(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の始動開始直後の回転速度上昇期間に内燃機関の燃焼毎に回転速度上昇量又はそれに相関する情報（以下「回転速度上昇量情報」という）を算出する回転速度上昇量算出手段と、
前記回転速度上昇量算出手段で算出した回転速度上昇量情報を積算する回転速度上昇量積算手段と、
前記回転速度上昇量積算手段で積算した回転速度上昇量情報積算値を目標空燃比に対応した目標回転速度上昇量情報積算値と比較して目標空燃比に応じた適正なトルクからのずれ量（以下「トルク変動量」という）を算出するトルク変動量算出手段とを備え、
前記トルク変動量算出手段で算出したトルク変動量に応じて内燃機関の発生トルクを補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の始動開始直後の回転速度上昇期間に内燃機関の燃焼毎に回転速度上昇量又はそれに相関する情報（以下「回転速度上昇量情報」という）を算出する回転速度上昇量算出手段と、
前記回転速度上昇量算出手段で算出した回転速度上昇量情報を積算する回転速度上昇量積算手段と、
前記回転速度上昇量算出手段で算出した回転速度上昇量情報を目標空燃比に対応した目標回転速度上昇量情報と比較すると共に前記回転速度上昇量積算手段で積算した回転速度上昇量情報積算値を目標空燃比に対応した目標回転速度上昇量情報積算値と比較して目標空燃比に応じた適正なトルクからのずれ量（以下「トルク変動量」という）を算出するトルク変動量算出手段とを備え、
前記トルク変動量算出手段で算出したトルク変動量に応じて内燃機関の発生トルクを補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記トルク変動量算出手段で算出したトルク変動量に基づいて燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２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、内燃機関の始動性を改善した内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の始動時や始動後の暖機完了前には、使用する燃料の性状（揮発性）の相違によって吸気ポート壁面に付着する燃料量（ウエット量）が相違して、筒内の混合気の空燃比（以下「燃焼空燃比」という）が目標空燃比からずれてしまうことがあり、これが原因で始動性や排気エミッションが悪化する可能性がある。
【０００３】
この対策として、特許文献１（特開平８−２８４７０８号公報）に記載されているように、内燃機関の始動直後に燃焼行程毎に回転変動を検出し、その回転変動を規定回数だけ加算した加算データに基づいて燃料性状を学習し、その燃料性状の学習値に基づいて燃料噴射量を補正するようにしたものがある。
【０００４】
また、特許文献２（特許第３４９８３９２号公報）に記載されているように、始動から所定回転速度以上となる時間や、始動直後の最初の最大回転速度や、所定回転速度以上となってから始動直後の最大回転速度に達するまでの回転速度変化率や、最大回転速度後の最低回転速度等に基づいて内燃機関の最適でない始動を検出したときに、燃料噴射量を増量補正するようにしたものがある。
【特許文献１】特開平８−２８４７０８号公報（第２頁等）
【特許文献２】特許第３４９８３９２号公報（第１頁等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１の技術では、内燃機関の始動後に燃料性状の学習が十分に進行するまでの期間は、燃料性状に応じた適正な燃料補正を行えないため、燃料性状による空燃比のずれが発生して、回転速度変動が発生することがある。
【０００６】
また、上記特許文献２の技術では、内燃機関の最適でない始動を検出してから燃料噴射量を増量補正するため、最適でない始動を検出するまでは回転速度変動が発生することがある。
【０００７】
更に、図２に示すように、内燃機関の始動時に使用燃料の燃料性状や内燃機関の経年変化等によって燃焼空燃比が目標空燃比よりもリーン方向にずれると、その分、発生トルクが目標空燃比で得られるはずのトルクよりも低下する。しかし、上記従来技術では、このような始動時のトルク変動が全く考慮されていないため、始動時に発生トルクが目標空燃比に応じた適正なトルクからずれていても、そのトルクのずれ分を全く補正することができず、内燃機関を適正な回転速度挙動で滑らかに始動できないという問題がある。
【０００８】
本発明は、これらの事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、内燃機関の始動時に早期に発生トルクを目標空燃比に応じた適正なトルクに精度良く制御することができて、内燃機関を適正な回転速度挙動で滑らかに始動することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、回転速度上昇量算出手段によって内燃機関の始動開始直後の回転速度上昇期間に内燃機関の燃焼毎に回転速度上昇量又はそれに相関する情報（以下「回転速度上昇量情報」という）を算出して、算出した回転速度上昇量情報を回転速度上昇量積算手段により積算し、積算した回転速度上昇量情報積算値を目標空燃比に対応した目標回転速度上昇量情報積算値と比較して目標空燃比に応じた適正なトルクからのずれ量（以下「トルク変動量」という）をトルク変動量算出手段により算出し、算出したトルク変動量に応じて内燃機関の発生トルクを補正するようにしたものである。
【００１０】
内燃機関の始動開始直後の回転速度上昇期間に、発生トルクが目標空燃比に応じた適正トルクよりも増加又は減少すると、その分、燃焼毎の回転速度上昇量が目標空燃比に対応した目標回転速度上昇量（始動当初から燃焼空燃比を目標空燃比に一致させて始動した場合の回転速度上昇量）よりも増加又は減少するため、回転速度上昇量情報と目標回転速度上昇量情報とを比較すれば、目標空燃比に応じた適正トルクに対する実際のトルクのずれ量であるトルク変動量を算出することができる。
更に、請求項１のように、内燃機関の始動開始直後の回転速度上昇期間に内燃機関の燃焼毎に算出した回転速度上昇量情報を積算し、その回転速度上昇量情報積算値を目標空燃比に対応した目標回転速度上昇量情報積算値と比較してトルク変動量を算出するようにすれば、燃焼毎に算出した回転速度上昇量情報に気筒間の燃焼ばらつき等の影響が含まれていても、回転速度上昇量情報積算値を用いることで気筒間の燃焼ばらつき等の影響を少なくすることができ、トルク変動量の算出精度を更に向上させることができる。
これにより、始動開始直後の回転速度上昇期間にトルク変動量を算出した時点から該トルク変動量に基づいて発生トルクを目標空燃比に応じた適正トルクに一致させるように補正する制御を開始することが可能となり、その結果、始動時に早期に発生トルクを適正トルクに精度良く制御することができて、内燃機関を適正な回転速度挙動で滑らかに始動することができ、始動性を向上させることができる。
【００１２】
更に、請求項２のように、回転速度上昇量情報を目標空燃比に対応した目標回転速度上昇量情報と比較すると共に回転速度上昇量情報積算値を目標空燃比に対応した目標回転速度上昇量情報積算値と比較し、それらの比較結果に基づいて内燃機関のトルク変動量を算出するようにしても良い。このようにすれば、回転速度上昇量情報と目標回転速度上昇量情報との比較結果及び回転速度上昇量情報積算値と目標回転速度上昇量情報積算値との比較結果の両方を用いてトルク変動量を更に精度良く算出することができる。
【００１３】
また、トルク補正する際には、請求項３のように、トルク変動量に基づいて燃料噴射量を補正するようにすると良い。このようにすれば、トルク変動量に基づいて発生トルクが適正トルクとなるように燃料噴射量を補正して、発生トルクを適正トルクに精度良く制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。
【００１５】
更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００１６】
一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。
【００１７】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、エンジン１１のクランク軸２７が所定クランク角回転する毎にクランク角信号（パルス信号）を出力するクランク角センサ２８が取り付けられている。このクランク角センサ２８のクランク角信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００１８】
これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２９に入力される。このＥＣＵ２９は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。
【００１９】
ところで、図２に示すように、エンジン１１の始動時に使用燃料の燃料性状やエンジン１１の経年変化等によって燃焼空燃比が目標空燃比よりもリーン方向にずれると、その分、発生トルクが目標空燃比に対応した適正トルク（始動当初から燃焼空燃比を目標空燃比に一致させて始動した場合の発生トルク）よりも低下する。この場合、図３に破線で示すように、始動時にエンジン回転速度を十分に上昇させることができず、エンジン１１を適正な回転速度挙動で始動できなくなる可能性がある。
【００２０】
そこで、ＥＣＵ２９は、後述する図４乃至図６の始動時トルク補正制御用の各プログラムを実行することで、エンジン１１の始動開始直後の回転速度上昇期間にエンジン１１の燃焼毎にエンジン回転速度上昇量を算出して該エンジン回転速度上昇量を積算し、そのエンジン回転速度上昇量積算値と目標空燃比に対応した目標エンジン回転速度上昇量積算値（始動当初から燃焼空燃比を目標空燃比に一致させて始動した場合のエンジン回転速度上昇量の積算値）との偏差に基づいてエンジン１１のトルク変動量（適正トルクに対する発生トルクの過不足量）を算出した後、このトルク変動量に基づいて発生トルクが目標空燃比に対応した適正トルクとなるように燃料噴射補正量を算出する。
【００２１】
エンジン１１の始動開始直後の回転速度上昇期間に、発生トルクが目標空燃比に対応した適正トルクよりも増加又は減少すると、その分、エンジン回転速度上昇量が目標空燃比に対応した目標エンジン回転速度上昇量（始動当初から燃焼空燃比を目標空燃比に一致させて始動した場合のエンジン回転速度上昇量）よりも増加又は減少するため、エンジン回転速度上昇量積算値と目標エンジン回転速度上昇量積算値とを比較すれば、トルク変動量（適正トルクに対する発生トルクの過不足量）を精度良く算出することができる。
【００２２】
これにより、図３に実線で示すように、エンジン１１の始動開始直後の回転速度上昇期間にトルク変動量を算出した時点から該からトルク変動量に基づいて発生トルクが適正トルクとなるようにトルク補正制御を開始することが可能となり、始動時に早期に発生トルクを適正トルクに精度良く制御することができて、エンジン１１を適正な回転速度挙動で滑らかに始動することができる。
以下、ＥＣＵ２９が実行する図４乃至図６に示す始動時トルク補正制御用の各プログラムの処理内容を説明する。
【００２３】
［始動時トルク補正制御］
図４に示す始動時トルク補正制御プログラムは、エンジン１１の始動時に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、冷却水温センサ２６で検出した冷却水温等のエンジン状態を読み込む。この後、ステップ１０２に進み、エンジン状態（冷却水温等）に基づいて目標空燃比を算出した後、ステップ１０３に進み、目標空燃比等に基づいて基本燃料噴射量を算出する。
【００２４】
この後、ステップ１０４に進み、後述する図５のトルク変動量算出プログラムを実行して、エンジン１１の始動開始直後の回転速度上昇期間にエンジン１１の燃焼毎に回転速度上昇量を算出して該回転速度上昇量を積算し、その回転速度上昇量積算値と目標空燃比に対応した目標回転速度上昇量積算値との偏差に基づいてトルク変動量（適正トルクに対する発生トルクの過不足量）を算出する。
【００２５】
この後、ステップ１０５に進み、後述する図６の燃料噴射補正量算出プログラムを実行して、トルク変動量に基づいて発生トルクが目標空燃比に対応した適正トルクとなるように燃料噴射補正量を算出する。
【００２６】
［トルク変動量算出］
図５に示すトルク変動量算出プログラムは、前記図４の始動時トルク補正制御プログラムのステップ１０４で実行されるサブルーチンである。本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、図示しないエンジン回転速度算出プログラムを実行して、エンジン１１の始動開始直後の回転速度上昇期間にエンジン１１の燃焼毎に各気筒の燃焼ＴＤＣ（燃焼行程の上死点）付近に設定された所定の回転速度算出区間（燃焼ＴＤＣの前後に跨って設定された回転速度算出区間又は燃焼ＴＤＣの直後に設定された回転速度算出区間）におけるクランク軸２７の角速度情報（例えば、クランク軸２７が回転速度算出区間を回転するのに要した時間）を算出し、その角速度情報に基づいてエンジン回転速度を算出する。これにより、エンジン１１の燃焼状態や発生トルクとの相関性が高いエンジン回転速度を算出する。
【００２７】
この後、ステップ２０２に進み、エンジン１１の始動開始直後の回転速度上昇期間にエンジン１１の燃焼毎にエンジン回転速度の今回値から前回値を差し引いてエンジン回転速度上昇量を算出する。このステップ２０２の処理が特許請求の範囲でいう回転速度上昇量算出手段としての役割を果たす。
【００２８】
この後、ステップ２０３に進み、エンジン１１の燃焼開始から所定期間（例えば８燃焼分）のエンジン回転速度上昇量を積算してエンジン回転速度上昇量積算値を求める。このステップ２０３の処理が特許請求の範囲でいう回転速度上昇量積算手段としての役割を果たす。
【００２９】
この後、ステップ２０４に進み、目標エンジン回転速度上昇量積算値のマップを検索して、目標空燃比に応じた目標エンジン回転速度上昇量積算値（始動当初から燃焼空燃比を目標空燃比に一致させて始動した場合のエンジン回転速度上昇量の積算値）を算出する。使用する目標エンジン回転速度上昇量積算値のマップは、予め試験データ、設計データ等に基づいてエンジン状態（始動時冷却水温、燃焼回数、冷却水温、吸気管圧力、吸気バルブタイミング、エンジン負荷、吸気温等のいずれか１つ又は２つ以上）の領域毎に設定され、ＥＣＵ２９のＲＯＭに記憶されている。
【００３０】
尚、目標空燃比に応じた基本目標エンジン回転速度上昇量積算値を算出した後、この基本目標エンジン回転速度上昇量積算値をエンジン状態（始動時冷却水温、燃焼回数、冷却水温、吸気管圧力、吸気バルブタイミング、エンジン負荷、吸気温等のいずれか１つ又は２つ以上）に応じて補正して最終的な目標エンジン回転速度上昇量積算値を求めるようにしても良い。
【００３１】
この後、ステップ２０５に進み、図７に示すトルク変動量のマップを検索して、エンジン回転速度上昇量積算値と目標エンジン回転速度上昇量積算値との偏差に応じたトルク変動量（適正トルクに対する発生トルクの過不足量）を算出する。このステップ２０５の処理が特許請求の範囲でいうトルク変動量算出手段としての役割を果たす。図７に示すトルク変動量のマップは、予め試験データ、設計データ等に基づいてエンジン状態（始動時冷却水温、燃焼回数、冷却水温、吸気管圧力、吸気バルブタイミング、エンジン負荷、吸気温等のいずれか１つ又は２つ以上）の領域毎に設定され、ＥＣＵ２９のＲＯＭに記憶されている。
【００３２】
尚、エンジン回転速度上昇量積算値と目標エンジン回転速度上昇量積算値との偏差に応じた基本トルク変動量を算出した後、この基本トルク変動量をエンジン状態（始動時冷却水温、燃焼回数、冷却水温、吸気管圧力、吸気バルブタイミング、エンジン負荷、吸気温等のいずれか１つ又は２つ以上）に応じて補正して最終的なトルク変動量を求めるようにしても良い。
【００３３】
［燃料噴射補正量算出］
図６に示す燃料噴射補正量算出プログラムは、前記図４の始動時トルク補正制御プログラムのステップ１０５で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいう燃料噴射量補正手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ３０１で、図８に示す燃焼空燃比のマップを検索して、トルク変動量に応じた燃焼空燃比（筒内混合気の実空燃比）を算出する。図８に示す燃焼空燃比のマップは、予め試験データ、設計データ等に基づいてエンジン状態（始動時冷却水温、燃焼回数、冷却水温、吸気温、前回の燃焼空燃比、前回の燃焼空燃比と目標空燃比との偏差等のいずれか１つ又は２つ以上）の領域毎に設定され、ＥＣＵ２９のＲＯＭに記憶されている。
【００３４】
尚、トルク変動量に応じた基本燃焼空燃比を算出した後、この基本燃焼空燃比をエンジン状態（始動時冷却水温、燃焼回数、冷却水温、吸気温、前回の算出空燃比、前回の算出空燃比と目標空燃比との偏差等のいずれか１つ又は２つ以上）に応じて補正して最終的な燃焼空燃比を求めるようにしても良い。
【００３５】
この後、ステップ３０２に進み、目標空燃比と燃焼空燃比との偏差を算出した後、ステップ３０３に進み、目標空燃比と燃焼空燃比との偏差に基づいて燃焼空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射補正量を算出することで、発生トルクが適正トルクとなるように燃料噴射量を補正する。
【００３６】
以上説明した本実施例では、エンジン１１の始動開始直後の回転速度上昇期間にエンジン１１の燃焼毎にエンジン回転速度上昇量を算出して該エンジン回転速度上昇量を積算し、そのエンジン回転速度上昇量積算値と目標エンジン回転速度上昇量積算値との偏差に基づいてエンジン１１のトルク変動量（適正トルクに対する発生トルクの過不足量）を算出した後、このトルク変動量に基づいて発生トルクが目標空燃比に対応した適正トルクとなるように燃料噴射補正量を算出する。
【００３７】
これにより、図９に示すように、使用燃料の燃料性状やエンジン１１の経年変化等によって始動当初の燃焼空燃比が目標空燃比からずれた場合でも、エンジン１１の始動開始直後の回転速度上昇期間にトルク変動量を算出した時点から該トルク変動量に基づいて発生トルクが適正トルクとなるようにトルク補正制御を開始することが可能となり、始動時に早期に発生トルクを適正トルクに精度良く制御することができて、エンジン１１を適正な回転速度挙動で滑らかに始動することができ、始動性を向上させることができる。
【００３８】
しかも、本実施例では、エンジン回転速度上昇量積算値と目標エンジン回転速度上昇量積算値との偏差に基づいてトルク変動量を算出するようにしたので、燃焼毎に算出したエンジン回転速度上昇量に気筒間の燃焼ばらつき等の影響が含まれていても、エンジン回転速度上昇量積算値を用いることで気筒間の燃焼ばらつき等の影響を小さくすることができ、トルク変動量の算出精度を向上させることができる。
【００３９】
本発明は、エンジン回転速度上昇量と目標エンジン回転速度上昇量との偏差に基づいてトルク変動量を算出するようにして、トルク変動量の演算処理を簡略化するようにしても良い。
【００４０】
或は、エンジン回転速度上昇量と目標エンジン回転速度上昇量との偏差及びエンジン回転速度上昇量積算値と目標エンジン回転速度上昇量積算値との偏差の両方に基づいてトルク変動量を算出するようにして、トルク変動量を更に精度良く算出できるようにしても良い。
【００４１】
また、上記実施例では、燃焼毎のエンジン回転速度上昇量を用いてトルク変動量を算出するようにしたが、燃焼毎のエンジン回転速度上昇量の情報として燃焼毎のクランク軸の角速度変化量や角加速度を用いてトルク変動量を算出するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】燃焼空燃比と発生トルクとの関係を示す図である。
【図３】始動時トルク補正制御を説明するためのタイムチャートである。
【図４】始動時トルク補正制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】トルク変動量算出プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】燃料噴射補正量算出プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】トルク変動量のマップの一例を概念的に示す図である。
【図８】燃焼空燃比のマップの一例を概念的に示す図である。
【図９】始動時トルク補正制御の実行例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、２６…冷却水温センサ、２８…クランク角センサ、２９…ＥＣＵ（回転速度上昇量算出手段，回転速度上昇量積算手段，トルク変動量算出手段，燃料噴射量補正手段）
【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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