室２ｙ内に燃料を噴射し、点火することにより燃焼を生起させ、燃焼圧により気筒Ｙのピストン１６ｙを押し下げクランクシャフト２０を逆回転させる。これにより、気筒Ｘのピストン１６ｘは上昇し始め、ステップＳ４４に進む。
ステップＳ４４では、再び気筒Ｘのクランク角θxを検出し、ステップＳ４５に進む。

ステップＳ４５では、クランク角θxが第２クランク角θ2以下にあるか否かを判別する。この判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には再びステップＳ４４に戻りクランク角θxの検出を継続し、一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ４６に進む。
ステップＳ４６では、気筒Ｘの燃焼室２ｘ内に燃料を噴射し、ステップＳ４７に進む。
ステップＳ４７では、再びクランク角θxを検出し、ステップＳ４８に進む。

ステップＳ４８では、クランク角速度ｄθ／ｄｔを検出し、それに基づく関数Ｆ（ｄθ／ｄｔ）から、クランクシャフト２０が完全に停止するまでに回転する角度θｄを演算し、ステップＳ４９に進む。
ステップＳ４９では、クランク角θxからθｄを引くことによりクランクシャフト２０が完全に停止する位置が導かれ、このθx−θｄが目標点火時期である第３クランク角θ3以下であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちクランクシャフト２０が目標点火時期まで逆回転し得る場合にはステップＳ５０に進み、クランク角θxが第３クランク角θ3にきた時点で点火を行い、燃焼を生起させる。これによりクランクシャフト２０が正回転してエンジン１は始動し、当該ルーチンを終了する。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちクランクシャフト２０が目標点火時期に達しない場合にはステップＳ４２に進み、スタータ２６によりクランクシャフト２０を正回転させエンジンの始動を行い、当該ルーチンを終了する。

ここで、図７を参照すると、上記実施例３の筒内噴射型内燃機関の始動制御を行った場合の気筒Ｘ及び気筒Ｙの状態が時系列的に（ｌ）乃至（ｓ）に示されており、以下、同図に基づき実施例３の作用を説明する。
まず、図７（ｌ）に示されるように、エンジン１の始動前に膨張行程にある気筒Ｘは、第１クランク角θ1以上、即ち膨張行程後半のクランク角θxにある（ステップＳ４０、Ｓ４１）。
ここで、図７（ｍ）に示すように、圧縮行程にある気筒Ｙを検出する。気筒Ｘは膨張行程前半にあるので、１８０°ＣＡずれる気筒Ｙは圧縮行程前半にある。

そして、図７（ｎ）に示すように、気筒Ｙの燃焼室２ｙに燃料噴射弁６ｙから燃料を噴射し、点火栓４ｙにより点火する（ステップＳ４３）。
すると、図７（ｏ）に示すように、燃焼室２ｙ内に燃焼が生起され、ピストン１６ｙが押し下げられることによりクランクシャフト２０は逆回転し始め、同時に図（ｐ）に示すように、気筒Ｘのピストン１６ｘが上昇し始める。そして、気筒Ｘのクランク角θxが排気弁開時期である第２クランク角θ2以下に達することにより排気弁１４ｘが閉じ燃焼室２ｘが密閉状態となったなら、燃料噴射弁６ｘから燃料が噴射される（ステップＳ４４、Ｓ４５、Ｓ４６）。
次に図７（ｑ）に示すように、このときのクランクシャフト２０の逆回転の速度がｄθ／ｄｔであると関数Ｆ（ｄθ／ｄｔ）により残りθｄだけ逆回転することが算出され、クランク角θxが少なくとも目標点火時期である第３クランク角θ3以下に達することがわかる（ステップＳ４７、Ｓ４８、Ｓ４９）。
そして、図７（ｒ）に示すように、クランク角θxが目標点火時期である第３クランク角θ3となると点火栓４ｘにより燃焼室２ｘ内の混合気に点火される（ステップＳ５０）。

そして、図７（ｓ）に示すように、燃焼室２ｘ内に燃焼が生起されピストン１６ｘが押し下げられることにより、クランクシャフト２０は正回転し始めエンジン１は始動する。
このように実施例３では、上記実施例１及び実施例２におけるスタータ２６によるクランクシャフト２０の逆回転を、エンジン１の始動前に圧縮行程にある気筒Ｙの燃焼室２ｙ内に燃焼を生起させることにより行うことによって、スタータ２６を全く用いることなく、エンジン１を始動することができるので、電力消費を大幅に減少させることができる。

なお、ここでは、ステップＳ４９の判別結果が偽（Ｎｏ）の場合にはスタータ２６で始動を行うようにしたが、この場合にも点火を行って燃焼を生起させ、燃焼エネルギだけでは足りない分をスタータ２６で補うようにしてもよい。このようにすれば、さらに電力消費を減少させることができる。
以上の実施例１乃至３から、本発明に係る筒内噴射型内燃機関の始動装置では、十分な空気量を有する燃焼室を圧縮して燃焼を生起させることにより、始動に十分な燃焼エネルギを得ることができる。さらに、圧縮により燃焼室内の温度が上昇し着火性も向上するので燃費の向上にもつながる。

これにより、ダイレクトスタートによる始動性が向上し、迅速で静寂なエンジン始動を行うことができる。このように迅速で静寂なエンジン始動が行えることから、アイドルストップ車両やエンジンを自動的に停止、始動を行うハイブリット車両等にも有効に活用することもできる。
以上で本発明に係る筒内噴射型内燃機関の始動装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。

例えば、上記実施形態では目標点火時期であるθ3を例えば６０°ＡＴＤＣとしたがこれに限られるものではなく、適宜定めることができるものである。
また、上記実施形態では直列４気筒エンジンとしたがこれに限るものではなく、その他のレイアウトの多気筒エンジンにも適用することができる。
また、実施例２のように排気行程にある気筒を圧縮させるような場合にも、実施例３のようにスタータ２６を用いずに圧縮行程にある気筒に燃焼を生起させることによりクランクシャフト２０を逆回転させて行ってもよい。

本発明に係る筒内噴射型内燃機関の始動装置の概略構成図である。 実施例１においてＥＣＵが実行する筒内噴射型内燃機関の始動制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例１のエンジンの始動制御を行った場合の気筒Ａの状態を時系列的に示した図である。 実施例２においてＥＣＵが実行する筒内噴射型内燃機関の始動制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例２のエンジンの始動制御を行った場合の気筒Ａ及びＢの状態を時系列的に示した図である。 実施例３においてＥＣＵが実行する筒内噴射型内燃機関の始動制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例３のエンジンの始動制御を行った場合の気筒Ｘ及びＹの状態を時系列的に示した図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 燃焼室
４ 点火栓
６ 燃料噴射弁
１４ 排気弁
１６ ピストン
２０ クランクシャフト
２６ スタータ
２８ クランク角センサ
３０ カム角センサ
３２ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 複数の気筒を有し、燃焼室内に直接燃料を噴射可能な筒内噴射型内燃機関の始動装置において、
   前記内燃機関の各行程にある気筒を判別する気筒判別手段と、
   前記内燃機関のクランクシャフトを通常運転時の回転方向とは逆方向に回転させるクランクシャフト逆回転手段と、
   前記気筒の燃焼室内に燃料の噴射を行う燃料噴射手段と、
   該燃料噴射手段により噴射された燃料に点火を行う点火手段とを備え、
   前記内燃機関の始動時に、
   前記気筒判別手段により前記内燃機関の始動前に膨張行程にある気筒を判別し、
   該膨張行程にある気筒のクランク角が上死点から所定角以上であるときには、
   前記クランクシャフト逆回転手段によりクランクシャフトを逆回転させて前記膨張行程にある気筒の燃焼室内の空気を圧縮し、
   前記燃焼室内に前記燃料噴射手段と前記点火手段により燃焼を生起させることを特徴とする筒内噴射型内燃機関の始動装置。
2. 前記内燃機関の始動時に、
   前記気筒判別手段により前記内燃機関の始動前に膨張行程にある気筒を判別し、
   該膨張行程にある気筒のクランク角が上死点から所定角未満であるときには、
   前記気筒判別手段により前記内燃機関の始動前に排気行程にある気筒を判別し、
   前記クランクシャフト逆回転手段によりクランクシャフトを逆回転させて前記排気行程にある気筒を膨張行程へ移行させ、該気筒の燃焼室内の空気を圧縮し、
   前記燃焼室内に前記燃料噴射手段と前記点火手段により燃焼を生起させることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型内燃機関の始動装置。
3. 前記クランクシャフト逆回転手段が電動機であることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型内燃機関の始動装置。
4. 前記クランクシャフト逆回転手段は、
   前記内燃機関の始動前に前記気筒判別手段により圧縮行程にある気筒を判別し、
   該圧縮行程にある気筒の燃焼室内に前記燃料噴射手段と前記点火手段により燃焼を生起させることにより前記クランクシャフトの逆回転を行うものであることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型内燃機関の始動装置。

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