(57)【要約】【課題】この発明は自動停止及び自動始動の機能を有する内燃機関の始動制御装置に関し、燃費効率を不必要に低下させることなく、再始動時の自着火を有効に抑制することを目的とする。【解決手段】クランク角センサ３４によりピストン停止位置を検出する。水温センサ３６により冷却水温THWを検出する。ピストン停止位置及び冷却水温THWと、再始動時に自着火燃焼を生じさせない限界燃料噴射量との間に成立する限界噴射量規則を記憶する。ピストン停止位置の検出値及び冷却水温THWの検出値を限界噴射量規則に当てはめて、限界燃料噴射量を算出する。再始動時の燃料噴射量を、限界燃料噴射量の算出値に対応する噴射量に制御する。【選択図】図１
2010031693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン停止位置を検出する停止位置検出手段と、
シリンダ温度を検出するシリンダ温度検出手段と、
ピストン停止位置及びシリンダ温度と、再始動時に自着火燃焼を生じさせない限界燃料噴射量との間に成立する限界噴射量規則を記憶する限界噴射量規則記憶手段と、
前記ピストン停止位置の検出値及び前記シリンダ温度の検出値を前記限界噴射量規則に当てはめて、前記限界燃料噴射量を算出する限界噴射量算出手段と、
再始動時の燃料噴射量を、前記限界燃料噴射量の算出値に対応する噴射量に制御する噴射量制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項２】
吸気弁の閉弁タイミングを変化させる可変動弁機構と、
吸気弁の閉弁タイミングを検出する閉弁タイミング検出手段と、を備え、
前記限界噴射量記憶手段は、吸気弁の複数の閉弁タイミングのそれぞれの下で成立する複数の限界噴射量規則を記憶しており、
前記限界噴射量算出手段は、前記ピストン停止位置の検出値、前記シリンダ温度の検出値、及び前記閉弁タイミングの検出値を、前記複数の限界噴射量規則に当てはめることにより、前記限界燃料噴射量を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項３】
前記限界噴射量規則は、
前記ピストン停止位置及び前記シリンダ温度と、圧縮が開始される直前の筒内ガス温度である圧縮前筒内ガス温度との間に成立する圧縮前温度規則と、
前記圧縮前筒内ガス温度と前記限界燃料噴射量との間に成立する噴射量換算規則と、を含み、
前記限界噴射量算出手段は、
前記ピストン停止位置の検出値及び前記シリンダ温度の検出値を前記圧縮前温度規則に当てはめて、再始動時の圧縮前筒内ガス温度を算出する手段と、
当該圧縮前筒内ガス温度の算出値を前記噴射量換算規則に当てはめて、前記限界燃料噴射量を算出する手段と、を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項４】
複数の気筒を有する内燃機関の始動制御装置であって、
内燃機関の再始動時に、前記複数の気筒の中で、最初に点火燃焼を生じさせることのできる初爆気筒を検知する初爆気筒検知手段を備え、
前記限界噴射量算出手段は、前記初爆気筒のピストン停止位置に基づいて前記限界燃料噴射量を算出し、
前記噴射量制御手段は、内燃機関の再始動時に、前記初爆気筒に対する最初の燃料噴射の際に、燃料噴射量を、前記限界燃料噴射量の算出値に対応する噴射量に制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項５】
内燃機関の再始動に先立って、吸気弁の閉弁タイミングを変化させることのできる可変動弁機構と、
内燃機関の再始動時に、吸気弁の閉弁タイミングに基づいて、目標空燃比を実現する目標燃料噴射量を算出する目標燃料噴射量算出手段と、
ピストン停止位置を検出する停止位置検出手段と、
シリンダ温度を検出するシリンダ温度検出手段と、
ピストン停止位置及びシリンダ温度と、前記目標空燃比の下での再始動時に自着火燃焼を生じさせない吸気弁の限界閉弁タイミングとの間に成立する限界タイミング規則を記憶する限界タイミング規則記憶手段と、
前記ピストン停止位置の検出値及び前記シリンダ温度の検出値を前記限界タイミング規則に当てはめて、前記限界閉弁タイミングを算出する限界タイミング算出手段と、
内燃機関の再始動に先だって、吸気弁の閉弁タイミングが前記限界閉弁タイミングの算出値と一致するように前記可変動弁機構を制御する可変動弁機構制御手段と、
内燃機関の再始動時に、燃料噴射量を前記目標燃料噴射量に制御する噴射量制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項６】
前記限界タイミング規則は、
前記ピストン停止位置及び前記シリンダ温度と、前記目標空燃比の下での再始動時に自着火燃焼を生じさせない限界実圧縮比との間に成立する限界実圧縮比規則と、
実圧縮比と吸気弁の閉弁タイミングとの間に成立する閉弁タイミング換算規則と、を含み、
前記限界タイミング算出手段は、
前記ピストン停止位置の検出値及び前記シリンダ温度の検出値を前記限界実圧縮比規則に当てはめて、再始動時における前記限界実圧縮比を算出する手段と、
当該限界実圧縮比の算出値を前記閉弁タイミング換算規則に当てはめて、前記限界閉弁タイミングを算出する手段と、を備えることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項７】
再始動時の吸気弁の閉弁タイミングと、当該閉弁タイミング及び前記目標空燃比の下での再始動時に所定トルクを発生させるための点火時期との間に成立する点火時期規則を記憶する点火時期規則記憶手段と、
前記限界閉弁タイミングの算出値を前記点火時期規則に当てはめて始動時点火時期を算出する始動時点火時期算出手段と、
内燃機関の再始動時における点火時期を、前記始動時点火時期に制御する点火時期制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項５又は６記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項８】
複数の気筒を有する内燃機関の始動制御装置であって、
内燃機関の再始動時に、前記複数の気筒の中で、最初に点火燃焼を生じさせることのできる初爆気筒を検知する初爆気筒検知手段を備え、
前記限界タイミング算出手段は、前記初爆気筒のピストン停止位置に基づいて前記限界閉弁タイミングを算出し、
前記可変動弁機構制御手段は、内燃機関の再始動に先だって、前記書爆気筒の吸気弁の閉弁タイミングが前記限界閉弁タイミングの算出値と一致するように前記可変動弁機構を制御し、
前記噴射量制御手段は、内燃機関の再始動時に、前記初爆気筒に対する最初の燃料噴射の際に、燃料噴射量を、前記目標燃料噴射量に制御することを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項記載の内燃機関の始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の始動制御装置に係り、特に、自動停止及び自動始動の機能を有する内燃機関の始動を制御する装置として好適な始動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、車両システムの作動中に、内燃機関を自動的に停止させ、また、自動的に再始動させるシステムが開示されている。エコラン車両やハイブリッド車両において、内燃機関の自動停止や自動始動は、内燃機関が十分に暖機された状態で行われるのが珍しくない。
【０００３】
筒内に吸入された混合ガスは、そのガス温度が高いほど自着火を起こし易い。このため、内燃機関の自動再始動時には、冷間状態での通常始動時に比して、筒内ガスの自着火が生じ易い。
【０００４】
特許文献１に開示されるシステムは、高温での再始動時に、燃料の自着火を防ぐために、冷間始動時とは異なる制御を行うこととしている。具体的には、このシステムは、高温での再始動時には、吸気弁の閉弁タイミングを遅らせることにより、内燃機関の実圧縮比を下げることとしている。筒内の実圧縮比が下がれば、圧縮行程におけるガス温度の上昇が抑制されて自着火は生じ難くなる。このため、高温再始動時に実圧縮比を下げることは、燃料の自着火を防ぐうえで有効である。
【０００５】
また、特許文献１には、高温再始動時の自着火を防ぐ手法として、燃料噴射量を増やすことが開示されている。燃料噴射量が増えると、燃料の気化潜熱が増えることにより圧縮行程における筒内温度の上昇が抑制される。燃料の自着火は、筒内温度が低いほど生じ難くなる。このため、高温再始動時に燃料噴射量を増やすことも、燃料の自着火を防ぐ手法として有効な手法である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１２０４４８号公報
【特許文献２】特開２００１−１７３４８８号公報
【特許文献３】特開２００５−６９０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、内燃機関が自動的に再始動される場合において、その再始動時における内燃機関の状態は、常に一定ではない。例えば、個々の気筒のピストン位置は、内燃機関の停止時における成り行きに任されており、常に一定となるものではない。また、再始動時における内燃機関の温度も、停止時の機関温度、停止中の環境温度、更には停止の継続時間などに応じて変動し、常に一定となるものではない。
【０００８】
燃料の自着火は、圧縮行程の過程で筒内ガスの温度が自着火発生温度にまで上昇することにより生ずる。そして、圧縮開始前の段階での筒内ガス温度が高いほど、圧縮行程の過程で、筒内ガスの温度は自着火発生温度に到達し易い。このため、圧縮開始前の筒内ガス温度が高い環境で内燃機関の再始動が要求された場合は、その温度が低い環境で再始動が要求された場合に比して、燃料の自着火が生じ易い。
【０００９】
特許文献１に開示されるシステムは、内燃機関の再始動が要求された際に、自着火の抑制が必要な高温環境下であるか否かを判別し、その判別が肯定される場合に、吸気弁の閉弁タイミングの遅角（実圧縮比の低減）や、燃料噴射量の増量を行う。しかしながら、このシステムは、高温環境下では、内燃機関がどのような状態であるかを考慮することなく、常に一定の条件で実圧縮比の低減や、燃料噴射量の増量を行う。
【００１０】
つまり、特許文献１のシステムでは、内燃機関が、比較的自着火を発生させ難い状態にある場合でも、高温環境の判別が肯定される場合には、常に最悪の状態を想定して実圧縮比の低減や燃料噴射量の増量が行われる。この点、上記従来のシステムは、内燃機関の自動再始動の際に、不必要に実圧縮比を下げすぎ、或いは、不必要に燃料噴射量を増量しすぎることにより、内燃機関の燃費効率を低下させることがあるという側面を有するものであった。
【００１１】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の燃費効率を不必要に低下させることなく、再始動時の自着火を有効に抑制することのできる内燃機関の始動制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の始動制御装置であって、
ピストン停止位置を検出する停止位置検出手段と、
シリンダ温度を検出するシリンダ温度検出手段と、
ピストン停止位置及びシリンダ温度と、再始動時に自着火燃焼を生じさせない限界燃料噴射量との間に成立する限界噴射量規則を記憶する限界噴射量規則記憶手段と、
前記ピストン停止位置の検出値及び前記シリンダ温度の検出値を前記限界噴射量規則に当てはめて、前記限界燃料噴射量を算出する限界噴射量算出手段と、
再始動時の燃料噴射量を、前記限界燃料噴射量の算出値に対応する噴射量に制御する噴射量制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第２の発明は、第１の発明において、
吸気弁の閉弁タイミングを変化させる可変動弁機構と、
吸気弁の閉弁タイミングを検出する閉弁タイミング検出手段と、を備え、
前記限界噴射量記憶手段は、吸気弁の複数の閉弁タイミングのそれぞれの下で成立する複数の限界噴射量規則を記憶しており、
前記限界噴射量算出手段は、前記ピストン停止位置の検出値、前記シリンダ温度の検出値、及び前記閉弁タイミングの検出値を、前記複数の限界噴射量規則に当てはめることにより、前記限界燃料噴射量を算出することを特徴とする。
【００１４】
また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記限界噴射量規則は、
前記ピストン停止位置及び前記シリンダ温度と、圧縮が開始される直前の筒内ガス温度である圧縮前筒内ガス温度との間に成立する圧縮前温度規則と、
前記圧縮前筒内ガス温度と前記限界燃料噴射量との間に成立する噴射量換算規則と、を含み、
前記限界噴射量算出手段は、
前記ピストン停止位置の検出値及び前記シリンダ温度の検出値を前記圧縮前温度規則に当てはめて、再始動時の圧縮前筒内ガス温度を算出する手段と、
当該圧縮前筒内ガス温度の算出値を前記噴射量換算規則に当てはめて、前記限界燃料噴射量を算出する手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
複数の気筒を有する内燃機関の始動制御装置であって、
内燃機関の再始動時に、前記複数の気筒の中で、最初に点火燃焼を生じさせることのできる初爆気筒を検知する初爆気筒検知手段を備え、
前記限界噴射量算出手段は、前記初爆気筒のピストン停止位置に基づいて前記限界燃料噴射量を算出し、
前記噴射量制御手段は、内燃機関の再始動時に、前記初爆気筒に対する最初の燃料噴射の際に、燃料噴射量を、前記限界燃料噴射量の算出値に対応する噴射量に制御することを特徴とする。
【００１６】
また、第５の発明は、内燃機関の始動制御装置であって、
内燃機関の再始動に先立って、吸気弁の閉弁タイミングを変化させることのできる可変動弁機構と、
内燃機関の再始動時に、吸気弁の閉弁タイミングに基づいて、目標空燃比を実現する目標燃料噴射量を算出する目標燃料噴射量算出手段と、
ピストン停止位置を検出する停止位置検出手段と、
シリンダ温度を検出するシリンダ温度検出手段と、
ピストン停止位置及びシリンダ温度と、前記目標空燃比の下での再始動時に自着火燃焼を生じさせない吸気弁の限界閉弁タイミングとの間に成立する限界タイミング規則を記憶する限界タイミング規則記憶手段と、
前記ピストン停止位置の検出値及び前記シリンダ温度の検出値を前記限界タイミング規則に当てはめて、前記限界閉弁タイミングを算出する限界タイミング算出手段と、
内燃機関の再始動に先だって、吸気弁の閉弁タイミングが前記限界閉弁タイミングの算出値と一致するように前記可変動弁機構を制御する可変動弁機構制御手段と、
内燃機関の再始動時に、燃料噴射量を前記目標燃料噴射量に制御する噴射量制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、第６の発明は、第５の発明において、
前記限界タイミング規則は、
前記ピストン停止位置及び前記シリンダ温度と、前記目標空燃比の下での再始動時に自着火燃焼を生じさせない限界実圧縮比との間に成立する限界実圧縮比規則と、
実圧縮比と吸気弁の閉弁タイミングとの間に成立する閉弁タイミング換算規則と、を含み、
前記限界タイミング算出手段は、
前記ピストン停止位置の検出値及び前記シリンダ温度の検出値を前記限界実圧縮比規則に当てはめて、再始動時における前記限界実圧縮比を算出する手段と、
当該限界実圧縮比の算出値を前記閉弁タイミング換算規則に当てはめて、前記限界閉弁タイミングを算出する手段と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、第７の発明は、第５又は第６の発明において、
再始動時の吸気弁の閉弁タイミングと、当該閉弁タイミング及び前記目標空燃比の下での再始動時に所定トルクを発生させるための点火時期との間に成立する点火時期規則を記憶する点火時期規則記憶手段と、
前記限界閉弁タイミングの算出値を前記点火時期規則に当てはめて始動時点火時期を算出する始動時点火時期算出手段と、
内燃機関の再始動時における点火時期を、前記始動時点火時期に制御する点火時期制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、第８の発明は、第５乃至第７の発明の何れかにおいて、
複数の気筒を有する内燃機関の始動制御装置であって、
内燃機関の再始動時に、前記複数の気筒の中で、最初に点火燃焼を生じさせることのできる初爆気筒を検知する初爆気筒検知手段を備え、
前記限界タイミング算出手段は、前記初爆気筒のピストン停止位置に基づいて前記限界閉弁タイミングを算出し、
前記可変動弁機構制御手段は、内燃機関の再始動に先だって、前記書爆気筒の吸気弁の閉弁タイミングが前記限界閉弁タイミングの算出値と一致するように前記可変動弁機構を制御し、
前記噴射量制御手段は、内燃機関の再始動時に、前記初爆気筒に対する最初の燃料噴射の際に、燃料噴射量を、前記目標燃料噴射量に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
第１の発明によれば、内燃機関の再始動が要求された際に、ピストン停止位置とシリンダ温度とに基づいて、自着火燃焼を生じさせない限界燃料噴射量を算出することができる。また、この発明によれば、その限界燃料噴射量で内燃機関の再始動を図ることができる。このため、本発明によれば、再始動時の状況に応じた最小の燃料噴射量で、自着火を生じさせることなく、内燃機関を再始動させることができる。
【００２１】
第２の発明によれば、内燃機関の再始動が要求された際に、ピストン停止位置、シリンダ温度、及び吸気弁の閉弁タイミングに応じた最適な限界噴射量を算出することができる。このため、本発明によれば、内燃機関の停止時における吸気弁の閉弁タイミングが、可変動弁機構の機能によって変動するシステムにおいても、最小の燃料噴射量で、再始動時の自着火を有効に防止することができる。
【００２２】
第３の発明によれば、内燃機関の再始動要求時に、ピストン停止位置とシリンダ温度に基づいて、圧縮前筒内ガス温度を算出することができる。更に、本発明によれば、その圧縮前筒内ガス温度の算出値に基づいて、限界燃料噴射量を算出することができる。
【００２３】
第４の発明によれば、複数の気筒の中で、最初に点火燃焼を生じさせることのできる初爆気筒に対して、初回の燃料噴射の際に限界燃料噴射量を噴射することができる。このため、本発明によれば、再始動要求の発生後に、最も迅速に、自着火を生じさせることなく、最小の燃料噴射量で内燃機関を再始動させることができる。
【００２４】
第５の発明によれば、内燃機関の再始動が要求された際に、ピストン停止位置とシリンダ温度とに基づいて、自着火燃焼を生じさせない吸気弁の限界閉弁タイミングを算出することができる。また、この発明によれば、吸気弁の閉弁タイミングをその限界閉弁タイミングとし、更に、そのタイミングの下で目標空燃比を実現するための目標燃料噴射量で、で内燃機関の再始動を図ることができる。つまり、本発明によれば、燃料噴射量に増量補正を施すことなく、再始動時の状況に応じた最小の燃料噴射量で、自着火を生じさせることなく、内燃機関を再始動させることができる。
【００２５】
第６の発明によれば、内燃機関の再始動要求時に、ピストン停止位置とシリンダ温度に基づいて、自着火を生じさせることのない限界実圧縮比を算出することができる。更に、本発明によれば、その限界実圧縮比に基づいて、吸気弁の限界閉弁タイミングを算出することができる。
【００２６】
第７の発明によれば、内燃機関の再始動時に、吸気弁の閉弁タイミングを限界閉弁タイミングに合わせたうえで、内燃機関の点火時期を、その限界閉弁タイミングに対応する始動時点火時期に制御することができる。このような制御によれば、吸気弁の閉弁タイミングの変動が、内燃機関の出力トルクに与える影響を相殺することができる。このため、本発明によれば、最小の燃料噴射量で、自着火を生じさせることなく、かつ、始動時の出力トルクにバラツキを生じさせることなく、内燃機関を再始動させることができる。
【００２７】
第８の発明によれば複数の気筒の中で、最初に点火燃焼を生じさせることのできる初爆気筒に対して、初回の燃料噴射の際に限界閉弁タイミングを設定し、かつ、目標燃料噴射量を供給することができる。このため、本発明によれば、再始動要求の発生後に、最も迅速に、自着火を生じさせることなく、最小の燃料噴射量で内燃機関を再始動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
実施の形態１．
［実施の形態の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、エコラン車両、又はハイブリッド車両に搭載されているものとする。これらの車両では、車両システムの稼働中に、内燃機関１０の運転が不要と判断されると、自動的に内燃機関１０が停止される。その後、内燃機関１０の運転が必要になると、自動的に内燃機関１０の再始動が図られる。このため、本実施形態において、内燃機関１０は、必要に応じて自動停止、自動再始動されるものとする。
【００２９】
内燃機関１０には、吸気通路１２と排気通路１４が連通している。内燃機関１０の燃焼室１６は、吸気弁１８の開閉に伴って吸気通路１２と連通する。吸気弁１８には、可変動弁機構２０が連結されている。可変動弁機構２０は、内燃機関１０のクランク角に連動して吸気弁１８を開閉させ、少なくとも、吸気弁１８の閉弁タイミングを変化させることができる。また、可変動弁機構２０は、吸気弁１８の閉弁タイミングに応じた出力を発する位置センサを内蔵している。
【００３０】
本実施形態において、可変動弁機構２０は、内燃機関１０の運転中に生ずる油圧により駆動され、内燃機関１０の停止中には、吸気弁１２の開弁特性を変更することはできないものとする。また、本実施形態において、可変動弁機構２０は、内燃機関１０の停止時に、吸気弁１２の閉弁タイミングを所定の始動タイミングに戻す機能を有しているものとする。
【００３１】
内燃機関１０の燃焼室１６は、また、排気弁２２の開閉に伴って排気通路１４と連通する。排気弁２２には、可変動弁機構２４が連結されている。可変動弁機構２４は、内燃機関１０の油圧を利用して、排気弁２２の開弁特性を適宜変化させることができる。
【００３２】
内燃機関１０の吸気通路１２には、大気圧センサ２６が設けられている。大気圧センサ２６の下流には、スロットル弁２８が配置されている。また、スロットル弁２８の下流には、燃料噴射弁３０が組み付けられている。
【００３３】
燃料噴射弁３０は、図示しない燃料ポンプから所定圧力の燃料の供給を受けており、開弁時間TAUに応じた量の燃料を噴射する。このため、内燃機関１０に対する燃料噴射量は、燃料噴射弁２０の開弁時間TAUで制御することができる。
【００３４】
内燃機関１０は筒内には、ピストン３２が配置されている。ピストン３２の位置は、クランク角センサ３４により検知することができる。クランク角センサ３４は、クランク角を７２０°CA（Crank Angle）系で検知することができる。このため、クランク角センサ３４の出力によれば、吸気行程と爆発行程を区別して、また、排気行程と圧縮行程を区別して、ピストン３２の位置を検知することができる。
【００３５】
内燃機関１０には、更に、水温センサ３６が組み付けられている。水温センサ３６によれば、内燃機関１０の冷却水温THWを検出することができる。上述した各種センサ及びアクチュエータは、ECU（Electronic Control Unit）４０と電気的に接続されている。このため、ECU４０は、吸気弁１８の閉弁タイミング、クランク角、冷却水温THW等を検知することができる。また、ECU４０は、可変動弁機構２０，２４や燃料噴射弁３０を駆動することができる。
【００３６】
［実施の形態１の動作］
（動作の特徴）
以下、図２乃至図５を参照して本実施形態のシステムの動作について説明する。
図２は、吸気行程におけるクランク角、つまり、吸気上死点後（吸気ATDC, After Top Dead Center）のクランク角と、吸気下死点（吸気BDC, Bottom Dead Center)までに筒内に吸入される新気の量（吸気容積）との関係を示す。図２に示す関係によれば、例えば、ピストン３２が吸気上死点（吸気TDC, After Top Dead Center）から吸気BDCに移動する過程で生ずる新気の吸気量は約４５０ccであることが判る。また、ピストンが吸気ATDC６０°CAに位置している場合は、約１５０ccのガスが既に筒内に存在しており、その後、ピストン３２が吸気BDCに移動する過程で約３００ccの新気が吸入されることが判る。
【００３７】
図２に示す関係は、内燃機関１０の型式に対して特定することができる。内燃機関１０に対してこの関係が既知であると、以下に説明する通り、再始動の際に、新気と残留ガスが、どのような割合で筒内に存在するかを検知することができる。すなわち、再始動に先立って、ピストン３２が、例えば吸気ATDC６０°CAの位置で停止しているとすると、再始動の際に、新気（３００cc）と残留ガス（１５０cc）の割合が２：１となることが検知可能である。
【００３８】
内燃機関１０の始動時において、吸気弁１８の閉弁タイミングは、圧縮行程内の適当なクランク角、つまり、吸気下死点後（吸気ABDC, After Bottom Dead Center）の適当なクランク角に設定されている。このため、ピストン３２が吸気BDCを通過した後、吸気弁１８が閉じるまでの間は、筒内ガスが吸気通路１２に逆流する。この間、筒内における新気と残留ガスの比率には、変化が生じない。このため、吸気弁１８が閉じた時点でのガス割合は、結局、吸気BDCでの割合と同じ２：１となる。
【００３９】
内燃機関１０の再始動時には、その再始動の開始後、吸気弁１８が初めて閉じる時点で筒内に存在しているガスが初爆に用いられる。以下、このガスを「初爆ガス」と称す。つまり、内燃機関１０の再始動時には、吸気弁１８が初めて閉じられた時点で、初爆ガスが筒内に閉じ込められ、その後、クランク角が増すに連れて、初爆ガスの圧縮が進められる。この過程で、初爆ガスの温度は上昇し、その温度が自着火発生温度に達すると、筒内で燃料の自着火が生ずる。以下、初爆ガスの圧縮が始まる直前の筒内ガス温度を、「圧縮前筒内ガス温度」と称する。
【００４０】
圧縮前筒内ガス温度は、初爆ガスに自着火が生ずるか否かを決める重要な因子である。つまり、圧縮前筒内ガス温度が高ければ、その後、圧縮の進行過程で筒内ガス温度が自着火発生温度に到達し易く、他方、圧縮前筒内ガス温度が低ければ、筒内ガス温度は自着火発生温度に到達し難い。このため、初爆ガスの自着火を防ぐ前提として、圧縮前筒内ガス温度を検知することは有効である。
【００４１】
筒内の残留ガスは、内燃機関１０の停止中、筒内で加熱され続けるため、新気に比して高温になる。圧縮前筒内ガス温度は、これら２種類のガスが混合された結果として実現される温度であるから、主として、新気の温度、残留ガスの温度、及び新気と残留ガスの比率の３要素により決定される。
【００４２】
これらの３要素のうち、新気の温度と残留ガスの温度は、主として、内燃機関１０自体の温度、つまり、冷却水温THWに応じた温度となる。他方、新気と残留ガスの比率は、図２を参照して説明した通り、再始動時のピストン停止位置に応じて、ほぼ一義的に決定される。このため、圧縮前筒内ガス温度は、再始動時における冷却水温THWと、ピストン停止位置とに基づいて、推定することが可能である。
【００４３】
図３は、ピストン３２の停止位置と圧縮前筒内ガス温度との関係を、冷却水温THWをパラメータとして示したものである。具体的には、図３中に、最も低い位置に示した曲線は、冷却水温THWが６０°の場合に、ピストン停止位置と圧縮前筒内ガス温度との間に成立する関係を示す。この曲線の上方に示される複数の曲線は、それぞれ、より高い冷却水温THWの下で成立する両者の関係を示している。
【００４４】
ピストン停止位置が吸気BDC（ATDC１８０°CA）に近づくほど、初爆ガスに占める残留ガスの割合が大きくなる。このため、圧縮前筒内ガス温度は、図３に示すように、ピストン停止位置が吸気BDCに近いほど高温となる。また、冷却水温THWが高いほど、新気の温度も残留ガスの温度も高くなる。このため、圧縮前筒内ガス温度は、図３に示すように、冷却水温THWが高いほど高温となる。
【００４５】
図３に示す関係は、実験的に、或いはシミュレーションにより、内燃機関１０について予め特定しておくことが可能である。この関係が既知であれば、内燃機関１０の再始動が要求された時点で、ピストン停止位置と、冷却水温THWとに基づいて、初爆ガスの圧縮前筒内ガス温度を予測することが可能である。
【００４６】
ところで、本実施形態の内燃機関１０は、複数の気筒を有している。内燃機関１０が、例えば４気筒式の機関であるとすると、内燃機関１０の停止時には、必ず、一つの気筒のピストン３２が、吸気TDC（吸気ATDC０°CA）と吸気BDC（吸気ATDC１８０°CA）の間、つまり、図３に示すクランク角領域内に停止する。
【００４７】
その気筒のピストン３２が、図３中に「2TDC」と示される領域内、つまり、吸気ATDC０°CAから吸気ATDC１２０°CAまでの領域に停止している場合は、ピストン３２が吸気BDCに到達するまでに、ある程度の新気を吸気ポートから筒内に吸い込むことができる。他方、そのピストン３２が、図３中に「リーン失火領域」と示される領域内、つまり、吸気ATDC１２０°CAから吸気ATDC１８０°CAまでの領域に停止している場合は、ピストン３２が吸気BDCに達するまでに、殆ど、吸気ポート内のガスを筒内に吸い込むことはできない。
【００４８】
内燃機関１０の燃料噴射弁３０は、吸気ポートに燃料を噴射する。このため、筒内に燃料を供給するためには、吸気ポート内のガスがある程度筒内に吸入されることが必要である。つまり、ある気筒の筒内で燃焼を生じさせるためには、その気筒のピストン３２が吸気BDCに達するまでに、吸気ポート内のガスが筒内にある程度吸入されることが必要である。
【００４９】
４気筒式の機関では、１８０°CA毎に、４つの気筒のピストン３２が、圧縮TDCに順次到達する。例えば、♯１気筒のピストン３２が、図３に示す「2TDC」の領域に停止していた場合は、内燃機関１０の始動後、そのピストン３２が吸気BDCに到達する過程で、♯１気筒の筒内には、ある程度の新気と燃料を吸入させることができる。
【００５０】
♯１気筒のピストン３２が吸気BDCに達する時点で、♯２気筒のピストン３２が圧縮TDCに到達する。この際、♯２気筒には、燃料が供給されていないため、この気筒で初爆を生じさせることはできない。この場合、４つの気筒の中で、最も早く初爆を発生させることのできる気筒（以下、「初爆気筒」と称す）は、この時点で既に筒内に燃料を吸い込んでいる♯１気筒となる。ここで、♯１気筒は、内燃機関１０の再始動が開始された後、２番目に圧縮TDCに達する気筒である。以下、この場合のように、２番目に圧縮TDCに達する気筒が初爆気筒となる始動を「2TDC」始動と称する。
【００５１】
♯１気筒のピストン３２が、図３に示す「リーン失火領域」に停止していた場合は、内燃機関１０の始動後、そのピストン３２が吸気BDCに到達する過程で、♯１気筒の筒内に十分な燃料を吸入させることはできない。このため、この場合には、♯１気筒のピストン３２が圧縮TDCに達した時点で内燃機関１０に初爆を生じさせることはできない。つまり、この場合は、♯１気筒が初爆気筒にはなれず、吸気TDC直前にピストン３２を停止させていた♯４気筒が初爆気筒となる。以下、この場合のように、内燃機関１０の始動開始後、３番目に圧縮TDCに達する気筒（♯４気筒）が初爆気筒となる始動を、「3TDC」始動と称する。
【００５２】
本実施形態のシステムは、初爆気筒での自着火を防ぐことを目的としている。このため、ECU４０は、内燃機関１０の再始動要求が生ずると、先ず、初爆気筒を特定する。ここでは、具体的には、先ず、何れかの気筒のピストン３２が、図３に示す「2TDC」領域に停止しているかが判別される。その結果、何れかの気筒のピストン３２が「2TDC」領域に停止していることが判ると、その気筒が初爆気筒とされる。この場合、以後、2TDC始動が行われる。
【００５３】
他方、何れの気筒のピストン３２も「2TDC」領域に停止していない（つまり、吸気行程の気筒のピストン３２が図３に示す「リーン失火領域」に停止している）と判断された場合は、吸気TDCの直前にピストン３２を停止させている気筒が初爆気筒とされる。この場合、以後、3TDC始動が行われる。
【００５４】
2TDC始動の場合は、初爆気筒のピストン３２が、図３に示すクランク角領域内に停止している。この場合、上述した通り、図３に示す関係に、ピストン停止位置と冷却水温THWを当てはめることで、圧縮前筒内ガス温度を算出することが可能である。
【００５５】
他方、3TDC始動の場合は、初爆気筒のピストン３２は、図３に示すクランク角領域から外れた位置（ATDC０°CAより前のクランク角）に停止している。従って、この場合は、初爆気筒のピストン停止位置を、そのまま図３に示す関係に当てはめることはできない。しかしながら、初爆ガスに占める新気と残留ガスの割合は、ピストン３２が吸気TDCより前で停止している場合と、ピストン３２が吸気TDCで停止している場合とで同じである。このため、3TDC始動の場合、ピストン停止位置がATDC０°CAであるものとして、図３に示す関係から、圧縮前筒内ガス温度を推定することができる。
【００５６】
本実施形態のシステムでは、上述した通り、内燃機関１０の停止時に、可変動弁機構２０により、吸気弁１８の閉弁タイミングが所定の始動タイミングに戻される。このため、内燃機関１０は、常に、吸気弁１８の閉弁タイミングが始動タイミングに制御された状態で始動される。
【００５７】
始動時の筒内ガス量、つまり、圧縮前の初爆ガスの容積は、吸気弁１８の閉弁タイミングによってほぼ一義的に決定される。つまり、内燃機関１０において、初爆気筒の実圧縮比εは、その気筒の吸気弁１８の閉弁タイミングにより、ほぼ一義的に決定される。従って、本実施形態において、内燃機関１０は、常にほぼ一定の実圧縮比の下で始動されることになる。
【００５８】
筒内ガスの自着火は、圧縮行程中の筒内ガス温度が自着火発生温度に到達することで生ずる。他方、圧縮工程中の筒内ガス到達温度は、（１）実圧縮比ε、（２）圧縮前筒内ガス温度、及び（３）筒内燃料量の３要素に大きな影響を受ける。本実施形態では、始動時の実圧縮比εは固定されているため、上記の筒内ガス到達温度は、主として、圧縮前筒内ガス温度と、筒内燃料量の２要素によって決定される。つまり、本実施形態では、圧縮前筒内ガス温度と、初爆気筒に対する燃料噴射量の２要素により、その気筒で自着火が生ずるか否かが、ほぼ決定される。
【００５９】
図４は、始動時の実圧縮比εの下で自着火燃焼が生ずる領域と、点火燃焼が生ずる領域とを、初爆気筒に対する燃料噴射時間TAUと、圧縮前筒内ガス温度の２要素で表した図である。図４中に実線で示す曲線は、それら２つの領域を分ける境界線である。図４において、その境界線より上方の領域は自着火燃焼が生ずる領域であり、他方、その境界線より下方の領域は点火燃料が生ずる領域である。
【００６０】
筒内ガス到達温度は、圧縮前筒内ガス温度が高いほど高温となる。このため、図４に示すように、燃料噴射時間TAUが同じであれば、圧縮前筒内ガス温度が高い領域が自着火燃焼領域となり、その温度が低い領域が点火燃焼領域となる。
【００６１】
また、筒内の燃料量は、燃料噴射時間TAUが長いほど多くなる。そして、筒内の燃料量が多いほど、燃料の気化潜熱による温度上昇の抑制が顕著となり、自着火が生じ難くなる。このため、自着火燃焼の領域と点火燃焼の領域との境界線は、図４に示すように、燃料噴射量TAUが長いほど、高温側に拡大される。
【００６２】
図４に示す関係は、内燃機関１０について予め特定しておくことが可能である。他方、本実施形態では、上述した通り、初爆気筒のピストン停止位置と、再始動時の冷却水温THWとに基づいて、その気筒の圧縮前筒内ガス温度を推定することが可能である（図３参照）。そして、図４に示す関係が既知であり、かつ、圧縮前筒内ガス温度が推定できれば、その条件の下で自着火を生じさせない最短の燃料噴射時間TAUを算出することができる（圧縮筒内ガス温度の推定値に対して、図４の境界線に乗るTAU）。
【００６３】
内燃機関１０の燃費特性に着目すると、始動時の燃料噴射時間TAUは、自着火が生じない限り、少ない方が望ましい。そこで、本実施形態のシステムは、内燃機関１０の再始動時に、先ず、図３に示す関係を用いて圧縮前筒内ガス温度を推定し、更に、図４に示す関係を用いて、自着火を生じさせない最短の燃料噴射時間TAUを設定することとした。
【００６４】
（具体的処理）
図５は、上記の機能を実現するために、ECU４０が実行する処理のフローチャートである。図５に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０が停止中であるかが判別される（ステップ１００）。その結果、内燃機関１０が停止中でないと判別された場合は、以後、このルーチンを進める必要がないと判断され、今回の処理が修了される。
【００６５】
一方、内燃機関１０が停止中であると判断された場合は、次に、７２０°CA系でのクランク角と、冷却水温THWが読み込まれる（ステップ１０２）。ECU４０は、ここで読み込んだクランク角に基づいて、再始動時の初爆気筒を特定し、また、再始動を2TDC始動で行うか、或いは3TDC始動で行うかを判断する（図３参照）。
【００６６】
次に、圧縮前筒内ガス温度が推定される（ステップ１０４）。ECU４０は、図３に示す関係を記憶している。ここでは、その関係に、初爆気筒のピストン停止位置（3TDC始動が選択されている場合はATDC０°CA）と、冷却水温THWとを当てはめることにより、現時点の状況に対応する圧縮前筒内ガス温度が推定される。
【００６７】
次に、初爆気筒に対する燃料の基本噴射量が算出される（ステップ１０６）。ECU４０は、図４に示す関係を記憶している。ここでは、その関係に、上記ステップ１０４の処理により推定された圧縮前筒内ガス温度を当てはめることにより、自着火を生じさせない最小の燃料噴射時間TAUminが算出される。
【００６８】
次に、大気圧センサ２６の出力に基づいて、大気圧が検出される（ステップ１０８）。次いで、その大気圧の検出値に基づいて、大気補正係数が算出される（ステップ１１０）。
【００６９】
本実施形態の内燃機関１０では、上述した通り、初爆気筒の実圧縮比εは常に一定となる。しかしながら、筒内で圧縮されるガス量は、大気圧の影響を受けて増減する。このため、圧縮端における筒内圧は、大気圧が下がるに連れて低くなる。筒内圧力が下がると、燃料の自着火は生じ難くなる。このため、自着火を生じさせない最小の燃料噴射時間TAUminは、大気圧が低いほど短くなる。ECU４０は、それら両者の関係を記憶しており、上記ステップ１１０では、その関係に従って、大気補正係数を算出する。
【００７０】
ECU４０は、次に、上記ステップ１０６で算出した基本燃料噴射時間TAUminに、上記ステップ１１０で算出した大気補正係数を掛け合わせることにより、初爆気筒に対する最終的な燃料噴射時間TAUを算出する（ステップ１１２）。
【００７１】
以上の処理が終わると、ECU４０は、始動許可のフラグ処理を行う（ステップ１１４）。上記ステップ１００〜１１４の処理は、内燃機関１０の停止中、繰り返し実行される。内燃機関１０の再始動要求が生ずると、その時点で算出されている燃料噴射時間TAUにより始動処理が行われる。
【００７２】
以上の処理によれば、内燃機関１０の再始動が要求された際に、初爆気筒のピストン停止位置と冷却水温THWとに基づいて、自着火を生じさせない最小の燃料噴射量を算出することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、再始動時の自着火を有効に防止しつつ、優れた燃費特性を実現することができる。
【００７３】
ところで、上述した実施の形態１では、ピストン停止位置と冷却水温THWとに基づいて、先ず、圧縮前筒内ガス温度を算出し、算出した圧縮前筒内ガス温度に基づいて基本燃料噴射量TAUBを算出することとしているが、基本燃料噴射量TAUBの算出手順はこれに限定されるものではない。例えば、ピストン停止位置と、冷却水温THWと、基本燃料噴射量TAUBとの間に成立する関係を予め定めておき、ピストン停止位置と冷却水温THWとに基づいて、基本燃料噴射量TAUBを直接算出することとしてもよい。
【００７４】
また、上述した実施の形態１では、内燃機関１０が、可変動弁機構２０を備えているが、内燃機関１０の構成は、これに限定されるものではない。すなわち、吸気弁１８の駆動機構は、閉弁タイミングを変化させることのできないが機構であってもよい。
【００７５】
また、上述した実施の形態１では、内燃機関１０が、エコラン車両やハイブリッド車両に搭載されており、自動停止、自動再始動を繰り返すことを前提としているが、本発明は、このような前提に限定されるものではない。すなわち、始動時のピストン停止位置及び冷却水温THWから、自着火を生じさせない最小の燃料噴射量を設定する処理は、自動停止や自動再始動が生じない通常の内燃機関を対象として行うこととしてもよい。この点は、
以下に説明する他の実施形態についても同様である。
【００７６】
また、上述した実施の形態１では、内燃機関１０の停止時に、可変動弁機構２０が、吸気弁１８の閉弁タイミングを所定の始動タイミングに戻すこととしているが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、内燃機関１０の停止時における吸気弁１８の閉弁タイミング、つまり、内燃機関１０の再始動時における閉弁タイミングは、常に一定でなくてもよい。
【００７７】
圧縮端における筒内ガス温度は、主として、圧縮前筒内ガス温度と、実圧縮比εとによって決定される。他方、初爆気筒の実圧縮比εは、吸気弁１８の閉弁タイミングに応じて変化する。このため、吸気弁１８の閉弁タイミングが変わると、圧縮前筒内ガス温度が同じであっても、圧縮端における筒内ガス温度は異なった温度となる。
【００７８】
図４に示す関係は、再始動時の実圧縮比εが常に一定であり、圧縮前筒内ガス温度が決まると圧縮端の筒内ガス温度が一義的に決まる場合に成立する関係である。換言すると、図４に示す関係は、実圧縮比εが変動する場合には、異なる実圧縮比のそれぞれについて定めることのできる関係である。内燃機関１０の再始動時に、吸気弁１８の閉弁タイミングが一定とならない場合には、複数の実圧縮比ε（閉弁タイミング）について、図４に示すのと同様の関係を定めておくことが必要である。そのうえで、再始動時における実圧縮比εと圧縮前筒内ガス温度を、それらの関係に照らし合わせることとすれば、実施の形態１の場合と同様に、自着火を生じさせない最小の燃料噴射量を設定することが可能である。
【００７９】
尚、上述した実施の形態１においては、クランク角センサ３４が前記第１の発明における「停止位置検出手段」に、水温センサ３６が前記第１の発明における「シリンダ温度検出手段」に、それぞれ対応している。また、ECU４０が、図３に示す関係及び図４に示す関係を記憶することにより前記第１の発明における「限界噴射量規則記憶手段」が実現されている。また、ECU４０が、ステップ１０２〜１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「限界噴射量算出手段」が実現されている。更に、ECU４０が、ステップ１１２で算出された燃料噴射量で再始動時の噴射を行うことにより前記第１の発明における「噴射量制御手段」が実現されている。
【００８０】
また、上述した実施の形態１においては、可変動弁機構２０が内蔵する位置センサが、前記第２の発明における閉弁タイミング検出手段に対応している。また、ECU４０に、図３に示す関係と共に、複数の実圧縮比（吸気弁の閉弁タイミング）のそれぞれについて定められた図４に示すのと同様の関係を記憶させることにより前記第２の発明における「限界噴射量記憶手段」を実現することができる。更に、ECU４０に、ステップ１０６において、圧縮前筒内ガス温度と吸気弁１８の閉弁タイミングとを図４に示すのと同様の複数の関係に当てはめさせて基本燃料噴射時間TAUBを算出させることにより、前記第２の発明における「限界噴射量算出手段」を実現することができる。
【００８１】
また、上述した実施の形態１においては、図３に示す関係が前記第３の発明における「圧縮前温度規則」に、図４に示す関係が前記第３の発明における「噴射量換算規則」に、それぞれ対応している。また、ECU４０が、ステップ１０４の処理を実行することにより前記第３の発明における「圧縮前筒内ガス温度を算出する手段」が、ステップ１０６の処理を実行することにより前記第３の発明における「限界燃料噴射量を算出する手段」が、それぞれ実現されている。
【００８２】
また、上述した実施の形態１においては、ECU４０が、ステップ１０２において、クランク角に基づいて初爆気筒を特定することにより前記第４の発明における「初爆気筒検知手段」が実現されている。
【００８３】
実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
次に、図６乃至図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すシステム構成において、ECU４０に、後述する図９に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。但し、本実施形態において、吸気弁１８の可変動弁機構２０は、電動式、或いは畜圧式であり、内燃機関１０の停止中に作動すること、つまり、内燃機関１０の始動前に作動することができるものとする。
【００８４】
［実施の形態２の特徴］
上述した実施の形態１のシステムは、内燃機関１０の始動時に、燃料噴射量を、既定の実圧縮比εの下で自着火の生じない最小量に制御することとしている。この場合、初爆時の空燃比自体は、目標空燃比に対してリッチ化した値となることがある。このような場合に、初爆に先だって実圧縮比εを低下させれば、自着火の生じない最小の燃料噴射量を、より少なくして、空燃比のリッチ化を抑制することができる。換言すると、初爆時の実圧縮比εを適正値まで下げれば、目標空燃比を維持したままで自着火の発生を防ぐことが可能である。
【００８５】
内燃機関１０の燃費特性を改善するためには、始動時の燃料噴射量が少ないことが望ましい。そこで、本実施形態では、上述した原理に従い、内燃機関１０の始動時に、燃料噴射量を目標空燃比に対応する値に制御しつつ、実圧縮比εが、その燃料噴射量の下で自着火を生じさせない最高の値となるように、吸気弁１８の閉弁タイミングを制御することとした。
【００８６】
［実施の形態２の制御原理］
図６は、実圧縮比εと圧縮前筒内ガス温度の２つをパラメータとして、目標空燃比の下で自着火燃焼が生ずる領域と、点火燃焼が生ずる領域とを示した図である。また、それら２つの領域の境界に描かれた破線は、目標空燃比の下で、筒内の圧縮端温度が、自着火発生温度に達する条件（実圧縮比εと圧縮前筒内ガス温度の組み合わせ）の集合を表している。
【００８７】
図６に示す関係は、内燃機関１０について、実験的に、或いはシミュレーションにより特定することが可能である。他方、実施の形態１について説明した通り、内燃機関１０の始動時には、ピストン停止位置と冷却水温THWとに基づいて圧縮前筒内ガス温度を推定することができる（図３参照）。そして、図６に示す関係に、始動時の圧縮前筒内ガス温度を当てはめれば、自着火を生じさせない実圧縮比εの上限値（以下、「上限実圧縮比εmax」と称す）を検知することが可能である。
【００８８】
つまり、内燃機関１０においては、始動要求が生じた際に、停止時ピストン位置と冷却水温THWとに基づいて圧縮前筒内ガス温度を推定し（図３参照）、更に、その推定温度に基づいて、上限実圧縮比εmaxを算出する（図６参照）ことが可能である。ここで、圧縮前筒内ガス温度と上限実圧縮比εmaxとは１対１に対応しているため、図３に示す縦軸は、上限実圧縮比εmaxに換算することが可能である。そして、図３に示す縦軸を上限実圧縮比εmaxに換算すると、ピストン停止位置と冷却水温THWとの組み合わせと、上限実圧縮比εmaxとの間に成立する関係を特定することができる。
【００８９】
図７は、上記の関係を整理することで作成した上限実圧縮比マップの一例を示す。本実施形態において、ECU４０は、図７に示すように、ピストン停止位置と冷却水温THWとをパラメータとして上限実圧縮比εmaxを定めた上限実圧縮比マップを記憶している。このため、ECU４０は、内燃機関１０の始動時に、そのマップを参照することにより、ピストン停止位置と冷却水温THWから、目標空燃比の下で自着火を生じさせない上限の実圧縮比εmaxを直接算出することができる。
【００９０】
図８は、吸気弁１８の閉弁タイミング（吸気下死点後のクランク角）と、初爆気筒の実圧縮比εとの間に成立する関係を示す。図８に示すように、初爆気筒の実圧縮比εは、吸気弁１８の閉弁タイミングによって一義的に決定される。ECU４０は、図８に示す関係を記憶している。このため、ECU４０は、上限実圧縮比εmaxが判ると、その圧縮比εmaxを実現する閉弁タイミングを特定することができる。
【００９１】
本実施形態のシステムは、内燃機関１０の始動要求が生じた際に、始動に先立って、吸気弁１８の閉弁タイミングを、上限実圧縮比εmaxを実現するタイミングに制御する。その後、目標空燃比を実現する燃料噴射量で内燃機関１０を始動させる。このような処理によれば、初爆気筒では、目標空燃比に制御された混合ガスの点火燃焼が生じ、最も少ない燃料量で、理想的な初爆を得ることができる。
【００９２】
［実施の形態２における具体的処理］
図９は、上記の機能を実現するために、本実施形態においてECU４０が実行するルーチンのフローチャートである。図９において、上記図５に示すステップと同一のステップについては、共通する符号を付してその説明を省略又は簡略する。
【００９３】
図９に示すルーチンでは、ステップ１０２において、ピストン停止位置と冷却水温THWとが読み込まれた後、それらが、上限実圧縮比マップ（図７参照）に当てはめられる（ステップ１２０）。その結果、現在の状況下で、目標空燃比の下、自着火を生じさせない上限の実圧縮比εmaxが算出される。
【００９４】
次に、上限実圧縮比εmaxを図８に示すマップに当てはめることにより、その空燃比εmaxを実現する吸気弁１８の閉弁タイミングが算出される（ステップ１２２）。続いて、そのタイミングがセットされるように、可変動弁機構２０が制御される（ステップ１２４）。
【００９５】
閉弁タイミングのセットが終わるまでは、ステップ１００〜１２４の処理が繰り返し実行される（ステップ１２６）。そして、そのセットが終わると、吸気弁１８の閉弁タイミングと、大気圧とが読み込まれる（ステップ１２８）。
【００９６】
ECU４０は、次に、吸気量マップを参照して、初爆ガス量を算出する（ステップ１３０）。図１０は、ECU４０が記憶している吸気量マップを示す。内燃機関１０において、初爆に用いられる初爆ガス量は、主として、吸気弁１８の閉弁タイミングによって決定される。図１０は、それら両者の間に、標準気圧の下で成立する関係をマップ化したものである。本ステップ１３０では、このマップに従って初爆に付される空気量が算出される。
【００９７】
ECU４０は、次に、初爆ガス量に対して目標空燃比を実願する基本燃料噴射時間TAUBを算出する（ステップ１３２）。以後、大気圧補正により最終的な燃料噴射時間TAUが算出されると、内燃機関１０の始動が許可される（ステップ１１０〜１１４）。
【００９８】
以上の処理によれば、初爆気筒の燃焼ガスを目標空燃比に制御しつつ、その気筒において点火燃焼による初爆を生じさせることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、理想的なエミッション特性並びに燃費特性を実現しつつ、円滑に内燃機関１０を再始動させることができる。
【００９９】
ところで、上述した実施の形態２では、ピストン停止位置と冷却水温THWとに基づいて、上限実圧縮比εmaxを直接定める上限実圧縮比マップを用いることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ピストン停止位置と冷却水温THWとに基づいて圧縮前筒内ガス温度を定めるマップ（図３参照）と、圧縮前筒内ガス温度から上限実圧縮比εmaxを定めるマップ（図６参照）の両方をECU４０に記憶させ、圧縮前筒内ガス温度を経由して上限実圧縮比εmaxを求めることとしてもよい。この点は、以下に説明する実施の形態３についても同様である。
【０１００】
また、上述した実施の形態２では、上限実圧縮比εmaxを求めた後で、図８に示すマップを参照して、εmaxに対応する閉弁タイミングを算出することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、図８に示す関係は単なる換算であるため、この関係を図７（又は図６）に示す関係に組み込んで、ピストン停止位置及び冷却水温THWから（又は圧縮前筒内ガス温度から）、上限実圧縮比εmaxを実願する吸気弁１８の閉弁タイミングを直接算出することとしてもよい。この点は、以下に説明する実施の形態３についても同様である。
【０１０１】
尚、上述した実施の形態２においては、ECU４０が、ステップ１３０及び１３２の処理を実行することにより前記第５の発明における「目標燃料噴射量算出手段」が実現されている。また、クランク角センサ３４が前記第５の発明における「停止位置検出手段」に、水温センサ３６が前記第５の発明における「シリンダ温度検出手段」に、それぞれ対応している。また、ECU４０が、図７に示す上限実圧縮比マップ及び図８に示す吸気弁閉弁タイミングマップを記憶することにより前記第５の発明における「限界タイミング規則記憶手段」が実現されている。また、ECU４０が、ステップ１２０及び１２２の処理を実行することにより前記第５の発明における「限界タイミング算出手段」が、ステップ１２４の処理を実行することにより前記第５の発明における「可変動弁機構制御手段」が、それぞれ実現されている。更に、ECU４０が、内燃機関１０の再始動時に、燃料噴射時間TAUを、ステップ１１２で算出された時間に制御することにより前記第５の発明における「噴射量制御手段」が実現されている。
【０１０２】
また、上述した実施の形態２では、図７に示す上限実圧縮比マップが前記第６の発明における「限界実圧縮比規則」に、図８に示す閉弁タイミングマップが前記第６の発明における「閉弁タイミング換算規則」に、それぞれ相当している。また、ECU４０が、ステップ１２０の処理を実行することにより前記第６の発明における「限界実圧縮比を算出する手段」が、ステップ１２２の処理を実行することにより前記第６の発明における「限界閉弁タイミングを算出する手段」が、それぞれ実現されている。
【０１０３】
また、上述した実施の形態２においては、ECU４０が、ステップ１０２において、クランク角に基づいて初爆気筒を特定することにより前記第８の発明における「初爆気筒検知手段」が実現されている。
【０１０４】
実施の形態３．
［実施の形態３の特徴］
次に、図１１乃至図１３を参照して本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態のシステムは、上述した実施の形態２のシステムにおいて、ECU４０に、図９に示すルーチンに代えて、後述する図１２に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【０１０５】
上述した実施の形態２のシステムは、内燃機関１０の始動時に、目標空燃比を維持したまま、吸気弁１８の閉弁タイミングを動かすことにより自着火の発生を防止する。この手法は、再始動時のエミッション特性並び燃費特性を改善するうえで極めて有効である。しかしながら、上記の手法によれば、必然的に、初爆ガス量にバラツキが生ずることになる。内燃機関１０の出力トルクは、筒内で燃焼するガス量により変化するため、初爆ガス量が変化すれば、初爆時の出力トルクにもバラツキが生ずることになる。
【０１０６】
ところで、内燃機関１０の出力トルクは、実圧縮比点火時期により増減させることができる。図１１は、内燃機関１０の出力トルクが、筒内の充填効率（実圧縮比）と、点火時期とに応じて、それぞれ変化する様子を表したものである。内燃機関１０の出力トルクが、このように、充填効率（実圧縮比）と点火時期の双方に影響を受けるため、吸気弁１８の閉弁タイミングの変化に合わせて点火時期を適切に制御すれば、初爆ガス量の変動に伴うトルク変化を相殺して、初爆時の出力トルクを安定化させることが可能である。
【０１０７】
［実施の形態３の具体的処理］
図１２は、本実施形態においてECU４０が実行するルーチンのフローチャートである。図１２に示すルーチンは、ステップ１１２と１１４の間に、ステップ１４０〜１４４が挿入されている点を除き、図９に示すルーチンと同様である。以下、図１２において、図９に示すステップと同一のステップについては、共通する符号を付してその説明を省略又は簡略する。
【０１０８】
すなわち、図１２に示すルーチンでは、ステップ１１２において目標空燃比を実現する燃料噴射時間TAUが算出された後、先ず、点火時期マップが参照される（ステップ１４０）。点火時期マップは、内燃機関１０の運転状態に基づいて、基本の点火時期を定めるためのマップである。ここでは、そのマップに従って、基本の点火時期が設定される。
【０１０９】
次に、初爆気筒における吸気弁１８の閉弁タイミング、つまり、ステップ１２２で算出された吸気閉じタイミングが読み込まれる（ステップ１４２）。次いで、その閉弁タイミングに基づいて、初爆気筒の点火時期が決定される（ステップ１４４）。
【０１１０】
図１３は、補正点火時期マップの一例を示す。補正点火時期マップには、吸気弁１８の閉弁タイミングと、初爆トルクを一定とするために点火時期に施すべき補正量との関係が定められている。ECU４０は、このマップを記憶しており、上記ステップ１４４では、先ず、そのマップに従って点火時期の補正量が算出される。そして、上記ステップ１４０において設定した基本の点火時期に、その補正量を加えることにより、初爆気筒の点火時期を設定する。
【０１１１】
以後、ECU４０は、ステップ１１４の処理を経て今回の処理サイクルを終了させる。以上の処理によれば、吸気弁１８の閉弁タイミングを適宜設定することにより、目標空燃比を維持したまま自着火の発生を防止し、更に、点火時期を適切に補正することにより、初爆トルクのバラツキを抑えることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、エミッション特性、及び燃費特性に加えて、ドライバビリティをも良好に維持したまま、内燃機関１０を円滑に再始動させることができる。
【０１１２】
尚、上述した実施の形態３においては、ECU４０が、図１３に示すマップを記憶していることにより前記第７の発明における「点火時期規則記憶手段」が実現されている。また、ECU４０が、ステップ１４２の処理を実行することにより前記第７の発明における「始動時点火時期算出手段」が実現されている。更に、ECU４０が、ステップ１４４の処理で設定された点火時期を用いて初爆気筒の点火制御を行うことにより前記第７の発明における「点火時期制御手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】吸気上死点後のクランク角と、吸気下死点までに筒内に吸入される新気の量（吸気容積）との関係を示す図である。
【図３】ピストンの停止位置と圧縮前筒内ガス温度との関係を、冷却水温THWをパラメータとして示した図である。
【図４】始動時の実圧縮比εの下で自着火燃焼が生ずる領域と、点火燃焼が生ずる領域とを、初爆気筒に対する燃料噴射時間TAUと、圧縮前筒内ガス温度の２要素で表した図である。
【図５】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】実圧縮比εと圧縮前筒内ガス温度の２つをパラメータとして、目標空燃比の下で自着火燃焼が生ずる領域と、点火燃焼が生ずる領域とを示した図である。
【図７】本発明の実施の形態２で用いられる上限実圧縮比マップの一例を示す。
【図８】吸気弁の閉弁タイミングと、初爆気筒の実圧縮比εとの間に成立する関係を示す。
【図９】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２で用いられる吸気量マップの一例を示す。
【図１１】内燃機関の出力トルクが、筒内の充填効率（実圧縮比）と、点火時期とに応じて、それぞれ変化する様子を表したものである。
【図１２】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態３で用いられる補正点火時期マップの一例を示す。
【符号の説明】
【０１１４】
１０  内燃機関
１８  吸気弁
２０  可変動弁機構
３４  クランク角センサ
３６  水温センサ
４０  ECU（Electronic Control Unit）
【図１】
2010031693.tif 000003
【図２】
2010031693.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010031693.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010031693.tif 000008
【図７】
2010031693.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010031693.tif 000011
【図１０】
2010031693.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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