(57)【要約】【課題】燃焼室内の温度を高めて着火性を向上できる内燃機関の制御装置を提供すること。【解決手段】内燃機関（１）は、内燃機関が備える気筒（２）の燃焼室（３）内に空気を直接供給する空気供給手段（４１）と、内燃機関の始動プロセス中に、圧縮行程にある気筒内でピストン（９）の位置が下死点よりも上死点に近いタイミングで空気供給手段に空気を供給させる空気供給制御手段（３２）と、を具備する。【選択図】図１
2019178650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関が備える気筒の燃焼室内に空気を直接供給する空気供給手段と、
前記内燃機関の始動プロセス中に、圧縮行程にある前記気筒内でピストンの位置が下死点よりも上死点に近いタイミングで前記空気供給手段に前記空気を供給させる空気供給制御手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃焼室に前記燃料を供給する燃料供給手段と、
前記空気供給手段から直接供給される前記空気の供給量に合わせて前記燃料の供給量を増加させる燃料供給制御手段と、をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃料供給制御手段は、前記燃焼室内の空気量に対する前記燃料がパワー空燃比になるように前記燃料の供給量を増加させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記空気供給制御手段は、前記内燃機関の冷却水温度が低いほど前記空気供給手段から直接供給される前記空気の供給量を多くなるように設定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記空気供給手段は、前記燃焼室内に発生する混合気の流れに沿って前記空気を供給することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関（以下、エンジンとも記載する）において、内燃機関の燃焼室内に圧縮空気を噴射することが検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ダイレクトスタートによるエンジンの始動の範囲を広げるため、膨張行程において燃焼室に圧縮空気を供給することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３６５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術によれば、膨張行程においては、燃焼室の温度は下がる傾向にあり、着火性が悪くなるおそれがある。
【０００６】
本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、燃焼室内の温度を高めて着火性を向上できる内燃機関の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】
【０００７】
本発明の一態様の内燃機関の制御装置は、内燃機関が備える気筒の燃焼室内に空気を直接供給する空気供給手段と、前記内燃機関の始動プロセス中に、圧縮行程にある前記気筒内でピストンの位置が下死点よりも上死点に近いタイミングで前記空気供給手段に前記空気を供給させる空気供給制御手段と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃焼室内の温度を高めて着火性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関の概略図である。
【図２】本実施の形態に係る内燃機関の制御装置において圧縮行程でのピストン位置を示す模式図である。
【図３】本実施の形態に係る内燃機関の制御装置における空気インジェクタの取り付けの詳細を示す模式図である。
【図４】本実施の形態に係る内燃機関の制御装置における始動プロセスでの制御の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、内燃機関の一例として四気筒エンジンを例に挙げて説明するが、本発明を、単気筒エンジン、二気筒エンジン及びその他の多気筒エンジンに適用してもよい。
【００１１】
図１を参照して、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関の概略図である。なお、内燃機関の制御装置は、以下に示す構成に限定されず、適宜変更が可能である。
【００１２】
図１に、内燃機関の一例であるエンジン１を示す。エンジン１は、４気筒が直列に並んで構成される直列４気筒型エンジンである。説明の便宜上、図１に４気筒のうち１つの気筒２のみを図示している。
【００１３】
図１に示すように、エンジン１の燃焼室３には、点火を行う点火プラグ４が設けられている。
【００１４】
また、燃焼室３には、吸気ポート５及び排気ポート６が連通している。吸気ポート５及び排気ポート６の燃焼室３と連通する連通口には、吸気弁７及び排気弁８がそれぞれ設けられている。
【００１５】
さらに、エンジン１の気筒２内には上下摺動するピストン９が設けられている。ピストン９はコンロッド１０を介してクランクシャフト１１に連結されている。さらにクランクシャフト１１のクランク軸１１ａには、エンジン始動手段の一例であるセルモータ１２が接続されている。
【００１６】
また、気筒２には、燃料供給手段の一例として、燃料インジェクタ１３が設けられている。燃料インジェクタ１３には、燃料タンク（不図示）に備え付けられた燃料ポンプに接続され、燃料が供給されるように構成されている。なお、図１においては、便宜上、燃料インジェクタ１３が気筒２の側面部に設けられているように図示されているが、実際には、特に限定されないが、気筒２の頂部であって空気インジェクタ４１（後述）とは、気筒２の周方向で異なる位置に設けられる（図３Ａでも同様）。
【００１７】
吸気弁７及び排気弁８には、これらを開閉動作させるためのカム１４、１５と、カム１４、１５を回転させるためのカムシャフト１６、１７が設けられている。さらに、気筒判別手段の一例として、カムシャフト１６、１７の回転角（以下、カム角と記載する）を検出するカム角センサ１８、１９が設けられている。
【００１８】
また、吸気ポート５には、インテークマニホールド２０、スロットルバルブ２１、及び、エアクリーナ２２が燃焼室３から順次設けられている。
【００１９】
また、エンジン１には、ピストン位置検出手段の一例として、クランクシャフト１１の回転角（以下、クランク角と記載する）を検出するクランク角センサ２３が設けられている。また、エンジン１には、気筒２に設けられたウォータージャケット２ａ内の冷却水の温度を測定する水温センサ２４が設けられている。
【００２０】
さらに、エンジン１は、その各部を統括制御する制御装置としてのＥＣＵ３０（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）を備えている。ＥＣＵ３０は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶媒体で構成される。詳細は後述するが、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ２３、カム角センサ１８、１９及び水温センサ２４のようなセンサからの出力に基づいて、点火プラグ４、燃料インジェクタ１３、セルモータ１２のような各部の制御を実施する。
【００２１】
例えば、ＥＣＵ３０は、制御対象となる構成に応じて複数の機能ブロックを有している。具体的には、ＥＣＵ３０は、燃料インジェクタ１３からの燃料の噴射を制御する燃料供給制御部３１と、後述の空気インジェクタ４１からの空気の噴射量を制御する空気供給制御部３２と、を有する。
【００２２】
燃料供給制御部３１は、燃料供給制御手段の一例である。燃料供給制御部３１は、燃焼室３における空気量に対する燃料量の比率（以下、空燃比と記載する）が所望の値になるように燃料ポンプを制御し、燃料インジェクタ１３からの燃料の供給量（以下、燃料噴射量と記載する）を調整できるように構成されている。また、空気供給制御部３２は、気筒２内におけるピストン９の位置に基づいて燃料を噴射するタイミングを決定できるように構成されている。ピストン位置は、ピストン位置検出手段の一例であるクランク角センサ２３の検出値に基づいて、ＥＣＵ３０が決定する。
【００２３】
空気供給制御部３２は、空気供給制御手段の一例である。空気供給制御部３２は、後述の圧縮空気発生部４２を制御し、空気インジェクタ４１からの空気の噴射量（以下、空気噴射量と記載する）を調整できるように構成されている。また、空気供給制御部３２は、ピストン位置に基づいて空気を噴射するタイミングを決定できるように構成されている。
【００２４】
また、ＥＣＵ３０は、イグニッションスイッチ（不図示）と電気的に接続されている。これより、運転者によりイグニッションスイッチのＯＮへ切り替えが行われるとそれに応じてセルモータ１２の始動を行うように構成されている。
【００２５】
このように構成されるエンジン１においては、まず、ＥＣＵ３０は、イグニッションスイッチがＯＦＦに切り替えられエンジン１が停止したときに、クランク角センサ２３及びカム角センサ１８、１９（気筒判定手段の一例）の検出値に基づいて、エンジン回転数の傾向並びにクランク角及びカム角から４つの気筒のそれぞれについて、エンジン１の停止時に、膨張行程、排気行程、吸気行程及び圧縮行程のいずれの状態であるかを判別する。その判別結果を、ＥＣＵ３０は、メモリに記憶しておく。
【００２６】
そして、ＥＣＵ３０は、イグニッションスイッチがＯＮに切り替えられると、停止時に膨張行程にあった気筒２を選択し、気筒２に設けられた燃料インジェクタ１３から燃焼室３内に燃料を直接噴射させる。この結果、燃焼室３内は、燃料が空気中に気化した混合気５１（図２参照）で満たされる。
【００２７】
その後、ＥＣＵ３０は、セルモータ１２を始動させる。セルモータ１２がクランク軸１１ａを回転させ、クランクシャフト１１及びコンロッド１０が連動し、ピストン９が気筒２内で下降を始める。
【００２８】
次いで、ＥＣＵ３０は、停止時に膨張行程にあった気筒２において、ピストン位置が所定の位置に到達したタイミングで点火プラグ４により点火を行わせる。点火により、燃焼室３内の混合気５１が燃焼し、ピストン９が押下げられ、クランクシャフト１１が回転を始める。
【００２９】
この後、他の気筒２において、膨張行程での点火が順次行われ、エンジン１が始動する。エンジン１が始動した後、セルモータ１２が停止する。セルモータ１２が始動してから停止するまでを、エンジン1の始動プロセスという。
【００３０】
上述のようなエンジン１の始動プロセスにおいて、燃焼室３内での混合気の点火性を向上することが望ましい。このため、エンジン１の膨張行程に空気インジェクタ４１から空気を燃焼室３内に噴射することが考えられる。
【００３１】
しかしながら、膨張行程では、空気の膨張により燃焼室３内の温度が下がる傾向にある。このため、空気の噴射により燃焼室３内の温度がさらに下がり、混合気の着火性が悪くなるおそれがある。
【００３２】
そこで、本件発明者は、空気が圧縮される圧縮行程において、燃焼室３内の空気量を増やすことにより、燃焼室３内の温度を高くし、混合気５１の着火性を向上させることを着想した。
【００３３】
具体的には、本実施の形態では、空気インジェクタ４１を、燃焼室３内に直接空気を噴射可能なように配設し、エンジン１の始動プロセス中に、圧縮行程にある気筒２内でピストン位置が下死点よりも上死点に近いタイミングで空気インジェクタ４１から空気を噴射させる。
【００３４】
この構成によれば、圧縮行程で燃焼室３に空気を追加供給することで、混合気５１の圧力を高くして、燃焼室３内の温度、すなわち混合気５１の温度を高くすることができるため、混合気５１の着火性を向上させることが可能である。
【００３５】
また、空気の追加供給がピストン９への抵抗となることが懸念されるが、ピストン９の上昇速度がある程度高く、且つ、ピストン９に慣性力が作用している状態で、空気の追加供給を行うことにより、ピストン９への抵抗の影響を低減することができる。
【００３６】
この結果、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置によれば、燃焼室内の温度を高めて着火性を向上できる。
【００３７】
以下、図２〜図４を参照して、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置による制御について詳細に説明する。
【００３８】
まず、燃焼室３に空気を直接供給するための空気供給手段の構成について説明する。図１に示すように、空気インジェクタ４１が気筒２の上端部近傍に設けられている。空気インジェクタ４１の、空気が噴き出る先端部は、燃焼室３内に位置する。
【００３９】
空気インジェクタ４１には、空気供給パイプ４３の一端部（空気排出側端部）が接続されている。空気供給パイプ４３の他端部（空気取入側端部）は、スロットルバルブ２１とエアクリーナ２２との間に配置され、スロットルバルブ２１よりも上流で空気を取り入れようになっている。
【００４０】
空気供給パイプ４３の途中には、圧縮空気発生部４２が設けられている。圧縮空気発生部４２は、例えば、一般的なエアコンプレッサである。
【００４１】
このような構成により、エアクリーナ２２より後でスロットルバルブ２１よりも上流から取り入れられた空気を圧縮空気発生部４２で圧縮し、空気インジェクタ４１に供給する。これにより、吸気量センサ（不図示）の値が誤判定を起こす可能性がなくなり、スロットルバルブ２１を新たに制御する必要がなくなり、さらに、エアクリーナ２２で清浄後のきれいな空気を取り入れることができる。
【００４２】
次に、図２を参照し、燃焼室３に空気を供給するタイミングについて説明する。図２は、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置において圧縮行程でのピストン位置を示す模式図である。図２に示すように、セルモータ１２（図１参照）の駆動力によってピストン９が気筒２内を下死点ＩＩＩから上死点Ｉに向って上昇していく。
【００４３】
そして、ピストン９の上面９ａの位置、すなわちピストン位置９ａが下死点ＩＩＩよりも上死点Ｉに近くなったタイミング、言い換えれば、ピストン位置９ａが気筒２内での移動範囲の中間点ＩＩを超えた後であって上死点Ｉに達する前に空気インジェクタ４１から空気を噴射させる。
【００４４】
これにより、ピストン９による圧縮に加えて空気インジェクタ４１からの空気の追加供給によって、気筒２内の混合気５１の圧力が上昇する。これにより、気筒２内の温度、すなわち混合気５１の温度が高くなる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、ピストン位置９ａは、クランク角センサ２３の検出値に基づいて判定する。
【００４６】
次に、図３を参照して、空気インジェクタ４１が空気を吹き出し供給するタイミングについて説明する。図３は、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置における空気インジェクタ４１の取り付けの詳細を示す模式図である。図３Ａは、エンジン１が直噴型である場合、図３Ｂは、エンジン１がポート噴射型である場合をそれぞれ示す。
【００４７】
図３Ａに示すように、エンジン１が直噴型であり、燃料インジェクタ１３が気筒２に設けられている場合、ピストン位置９ａが中間点ＩＩをわずかに超えた位置で空気インジェクタ４１から空気が噴射される。この場合、空気インジェクタ４１から噴出される空気の流れ（図中矢印Ａ）が、気筒２内に発生したタンブル流（図中矢印Ｂ）に沿うように、空気インジェクタ４１を設けることが好ましい。
【００４８】
同様に、図３Ｂに示すように、エンジン１がポート噴射型であり、燃料インジェクタ６１が吸気ポート５に設けられている場合、ピストン位置９ａが中間点ＩＩ（図２参照）よりも上死点Ｉに近いが、上死点Ｉに到達する手前の位置で空気インジェクタ４１から空気が噴射される。この場合にも、空気インジェクタ４１から噴出される空気の流れ（図中矢印Ａ）が、気筒２内に発生したタンブル流（図中矢印Ｂ）に沿うように、空気インジェクタ４１を設けることが好ましい。
【００４９】
このように、空気インジェクタ４１から噴出される空気の流れが、気筒２内に発生したタンブル流に沿うように、空気インジェクタ４１を設けるが好ましい。これにより、噴射された空気が、気筒２内での混合気５１（図２参照）の流動を阻害するのを防ぐことができる。この結果、混合気５１の点火性を保つことができる。
【００５０】
次に図４を参照して、本実施の形態におけるエンジン１の始動プロセスでの制御フローについて説明する。図４は、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置における始動プロセスでの制御の一例を示すフローチャートである。なお、以下に示す制御フローでは、特に明示が無い限り、動作（算出（演算）や判定等）の主体はＥＣＵ３０とする。
【００５１】
図４に示すように、制御が開始されると、セルモータ１２が始動しているか否かが判定される（ＳＴ１０１）。セルモータ１２が始動していない場合（ＳＴ１０１：ＮＯ）、ＳＴ１０１の処理が繰り返えされる。
【００５２】
セルモータ１２が始動している場合（ＳＴ１０１：ＹＥＳ）、エンジン１の停止時における気筒２の判別が行われる（ＳＴ１０２）。エンジン１が図１に示すような直噴型である場合、エンジン１の停止時において圧縮行程にある気筒２を判別する。
【００５３】
４つの気筒２のいずれが停止時に圧縮行程にあったかの判定は、上述のようにＥＣＵ３０のメモリに記憶された停止時に行った判別結果に基づいて行われる。
【００５４】
次に、空気供給制御部３２は、水温センサ２４の検出値に基づいて空気インジェクタ４１からの空気噴射量、言い換えれば、気筒２内に追加される空気量を決定する（ＳＴ１０３）。
【００５５】
ここで、エンジン1の水温（冷却水温度）が低いほど空気噴射量が多くなるように設定することが好ましい。空気を多く追加するとそれだけ圧縮時の燃焼室３内の温度が上昇するので、始動時のエンジン１の水温が低いときであっても混合気５１の点火性を向上することができる。
【００５６】
次に、燃料供給制御部３１は、ＳＴ１０３で空気供給制御部３２が決定した空気噴射量に合わせて、燃料噴射量を増加させる（ＳＴ１０４）。
【００５７】
ここで、燃料噴射量は、燃焼室３内の空気量に対する燃料がパワー空燃比になるように燃料噴射量を増加させることが好ましい。これにより、燃焼室３の混合気５１をリッチ目の空燃比に維持することができ、混合気５１の点火性を向上することができる。
【００５８】
ここで、パワー空燃比とは、例えば、１１〜１３の値であるが、特に限定されない。
【００５９】
次に、燃料供給制御部３１及び空気供給制御部３２は、停止時に圧縮行程にあった気筒２内でピストン位置が下死点よりも上死点に近いタイミングで、燃料及び燃料の空気を、燃料インジェクタ１３及び空気インジェクタ４１から行わせる（ＳＴ１０５）。
【００６０】
その後、セルモータ１２が停止したか否かを判定する（ＳＴ１０６）。セルモータ１２が停止していない場合（ＳＴ１０６：ＮＯ）、ＳＴ１０１に戻る。一方、セルモータ１２が停止している場合（ＳＴ１０６：ＹＥＳ）、エンジン１の始動プロセスが終了しているので、制御を終了する。
【００６１】
以上説明したように、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置によれば、圧縮行程で燃焼室３に空気を追加供給することで、燃焼室３内の混合気の圧力を高くして、混合気５１の温度を高くすることができるため、混合気５１の着火性を向上させることが可能である。
【００６２】
また、空気の追加供給がピストン９への抵抗となることが懸念されるが、ピストン９の上昇速度がある程度高く、且つ、ピストン９に慣性力が作用している状態で、空気の追加供給を行うことにより、ピストン９への抵抗の影響を低減することができる。
【００６３】
この結果、混合気５１内の温度を高めて着火性を向上できる。
【００６４】
また、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。従って、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。
【００６５】
例えば、上記実施の形態では、直噴型であるエンジン１を例に挙げ、停止時に圧縮行程にあった気筒２を判別し、圧縮行程時に燃料を直接燃焼室３内に噴射する場合について説明した。しかし、本発明は、ポート噴射型のエンジンにも適用することができる。この場合、例えば、エンジン１が停止時に吸気行程にあった気筒２を判別し、吸気行程において吸気ポート５内に燃料を噴射する。この場合にも、空気インジェクタ４１からは圧縮行程において上記のタイミングで空気を噴射する点に代わりはなく、エンジン１が直噴型である場合と同様の効果を奏する。
【００６６】
また、上記実施の形態では、エンジン１のスタータとしてセルモータ１２を用いた場合について説明している。しかし、エンジン１のスタータは特に限定されず、他の例としては、例えば、キックスターターを挙げることができる。
【００６７】
また、本実施の形態では、停止時に気筒２がいずれの行程にあったかを、エンジン１の停止時に判別する場合を例に挙げて説明したが、エンジン１の始動時に判別することもできる。例えば、エンジン１の始動時に、クランク角センサ２３及びカム角センサ１８、１９（気筒判定手段の一例）の検出値に基づいて停止時に気筒２がいずれの行程にあるかを判別してもよい。
【００６８】
また、本実施の形態では、空気インジェクタ４１から噴出される空気の流れが、気筒２内に発生したタンブル流に沿うように、空気インジェクタ４１を設けた場合を例に挙げて説明したが、タンブル流に限定されず、スワール流に沿うように、空気インジェクタ４１を設けてもよい。このように、本実施の形態では、空気インジェクタ４１は、気筒２内に発生する混合気の流れに沿って空気を供給することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上説明したように、燃焼室内の温度を高めて着火性を向上できるという効果を有し、特に、車両の内燃機関の制御装置に有用である。
【符号の説明】
【００７０】
１  エンジン（内燃機関）
２  気筒
３  燃焼室
４  点火プラグ
５  吸気ポート
６  排気ポート
７  吸気弁
８  排気弁
９  ピストン
１０  コンロッド
１１  クランクシャフト
１２  セルモータ
１３、６１  燃料インジェクタ（燃料供給手段）
１４、１５  カム
１６、１７  カムシャフト
１８、１９  カム角センサ（気筒判定手段）
２０  インテークマニホールド
２１  スロットルバルブ
２２  エアクリーナ
２３  クランク角センサ（ピストン位置検出手段、気筒判定手段）
２４  水温センサ
３０  ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）
３１  燃料供給制御部（燃料供給制御手段）
３２  空気供給制御部（空気供給制御手段）
４１  空気インジェクタ（空気供給手段）
４２  圧縮空気発生部（空気供給手段）
４３  空気供給パイプ
５１  混合気
【図１】
2019178650.tif 000003
【図２】
2019178650.tif 000004
【図３】
2019178650.tif 000005
【図４】
2019178650.tif 000006