JP5304387B2

JP5304387B2 - ロータリーピストンエンジンの始動制御方法及び始動制御装置

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Publication number: JP5304387B2
Application number: JP2009081328A
Authority: JP
Inventors: 靖丹羽; 正人岩城; 靖人宇井
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: JP2010229982A

Description

本発明は、ロータリーピストンエンジンの始動制御方法及び始動制御装置に関する技術分野に属し、特にエンジンの自動停止後における再始動時の制御に関する。

一般に、ロータリーピストンエンジンは、概略楕円形状のトロコイド内周面を有するロータハウジングの両側にサイドハウジングを配置することによって形成したロータ収容室内に、概略三角形状のロータを収容したエンジンである。このロータリーピストンエンジンは、ロータの回転につれて、ロータとハウジングとの間で区画した３つの作動室それぞれを周方向に移動させながら、各作動室において吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程を順に行わせる（例えば特許文献１参照）。

こうしたロータリーピストンエンジンでは、吸気ポート及び／又は吸気マニホールドに取り付けた燃料噴射弁から燃料を噴射して、吸気行程にある作動室内に燃料が供給されるようにすることが一般的である。

また、上記特許文献１に示されているように、吸気行程にある作動室内に臨むように長軸付近に配置した燃料噴射弁から、その点火プラグの方向に指向するように、吸気行程の後半以降のタイミングで、作動室内に燃料を直接噴射することで、吸気行程にある作動室内に燃料を供給する場合もある。

一方、従来より、レシプロエンジンでは、燃費を向上させること等を目的として、アイドル時等のように所定のエンジン自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させるようにすることが知られている（例えば特許文献２参照）。
特開平６−２８８２４９号公報特開２０００−３５６１４７号公報

ところで、ロータリーピストンエンジンにおいても、所定のエンジン自動停止条件が成立したときに、エンジンを自動停止させ、その後に所定のエンジン再始動条件が成立したときに、エンジンの再始動させることが望ましい。このようなエンジンの自動停止後の再始動は、出来る限り速やかに行うことが要求される。

しかし、上記のように、吸気ポートに燃料を噴射したり吸気行程にある作動室に燃料を直接噴射したりして、吸気行程にある作動室内に燃料を供給する構成では、燃料噴射から初爆までの時間の短縮には限界があり、改善の余地がある。すなわち、上記の構成では、エンジンの再始動時において、吸気行程にある作動室内に燃料を供給し、スタータモータでロータを回転させて、上記燃料を供給した作動室を圧縮行程とし、その圧縮行程の後期以降の点火タイミングで、点火プラグによる点火が行われて、作動室内の混合気が燃焼されることになる。このため、燃料噴射から点火タイミング（初爆）までの時間がかかる。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ロータリーピストンエンジンの自動停止後における再始動時に、燃料噴射から初爆までの時間を短縮して、始動レスポンスを出来る限り向上させようとすることにある。

上記の目的を達成するために、第１の発明では、互いに直交する長軸及び短軸によって規定される略楕円形状のトロコイド内周面を有するロータハウジングと、それを挟むように配置されるサイドハウジングとにより区画されるロータ収容室内に、ロータが収容されて３つの作動室を区画するとともに、該ロータが出力軸回りに遊星回転運動することによって、上記各作動室を周方向に移動させながら、該各作動室において吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程を順に行わせるように構成されたロータリーピストンエンジンの始動制御方法を対象とし、上記ロータリーピストンエンジンに、吸気行程にある作動室内に燃料が供給されるように燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、圧縮行程にある作動室内に燃料を直接噴射する第２燃料噴射弁と、圧縮行程にある作動室内で圧縮された混合気を燃焼させる点火プラグと、上記ロータを回転させるエンジン始動用の駆動手段と、を予め設けておき、上記エンジンの自動停止時に、上記ロータにおける、圧縮行程にある作動室と吸気行程にある作動室とを区画するアペックスシールが、上記第２燃料噴射弁の噴口よりもロータ回転遅れ側に位置するように、上記エンジンを停止させておき、上記エンジンの自動停止後における再始動時に、上記第２燃料噴射弁により、圧縮行程にある作動室内に燃料を噴射する工程と、上記駆動手段により上記ロータを回転させる工程と、上記第２燃料噴射弁により燃料が噴射された作動室内の混合気を、圧縮行程後期以降の所定のタイミングで、上記点火プラグによる点火により燃焼させる工程と、を実行するようにした。

上記の始動制御方法により、エンジンの再始動時に、第２燃料噴射弁によって、圧縮行程にある作動室内に燃料が噴射され、駆動手段によるロータの回転により、該作動室で混合気が圧縮され、圧縮行程後期以降の所定のタイミングで、点火プラグによる点火が行われる。このように圧縮行程にある作動室内に燃料を噴射する（圧縮行程噴射を行う）ようにすれば、第１燃料噴射弁によって、吸気行程にある作動室内に燃料が供給されるように燃料を噴射する（吸気行程噴射を行う）場合に比べて、燃料噴射から点火タイミング（初爆）までの時間を短縮することができ、再始動のレスポンスを向上させることができる。

そして、エンジン始動後は、エンジンの運転状態に応じて、第１及び第２燃料噴射弁による噴射態様を変更することができる。すなわち、エンジンの運転状態が所定の高負荷運転領域にあるときには、第１燃料噴射弁による吸気行程噴射を行う。吸気行程噴射は、燃料の気化潜熱効果により吸気を冷却して、吸気充填効率を高める。その結果、高負荷運転領域においてはトルクが向上する。一方、エンジンの運転状態が、部分負荷運転領域にあるときには、第１燃料噴射弁による吸気行程噴射と第２燃料噴射弁による圧縮行程噴射とを行う。つまり、燃焼すべき混合気の空燃比が、エンジンの運転状態に応じて予め設定された設定値となるように第１及び第２燃料噴射弁による噴射を制御する。吸気行程噴射は、吸気冷却による充填効率向上効果の他にも、点火タイミングに対して大幅に早いタイミングで燃料が噴射されることから、気化霧化時間を長時間確保することができる。したがって、第１燃料噴射弁による吸気行程噴射は、気化霧化が良好な混合気を形成する上で有利である。しかし、ロータの回転に対して混合気（燃料）の流動が相対的に遅れる結果、特に部分負荷運転領域では、圧縮作動室内において、ロータ回転方向の進み側の領域がリーンになり、ロータ回転方向の遅れ側の領域がリッチになるような不均質性を生じる。そこで、圧縮行程噴射により、相対的にリーンの領域に燃料を供給するようにする。この結果、作動室内の混合気の不均質化を解消して、燃焼特性の改善により燃費を向上させることができる。

また、上記エンジンの自動停止時に、上記ロータにおける、圧縮行程にある作動室と吸気行程にある作動室とを区画するアペックスシールが、上記第２燃料噴射弁の噴口よりもロータ回転遅れ側に位置するように、上記エンジンを停止させておくようにすることで、エンジンの再始動時に、第２燃料噴射弁による圧縮行程噴射を確実に行えるようになる。

第２の発明は、互いに直交する長軸及び短軸によって規定される略楕円形状のトロコイド内周面を有するロータハウジングと、それを挟むように配置されるサイドハウジングとにより区画されるロータ収容室内に、ロータが収容されて３つの作動室を区画するとともに、該ロータが出力軸回りに遊星回転運動することによって、上記各作動室を周方向に移動させながら、該各作動室において吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程を順に行わせるように構成されたロータリーピストンエンジンの始動制御装置の発明であり、この発明では、上記ロータリーピストンエンジンは、吸気行程にある作動室内に燃料が供給されるように燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、圧縮行程にある作動室内に燃料を直接噴射する第２燃料噴射弁と、圧縮行程にある作動室内で圧縮された混合気を燃焼させる点火プラグと、上記ロータを回転させるエンジン始動用の駆動手段と、を有し、上記始動制御装置は、上記第１及び第２燃料噴射弁、上記点火プラグ、並びに上記駆動手段の作動を制御するとともに、所定のエンジン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制御手段を備え、上記制御手段は、上記所定のエンジン自動停止条件が成立したときに、上記ロータにおける、圧縮行程にある作動室と吸気行程にある作動室とを区画するアペックスシールが、上記第２燃料噴射弁の噴口よりもロータ回転遅れ側に位置するように、上記エンジンを停止させるとともに、上記エンジンの自動停止後に所定のエンジン再始動条件が成立したときに、上記第２燃料噴射弁に、圧縮行程にある作動室内に燃料を噴射させ、かつ、上記駆動手段を作動させて上記ロータを回転させるとともに、上記第２燃料噴射弁により燃料が噴射された作動室内の混合気を燃焼させるべく、圧縮行程後期以降の所定のタイミングで、上記点火プラグに点火を行わせることで、上記エンジンを再始動させるよう構成されているものとする。

この発明により、制御手段が、エンジンの再始動時に、第２燃料噴射弁に、圧縮行程にある作動室内に燃料を噴射させ、かつ、駆動手段を作動させてロータを回転させるとともに、圧縮行程後期以降の所定のタイミングで点火プラグに点火を行わせるので、上記第１の発明と同様に、燃料噴射から点火タイミング（初爆）までの時間を短縮することができ、再始動のレスポンスを向上させることができる。

以上説明したように、本発明のロータリーピストンエンジンの始動制御方法及び始動制御装置によると、ロータリーピストンエンジンに、吸気行程にある作動室内に燃料が供給されるように燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、圧縮行程にある作動室内に燃料を直接噴射する第２燃料噴射弁とを予め設けておき、上記エンジンの自動停止時に、上記ロータにおける、圧縮行程にある作動室と吸気行程にある作動室とを区画するアペックスシールが、上記第２燃料噴射弁の噴口よりもロータ回転遅れ側に位置するように、上記エンジンを停止させておき、エンジンの自動停止後における再始動時に、第２燃料噴射弁により、圧縮行程にある作動室内に燃料を噴射し、かつ、駆動手段によりロータを回転させるとともに、第２燃料噴射弁により燃料が噴射された作動室内の混合気を、圧縮行程後期以降の所定のタイミングで、点火プラグによる点火により燃焼させるようにしたことにより、燃料噴射から点火タイミング（初爆）までの時間を短縮して、再始動のレスポンスを出来る限り向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の実施形態に係る始動制御装置の制御対象たるロータリーピストンエンジン１（以下、単にエンジン１という）の例を示している。このエンジン１は、２つのロータ２を備えた２ロータタイプ（２気筒エンジン）であり、フロント側（図１の右側）及びリヤ側（図１の左側）の２つのロータハウジング３が、インターミディエイトハウジング（サイドハウジング）４をその間に挟んだ状態で、これらの両側からさらに２つのサイドハウジング５で挟み込むようにして一体化されることによって構成されている。尚、図１では、その右側（フロント側）の一部は切り欠いて内部を示すとともに、左側（リヤ側）のサイドハウジング５も内部を示すために分離してある。また、図中の符号Ｘは、出力軸としてのエキセントリックシャフト６の回転軸心であって、以下、これを単に回転軸心Ｘという。

上記各ロータハウジング３の、平行トロコイド曲線で描かれるトロコイド内周面３ａと、これらロータハウジング３を両側から挟むサイドハウジング５の内側面５ａと、インターミディエイトハウジング４の両側の内側面４ａとによって、図２に示すように回転軸心Ｘの方向から見て繭のような略楕円形状をしたロータ収容室３１（気筒）が、フロント側及びリヤ側の２つ横並びに区画されており、これらロータ収容室３１にそれぞれロータ２が１つずつ収容されている。各ロータ収容室３１は、インターミディエイトハウジング４に対して対称に配置されており、ロータ２の位置及び位相が異なっている点を除けば構成は同じであるため、以下、１つのロータ収容室３１について説明する。

ロータ２は、回転軸心Ｘの方向から見て各辺の中央部が外側に膨出する略三角形状をしたブロック体からなり、その外周における各頂部間に、３つの略長方形をしたフランク面２ａを備えている。この各フランク面２ａの中央部分には、リセス２ｂが形成されている。

また、ロータ２は、その三角形の各頂部に図示しないアペックスシールを有し、これらアペックスシールがロータハウジング３のトロコイド内周面３ａに摺接しており、このロータハウジング３のトロコイド内周面３ａと、インターミディエイトハウジング４の内側面４ａと、サイドハウジング５の内側面５ａと、ロータ２のフランク面２ａとで、ロータ収容室３１の内部に、３つの作動室８がそれぞれ区画形成されている。したがって、このエンジン１においては、フロント側に第１〜第３の３つの作動室８が形成され、リヤ側に第４〜第６の３つの作動室８が形成されている（図６参照）。

図示は省略するが、ロータ２は、該ロータ２の内側に設けた内歯車（ロータギア）とサイドハウジング５に設けた外歯車（固定ギア）とが噛合しながら、インターミディエイトハウジング４及びサイドハウジング５を貫通するエキセントリックシャフト６に対して、遊星回転運動をするように支持されている。

すなわち、ロータ２の回転運動は内歯車と外歯車との噛み合いによって規定され、ロータ２は、３つのアペックスシールが各々ロータハウジング３のトロコイド内周面３ａに摺接しつつ、エキセントリックシャフト６の偏心輪６ａの周りを自転しながら、回転軸心Ｘの周りに、該自転と同じ方向に公転する（この自転及び公転を含めて、広い意味で単にロータ２の回転という）。そして、ロータ２が１回転する間に３つの作動室８が周方向に移動し、それぞれで吸気、圧縮、膨張（燃焼）及び排気の各行程が行われて、これにより発生する回転力がロータ２を介してエキセントリックシャフト６から出力される。尚、ロータ２の１回転中にエキセントリックシャフト６は３回転し、この間に３つの作動室８がそれぞれ１回ずつ燃焼サイクルを行う。このことから、エキセントリックシャフト６の１回転につき１回の燃焼サイクルが行われることになる。

より具体的に、図２において、ロータ２は矢印で示すように、時計回り方向に回転しており、回転軸心Ｘを通るロータ収容室３１の長軸Ｙを境に分けられるロータ収容室３１の左側が概ね吸気及び排気行程の領域となり、右側が概ね圧縮及び膨張行程の領域となっている。

そして、図２における左上の作動室８に着目すると、これは、吸気と、噴射された燃料とによって混合気を形成する吸気行程を示しており（以下、この状態にある作動室を吸気作動室８ともいう）、この吸気作動室８がロータ２の回転につれて圧縮行程に移行すると、その内部にて混合気が圧縮される（以下、この状態にある作動室を圧縮作動室８ともいう）。その後、図２の右側に示す作動室８のように圧縮行程の後期から膨張行程にかけての所定のタイミングにて後述のトレーリング側及びリーディング側点火プラグ９１，９２により点火されて、燃焼・膨張行程が行われる（以下、この状態にある作動室を圧縮・膨張作動室８ともいう）。そして、最後に図２の左下の作動室８のような排気行程に至ると（以下、この状態にある作動室を排気作動室８ともいう）、燃焼ガスが排気ポート１０から排気された後、再び吸気行程に戻って上記各行程が繰り返されるようになっている。

上記吸気作動室８には、複数（本実施形態では、３つ）の吸気ポート１１，１２，１３が連通している。すなわち、吸気作動室８に面するインターミディエイトハウジング４の内側面４ａには、ロータ収容室３１の外周側の短軸Ｚ寄りに第１吸気ポート１１が開口している。また、図１に示すように、吸気作動室８に面するサイドハウジング５の内側面５ａには、第１吸気ポート１１に対向するように、そのロータ収容室３１の外周側の短軸Ｚ寄りに第２吸気ポート１２及び第３吸気ポート１３が開口している。例えば、エンジン１の低回転域では、第１吸気ポート１１のみから吸気され、吸気量が不足するようになると第２吸気ポート１２からも吸気され（中回転域）、さらに吸気量が不足するようになると第３吸気ポート１３からも吸気されて（高回転域）、吸気量が変化しても最適な吸気流速を維持して、エンジン１の低負荷低回転から高負荷高回転までの全運転領域に亘って効率よく吸気できるようになっている。

上記排気作動室８には、複数（本実施形態では、２つ）の排気ポート１０が連通している。すなわち、排気作動室８に面するインターミディエイトハウジング４の内側面４ａには、ロータ収容室３１の外周側の短軸Ｚ寄りに１つの排気ポート１０が開口している。また、図１に示すように、排気作動室８に面するサイドハウジング５の内側面５ａにも、前記排気ポート１０に対向してもう１つの排気ポート１０が開口している。このように、このエンジン１では、いわゆるサイド排気方式が採用されており、この排気ポート１０の開口位置及び開口形状は、吸気のオープンタイミングと排気のオープンタイミングとがオーバーラップしないように設定されている。これによって、次行程に持ち込まれる残留排ガスを低減するようにしており、その結果、混合気がリーンであっても燃焼安定性が向上するようになる。

ロータハウジング３の長軸Ｙ上に相当する、該ロータハウジング３の頂部付近には、第１インジェクタ（第１燃料噴射弁）１５及び第２インジェクタ（第２燃料噴射弁）１６がそれぞれ取り付けられている。第１インジェクタ１５は、吸気作動室８に臨んで配設され、第２インジェクタ１６は、圧縮作動室８に臨んで配設されている。

第１インジェクタ１５は、図２及び図３に示すように、長軸Ｙに対してロータ回転方向の遅れ側、つまり、図３における左側に配設されている。第１インジェクタ１５は、吸気作動室８内に燃料を直接噴射するように構成されており、第１インジェクタ１５は特に、図３に示す回転軸心Ｘの方向から見たときに、ロータハウジング３の頂部付近から、吸気ポート１１，１２，１３の方向に指向して、燃料を噴射する。第１インジェクタ１５は、その先端部に燃料を噴射する複数の噴口を有するマルチホール型である。本実施形態では、第１インジェクタ１５は、ロータ回転方向に４方向と、ロータ幅方向に２方向との、合計８方向（図３に示すラインＤ１−１，Ｄ１−２，Ｄ２−１，Ｄ２−２，Ｄ３−１，Ｄ３−２，Ｄ４−１，Ｄ４−２を参照）に燃料を噴射するように、８個の噴孔が形成されている。第１インジェクタ１５の噴孔の数は、これに限るものではない。尚、図３に示す第１インジェクタ１５の噴射方向は例示であり、これに限定されない。

第２インジェクタ１６は、図２及び図３に示すように、長軸Ｙに対して、ロータ回転方向の進み側、つまり、図３における右側に配設されている。第２インジェクタ１６は、圧縮作動室８内に燃料を直接噴射するように構成されており、第２インジェクタ１６は特に、図３に示す回転軸心Ｘの方向から見たときに、ロータハウジング３の頂部付近からトレーリング側点火プラグ９１の方向に指向して、燃料を噴射する。第２インジェクタ１６はまた、第１インジェクタ１５と同様に、その先端部に燃料を噴射する複数の噴口を有するマルチホール型であり、本実施形態では、第２インジェクタ１６は、ロータ回転方向に対しては１方向でかつ、ロータの幅方向に対して２方向に燃料を噴射するように、２個の噴孔が形成されている。ロータの幅方向に対し２方向（図３に示すラインＤ５−１，Ｄ５−２を参照）に燃料を噴射することによって、トレーリング側点火プラグ９１のプラグホールに噴霧が直接当たることを避けることが可能となる。尚、図３に示す第２インジェクタ１６の噴射方向は例示であり、これに限定されない。ここで、第１及び第２インジェクタ１５，１６は、その本体部は互いに同じインジェクタを採用する一方、その先端に取り付けられる噴口が形成されたプレートのみを互いに異ならせるようにしてもよい。

上記第１及び第２インジェクタ１５，１６は、図３に示すように、その軸心方向が互いに平行となるように、ロータハウジング３に対してそれぞれ取り付けられている。ここで、図３においては、第１及び第２インジェクタ１５，１６の軸心を、長軸Ｙに対して所定の角度を有するように傾斜して配置しているが、第１及び第２インジェクタ１５，１６を配設する角度は、特に限定されるものではない。第１及び第２インジェクタ１５，１６の配設角度は、その先端から噴射する燃料の方向と軸心との成す角度が最適となるように、適宜設定すればよい。また、図示は省略するが、フロント側及びリヤ側の２つのロータ収容室３１それぞれに対して、第１及び第２インジェクタ１５，１６が配設されており、その各ロータ収容室３１において、第１及び第２インジェクタ１５，１６は、互いに平行となるように配設されている。したがって、このエンジン１では、合計４個のインジェクタ１５，１６が互いに平行となるように配設されている。

また、上記第１及び第２インジェクタ１５，１６は、１つの蓄圧器７に対して接続されており、この蓄圧器７は、図示を省略する高圧燃料ポンプに接続されている。蓄圧器７は、高圧燃料ポンプから供給された燃料を、第１及び第２インジェクタ１５，１６に任意のタイミングで供給することができるように高圧の状態で蓄える。蓄圧器７は、第１燃料供給管７１と第２燃料供給管７２とを含んで構成されている。第１燃料供給管７１は、フロント側のロータハウジング３に取り付けられた第１インジェクタ１５と、リヤ側のロータハウジング３に取り付けられた第２インジェクタ１６とを互いに連通するようにフロント側及びリヤ側のロータハウジング３に亘って、回転軸心Ｘ方向（正確には、回転軸心Ｘに対して所定角度だけ傾斜した方向）に延びるように配設されている。一方、第２燃料供給管７２は、フロント側のロータハウジング３に取り付けられた第２インジェクタ１６と、リヤ側のロータハウジング３に取り付けられた第１インジェクタ１５とを互いに連通するように、フロント側及びリヤ側のロータハウジング３に亘って、回転軸心Ｘ方向（正確には、回転軸心Ｘに対して、第１燃料供給管７１とは逆側に所定角度だけ傾斜した方向）に延びるように配設されている。これら第１及び第２燃料供給管７１，７２は、その長さ方向の略中央位置において交差しており、その交差位置で互いに連通している。こうして、蓄圧器７は、平面視で見たときに、Ｘ字状を有するように構成されている。

上記第１及び第２燃料供給管７１，７２は、各々、その両端部それぞれにおいて下向きに突出して、第１又は第２インジェクタ１５，１６の上端部に外嵌される接続部７３を有している。上述したように、４つのインジェクタ１５，１６は、互いに平行に配置されているため、各接続部７３と各インジェクタ１５，１６との位置合わせをして、各接続部７３が各インジェクタ１５，１６の上端部に外嵌するようにこの蓄圧器７を押し込めば、全てのインジェクタ１５，１６を、一度に蓄圧器７に接続させることができる。

上記蓄圧器７において、上記第１及び第２燃料供給管７１，７２の交差する位置（４つのインジェクタ１５，１６からの距離が略等しくなる位置）には、燃圧センサ７６（図４にのみ示す）が取り付けられている。この燃圧センサ７６は、蓄圧器７内の燃料圧力を計測し、その計測信号を、後述するコントロールユニット１００（以下、ＥＣＵ１００という）に出力する（図４参照）。ＥＣＵ１００は、燃圧信号を、第１及び第２インジェクタ１５，１６に供給するパルス幅（燃料噴射信号）を設定する際に利用する。

上記ロータハウジング３の側部における、短軸Ｚを挟んだロータ回転方向のトレーリング側（遅れ側）位置及びリーディング側（進み側）位置には、それぞれ、トレーリング側点火プラグ９１及びリーディング側点火プラグ９２が取り付けられている。これら２つの点火プラグ９１，９２は、上記圧縮・膨張作動室８に臨んでいて、圧縮・膨張作動室８内の混合気（つまり圧縮作動室８で圧縮された混合気）を燃焼させるべく、同時に又はリーディング側及びトレーリング側の順番で点火する。このように２つの点火プラグ９１，９２を備えることによって、扁平形状となる圧縮・膨張作動室８において、その燃焼速度を高めるようにしている。

図４は、エンジン１の制御系の構成を示している。上記ＥＣＵ１００に対して、エンジン１を搭載した車両の乗員のアクセルペダルの踏み込み量に相当するアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１０１、上記車両の走行速度を検出する車速センサ１０２、エキセントリックシャフト６の回転角度（以下、エキセン角という）を検出するエキセン角センサ１０３、上記乗員のブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキセンサ１０４、エンジン１の冷却水の温度を検出する水温センサ１０５、吸気通路内に吸入される吸気流量を検出するエアフローセンサ１０６、排気ガス中の酸素濃度を検出するリニアＯ₂センサ１０７、及び、上記燃圧センサ７６がそれぞれ検出信号を出力する。ＥＣＵ１００は、上記各センサからの信号を入力して、該入力信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判定するとともに、その運転状態に応じて、電動式のスロットル弁１０８の開度、各作動室８における点火プラグ９１，９２による点火時期、並びに、第１及び第２インジェクタ１５，１６による燃料噴射量及び燃料噴射タイミングの制御を行う。また、エンジン１の始動時には、ＥＣＵ１００は、エンジン始動用の駆動手段としてのスターターモータ１０９を駆動させて、ロータ２を回転させる。このことで、ＥＣＵ１００は、第１及び第２インジェクタ１５，１６、点火プラグ９１，９２並びにスターターモータ１０９の作動を制御する、本発明の始動制御装置の制御手段を構成することになる。

上記ＥＣＵ１００は、後述の如くエンジン１を自動停止させる自動停止制御部１００ａと、そのエンジン１の自動停止後に再始動させる再始動制御部１００ｂと、エンジン１の始動後の通常運転時において、第１及び第２インジェクタ１５，１６の作動を制御して燃料噴射を制御する燃料噴射制御部１００ｃと、エンジン１の通常運転時において、トレーリング側及びリーディング側点火プラグ９１，９２の作動を制御して点火を制御する点火制御部１００ｄと、上記自動停止制御部１００ａによる自動停止時に、エンジン１の補機１１０の負荷を制御する補機負荷制御部１００ｅとを有している。

ここで、このエンジン１においては、図５のマップに示すように、その運転領域が、高負荷運転領域と部分負荷運転領域とに区分されており、燃料噴射制御部１００ｃは、各領域において、第１及び第２インジェクタ１５，１６による燃料噴射態様が互いに異なるように、第１及び第２インジェクタ１５，１６の作動を制御する。高負荷運転領域と部分負荷運転領域とでは、空燃比が互いに異なるように設定される。つまり、負荷運転領域と部分負荷運転領域との境界線は、空燃比によって決定される。尚、図５のマップの横軸であるエンジン回転数は、エキセン角センサ１０３により検出されるエキセン角の、時間に対する変化率を計算することで求まる。

そうして、燃料噴射制御部１００ｃは、部分負荷運転領域では、第１インジェクタ１５によって吸気行程にある作動室８内に燃料を噴射する吸気行程噴射と、第２インジェクタ１６によって圧縮行程にある作動室８内に燃料を噴射する圧縮行程噴射との双方を実行し、高負荷運転領域では、第１インジェクタ１５による吸気行程噴射のみを実行する。

また、燃料噴射制御部１００ｃは、燃焼すべき混合気の空燃比が、エンジンの運転状態に応じて予め設定された設定値となるように、高負荷運転領域では第１インジェクタ１５による燃料噴射量を設定し、部分負荷運転領域では第１及び第２インジェクタ１５，１６による燃料噴射量をそれぞれする。そして、燃料噴射制御部１００ｃは、高負荷運転領域では、第１インジェクタ１５に、上記設定された燃料噴射量でもって燃料を噴射させ、部分負荷運転領域では、第１及び第２インジェクタ１５，１６、それぞれ上記設定された燃料噴射量でもって燃料を噴射させる。部分負荷運転領域では、上記設定値の空燃比を得るために作動室８内に供給する燃料を、第１及び第２インジェクタ１５，１６によって分割して噴射して、第１インジェクタ１５による燃料噴射量と、第２インジェクタ１６による燃料噴射量との総量が、当該作動室８内に供給すべき燃料量に等しくなるようにする。第１インジェクタ１５による燃料噴射量と第２インジェクタ１６による燃料噴射量との比率は予め設定されており、本実施形態では、第１インジェクタ１５による燃料噴射量の方が第２インジェクタ１６による燃料噴射量よりも多くなるように設定される。これは、第１インジェクタ１５による吸気行程噴射は、点火タイミングに対して大幅に早いタイミングで燃料が噴射されることから、気化霧化が良好な混合気を形成する上で有利であるからである。

次に、上記燃料噴射制御部１００ｃにおける燃料噴射制御について、図６のタイミングチャートを参照しながら説明する。尚、図６では、吸気行程噴射及び圧縮行程噴射のことを、それぞれ「吸気噴射」及び「圧縮噴射」と記載している。

燃料噴射制御部１００ｃによる第１インジェクタ１５の燃料噴射タイミング（吸気行程噴射のタイミング）は、ロータ２が、図２に示す状態、つまり圧縮・膨張作動室８の容積が最小となる状態（圧縮上死点：ＴＤＣ）を基準（０°）としたときに、エキセントリックシャフト６の回転方向側の回転角（エキセン角）が−４５０°〜−３３０°ＡＴＤＣの範囲内で設定される。このときのロータ２の回転位置は、図３において二点鎖線で示される。この燃料噴射タイミングは、吸気作動室８内での吸気の運動エネルギが大きくかつ吸気流速が大きいタイミングであって、吸気作動室８内に激しい吸気流の流動が形成されている。このため、このタイミングで吸気ポート１１，１２，１３に指向して燃料を噴射することによって、燃料を効率よく拡散させ得ることになる。また、このタイミングは、ＴＤＣに対して大幅に早いタイミングであるため、長い気化霧化時間を確保することが可能である。こうして、第１インジェクタ１５による吸気行程噴射によって比較的多量の燃料を効率よく拡散させるとともに、長い気化霧化時間を確保することによって気化霧化が良好な混合気を形成する。また、吸気行程噴射は、燃料の気化潜熱により吸気を冷却し、充填効率を向上させることが可能である。その後、その作動室８は圧縮行程へと移行する。

燃料噴射制御部１００ｃによる第２インジェクタ１６の燃料噴射タイミング（圧縮行程噴射のタイミング）は、エキセン角で−１８０°〜−１５０°ＡＴＤＣの範囲内に設定される。このときのロータ２の回転位置は、図３における実線で示され、これは圧縮行程の中期に相当する。作動室８が吸気行程から圧縮行程へと移行するに伴い、ロータ２の回転に対して混合気（燃料）の流動が相対的に遅れる結果、特に、第１インジェクタ１５による燃料噴射量が少なくなる部分負荷運転領域では、圧縮・膨張作動室８内において、ロータ回転方向の進み側の領域がリーンになり、ロータ回転方向の遅れ側の領域がリッチになるような不均質性を生じる。これに対し、図３に太実線で示すように、第２インジェクタ１６によって点火プラグ９１の方向に指向して燃料を噴射することによって、ロータ２の回転角度との関係上、圧縮作動室８内における相対的にリーンの領域に燃料を供給し得る。このことにより、圧縮作動室８、及びその後の圧縮・膨張作動室８内におけるリーンの領域がリッチ化し、ロータ回転方向に対する混合気の不均質性が解消され得る。

そうして、第１及び第２インジェクタ１５，１６の両方、又は第１インジェクタ１５のみによる燃料噴射が行われた後、点火制御部１００ｄが、トレーリング側及びリーディング側の２つの点火プラグ９１，９２を、上記所定のタイミングで、同時に又はリーディング側及びトレーリング側の順番で点火させる。

尚、圧縮行程噴射は吸気行程噴射に対して遅いタイミングであるため、気化霧化時間を十分に確保することが難しい。しかしながら、第２インジェクタ１６が噴射する燃料量は、第１インジェクタ１５が噴射する燃料量と比較して少ないため、気化霧化時間が短いという不利益を極小化して、エミッション性の低下を抑制することが可能である。

上記自動停止制御部１００ａは、所定のエンジン自動停止条件が成立したときにエンジン１を自動停止させる。上記エンジン自動停止条件が成立するのは、例えば、ブレーキセンサ１０４により検出されたブレーキペダル踏み込み量が所定値以上である状態が所定時間継続し、かつ車速センサ１０２により検出された車速が所定速度以下である場合（つまりエンジン１のアイドル運転状態が所定時間継続していると想定される場合）である。

この自動停止時に、自動停止制御部１００ａは、補機負荷制御部１００ｅと協働して、ロータ２における、圧縮作動室８と吸気作動室８とを区画するアペックスシールが、上記第２インジェクタ１６の噴口よりもロータ回転遅れ側に位置するように、エンジン１を停止させる。これは、後述の如く、エンジン１の再始動時に、圧縮作動室８内に燃料を噴射して、燃料噴射から初爆までの時間を短縮するためである。

具体的には、自動停止制御部１００ａは、上記エンジン自動停止条件が成立したときに、燃料噴射制御部１００ｃに対して、第１及び第２インジェクタ１５，１６による燃料噴射を停止させる。これにより、燃料噴射が停止し、ロータ２の回転速度が低下していく。このロータ２が停止する位置は、ロータ２が停止する直前の３つの作動室８の空気量のバランスにより略決定され、また、燃料噴射の停止直前のエンジン回転数（津状、アイドル回転数）から、ロータ２の停止時に圧縮行程となる作動室８も決まる。しかし、ロータ２が停止したときに、ロータ２における、圧縮作動室８と吸気作動室８とを区画するアペックスシールが、第２インジェクタ１６の噴口よりもロータ回転進み側に位置すると、後述の如く、エンジン１の再始動時に、第２インジェクタ１６により圧縮作動室８に燃料を噴射することができなくなる。そこで、燃料噴射停止後にエンジン１の補機１１０の負荷を調整して、ロータ２を、圧縮作動室８と吸気作動室８とを区画するアペックスシールが第２インジェクタ１６の噴口よりもロータ回転遅れ側に位置するように停止させる。本実施形態では、補機１１０はオルタネータであり、その発電量の大小に応じてエンジン１に対する負荷を調整し、エキセン角で−１８０°〜−１５０°ＡＴＤＣの範囲を目標にロータ２を停止させる。尚、補機１１０としては、オルタネータ以外に、例えば空調装置のコンプレッサ等であってもよく、エンジン１に対する負荷を調整できるものであれば、どのようなものであってもよい。

そして、上記自動停止制御部１００ａは、エキセン角センサ１０３により検出されるエキセン角と、該エキセン角の時間に対する変化率から求まるエンジン回転数とに基づいて、補機１１０の負荷を求め、この負荷の情報を補機負荷制御部１００ｅに送信して、補機負荷制御部１００ｅに対し、該負荷が得られるように補機１１０を制御させる。

上記自動停止制御部１００ａによるエンジン自動停止制御を、図７のフローチャートにより説明する。

最初のステップＳ１で、各センサより検出データを入力し、次のステップＳ２で、エンジン自動停止条件が成立したか否かを判定する。

上記ステップＳ２の判定がＮＯであるときには、当該エンジン自動停止制御を終了する一方、ステップＳ２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３に進んで、燃料噴射制御部１００ｃに対して、第１及び第２インジェクタ１５，１６による燃料噴射を停止させるように指示する。

上記ステップＳ３に続くステップＳ４では、エキセン角センサ１０３より入力したエキセン角と、該エキセン角の時間に対する変化率から求まるエンジン回転数とに基づいて、補機１１０の負荷を決定し、次のステップＳ５で、その決定した負荷の情報を補機負荷制御部１００ｅへ送信して、補機負荷制御部１００ｅに対し、該負荷が得られるように補機１１０を制御させる。

次のステップＳ６では、エキセン角センサ１０３よりエキセン角を入力し、次のステップＳ７で、エンジン１が停止したか否か（つまり、エキセン角センサ１０３により検出されるエキセン角が変化しなくなったか否か）を判定し、このステップＳ７の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ４に戻る一方、ステップＳ６の判定がＹＥＳであるときには、そのまま当該エンジン自動停止制御を終了する。

尚、補機１１０の負荷の決定を燃料噴射の停止直後のみにして、その負荷をエンジン１の停止まで継続するようにしてもよい。このようにすると、ロータ２が停止したときに、ロータ２における、圧縮作動室８と吸気作動室８とを区画するアペックスシールが、第２インジェクタ１６の噴口よりもロータ回転進み側に位置する可能性があるが、本実施形態では、万一に備えて、後述の如く、エンジン１の再始動時において、上記アペックスシールが第２インジェクタ１６の噴口よりもロータ回転進み側にある場合には、吸気作動室８内に燃料を供給するようにしているので、問題は生じない。但し、ロータ２を目標停止位置に、より正確に停止させて、出来る限り圧縮作動室８内に燃料を噴射できるようにするためには、図７のフローチャートのようにフィードバック制御するのがよい。

上記再始動制御部１００ｂは、上記エンジン１の自動停止後において、所定のエンジン再始動条件が成立したときにエンジン１を再始動させる。上記エンジン再始動条件が成立するのは、例えば、アクセル開度センサ１０１により検出されたアクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）が所定値以上である場合や、上記エンジン自動停止条件がエンジン１の停止後に解除された場合である。

この再始動時に、再始動制御部１００ｂは、第２インジェクタ１６に、圧縮行程にある作動室８内に燃料を噴射させるようにする。このとき、再始動制御部１００ｂは、第１インジェクタ１５に、吸気行程にある作動室８（次に圧縮行程となる作動室８）内に燃料を噴射させるようにする。第１及び第２インジェクタ１５，１６による燃料噴射後、スターターモータ１０９を駆動させてロータ２を回転させる（クランキングする）。尚、ロータ２が目標停止位置よりもロータ回転遅れ側に停止している場合には、上記燃料噴射前又は燃料噴射と同時に、スターターモータ１０９を駆動させるようにしてもよい。また、第１インジェクタ１５による燃料噴射は、第２インジェクタ１６による燃料噴射と同時でなくてもよく、吸気行程にある作動室８が圧縮行程に移行するまでに行えばよい。

そして、上記第２インジェクタ１６により燃料が噴射された作動室８内の混合気を、圧縮行程後期以降の上記所定のタイミング（通常運転時の点火タイミングと同じ）で、トレーリング側及びリーディング側点火プラグ９１，９２による点火（初回点火）により燃焼させる。この後は通常運転となり、上記第１インジェクタ１５により燃料が噴射された作動室８内の混合気を燃焼させるタイミングとなったときには、２回目の点火が行われることになる。

ここで、上記再始動時において、ロータ２における、圧縮作動室８と吸気作動室８とを区画するアペックスシールが、第２インジェクタ１６の噴口よりもロータ回転進み側にある場合には、再始動制御部１００ｂは、第２インジェクタ１６による燃料噴射は行わせず、第１インジェクタ１５に、吸気行程にある作動室８内に燃料を噴射させるようにする。この燃料噴射後（燃料噴射前又は燃料噴射と同時であってもよい）、スターターモータ１０９を駆動させてロータ２を回転させる（クランキングする）。そして、第１インジェクタ１５により噴射された燃料が供給された作動室８内の混合気を、圧縮行程後期以降の上記所定のタイミング（通常運転時の点火タイミングと同じ）で、トレーリング側及びリーディング側点火プラグ９１，９２による点火（初回点火）により燃焼させる。この後は通常運転となる。

上記再始動制御部１００ｂによるエンジン再始動制御を、図８のフローチャートにより説明する。

最初のステップＳ２１で、各センサより検出データを入力し、次のステップＳ２２で、エンジン再始動条件が成立したか否かを判定する。

上記ステップＳ２２の判定がＮＯであるときには、当該エンジン再始動制御を終了する一方、ステップＳ２２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２３に進んで、ロータ２の停止位置が正常であるか否か、つまり、停止しているロータ２における、圧縮作動室８と吸気作動室８とを区画するアペックスシールが、第２インジェクタ１６の噴口よりもロータ回転遅れ側に位置しているか否かを判定する。

上記ステップＳ２３の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２４に進んで、第２インジェクタ１６に、圧縮行程にある作動室８内に燃料を噴射させる（圧縮行程噴射させる）とともに、第１インジェクタ１５に、吸気行程にある作動室８内に燃料を噴射させる。

上記ステップＳ２４に続くステップＳ２５では、スタータモータ１０９を駆動させて、ロータ２を回転させ、次のステップＳ２６で、第２インジェクタ１６により燃料が噴射された作動室８内の混合気を燃焼させるべく、所定のタイミングで、点火プラグ９１，９２による点火（初回点火）を行わせ、しかる後にステップＳ３０に進む。

一方、上記ステップＳ２３の判定がＮＯであるときには、ステップＳ２７に進んで、第１インジェクタ１５に、吸気行程にある作動室８内に燃料を噴射させる（吸気行程噴射させる）。

上記ステップＳ２７に続くステップＳ２８では、スタータモータ１０９を駆動させて、ロータ２を回転させ、次のステップＳ２９で、第１インジェクタ１６により燃料が噴射された作動室８内の混合気を燃焼させるべく、所定のタイミングで、点火プラグ９１，９２による点火（初回点火）を行わせ、しかる後にステップＳ３０に進む。

上記ステップＳ３０では、通常運転に移行し、燃料噴射制御部１００ｃ及び点火制御部１００ｄに対し、第１及び第２インジェクタ１５，１６並びに点火プラグ９１，９２の通常運転時の制御を行わせる。

したがって、本実施形態では、エンジン１の自動停止後における再始動時に、第２インジェクタ１６により、圧縮行程にある作動室８内に燃料を噴射し、その作動室８内の混合気を、圧縮行程後期以降の所定のタイミングで、点火プラグ９１，９２による点火により燃焼させるようにしたので、第１インジェクタ１５により、吸気行程にある作動室８内に燃料を噴射する場合に比べて、燃料噴射から点火タイミング（初爆）までの時間を短縮することができ、再始動のレスポンスを向上させることができる。

尚、上記実施形態では、本発明の第１燃料噴射弁を、吸気行程にある作動室８内に燃料を直接噴射する第１インジェクタ１５で構成したが、吸気ポート１１（他の吸気ポートであってもよい）に燃料を噴射して、吸気ポート１１を介して、吸気行程にある作動室８内に燃料を供給するインジェクタ、又は、該インジェクタ及び第１インジェクタ１５の両方で第１燃料噴射弁を構成してもよい。上記吸気ポート１１に燃料を噴射するインジェクタによる燃料噴射は、吸気ポート１１の開口タイミングにおいて実行するのがよい。

さらに、上記実施形態では、エンジン１を２つの気筒（２つのロータ２）で構成したが、１つの気筒や３つ以上の気筒で構成してもよい。

本発明は、ロータリーピストンエンジンの自動停止後における再始動時の始動制御方法及び始動制御装置に有用である。

本発明の実施形態に係る始動制御装置の制御対象たるロータリーピストンエンジンの概要を示す斜視図である。ロータリーピストンエンジンの要部を示す、一部を簡略化した断面図である。ロータリーピストンエンジンのローターハウジングにおける頂部付近を拡大して示す図である。ロータリーピストンエンジンの制御系の構成を示すブロック図である。燃料噴射制御に関する運転領域のマップの例を示す図である。ロータリーピストンエンジンの運転に関するタイミングチャートである。ＥＣＵの自動停止制御部によるエンジン自動停止制御を示すフローチャートである。ＥＣＵの再始動制御部によるエンジン再始動制御を示すフローチャートである。

１ロータリーピストンエンジン
２ロータ
３ローターハウジング
３ａトロコイド内周面
４インターミディエイトハウジング（サイドハウジング）
５サイドハウジング
６エキセントリックシャフト（出力軸）
８作動室
１５第１インジェクタ（第１燃料噴射弁）
１６第２インジェクタ（第２燃料噴射弁）
３１ローター収容室
９１トレーリング側点火プラグ
９２リーディング側点火プラグ
１００ＥＣＵ（制御手段）
１０９スタータモータ（エンジン始動用の駆動手段）
１１０補機
Ｙ長軸
Ｚ短軸

Claims

互いに直交する長軸及び短軸によって規定される略楕円形状のトロコイド内周面を有するロータハウジングと、それを挟むように配置されるサイドハウジングとにより区画されるロータ収容室内に、ロータが収容されて３つの作動室を区画するとともに、該ロータが出力軸回りに遊星回転運動することによって、上記各作動室を周方向に移動させながら、該各作動室において吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程を順に行わせるように構成されたロータリーピストンエンジンの始動制御方法であって、
上記ロータリーピストンエンジンに、
吸気行程にある作動室内に燃料が供給されるように燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、
圧縮行程にある作動室内に燃料を直接噴射する第２燃料噴射弁と、
圧縮行程にある作動室内で圧縮された混合気を燃焼させる点火プラグと、
上記ロータを回転させるエンジン始動用の駆動手段と、
を予め設けておき、
上記エンジンの自動停止時に、上記ロータにおける、圧縮行程にある作動室と吸気行程にある作動室とを区画するアペックスシールが、上記第２燃料噴射弁の噴口よりもロータ回転遅れ側に位置するように、上記エンジンを停止させておき、
上記エンジンの自動停止後における再始動時に、
上記第２燃料噴射弁により、圧縮行程にある作動室内に燃料を噴射する工程と、
上記駆動手段により上記ロータを回転させる工程と、
上記第２燃料噴射弁により燃料が噴射された作動室内の混合気を、圧縮行程後期以降の所定のタイミングで、上記点火プラグによる点火により燃焼させる工程と、
を実行することを特徴とするロータリーピストンエンジンの始動制御方法。
互いに直交する長軸及び短軸によって規定される略楕円形状のトロコイド内周面を有するロータハウジングと、それを挟むように配置されるサイドハウジングとにより区画されるロータ収容室内に、ロータが収容されて３つの作動室を区画するとともに、該ロータが出力軸回りに遊星回転運動することによって、上記各作動室を周方向に移動させながら、該各作動室において吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程を順に行わせるように構成されたロータリーピストンエンジンの始動制御装置であって、
上記ロータリーピストンエンジンは、
吸気行程にある作動室内に燃料が供給されるように燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、
圧縮行程にある作動室内に燃料を直接噴射する第２燃料噴射弁と、
圧縮行程にある作動室内で圧縮された混合気を燃焼させる点火プラグと、
上記ロータを回転させるエンジン始動用の駆動手段と、
を有し、
上記第１及び第２燃料噴射弁、上記点火プラグ、並びに上記駆動手段の作動を制御するとともに、所定のエンジン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制御手段を備え、
上記制御手段は、上記所定のエンジン自動停止条件が成立したときに、上記ロータにおける、圧縮行程にある作動室と吸気行程にある作動室とを区画するアペックスシールが、上記第２燃料噴射弁の噴口よりもロータ回転遅れ側に位置するように、上記エンジンを停止させるとともに、上記エンジンの自動停止後に所定のエンジン再始動条件が成立したときに、上記第２燃料噴射弁に、圧縮行程にある作動室内に燃料を噴射させ、かつ、上記駆動手段を作動させて上記ロータを回転させるとともに、上記第２燃料噴射弁により燃料が噴射された作動室内の混合気を燃焼させるべく、圧縮行程後期以降の所定のタイミングで、上記点火プラグに点火を行わせることで、上記エンジンを再始動させるよう構成されていることを特徴とするロータリーピストンエンジンの始動制御装置。