(57)【要約】【課題】内燃機関の始動時におけるエミッションの悪化を好適に抑制する。【解決手段】排気管２１８における三元触媒２２０の上流側に排気絞り弁２２１を有するエンジン２００を有するエンジンシステム１０において、ＥＣＵ１００は、始動制御を実行する。始動制御においては、スロットルバルブ２１０が全開状態であり、排気絞り弁２２１が全閉状態であり、吸気バルブ２１５と排気バルブ２１６とのオーバラップ量がゼロであり、燃料噴射が停止である所定の始動許可状態において、エンジン２００がクランキングされ、排気管２１８における排気絞り弁上流側の排気圧上昇区間における排気圧の上昇が図られる。続いて、排気圧上昇区間における排気圧が十分に上昇し、酸素濃度が十分に上昇したと判断された段階で燃料噴射が開始され、未燃ＨＣの後燃えが促進される。この未燃ＨＣの後燃えにより三元触媒２２０の昇温が促進される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射手段と、吸気通路に設置された吸気絞り弁と、排気通路に設置された排気絞り弁と、吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方の開弁特性を変化させることが可能な可変動弁装置とを有する内燃機関と、
該内燃機関のクランキングが可能なクランキング手段と、
前記排気通路に設置された触媒装置と
を備えた車両の始動制御装置であって、
前記内燃機関が、前記内燃機関の始動要求時に、前記吸気弁の開弁期間が前記排気弁の開弁期間と重複せず、前記吸気絞り弁が開弁し、前記排気絞り弁が閉弁し、且つ燃料の噴射が停止された所定の始動許可状態となるように、前記可変動弁装置、前記吸気絞り弁、前記排気絞り弁及び前記可変動弁装置のうち少なくとも一部を制御する第１制御手段と、
前記始動許可状態において前記クランキングが行われるように前記クランキング手段を制御する第２制御手段と、
前記始動許可状態におけるクランキングが所定の第１期間継続された後に前記燃料の噴射が開始されるように、前記燃料噴射手段を制御する第３制御手段と、
前記燃料の噴射により前記内燃機関が始動した後、所定の第２期間が経過した場合に開弁するように、前記排気絞り弁を制御する第４制御手段と
を具備することを特徴とする車両の始動制御装置。
【請求項２】
前記第３制御手段は、前記始動許可状態におけるクランキングが前記第１期間継続された場合として、前記内燃機関の機関回転速度が基準値以上となった場合又は前記内燃機関の吸入空気量の積算値が基準値以上となった場合に、前記燃料の噴射を開始させる
ことを特徴とする請求項１に記載の車両の始動制御装置。
【請求項３】
前記第１制御手段は、前記クランキングの開始後、所定の第３期間が経過した時点で前記排気絞り弁を閉弁させる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の始動制御装置。
【請求項４】
前記第３期間は、前記クランキングの開始時点から、前記クランキングにより吸入された新気が前記排気絞り弁に到達する時点までの期間に設定される
ことを特徴とする請求項３に記載の車両の始動制御装置。
【請求項５】
前記燃料の噴射が開始されるタイミングに相前後して前記吸気弁の開弁期間が前記排気弁の開弁期間と重複するように前記可変動弁装置を制御する第５制御手段を更に具備する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の車両の始動制御装置。
【請求項６】
前記第２期間が経過したか否かを前記内燃機関の機関回転速度、前記内燃機関の吸入空気量の積算値又は前記触媒装置の酸素吸蔵能Ｃｍａｘに基づいて判別する判別手段を更に具備し、
前記第４制御手段は、前記第２期間が経過した旨の判別がなされた場合に前記排気絞り弁を開弁させる
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の車両の始動制御装置。
【請求項７】
前記第４制御手段は、前記触媒装置の酸素吸蔵能Ｃｍａｘの大小が、開弁初期における開度又は開弁速度の大小に対応するように前記酸素吸蔵能Ｃｍａｘに応じて前記排気絞り弁の開度を開弁側に徐変させる
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の車両の始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気絞り弁及び可変動弁装置を備えた車両の始動制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、排圧上昇による排気温度の上昇を利用して始動後のＨＣ低減を図るものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたエンジンの昇温装置（以下、「従来の技術」と称する）によれば、スロットル弁を開き、排気絞り弁を閉じた状態で燃料噴射を停止して、排気温度が触媒活性温度に達するまで昇温運転Ｍ１が行われる。ここで、昇温運転Ｍ１とは、スタータモータによりクランクシャフトを回転駆動すると共に、膨張行程で排気弁を開弁し、ピストンが下降する吸気行程で吸気弁を開弁し、ピストン上昇行程である排気行程及び圧縮行程では吸排気弁の双方を閉弁する運転であり、排気行程で燃焼室の作動ガスが圧縮昇温され、排気上死点付近で吸気弁が開くことにより、燃焼室内の高温の作動ガスが吸気通路へ供給され、吸気系を昇温することが可能であるとされる。また、引き続く吸気行程ではピストンの下降に伴って燃焼室内に吸気通路の作動ガスが再び供給され、更に、引き続く圧縮行程で燃焼室内の作動ガスが圧縮昇温され、圧縮上死点付近で排気弁が開くことにより燃焼室内の高温な作動ガスが排気通路へ供給され、排気系が昇温するとされる。
【０００３】
尚、クランキング作動時に吸気弁を継続して開弁状態とし、排気弁又は排気絞り弁を継続して閉弁状態とする技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、吸気排気絞り弁とアイドルアップを用いた暖機促進装置を手動で操作できるシステムにおいて、始動後一定期間は手動スイッチの状態にかかわらず暖機促進装置を作動させるものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
更に、エンジン始動後、初爆までの期間は、排気絞り弁を閉じるものも提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２９９４０８号公報
【特許文献２】特開２００７−１８２８６９号公報
【特許文献３】特開平１１−１４８３７６号公報
【特許文献４】特開２００８−０６９６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エンジン始動時、特に冷間始動時においては、機関温度が低いために燃料の気化効率が低下し易く、燃料噴射量が増量されるため、燃焼室内は空燃比リッチな状態となる。従って、排気通路には、未燃状態の燃料成分の一種であるＨＣ（以下、適宜「未燃ＨＣ」と称する）が比較的多く排出される傾向にある。一方、排気通路には通常、触媒装置が設置され、触媒活性温度以上の温度領域においては、この種の未燃ＨＣを好適に浄化することが可能であるが、冷間始動時等、触媒装置の温度が十分に高くない場合には、係る未燃ＨＣは、触媒装置で浄化されることなく車外に排出される可能性がある。
【０００８】
この種の未燃ＨＣをエンジン始動時に確実に浄化させるためには、排気通路において係る未燃ＨＣを燃焼させる（所謂、「後燃え」である）のが有効な対策となる。排気通路における未燃ＨＣの後燃えを図る場合、排気通路がそれなりに高温である必要があるが、それに加えて、排気通路に未燃ＨＣの燃焼反応を促進するための余剰な酸素が必要となる。ところが、上述したように、始動時において燃焼室は空燃比リッチであり、必然的に排気通路も空燃比リッチである。従って、何らの対策も講じられなければ、エンジン始動時に排気通路に十分な酸素は存在せず、未燃ＨＣによるエミッションの悪化が回避され難い。
【０００９】
係る問題に対し、上記従来の技術を適用しようとした場合、エンジン始動以前（燃料噴射開始以前）に排気通路の昇温は好適に図られ得るから、触媒装置の早期の昇温は図られ得るものの、圧縮行程において排気通路から燃焼室へ作動ガスが戻される形となるため、肝心の排気通路の酸素濃度は一向に上昇しない。従って、未燃ＨＣを排気通路において燃焼させることは困難であり、エミッションの悪化が必ずしも十分に抑制されない。即ち、従来の技術には、排気通路での未燃ＨＣの燃焼が生じ難いことに起因して、始動時のエミッションが悪化しかねないという技術的な問題点がある。
【００１０】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の始動時におけるエミッションの悪化を好適に抑制可能な車両の始動制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明に係る車両の始動制御装置は、燃料噴射手段と、吸気通路に設置された吸気絞り弁と、排気通路に設置された排気絞り弁と、吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方の開弁特性を変化させることが可能な可変動弁装置とを有する内燃機関と、該内燃機関のクランキングが可能なクランキング手段と、前記排気通路に設置された触媒装置とを備えた車両の始動制御装置であって、前記内燃機関が、前記内燃機関の始動要求時に、前記吸気弁の開弁期間が前記排気弁の開弁期間と重複せず、前記吸気絞り弁が開弁し、前記排気絞り弁が閉弁し、且つ燃料の噴射が停止された所定の始動許可状態となるように、前記可変動弁装置、前記吸気絞り弁、前記排気絞り弁及び前記可変動弁装置のうち少なくとも一部を制御する第１制御手段と、前記始動許可状態において前記クランキングが行われるように前記クランキング手段を制御する第２制御手段と、前記始動許可状態におけるクランキングが所定の第１期間について継続された後に前記燃料の噴射が開始されるように、前記燃料噴射手段を制御する第３制御手段と、前記燃料の噴射により前記内燃機関が始動した後、所定の第２期間が経過した場合に開弁するように、前記排気絞り弁を制御する第４制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る車両の制御装置によれば、内燃機関が、その始動要求時（例えば、好適な一形態としては、車両停止時に人為的に各種イグニッションスイッチの操作がなされた場合、或いは内燃機関を始動させるべき旨が規定された何らかの制御条件が満たされた場合を指す。尚、後者には、動力源として内燃機関以外に例えばモータジェネレータ等の各種電動機を備えるハイブリッド車両において、例えば、電気走行モード或いはそれに類する走行モードで走行中に内燃機関を始動させるべき条件が満たされた場合等も含まれる）に、所定の始動許可状態となるように、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成される第１制御手段により、可変動弁装置、吸気絞り弁、排気絞り弁及び燃料噴射手段のうち少なくとも一部が直接的に又は間接的に制御される。
【００１３】
本発明に係る「始動許可状態」とは、少なくとも（１）吸気弁の開弁期間が排気弁の開弁期間と重複せず（即ち、各気筒について、吸気弁又は排気弁或いはその両方の開弁特性が、吸排気弁のバルブオーバラップが生じないように設定されている旨に相当する）、（２）吸気通路に設置された吸気絞り弁（好適な一形態として、所謂スロットル弁である）が開弁し、（３）排気通路に設置された排気絞り弁が閉弁し、且つ（４）燃料の噴射が停止されている内燃機関の一状態である。尚、始動要求時に内燃機関が始動許可状態に収束するに至るプロセスについては各種態様が存在し得る。例えば、始動要求時に、上記始動許可状態を規定する各部が、上記始動許可状態に該当する状態にない場合には、始動要求時にこれら全ての動作状態が制御されてもよいし（但し、始動要求はあくまで機関停止時に生じるものであるから、始動要求時において、少なくとも燃料噴射は高い確率で停止されている）、始動要求時に偶発的に係る始動許可状態が得られている場合には、これら各部に対する一切の制御がなされずともよい。また、第１制御手段は、必ずしも始動要求をトリガとして各部の制御を実行せずともよい。例えば、内燃機関の機関停止時において、来るべき始動要求に備えて内燃機関を始動許可状態で停止させてもよい。また、始動許可状態を得るに際しての各部の制御は、必ずしも同時又は略同時になされる必要はなく、また必ずしも時系列に沿って逐次連続的に実行される必要もない。
【００１４】
一方、本発明に係る車両の始動制御装置によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成される第２制御手段により、上記始動許可状態においてクランキングが行われるようにクランキング手段が制御される、また例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成される第３制御手段により、係る始動許可状態におけるクランキングが所定の第１期間について継続された後に燃料の噴射が開始されるように燃料噴射手段が制御される（尚、ディーゼルエンジン等の圧縮自着火式内燃機関でない限り、必然的に各種点火装置による点火を伴い得る）。更に、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成される第４制御手段により、係る燃料噴射により内燃機関が始動した後、所定の第２期間が経過した場合に排気絞り弁が開弁せしめられる。
【００１５】
本発明に係る「クランキング」とは、内燃機関の機関出力軸（好適には、クランク軸である）に対し、当該機関出力軸を強制的に回転させ得る駆動力を供給することを指す。従って、「クランキング手段」とは、少なくとも機関出力軸の駆動状態とは無関係に供給され得るエネルギ資源（端的には、バッテリ等然るべき電力源から供給される電気エネルギ）を消費することにより、機関出力軸に対しこの種の駆動力を付与可能な機構、装置或いはシステム等を包括する概念であって、好適な一形態として、スタータモータ及び該スタータモータを駆動する駆動装置等を含むスタータ装置の形態を採り得る。但し、車両が先述した如くハイブリッド車両である場合、動力の伝達態様如何によっては、動力源として機能し得る各種の電動機が、本発明に係るクランキング手段としての機能を併有していてもよい。
【００１６】
ここで、第２制御手段の作用は、あくまで上記始動許可状態においてクランキングが「行われるように」クランキング手段を制御するものであり、始動許可状態において内燃機関がクランキングされている状態が得られる限りにおいて、クランキングを開始するタイミング自体に実質的な制約はない。即ち、第２制御手段の動作と第１制御手段の動作とは、一方が他方に対し時系列上相前後していても、少なくとも一部が時系列上重複する時間領域においてなされてもよい。例えば、始動許可状態が得られたことを前提条件としてクランキングが開始されてもよいし（クランキングには上記エネルギ資源の消費を伴うから、エネルギ資源の効率的消費の観点からは、基本的にはこの態様が望ましい一形態である）、或いはクランキングの開始時点において排気絞り弁が開弁していてもよいし、吸気絞り弁が開弁していてもよいし、又はバルブオーバラップが生じるように吸排気弁の開弁特性が設定されていてもよい趣旨である。
【００１７】
始動許可状態においてクランキングが行われると、吸気行程において、新気が、開弁状態にある吸気絞り弁（尚、始動許可状態における吸気絞り弁の開度は、少なくとも実践上十分な新気を燃焼室内に供給し得るように予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて決定されているのが望ましい。或いは、吸気絞り弁は、始動許可状態において全開或いはそれに類する開度に制御されてもよい）を介して吸気通路から気筒内に吸入される。この吸入された新気（即ち、吸入空気）は、燃料の噴射が停止されているため、圧縮行程及び膨張行程を経て、排気行程において排気通路にそのまま排出されるが、始動許可状態において、吸排気弁の開弁時期は、開弁期間が重複しないように、即ちオーバラップが生じないように設定されているから、排気行程において、気筒内部或いは排気通路から吸気通路へのガスの吹き返しが生じることはなく、気筒内部に存在する新気は、理論的には全量が排気通路へ排出される。
【００１８】
一方で、排気通路に設置された排気絞り弁は閉弁状態にあり、この時点で排気絞り弁下流側には気体の流れは形成されない。従って、始動許可状態においてクランキングが継続される限り、排気弁から排気絞り弁に至る排気通路の一区間には新気が常時押し込まれる形となり、当該区間の排気圧は経時的に上昇し、同時に当該区間の気体密度が、経時的に上昇する。尚、これ以降、この区間を適宜「排気圧上昇区間」と称することとする。この排気圧上昇区間の容積は決まっているから、この気体密度の上昇に伴い、排気圧上昇区間における酸素濃度は、その上昇速度は可変であるにせよ基本的に上昇する。また、新気は圧縮行程において昇温され、排気圧上昇区間に圧縮充填される際にも昇温し得るから、排気圧上昇区間に充填された気体（ほぼ新気である）の温度は、単に自然吸気がなされる場合と較べて高くなっている。
【００１９】
ここで、始動要求時、特に冷間始動要求時には、吸気通路及び燃焼室の温度は、暖機完了後のこれらの温度と比較して低い。このため、燃料が、吸気ポート等吸気通路に噴射されるにせよ、燃焼室に直接噴射されるにせよ、燃料の霧化は阻害され易い傾向にある。従って、第３制御手段により燃料の噴射が開始された場合、初爆時を含む始動初期において、比較的未燃ＨＣを多く含む排気（即ち、空燃比リッチな排気）が、排気通路における上記排気圧上昇区間に流入することになる。
【００２０】
一方、第３制御手段により燃料噴射が開始され、内燃機関が始動した（初爆を迎えた）段階では、第４制御手段により排気絞り弁は未だ閉弁状態にある。この内燃機関の始動後排気絞り弁が閉弁している期間においては、排気は少なくとも車両外に排出されることはない。即ち、未燃ＨＣを比較的多量に含む始動直後を含む始動初期の排気は、排気圧上昇区間に一時的に滞留する形となる。先に述べたように、この排気圧上昇区間には、少なくとも始動許可状態におけるクランキングがなされない場合と較べて、明らかに潤沢な酸素が存在しており、この潤沢に存在する酸素によって、未燃ＨＣの酸化燃焼、即ち後燃えが促進される。未燃ＨＣの後燃えは、それ自体、排気の浄化に繋がるから、第４制御手段により排気絞り弁が開弁せしめられた際の排気エミッションの悪化抑制に貢献する。
【００２１】
他方、排気通路には触媒装置が設置されている。従って、排気絞り弁が触媒装置の上流側に設置されるにせよ下流側に設置されるにせよ、未燃ＨＣの後燃えにより、触媒装置の昇温が促進される。このため、第３制御手段及び第４制御手段により、上記直接的なエミッションの悪化抑制効果に加えて、触媒装置の早期活性化による間接的なエミッションの悪化抑制効果を得ることが可能となる。尚、触媒装置の早期活性を図る目的から言えば、排気絞り弁は、好適には触媒装置下流側に設置される。即ち、この場合、上記排気圧上昇区間に触媒装置が設置されることになり、未燃ＨＣの後燃えが開始される以前にも触媒装置の昇温は好適に促進され、未燃ＨＣの後燃えによる際立った昇温効果を得ることができる。また、この場合、排気圧上昇区間の容積が比較的大きくなるため、排気圧上昇区間に、未燃ＨＣの酸化燃焼に供し得る十分な量の酸素を保持することが比較的簡便にして可能となる。
【００２２】
このように、本発明に係る車両の始動制御装置によれば、始動許可状態において内燃機関がクランキングされ、排気通路における排気圧上昇区間において排気圧を上昇させ潤沢な酸素を溜め込むことが可能となるため、内燃機関の始動期間（始動時点を含む相応の期間）における、未燃ＨＣの後燃えが促進され、最終的に排気絞り弁を開弁させた場合（好適な一形態として、始動完了時点として扱われ得る）のエミッションの悪化が好適に抑制される。即ち、内燃機関を始動させる際のエミッションの悪化を好適に抑制することが可能となるのである。
【００２３】
尚、第３制御手段の動作に係る第１期間、及び第４制御手段に係る第２期間は、夫々例えば予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて、この種の制御がなされない場合と較べて幾らかなりエミッションの悪化抑制効果を得られるように適宜定められ得る適合値であってよい。
【００２４】
例えば、第１期間は、排気圧上昇区間の排気圧が、未燃ＨＣの後燃えが相応の期間にわたって十分に生じ得る程度の酸素量が確保されたと推定される程度に上昇するまでの期間として設定されていてもよい。或いは、例えば未燃ＨＣの後燃えを十分に進行させ得る程度の酸素濃度が担保される範囲で（例えば、始動後の排気通路の空燃比として、例えば、Ａ／Ｆ＝２０前後のリーン空燃比が得られる範囲で）可及的に短く設定されていてもよい。また、理論的に言えば、始動許可状態におけるクランキングにより吸気行程及び排気行程が一回でもなされれば、その分排気圧上昇区間における排気圧は上昇し、酸素濃度が上昇するから、燃料噴射の開始タイミングを規定する第１期間は、広範な時間領域で設定可能である。また、第１期間は、必ずしも時間値そのものとして規定されている必要はなく、排気圧上昇区間における排気圧と相関する他の物理量、制御量又は指標値等により代替的に規定されていてもよい。
【００２５】
同様に、第２期間は、触媒装置が、本来期待される排気浄化性能が担保される程度に昇温するまでの期間として設定されていてもよい。また、第２期間は、必ずしも時間値そのものとして規定されている必要はなく、触媒装置の昇温の度合い（即ち、暖機の進行の度合い）と相関する他の物理量、制御量又は指標値により代替的に規定されていてもよい。
【００２６】
以上説明したように、本発明は、排気絞り弁と可変動弁装置との協調制御により、排気絞り弁上流側の排気通路の一部たる排気圧上昇区間に新気を多量に含む気体を充填させ当該区間における酸素濃度を上昇させる旨の技術思想を具現化し得る点に着眼してなされたものであり、当該区間を限定的に空燃比リーンな状態とすることによって、燃料の壁面付着や燃料の霧化阻害等始動時に生じる各種要因により燃焼室内が必然的に空燃比リッチであっても、排気中の未燃ＨＣを好適に酸化燃焼させ且つ触媒装置の早期昇温を図ることが可能になるといった、実践上極めて高い利益を提供するものである。
【００２７】
本発明に係る車両の始動制御装置の一の態様では、前記第３制御手段は、前記始動許可状態におけるクランキングが前記第１期間継続された場合として、前記内燃機関の機関回転速度が基準値以上となった場合又は前記内燃機関の吸入空気量の積算値が基準値以上となった場合に、前記燃料の噴射を開始させる。
【００２８】
機関回転速度も吸入空気量の積算値も、上記排気圧上昇区間における排気圧の上昇の度合い（即ち、気体密度の上昇の度合いであり、酸素濃度の上昇の度合いである）を規定し得る指標値として好適であり、これらを判断指標として用いることにより、燃料噴射開始のタイミングを最適化することが可能となる。
【００２９】
本発明に係る車両の始動制御装置の他の態様では、前記第１制御手段は、前記クランキングの開始後、所定の第３期間が経過した時点で前記排気絞り弁を閉弁させる。
【００３０】
この態様によれば、クランキングの開始時点において排気絞り弁は開弁状態にある。ここで、クランキングの開始時点では、燃焼室及び排気通路には、内燃機関の従前の運転条件を反映した残留ガスが残留しており、少なくとも新気に対して酸素濃度は低下した状態にある。従って、排気絞り弁をクランキングの開始以後暫時（即ち、第３期間が経過するまで）開弁しておくことにより、排気通路の酸素濃度をより向上させることが可能となり、未燃ＨＣの後燃えを一層促進することが可能となる。
【００３１】
尚、この態様では、前記第３期間は、前記クランキングの開始時点から、前記クランキングにより吸入された新気が前記排気絞り弁に到達する時点までの期間に設定されてもよい。
【００３２】
このように、第３期間が、クランキングの開始時点から新気が排気絞り弁に到達する時点までの期間に設定された場合、残留する気体をほぼ全量排出しつつ可及的に早期に燃料の噴射を開始することが可能となるため好適である。
【００３３】
本発明に係る車両の始動制御装置の他の態様では、前記燃料の噴射が開始されるタイミングに相前後して前記吸気弁の開弁期間が前記排気弁の開弁期間と重複するように前記可変動弁装置を制御する第５制御手段を更に具備する。
【００３４】
この態様によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成される第５制御手段により、燃料の噴射開始に相前後して吸排気弁の開弁期間がオーバラップするように吸気弁又は排気弁或いはその両方の開弁時期が制御される。
【００３５】
この態様によれば、燃料の噴射開始に相前後して（好適には、同時又は略同時に）吸気弁又は排気弁或いはその両方の開弁時期が、吸排気弁にオーバラップ期間が生じるように制御される。このため、吸気行程において、燃焼室或いは排気系からのガスの吹き返しが発生し、燃料の霧化が促進され、始動時の燃焼性能を向上させることが可能となる。従って、未燃ＨＣの発生量自体を低減することが可能となる。
【００３６】
ここで特に、単に吸排気弁をオーバラップさせたのみでは、始動時のように極低回転（例えば１００ｒｐｍ前後）の回転領域では吸気通路に十分な負圧が発生しない。このため、吸気通路へのガスの吹き返しはほとんど発生することがないが、本発明によれば、排気絞り弁が閉弁されており、排気通路側に高い排気圧が確保されているため、吸排気通路間の圧力差が大きくなって、バルブオーバラップ期間において吸気通路へのガスの吹き返しが好適に発生するのである。とりわけ、排気絞り弁が触媒装置下流側に設置されていれば、係る高い排気圧が確保される排気圧上昇区間の容積は十分に大きくなるため、係る吹き返し効果はより顕著となる。また、この場合、始動一サイクル目で完爆状態が得られずとも、ガスの吹き返し効果が相応に長期にわたって継続し得るため、より効果的である。
【００３７】
本発明に係る車両の始動制御装置の他の態様では、前記第２期間が経過したか否かを前記内燃機関の機関回転速度、前記内燃機関の吸入空気量の積算値又は前記触媒装置の酸素吸蔵能Ｃｍａｘに基づいて判別する判別手段を更に具備し、前記第４制御手段は、前記第２期間が経過した旨の判別がなされた場合に前記排気絞り弁を開弁させる。
【００３８】
この態様によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成される判別手段により、機関回転速度、吸入空気量又は触媒装置の酸素吸蔵能Ｃｍａｘに基づいて、第２期間が経過したか否かが判別され、例えばこれらが予め設定された基準値以上である場合等に、第４制御手段が排気絞り弁を開弁させる。機関回転速度、吸入空気量及び酸素吸蔵能Ｃａｍｘは、触媒装置の暖機状態を判断する指標値として好適であり、この態様によれば、第２期間を最適に設定することが比較的容易にして可能となる。
【００３９】
本発明に係る車両の始動制御装置の他の態様では、前記第４制御手段は、前記触媒装置の酸素吸蔵能Ｃｍａｘの大小が、開弁初期における開度又は開弁速度の大小に対応するように前記酸素吸蔵能Ｃｍａｘに応じて前記排気絞り弁の開度を開弁側に徐変させる。
【００４０】
触媒装置の酸素吸蔵能Ｃｍａｘは、触媒装置における未燃ＨＣの酸化燃焼反応の進行速度を規定する。即ち、酸素吸蔵能Ｃｍａｘが相対的に小さければ、触媒装置は相対的に劣化状態にあり、未燃ＨＣの酸化燃焼反応速度は相対的に低下するし、酸素吸蔵能Ｃｍａｘが相対的に大きければ、触媒装置は相対的に非劣化状態にあり、未燃ＨＣの酸化燃焼反応速度は相対的に上昇する。このため、酸素吸蔵能Ｃｍａｘに応じて排気絞り弁を開弁させる際の初期開度或いは開弁速度を制御することにより、エミッションの悪化を招来しない範囲で可及的に早期に内燃機関の始動を完了させることが可能となる。
【００４１】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
＜発明の実施形態＞
以下に、適宜図面を参照する形で、本発明の車両の始動制御装置に係る実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照し、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００４３】
図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ１００、エンジン２００及びスタータ３００を備える。
【００４４】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ等を備え、エンジンシステム１０の各部の動作を制御することが可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「車両の始動制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述する始動制御を実行可能に構成されている。尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「第１制御手段」、「第２制御手段」、「第３制御手段」及び「第４制御手段」の夫々一例として機能するように構成された一体の電子制御ユニットであり、これら各手段に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００４５】
エンジン２００は、気筒２０１内において燃焼室に点火プラグ（符号省略）の一部が露出してなる点火装置２０２による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクティングロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換可能に構成された、本発明に係る「内燃機関」の一例である。このクランクシャフト２０５の近傍には、クランクシャフト２０５の回転状態を表すクランク角を検出するためのクランクポジションセンサ２０６が設置されている。クランクポジションセンサ２０６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２０６によって検出されたクランク角に基づいてピストン２０３の位置を把握し、エンジン２００の各種動作タイミングの制御に利用する構成となっている。また、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２０６によって検出されたクランク角を時間処理することによって、エンジン２００の機関回転数ＮＥを算出可能に構成されている。
【００４６】
以下、エンジン２００の更なる詳細な構成を、その動作と共に説明する。尚、本実施形態において、エンジン２００は、直列４気筒エンジンであり、本来、図１において、紙面と垂直な方向に４本の気筒が直列に配置されているが、紙面及び説明の煩雑化を防ぐ目的から、ここでは、一の気筒についてのみ説明することとする。
【００４７】
図１において、外部から吸入された空気（即ち、吸入空気）は、吸気管２０７を通過する過程においてエアクリーナ２０８により不純物が濾過される。エアクリーナ２０８の後段には、ホットワイヤ式のエアフローメータ２０９が設置されており、吸入空気の質量流量（以下、適宜「吸入空気量」と称する）を直接検出可能に構成されている。このエアフローメータ２０９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された吸入空気量は、ＥＣＵ１００によって一定又は不定のタイミングで参照される構成となっている。
【００４８】
吸気管２０７におけるエアフローメータ２０９の下流側には、開閉状態に応じて気筒２０１内部へ流入する吸入空気の量を調節可能なスロットルバルブ２１０が配設されている。スロットルバルブ２１０は、本発明に係る「吸気絞り弁」の一例である。スロットルバルブ２１０の開度たるスロットル開度は、スロットルポジションセンサ２１１によって検出され、スロットルポジションセンサ２１１と電気的に接続されたＥＣＵ１００によって一定又は不定のタイミングで参照される構成となっている。また、スロットル開度は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されたスロットルバルブモータ２１３によって可変に制御される構成となっており、スロットルバルブ２１０は、所謂電子制御式スロットルバルブを構成している。
【００４９】
インジェクタ２１４は、吸気管２０７から連なる吸気ポート２１３に燃料を噴射可能に構成された、本発明に係る「燃料噴射手段」の一例たる電子制御式の燃料噴射装置である。燃料は、不図示の燃料タンクに貯留されており、不図示の低圧ポンプの作用により不図示のデリバリパイプを介してインジェクタ２１４に圧送供給されている。インジェクタ２１４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によって制御される通電時間に応じた開弁時間だけ、吸気ポート２１３に露出した燃料噴射弁が開弁する構成となっている。インジェクタ２１４から噴射された燃料は、吸気ポート２１３において吸入空気と混合され、前述した混合気となる。
【００５０】
尚、本発明に係る燃料噴射手段は、インジェクタ２１４のような所謂吸気ポートインジェクタの構成を採らずともよく、例えば、燃料の圧力を高圧ポンプによって昇圧せしめ、高温高圧の気筒２０１内部へ燃料を直接噴射することが可能に構成された、所謂直噴インジェクタ等の形態を有していてもよい。
【００５１】
気筒２０１内部と吸気ポート２１３とは、吸気バルブ２１５の開閉によってその連通状態が制御されている。気筒２０１内部で燃焼した混合気たる排気は、吸気バルブ２１５の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１６を通過し、排気ポート２１７に排出される構成となっている。排気ポート２１７は排気管２１８に連通しており、排気ポート２１７を通過した排気は、排気管２１８及び排気管２１８に設置された三元触媒２２０等を介して車外へ排出される。
【００５２】
三元触媒２２０は、エンジン２００の排気中に含まれるＮＯｘを還元し、ＮＯｘの還元により生じた酸素を一時的に吸蔵すると共に、吸蔵した酸素により排気中に含まれるＨＣ及びＣＯを酸化することによって、排気を浄化可能に構成された、本発明に係る「触媒装置」の一例である。
【００５３】
一方、排気管２１８には、エンジン２００における燃料の燃焼に際した空燃比を検出することが可能な空燃比センサ２１９が設置されており、検出された空燃比は、空燃比センサ２１９と電気的に接続されたＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。また、気筒２０１を収容するシリンダブロックにおけるウォータージャケット内には、エンジン２００の冷却水温を検出するための水温センサ２２３が配設されている。水温センサ２２３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたエンジン２００の冷却水温は、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００５４】
ここで、排気管２１８における三元触媒２２０の下流側には、排気絞り弁２２１が設置されている。排気絞り弁２２１は、排気管２１８内部で開閉可能に構成されており、開閉状態が、排気絞り弁２１８の上下流を全面的に連通させる全開状態（尚、係る全開状態に対応する開度を１００（％）とする）と排気絞り弁２１８の上下流の連通を完全に遮断する全閉状態（尚、係る全閉状態に対応する開度を０（％）とする）との間で連続的に変化し得る構成となっている。排気絞り弁２２１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、ＥＣＵ１００によりその動作状態が制御されるアクチュエータ２２２から供給される駆動力に応じてその開度が変化する構成となっている。
【００５５】
吸気バルブ２１５の開弁特性のうち、リフト量と作用角は、基本的にクランクシャフ２０５に連動して回転する吸気カムシャフト２２４に回転可能に設けられた断面視楕円形状を有する吸気カム２２５のカムプロフィールによって決定される。ここで、本実施形態では特に、吸気カム２２５と吸気カムシャフト２２４との相対的な回転位相が、吸気カム２２５に連結された吸気カム用アクチュエータ２２６によって自由に変更可能である。吸気カム用アクチュエータ２２６は、図示せぬ電源ユニットを電力源とする電動アクチュエータであり、吸気カム２２５に対し、吸気カム２２５を吸気カムシャフト２２４に対し相対的に進角、遅角又は固定させるための駆動力を付与可能に構成された、本発明に係る「可変動弁装置」の一例である。
【００５６】
このため、エンジン２００では、吸気カム２２５のカムプロフィールに何ら制約を受けることなく、吸気バルブ２１５のリフト量、作用角、開弁時期及び閉弁時期を自由に決定することができる。吸気カム用アクチュエータ２２６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、吸気バルブ２１５におけるリフト量、作用角、開弁時期及び閉弁時期を含む開弁特性は、吸気カム用アクチュエータ２２６を介してＥＣＵ１００により制御される構成となっている。尚、吸気バルブ２１５の開弁特性を制御するためのこのような駆動機構は、所謂カムバイワイヤと称される電気的なカム駆動機構の一例となっている。
【００５７】
排気バルブ２１６の開弁特性のうち、リフト量と作用角は、基本的にクランクシャフ２０５に連動して回転する排気カムシャフト２２７に回転可能に設けられた断面視楕円形状を有する排気カム２２８のカムプロフィールによって決定される。ここで、本実施形態では特に、排気カム２２８と排気カムシャフト２２７との相対的な回転位相が、排気カム２２８に連結された排気カム用アクチュエータ２２９によって自由に変更可能である。排気カム用アクチュエータ２２９は、吸気カム用アクチュエータ２２６と同様に図示せぬ電源ユニットを電力源とする電動アクチュエータであり、排気カム２２８に対し、排気カム２２８を排気カムシャフト２２７に対し相対的に進角、遅角又は固定させるための駆動力を付与可能に構成された、本発明に係る「可変動弁装置」の他の一例である。
【００５８】
このため、エンジン２００では、排気カム２２８のカムプロフィールに何ら制約を受けることなく、排気バルブ２１６のリフト量、作用角、開弁時期及び閉弁時期を自由に決定することができる。排気カム用アクチュエータ２２９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、排気バルブ２１６におけるリフト量、作用角、開弁時期及び閉弁時期を含む開弁特性は、排気カム用アクチュエータ２２９を介してＥＣＵ１００により制御される構成となっている。尚、排気バルブ２１６の開弁特性を制御するためのこのような駆動機構は、所謂カムバイワイヤと称される電気的なカム駆動機構の一例となっている。
【００５９】
尚、吸気バルブ２１５及び排気バルブ２１６の開弁特性を制御するための機構は、上述したものに限定されない。例えば、吸気バルブ２１５（以下、特に断りのない限り、排気バルブ２１６についても同様に適用可能であるとする）をソレノイド等の電磁石による電磁力によって開閉させる、公知の電磁駆動弁或いはそれに類する動弁機構が採用されてもよい。この場合、例えばソレノイドの電磁力を可変に制御することによって、開弁時期、閉弁時期、リフト量、作用角及び開閉速度等、開閉特性を自由に且つ高速に制御することが可能である。また、吸気バルブ２１５は、ハウジング内に回動可能に収容されてなるベーンロータに固定されたベーンを、進角室及び遅角室夫々に加えられる作動油の油圧により適宜進角側又は遅角側に回動させ、ベーンロータに連結された吸気カムシャフトをクランクシャフトに対し相対的に進角又は遅角させることによって吸気バルブ２１５のバルブタイミング（即ち、上述した開弁時期と閉弁時期とを包括する概念であり、開弁時期と作用角によって規定されてもよい）をベーンロータの可動範囲で連続的に可変とするＶＶＴ（Variable Valve Timing）等公知の油圧動弁機構が採用されてもよい。但し、この種の油圧動弁機構が採用される場合、作動油の油圧を制御する油圧ポンプは、エンジン２００の回転に伴って生じる機械的な駆動力に関係なく駆動可能な電動ポンプ等であるのが望ましい。
【００６０】
スタータ３００は、エンジン２００をクランキング可能に構成された、本発明に係る「クランキング手段」の一例たる始動装置である。スタータ３００は、クランクシャフト２０５に連結されたフライホイールと連結されたスタータモータ、該スタータモータに通電可能な通電装置及び当該スタータモータと当該フライホイール等とを連結する各種ギア装置等から構成される公知のエンジン始動装置である。スタータ３００において、通電装置は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によってその動作状態が制御される構成となっている。
【００６１】
＜実施形態の動作＞
本実施形態に係るエンジンシステム１０では、ＥＣＵ１００により実行される始動制御によって、始動時のエミッションの悪化を抑制しつつエンジン２００を始動させることが可能となっている。ここで、図２を参照し、本実施形態の動作として、係る始動制御の詳細について説明することとする。ここに、図２は、始動制御のフローチャートである。
【００６２】
図２において、ＥＣＵ１００は、車両に備わるイグニッションキーの操作に連動したイグニッション信号（図示ＩＧ）がオン状態にあるか否かを判別する（ステップＳ１０１）。イグニッション信号がオフ状態である場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、始動処理は一旦終了し、所定のインタバルを経て再びステップＳ１０１が実行される（尚、このプロセスをこれ以降適宜「リターン処理」と称することとする）。
【００６３】
イグニッション信号がオン状態にある場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、始動制御が完了したか否かを規定する始動制御完了フラグＸＥＸＣが、始動制御が未完了であることを表す「０」であるか否かを判別する（ステップＳ１０２）。始動制御完了フラグＸＥＸＣが、始動制御が完了した旨を規定する「１」に設定されている場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、先述のリターン処理を実行する。尚、イグニッション信号がオン状態にある場合とは、本発明に係る「始動要求時」の一例である。
【００６４】
始動制御完了フラグＸＥＸＣが「０」に設定されている場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、スロットルバルブ２１２の駆動制御を介してスロットルバルブ２１０を全開状態とする（ステップＳ１０３）。尚、スロットルバルブ２１０は、必ずしも全開状態にされずともよく、クランキング時に十分な吸入空気量が担保され、且つクランキング時に吸気絞りによるポンピングロスが顕在化しないように適合された中間状態を採ってもよい。スロットルバルブ２１０の駆動制御を開始すると、次に、ＥＣＵ１００は、アクチュエータ２２２の駆動制御を介して排気絞り弁２２１を閉弁する（ステップＳ１０４）。更に、ＥＣＵ１００は、吸気カム用アクチュエータ２２６及び排気カム用アクチュエータ２２９の駆動制御を介して、吸気バルブ２１５及び排気バルブ２１６相互間の開弁期間の重複量たるオーバラップ量ＯＢＬをゼロに（即ち、オーバラップしないように）制御する（ステップＳ１０５）。
【００６５】
次に、ＥＣＵ１００は、エンジン２００が始動許可状態となったか否かを判別する（ステップＳ１０６）。ここで、始動許可状態とは、インジェクタ２１４を介した燃料噴射が停止状態にあり、スロットルバルブ２１０が全開状態にあり、排気絞り弁２２１が全閉状態にあり、且つオーバラップ量ＯＢＬがゼロである状態を指す。即ち、ステップＳ１０６に係る始動許可状態とは、本発明に係る「始動許可状態」の一例である。尚、インジェクタ２１４を介した燃料噴射は、ステップＳ１０１の実行時点で既に停止している。ここで、ステップＳ１０３乃至ステップＳ１０５の処理は、夫々制御対象の制御を開始することを意味しており、スロットルバルブ２１０、排気絞り弁２２１及び吸気カム用アクチュエータ２２６及び排気カム用アクチュエータ２２９の駆動制御は、適宜並列処理として行われる。即ち、ステップＳ１０６では、これら全ての駆動制御が終了したか否かが判別されるのである。
【００６６】
始動許可状態が得られていない場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、エンジン２００が始動許可状態に移行するまで処理を待機し、エンジン２００が始動許可状態に移行すると（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、スタータ３００の駆動制御を介してエンジン２００のクランキングを開始する（ステップＳ１０７）。クランキングを開始すると、ＥＣＵ１００は、クランキング開始時点からの経過時間たるクランキング時間Ｔｋｒが、判断基準値Ａ１を超えたか否かを判別する（ステップＳ１０８）。クランキング時間Ｔｋｒが判断基準値Ａ１に達さない間（ステップＳ１０８：ＮＯ）は、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１０８で待機させ、クランキング時間Ｔｋｒが判断基準値Ａ１に達すると（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２１４の駆動制御を介して吸気ポート２１３に対する燃料噴射を開始する（ステップＳ１０９）。即ち、判断基準値Ａ１は、本発明に係る「第１期間」を規定する値の一例である。
【００６７】
ここで、始動許可状態においてクランキングがなされると、吸気行程において開弁状態の吸気バルブ２１５を介して気筒２０１内部に吸入された吸入空気が、圧縮行程及び膨張行程を経て、排気行程において開弁状態の排気バルブ２１６を介して排気管２１８に排出される。この際、吸排気バルブのオーバラップ量ＯＢＬはゼロに制御されているため、吸気行程において気筒２０１内部及び排気管２１８からガスの吹き返しが生じることはなく、気筒２０１内部の吸入空気は、ほぼ全量が排気管２１８に排出される。
【００６８】
一方で、排気絞り弁２２１は全閉状態にあり、排気管２１８に排出された吸入空気は、排気絞り弁２２１よりも下流側への流通が遮断される。このため、クランキングが継続される程、排気管２１８における排気絞り弁２２１上流側の区間（即ち、上述した排気圧上昇区間の一例であり、これ以降、適宜「排気圧上昇区間」と称する）における排気圧は上昇する。
【００６９】
クランキング時間Ｔｋｒに対し設定される判断基準値Ａ１とは、この排気圧上昇区間における排気圧が、後述する未燃ＨＣの後燃え処理を十分に惹起し得る程度に上昇したと判断される時間値として、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて決定されている。
【００７０】
尚、本実施形態では、本発明に係る「第１期間」が、固定値たる判断基準値Ａ１により一義に規定されるが、第１期間が、好適には排気圧上昇区間における排気圧によって規定されるべき点に鑑みれば、排気圧の上昇度合いを規定するエンジン２００の各種指標値により係る第１期間が規定されてもよい。例えば、クランキング状態における機関回転速度ＮＥが、上記排気圧が達成された旨に相当する基準値に達したことをもって、第１期間が経過した旨の判別がなされてもよいし、エアフローメータ２０９により検出される吸入空気量の積算値が、上記排気圧が達成された旨に相当する基準値に達したことをもって、第１期間が経過した旨の判別がなされてもよい。
【００７１】
燃料噴射が開始されると、ＥＣＵ１００は、燃料噴射開始時点からの経過時間たる噴射時間Ｔｉｎｊが、判断基準値Ｂ１を超えたか否かを判別する（ステップＳ１１０）。噴射時間Ｔｉｎｊが判断基準値Ｂ１に達さない場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は処理を待機状態に制御すると共に、噴射時間Ｔｉｎｊが判断基準値Ｂ１に達した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、排気絞り弁２２１を全開状態に制御する（ステップＳ１１１）。即ち、判断基準値Ｂ１は、本発明に係る「第２期間」を規定する値の一例である。
【００７２】
ここで、排気圧上昇区間において排気圧が上昇した場合、排気圧上昇区間における気体密度が上昇する。排気圧上昇区間に充填される気体とは即ち酸素を好適に含む吸入空気であり、排気圧上昇区間において十分な排気圧上昇が得られた時点（即ち、クランキング時間が判断基準値Ａ１に達した時点）において、排気圧上昇区間には潤沢な酸素が存在している。従って、排気絞り弁２２１が全閉状態にある期間において燃料噴射が継続されると、燃焼室内は空燃比リッチ（始動時の燃料噴射量増量制御等が介入するため）となるのに対し、排気管２１８の排気圧上昇区間は空燃比リーンとなる。また、排気圧上昇区間において吸入空気は加圧された状態にあるため、その温度は外気よりも高い状態にある。
【００７３】
このため、排気圧上昇区間では、空燃比リッチな燃焼室内部から排出される未燃ＨＣの酸化燃焼、所謂未燃ＨＣの後燃えが促進される。この未燃ＨＣの後燃えは、排気圧上昇区間が、三元触媒２２０を含む比較的容量の大きい区間であることにも起因して、十分な長きにわたって継続し得る。このため、排気通路２１８、特にこの排気圧上昇区間の温度は、短時間で急激に上昇する。この際、三元触媒２２０は排気圧上昇区間に設置されており、この温度上昇に伴い、三元触媒２２０の昇温も促進される。その結果、三元触媒２２０は、この種の過給圧上昇区間における未燃ＨＣの後燃えが生じない場合と較べて短期にその触媒活性温度領域に到達する。即ち、三元触媒２２０の暖機が完了する。
【００７４】
噴射時間Ｔｉｎｊに対し設定される判断基準値Ｂ１とは、この排気圧上昇区間における未燃ＨＣの後燃えにより、三元触媒２２０が触媒活性温度領域に到達したと判断され得る時間値として、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて決定されている。
【００７５】
噴射時間Ｔｉｎｊが判断基準値Ｂ１に達し、排気絞り弁２２１が全開状態とされると、ＥＣＵ１００は、始動制御完了フラグＸＥＸＣを、始動制御が完了したことを意味する「１」に設定し（ステップＳ１１２）、リターン処理を実行する。即ち、これ以降は、エンジン２００が稼動状態にある限り、ステップＳ１０２に係る判断分岐が「ＮＯ」となるため、始動制御は実質的に発効しない状態となる。始動制御は、以上のようにして行われる。
【００７６】
以上説明したように、本実施形態に係る始動制御によれば、燃料噴射が停止され、スロットルバルブ２１０が全開とされ、排気絞り弁２２１が全閉とされ、吸排気バルブのオーバラップがゼロとされた状態として規定される始動許可状態においてエンジン２００のクランキングがなされ、排気管２１８における排気絞り弁２２１上流側の排気圧上昇区間の酸素濃度を上昇させた状態でエンジン２００の始動（即ち、燃料噴射及びそれに伴う点火制御）が実行される。このため、始動初期において排気に比較的多量に含まれる未燃ＨＣを係る排気圧上昇区間において後燃えさせ、排気の浄化を図ることが可能となる。また、この未燃ＨＣの後燃えにより、排気圧上昇区間に設置された三元触媒２２０の昇温を促進することができるため、三元触媒２２０を早期に触媒活性状態とすることができる。この際、排気絞り弁２２１は、三元触媒２２０が触媒活性状態に達したことをもって開弁されるため、排気エミッションの悪化は好適に抑制されるのである。
＜第２実施形態＞
次に、図３を参照し、本発明の第２実施形態に係る始動制御について説明する。ここに、図３は、第２実施形態に係る始動制御のフローチャートである。尚、同図において、図２と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【００７７】
図３において、クランキング時間Ｔｋｒが判断基準値Ａ１を超えると、ＥＣＵ１００は、吸排気バルブのオーバラップ量を拡大させる（ステップＳ２０１）。オーバラップ量を拡大させると、ＥＣＵ１００は、燃料噴射を開始し（ステップＳ１０９）、第１実施形態と同様に処理を進行させる。
【００７８】
ここで、吸排気バルブのオーバラップ量を拡大させた状態、即ち、排気行程において排気バルブ２１６の開弁中に吸気バルブ２１５を幾らかなり開弁させた状態（従前のオーバラップ量はゼロであり、「拡大させる」とは結局、幾らかなりオーバラップを生じさせることを指す）で燃料噴射を開始すると、排気行程において、気筒２０１内部及び排気管２１８からのガスの吹き返しが発生する。ここで、排気圧上昇区間に滞留するガスは、吸入空気に対して高温であり、係るガスの吹き返しにより、吸気ポート２１３における燃料の気化が促進される。そのため、エミッションの悪化が更に抑制される。
【００７９】
ここで特に、クランキング時のようにエンジン２００の極低回転領域（例えば、８０ｒｐｍ程度）では、吸気管２０７に負圧は殆ど発生しない。従って、単に吸排気バルブのオーバラップを設けただけでは、吸気管２０７へのガスの吹き返し効果を得ることができない。それに対し、本実施形態では、排気絞り弁２２１の作用により排気圧上昇区間の排気圧が上昇しており、吸気管負圧がほぼ大気圧に等しいとしても、圧力差が十分に大きくなって、ガスの吹き返し効果が生じるのである。即ち、係るオーバラップの拡大は、始動許可状態におけるクランキングが行われることによって、その効果が顕著に現れるのである。また、この吹き返し効果は、排気圧上昇区間の容積が十分に大きいことに起因して、燃料噴射開始後暫時の期間について恒常的に得られる。従って、燃料の気化を確実に促進することが可能となる。
＜第３実施形態＞
次に、図４を参照し、本発明の第３実施形態に係る始動制御について説明する。ここに、図４は、第３実施形態に係る始動制御のフローチャートである。尚、同図において、図２と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【００８０】
図４において、燃料噴射を開始すると（ステップＳ１０９）、ＥＣＵ１００は、三元触媒２２０の酸素吸蔵能たる触媒Ｃｍａｘを取得する（ステップＳ３０１）。ここで、触媒Ｃｍａｘは、前回エンジン２００が停止する以前に算出され、然るべき記憶領域に格納されているものとする。尚、触媒Ｃｍａｘの算出に関しては公知の各種手法を採用することができ、ここではその詳細に触れないが、例えば、触媒Ｃｍａｘは、リーン空燃比とリッチ空燃比との間で空燃比を意図的に変化させた際の排気管２１８の酸素濃度等に基づいて算出される。
【００８１】
触媒Ｃｍａｘが取得されると、ＥＣＵ１００は、暖機判定時間Ｂ２を取得する（ステップＳ３０２）。尚、暖機判定時間Ｂ２とは、第１実施形態に係る判断基準値Ｂ１に代替されるものであり、本発明に係る「第２期間」を規定する他の一例である。ここで、図５を参照し、暖機判定時間Ｂ２について説明する。ここに、図５は、暖機判定時間Ｂ２と触媒Ｃｍａｘとの関係を例示する模式図である。
【００８２】
図５において、暖機判定時間Ｂ２は、触媒Ｃｍａｘが大きい程減少する減少関数として設定される。触媒Ｃｍａｘが大きい、即ち酸素吸蔵能が大きい場合、三元触媒２２０は、酸化剤としての酸素をより比較的多量に吸蔵することができ、触媒Ｃｍａｘが小さい場合と較べてＨＣ及びＣＯの酸化燃焼をより好適に行い得る。従って、触媒Ｃｍａｘは、特に非活性温度領域における三元触媒２２０の排気浄化性能に影響する。即ち、触媒Ｃｍａｘが大きい場合、小さい場合（端的には触媒劣化が進行している状態である）と較べて、より低温側で触媒暖機が完了した旨の判断を下すことができるのである。
【００８３】
図４に戻り、暖機判定時間Ｂ２を取得すると、ＥＣＵ１００は、噴射時間Ｔｉｎｊが暖機判定時間Ｂ２を超えたか否かを判別する（ステップＳ３０３）。ＥＣＵ１００は、暖機判定時間Ｂ２が経過するまでは排気絞り弁２２１を全閉状態に維持すると共に、噴射時間Ｔｉｎｊが暖機判定時間Ｂ２を超えると（ステップＳ３０３：ＹＥＳ）、排気絞り弁２２１を全開状態に移行させる（ステップＳ３０４）。この際、ＥＣＵ１００は、予め設定された開弁特性に従って、排気絞り弁２２１を開弁させる。
【００８４】
ここで、図６を参照し、排気絞り弁２２１の開弁特性について説明する。ここに、図６は、排気絞り弁２２１の一開弁特性を例示する模式図である。
【００８５】
図６において、縦軸には排気絞り弁２２１の開度が、また横軸には時刻が表されており、図６には、触媒ＣｍａｘがＣｍａｘ１である場合の開弁特性たる図示ＰＲＦ＿Ｃｍａｘ１（実線参照）と、触媒ＣｍａｘがＣｍａｘ２（Ｃｍａｘ２＜Ｃｍａｘ１）である場合の開弁特性たる図示ＰＲＦ＿Ｃｍａｘ２（鎖線参照）との二種類の開弁特性が示されている。
【００８６】
図示の通り、時刻Ｔ０において、排気絞り弁２２１の開弁が開始されたとした場合、触媒ＣｍａｘがＣｍａｘ１である場合には、時刻Ｔ１において排気絞り弁２２１の開度は１００（即ち、全開）とされ、触媒ＣｍａｘがＣｍａｘ２である場合には、時刻Ｔ１よりも時系列上後の時刻Ｔ２において排気絞り弁２２１の開度は１００となる。即ち、触媒Ｃｍａｘが大きい程、排気絞り弁２２１を開弁させるにあたっての開弁速度が増速側で設定される。触媒Ｃｍａｘは、既に述べたように、三元触媒２２０の酸素吸蔵能であるから、大きい場合には、小さい場合と較べて排気絞り弁２２１を急峻に開弁させたとしても、ＨＣ及びＣＯの浄化を確実に行い得るのである。
【００８７】
このように、第３実施形態によれば、三元触媒２２０の触媒Ｃｍａｘに応じて排気絞り弁２２１の開弁時期及び開弁速度が可変とされ、最適化される。このため、始動時のエミッションの悪化を顕在化させない範囲で可及的に早期にエンジン２００の始動を完了させることができるのである。
＜第４実施形態＞
次に、図７を参照し、本発明の第４実施形態に係る始動制御について説明する。ここに、図７は、第４実施形態に係る始動制御のフローチャートである。尚、同図において、図２と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【００８８】
図７において、スロットルバルブ２１０を全開状態に制御すると（ステップＳ１０３）、ＥＣＵ１００は、排気絞り弁２２１を開弁させる（ステップＳ４０１）。尚、例えばエンジン２００の停止時に排気絞り弁２２１が開弁状態にあれば、ステップＳ４０１はスキップされてもよい。また、ステップＳ４０１に係る排気絞り弁２２１の開度は特に限定されないが、ここでは全開状態であるとする。
【００８９】
ＥＣＵ１００は、排気絞り弁２２１が開弁している状態で、吸排気バルブのオーバラップ量を調整し（ステップＳ１０５）、クランキングを開始する（ステップＳ１０７）。即ち、本実施形態では、エンジン２００が先述した始動許可状態に移行する以前にクランキングが開始される。
【００９０】
クランキングが開始されると、ＥＣＵ１００は、クランキング時間Ｔｋｒが、判断基準値Ａ２を超えたか否かを判別する（ステップＳ４０２）。クランキング時間Ｔｋｒが判断基準値Ａ２以下である場合（ステップＳ４０２：ＮＯ）、ステップＳ４０２は繰り返し実行され、クランキング時間Ｔｋｒが判断基準値Ａ２を超えると（ステップＳ４０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、排気絞り弁２２１を閉弁させる（ステップＳ１０４）。
【００９１】
ここで、判断基準値Ａ２は、クランキングの開始に伴って吸入された吸入空気が、排気絞り弁２２１に到達したと判断される時間を規定し得る値であり、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて決定されている。排気絞り弁２２１が閉弁され、始動許可状態が得られると（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、クランキング時間Ｔｋｒが判断基準値Ａ３を超えたか否かを判別する（ステップＳ４０３）。クランキング時間Ｔｋｒが判断基準値Ａ３以下である場合（ステップＳ４０３：ＮＯ）、ステップＳ４０３が繰り返し実行されると共に、クランキング時間Ｔｋｒが判断基準値Ａ３を超えると（ステップＳ４０３：ＹＥＳ）、燃料噴射が開始される（ステップＳ１０９）。
【００９２】
このように、本実施形態では、始動許可状態に移行する以前にエンジン２００のクランキングが開始され、クランキング開始以前に吸気管２０７、気筒２０１及び排気管２１８に残留していた残留ガスが排出され、排気圧上昇区間には、クランキング開始に伴って新規に吸入された空気のみが充填される。このため、排気圧上昇区間における酸素濃度をより早期に上昇させることが可能となり、エンジン２００の始動期間を短縮することが可能となる。尚、第１実施形態であっても第４実施形態であっても、排気圧上昇区間における酸素濃度を上昇させることによって未燃ＨＣの後燃えを促進させる旨の効果は同様に得られる。即ち、エンジン２００が始動許可状態にある期間においてクランキングが継続される限りにおいて、クランキングの開始タイミングが大きな制約を受けることはない。
【００９３】
尚、上記各種実施形態において、排気絞り弁２２１は、排気管２１８における三元触媒２２０の下流側に設置されており、排気圧上昇区間に三元触媒２２０が含まれる構成となっている。然るに、排気絞り弁２２１の設置位置は、これに限定されるものではなく、三元触媒２２０の上流側であってもよい。
【００９４】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両の始動制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】図１のエンジンシステムにおいて実行される始動制御のフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態に係る始動制御のフローチャートである。
【図４】本発明の第３実施形態に係る始動制御のフローチャートである。
【図５】図４の始動制御に係り、暖機判定時間と触媒Ｃｍａｘとの関係を例示する模式図である。
【図６】図４の始動制御に係り、排気絞り弁の一開弁特性を例示する模式図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る始動制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００９６】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０１…気筒、２１０…スロットルバルブ、２１５…吸気バルブ、２１６…排気バルブ、２２０…三元触媒、２２１…排気絞り弁、２２６…吸気カム用アクチュエータ、２２９…排気カム用アクチュエータ、３００…スタータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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