(57)【要約】【課題】失火が生ずるの阻止して機関の運転を確実に開始させる。【解決手段】機関運転を開始すべきときには膨張行程気筒の筒内に始動時燃料量だけ燃料を直接噴射し点火作用を行うことにより、混合気を着火燃焼させて駆動力を得る。始動時クランク角に代表される始動時筒内空気量検出値を求め、実際の始動時筒内空気量が始動時筒内空気量検出値のときに筒内空燃比を理論空燃比に一致させるのに必要な燃料量を始動時燃料量に設定して燃料噴射作用及び点火作用を行ったと仮定したときの、リッチ失火及びリーン失火のうちの少なくとも一方が生ずる可能性の有無を始動時クランク角に基づき予測する。リッチ失火が生ずる可能性がなくかつリーン失火が生ずる可能性があると予測されたときには、始動時燃料量を、実際の始動時筒内空気量が可能最小空気量Ｑａｍのときに筒内空燃比をリッチ限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量ＱｆＲＬ（Ｑａｍ）に設定する。【選択図】      図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の運転を開始すべきときには、このとき膨張行程の途中で停止している膨張行程気筒又は圧縮行程の途中で停止している圧縮行程気筒の筒内に始動時燃料量だけ燃料を直接噴射すると共に点火栓による点火作用を行うことにより、筒内に形成される混合気を着火燃焼させて駆動力を得るようにした内燃機関の始動装置において、機関の運転を開始すべきときの膨張行程気筒又は圧縮行程気筒の筒内空気量である始動時筒内空気量の代表値を求め、前記始動時燃料量を、実際の始動時筒内空気量が該求められた始動時筒内空気量代表値で表される空気量のときに膨張行程気筒又は圧縮行程気筒における空燃比を予め定められた目標可燃空燃比に一致させるのに必要な燃料量に設定して燃料噴射作用及び点火作用を行ったと仮定したときの、リッチ失火及びリーン失火のうちの少なくとも一方が生ずる可能性の有無を予測し、該予測の結果に基づいて前記始動時燃料量を設定した内燃機関の始動装置。
【請求項２】
機関の運転を開始すべきときのクランク角を検出し、前記リッチ失火及びリーン失火のうちの少なくとも一方が生ずる可能性の有無を該検出されたクランク角に基づいて予測するようにした請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項３】
リッチ失火が生ずる可能性がなくかつリーン失火が生ずる可能性があると予測されたときには、前記始動時燃料量を、実際の始動時筒内空気量が前記求められた始動時筒内空気量代表値を基準としてとり得る最大量のときに膨張行程気筒又は圧縮行程気筒における空燃比をリーン限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量以上でかつ、実際の始動時筒内空気量が前記求められた始動時筒内空気量代表値を基準としてとり得る最小量のときに膨張行程気筒又は圧縮行程気筒における空燃比をリッチ限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量以下に設定した請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項４】
リッチ失火が生ずる可能性があると予測されたときには、実際の始動時筒内空気量が前記求められた始動時筒内空気量代表値を基準としてとり得る最小量のときに膨張行程気筒又は圧縮行程気筒における空燃比を可燃空燃比範囲内にするのに必要な燃料量に設定した請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項５】
前記始動時燃料量を、実際の始動時筒内空気量が前記求められた始動時筒内空気量代表値を基準としてとり得る最小量のときに膨張行程気筒又は圧縮行程気筒における空燃比をリッチ限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量に設定した請求項３又は４に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項６】
膨張行程気筒又は圧縮行程気筒において前回設定された始動時燃料量だけ燃料を噴射して点火作用を行ったときに失火が生じた否かを判断し、失火が生じたと判断されたときには、始動時燃料量を、実際の始動時筒内空気量が前記求められた始動時筒内空気量代表値を基準としてとり得る最大量のときに膨張行程気筒又は圧縮行程気筒における空燃比をリーン限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量以上でかつ、実際の始動時筒内空気量が該前回設定された始動時燃料量のもとでリーン失火が生ずる最小の空気量のときに膨張行程気筒又は圧縮行程気筒における空燃比をリッチ限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量以下に再設定し、膨張行程気筒又は圧縮行程気筒の筒内の燃料量を該再設定された始動時燃料量に一致させるのに必要な燃料量だけ再度燃料を噴射して点火作用を行うようにした請求項１又は４に記載の内燃機関の始動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関の運転を開始すべきときには、このとき膨張行程の途中で停止している膨張行程気筒の筒内に燃料を直接噴射すると共に点火栓による点火作用を行うことにより、筒内に形成される混合気を着火燃焼させて駆動力を得るようにした内燃機関が公知である（特許文献１参照）。このようにすると、スタータモータを用いることなく機関運転を開始することが可能になる。
【０００３】
この内燃機関では、機関の運転を開始すべきときのクランク角を検出すると共に、機関運転を開始すべきときの膨張行程気筒の筒内空気量である始動時筒内空気量をこのクランク角に基づいて検出し、膨張行程気筒における空燃比を目標可燃空燃比に一致させるのに必要な燃料量を始動時筒内空気量に基づき算出し、この算出された燃料量だけ膨張行程気筒の筒内に燃料を噴射するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３９０３８号公報
【特許文献２】
特開２０００−１０４６０８号公報
【特許文献３】
特開２００１−３０３９５７号公報
【特許文献４】
特開２００１−３４２８７６号公報
【特許文献５】
特開２００２−４９８５号公報
【特許文献６】
特開平１１−１５９３７４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
クランク角を検出するために、クランクシャフトに例えば１０°間隔で形成された突起を有するロータを固定し、電磁ピックアップからなるクランク角センサをこれら突起に対面して配置するのが一般的である。この場合、クランク角センサはロータの突起がクランク角センサを通過する毎に、即ちクランクシャフトが１０°クランク角だけ回転する毎に出力パルスを発生する。
【０００６】
始動時筒内空気量は機関運転を開始すべきときのピストンの位置、即ちクランク角に応じて定まる。従って、機関運転が停止されクランクシャフトの回転が停止したときのクランク角をクランク角センサにより検出して記憶しておけば、このクランク角に基づき、始動時筒内空気量を求めることができることになる。
【０００７】
しかしながら、例えば１０°クランク角毎に発生される出力パルスに基づいてクランク角を検出しようとすると、クランク角を１０°以下の精度で検出することが困難になり、従って始動時筒内空気量を正確に検出することができない。実際、例えば上死点後９０°クランク角付近においてクランク角が１０°だけ変化すると、始動時筒内空気量は約１７％変化することが確認されている。その結果、検出された始動時筒内空気量が実際の始動時筒内空気量よりも少ない場合には筒内に形成される混合気が希薄なために失火即ちリーン失火が生ずることになり、検出された始動時筒内空気量が実際の始動時筒内空気量よりも多い場合には混合気が過濃なために失火即ちリッチ失火が生ずることになる。即ち、機関運転を開始することができない恐れがある。ここで、リーン失火の場合には燃料を更に噴射することによって筒内に可燃混合気を形成することができるが、リッチ失火の場合にはもはや可燃混合気を形成することができない。このことは機関運転を開始できないことを意味している。
【０００８】
そこで本発明の目的は、失火が生ずるの阻止して機関の運転を確実に開始させることができる内燃機関の始動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、機関の運転を開始すべきときには、このとき膨張行程の途中で停止している膨張行程気筒又は圧縮行程の途中で停止している圧縮行程気筒の筒内に始動時燃料量だけ燃料を直接噴射すると共に点火栓による点火作用を行うことにより、筒内に形成される混合気を着火燃焼させて駆動力を得るようにした内燃機関の始動装置において、機関の運転を開始すべきときの膨張行程気筒又は圧縮行程気筒の筒内空気量である始動時筒内空気量の代表値を求め、前記始動時燃料量を、実際の始動時筒内空気量が該求められた始動時筒内空気量代表値で表される空気量のときに膨張行程気筒又は圧縮行程気筒における空燃比を予め定められた目標可燃空燃比に一致させるのに必要な燃料量に設定して燃料噴射作用及び点火作用を行ったと仮定したときの、リッチ失火及びリーン失火のうちの少なくとも一方が生ずる可能性の有無を予測し、該予測の結果に基づいて前記始動時燃料量を設定している。
【００１０】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、機関の運転を開始すべきときのクランク角を検出し、前記リッチ失火及びリーン失火のうちの少なくとも一方が生ずる可能性の有無を該検出されたクランク角に基づいて予測するようにしている。
【００１１】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、リッチ失火が生ずる可能性がなくかつリーン失火が生ずる可能性があると予測されたときには、前記始動時燃料量を、実際の始動時筒内空気量が前記求められた始動時筒内空気量代表値を基準としてとり得る最大量のときに膨張行程気筒又は圧縮行程気筒における空燃比をリーン限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量以上でかつ、実際の始動時筒内空気量が前記求められた始動時筒内空気量代表値を基準としてとり得る最小量のときに膨張行程気筒又は圧縮行程気筒における空燃比をリッチ限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量以下に設定している。
【００１２】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、リッチ失火が生ずる可能性があると予測されたときには、実際の始動時筒内空気量が前記求められた始動時筒内空気量代表値を基準としてとり得る最小量のときに膨張行程気筒又は圧縮行程気筒における空燃比を可燃空燃比範囲内にするのに必要な燃料量に設定している。
【００１３】
また、５番目の発明によれば３番目又は４番目の発明において、前記始動時燃料量を、実際の始動時筒内空気量が前記求められた始動時筒内空気量代表値を基準としてとり得る最小量のときに膨張行程気筒又は圧縮行程気筒における空燃比をリッチ限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量に設定している。
【００１４】
また、６番目の発明によれば１番目又は４番目の発明において、膨張行程気筒又は圧縮行程気筒において前回設定された始動時燃料量だけ燃料を噴射して点火作用を行ったときに失火が生じた否かを判断し、失火が生じたと判断されたときには、始動時燃料量を、実際の始動時筒内空気量が前記求められた始動時筒内空気量代表値を基準としてとり得る最大量のときに膨張行程気筒又は圧縮行程気筒における空燃比をリーン限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量以上でかつ、実際の始動時筒内空気量が該前回設定された始動時燃料量のもとでリーン失火が生ずる最小の空気量のときに膨張行程気筒又は圧縮行程気筒における空燃比をリッチ限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量以下に再設定し、膨張行程気筒又は圧縮行程気筒の筒内の燃料量を該再設定された始動時燃料量に一致させるのに必要な燃料量だけ再度燃料を噴射して点火作用を行うようにしている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、機関本体１は複数例えば４つの気筒１ａを具備する。各気筒１ａはそれぞれ対応する吸気枝管２を介してサージタンク３に連結され、サージタンク３は吸気ダクト４を介してエアクリーナ５に連結される。吸気ダクト４内にはアクチュエータ６により駆動されるスロットル弁７が配置される。また、各気筒１ａは排気マニホルド８及び排気管９を介し、触媒１０を内蔵した触媒コンバータ１１に連結される。なお、図１に示される内燃機関では、＃１−＃３−＃４−＃２の順で燃焼が行われる。
【００１６】
各気筒１ａを詳しく示す図２を参照すると、１２はシリンダブロック、１３はシリンダヘッド、１４はピストン、１５は燃焼室、１６は燃料噴射弁、１７は点火栓、１８は一対の吸気ポート、１９は一対の吸気弁、２０は一対の排気ポート、２１は一対の排気弁をそれぞれ示している。
【００１７】
再び図１を参照すると、クランクシャフト２２には図示しないクラッチを介して電気モータ２３が連結可能になっている。この電気モータ２３は例えばいわゆるスタータモータから形成することもできるし、クランクシャフト２２により回転駆動されて発電する発電機能を備えた電気モータから形成することもできる。
【００１８】
後に詳しく説明するように本発明による実施例では、電気モータ２３を用いることなく、燃焼により得られる駆動力のみでもって機関の運転を開始するようにしており、機関運転を開始するために電気モータ２３は必ずしも必要ない。しかしながら、燃焼により得られる駆動力のみで機関運転が開始できない場合もあり、このとき機関運転を開始するために電気モータ２３が補助的に用いられる。
【００１９】
クランクシャフト２２にはロータ２４が固定されており、このロータ２４には例えば２歯だけ欠歯した３４歯の突起が１０°間隔で形成されている。これら突起に対面して電磁ピックアップからなるクランク角センサ２５が配置される。このクランク角センサ２５はロータ２５の突起がクランク角センサ２５を通過する毎に出力パルスを発生する。欠歯部分がクランク角センサ２５と対面したときに例えば１番気筒が圧縮上死点にあるように欠歯部分が形成されており、従って欠歯部分を表す信号が検出されたときにはクランク角が０°クランク角（ＣＡ）であることがわかる。このため、順次発生する出力パルスに応じてクランク角を求めることができる。また、欠歯部分を表す信号が出力されてから次にこの信号が出力されるまでの時間、即ちクランクシャフト２２が１回転するのに要した時間から機関回転数を求めることができる。
【００２０】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、電源が常時接続されているＢ−ＲＡＭ３５（バックアップＲＡＭ）、入力ポート３６、及び出力ポート３７を具備する。機関本体１には機関冷却水温を表す出力電圧を発生する水温センサ４０が取り付けられる。また、アクセルペダル（図示しない）にはアクセルペダルの踏み込み量を表す出力電圧を発生する踏み込み量センサ４１が取り付けられる。これらセンサ４０，４１の出力信号は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６にそれぞれ入力される。更に、入力ポート３６には上述したクランク角センサ２５と、オンにされていることを表す出力パルスを発生するイグニッション（ＩＧ）スイッチ４２と、オンにされていることを表す出力パルスを発生するキースイッチ４３と、が接続される。これらイグニッションスイッチ４２及びキースイッチ４３は車両運転者によって操作される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介してアクチュエータ６、燃料噴射弁１６、点火栓１７、及び電気モータ２３にそれぞれ接続される。
【００２１】
機関運転中には各気筒において吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程が順次繰り返し行われる。次いで、機関運転を停止すべくキースイッチ４３がオフに切り替えられると、クランクシャフト２２の回転速度が次第に低下してクランクシャフト２２は或るクランク角で停止し、従って各気筒はそれぞれの行程の途中で停止することになる。
【００２２】
即ち、図３に示される例では、クランク角θが矢印で示されるクランク角θＸのときにクランクシャフト２２の回転が停止する。この場合、１番気筒＃１は膨張行程の途中で停止し、３番気筒＃３は圧縮行程の途中で停止し、４番気筒＃４は吸気行程の途中で停止し、２番気筒＃２は排気行程の途中で停止することになる。なお、図３は１番気筒＃１の圧縮上死点を０°ＣＡとした場合のクランク角θの変化に対するピストン１４の変位（実線）、吸気弁１９の開弁時期（白い矢印）、及び排気弁２１の開弁時期（ハッチングされた矢印）を示している。
【００２３】
次いで、機関の運転を開始するためにイグニッションスイッチ４２がオンに切り替えられると、このとき膨張行程の途中で停止している膨張行程気筒において燃焼が行われ、この燃焼により得られる駆動力でもって機関運転が開始される。具体的には、クランクシャフト２２の回転がクランク角θＸにおいて停止した状態で、膨張行程気筒の筒内に燃料噴射弁１６から始動時燃料量Ｑｆだけ燃料が噴射され、この燃料は筒内の空気と共に混合気を形成する。次いで、点火栓１７の点火作用が行われて混合気が着火燃焼される。膨張行程気筒において混合気が着火燃焼されると、通常通り、他の気筒において燃焼が順次行われる。
【００２４】
即ち、図３に示される例では、１番気筒＃１が膨張行程気筒であり、１番気筒＃１の筒内に燃料が噴射され点火作用が行われる。なお、クランクシャフト２２がどのクランク角で停止しても膨張行程気筒が存在する。
【００２５】
このようにすると、機関運転を開始するために機関に外力を加える必要がなく、即ち電気モータ２３を運転する必要がなく、従って消費エネルギを低減することができる。
【００２６】
このようにして機関運転を開始するためには、膨張行程気筒の筒内に可燃混合気を形成する必要があり、これを達成するためには機関運転を開始すべきときの膨張行程気筒の筒内空気量である始動時筒内空気量を正確に求める必要がある。
【００２７】
始動時筒内空気量を直接求めることは困難である。しかしながら、始動時筒内空気量は機関運転を開始すべきときのピストンの位置即ちクランク角θＸにより代表される。従って、機関運転を開始すべきときのクランク角θＸを検出すれば始動時筒内空気量がわかることになる。
【００２８】
機関運転を開始すべきときのクランク角θＸを始動時クランク角θＸと称すると、この始動時クランク角θＸは例えば次のようにして検出することができる。即ち、クランク角センサ２５は上述したように、クランクシャフト２２が１０°ＣＡだけ回転する毎にクランク角θを表すパルスを発生する。電子制御ユニット３０ではクランク角センサ２５からパルスが入力される毎に対応するクランク角θが例えばＲＡＭ３３に記憶される。従って、機関の停止に伴いクランクシャフト２２の回転が停止し、クランク角センサ２５からパルスが出力されなくなったときには、ＲＡＭ３３に最後に記憶されたクランク角θは機関運転が停止したときのクランク角、即ち始動時クランク角θＸを表していることになる。なお、図１に示される内燃機関では、キースイッチ４３がオフにされても一定時間だけ電子制御ユニット３０への電力供給が継続される。
【００２９】
しかしながら、このように１０°ＣＡ毎に出力されるパルスに基づいて始動時クランク角θＸを検出する場合、検出されるクランク角θＸにはほぼ１０°ＣＡの検出誤差が含まれうる。従って、検出された始動時クランク角θＸにより代表される始動時筒内空気量Ｑａを始動時筒内空気量検出値Ｑａｄと称すると、この始動時筒内空気量検出値Ｑａｄには図４（Ａ）に示されるように、ほぼ１０°ＣＡに相当する検出誤差ΔＱａｄが含まれることになる。この検出誤差ΔＱａｄは図４（Ａ）からわかるように、始動時クランク角θＸが圧縮上死点後９０°Ａ付近のときに最も大きくなり、始動時クランク角θＸが圧縮上死点（ＴＤＣ）又は排気下死点（ＢＤＣ）に近づくにつれて小さくなる。
【００３０】
図４（Ａ）においてＱａＭ及びＱａｍは検出誤差ΔＱａｄに応じて定まるものであり、実際の始動時筒内空気量が始動時筒内空気量検出値Ｑａｄを基準としてとり得る最大の空気量即ち可能最大空気量、及び実際の始動時筒内空気量が始動時筒内空気量検出値Ｑａｄを基準としてとり得る最小の空気量即ち可能最小空気量をそれぞれ表している。これらＱａＭ及びＱａｍは検出誤差ΔＱａｄに応じて定まるものであり、検出誤差ΔＱａｄが±ｅで表されるときには、可能最大空気量ＱａＭはＱａｄ＋ｅとなり、可能最小空気量ＱａｍはＱａｄ−ｅとなる。このように、実際の始動時筒内空気量は始動時筒内空気量検出値Ｑａｄに必ずしも一致せず、実際の始動時筒内空気量がとり得る範囲は可能最小空気量Ｑａｍから可能最大空気量ＱａＭまでの範囲にある。
【００３１】
可能最大空気量ＱａＭ及び可能最小空気量Ｑａｍをそれぞれ始動時クランク角θＸに亘って結ぶと図４（Ｂ）のようになる。始動時筒内空気量検出値Ｑａｄ、可能最大空気量ＱａＭ及び可能最小空気量Ｑａｍをそれぞれ予め実験により求めておき、始動時クランク角θＸの関数として図４（Ｂ）に示すマップの形でＲＯＭ３２内に記憶しておくことができる。
【００３２】
図５は始動時筒内空気量Ｑａと始動時燃料量Ｑｆとの関係を表している。図５において、ＫＲＬは膨張行程気筒の筒内における空燃比である筒内空燃比をリッチ限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量を与えるリッチ限界係数、ＫＬＬは筒内空燃比をリーン限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量を与えるリーン限界係数をそれぞれ表している。ここで、リッチ限界空燃比は燃焼可能な最もリッチ側又は最小の空燃比を、リーン限界空燃比は燃焼可能な最もリーン側又は最大の空燃比を、それぞれ表している。更に、ＫＳは筒内空燃比をリッチ限界空燃比とリーン限界空燃比間の可燃空燃比、例えば理論空燃比に一致させるのに必要な燃料量を与える理論空燃比係数を表している。
【００３３】
図５に示されるように始動時筒内空気量Ｑａが例えばＱａ０の場合には、筒内空燃比を理論空燃比に一致させるのに必要な始動時燃料量である理論空燃比要求燃料量ＱｆＳ（Ｑａ０）はＱａ０・ＫＳで表され、筒内空燃比をリッチ限界空燃比に一致させるのに必要な始動時燃料量であるリッチ限界空燃比要求燃料量ＱｆＲＬ（Ｑａ０）はＱａ０・ＫＲＬで表され、筒内空燃比をリーン限界空燃比に一致させるのに必要な始動時燃料量であるリーン限界空燃比要求燃料量ＱｆＬＬ（Ｑａ０）はＱａ０・ＫＬＬで表される。
【００３４】
また、図５から、一定の始動時筒内空気量Ｑａ０において、Ｑｆ＞ＱｆＲＬ（Ｑａ０）になると筒内空燃比が過濃であるために失火即ちリッチ失火が生じ、Ｑｆ＜ＱｆＬＬ（Ｑａ０）になると筒内空燃比が希薄であるために失火即ちリーン失火が生ずることがわかる。このように、リッチ失火が生ずるリッチ失火領域がリッチ限界係数ＫＲＬにより定まる直線によって画定され、リーン失火が生ずるリーン失火領域がリーン限界係数ＫＬＬにより定まる直線によって画定され、可燃混合気が形成される可燃領域がこれら二直線間に画定される。
【００３５】
更に、一定の例えば始動時燃料量ＱｆＳ（Ｑａ０）のもとで、始動時筒内空気量Ｑａがリッチ限界始動時筒内空気量ＱａＲＬ（＝ＱｆＳ（Ｑａ０）／ＫＲＬ）よりも少ないとリッチ失火領域内となってリッチ失火が生じ、リーン限界始動時筒内空気量ＱａＬＬ（＝ＱｆＳ（Ｑａ０）／ＫＬＬ）よりも多いとリーン失火領域内となってリーン失火が生ずることもわかる。言い換えると、始動時筒内空気量Ｑａがリッチ限界始動時筒内空気量ＱａＲＬとリーン限界始動時筒内空気量ＱａＬＬ間の可燃領域内にあれば、筒内に可燃混合気が形成され、失火が生じないということになる。
【００３６】
さて、始動時筒内空気量検出値Ｑａｄが実際の始動時筒内空気量に一致するのであれば、始動時燃料量Ｑｆを、筒内空燃比を可燃空燃比例えば理論空燃比に一致させるのに必要な燃料量、即ち理論空燃比要求燃料量（＝Ｑａｄ・ＫＳ）に設定することによって、膨張行程気筒の筒内に可燃混合気を形成することができ、このとき失火は生じない。ところが、上述したように始動時筒内空気量検出値Ｑａｄは実際の始動時筒内空気量に必ずしも一致せず、実際の始動時筒内空気量よりも多い場合もあれば少ない場合もある。始動時筒内空気量検出値Ｑａｄが実際の始動時筒内空気量よりも多い場合にはリッチ失火が生ずる可能性があり、始動時筒内空気量検出値Ｑａｄが実際の始動時筒内空気量よりも少い場合にはリーン失火が生ずる可能性がある。即ち、実際の始動時筒内空気量が始動時筒内空気量検出値Ｑａｄのときに始動時燃料量Ｑｆを理論空燃比要求燃料量に設定して燃料噴射作用及び点火作用を行うと、リッチ失火又はリーン失火が生ずる可能性がある場合がある。
【００３７】
そこで本発明による実施例では、まず、実際の始動時筒内空気量が始動時筒内空気量検出Ｑａｄであるときに始動時燃料量Ｑｆを、筒内空燃比を可燃目標空燃比に一致させるのに必要な燃料量に設定して燃料噴射作用及び点火作用を行ったと仮定したときの、リッチ失火及びリーン失火のうちの少なくとも一方が生ずる可能性の有無を予測するようにしている。その上で、この予測の結果に基づいて始動時燃料量Ｑｆを設定している。
【００３８】
この可燃目標空燃比は筒内に可燃混合気が形成される限りどのように設定してもよいが、本発明による実施例では可燃目標空燃比は理論空燃比とされる。従って、この場合の始動時燃料量Ｑｆは筒内空燃比を理論空燃比に一致させるのに必要な燃料量、即ち理論空燃比要求燃料量（＝Ｑａｄ・ＫＳ）に設定される。
【００３９】
まず、図６から図９を参照してリッチ失火又はリーン失火が生ずる可能性の有無を予測する方法について説明する。
【００４０】
図６は始動時筒内空気量検出値Ｑａｄが比較的小さい場合を示している。上述したように、実際の始動時筒内空気量は可能最小空気量Ｑａｍから可能最大空気量ＱａＭまでの範囲をとり得る。このため、始動時燃料量Ｑｆを理論空燃比要求燃料量ＱｆＳ（Ｑａｄ）（＝Ｑａｄ・ＫＳ）に設定したときに、実際の始動時筒内空気量が例えば可能最小空気量Ｑａｍであるときには図６においてＹ１で示されるようにリッチ失火が生じ、実際の始動時筒内空気量が例えば可能最大空気量ＱａＭであるときには図６においてＹ２で示されるようにリーン失火が生ずることになる。即ち、この場合にはリッチ失火及びリーン失火の双方が生ずる可能性があるということになる。
【００４１】
これに対し、始動時筒内空気量検出値Ｑａｄが図６の場合よりも大きい場合には図７のようになる。図７からわかるように、始動時燃料量Ｑｆを理論空燃比要求燃料量ＱｆＳ（Ｑａｄ）に設定したときに、実際の始動時筒内空気量が例えば可能最大空気量ＱａＭであるときには図７においてＹ３で示されるようにリーン失火が生ずる。一方、実際の始動時筒内空気量が可能最小空気量Ｑａｍであってもリッチ失火は生じない。即ち、この場合にはリッチ失火が生ずる可能性がなくリーン失火が生ずる可能性があるということになる。
【００４２】
始動時筒内空気量検出値Ｑａｄが図７の場合よりも大きい場合は図８に示される。図８からわかるように、実際の始動時筒内空気量が可能最小空気量Ｑａｍであろうと可能最大空気量ＱａＭであろうと、リッチ失火及びリーン失火が生ずる可能性がない。
【００４３】
このように、始動時筒内空気量検出値Ｑａｄが小さいときにはリッチ失火及びリーン失火の双方が生ずる可能性があり、始動時筒内空気量検出値Ｑａｄが大きくなるとリッチ失火が生ずる可能性がなくリーン失火が生ずる可能性があり、始動時筒内空気量検出値Ｑａｄが更に大きくなるとリッチ失火及びリーン失火の双方とも生ずる可能性がないということになる。
【００４４】
更に詳しく説明すると、図９に示されるように、始動時筒内空気量検出値Ｑａｄが第１の境界空気量Ｑａｉよりも小さいときにはリッチ失火及びリーン失火の双方が生ずる可能性があり、始動時筒内空気量検出値Ｑａｄが第１の境界空気量Ｑａｉよりも大きくかつ第２の境界空気量Ｑａｉｉ（＞Ｑａｉ）よりも小さいときにはリッチ失火が生ずる可能性がなくリーン失火が生ずる可能性があり、始動時筒内空気量検出値Ｑａｄが第２の境界空気量Ｑａｉｉよりも大きいときにはリッチ失火及びリーン失火の双方とも生ずる可能性がない。なお、図９においてＱａＢは排気下死点における筒内空気量を表している。
【００４５】
ここで、図９に示されるように、第１の境界空気量Ｑａｉは始動時クランク角θＸが第１の境界クランク角θｉのときの始動時筒内空気量検出値Ｑａｄであり、第２の境界空気量Ｑａｉｉは始動時クランク角θＸが第２の境界クランク角θｉｉのときの始動時筒内空気量検出値Ｑａｄである。
【００４６】
そうすると、始動時クランク角θＸが第１の境界クランク角θｉよりも小さいときにはリッチ失火及びリーン失火の双方が生ずる可能性があり、始動時クランク角θＸが第１の境界クランク角θｉよりも大きくかつ第２の境界クランク角θｉｉよりも小さいときにはリッチ失火が生ずる可能性がなくリーン失火が生ずる可能性があり、始動時クランク角θＸが第２の境界クランク角θｉｉよりも大きいときにはリッチ失火及びリーン失火の双方とも生ずる可能性がないということになる。
【００４７】
このようにして始動時クランク角θＸ又は始動時筒内空気量検出値Ｑａｄに基づき、リッチ失火又はリーン失火が生ずる可能性の有無を予測することができる。なお、境界クランク角θｉ，θｉｉ及び境界空気量Ｑａｉ，Ｑａｉｉはそれぞれ予め実験により求めておくことができる。
【００４８】
次に、この予測結果に基づく始動時燃料量Ｑｆの設定方法について説明する。
【００４９】
まず、始動時クランク角θＸが第２の境界クランク角θｉｉよりも大きく従ってリッチ失火もリーン失火も生ずる可能性がないと予測される場合（図８参照）には、始動時燃料量Ｑｆは理論空燃比要求燃料量ＱｆＳ（Ｑａｄ）に設定される。即ち、この場合には、始動時燃料量Ｑｆは筒内空燃比を上述した可燃目標空燃比に一致させるのに必要な燃料量に維持されることになる。
【００５０】
これに対し、始動時クランク角θＸが第１の境界クランク角θｉよりも大きくかつ第２の境界クランク角θｉｉよりも小さく従ってリーン失火のみが生ずる可能性がある場合（図７参照）には、リーン失火が生ずる可能性をなくす必要がある。これを達成するために、始動時燃料量Ｑｆは実際の始動時筒内空気量が可能最大空気量ＱａＭのときに筒内空燃比をリーン限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量ＱｆＬＬ（ＱａＭ）（＝ＱａＭ・ＫＬＬ、図１０のＺ１参照）以上に設定される。この場合、理論空燃比要求燃料量ＱｆＳ（Ｑａｄ）を増量補正していると見ることもできる。
【００５１】
この場合、当然のことながら、リッチ失火が生じないように始動時燃料量Ｑｆが増量される。即ち、始動時燃料量Ｑｆは実際の始動時筒内空気量が可能最小空気量Ｑａｍのときに筒内空燃比をリッチ限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量ＱｆＲＬ（Ｑａｍ）（＝Ｑａｍ・ＫＲＬ、図１０のＺ２参照）以下に設定される。そうすると、この場合の始動時燃料量Ｑｆは図１０にＺ３で示されるように、ＱｆＬＬ（ＱａＭ）以上でかつＱｆＲＬ（Ｑａｍ）以下の範囲内に設定されるということになる。その結果、リーン失火もリッチ失火も生じない。
【００５２】
この燃料量範囲Ｚ３内である限り始動時燃料量Ｑｆをどのように設定しても構わないが、本発明による実施例では始動時燃料量Ｑｆを上述したＱｆＲＬ（Ｑａｍ）（図１０のＺ２参照）に設定している。このようにすると、失火が生ずるのを阻止しつつ機関運転を確実に開始することができる。
【００５３】
一方、始動時クランク角θＸが第１の境界クランク角θｉよりも小さく従ってリッチ失火及びリーン失火の双方が生ずる可能性がある場合（図６参照）には、少なくともリッチ失火が生ずる可能性をなくす必要がある。リーン失火が生じたときには筒内に追加の燃料を供給することによって可燃混合気を形成することができるが、リッチ失火が生じたときにはもはや可燃混合気を形成することができないからである。
【００５４】
そこで、この場合の始動時燃料量Ｑｆを実際の始動時筒内空気量が可能最小空気量Ｑａｍのときに筒内空燃比をリッチ限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量ＱｆＲＬ（Ｑａｍ）（＝Ｑａｍ・ＫＲＬ、図１１のＷ１参照）以下に設定している。この場合、理論空燃比要求燃料量ＱｆＳ（Ｑａｄ）を減量補正していると見ることもできる。
【００５５】
この場合も当然、リーン失火が生じないように始動時燃料量Ｑｆが減量される。即ち、始動時燃料量Ｑｆは実際の始動時筒内空気量が可能最小空気量Ｑａｍのときに筒内空燃比をリーン限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量ＱｆＬＬ（Ｑａｍ）（＝Ｑａｍ・ＫＬＬ、図１１のＷ２参照）以上に設定される。そうすると、この場合の始動時燃料量Ｑｆは図１１にＷ３で示されるように、ＱｆＬＬ（ＱａＭ）以上でかつＱｆＲＬ（Ｑａｍ）以下の範囲内に設定されるということになる。言い換えると、始動時燃料量Ｑｆは実際の始動時筒内空気量が可能最小空気量Ｑａｍのときに筒内空燃比を可燃空燃比に一致させるのに必要な燃料量に設定される。
【００５６】
この燃料量範囲Ｗ３内である限り始動時燃料量Ｑｆをどのように設定しても構わないが、本発明による実施例では始動時燃料量Ｑｆを上述したＱｆＲＬ（Ｑａｍ）（図１１のＷ１参照）に設定している。その結果、リッチ失火が生ずるのを阻止しつつ機関運転を確実に開始することができる。
【００５７】
イグニッションスイッチ４２がオフからオンに切り替えられると、リッチ失火又はリーン失火が生ずる可能性の有無が始動時クランク角θＸに基づき予測され、この予測結果に応じて始動時燃料量Ｑｆが設定される。次いで、この設定された始動時燃料量Ｑｆだけ燃料が噴射され、点火作用が行われる。
【００５８】
ところが、リッチ失火及びリーン失火が生ずる可能性があると予測された場合には、リーン失火が生ずる可能性は未だ残っている。即ち、始動時燃料量Ｑｆを例えばＱｆＲＬ（Ｑａｍ）に設定した場合に、実際の始動時筒内空気量が、ＱｆＲＬ（Ｑａｍ）のもとでリーン失火が生ずる最小の空気量であるリーン限界始動時筒内空気量ＱａＬＬ（＝ＱｆＲＬ（Ｑａｍ）／ＫＬＬ、図１２のＷ４参照）よりも多く、従ってＱａＬＬから可能最大空気量ＱａＭまでの範囲（図１２のＷ５参照）内にある場合には、リーン失火が生ずるのである。
【００５９】
逆に、リッチ失火及びリーン失火が生ずる可能性があると予測された場合において、始動時燃料量Ｑｆを上述したＱｆＲＬ（Ｑａｍ）に設定して失火が生じたときには、実際の始動時筒内空気量がこの空気量範囲Ｗ５内にあり、生じた失火はリッチ失火でなくリーン失火であるということがわかる。
【００６０】
そこで本発明による実施例では、始動時燃料量ＱｆをＱｆＲＬ（Ｑａｍ）に設定した上で燃料噴射作用及び点火作用を行ったときに失火が生じたか否かを判断し、失火即ちリーン失火が生じたと判断されたときには、リーン失火が生じないように始動時燃料量Ｑｆを再設定している。
【００６１】
リーン失火が生じたと判断された場合、即ち実際の始動時筒内空気量が空気量範囲Ｗ５内にある場合の始動時燃料量Ｑｆの設定方法は図７及び図１０を参照して説明したリーン失火のみが生ずる可能性がある場合と同様に考えることができる。即ち、この場合の始動時燃料量Ｑｆは実際の始動時筒内空気量が可能最大空気量ＱａＭのときに筒内空燃比をリーン限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量ＱｆＬＬ（ＱａＬＬ）（＝ＱａＬＬ・ＫＬＬ、図１２のＷ６参照）以上でかつ、実際の始動時筒内空気量が空気量範囲Ｗ５での最小量ＱａＬＬのときに筒内空燃比をリッチ限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量ＱｆＲＬ（ＱａＬＬ）（＝ＱａＬＬ・ＫＲＬ、図１２のＷ７参照）以下の範囲（図１２のＷ８参照）に設定される。なお、空気量範囲Ｗ５の最小量は厳密にはＱａＬＬとは異なるけれども、ＱａＬＬと考えて差し支えない。
【００６２】
この燃料量範囲Ｗ８内である限り始動時燃料量Ｑｆをどのように再設定しても構わないが、本発明による実施例では始動時燃料量Ｑｆを上述したＱｆＲＬ（ＱａＬＬ）（図１２のＷ７参照）に再設定している。このようにすると、リッチ失火もリーン失火も生じない。
【００６３】
このようにして始動時燃料量Ｑｆが再設定されると、再び燃料噴射及び点火作用が行われる。ここで、始動時燃料量は機関運転を開始すべきときに筒内に供給されるべき燃料の総量である。始動時燃料量Ｑｆが再設定されるときには、先に設定された始動時燃料量ｑＯＬＤだけ燃料が既に筒内に供給されている。従って、始動時燃料量が再設定され従って２回目の燃料噴射が行われるときに燃料噴射弁１６から噴射される燃料量はＱｆではなく、Ｑｆ−ＱｆＯＬＤである。即ち、燃料噴射弁１６から実際に噴射される燃料量ＱＩＮＪは図１３においてハッチングで示されるように、１回目の燃料噴射では始動時燃料量Ｑｆ（＝ＱｆＯＬＤ）であり、２回目の燃料噴射ではＱｆ−ＱｆＯＬＤとなる。なお、この再設定された始動時燃料量は先に設定された始動時燃料量ＱｆＯＬＤに対しＱＩＮＪ（Ｑｆ−ＱｆＯＬＤ）だけ増量補正されていると見ることもできる。
【００６４】
従って、一般的に言うと、膨張行程気筒において前回設定された始動時燃料量だけ燃料を噴射して点火作用を行ったときに失火が生じたか否かを判断し、失火が生じたと判断されたときには、始動時燃料量Ｑｆを、実際の始動時筒内空気量が始動時筒内空気量検出値Ｑａｄを基準としてとり得る最大量ＱａＭのときに筒内空燃比をリーン限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量ＱｆＬＬ（ＱａＭ）以上でかつ、実際の始動時筒内空気量が前回設定された始動時燃料量ＱｆＯＬＤのもとでリーン失火が生ずる最小の空気量ＱａＬＬのときに筒内空燃比をリッチ限界空燃比に一致させるのに必要な燃料量ＱｆＲＬ（ＱａＬＬ）以下に再設定し、膨張行程気筒の筒内の燃料量をこの再設定された始動時燃料量Ｑｆに一致させるのに必要な燃料量ＱＩＮＪだけ再度燃料を噴射して点火作用を行うようにしているということになる。
【００６５】
図１４及び図１５は本発明による実施例の始動制御ルーチンを示している。この始動制御ルーチンは例えばイグニッションスイッチ４２がオフからオンに切り替えられたときに１回だけ実行される。
【００６６】
図１４及び図１５を参照すると、まずステップ１００では記憶されている始動時クランク角θＸが読み込まれる。なお、始動時クランク角θＸがわかれば膨張行程気筒がどの気筒であるかを特定することができる。続くステップ１０１では、始動時クランク角θＸが第１の境界クランク角θｉよりも小さいか否かが判別される。θＸ＜θｉのとき、即ちリッチ失火及びリーン失火の双方が生ずる可能性があると予測されるとき（図６参照）には次いでステップステップ１０２に進み、始動時クランク角θＸに対応する可能最小空気量Ｑａｍが例えば図３（Ｂ）のマップから算出される。続くステップ１０３では、可能最小空気量Ｑａｍにリッチ限界係数ＫＲＬを乗算することにより、始動時燃料量Ｑｆが算出される（Ｑｆ＝Ｑａｍ・ＫＲＬ）。次いでステップ１０９に進む。
【００６７】
一方、ステップ１０１においてθｉ≦θＸのときには次いでステップ１０４に進み、始動時クランク角θＸが第２の境界クランク角θｉｉよりも小さいか否かが判別される。θＸ＜θｉｉのとき、即ちθｉ≦θＸ＜θｉｉのとき、言い換えるとリーン失火のみが生ずる可能性があると予測されるとき（図７参照）には次いでステップ１０５に進み、始動時クランク角θＸに対応する可能最小空気量Ｑａｍが例えば図３（Ｂ）のマップから算出される。続くステップ１０６では、可能最小空気量Ｑａｍにリッチ限界係数ＫＲＬを乗算することにより、始動時燃料量Ｑｆが算出される（Ｑｆ＝Ｑａｍ・ＫＲＬ）。次いでステップ１０９に進む。
【００６８】
これに対し、ステップ１０４においてθｉｉ≦θＸのとき、即ちリッチ失火もリーン失火も生じないと予測されるとき（図８参照）には次いでステップ１０７に進み、始動時クランク角θＸに対応する始動時筒内空気量検出値Ｑａｄが例えば図３（Ｂ）のマップから算出される。続くステップ１０８では、始動時筒内空気量検出値Ｑａｄに理論空燃比係数ＫＳを乗算することにより、始動時燃料量Ｑｆが設定される（Ｑｆ＝Ｑａｄ・ＫＳ）。次いでステップ１０９に進む。
【００６９】
ステップ１０９では、燃料噴射弁１６から実際に噴射される燃料量ＱＩＮＪがステップ１０３，１０６，１０８で設定された始動時燃料量Ｑｆとされる。続くステップ１１０では、膨張行程気筒において燃料噴射弁１６からＱＩＮＪだけ燃料が噴射され、次いで例えば燃料が拡散して可燃混合気を形成するのに必要な時間だけ経過した後に、点火栓１７の点火作用が行われる。続くステップ１１１では、混合気が着火燃焼したか否かが判別される。ここで、混合気が着火燃焼したか否かはクランク角θの変化量又は変化速度や、吸気通路内の圧力の変化量又は変化速度などを検出することによって判断することができる。混合気が着火燃焼したと判断されたときには処理サイクルを終了する。
【００７０】
これに対し、着火燃焼していないと判断されたとき即ち失火したと判断されたときにはステップ１１１からステップ１１２に進み、前回設定された始動時燃料量ＱｆがＱｆＯＬＤとされる。続くステップ１１３では前回設定された始動時燃料量ＱｆＯＬＤのもとでリーン失火が生ずる最小の空気量であるリーン限界始動時筒内空気量ＱａＬＬが算出される（ＱａＬＬ＝ＱｆＯＬＤ／ＫＬＬ）。続くステップ１１４では、ＱａＬＬにリッチ限界係数ＫＲＬを乗算することにより、始動時燃料量Ｑｆが再設定される（Ｑｆ＝ＱａＬＬ・ＫＲＬ）。続くステップ１１５では、再設定された始動時燃料量Ｑｆから前回設定された始動時燃料量ＱｆＯＬＤだけ差し引いたものがＱＩＮＪとされる（ＱＩＮＪ＝Ｑｆ−ＱｆＯＬＤ）。次いでステップ１１０に戻り、再度ＱＩＮＪだけ燃料が噴射され、点火作用が再度行われる。
【００７１】
これまで述べてきた実施例、特に図６から図９に示される例には、リーン失火が生ずる可能性がなくかつリッチ失火が生ずる可能性がある場合がない。しかしながら、この場合には、リッチ失火及びリーン失火の双方が生ずる可能性がある場合と同様に考えればよい。
【００７２】
また、これまで述べてきた実施例では、機関運転を開始するために膨張行程気筒の筒内に混合気を形成して着火燃焼させる場合に本発明を適用した場合を説明している。しかしながら、機関運転を開始すべきときに圧縮行程の途中で停止している圧縮行程気筒の筒内に混合気を形成して着火燃焼させるようにした場合に本発明を適用することもできる。このことを、機関運転を開始すべきときのクランク角がθＸであり、従って膨張行程気筒が１番気筒＃１であり、圧縮行程気筒が３番気筒＃３である場合を示す図１６を参照しながら説明する。
【００７３】
即ち、クランクシャフト２２の回転が停止している状態で、圧縮行程気筒である３番気筒＃３において混合気が形成されて着火燃焼されると、３番気筒＃３のピストンが下降し、即ちクランクシャフト２２が逆転される。このとき、膨張行程気筒である１番気筒＃１のピストンは上昇し、１番気筒＃１の筒内の空気が圧縮される。１番気筒においてクランク角θが圧縮上死点に近づくにつれてクランクシャフト２２の回転速度は次第に低下し、次いでクランクシャフト２２の回転がほぼ停止すると、１番気筒＃１の筒内に混合気が形成され、この混合気が着火燃焼される。その結果、クランクシャフト２２の回転が正転に切り替えられ、斯くして機関運転が開始される。このようにすると、機関運転を開始するために必要なトルクを低減することができる。なお、この場合のクランク角θの変化が図１６に矢印Ｖで示されている。
【００７４】
【発明の効果】
失火が生ずるの阻止して機関の運転を確実に開始させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】各気筒の概略断面図である。
【図３】クランク角の変化に対するピストンの変位、並びに吸気弁及び排気弁の開弁時期を示す図である。
【図４】始動時筒内空気量検出値を説明するための図である。
【図５】始動時筒内空気量と始動時燃料量との関係を示す図である。
【図６】リッチ失火又はリーン失火が生ずる可能性の有無の予測方法を説明するための図である。
【図７】リッチ失火又はリーン失火が生ずる可能性の有無の予測方法を説明するための図である。
【図８】リッチ失火又はリーン失火が生ずる可能性の有無の予測方法を説明するための図である。
【図９】リッチ失火又はリーン失火が生ずる可能性の有無の予測方法を説明するための図である。
【図１０】始動時燃料量の設定方法を説明するための図である。
【図１１】始動時燃料量の設定方法を説明するための図である。
【図１２】始動時燃料量の設定方法を説明するための図である。
【図１３】始動時燃料量を説明するための図である。
【図１４】始動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】始動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】本発明による別の実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…機関本体
１ａ…気筒
１５…燃焼室
１６…燃料噴射弁
１７…点火栓
２２…クランクシャフト
２５…クランク角センサ
４２…イグニッションスイッチ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2004360594.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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