(57)【要約】【課題】触媒を暖機すべきときに、ＨＣ、ＮＯｘ、スモークの発生の抑制が可能な内燃機関の始動時制御装置を提供する。【解決手段】触媒が暖機されるべきときに、内燃機関の点火時期５１の遅角制御が開始され、前記遅角制御が開始された後であって、前記遅角制御における遅角量が目標値に到達する前に、筒内の空燃比５２のリーン化が開始され、前記遅角制御における遅角量が前記目標値に到達した後に、膨張行程噴射５３の制御が行われる。前記膨張行程噴射５３の制御が開始された時点ｔ３と同時又は前記時点の後ｔ４に、さらに、前記空燃比をリーン化する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒が暖機されるべきときに、内燃機関の点火時期の遅角制御が開始され、前記遅角制御が開始された後であって、前記遅角制御における遅角量が目標値に到達する前に、筒内の空燃比のリーン化が開始され、前記遅角制御における遅角量が前記目標値に到達した後に、膨張行程噴射の制御が行われる
ことを特徴とする内燃機関の始動時制御装置。
【請求項２】
触媒が暖機されるべきときに、内燃機関の点火時期の遅角制御が開始され、前記遅角制御が開始された後に、筒内の空燃比のリーン化が開始され、前記遅角制御により筒内温度が所定の温度まで上昇した後に、膨張行程噴射の制御が開始される
ことを特徴とする内燃機関の始動時制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の始動時制御装置において、
前記膨張行程噴射の制御の開始は、前記遅角制御により筒内温度が所定の温度まで上昇した後に代えて、前記遅角制御の開始時点から前記遅角制御により筒内温度が所定の温度まで上昇するために必要な時間が経過した後に、行われる
ことを特徴とする内燃機関の始動時制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の始動時制御装置において、
前記膨張行程噴射の制御が開始された時点と同時又は前記時点の後に、さらに、前記空燃比をリーン化する
ことを特徴とする内燃機関の始動時制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の始動時制御装置に関し、特に、触媒を暖機すべきときに、ＨＣ、ＮＯｘ、スモークの発生の抑制が可能な内燃機関の始動時制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平１０−１２２０１５号公報（特許文献１）には、触媒の暖機を行うために、内燃機関の始動時に、点火時期の遅角制御と、空燃比をリーンにする制御と、膨張行程噴射を行うことが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１２２０１５号公報
【特許文献２】特開平１０−１５３１３８号公報
【特許文献３】特開２０００−１４５５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の点火時期の遅角制御と空燃比をリーンにする制御と膨張行程噴射の３つの制御を開始する順序によっては、ＨＣ、ＮＯｘ、スモークの発生量が増加してしまう。冷間始動時のように触媒を暖機すべきときに、ＨＣ、ＮＯｘ、スモークの発生が抑制されることが望まれている。
【０００５】
本発明の目的は、触媒を暖機すべきときに、ＨＣ、ＮＯｘ、スモークの発生の抑制が可能な内燃機関の始動時制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の始動時制御装置は、触媒が暖機されるべきときに、内燃機関の点火時期の遅角制御が開始され、前記遅角制御が開始された後であって、前記遅角制御における遅角量が目標値に到達する前に、筒内の空燃比のリーン化が開始され、前記遅角制御における遅角量が前記目標値に到達した後に、膨張行程噴射の制御が行われることを特徴としている。
【０００７】
本発明の内燃機関の始動時制御装置は、触媒が暖機されるべきときに、内燃機関の点火時期の遅角制御が開始され、前記遅角制御が開始された後に、筒内の空燃比のリーン化が開始され、前記遅角制御により筒内温度が所定の温度まで上昇した後に、膨張行程噴射の制御が開始されることを特徴としている。
【０００８】
本発明の内燃機関の始動時制御装置において、前記膨張行程噴射の制御の開始は、前記遅角制御により筒内温度が所定の温度まで上昇した後に代えて、前記遅角制御の開始時点から前記遅角制御により筒内温度が所定の温度まで上昇するために必要な時間が経過した後に、行われることを特徴としている。
【０００９】
本発明の内燃機関の始動時制御装置において、前記膨張行程噴射の制御が開始された時点と同時又は前記時点の後に、さらに、前記空燃比をリーン化することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、触媒を暖機すべきときに、ＨＣ、ＮＯｘ、スモークの発生の抑制が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の内燃機関の始動時制御装置の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
内燃機関の始動時には、触媒暖機性が悪いため、点火時期の遅角制御を行い、排気温度を上げることが考えられるが、この場合、ＮＯｘが上昇するという問題がある。または、点火時期の遅角制御に代えて、膨張行程噴射を行い、排気温度を上げることが考えられるが、この場合、未燃ＨＣとスモークが増加するという問題がある。そこで、本実施形態では、まず、点火時期の遅角制御を行い、その際、ＮＯｘを増加させないために、空燃比のリーン化を行う。そして、膨張行程噴射を行い、排気温度を上げて、触媒暖機性を高める。
【００１３】
図１に示すように、自動車に備えられたガソリンエンジン（以下、エンジンという）１１のシリンダブロック１２内には、ピストン１３が往復移動可能に設けられている。このピストン１３は、コンロッド１４を介してエンジン１１の出力軸であるクランクシャフト１５に連結されている。そして、ピストン１３の往復移動は、コンロッド１４によってクランクシャフト１５の回転へと変換されるようになっている。また、シリンダブロック１２には、エンジン１１の冷却水温を検出するための水温センサ１６が設けられている。
【００１４】
上記シリンダブロック１２の上端には、シリンダヘッド１７が設けられている。シリンダヘッド１７とピストン１３との間には燃焼室１８が設けられている。シリンダヘッド１７には燃焼室１８に臨むように点火プラグ１９が設けられている。燃焼室１８は吸気ポート２０を介して吸気通路２１に接続されるとともに、排気ポート２２を介して排気通路２３に接続されている。吸気通路２１において、その上流部分にはエアクリーナ２４が設けられ、その下流には吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ２５が設けられている。また、吸気通路２１においてスロットルバルブ２５の下流には吸入空気量の脈動を抑制するためのサージタンク２６が設けられ、同サージタンク２６から延びるインテークマニホールド２７が各燃焼室１８の吸気ポート２０に接続されている。燃料噴射弁３７は、燃焼室１８に取り付けてあり、燃焼室１８内に燃料を直接噴射する。
【００１５】
シリンダヘッド１７には吸気バルブ２８及び排気バルブ２９が摺動可能に貫通支持されている。吸気ポート２０と燃焼室１８とは吸気バルブ２８により連通・遮断され、排気ポート２２と燃焼室１８とは排気バルブ２９により連通・遮断されるようになっている。
【００１６】
上記シリンダブロック１２の下部には前記クランクシャフト１５の回転速度を検出するための回転数センサ３０が設けられている。
【００１７】
さらに、エンジン１１の近傍にはスタータモータ３４が設けられ、同スタータモータ３４はイグニションキーの操作に基づくスタートスイッチ３５のＯＮ動作に基づいて回転してエンジン１１の始動時にクランキングを行うようになっている。
【００１８】
上記のように構成されたエンジン１１の運転時には、自動車の室内に設けられたアクセルペダルが踏込操作されると、その踏み込み量に応じてスロットルバルブ２５の開度が調節され、エンジン１１の吸入空気量が調整されるようになる。また、燃料噴射弁３７から直接、燃焼室１８内に燃料噴射が行われ、燃焼室１８内の燃料と空気との燃料混合気に対し点火プラグ１９によって点火が行われる。そして、燃焼室１８内の燃料混合気が点火されて燃焼すると、このときの燃焼エネルギーによりピストン１３が往復移動してエンジン１１が駆動される。また、燃焼室１８内で燃焼した後のガスは、排気行程において排気バルブ２９が開弁されると、排気として排気ポート２２及び排気通路２３を介してエンジン１１の外部に送り出されるようになる。
【００１９】
続いて、こうした車両において、上記エンジン１１の制御を司る同車両の制御系の構成について、同図１に基づき説明する。
【００２０】
本実施形態にかかる車両では、上記の制御系として役割を司る電子制御装置（ＥＣＵ）４０を備えている。このＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ及びタイマー等を備える算術論理演算回路として構成されており、イグニションキーの操作に基づくイグニションスイッチ３６のＯＮ動作に基づいて各種の制御処理を実行するようになっている。ここで、ＲＯＭは各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されたメモリであり、ＣＰＵはＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭはエンジン１１の停止時にその記憶されたデータ等を保存する不揮発性のメモリである。
【００２１】
このように構成されたＥＣＵ４０には、水温センサ１６、回転数センサ３０をはじめとして、車両やエンジン１１の運転状態を検知する各種センサの検出信号が入力される。そして、ＥＣＵ４０は、上記各種センサの検出信号に基づき、燃料噴射、点火などのエンジン１１の運転制御を実行する。
【００２２】
ＥＣＵ４０は、吸気通路２１に設けられた図示しないエアフローメータの検出信号に基づき吸入空気量を求めるとともに、回転数センサ３０の検出信号に基づきエンジン回転速度を求め、さらに、水温センサ１６の検出信号に基づいて冷却水温を求める。ＥＣＵ４０は、これら吸入空気量、エンジン回転速度及び冷却水温に基づいて燃料噴射量を算出するとともに、燃料噴射時期を算出する。そして、ＥＣＵ４０は上記燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁３７を駆動制御する。この燃料噴射弁３７の駆動制御により、燃料噴射量に対応した量の燃料が燃料噴射弁３７から燃焼室１８内に噴射されるようになる。また、ＥＣＵ４０は、これら吸入空気量、エンジン回転速度及び冷却水温に基づいて点火時期を算出する。そして、ＥＣＵ４０は点火時期に基づき各点火プラグ１９を駆動制御する。この各点火プラグ１９の駆動制御により、各気筒において燃料混合気に点火される。
【００２３】
内燃機関１１の冷間始動時にＨＣ、スモーク、ＮＯｘの排出量を低く抑えるためには、点火時期と、空燃比（Ａ／Ｆ）と、膨張行程噴射の制御が必要である。そこで、これらの３つの制御順序を考えた場合、制御パターンとしては、図３の（１）〜（６）の６パターンが考えられる。
【００２４】
ここで、膨張行程噴射とは、通常の燃料噴射（主燃焼のための燃焼噴射）の他に、膨張行程中に追加の燃料を噴射し、この追加燃料を着火燃焼させ、排気ガス温度を昇温させようとするものである。この膨張行程噴射の内容としては特に限定されず、例えば、上記特許文献１に記載された技術が適用されることができる。
【００２５】
本実施形態では、膨張行程噴射を行うことから、筒内噴射が可能な位置に燃料噴射弁３７が設けられていることが必要である。但し、その筒内噴射用の燃料噴射弁３７に加えて、吸気ポート２０に取り付けられた燃料噴射弁（図示せず）が設けられたものであってもよく、その場合、主燃料は、吸気ポート２０に取り付けられた燃料噴射弁から噴射されることができる。
【００２６】
以下に、図２を参照しつつ、図３の（１）〜（６）の６つの制御パターンの検討を行う。
【００２７】
図２において、符号５１は点火時期を示し、符号５２は空燃比（Ａ／Ｆ）を示し、符号５３は膨張行程噴射（量）を示し、符号５４は吸入空気量を示し、符号５５は燃焼室１８の温度又は排気ポート２２の温度を示し、符号５６はＮＯｘの排出量を示している。本実施形態では、燃焼室１８の温度と排気ポート２２の温度は、実質的に同じ傾向で増減すると考えてよいため、これらをまとめて符号５５で示すものとする。
【００２８】
まず最初に、膨張行程噴射を行うと、ＨＣ・スモークの排出量が増大する。このことから、本実施形態では、図２に示すように、燃焼室温度や排気ポート温度５５が上がるまで、膨張行程噴射５３は行わない。このことから、上記（１）〜（６）のパターンのうち、（５）及び（６）は適当ではない。
【００２９】
本実施形態では、まず最初に、燃焼室温度や排気ポート温度５５を早く上げるために、時刻ｔ０において、点火時期５１を大幅に遅角させる制御を開始する。これにより、点火時期の遅角量を漸次大きくしていく。ここで、点火遅角制御における遅角量の目標値は、例えばＡＴＤＣ１５〜２０°である（後述するように、遅角量は、ｔ２の時点で目標値に到達する）。内燃機関１１の始動と同時又は始動直後の時刻ｔ０から、ＥＣＵ４０は、点火時期５１の遅角制御を開始し、これにより、燃焼室温度・排気ポート温度５５を最初に（時刻ｔ０から）、上昇させるようにしている。
【００３０】
これに対して、最初にリーンバーン化をしたとすると、燃焼室温度・排気ポート温度５５が下がってしまうので、上記（１）〜（６）のパターンのうち、（３）及び（４）は適当ではない。このことから、本実施形態では、図２に示すように、ｔ０の時点では、Ａ／Ｆ５２はリーンバーン化はなされていない。
【００３１】
時刻ｔ０で点火時期５１を遅角させると、排気温度が上がり、ＮＯｘの排出量５６が増大してしまうので、ＥＣＵ４０は、時刻ｔ１からＡ／Ｆ５２を大きくすること（リーンバーン化）を開始させ、ＮＯｘの排出量５６を低減させる。時刻ｔ１は、ＮＯｘの排出量５６が所定量まで増大する程度（ＮＯｘを積極的に低減させるための対策が必要になる程度）にまで、点火時期５１の遅角制御が進行した時期に対応する。Ａ／Ｆ５２のリーン化が開始された時刻ｔ１の後の時刻ｔ２にて、点火時期５１の遅角量が目標値に到達する。
【００３２】
点火時期５１の遅角制御により、燃焼室温度・排気ポート温度５５が必要な程度まで上昇した時期ｔ３に、ＥＣＵ４０により、膨張行程噴射５３が開始される。ここで、必要な程度とは、膨張行程噴射５３が行われたときに、筒内温度に関して、ＨＣ・スモークの排出量が抑制されるために必要とされるレベルである。
【００３３】
このように、燃焼室温度・排気ポート温度５５が上記必要な程度まで上昇した時期ｔ３に、膨張行程噴射５３が行われた場合には、ＨＣ・スモークの排出量は小さく抑えられつつ、膨張行程噴射５３の本来の効果である排気ガスの昇温効果が得られる。さらに、この場合、膨張行程噴射５３が開始されたｔ３の時点では、Ａ／Ｆ５２がリーン化されているため、追加燃料の燃焼（後燃え）の促進効果が期待でき、さらに排気ポート温度５５が上昇する。時刻ｔ３は、点火時期５１の遅角量が目標値に到達した時点ｔ２の後である。
【００３４】
膨張行程噴射５３が開始された後の時点ｔ４で、ＥＣＵ４０により、さらにＡ／Ｆ５２がリーン化されることにより、排気温度が上昇する。即ち、膨張行程噴射５３として噴射された追加燃料は、Ａ／Ｆ５２がさらにリーン化されることによって、燃焼（後燃え）がさらに促進され、これにより、さらに排気ポート温度５５が上昇する。
【００３５】
その後、図２には図示しないが、ＥＣＵ４０は、触媒暖機が完了した時点で膨張行程噴射５３を禁止し、次に、Ａ／Ｆをストイキ付近に戻し、点火時期をＭＢＴまで進角させる。
【００３６】
上記において、ＥＣＵ４０がｔ１の時期（Ａ／Ｆ５２のリーン化の開始時期）を検出する方法としては、例えば、以下の（ａ）〜（ｃ）の方法が考えられる。
（ａ）ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ（図示せず）によりＮＯｘの排出量５６を検出し、その検出されたＮＯｘの排出量５６が所定値になった時点を、ｔ１の時期であるとして認定することができる。
（ｂ）または、ＥＣＵ４０は、水温（又は油温）センサ１６により検出された水温（又は油温）が予めマップに定められた設定値まで上昇した時に、ｔ１の時期であるとして認定することができる。上記において、ＮＯｘの排出量５６、水温（又は油温）は、いずれも筒内温度に関連するパラメータである。
（ｃ）または、ＥＣＵ４０は、ｔ１の時期を、内燃機関１１の始動後、予め設定された時間（始動と同時に開始された点火遅角制御によりＮＯｘ量が所定量まで増大するまでの時間）が経過した時期として求めることができる。
【００３７】
また、ｔ３の時期（膨張行程噴射５３の開始時期）の検出方法としては、例えば、上記と同様に、水温（又は油温）センサ１６により検出された水温（又は油温）が予めマップに定められた設定値まで上昇した時に、ｔ３の時期であるとして認定することができる。または、ｔ３の時期は、内燃機関の始動後、予め設定された時間（始動と同時に開始された点火遅角制御により筒内温度が所定温度まで上昇するまでの時間）が経過した時期として求めることができる。上記において、水温（又は油温）は、筒内温度に関連するパラメータである。
【００３８】
なお、図２においては、膨張行程噴射５３の開始時期であるｔ３の時刻は、点火時期５１の遅角量が目標値になった時刻ｔ２から所定時間が経過した後の時刻として記載されている。これに代えて、膨張行程噴射５３の開始時期は、燃焼室温度・排気ポート温度５５が上記必要な程度にまで上昇した状態であれば、点火時期５１の遅角量が目標値になった時刻ｔ２と同時又は時刻ｔ２よりも少し前の時点であってもよい。
【００３９】
また、図２においては、膨張行程噴射５３の開始時期ｔ３の後の時点ｔ４にて、更なるリーン化が実施されている。これに代えて、更なるリーン化は、膨張行程噴射５３の開始時期ｔ３と同時に開始されてもよい。
【００４０】
上記の内燃機関１１の冷間始動時の制御方法は、均質燃焼、成層燃焼のいずれにも適用可能であるが、よりＨＣを低減させたい場合には均質燃焼、よりＮＯｘを低減させたい場合には成層燃焼と用途に合わせて使い分けが可能である。
【００４１】
以上のように、本実施形態では、触媒を暖機すべき時には、内燃機関の点火時期の遅角制御が開始され、前記遅角制御が開始された後であって、前記遅角制御における遅角量が目標値に到達する前に、筒内の空燃比のリーン化が開始され、前記遅角制御における遅角量が前記目標値に到達した後に、膨張行程噴射の制御が開始される。
【００４２】
筒内温度を早く立ち上げるために最初に点火遅角を行う。膨張行程噴射を最初に開始すると、ＨＣスモークが増大するためであり、また、Ａ／Ｆのリーン化を最初に開始すると、筒内温度が下がるためである。
その後、点火遅角によるＮＯｘ排出量の増大を防ぐために、Ａ／Ｆのリーン化を開始する。次に、筒内温度が上昇した段階で（点火遅角が目標値に到達した後は、膨張行程噴射時にＨＣスモークの発生を抑制可能な程度まで筒内温度が上がっている）、膨張行程噴射を行い、筒内温度をさらに上げる。これにより、触媒の暖機が促進される。
【００４３】
この順序で、触媒暖機制御を行うことで、エミッションの悪化が少なく触媒を昇温させることができる。
【００４４】
本実施形態では、内燃機関の冷間始動時に、点火遅角制御を開始し、次いで、その点火遅角制御により生じたＮＯｘの排出量を低減させるべく、空燃比リーン化を開始するとともに、上記点火遅角制御により燃焼室温度・排気ポート温度が上昇して膨張行程噴射が行われてもＨＣ・スモークの排出量が大きくならない程度まで燃焼室温度・排気ポート温度が上昇した時点で膨張行程噴射を開始する。これにより、内燃機関の冷間始動時に、ＨＣ、ＮＯｘ、スモークの発生を抑制しつつ、触媒の暖機を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の内燃機関の始動時制御装置の一実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明の内燃機関の始動時制御装置の一実施形態のタイムチャートである。
【図３】本発明の内燃機関の始動時制御装置の一実施形態の制御パターンを示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１  エンジン
１２  シリンダブロック
１３  ピストン
１４  コンロッド
１５  クランクシャフト
１６  水温センサ
１７  シリンダヘッド
１８  燃焼室
１９  点火プラグ
２０  吸気ポート
２１  吸気通路
２２  排気ポート
２３  排気通路
２４  エアクリーナ
２５  スロットルバルブ
２６  サージタンク
２７  インテークマニホールド
２８  吸気バルブ
２９  排気バルブ
３０  回転数センサ
３４  スタータモータ
３５  スタートスイッチ
３６  イグニッションスイッチ
３７  燃料噴射弁
４０  ＥＣＵ
【図１】
2006118466.tif 000003
【図２】
2006118466.tif 000004
【図３】
2006118466.tif 000005