(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の始動時に燃料噴射を停止する空転運転を行い、機関状態が所定の条件を満たしてから燃料噴射を開始して機関を始動させる内燃機関の始動制御装置において、
前記空転運転により始動時点の吸気系、機関に付着した燃料が機関を経由して排出される量が所定以上か否かを判定する判定手段をさらに備え、前記判定手段が排出量は所定以上と判定した場合には、前記所定の条件が満たされない場合でも機関回転数が所定の回転数に達したら燃料噴射を開始して機関を始動させる内燃機関の始動制御装置。
【請求項２】
前記所定の条件とは、可変動弁機構によってバルブオーバーラップが所定以上に設定された状態である請求項１記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前回の機関停止直前に所定以上の燃料カット運転が行われていない場合に、排出量が所定以上と判定する請求項１または２に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項４】
前記判定手段は、燃料噴射装置の燃料洩れ量を推定し、推定した洩れ量が多い場合に排出量が所定以上と判定する請求項１または２に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項５】
前記判定手段は、始動時の前記可変動弁機構の立ち上がり時間を記憶し、前回始動時の該立ち上がり時間が長い場合に排出量が所定以上と判定する請求項２に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項６】
内燃機関の始動時に燃料噴射を停止する空転運転を行い、機関状態が所定の条件を満たしてから燃料噴射を開始して機関を始動させる内燃機関の始動制御装置において、
吸気系、機関に付着した燃料を除去する付着燃料除去装置を備えており、機関停止から前記空転運転前までの間に前記付着燃料除去装置を作動させる内燃機関の始動制御装置。
【請求項７】
前記付着燃料除去装置は、吸気系に配置される燃料吸着材を有している請求項６記載の内燃機関の始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、内燃機関の始動を制御する装置に関し、特に、可変動弁機構と始動モータとを備える内燃機関の始動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の運転条件に応じて吸排気弁の開閉タイミングを可変動弁機構により制御することで、燃費や排出性能の向上を図る技術が知られている。こうした可変動弁機構を備える内燃機関において、始動時の排出性能を向上させる技術として特開２００１−１３２５０７号公報に開示されている技術がある。
【０００３】
この技術は、始動時には吸排気弁のオーバーラップを所定値以上に設定して、始動モータを用いて前記内燃機関を略アイドル回転数で回転させる空転運転を行い、内燃機関の燃焼室内の負圧が所定負圧に達したと判定した後に燃料供給を開始するものである。
【０００４】
これにより、内燃機関をあたかも真空ポンプのように駆動させて、燃焼室内の負圧を高めることで、始動に当たって十分な負圧を確保することができ、燃料の霧化を促進して、燃焼室内壁への燃料の付着を抑制し、燃焼を安定化させることで排出性能を向上させることができ、特に、冷間始動時において好適であると記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、機関を空転させているため、機関内部に既に燃料が付着していたような場合には、この燃料がそのまま排出されることになり、付着量が多い場合に問題となる。
【０００６】
そこで本発明は、始動時における排出性能をさらに向上させる内燃機関の始動制御装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の始動制御装置は、内燃機関の始動時に燃料噴射を停止する空転運転を行い、機関状態が所定の条件を満たしてから燃料噴射を開始して機関を始動させる内燃機関の始動制御装置において、空転運転により始動時点の吸気系、機関に付着した燃料が機関を経由して排出される量が所定以上か否かを判定する判定手段をさらに備え、判定手段が排出量は所定以上と判定した場合には、この所定の条件が満たされない場合でも機関回転数が所定の回転数に達したら燃料噴射を開始して機関を始動させる。
【０００８】
空転運転による排出量の多寡を判定し、多いと判定した場合には空転運転を継続せず、燃料噴射を開始して機関を始動させることで、残存している付着燃料の燃焼を促すことにより、エミッションの低下を抑制する。
【０００９】
所定の条件とは、可変動弁機構によってバルブオーバーラップが所定以上に設定された状態である。バルブオーバーラップを拡大することで、空転時に内燃機関をあたかも真空ポンプのように駆動させて、吸気管負圧を増大させて、その後燃料を噴射することで、燃料の霧化を促進し、エミッションの低下を抑制する。
【００１０】
判定手段は、（１）前回の機関停止直前に所定以上の燃料カット運転が行われていない場合、（２）燃料噴射装置の燃料洩れ量を推定し、推定した洩れ量が多い場合、または（３）始動時の可変動弁機構の立ち上がり時間を記憶し、前回始動時の該立ち上がり時間が長い場合、に排出量が所定以上と判定することが好ましい。（１）（２）の場合には、始動前に吸気系や機関に付着している燃料量が多いと推定され、（３）の場合には、空転運転の時間が長くなると予想されるからである。
【００１１】
あるいは、本発明に係る内燃機関の始動制御装置は、吸気系、機関に付着した燃料を除去する付着燃料除去装置を備えており、機関停止から空転運転前までの間に付着燃料除去装置を作動させるものでもよい。
【００１２】
付着燃料を予め除去することで、空転運転時における付着燃料の排出量を抑制することができる。
【００１３】
この付着燃料除去装置は、吸気系に配置される燃料吸着材を有していることが好ましい。このように構成すると、吸気系内に存在する未燃燃料等が、機関停止時に燃料吸着剤に吸着・除去されるため、空転運転時における付着燃料の排出量を効果的に低減できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は本発明に係る内燃機関の始動装置を有するハイブリッド車両の主要部分の構成図である。このハイブリッド車両は、図示していない燃料タンクから燃料の供給を受けて駆動されるエンジン（内燃機関）１を備えており、その出力軸は遊星歯車等を利用した動力分割機構２に接続されている。動力分割機構２は、モータジェネレータ（通常は発電機）３とモータジェネレータ（通常は電動機）４とに接続されており、エンジン１の駆動力は、動力分割機構２により、モータジェネレータ３、モータジェネレータ４あるいはその両方に伝達される構成となっている。モータジェネレータ４の回転軸には、減速機５を介して車両の駆動輪６が接続されている。そして、モータジェネレータ３とモータジェネレータ４はインバータ７を介して蓄電池８に電気的に接続されている。そして本ハイブリッド車両は駆動システムを制御するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）９を備えている。このエンジンＥＣＵ９が本発明に係る内燃機関の始動制御装置の制御部を兼ねている。
【００１６】
エンジン１に接続されている吸気管１０には、大気側から、吸気を清浄化するとともに、内部に吸着剤を備えるエアフィルタ１８、ＥＣＵ９によって開度が制御される電子制御スロットル１１、吸気管１０内の負圧を検出する負圧センサ１２、燃料を供給するインジェクタ１３が配置され、吸気バルブ１４へと至る。吸気バルブ１４は、カム１５によって駆動されるものであり、このカム１５は、ＥＣＵ９の指示により吸気バルブ１４の開閉タイミングを調整する可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）１６に接続されている。そして、カム１５には、カムポジションセンサ１７が取り付けられている。ＶＶＴ１６には、例えば、特開平１０−２２７２３６号公報に開示されているタイプ、つまり油圧によってクランクシャフトに対するカムの回転位相を変更するタイプのＶＶＴが使用できる。
【００１７】
図２はＶＶＴ１６の動作を説明する図である。吸気バルブ１４が開く（バルブリフト）タイミングを調整することで吸気バルブ１４と排気バルブ３１がともに開いているバルブオーバーラップの長さを調整することができる。以下、吸気バルブ１４を調整前より早く開いてバルブオーバーラップを長くする場合（図中吸気バルブ１４のバルブリフト曲線を左側にずらすことに相当）を進角側に調整すると呼び、逆に調整前より遅く開いてバルブオーバーラップを短くする場合（図中吸気バルブ１４のバルブリフト曲線を右側にずらすことに相当）を遅角側に調整すると呼ぶ。
【００１８】
燃焼室２０内には、点火プラグ２１が配置されている。シリンダ２２内におけるピストン２３の往復運動は、コンロッド２５により回転運動へと変換され、クランクシャフト２６を介して前述した動力分割機構２へと伝達される。シリンダ２２を構成するクランクケースには冷却水温を検出する水温センサ２４が取り付けられている。また、クランクシャフト２６にはその回転数を検出する回転数センサ２７が取り付けられている。
【００１９】
燃焼室２０の排気側には、排気バルブ３１の下流に排気管３０が接続され、排気バルブ３１はカム３２により駆動される構成になっている。排気管３０上には、Ｏ2センサが配置されている。
【００２０】
このようなハイブリッド車においては、動力分割機構２により駆動力の分配を変えることにより、効率的な運転が可能となる。具体的には、エンジン１は、高速回転域で効率が良く、モータジェネレータ４は、低速回転域での効率が良いので、低速走行時は、主としてモータジェネレータ４により走行し、通常走行時は、エンジン１の駆動力の一部でモータジェネレータ３を駆動し、発電した電力を利用してモータジェネレータ４により駆動力をアシストするとともに蓄電池８の充電を行う。高負荷時には、蓄電池８から電力を供給してモータジェネレータ４のアシスト力を増強する。また、制動時には、駆動輪６によりモータジェネレータ４を駆動して発電することで運動エネルギーを電力として回収する。
【００２１】
次に、始動時の動作について説明する。本発明は、この始動制御において特徴を有する。図３は、始動時の制御処理の一例を示すフローチャートであり、図４は、図３におけるＨＣ排出予想処理の詳細を示すフローチャートである。以下の動作においては、特に記載のない限りＥＣＵ９が各構成要素の作動を制御する。
【００２２】
まず、ステップＳ１では、動力分割機構２を調整して、モータジェネレータ３とエンジン１を連結し、インバータ７を制御して蓄電池８に貯えられた電力によってモータジェネレータ３を回転させることで、エンジン１をそのアイドル回転数より高い回転数Ｎｅ１（例えば６５０ｒｐｍ）で空転させる。実際には、目標回転数Ｎｅ１に達するまである程度の時間（０．５秒程度）が必要となる。そして、吸気バルブ１４の進角量が目標値θｔとなるよう進角設定信号を発する。これによりバルブオーバーラップが長めに設定される。
【００２３】
ステップＳ２では、この後、燃料噴射を許可するまでの空転運転時に排出されるＨＣの排出量の多寡を判定する。図４に示される判定処理例においては、最初にステップＳ２１で停止直前の運転状態が読み込まれる。この停止直前の運転状態は、ＥＣＵ９内のバックアップ機能付きのメモリ等に蓄積・記憶させておくことが好ましい。続く、ステップＳ２２では、停止前の燃料カット（Ｆ／Ｃ）運転の継続時間が不足していたか否かを判定する。判定結果がＮＯの場合、つまり、Ｆ／Ｃ運転の継続時間が不足せず、十分であったと判定した場合にはステップＳ２３へと移行して、ＨＣ排出予想量は少ないと判定して処理を終了する。このように停止前に十分な時間Ｆ／Ｃ運転を継続していた場合には、吸気管１０等に残留していた燃料は、このＦ／Ｃ運転時に既に排気管３０を通じて排出され、図示していない触媒に導かれて浄化されているので、始動の際の空転運転時には、ＨＣの排出量は低減されている。
【００２４】
一方、判定結果がＹＥＳの場合、つまり、Ｆ／Ｃ運転の継続時間が不足していたと判定した場合にはステップＳ２４へと移行して、ＨＣ排出予想量は多いと判定して処理を終了する。このように停止前に十分な時間Ｆ／Ｃ運転を継続していない場合には、吸気管１０等に残留していた燃料のＦ／Ｃ運転時における排出も不十分であり、始動時にも吸気管１０等にＨＣが残留しているため、この残留ＨＣが空転運転時に、排気管２０を介して排出されることになる。この段階では、排気浄化を行う触媒が未だ活性化されておらず、排出されたＨＣは触媒で浄化されることなくほぼそのまま排出されることが予想される。
【００２５】
続くステップＳ３では、ステップＳ２で予想した排出量の多寡を判定する。排出量が多いと判定された場合には、ステップＳ４へと移行して、現在のエンジン回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ１に到達したか否かを判定する。到達していないと判定された場合には、ステップＳ５で所定時間Δｔ待機した後、再びステップＳ４へ戻るループ処理を行う。一方、ステップＳ４でエンジン回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ１に到達したと判定された場合には、ステップＳ６へと移行して、基本燃料噴射量Ｔｐを算出した後、ステップＳ７で燃料増量補正量を増量値が大になるように設定し、ステップＳ１３へと移行して設定した燃料噴射量、燃料増量に基づいてインジェクタ１３を制御し、燃料噴射を行い、エンジン１の運転をスタートさせる。
【００２６】
ＨＣ排出量が多いと判定された場合には、クランキング後、速やかに燃料を噴射して運転を行うことで、残留しているＨＣを燃焼させて、未燃のまま排出されるのを防止し、エミッションの劣化を抑制する。この場合には、後述する空転運転を行う場合に比べて燃焼時に排出されるＨＣ量が若干増大するが、この増量は空転運転を継続することにより排出される未燃ＨＣ量の減少量を下回るため、結果的には、エミッションを向上させる効果が得られる。
【００２７】
一方、ステップＳ３でＨＣ排出予想量は少ないと判定した場合には、ステップＳ８では、カムポジションセンサ１７の出力を取り込むことでＶＶＴ進角量θを読み込む。続く、ステップＳ９でカムポジションセンサ１７から読み取った進角量θが閾値θｔｈに達しているか否かを判定する。この閾値はθｔより少し低い値に設定することが好ましい。
【００２８】
ステップＳ９で進角量θが閾値θｔｈに達していないと判定された場合には、ステップＳ１０で所定時間Δｔ待機した後、再びステップＳ８へ戻るループ処理を行う。一方、ステップＳ９で進角量θが閾値θｔｈ以上と判定された場合には、ステップＳ１１へと移行する。進角量θが閾値θｔｈ以上になるまで燃料の噴射を禁止し、空転運転を行うことによりエンジン１をあたかも真空ポンプのように駆動させて吸気管１０の負圧を高め、燃料噴射時の霧化を促進させる効果が得られる。
【００２９】
ステップＳ１１では、ステップＳ６と同様に基本燃料噴射量Ｔｐを算出する。次に、ステップＳ１２では燃料増量を少なく設定し、ステップＳ１３へと移行して設定した燃料噴射量、燃料増量に基づいてインジェクタ１３を制御し、燃料噴射を行い、エンジン１の運転をスタートさせる。
【００３０】
この場合は、吸気系等に残留しているＨＣは少ないと判定されているため、空転運転を継続して吸気管１０の負圧を高め、霧化を促進することで、燃焼時に排出される未燃ＨＣ量を抑制することで、空転時からの未燃ＨＣ量の排出量を抑制する。また、バルブオーバーラップ量が大きいことで、内部ＥＧＲ効果による霧化促進も図れる。さらに、霧化が促進されることから燃料増量を抑制することができる。
【００３１】
ステップＳ２のＨＣ排出予想量の判定処理は図４に示される判定処理に限られるものではない。以下、別の２つの判定処理のそれぞれについて図５、図６をそれぞれ参照して説明する。
【００３２】
図５にフローチャートを示す第２の判定処理は、前回始動時の空燃比（Ａ／Ｆ）挙動から判定を行うものである。空燃比の検出は、例えばＯ2センサの出力を参照することにより行える。まず、ステップＳ３１では、前回始動時のＡ／Ｆ挙動を読み込む。この前回始動時のＡ／Ｆ挙動は、第１の判定処理の場合と同様に、ＥＣＵ９内のバックアップ機能付きのメモリ等に蓄積・記憶させておくことが好ましい。ステップＳ３２では、読み出したＡ／Ｆ挙動からインジェクタ１３の燃料洩れ量を判定する。Ａ／Ｆがリッチ側にずれている場合には、インジェクタ１３の洩れ量が多いと判定し、それ以外の場合には、洩れ量は少ないと判定する。ステップＳ３３では判定した洩れ量の大小を判定する。洩れ量が小の場合には、ステップＳ３４へと移行し、ＨＣ排出予想量を少に設定する。一方、洩れ量が大と判定した場合には、ステップＳ３５へと移行して、ＨＣ排出予想量を多に設定する。インジェクタ１３からの洩れ量が多いと、理想的な状態での霧化が行えず、吸気管１０内や吸気バルブ１４付近に燃料が付着しやすくなる。このように燃料が付着した状態では、次回始動時に空転運転を長時間行うと、ＨＣ排出量が増大するおそれがあるからである。
【００３３】
図６にフローチャートを示す第３の判定処理は、前回始動時のＶＶＴ挙動から判定を行うものである。まず、ステップＳ４１では、前回始動時のＶＶＴ挙動を読み込む。この前回始動時のＶＶＴ挙動は、第１、第２の判定処理の場合と同様に、ＥＣＵ９内のバックアップ機能付きのメモリ等に蓄積・記憶させておくことが好ましい。ステップＳ４２では、読み出したＶＶＴ挙動からＥＣＵ９がＶＶＴ進角を指示してから、実際にＶＶＴが所定の進角値に達するまでに移動するのに要するタイムラグを算出する。ステップＳ４３では判定したタイムラグが大きいか否かを判定する。タイムラグが小さく、ＶＶＴの始動が早いと判定した場合には、ステップＳ４４へと移行し、ＨＣ排出予想量を少に設定する。一方、タイムラグが大きく、ＶＶＴの始動が遅いと判定した場合には、ステップＳ４５へと移行して、ＨＣ排出予想量を多に設定する。ＶＶＴの動きが遅い場合には、空転運転時間が長くなることが予想され、吸気管１０等への燃料付着があるとそれだけ多くのＨＣが未燃のまま排出されることが予想されるからである。
【００３４】
以上の３つの判定処理は、単独で行ってもよいが、これらを組み合わせてもよい。組み合わせる場合には、いずれの判定処理においてもＨＣの排出量が多いと判定される場合に所定の回転数に達した時点で燃料噴射を開始することにより、始動時の空転運転を短縮する制御を行うことが好ましい。
【００３５】
ここでは、ＶＶＴの進角量が所定以上に達した場合に、空転運転を終了する例を説明したが、ＶＶＴの進角量を検出するのではなく、空転運転の継続時間を予め設定しておき、その継続時間に達したら燃料を噴射するようにしてもよい。この継続時間は運転条件（水温、吸気温等）によって調整してもよい。
【００３６】
次に、始動時の吸気系への燃料付着量自体を減少させる制御を説明する。図７、図８はこの制御のフローチャートであり、図７がエンジン１の停止時における制御フローを図８がエンジン１の始動時における制御フローを示している。
【００３７】
まず、エンジン１の停止時には、図７に示されるように、ステップＳ５１でイグニッションスイッチがOFFにされたかどうかを判定する。OFFにされていない場合、つまり、エンジン１、モータジェネレータ３の駆動を停止させていない場合にはそのまま処理を終了する。OFFにされた場合には、ステップＳ５２に移行して電子制御スロットル１１によりスロットルを全開状態にする。これにより、吸気管１０等の吸気系内に付着していた燃料は、停止中に気化してエアフィルタ１８の吸着剤に吸着される。始動時の処理は、図８に示されるように、図３の処理からＨＣ排出予想（ステップＳ２、Ｓ３）および排出量が多いと予想された場合の処理（ステップＳ４〜Ｓ７）を除いただけの処理であるため、詳細な説明は省略する。吸着剤に付着したＨＣは、エンジン１が始動した後、暖機されてから吸着剤が昇温されるのに伴って徐々に吸着剤から脱離してエンジン１に導かれ、燃焼に用いられる。このため、未燃ＨＣの大気中への排出を抑制できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、始動時の空転運転時に排出されるＨＣ量が多いと予想される場合には、空転運転を短縮して燃料を噴射して始動を行い、ＨＣ量が少ないと予想される場合には、空転運転を行ってから燃料を噴射して始動を行うことで、燃料の霧化促進とＥＧＲ効果により燃焼時のＨＣ排出を抑制する。このため、いずれの運転条件においてもＨＣの排出量を低減することができる。
【００３９】
あるいは、本発明によれば、停止時に吸気系に付着した燃料を吸着剤に吸着させることで始動時の未燃ＨＣの排出を効果的に抑制する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の始動制御装置を有するハイブリッド車両の概略構成図である。
【図２】図１におけるＶＶＴの動作を説明する図である。
【図３】図１の内燃機関における始動時の制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】図３における排出予想処理の詳細を示すフローチャートである。
【図５】図３における排出予想処理の第２の判定処理の詳細を示すフローチャートである。
【図６】図３における排出予想処理の第３の判定処理の詳細を示すフローチャートである。
【図７】図１の内燃機関の停止時の処理を示すフローチャートである。
【図８】図７の停止処理の後の再始動時の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…エンジン、２…動力分割機構、３、４…モータジェネレータ、５…減速機、６…駆動輪、７…インバータ、８…蓄電池、９…エンジンＥＣＵ、１０…吸気管、１１…電子制御スロットル、１２…負圧センサ、１３…インジェクタ、１４…吸気バルブ、１５、３２…カム、１６…ＶＶＴ、１７…カムポジションセンサ、１８…エアフィルタ、２０…燃焼室、２１…点火プラグ、２２…シリンダ、２３…ピストン、２４…水温センサ、２５…コンロッド、２６…クランクシャフト、２７…回転数センサ、３０…排気管、３１…排気バルブ、３３…Ｏ2センサ。
【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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【図８】
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