(57)【要約】      （修正有）【課題】機関の停止中に吸気通路まで排気が逆流することにより内燃機関の再始動性が悪化するという問題を回避する。【解決手段】内燃機関の停止後、排気通路に設けられた空燃比センサが検出する空燃比がリッチ側に向けて変化したときに、前記空燃比センサの下流側にある排気ガスが上流側へ流れる逆流状態が発生していると判定し、内燃機関を始動させることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の停止後、排気通路に設けられた空燃比センサが検出する空燃比がリッチ側に向けて変化したときに、前記空燃比センサの下流側にある排気ガスが上流側へ流れる逆流状態が発生していると判定し、内燃機関を始動させることを特徴と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、車両に搭載された内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
信号待ち等、車両の一時停車時に内燃機関のアイドル回転を停止させて燃費の向上を図るアイドリングストップシステムが周知である。
【０００３】
例えば、アイドリングストップを伴う車両の停車中に、車両後方から強い風が吹き込む等して、排気通路に滞留していた排気ガスが上流側へと逆流することがある。
【０００４】
内燃機関の停止中は、何れかの気筒で吸気バルブ及び排気バルブがともに開弁状態に保持されていることがあり、この場合には、逆流する排気ガスが吸気通路に達してしまう。
【０００５】
すると、内燃機関の次回の始動の際、気筒の燃焼室内に逆流した排気を含む吸気が流入する。そのため、始動開始時の燃焼が不安定になり、内燃機関の始動に時間がかかってしまうという不具合が生じる。
【０００６】
上述した不具合の解消のために、各気筒の吸気バルブ及び排気バルブとして電磁力により互いに独立して開閉駆動可能なものを採用し、内燃機関の停止後にこれらの電磁式の吸気バルブ及び排気バルブを閉じるように制御して、吸気通路内へ排気ガスが逆流するのを防止するようにしたものが考えられている（例えば、下記特許文献１を参照）。
【０００７】
また他にも、吸気通路に電動式のコンプレッサを設け、内燃機関の停止後に吸気通路側から排気通路側にコンプレッサを用いて空気を流し込むことにより、吸気通路内へ排気ガスが逆流するのを防止するようにしたものも考えられている（例えば、下記特許文献２を参照）。
【０００８】
ところが、電磁式のバルブや電動式のコンプレッサを別途設けるものでは、比較的コストが高くなってしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１８８４７１号公報
【特許文献２】特開２０１０−４８１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上の点に着目し、機関の停止中に吸気通路まで排気が逆流することにより内燃機関の再始動性が悪化するという問題を回避することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では、内燃機関の停止後、排気通路に設けられた空燃比センサが検出する空燃比がリッチ側に向けて変化したときに、前記空燃比センサの下流側にある排気ガスが上流側へ流れる逆流状態が発生していると判定し、内燃機関を始動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、機関の停止中に吸気通路まで排気が逆流することにより内燃機関の再始動性が悪化するという問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における車両用内燃機関の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態の内燃機関における各気筒の行程を示すタイミング図。
【図３】同実施形態の空燃比センサ（Ｏ２センサ）の出力特性を示す図。
【図４】同実施形態の制御装置が実施する処理の手順例を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。本実施形態の内燃機関は、ポート噴射式の４ストローク火花点火エンジンであり、三つの気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。それら気筒１は直列配置されており、図２に示すように、各気筒１の圧縮上死点は等間隔、即ち２４０°ＣＡ（クランク角度）毎に出現する。
【００１５】
各気筒１の吸気ポート近傍には、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。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１６】
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。また、吸気ポート中には、吸気バルブ３５を配している。この吸気バルブ３５は、バルブスプリングにより閉弁側に付勢されている。
【００１７】
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。また、排気ポート中には、排気バルブ４３を配している。この排気バルブ４３は、バルブスプリングにより閉弁側に付勢されている。
【００１８】
触媒４１の上流及び下流にはそれぞれ、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサを設けている。空燃比センサは、ガスの空燃比に比例した線形な出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよく、排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力する、ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ２センサ４４、４５であってもよい。本実施形態では、触媒４１の上流側及び下流側の各空燃比センサについて、Ｏ２センサ４４、４５を想定している。周知の通り、Ｏ２センサ４４、４５の出力特性は、図３に示すように、ウィンドウと称する理論空燃比近傍の一定範囲では空燃比に対する出力の変化率が大きく急峻な傾きを示し、それよりも空燃比が大きいリーン領域では低位飽和値に漸近し、空燃比が小さいリッチ領域では高位飽和値に漸近する、いわゆるＺ特性曲線を描く。
【００１９】
図２に、三気筒の４ストロークエンジンにおける各気筒１の行程を示す。三気筒エンジンでは、何れかの気筒が圧縮上死点となる時点で、残りの二つの気筒における吸気バルブ３５または排気バルブ４３が大きく開いており、当該バルブ３５、４３から吸気カムまたは排気カムが強い反作用力を受ける状態となっている。故に、内燃機関の停止後、各気筒１の圧縮上死点近傍のタイミングで吸気バルブ３５及び排気バルブ４３が静止することは少ない。
【００２０】
逆に、各バルブ３５、４３から吸気カムまたは排気カムが受ける反作用力が一番小さいタイミングで吸気バルブ３５及び排気バルブ４３が静止することとなる。具体的には、ある気筒の圧縮上死点と次に圧縮行程を迎える気筒の圧縮上死点との間の時点、すなわち、何れかの気筒が排気上死点となる時点で、残りの二つの気筒における吸気バルブ３５及び排気バルブ４３は閉じており、当該バルブ３５、４３から吸気カム及び排気カムが受ける反作用力が最も小さくなっている。そして、排気上死点にある気筒では、吸気バルブ３５と排気バルブ４３とが両方開いている状態、すなわちバルブオーバラップとなっている。
【００２１】
内燃機関の制御装置たるＥＣＵ０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。
【００２２】
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、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エンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ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、車載のバッテリの電圧（または、バッテリ電流）を検出するセンサから出力されるバッテリ電圧信号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、内燃機関の冷却液（または、冷却水）の温度を検出する液温センサから出力される冷却液温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排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信号）ｇ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｈ、触媒４１の上流側の排気ガスの空燃比を検出するフロントＯ２センサ４４から出力される信号ｐ、触媒４１の下流側の排気ガスの空燃比を検出するリアＯ２センサ４５から出力される信号ｑ等が入力される。アクセル開度は、いわば要求負荷である。内燃機関の冷却液温は、内燃機関の温度を示唆する。
【００２３】
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等を出力する。
【００２４】
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、ｐ、ｑ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に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、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、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋを出力インタフェースを介して印加する。
【００２５】
また、ＥＣＵ０は、内燃機関の始動（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復帰であることもある）時において、電動機（スタータモータまたはモータジェネレータ）に制御信号ｓを入力し、電動機によりクランクシャフトを回転させ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、エンジン回転数すなわちクランクシャフトの回転速度が冷却水温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。
【００２６】
さらに、ＥＣＵ０は、触媒４１の上流側のガスの空燃比を検出するフロントＯ２センサ４４の出力電圧ｐを所定の電圧判定値と比較して、その判定値よりも高ければリッチ、その判定値よりも低ければリーンと判定する。
【００２７】
また、ＥＣＵ０は、触媒４１の下流側のガスの空燃比を検出するリアＯ２センサ４５の出力電圧ｑを所定の電圧判定値と比較して、その判定値よりも高ければリッチ、その判定値よりも低ければリーンと判定する。
【００２８】
しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、内燃機関の停止後、排気通路４に設けられたフロントＯ２センサ４４が検出する空燃比がリッチ側に向けて変化したときに、前記フロントＯ２センサ４４の下流側にある排気ガスが上流側へ流れる逆流状態が発生していると判定し、内燃機関を始動させる。
【００２９】
図４に、アイドルストップに際してＥＣＵ０がプログラムに従い実行する処理の手順例を示す。
【００３０】
ＥＣＵ０は、アイドルストップ条件が成立したときに（ステップＳ１）、気筒１におけるインジェクタ１１からの燃料噴射及び点火プラグ１２による点火を停止するアイドルストップを開始する（ステップＳ２）。ステップＳ１では、車両の車速が所定値（例えば、９ｋｍ／ｈ）以下であり、シフトポジションが走行レンジであり（ＡＴ車の場合）、ブレーキペダルが踏み込まれておりマスタシリンダ圧が所定値（例えば、０．７ＭＰａ）以上であり、加えて、車載バッテリの電圧が所定以上であり、内燃機関の冷却水温が所定以上高い等の諸条件がおしなべて成立したことを以て、アイドルストップ条件が成立したものと判断する。
【００３１】
アイドルストップ直後は、燃料の供給が行われていない状態で吸気通路３内の吸気が燃焼室を経由して排気通路４側へと送り込まれる。したがって、内燃機関の自動停止直後の排気通路４における触媒４１の上流側の排気通路４２は、触媒４１の下流側に比べて酸素量が多い状態となっている。すなわち、吸気通路３側からの吸気流入による酸素量の増加に伴い、排気通路４に設けられたフロントＯ２センサ４４の酸素検出量が比較的多くなり、排気通路４内のガスの空燃比がリーンへと向かう。
【００３２】
アイドルストップ中に、ＥＣＵ０は、排気ガスが逆流しているか否かを判断する（ステップＳ３）。触媒４１の下流側から上流側へ排気ガスが逆流してくると、触媒４１の上流側の酸素量が極端に少なくなる。すなわち、排気通路４（触媒４１の下流）側からの排気逆流による酸素量の低減に伴い、排気通路４に設けられたフロントＯ２センサ４４の酸素検出量が極端に少なくなり、排気通路４内のガスの空燃比がリッチへと向かう。
【００３３】
しかして、ステップＳ３においてＥＣＵ０は、排気通路４に設けられたフロントＯ２センサ４４が検出する空燃比がリッチ側に向けて変化したか否かを判断する。
【００３４】
空燃比がリッチ側に向けて変化したとは、例えば、
・空燃比がリーンからリッチへ切り替わった、
・空燃比がリーンで、フロントＯ２センサ４４の出力電圧ｐの正方向への変化量Δｐが所定値以上となった、
・空燃比がリッチで、フロントＯ２センサ４４の出力電圧ｐの正方向への変化量Δｐが所定値以上となった、
の何れかを満たすときである。なお、空燃比センサの出力電圧が所定値（例えば、０．８Ｖ）以上となった場合に、空燃比がリッチ側に向けて変化したと判断するようにしてもよい。
【００３５】
すなわち、ステップＳ３においてＥＣＵ０は、フロントＯ２センサ４４の出力電圧ｐを、所定の判定値と比較して、この判定値よりも高くなったか否かを判断する。判定値よりも高ければ、空燃比がリッチであり、判定値よりも低ければ、空燃比はリーンである。また、ＥＣＵ０は、フロントＯ２センサ４４の出力電圧ｐの正方向への変化量Δｐが所定値以上であるか否かを判断する。
【００３６】
ステップＳ３で、排気通路４に設けられたフロントＯ２センサ４４が検出する空燃比がリッチ側に向けて変化したと判断されたときに、吸気バルブ３５及び排気バルブ４３が同時に開いている状態が、何れかの気筒１で生じていれば（ステップＳ４）、逆流した排気ガスが、吸気通路３にまで達し得る状態であると判断する（ステップＳ５）。ステップＳ４では、ＥＣＵ０は、クランク角信号（Ｎ信号）ｂ及びカム角信号（Ｇ信号）ｇの双方を参照して、内燃機関の停止中に、何れかの気筒１で吸気バルブ３５及び排気バルブ４３が同時に開弁しているバルブオーバラップとなっているか否かを知得する。
【００３７】
ステップＳ５で、少なくとも一つの気筒１で吸気バルブ３５及び排気バルブ４３が同時に開いている状態が生じていれば、アイドルストップを終了する（ステップＳ７）。具体的には、スタータモータのピニオンギアをフライホイール（ＭＴ車の場合）またはドライブプレート（ＡＴ車の場合）外周のリングギアに噛合させて内燃機関のクランキングを行い、かつインジェクタ１１からの燃料噴射（及び点火）を再開して内燃機関を再始動する。
【００３８】
なお、ステップＳ３またはステップＳ４でＮｏと判断された場合、ＥＣＵ０は、アイドルストップ終了条件が成立したか否かを判断する（ステップＳ６）。アイドルストップ終了条件が成立した暁には、アイドルストップを終了する（ステップＳ７）。ステップＳ６では、具体的には、シフトポジションが非走行レンジに変更された（ＡＴ車の場合）、ブレーキペダルの踏み込みが緩められてマスタシリンダ圧が再始動用の低位判定値（例えば、０．１ＭＰａ）以下に低下した、あるいは逆にブレーキペダルの踏込量が強められてマスタシリンダ圧が再始動用の高位判定値以上に上昇した、アクセルペダルが踏まれた、内燃機関の停止から所定時間（例えば、３分）が経過した、等のうちの何れかを以て、アイドルストップ終了条件が成立したものと判断する。
【００３９】
本実施形態では、内燃機関の停止後、排気通路４に設けられたフロントＯ２センサ４４が検出する空燃比がリッチ側に向けて変化したときに、前記フロントＯ２センサ４４の下流側にある排気ガスが上流側へ流れる逆流状態が発生していると判定し、内燃機関を始動させることを特徴とする内燃機関の制御装置０を構成した。
【００４０】
本実施形態のＥＣＵ０によれば、逆流した排気ガスが吸気通路３内に滞留して内燃機関の始動が困難となる状況の発生前に、自動的に内燃機関の再始動を行うようにしているので、機関の停止中に吸気通路３まで排気が逆流することにより内燃機関の再始動性が悪化するという問題を回避することができる。そのため、運転者への違和感を低減させることができる。
【００４１】
また、触媒４１の上流側の排気ガスの空燃比を検出するフロントＯ２センサ４４の出力電圧ｐを用いて排気ガスの逆流を判断しているので、排気ガスの逆流対策として特別なセンサや、従来のような電磁式のバルブまたは電動式のコンプレッサ等の特別な部品を別途設ける必要がない。すなわち、既存のセンサを用いて排気ガスの逆流を検出するようにしているため、上述した課題の解決を低コストで実現することができる。
【００４２】
特に、本実施形態のようなアイドルストップシステムを搭載したものでは、再始動を速やかに行うことによって、信号待ちからの発進時等に再始動が遅れて後続車両に追突される等の危険性を防止でき、安全性を向上させることができる。
【００４３】
本実施形態では、触媒４１の上流側の空燃比センサにて、上記状態の検出を実施している。すなわち、燃焼室により近い側の空燃比センサであるフロントＯ２センサ４４を用いているので、燃焼室からより離れた側の空燃比センサであるリアＯ２センサ４５を用いる場合に比べて、検出制度を向上させることができる。
【００４４】
特に、本実施形態のＥＣＵ０は、内燃機関停止後の吸気バルブ３５の状態を検出できる手段を備えており、吸気バルブ３５及び排気バルブ４３が同時に開いている状態で、かつ、フロントＯ２センサ４４が検出する空燃比がリッチ側に向けて変化したときに場合にのみ、アイドルストップを終了するようにしている。すなわち、ＥＣＵ０は、吸気通路３への排気ガスの逆流が発生する条件が成立したときにのみ、自動的に再始動するようにしている。そのため、運転者への違和感を低減させることができる。
【００４５】
また、本実施形態のような三気筒エンジンでは、何れかの気筒１が排気上死点となる時点で吸気バルブ３５及び排気バルブ４３が静止することが多いため、内燃機関の停止期間中に、吸気バルブ３５及び排気バルブ４３が同時に開いている状況が生じやすい。そのため、上述した制御は特に有効である。
【００４６】
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。本発明は、気筒数が三気筒以外の内燃機関に対しても適用することが可能である。
【００４７】
上記実施形態における内燃機関はポート噴射式のものであったが、各気筒の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式の内燃機関の始動制御に本発明を適用することも可能である。
【００４８】
本発明の空燃比センサは、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ２センサの他に、排気ガスの空燃比に比例した信号を出力するリニアＡ／Ｆセンサ等であってもよい。また、空燃比センサが設けられる場所は、種々変更可能である。例えば、排気通路に複数の触媒を直列に接続する、いわゆるタンデム触媒を採用した場合、上流側触媒の下流かつ下流側触媒の上流に空燃比センサが設けられることがあるが、この空燃比センサを用いるものであってもよい。また、触媒の下流側の空燃比センサを用いるものであってもよい。
【００４９】
その他各部の具体的構成は、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】
【００５０】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
０…制御装置（ＥＣＵ）
４…排気通路
４４、４５…空燃比センサ（Ｏ２センサ）
【図１】
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【図２】
2014206075.tif 000004
【図３】
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【図４】
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