(57)【要約】【課題】内燃機関の始動の安定性をより一層高める。【解決手段】内燃機関の停止時及びその後の始動時のエンジンコンパートメント内の温度、内燃機関の停止から始動までの経過時間、内燃機関の停止時及びその後の始動時の冷却水の温度のうちの少なくとも一つに応じて、内燃機関の始動の際のスロットルバルブの開度を補正することにより、始動時の吸気通路内の酸素濃度が低い場合のスロットルバルブの開度を、始動時の吸気通路内の酸素濃度がより高い場合の開度と比較して拡大する内燃機関の制御装置を構成した。【選択図】図３
2020133592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の停止時及びその後の始動時のエンジンコンパートメント内の温度、内燃機関の停止から始動までの経過時間、内燃機関の停止時及びその後の始動時の冷却水の温度のうちの少なくとも一つに応じて、内燃機関の始動の際のスロットルバルブの開度を補正することにより、始動時の吸気通路内の酸素濃度が低い場合のスロットルバルブの開度を、始動時の吸気通路内の酸素濃度がより高い場合の開度と比較して拡大する内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の通り、停止している内燃機関を始動するにあたっては、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトを電動機により回転駆動しつつ、インジェクタから燃料を噴射してこれを気筒において燃焼させ、クランクシャフトの回転を加速するクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、クランクシャフトの回転速度即ちエンジン回転数が内燃機関の冷却水の温度等に応じて定まる判定値を超えたときに、完爆したものと見なして終了する。
【０００３】
内燃機関を始動する際の燃料噴射量を、その始動時の冷却水の温度の高低に基づいて調整することも公知である（例えば、下記特許文献を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２０２１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関の始動時における吸気通路内の酸素濃度は、恒常的に一定とはならない。何れかの気筒の吸気バルブ及び排気バルブがともに開いているバルブオーバラップ状態で内燃機関の回転が停止した場合、その停止期間中に当該気筒を経由して排気通路側から吸気通路側に排気が逆流することがあり得る。さすれば、吸気通路内の酸素濃度の低下が起こる。にもかかわらず、内燃機関の始動に際してスロットルバルブの開度及び燃料噴射量を平常通りに設定すると、気筒の燃焼室に供給される酸素量が不足して燃料の燃焼の不安定化または失火を招来し、ひいては始動遅延または始動不良を招く懸念が生じる。
【０００６】
本発明は、以上の問題に初めて着目してなされたものであって、内燃機関の始動の安定性を高めることを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するべく、本発明では内燃機関の停止時及びその後の始動時のエンジンコンパートメント内の温度、内燃機関の停止から始動までの経過時間、内燃機関の停止時及びその後の始動時の冷却水の温度のうちの少なくとも一つに応じて、内燃機関の始動の際のスロットルバルブの開度を補正することにより、始動時の吸気通路内の酸素濃度が低い場合のスロットルバルブの開度を、始動時の吸気通路内の酸素濃度がより高い場合の開度と比較して拡大する内燃機関の制御装置を構成した。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、内燃機関の始動の安定性をより一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。
【図２】三気筒内燃機関の各気筒の行程及びバルブオーバラップ状態となるクランク角度を示すタイミング図。
【図３】同実施形態の内燃機関の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。
【図４】内燃機関の停止時間の長さと、吸気通路内に滞留している空気の酸素濃度との関係を示す図。
【図５】内燃機関の停止時間の長さと、その後の内燃機関の始動の際のスロットルバルブ開度の補正量との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（例えば、三気筒。図１には、そのうち一つを図示）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、吸気ポートに向けて燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。
【００１１】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１２】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１３】
外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。ＥＧＲ装置２は、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。
【００１４】
本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵまたはコントローラが、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。
【００１５】
ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、内燃機関のクランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサ（エンジン回転センサ）から出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（運転者が要求するエンジン出力、要求負荷率）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサまたはマスタシリンダから吐出される作動液の圧力であるマスタシリンダ圧を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却水の温度（内燃機関の温度を示唆する）を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、車体における内燃機関を収容するエンジンコンパートメント（または、エンジンルーム）内の温度を検出する温度センサから出力されるエンジンコンパートメント温度信号ｈ等が入力される。
【００１６】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ等を出力する。
【００１７】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に吸入される空気量を推算する。そして、吸入空気量に見合った要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。
【００１８】
また、ＥＣＵ０は、停止した内燃機関を始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの再始動であることもある）するに際して、電動機（スタータモータまたはＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｔａｒｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）。図示せず）に制御信号ｏを入力し、当該電動機によりクランクシャフトを回転駆動しながら燃料噴射及び火花点火を行うクランキングを実行する。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数が内燃機関の冷却水温等に応じて定まる判定値を超えたときに、内燃機関が完爆したものと見なして終了する。
【００１９】
内燃機関の運転を停止したとき、何れかの気筒１の吸気バルブ及び排気バルブがともに開いているバルブオーバラップ状態となることがある。図２に示すように、三気筒エンジンでは、一つの気筒１が吸気行程から圧縮行程に差し掛かるタイミングＴ、換言すれば同気筒１のピストンが吸気下死点に至った後圧縮上死点に向かって上昇し始めるタイミングで停止することが間々ある。この場合において、他の何れかの気筒１は排気行程から吸気行程に差し掛かっており、当該気筒１の吸気バルブ及び排気バルブは両方とも開弁する。
【００２０】
その状態で内燃機関が停止している間、当該気筒１を経由して、排気通路４側から吸気通路３側に排気が逆流すると、吸気通路３のスロットルバルブ３２よりも下流の部位、特にサージタンク３３及び／または吸気マニホルド３４内に滞留する空気の酸素濃度が低下する。その後にクランキングを開始して内燃機関を始動しようとすると、吸気通路３から気筒１に酸素濃度の低い吸気が流入し、燃焼室に供給される酸素量が不足して、混合気の燃料の燃焼の不安定化または失火を招くおそれがある。
【００２１】
そこで、図３に示すように、本実施形態のＥＣＵ０は、内燃機関を始動するにあたり、直近の内燃機関の停止時の各気筒１の行程、換言すれば停止時の各気筒１のピストンの位置を判定し、何れかの気筒１で吸気バルブ及び排気バルブがともに開弁したバルブオーバラップ状態で停止しているか否かを確認する（ステップＳ１）。ステップＳ１にて、ＥＣＵ０は、エンジン回転が停止するに至る過程でのクランク角センサ及びカム角センサの出力信号ｂ、ｇを参照し、内燃機関の停止時の各気筒１の行程を実測するか推定する。
【００２２】
直近の内燃機関の停止時に何れかの気筒１がバルブオーバラップ状態となっている場合、ＥＣＵ０は、その後の内燃機関の始動において、ステップＳ２以下の補正制御を実施する。まず、平常の（ステップＳ１の条件が成立していない場合と同等の）スロットルバルブ３２開度及び燃料噴射量にてクランキングの実行を開始する。そして、特段の遅れなく初爆が起こったかどうかを確認する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、例えば、クランク角信号ｂを参照して知得されるエンジン回転数がある閾値を超越した時点、またはエンジン回転数の単位時間あたりの上昇量（加速度）がある閾値を上回った時点を初爆が起こった時点と見なし、クランキングの開始から所要の時間内に初爆が起こったか否かを判定する。クランキングの開始から所要の時間内に初爆が起こったならば、以後、平常の制御と同様にクランキングを続行する。
【００２３】
これに対し、クランキングの開始から所要の時間が経過してもなお初爆が起こらず、初爆が遅れているならば、ＥＣＵ０は、クランキング中のスロットルバルブ３２の開度及び／または燃料噴射量に補正を加える（ステップＳ３）。より具体的には、クランキング中のスロットルバルブ３２の開度を平常よりも拡大し、及び／または、クランキング中の燃料噴射量を平常よりも減量する。ステップＳ３にて、ＥＣＵ０は、直近の内燃機関の停止時及びその後の始動時のエンジンコンパートメント内の温度、内燃機関の停止時間即ち直近の内燃機関の停止からその後の始動までの経過時間、直近の内燃機関の停止時及びその後の始動時の冷却水の温度のうちの少なくとも一つに応じて、補正量の多寡を決定する。
【００２４】
図４に、何れかの気筒１がバルブオーバラップ状態となって内燃機関が停止した場合の停止時間の長さと、吸気通路３のスロットルバルブ３２よりも下流の部位に滞留している空気の酸素濃度の変動の推移との関係を示す。内燃機関の停止中、バルブオーバラップ状態となった気筒１を経由して、排気通路４側から吸気通路３側に排気が逆流し、その帰結として吸気通路３内に残存する空気の酸素濃度が徐々に低下してゆく。吸気通路３内の酸素濃度は、内燃機関の停止時間が長引くにつれて低下し、内燃機関を停止してから数時間程度経過した時点で極小となる。図４中、内燃機関の停止時間の長さがＤを超えた領域が、その後の内燃機関の始動の遅延または不良を招くリスクの高い領域である。
【００２５】
ステップＳ３にて、ＥＣＵ０は、直近の内燃機関の停止時のエンジンコンパートメント内温度または冷却水温と、その後の始動時のエンジンコンパートメント内温度または冷却水温との差分を求め、それを基に内燃機関の直近の停止からその後の始動までの停止時間の長さを推測する。原則として、直近の停止時の温度と始動時の温度との差分が大きいほど、内燃機関の停止時間が長いものと考えられる。無論、ＥＣＵ０が、内燃機関の直近の停止からその後の始動までの経過時間を直接に計数しても構わない。
【００２６】
その上で、内燃機関の始動前の停止時間が長いほど、つまりは始動時における吸気通路３のスロットルバルブ３２よりも下流の部位の空気の酸素濃度が低いほど、スロットルバルブ３２の開度をより大きく拡開し、及び／または、インジェクタ１１からの燃料噴射量をより少なく減量する補正を加える。図５に、内燃機関の停止時間と、ステップＳ３にてスロットルバルブ３２開度及び／または燃料噴射量に加える補正量との関係を示している。内燃機関の停止時間の長さがＤ未満である場合には、内燃機関の始動遅延または始動不良を招くリスクが低いことから、ステップＳ３にてスロットルバルブ３２開度及び／または燃料噴射量に補正を加える必要はない。
【００２７】
本実施形態では、内燃機関の停止時及びその後の始動時のエンジンコンパートメント内の温度、内燃機関の停止から始動までの経過時間、内燃機関の停止時及びその後の始動時の冷却水の温度のうちの少なくとも一つに応じて、内燃機関の始動の際のスロットルバルブ３２の開度を補正する（ステップＳ３）ことにより、始動時の吸気通路３内の酸素濃度が低い場合のスロットルバルブ３２の開度を、始動時の吸気通路３内の酸素濃度がより高い場合の開度と比較して拡大する内燃機関の制御装置０を構成した。
【００２８】
本実施形態によれば、何れかの気筒１がバルブオーバラップ状態となって内燃機関が停止した場合にも、その後の内燃機関の始動を確実に遂行することが可能となる。
【００２９】
なお、本発明は以上に詳述した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、内燃機関の始動のためのクランキングの開始後、初爆の遅れを確認した（ステップＳ２）ことを条件として、クランキング中のスロットルバルブ３２開度及び／または燃料噴射量を補正することとしていた。だが、何れかの気筒１がバルブオーバラップ状態となって内燃機関が停止した場合には、初爆の遅れの有無にかかわらず、クランキング中のスロットルバルブ３２開度及び／または燃料噴射量を補正するようにしてもよい。
【００３０】
その他、各部の具体的構成や処理の内容等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の始動制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
１２…点火プラグ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
４…排気通路
ｂ…クランク角信号
ｅ…吸気温・吸気圧信号
ｆ…冷却水温信号
ｇ…カム角信号
ｈ…エンジンコンパートメント温度信号
ｉ…点火信号
ｊ…燃料噴射信号
ｋ…開度操作信号
ｏ…クランキング用の電動機の制御信号
【図１】
2020133592.tif 000003
【図２】
2020133592.tif 000004
【図３】
2020133592.tif 000005
【図４】
2020133592.tif 000006
【図５】
2020133592.tif 000007