(57)【要約】【課題】所定の自動停止条件が成立したときに自動的に停止され、その後に所定の自動始動条件が成立したときに自動的に再始動される内燃機関において、燃料消費率の悪化を抑制しつつ、再始動時における燃料の自己着火を抑制することを課題とする。【解決手段】本発明の制御装置は、内燃機関が自動的に再始動されるときに燃料の自己着火が発生すると予測される場合は、内燃機関が自動的に再始動されるときに燃料の自己着火が発生しないと予測される場合に比べ、内燃機関が自動的に再始動されるときに気筒内で燃焼に供されるガスの窒素濃度が高くなるように、窒素富化装置を制御するようにした。【選択図】図３
2017203433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内で燃焼に供されるガスの窒素濃度を高める窒素富化装置を備える火花点火式の内燃機関に適用される制御装置であって、
前記制御装置は、
所定の自動停止条件が成立したときに前記内燃機関を自動的に停止させる自動停止処理を実行し、その後に所定の自動始動条件が成立したときに前記内燃機関を自動的に再始動させる自動始動処理を実行する停止始動手段と、
前記内燃機関が所定負荷以上の運転を終了してから前記自動停止処理が開始されるまでの時間である停止前運転時間が所定時間以内である場合は前記所定時間より長い場合に比べ、前記自動停止処理の終了後における前記自動始動処理の実行中に前記気筒内で燃焼に供されるガスの窒素濃度が高くなるように、前記窒素富化装置を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記窒素富化装置は、前記内燃機関の吸気通路を流れるガスの窒素濃度を高める装置であり、
前記制御手段は、前記停止前運転時間が前記所定時間以内である場合は前記所定時間より長い場合に比べ、前記自動停止処理が開始されてから前記内燃機関が実際に停止するまでの期間に前記吸気通路を流れるガスであって、且つ前記内燃機関が実際に停止した後の前記自動始動処理の実行中に前記吸気通路から前記気筒内へ吸入されるガスの窒素濃度が高くなるように、前記窒素富化装置を制御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】
前記窒素富化装置は、前記気筒内へ窒素ガスを噴射する装置であり、
前記制御手段は、前記停止前運転時間が前記所定時間以内であれば、前記自動始動処理の実行中に前記窒素富化装置から前記気筒内へ窒素ガスを噴射させ、且つ前記停止前運転時間が前記所定時間より長ければ、前記自動始動処理の実行中に前記窒素富化装置から前記気筒内へ窒素ガスを噴射させない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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素富化装置を備える火花点火式の内燃機関に適用される制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火花点火式の内燃機関が高負荷運転された直後に停止され、その後の比較的早い時期に内燃機関が再始動されると、再始動時における気筒内の温度が燃料の自己着火を誘発する程度に高くなっている可能性がある。そのような場合は、気筒内における燃料が点火時期より前に自己着火して、振動や騒音を発生させたり、又は始動性を悪化させたりする可能性がある。このような問題は、所定の自動停止条件が成立したときに自動的に停止され、その後に所定の自動始動条件が成立したときに自動的に再始動される内燃機関のように、内燃機関の停止と再始動とが頻繁に繰り返される内燃機関において発生し易い。
【０００３】
上記した問題に対し、内燃機関が高負荷運転されているときに、ラジエータファン等の冷却装置の仕事量を増加させることにより、内燃機関の温度を低下させる技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このような技術によれば、内燃機関が高負荷運転された直後に停止されても、その際の気筒内の温度を低くすることができるため、その後の再始動時における気筒内の温度も低くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１９０７５１号公報
【特許文献２】特開２００７−２１８０９３号公報
【特許文献３】特開平０８−２５４１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記した従来技術によれば、冷却装置の仕事量を増加させることによって、内燃機関の燃料消費率が悪化する虞がある。さらに、上記した従来技術によれば、内燃機関の温度低下に伴って、該内燃機関の冷却損失が大きくなるため、燃料消費率が一層悪化する虞がある。
【０００６】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、所定の自動停止条件が成立したときに自動的に停止され、その後に所定の自動始動条件が成立したときに自動的に再始動される火花点火式の内燃機関において、燃料消費率の悪化を抑制しつつ、再始動時における燃料の自己着火を抑制することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するために、所定の自動停止条件が成立したときに自動的に停止され、その後に所定の自動始動条件が成立したときに自動的に再始動される火花点火式の内燃機関において、内燃機関が自動的に再始動されるときの気筒内の温度が燃料の自己着火を誘発させる最低の温度（以下、「自己着火温度」と称する）以上になると予測される場合は、内燃機関が自動的に再始動されるときの気筒内の温度が前記自己着火温度より低くなると予測される場合に比べ、内燃機関が自動的に再始動されるときに気筒内で燃焼に供されるガス（以下、「燃焼ガス」と称する）の窒素濃度を高めるようにした。
【０００８】
詳細には、本発明は、内燃機関の気筒内で燃焼に供される燃焼ガスの窒素濃度を高める窒素富化装置を備える火花点火式の内燃機関に適用される制御装置である。そして、前記制御装置は、所定の自動停止条件が成立したときに前記内燃機関を自動的に停止させる自動停止処理を実行し、その後に所定の自動始動条件が成立したときに前記内燃機関を自動的に再始動させる自動始動処理を実行する停止始動手段と、前記内燃機関が所定負荷以上の運転を終了してから前記自動停止処理が開始されるまでの時間である停止前運転時間が所定時間以内である場合は所定時間より長い場合に比べ、前記自動停止処理の終了後における前記自動始動処理の実行中に前記気筒内で燃焼に供される燃焼ガスの窒素濃度が高くなるように、前記窒素富化装置を制御する制御手段と、を備える。
【０００９】
ここでいう「所定負荷」と「所定時間」は、内燃機関が所定負荷以上の運転を終了してから所定時間以内に自動停止処理が開始されると、その後の自動始動処理が実行されるときの気筒内の温度が前記自己着火温度以上になると予測される、機関負荷と時間である。その際、前記所定負荷と前記所定時間とは、自動停止処理が終了されてから自動始動処理が開始されるまでの時間（以下、「自動停止時間」と称する）が最短となる場合を想定して定められるものとする。なお、前記自己着火温度は、窒素富化装置によって燃焼ガスの窒素濃度が高められていない場合を想定した温度である。
【００１０】
このように構成された内燃機関の制御装置によれば、停止前運転時間が前記所定時間以内である場合は前記所定時間より長い場合に比べ、自動始動処理の実行中における燃焼ガスの窒素濃度が高められることになる。つまり、自動始動処理の実行中における気筒内の温度が前記自己着火温度以上になると予測される場合は、自動始動処理の実行中における気筒内の温度が前記自己着火温度より低くなると予測される場合に比べ、自動始動処理の実行中における燃焼ガスの窒素濃度が高められることになる。
【００１１】
ここで、燃焼ガスの窒素濃度が高められると、該燃焼ガスに含まれる不活性成分の濃度が高くなるため、燃料が着火し難くなる。よって、自動始動処理の実行中における気筒内の温度が前記自己着火温度以上になると予測される場合に、自動始動処理の実行中における燃焼ガスの窒素濃度が高められると、燃料の自己着火を抑制しつつ、内燃機関を再始動させることができる。さらに、このような方法によれば、ラジエータファン等の冷却装置の仕事量を増加させることなく、自動始動処理の実行時における燃料の自己着火を抑制することができるため、内燃機関の燃料消費率の悪化を招くこともない。
【００１２】
本発明における窒素富化装置としては、前記内燃機関の吸気通路を流れるガスの窒素濃度を高める装置を用いることができる。その場合、前記制御手段は、停止前運転時間が所定時間以内である場合は所定時間より長い場合に比べ、自動停止処理が開始されてから内燃機関が実際に停止するまでの期間に吸気通路を流れるガスであって、且つ内燃機関が実際に停止した後の自動始動処理の実行中に吸気通路から気筒内へ吸入されるガスの窒素濃度が高くなるように、窒素富化装置を制御してもよい。このような方法によれば、自動始動処理の実行中における気筒内の温度が前記自己着火温度以上になると予測された場合に、自動始動処理の実行中に気筒内へ吸入されるガスの窒素濃度を、自動停止処理が開始されてから内燃機関が実際に停止するまでの期間に、予め高めておくことができる。このようにして窒素濃度を高められたガスは、自動始動処理の実行中に気筒内へ吸入されて燃焼ガスを形成する。その結果、自動始動処理の実行時における燃料の自己着火を抑制することが可能となる。
【００１３】
また、本発明における窒素富化装置としては、前記気筒内へ窒素ガスを噴射する装置を用いることもできる。その場合、前記制御手段は、停止前運転時間が所定時間以内であれば、自動始動処理の実行中に窒素富化装置から気筒内へ窒素ガスを噴射させ、且つ停止前運転時間が所定時間より長ければ、自動始動処理の実行中に窒素富化装置から気筒内へ窒
素ガスを噴射させないようにしてもよい。このような方法によれば、自動始動処理の実行中における気筒内の温度が前記自己着火温度以上になると予測された場合に、自動始動処理の実行中における燃焼ガスの窒素濃度を高めることができる。その結果、自動始動処理の実行時における燃料の自己着火を抑制することができる。
【００１４】
なお、自動始動処理の実行中に、窒素富化装置から気筒内へ窒素ガスを噴射させる構成においては、燃料の自己着火が発生し易い時期（例えば、圧縮行程の後半から点火タイミング直前までの期間）よりも早い時期に、窒素富化装置から気筒内へ窒素ガスを噴射させる必要がある。よって、前記制御手段は、吸気行程の開始から圧縮行程の半ばまでの期間のうちの少なくとも一部の期間において、窒素富化装置から気筒内へ窒素ガスを噴射させてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、自動停止始動制御が実行される内燃機関において、燃料消費率の悪化を抑制しつつ、再始動時における燃料の自己着火を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態における内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】内燃機関が所定負荷以上の運転を終了してから所定時間以内に自動停止処理が実行され、その後に自動始動処理が実行された場合における、機関回転速度と、自動停止フラグと、窒素富化装置の作動状態と、窒素富化装置より下流の吸気通路における吸気の窒素濃度と、の経時変化を示すタイミングチャートである。
【図３】第１の実施例において、自動停止処理及び自動始動処理が実行される際にＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】高温フラグのオンとオフとを切り替える際に、ＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】第２の実施形態における内燃機関の概略構成を示す図である。
【図６】内燃機関が所定負荷以上の運転を終了してから所定時間以内に自動停止処理が開始され、その後に自動始動処理が実行された場合における、機関回転速度と、自動停止フラグと、窒素富化装置の作動状態と、筒内ガスの窒素濃度と、の経時変化を示すタイミングチャートである。
【図７】第２の実施形態において、自動停止処理及び自動始動処理が実行される際にＥＣＵによって実行される処理ルーチン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】
【００１７】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１８】
＜実施形態１＞
本発明の第１の実施形態について図１乃至図４に基づいて説明する。図１は、本実施形態における内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、車両に搭載される内燃機関であって、複数の気筒２を備えた４ストローク・サイクルの火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、図１では、気筒数が４つの例を示しているが、３つ以下であってもよく、又は５つ以上であってもよい。内燃機関１の各気筒２には、気筒２内に火花を発生させるための点火プラグ３と、気筒２内へ燃料を噴射するための燃料噴射弁４とが取り付けられている。なお、燃料噴射弁４は、図示しない吸気ポート内へ燃料を噴射するものであってもよい。
【００１９】
内燃機関１は、吸気通路５と接続されている。吸気通路５は、大気中から取り込まれた
空気を各気筒２へ導くための通路である。吸気通路５の上流側端部の近傍には、空気中の塵等を捕集するためのエアクリーナボックス５０が取り付けられている。エアクリーナボックス５０より下流の吸気通路５には、該吸気通路５内を流れる空気量を調整するためのスロットル弁５１が取り付けられている。このスロットル弁５１と前記エアクリーナボックス５０との間の吸気通路５には、該吸気通路５内を流れる空気の温度に相関した電気信号を出力する吸気温度センサ５２と、該吸気通路５内を流れる空気量（吸入空気量）に相関した電気信号を出力するエアフローメータ５３が取り付けられている。
【００２０】
内燃機関１は、排気通路６と接続されている。排気通路６は、気筒２内で燃焼された既燃ガス（排気）を流通させるための通路である。排気通路６の途中には、排気浄化触媒６０が配置される。排気浄化触媒６０は、該排気浄化触媒６０へ流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍にあるときに、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯＸ）を浄化することができる三元触媒である。排気浄化触媒６０より上流の排気通路６には、排気の空燃比に相関する電気信号を出力するＡ／Ｆセンサ６１が取り付けられる。
【００２１】
また、内燃機関１は、窒素富化装置５４を備えている。窒素富化装置５４は、吸気通路５に配置されて、該吸気通路５を流れるガス（吸気）の窒素濃度を高めることにより、気筒２内で燃焼に供されるガスの窒素濃度を高める装置である。詳細には、窒素富化装置５４は、図示しないタンクに貯蔵されている窒素ガスを吸気通路５に噴射することで、吸気の窒素濃度を高める装置である。なお、窒素富化装置５４は、空気中の酸素（Ｏ２）と窒素（Ｎ２）とを分離する膜分離式の窒素富化ガス発生器を用いて、吸気通路５を流れるガスの酸素濃度に対する窒素濃度の比率を高める装置であってもよい。すなわち、窒素富化装置５４は、吸気通路５に設けられて該吸気通路５に取り込まれた空気から酸素を分離させる窒素富化膜と、該窒素富化膜の前後差圧を調整する差圧調整機構と、前記窒素富化膜を迂回するバイパス通路と、前記窒素富化膜と前記バイパス通路との何れか一方を導通させる流路切換弁と、備える窒素富化ガス発生器を用いてもよい。
【００２２】
上記したように構成される内燃機関１には、本発明に係わる「制御装置」としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）７が併設されている。ＥＣＵ７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される。このように構成されるＥＣＵ７は、前述した吸気温度センサ５２、エアフローメータ５３、及びＡ／Ｆセンサ６１に加え、アクセルポジションセンサ９、クランクポジションセンサ１０、及び水温センサ８等の各種センサと電気的に接続され、それら各種センサの出力信号を入力することができるようになっている。なお、水温センサ８は、内燃機関１を循環する冷却水の温度に相関する電気信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ９は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ１０は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。
【００２３】
ＥＣＵ７は、前述した点火プラグ３、燃料噴射弁４、スロットル弁５１、窒素富化装置５４等の各種機器とも電気的に接続され、それら各種機器の作動状態を制御することができるようになっている。例えば、ＥＣＵ７は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、目標燃料噴射量、目標燃料噴射時期、目標点火時期、及び目標スロットル開度等を演算し、それら各種の目標値に従って、燃料噴射弁４、点火プラグ３、及びスロットル弁５１等を制御する。また、ＥＣＵ７は、内燃機関１の運転中において所定の自動停止条件が成立したときに内燃機関１を自動的に停止させる自動停止処理を実行し、その後に所定の自動始動条件が成立したときに内燃機関１を自動的に再始動させる自動始動処理を実行する。ここでいう所定の自動停止条件は、例えば、（１）車速が０であること、（２）冷却水温度が暖機完了温度以上であること、（３）アクセル開度が０であること、及び（４）図
示しないブレーキスイッチがオンであることの４つの条件が成立することである。また、所定の自動始動条件は、（５）ブレーキスイッチがオフであること、又は（６）アクセル開度が０より大きいことの少なくとも一方が成立することである。
【００２４】
ここで、内燃機関１が高負荷運転された直後に自動停止処理が実行されると、その後の自動始動処理の実行中における気筒２内の温度が自己着火温度より高くなる可能性がある。気筒２内の温度が自己着火温度より高い状態で内燃機関１が再始動されると、気筒２内に供給された燃料が点火時期より早い時期に自己着火して、振動や騒音を発生させたり、始動性を低下させたりする虞がある。
【００２５】
上記した問題に対し、自動始動処理の実行中に気筒２内で燃焼に供されるガス（燃焼ガス）のＥＧＲガス濃度を高める方法が考えられる。ただし、この方法を実現するためには、内燃機関１が停止される直前に、予めＥＧＲガスを気筒２内や吸気通路５に導入しておく必要がある。しかしながら、内燃機関１が停止される際には、気筒２内における燃焼が停止された後も内燃機関１が惰性で動くことになるため、気筒２内や吸気通路５に導入されたＥＧＲガスが掃気されてしまう虞がある。その結果、自動始動処理の実行中に気筒２内に導入されるＥＧＲガスの量が不足して、燃料の自己着火を抑制しきれない虞がある。また、別法として、内燃機関１が高負荷運転された直後は、自動停止処理の実行を禁止する方法も考えられるが、自動停止処理の禁止によって内燃機関１の運転時間が増えるため、それに伴って燃料消費率が悪化する可能性がある。
【００２６】
そこで、本実施例では、自動始動処理の実行中における気筒２内の温度が自己着火温度以上になると予測される場合は、自動始動処理の実行中における気筒２内の温度が自己着火温度より低くなると予測される場合に比べ、自動始動処理の実行中に気筒２内で燃焼に供されるガス（燃焼ガス）の窒素濃度を高める処理（以下、「窒素富化処理」と称する）を実行するようにした。なお、ここでいう自己着火温度は、前述したように、窒素富化装置５４によって燃焼ガスの窒素濃度が高められていない場合において、燃料の自己着火を誘発させる最低の温度である。
【００２７】
本実施形態における窒素富化処理では、ＥＣＵ７は、内燃機関１が所定負荷以上の運転を終了してから自動停止処理が開始されるまでの時間（停止前運転時間）が所定時間以内である場合は所定時間より長い場合に比べ、自動始動処理の実行中における燃焼ガスの窒素濃度が高くなるように窒素富化装置５４を制御する。
【００２８】
ここでいう「所定負荷」と「所定時間」は、前述したように、内燃機関１が該所定負荷以上の運転を終了してから該所定時間以内に自動停止処理が開始されると、その後の自動始動処理の実行中における気筒２内の温度が自己着火温度以上になると予測される、機関負荷と時間であり、予め実験等を利用した適合作業によって定めておくものとする。なお、自動始動処理の実行中における気筒２内の温度は、自動停止時間が長くなるほど、低くなる。ここで、自動停止時間が比較的長くなる場合を想定して、前記所定負荷と前記所定時間とを定める方法が考えられる。しかしながら、自動停止時間が比較的長くなる場合を想定して前記所定負荷と前記所定時間とが定められると、自動停止時間が比較的短い場合における燃料の自己着火を抑制することができない可能性がある。そこで、本実施形態においては、前記所定負荷と前記所定時間とを、内燃機関１の自動停止時間が最短となる場合を想定して定めるものとする。
【００２９】
ここで、自動始動処理の実行中における燃焼ガスの窒素濃度を高める方法について図２に基づいて説明する。図２は、内燃機関１が前記所定負荷以上の運転を終了してから前記所定時間以内に自動停止処理が開始され、その後に自動始動処理が実行された場合における、機関回転速度と、自動停止フラグと、窒素富化装置５４の作動状態と、窒素富化装置
５４より下流の吸気通路５における吸気の窒素濃度と、の経時変化を示すタイミングチャートである。ここでいう自動停止フラグは、自動停止処理が開始されるとき（自動停止条件が成立したとき）にオンにされ、その後の自動始動処理が開始されるとき（自動始動条件が成立したとき）にオフにされるフラグである。図２中のｔ１は、自動停止条件が成立したタイミングを示す。図２中のｔ２は、内燃機関１が実際に停止（機関回転速度が０）したタイミングを示す。図２中のｔ３は、自動始動条件が成立したタイミングを示す。
【００３０】
図２において、自動停止条件が成立すると（図２中のｔ１）、自動停止フラグがオフからオンに切り替えられる。自動停止フラグがオフからオンに切り替えられると、ＥＣＵ７は、自動停止処理を実行する。具体的には、ＥＣＵ７は、燃料噴射弁４及び点火プラグ３の作動を停止させる。このようにして自動停止処理が実行されると、機関回転速度が徐々に低下していき、最終的には機関回転速度が０となって内燃機関１が停止する（図２中のｔ２）。ここで、自動停止処理が開始されてから内燃機関１が実際に停止するまでの期間である惰性回転期間（図２中のｔ１−ｔ２）において、窒素富化装置５４から吸気通路５へ窒素ガスが噴射されると、窒素富化装置５４より下流の吸気通路５における吸気の窒素濃度が徐々に高められる。そして、内燃機関１が実際に停止した後は、窒素濃度を高められた吸気（以下、「窒素富化吸気」と称する）が窒素富化装置５４より下流の吸気通路５に滞留することになる。その後、自動始動条件が成立すると（図２中のｔ３）、自動停止フラグがオンからオフに切り替えられる。自動停止フラグがオンからオフへ切り替えられると、ＥＣＵ７は、自動始動処理を実行する。具体的には、ＥＣＵ７は、図示しないスタータモータによる内燃機関１のクランキングを開始するとともに、燃料噴射弁４及び点火プラグ３を作動させる。内燃機関１のクランキングが開始されると、窒素富化装置５４より下流の吸気通路５に滞留していた窒素富化吸気が気筒２内に吸入されて、燃料噴射弁４から噴射される燃料とともに燃焼ガスを形成する。よって、自動始動処理の実行中における燃焼ガスの窒素濃度が高められることになる。
【００３１】
そこで、本実施形態では、停止前運転時間が所定時間以内である場合は、前記惰性回転期間に窒素富化装置５４から吸気通路５へ窒素ガスを噴射させる一方で、停止前運転時間が所定時間より長い場合は、前記惰性回転期間に窒素富化装置５４から吸気通路５へ窒素ガスを噴射させない方法により、窒素富化処理を実行するものとする。このような方法によって窒素富化処理が実行されると、停止前運転時間が所定時間以内である場合は所定時間より長い場合に比べ、自動始動処理の実行中における燃焼ガスの窒素濃度を高めることができる。ここで、窒素ガスは不活性ガス成分であるため、燃焼ガスの窒素濃度が高められると、該燃焼ガスに含まれる燃料が着火し難くなる。よって、停止前運転時間が所定時間以内である場合において、自動始動処理の実行中における燃焼ガスの窒素濃度が高められれば、燃料の自己着火を抑制することができる。
【００３２】
なお、前記惰性回転期間中に窒素富化装置５４から吸気通路５へ噴射される窒素ガスの量が過剰に多くなると、燃焼ガスの酸素濃度が過剰に低くなって、自動始動処理が実行される際の内燃機関１の始動性が低下する可能性がある。そのため、前記惰性回転期間中に窒素富化装置５４から吸気通路５へ噴射される窒素ガスの量は、自動始動処理の実行中における燃焼ガスの酸素濃度が所定の閾値（例えば、内燃機関１の始動性を確保することができる最低の酸素濃度）以上となる量であって、且つ自動始動処理の実行時における燃料の自己着火を抑制し得る量に設定されるものとする。また、図２に示す例では、前記惰性回転期間の全期間において窒素富化装置５４から吸気通路５へ窒素ガスを噴射させているが、窒素富化装置５４より下流における吸気通路５の容積が小さい場合や、窒素富化装置５４から単位時間あたりに噴射される窒素ガスの量が多い場合等には、前記惰性回転期間の一部の期間において、窒素富化装置５４から吸気通路５へ窒素ガスを噴射させてもよい。例えば、自動停止処理が開始された後であって、且つ機関回転速度が０より大きな所定回転速度まで低下したときから、内燃機関１が実際に停止するまでの期間において、窒素
富化装置５４から吸気通路５へ窒素ガスを噴射させてもよい。また、自動停止処理の開始から一定時間が経過したときに、窒素富化装置５４から吸気通路５への窒素ガスの噴射が開始され、且つ内燃機関１が実際に停止したときに、窒素富化装置５４から吸気通路５への窒素ガスの噴射が終了されてもよい。要するに、前記惰性回転期間に窒素富化装置５４を通過するガスであって、且つ自動始動処理の実行中に気筒２内へ吸入されるガスの窒素濃度を、燃料の自己着火を抑制し得る濃度まで高められる限り、窒素ガスの噴射時期が適宜に変更されてもよい。
【００３３】
以下、本実施例における窒素富化処理の実行手順について図３に沿って説明する。図３は、自動停止処理及び自動始動処理が実行される際に、ＥＣＵ７によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されており、内燃機関１が運転されているときにＥＣＵ７によって所定の周期で繰り返し実行される。
【００３４】
図３の処理ルーチンでは、ＥＣＵ７は、先ずＳ１０１の処理において自動停止条件が成立しているか否かを判別する。自動停止条件は、前述したように、（１）車速が０であること、（２）冷却水温度が暖機完了温度以上であること、（３）アクセル開度が０であること、及び（４）図示しないブレーキスイッチがオンであることの４つの条件が成立することである。
【００３５】
前記Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、自動停止処理を実行する必要がないため、ＥＣＵ７は、本処理ルーチンの実行を終了する。その場合、内燃機関１の運転が継続される。一方、Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、自動停止処理を実行する必要があるため、ＥＣＵ７は、Ｓ１０２へ進む。Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ７は、前述した自動停止フラグをオンに設定して、自動停止処理を実行する。自動停止処理では、ＥＣＵ７は、前述したように、燃料噴射弁４及び点火プラグ３の作動を停止させる。
【００３６】
Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ７は、高温フラグがオンであるか否かを判別する。ここでいう高温フラグは、内燃機関１が前述した所定負荷以上の運転を終了したときにオンにされ、且つ内燃機関１が前述した所定負荷以上の運転を終了してから所定時間が経過したときにオフにされるフラグである。この高温フラグのオンとオフとの切り替え手順については後述する。Ｓ１０３の処理において肯定判定された場合は、停止前運転時間が所定時間以内であるため、自動始動処理の実行中における気筒２内の温度が前記自己着火温度以上になると予測される。そこで、ＥＣＵ７は、Ｓ１０４乃至Ｓ１０６の処理において、窒素富化装置５４から吸気通路５への窒素ガスの噴射を行わせる。
【００３７】
先ず、Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ７は、窒素富化装置５４から吸気通路５への窒素ガスの噴射を開始させる。続いて、ＥＣＵ７は、Ｓ１０５の処理へ進み、クランクポジションセンサ１０の出力信号から演算される機関回転速度Ｎｅが０まで低下したか否か（内燃機関１が実際に停止したか否か）を判別する。Ｓ１０５の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、該Ｓ１０５の処理を繰り返し実行する。一方、Ｓ１０５の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０６の処理へ進み、窒素富化装置５４から吸気通路５への窒素ガスの噴射を停止させる。このようにＳ１０４−Ｓ１０６の処理が実行されると、前述した図２の説明で述べたように、窒素富化装置５４より下流の吸気通路５に窒素富化吸気を滞留させることができる。
【００３８】
ＥＣＵ７は、Ｓ１０６の処理を実行し終えると、Ｓ１０７の処理へ進み、自動始動条件が成立したか否かを判別する。自動始動条件は、前述したように、（５）ブレーキスイッチがオフであること、又は（６）アクセル開度が０より大きいことの少なくとも一方が成立することである。
【００３９】
前記Ｓ１０７の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、該Ｓ１０７の処理を繰り返し実行する。一方、前記Ｓ１０７の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０８の処理へ進み、前述した自動停止フラグをオフにして、自動始動処理を開始する。自動始動処理では、ＥＣＵ７は、前述したように、スタータモータによる内燃機関１のクランキングを開始するとともに、燃料噴射弁４及び点火プラグ３を作動させる。その際、窒素富化装置５４より下流の吸気通路５に滞留していた窒素富化吸気が気筒２内に吸入されて燃焼ガスを形成することになるため、燃料の自己着火が抑制される。
【００４０】
Ｓ１０９の処理では、ＥＣＵ７は、内燃機関１の始動が完了したか否かを判別する。具体的には、ＥＣＵ７は、クランクポジションセンサ１０の出力信号に基づいて演算される機関回転速度が所定の始動完了判定値以上になったか否かを判別する。Ｓ１０９の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、該Ｓ１０９の処理を繰り返し実行する。一方、Ｓ１０９の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１１０の処理へ進み、自動始動処理を終了する。具体的には、ＥＣＵ７は、燃料噴射弁４及び点火プラグ３の作動を継続させつつ、スタータモータの作動を停止させる。
【００４１】
なお、前記Ｓ１０３の処理において否定判定された場合は、停止前運転時間が所定時間より長いため、自動始動処理の実行中における気筒２内の温度が前記自己着火温度より低くなると予測される。すなわち、前記Ｓ１０３の処理において否定判定された場合は、惰性回転期間において窒素富化装置５４から吸気通路５へ窒素ガスを噴射させる必要がない。よって、ＥＣＵ７は、Ｓ１０４乃至Ｓ１０６の処理をスキップして、Ｓ１０７以降の処理を実行する。
【００４２】
次に、前述した高温フラグのオンとオフとを切り替える手順について図４に沿って説明する。図４は、高温フラグのオンとオフとを切り替える際にＥＣＵ７によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されており、内燃機関１が前記所定負荷以上の運転を終了したこと（機関負荷が所定負荷以上から所定負荷未満へ低下したこと）をトリガとして、ＥＣＵ７によって実行される。
【００４３】
図４の処理ルーチンでは、ＥＣＵ７は、先ずＳ２０１の処理において、タイマを起動させる。ここでいうタイマは、内燃機関１が前記所定負荷以上の運転を終了してからの経過時間を計測する装置である。
【００４４】
Ｓ２０２の処理では、ＥＣＵ７は、前述した高温フラグをオンにする。続いて、ＥＣＵ７は、Ｓ２０３の処理へ進み、タイマの計測時間が前記所定時間より長いか否かを判別する。Ｓ２０３の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、該Ｓ２０３の処理を繰り返し実行する。一方、Ｓ２０３の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ２０４の処理へ進む。
【００４５】
Ｓ２０４の処理では、ＥＣＵ７は、タイマを停止させる。次いで、ＥＣＵ７は、Ｓ２０５の処理へ進み、高温フラグをオフにする。そして、ＥＣＵ７は、Ｓ２０５の処理を実行し終えると、本処理ルーチンの実行を終了する。
【００４６】
なお、図４の処理ルーチンの実行途中において、機関負荷が前記所定負荷以上に一旦上昇した後に前記所定負荷未満へ再び低下した場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ２０１の処理へ戻って、タイマを再起動させるものとする。
【００４７】
以上述べた手順により窒素富化処理が実行されると、停止前運転時間が所定時間以内で
ある場合は所定時間より長い場合に比べ、自動始動処理の実行中における燃焼ガスの窒素濃度が高められるため、燃料の自己着火を抑制しつつ、内燃機関１を再始動させることができる。また、本実施形態によれば、ラジエータファン等の冷却装置の仕事量を増加させることなく、自動始動処理の実行時における燃料の自己着火を抑制することができるため、燃料消費率の悪化を招くこともない。
【００４８】
なお、ＥＣＵ７が図４の処理ルーチンにおけるＳ１０１−Ｓ１０２の処理、及びＳ１０７−Ｓ１１０の処理を実行することにより、本発明に係わる「停止始動手段」が実現される。また、ＥＣＵ７が図４の処理ルーチンにおけるＳ１０３−Ｓ１０６の処理を実行することにより、本発明に係わる「制御手段」が実現される。
【００４９】
＜実施形態２＞
次に、本発明の第２の実施形態について図５乃至図７に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施形態と異なる構成について説明し、同様の説明については省略するものとする。
【００５０】
前述した第１の実施形態と本実施形態との相違点は、前述した第１の実施形態では窒素ガスが吸気通路５に供給されるのに対し、本実施形態では窒素ガスが気筒２内に供給される点にある。
【００５１】
図５は、本実施形態における内燃機関１の概略構成を示す図である。図５において、前述した第１の実施形態と同様の構成には、図１と同一の符合を付している。図５に示すように、本実施形態における窒素富化装置は、窒素ガスを気筒２内に直接噴射する弁装置（以下、「窒素噴射弁」と称する）５４０により構成される。この窒素噴射弁５４０は、ＥＣＵ７によって制御されるようになっている。その他の構成は、前述した第１の実施形態と同様である。
【００５２】
ここで、窒素噴射弁５４０を利用して、自動始動処理の実行中における燃焼ガスの窒素濃度を高める方法について図６に基づいて説明する。図６は、内燃機関１が前記所定負荷以上の運転を終了してから前記所定時間以内に自動停止処理が開始され、その後に自動始動処理が実行された場合における、機関回転速度と、自動停止フラグと、窒素富化装置５４の作動状態と、気筒２内のガス（筒内ガス）の窒素濃度と、の経時変化を示すタイミングチャートである。図６中のｔ１−ｔ３は、前述した図２中のｔ１−ｔ３と同様のタイミングを示す。また、図６中のｔ４は、自動始動処理の終了タイミング（内燃機関１の再始動が完了したタイミング）を示す。
【００５３】
図６において、自動始動条件の成立によって自動停止フラグがオンからオフへ切り替えられたとき（図６中のｔ３）に、ＥＣＵ７は、自動始動処理を開始する。自動始動処理が開始されると、４つの気筒２において順次に燃焼ガスの燃焼が生起され、それに伴って機関回転速度が徐々に上昇する。そして、機関回転速度が始動完了判定値以上に達すると、ＥＣＵ７は、自動始動処理を終了する（図６中のｔ４）。ここで、自動始動処理の開始後は、筒内ガスが前述した燃焼ガスとして燃焼に供されることになる。ここで、自動始動処理が開始されてから内燃機関１の再始動が完了するまでの期間である再始動期間（図６中のｔ３−ｔ４）において、窒素噴射弁５４０から気筒２内へ窒素ガスが噴射されると、自動始動処理の実行中における燃焼ガスの窒素濃度が高められることになる。
【００５４】
そこで、本実施形態では、停止前運転時間が所定時間以内である場合は、前記再始動期間に窒素噴射弁５４０から気筒２内へ窒素ガスを噴射させる一方で、停止前運転時間が所定時間より長い場合は、前記再始動期間に窒素富化装置５４から気筒２内へ窒素ガスを噴射させない方法により、窒素富化処理を実行するものとする。このような方法によって窒
素富化処理が実行されると、停止前運転時間が所定時間以内である場合は所定時間より長い場合に比べ、自動始動処理の実行中（再始動期間）における燃焼ガスの窒素濃度を高めることができる。
【００５５】
上記した窒素富化処理において、窒素噴射弁５４０から気筒２内へ窒素ガスを噴射するタイミングは、気筒２内における燃料の自己着火が発生し易い時期より早い時期に設定されるものとする。気筒２内における燃料の自己着火は、圧縮行程の後半から点火タイミング直前までの期間に発生し易い。よって、窒素噴射弁５４０から気筒２内へ窒素ガスを噴射するタイミングは、吸気行程の開始から圧縮行程半ばまでの期間内に設定されればよい。ただし、吸気行程の開始から圧縮行程の半ばまでの期間のうち、気筒２内の圧力が相対的に高くなる圧縮行程中に窒素噴射弁５４０から気筒２内へ窒素ガスを噴射させようとすると、窒素噴射弁５４０の噴射圧を高めるためのメカニズムが必要となる。よって、本実施形態においては、窒素噴射弁５４０から気筒２内へ窒素ガスを噴射するタイミングは、吸気行程中に設定されるものとする。
【００５６】
なお、図６に示す例では、再始動期間の全期間において、窒素噴射弁５４０から気筒２内への窒素ガスの噴射が行われているが、該再始動期間の前半のみにおいて、窒素噴射弁５４０から気筒２内への窒素ガスの噴射が行われてもよい。これは、再始動期間の前半は、機関回転速度が小さいため、燃料の自己着火によって機関回転速度の上昇が妨げられ易く、それに伴って振動や騒音が発生し易くなるからである。
【００５７】
以下、本実施形態における窒素富化処理の実行手順について図７に沿って説明する。図７は、自動停止処理及び自動始動処理が実行される際に、ＥＣＵ７によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ７によって所定の周期で繰り返し実行される。なお、図７において、前述した図３の処理ルーチンと同等の処理には、同一の符合を付している。ここでは、前述した図３の処理ルーチンと異なる処理について説明し、同様の処理については説明を省略する。
【００５８】
図７の処理ルーチンでは、ＥＣＵ７は、Ｓ１０１−Ｓ１０２の処理を実行した後に、Ｓ１０７−Ｓ１０８の処理を実行する。そして、Ｓ１０８の処理において自動始動処理が開始されると、ＥＣＵ７は、Ｓ３０１の処理へ進み、前述した高温フラグがオンであるか否かを判別する。
【００５９】
前記Ｓ３０１の処理において否定判定された場合は、停止前運転時間が前記所定時間より長いため、自動始動処理の実行中における気筒２内の温度が前記自己着火温度より低くなると予測される。そのため、再始動期間において窒素富化装置５４から気筒２内へ窒素ガスを噴射させる必要がない。よって、Ｓ３０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０９−Ｓ１１０の処理を実行する。
【００６０】
一方、前記Ｓ３０１の処理において肯定判定された場合は、停止前運転時間が前記所定時間以内であるため、自動始動処理の実行中における気筒２内の温度が前記自己着火温度以上になると予測される。そのため、再始動期間において窒素富化装置５４から気筒２内へ窒素ガスを噴射させる必要がある。そこで、ＥＣＵ７は、Ｓ３０２以降の処理において、窒素噴射弁５４０から気筒２内への窒素ガスの噴射を行わせる。
【００６１】
Ｓ３０２の処理では、ＥＣＵ７は、窒素噴射弁５４０から気筒２内への窒素ガスの噴射を開始させる。詳細には、ＥＣＵ７は、窒素噴射弁５４０から吸気行程中の気筒２内への窒素ガスの噴射を開始させる。続いて、Ｓ３０３の処理では、ＥＣＵ７は、内燃機関１の始動が完了したか否かを判別する。Ｓ３０３の処理において否定判定された場合は、ＥＣ
Ｕ７は、該Ｓ３０３の処理を繰り返し実行する。一方、Ｓ３０３の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ３０４の処理へ進み、自動始動処理を終了する。続いて、ＥＣＵ７は、Ｓ３０５の処理へ進み、窒素噴射弁５４０から気筒２内への窒素ガスの噴射を停止させる。
【００６２】
以上述べた手順により窒素富化処理が実行されると、前述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、停止前運転時間が前記所定時間以内であっても、自動停止時間が長くなると、自動始動処理が実行される際の気筒２内の温度が前記自己着火温度より低くなる可能性がある。そのため、停止前運転時間が前記所定時間以内である場合であっても、気筒２内の温度が前記自己着火温度未満まで低下する程度に自動停止時間が長くなる場合は、窒素富化処理が実行されないようにしてもよい。
【００６３】
＜他の実施形態＞
本発明に係わる制御装置は、車両の原動機として、内燃機関と電動モータとを備えるハイブリッド車両に適用することもできる。ハイブリッド車両では、内燃機関のみで車両を駆動する機関駆動モード、又は内燃機関とモータとの協働によって車両を駆動するバイブリッド駆動モードから、モータのみで車両を駆動するモータ駆動モードへ切り替えられる場合がある。このように駆動モードが切り替えられる直前において、内燃機関が所定負荷以上で運転されていれば、内燃機関が再始動されるときの筒内温度が自己着火温度以上となりやすい。そのような場合に、前述した実施形態１、２で述べた方法によって、再始動時における燃焼ガスの窒素濃度が高められれば、燃料の自己着火を抑制することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１      内燃機関
２      気筒
３      点火プラグ
４      燃料噴射弁
５      吸気通路
６      排気通路
７      ＥＣＵ
１０    クランクポジションセンサ
５１    スロットル弁
５３    エアフローメータ
５４    窒素富化装置
６０    排気浄化触媒
５４０  窒素噴射弁
【図１】
2017203433.tif 000003
【図２】
2017203433.tif 000004
【図３】
2017203433.tif 000005
【図４】
2017203433.tif 000006
【図５】
2017203433.tif 000007
【図６】
2017203433.tif 000008
【図７】
2017203433.tif 000009