专利名称：内燃机及其制造方法
技术领域：
本发明涉及提高内燃机起动性(特别是无转动曲轴的起动性)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，从而不使用起动机或反冲起动机等另设的起动装置(即无转动曲轴)，而进行发动机的起动。
专利文献1特开平2-271073号公报但是，发动机停止中，燃烧室内的压力(缸内压力)从活塞环等泄漏，当由于该泄漏而使起动时的缸内压力降低时，则即使对判别了的气缸进行燃料喷射，使其点火燃烧，也有可能得不到起动所需要的能量。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题而构成的，其目的在于，在无转动曲轴而进行发动机起动(设有该起动方式)的内燃机中，防止不点火，进行可靠地起动。
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，具有控制装置，该控制装置进行用于抑制发动机停止中的缸内压力降低的发动机停止前的控制及用于在所述燃烧前使规定气缸的缸内压力上升的发动机起动前的控制中的至少一个。
根据本发明，通过进行用于抑制发动机停止中的缸内压力降低的发动机停止前的控制(例如，使曲轴箱内的压力上升，或将曲轴箱和开放空间的连通断开)，及/或通过进行用于在燃烧前使规定气缸的缸内压力上升的发动机起动前的控制(例如，在燃烧前向规定气缸的燃烧室内供给压缩空气)，从而可使起动时的缸内压力维持及/或确保为对起动是充分的状态，能可靠地进行无转动曲轴的起动。
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是表示实施例的怠速停止控制(发动机停止及再起动)内容的流程图(1)；图3是表示实施例的怠速停止控制(发动机停止及再起动)内容的流程图(2)；图4是表示有关怠速停止控制的时间图。
符号说明1 发动机2 燃烧室10 燃烧喷射阀11 火花塞14 进气通路17 压缩机21 第一漏气通路22 第二漏气通路23 压力控制阀24 漏气控制阀25 压缩空气供给通路26 第一通路切换阀27 第二通路切换阀28 第三通路切换阀30 控制单元(C/U)31 油门传感器32 曲轴转角传感器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
具体实施例方式
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开设的进气口6及排气口7，且设有将这些口6、7开闭的进气阀8及排气阀9。在此，至少进气阀8采用通过通电而进行开闭动作的所谓电磁阀，即使在发动机停止中，也可以将进气阀8打开。
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及对燃烧室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连接进气通路14。在该进气通路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、压缩并供给进入空气的压缩机17、及控制进入空气量的节流阀18。另外，在本实施例中，上述压缩机17可与发动机的旋转分开独立动作，不仅在发动机运转中，即使在发动机停止中，也可以供给压缩空气。
另外，从进气通路14的节流阀18上游将该节流阀18旁路，设置与进气收集器13连接的旁路通路19，在该旁路通路19中安装有控制通过的空气量的怠速控制阀20。
设置将进气通路14的压缩机17上游侧和气缸体4内的曲轴箱连接的第一漏气通路21、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22，且在第二漏气通路22中设有控制漏气体压力的压力控制阀23、控制漏气体流量的漏气控制阀24。
另外，设置从进气通路14的压缩机17下游侧分路，与进气歧管12及第一漏气通路21连接的压缩空气供给通路25。在本实施例中，该压缩空气通路25在其下游侧被分成两路，一路与进气歧管12的中途连接，另一路与第一漏气通路21的中途连接，但也可以分别设置将进气通路14的压缩机17下游侧及进气歧管12连接的通路、和将进气通路14的压缩机17下游侧及第一漏气通路21连接的通路。
在压缩空气供给通路25和进气通路14的连接部、压缩空气供给通路25和进气歧管12的连接部、及压缩空气供给通路25和第一漏气通路21的连接部分别设有切换通路的通路切换阀26、27、28。
设于压缩空气供给通路25和进气通路14的连接部的通路切换阀(下面称为“第一通路切换阀”)26进行如下切换，切断(闭塞)压缩空气供给通路25，使来自压缩机17的压缩空气就那样流通到进气通路14(下面将该状态称为第一通路切换阀26的“开”状态)，或切断(闭塞)进气通路14，使压缩空气流通到压缩空气供给通路25(下面将该状态称为第一通路切换阀26的“闭”状态)。
设于压缩空气通路25和进气歧管12的连接部的通路切换阀(下面称为“第二通路切换阀”)27进行如下切换，切断(闭塞)压缩空气供给通路25，使通过进气收集器13的空气流通进气口6(下面将该状态称为第二通路切换阀27的“开”状态)，或切断(闭塞)进气歧管12，使来自压缩空气供给通路25的空气流通到进气口6(下面将该状态称为第二通路切换阀27的“闭”状态)。
设于压缩空气供给通路25和第一漏气通路21的连接部的通路切换阀(下面称为“第三通路切换阀”)28进行如下切换，切断(闭塞)压缩空气供给通路25，使来自进气通路14(的压缩机17上游侧)的空气流通到曲轴箱(下面将该状态称为第三通路切换阀28的“开”状态)，或切断(闭塞)第一漏气通路21，使来自压缩空气供给通路25的空气流通到曲轴箱(下面将该状态称为第三通路切换阀的“闭”状态)。
在此，在发动机运转中，通常，压力控制阀23、漏气控制阀24、第一通路切换阀26、第二通路切换阀27及第三通路切换阀28都处于“开”状态。因此，通过了空气滤清器15的进气经过压缩机17、节流阀18、进气收集器13、进气歧管12及进气口6而导入燃烧室2内。此时，通过使压缩机17动作，可使进入空气量大幅增加(进气增压)。另外，发动机1内产生的漏气体通过第一漏气通路21、21由从进气通路14导入的进气换气，导向进气收集器13。
向控制单元(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、曲轴转角传感器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、检测制动器的动作(ON/OFF)的制动器传感器37等各种传感器的检测信号。
而且，C/U30基于输入的检测信号，控制进气阀8、排气阀9、燃料喷射阀10、火花塞11、压缩机17、节流阀18、怠速控制阀20、漏气控制阀24、凸轮切换阀26、27、28等。另外，C/U30基于曲轴转角传感器32的检测信号检测发动机旋转速度Ne，同时，可基于曲轴转角传感器32及凸轮角传感器33的检测信号判别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(例如变速箱的齿轮位置处于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OFF时，及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，本实施例的发动机1中，对处于膨胀冲程的气缸喷射燃料，通过使其点火燃烧，不使用起动机(即无转动曲轴)，而进行发动机1的再起动。但是，在发动机停止中，当燃烧室内的压力(缸内压力)从活塞环等泄漏，在再起动时使缸内压力降低时，则即使进行燃料喷射，点火并使其燃烧，也可能得不到起动所需要的能量。因此，在本实施例中，通过在怠速停止前预先使缸内压力上升，而缓和(抑制)发动机停止中的缸内压力的降低，同时，在发动机起动时，在需要的情况下，通过在燃烧前使缸内压力上升，来可靠地进行无转动曲轴的再起动。
图2、3是表示通过C/U30进行的怠速停止控制(发动机停止及再起动)的内容的流程图，在每个规定时间进行。
在S1中，读取发动机旋转速度Ne、节气门开度TVO等发动机运转状态。
在S2中，判定怠速停止条件是否成立。若怠速停止条件成立，则前进到S3，若不成立，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，设定停止前的怠速运转时间(下面简单地称为“怠速运转时间”)Tidle。该怠速运转时间Tidle相当于在后述的状态下进行怠速运转而使曲轴箱内的压力上升至规定压力所需要的时间，例如基于S1中读取的怠速停止条件成立之(紧)前的发动机运转状态进行设定。不过不限于此，也可以为预先设定的固定值。
在S4中，将漏气控制阀24(根据需要为压力控制阀23)、第三通路切换阀28设为“开”状态，同时，使怠速运转计时器的累加开始。由此，从开放空间切断曲轴箱及与其连接的第一漏气通路21(压缩空气供给通路25也被闭塞)，并在该状态下进行怠速运转，所以可提高曲轴箱内的压力。
在S5中，判定怠速运转计时器的计数值TC1是否为怠速运转时间Tidle(是否TC1≥Tidle)。若TC1≥Tidle，则前进到S6，若TC1＜Tidle，则就那样继续怠速运转。
在S6中，输出发动机停止指令。由此，停止对各气缸的燃料供给，停止发动机。
在S7中，确认发动机的停止，然后，前进到S8。
在S8中，检测处于膨胀冲程的气缸。漏气控制阀24及第三通路切换阀28在发动机停止中也就那样维持“闭”状态(在此，第一通路切换阀26及第二通路切换阀27就为“开”状态)。
在S9中，清除怠速运转计时器的计数值TC1，取而代之的是，使停止计时器的累加开始。该停止计时器的计数值TC2相当于从发动机停止开始的经过时间。
在S10中，判定怠速停止解除条件(换言之，为再起动条件)是否成立。若怠速停止解除条件成立，则前进到S10，若不成立，则就那样维持发动机停止状态。另外，本实施例的怠速停止解除条件在检测到驾驶者的起步意图时成立，如上所述，(1)将制动器被OFF，或(2)有由驱动器产生的起动操作(进行了油门操作)，但不限于此。
在S11中，判定停止计时器的计数值TC2是否大于或等于规定值Tst。在TC2≥Tst的情况下，即，在从发动机停止开始的经过时间大于或等于规定时间的情况下，判断为缸内压力降低，前进到S11。另一方面，在TC1＜Tst的情况下，即从发动机停止开始的经过时间低于规定时间的情况下，判断为具有对起动来说足够的缸内压力(没那么低)，前进到S18、S19，将漏气控制阀24及第三通路切换阀28成为“开”状态，清除停止计时器的计数值TC2，然后，前进到S17。另外，在此使用的规定值Tst既可以基于例如由S1读取的怠速停止条件成立之前的发动机运转状态进行设定，也可以是预先设定的固定值。
在S12中，设定喷射前压缩机运转时间(下面简单地称为“压缩机运转时间”)Tcomp。该压缩机运转时间Tcomp相当于在后述的状态下通过使压缩机17动作而使缸内压力上升至可进行无转动曲轴的起动的压力所需要的时间，作为预先设定的一定的值(当然，也可以考虑环境等进行可变设定)。
在S13中，将第一通路切换阀26及第二通路切换阀27设为“闭”状态，将处于膨胀冲程的气缸的进气阀8设为“开”状态，使压缩机17动作(ON)，同时，使缸内压上升计时器的累加开始。此时，漏气控制阀24(及压力控制阀23)和第三通路切换阀28为就那样“闭”状态。因此，来自压缩机17的压缩空气经过压缩空气供给通路25从进气歧管12(及进气阀8)和第一漏气通路21供给到燃烧室2及曲轴箱内。由此，可使处于膨胀冲程的气缸的缸内压力上升。特别是也向曲轴箱内供给压缩空气，也使曲轴箱内的压力上升，因此，可进一步有效地提高缸内压力。另外，缸内压力上升计时器的计数值TC3相当于燃料喷射前的压缩机17的运转时间(即使缸内压力上升的时间)。
在S14中，检验缸内压力上升计时器的计数值TC3是否大于或等于规定值Tcomp。在TC3≥Tcomp的情况下，即，压缩机17的运转时间大于或等于规定时间，缸内压力充分上升的情况下，前进到S15，在TC3＜Tcomp的情况下，保持不变地继续进行压缩机17的运转(缸内压力上升)。
在S15中，使压缩机17的动作停止(OFF)，同时，将上述进气阀8设为“闭”状态，将第一通路切换阀26、第二通路切换阀27及第三通路切换阀28设为“开”状态，将漏气控制阀24(及压力控制阀23)设为“开”状态。
在S16，清除停止计时器及缸内压力上升计时器的计数值。
在S17中，输出发动机起动指令。具体地说，如上所述，对使缸内压力上升的处于膨胀冲程的气缸的燃料喷射阀10、火花塞11分别输出燃料喷射指令、点火指令。
图4表示有关以上怠速停止控制的时间图。当怠速停止条件成立(时刻t1)时，则将漏气控制阀24(压力控制阀23)和第三通路切换阀28设为“闭”状态，在该状态下继续怠速运转。此时，由于曲轴箱与开放空间连接的通路被切断，故曲轴箱内的压力逐渐上升。而且，在经过规定时间(Tidle)后，使发动机停止(时刻t2)。另外，由于在发动机停止中漏气控制阀24、第三通路切换阀28就为“闭”状态，故曲轴箱内的压力的降低被抑制。
然后，当怠速停止解除条件(再起动条件)成立时(时刻t3)，对应停止发动机的时间(TC2)切换再起动时的控制。即，在发动机停止时间(TC2)大于或等于规定时间(Tst)的情况情况下，由于预测为缸内压力的降低增大，故通过使处于膨胀冲程的气缸的进气阀8为“开”状态，使第一通路切换阀26、第二通路切换阀27为“闭”状态，将压缩机17为ON，对燃烧室2和曲轴箱供给压缩空气，使缸内压力上升。在将该状态以规定时间(Tcomp)继续而上升至对起动来说足够的缸内压力后(时刻t4)，在使进气阀8为“闭”状态，第一～三通路切换阀26～28为“开”状态，并且漏气控制阀24(及压力控制阀23)为“开”状态的的基础上，对处于该膨胀冲程的气缸进行燃料喷射，点火燃烧，起动发动机。另外，图中省略，但在发动机停止时间(TC2)低于规定时间(Tst)的情况下，判断为缸内压力的降低变小，具有对起动来说足够的缸内压力，在是第三通路切换阀28为“闭”状态并且，使漏气控制阀24(及压力控制阀23)为“闭”状态的基础上，对处于膨胀冲程的气缸进行燃料喷射，点火燃烧，起动发动机。
根据该实施例，在怠速停止条件成立的情况下，在将设于压缩空气供给通路25和第一漏气通路21的连接部的第三通路切换阀28及漏气控制阀24设为“闭”状态，并且将对曲轴箱的进气通路14的连通切断的基础上，进行规定时间的怠速运转，使曲轴箱内的压力上升，然后停止发动机。由此，即使在怠速停止后的再起动时，也可以预先将缸内压力设置得较高(当然，也可以抑制缸内压力的降低)。而且，由于在发动机停止中第三切换阀28及漏气控制阀24保持不变地为“闭”状态，故可更有效地抑制发动机停止中的缸内压力的降低。因此，可在怠速停止后的再起动时，可靠地进行无转动曲轴的起动。
另外，在怠速停止解除条件成立的情况下，将来自与发动机的旋转独立动作的压缩机17的压缩空气供给到处于膨胀冲程的气缸的燃烧室2，使缸内压力上升，然后起动发动机(即燃烧)，因此，能可靠地进行无转动曲轴的起动。在此，由于采用电磁阀作为进气阀8，故即使在发动机停止中，也可以使进气阀8为“开”状态，介由该进气阀8向燃烧室2供给压缩空气。另外，通过使进气阀8为“开”状态，将第一～三通路切换阀26～28设为“闭”状态，使压缩机17动作，从而不仅可向燃烧室2，还可以向曲轴箱内供给压缩空气，可更有效地提高缸内压力。另外，如本实施例，在具有漏气通路的结构中，通过设置压缩空气供给通路25、第一通路切换阀26、第二通路切换阀27及第三通路切换阀28等，可不必专门设置压缩机，而通过使用进气增压用的压缩机向燃烧室2及曲轴箱供给压缩空气。
使压缩机17动作而产生的缸内压力的上升由于从发动机停止开始的经过时间大于或等于规定时间时进行，故可将声振性能等的恶化抑制在最小限。
在上述实施例中，进行用于使曲轴箱内的压力上升，抑制发动机停止中的缸内压力的降低的发动机停止前的控制(S1～S9)、和用于在燃烧前使缸内压力上升的发动机起动前的控制(S10～S17)这两方面，但也可以仅进行任一方面。另外，基于从发动机停止开始的经过时间判断是否进行发动机起动前的控制(S11)，但也可以设置缸内压力传感器，基于该缸内压力传感器的检测值进行判定(当然此时，在检测到的缸内压力小于或等于规定值的情况下，进行上述发动机起动前的控制)。
另外，在上述实施例中，以怠速停止控制的发动机停止及再起动为对象，但也可以适用于通常的发动机停止及/或发动机起动。此时，例如可通过如下所述地修正上述流程图来对应。即，首先，在适用于通常的发动机停止的情况下，在进行到清除S1～8及S9的怠速运转时间计时器(一个控制流程)的基础上，在S2中判定点火开关是否为OFF，若为OFF，则前进到S3。其次，在适用于通常的发动机起动的情况下，在进行至S10～S19的基础上(一个控制流程的基础上)，在S10中判定点火开关是否为ON，若为ON，则前进到S11。这样，即使在通常的发动机起动时，也可以提高无转动曲轴的起动性。
另外，以上以缸内直接喷射式内燃机为对象，但不限于此，例如，在通常的内燃机中，也可以为事先在缸内残留燃料的结构。
权利要求
1.一种内燃机，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，具有控制装置，该控制装置进行用于抑制发动机停止中的缸内压力降低的发动机停止前的控制及用于在所述燃烧前使规定气缸的缸内压力上升的发动机起动前的控制中的至少一个。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述控制装置在发动机停止前，通过使曲轴箱内的压力上升来抑制所述发动机停止中的缸内压力的降低。
3.如权利要求2所述的内燃机，其特征在于，所述控制装置在发动机停止前切断与所述曲轴箱连接的通路，进行规定时间的怠速运转。
4.如权利要求3所述的内燃机，其特征在于，与所述曲轴箱连接的通路包括用于将发动机内产生的漏气体换气的漏气通路，同时，所述控制装置包括开闭所述漏气通路的开闭阀，在发动机停止前，将所述开闭阀设为闭状态，进行所述规定时间的怠速运转，在发动机停止后，也保持所述开闭阀的闭状态。
5.如权利要求1～4所述的内燃机，其特征在于，所述控制装置含有与发动机的旋转独立动作的压缩机和通过通电而开闭驱动的电磁式进气阀，在所述燃烧前，通过向所述规定气缸供给来自所述压缩机的压缩空气，使所述规定气缸的缸内压力上升。
6.如权利要求5所述的内燃机，其特征在于，所述控制装置含有将所述压缩机和曲轴箱连接的通路，将来自所述压缩机的压缩空气供给到所述曲轴箱内。
7.如权利要求5所述的内燃机，其特征在于，所述压缩机是进气增压用压缩机。
8.如权利要求1～4中任一项所述的内燃机，其特征在于，所述控制装置含有检测驾驶者起步意图的起步意图检测装置，在检测到所述起步意图时，使所述规定气缸的缸内压力上升。
9.如权利要求8所述的内燃机，其特征在于，作为所述起步意图，包括在怠速停止中解除制动操作。
10.如权利要求1～4所述的内燃机，其特征在于，所述控制装置含有计测从发动机停止开始的经过时间的计测装置或检测所述缸内压力的缸内压力检测装置，从发动机停止开始的经过时间为规定时间以上时，或检测到的缸内压力为规定值以下时，使所述规定气缸的缸内压力上升。
11.如权利要求1～4所述的内燃机，其特征在于，所述规定气缸为发动机停止时处于膨胀冲程的气缸。
12.一种内燃机的控制方法，该内燃机通过基于点火的燃烧进行开始旋转的燃烧起动，其特征在于，在发动机停止前，使曲轴箱内的压力上升。
13.一种内燃机的控制方法，该内燃机通过基于点火的燃烧进行开始旋转的燃烧起动，其特征在于，在所述燃烧前，使所述规定气缸的缸内压力上升。
全文摘要
一种内燃机及其控制方法，可靠地进行无主曲轴的起动。在内燃机(1)中，在怠速停止条件成立的情况，在将设于压缩空气供给通路(25)和第一漏气通路(21)的连接部的第三通路切换阀(28)及漏气控制阀(24)设为“闭”状态，将曲轴箱对进气通路(14)的连通切断后，进行规定时间的怠速运转，然后，停止发动机。另一方面，在怠速停止解除条件成立的情况，将电磁式进气阀(8)设为“开”状态，将第一～三通路切换阀(26～28)设为“闭状态”，使压缩机(17)在规定时间动作，通过压缩空气通路(25)将压缩空气供给到燃烧室(2)及曲轴箱内，使缸内压力上升，然后，进行发动机的起动。
文档编号F02N99/00GK1796751SQ20051013623
公开日2006年7月5日 申请日期2005年12月23日 优先权日2004年12月28日
发明者三堀敦士, 长田尚树, 松木好孝, 藤田英弘, 佑谷昌彦, 野内忠则, 片山孝嗣, 滨根将太 申请人:日产自动车株式会社