JP2007138757A - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの温間再始動時のＨＣ排出量を低減できるようにする。
【解決手段】エンジンの温間再始動時に燃料噴射量を冷間始動時（通常始動時）と比べて一時的に減量する燃料減量制御を実行することで、空燃比を一時的にリーン化して触媒のリッチ成分吸着量を減少させて触媒のＨＣ浄化能力を高める。これにより、温間再始動時に触媒で浄化可能なＨＣ量を増加させることができるので、温間再始動時に内燃機関から触媒に排出されるＨＣ量が急激に増加しても、触媒で浄化しきれずに大気中に排出されるＨＣ量の増加を抑制することができる。また、温間再始動時の燃料噴射開始直後で燃焼温度が低くエンジンから触媒に排出されるＮＯｘ量が少ない時期に燃料減量制御を一時的に実行することで、燃料減量制御による空燃比のリーン化により触媒のＮＯｘ浄化能力が低下しても、触媒から大気中に排出されるＮＯｘ量の増加を抑制することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の排出ガスを浄化する触媒を備えた内燃機関の始動制御装置に関するものである。

近年、車両に搭載される内燃機関においては、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、自動停止・始動装置（いわゆるアイドリングストップ装置）を採用したものがある。この自動停止・始動装置は、運転者が車両を停止させて所定の自動停止条件が成立したときに内燃機関を自動的に停止させ、その後、運転者が車両を発進させようとする操作を行って所定の自動始動条件が成立したときに内燃機関を自動的に再始動させるようにしている。

このような自動停止・始動装置を採用した車両では、市街地走行時等に内燃機関を停止して再始動する回数が多くなるため、内燃機関の再始動時の排気エミッションを低減することが重要な技術課題となっている。

そこで、特許文献１（特開２００２−２０１９８３号公報）に記載されているように、内燃機関とモータを動力源とするハイブリット車においては、内燃機関の自動停止時にモータやジェネレータで燃料噴射停止後の内燃機関回転量を制御して内燃機関から触媒に排出される酸素量を調整して、触媒の酸素量（リーン成分吸着量）が所定範囲内になるように調整し、その後の再始動時に、燃料噴射量を一時的に増量して内燃機関から触媒に排出されるＨＣ量を増加させることで、再始動時の触媒のＮＯｘ浄化率を向上させるようにしたものがある。
特開２００２−２０１９８３号公報（第２頁等）

ところで、本発明者らの研究によると、図５（ａ）に示すように、内燃機関の温間再始動時に、燃料噴射を開始して内燃機関の回転速度が急上昇する過程で、内燃機関から触媒に排出されるＨＣ量が急激に増加するため、触媒で浄化しきれずに大気中に排出されるＨＣ量が一時的に増加することが判明した。従って、温間再始動時に、上記特許文献１のように、燃料噴射量を一時的に増量すると、温間再始動時に内燃機関から排出されるＨＣ量が益々増加して、触媒で浄化しきれずに大気中に排出されるＨＣ量が益々増加してしまうという問題がある。

しかも、上記特許文献１の技術は、内燃機関とモータを動力源とするハイブリット車に関する技術であり、その技術を内燃機関のみを動力源とする一般的な車両に適用して実施するには、内燃機関の停止時にハイブリット車のモータやジェネレータに相当する大型のモータやジェネレータで内燃機関の燃料噴射停止後の回転量を制御するシステムを新たに搭載するという大幅な改造が必要となり、大幅にコストアップするという問題がある。更に、内燃機関の停止時に次の再始動時の排気エミッションを低減するための制御（モータ等による内燃機関の回転量制御）を行う必要があり、その分、内燃機関の停止制御が複雑化するという欠点もある。

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、簡単な制御で内燃機関の温間再始動時の排気エミッションを改善することができると共に、低コスト化の要求を満たすことができる内燃機関の始動制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排出ガスを浄化する触媒を備えた内燃機関の始動制御装置において、内燃機関の温間再始動時（つまり前回の内燃機関の運転による残熱で内燃機関に暖かみが残っている状態で始動するとき）に、燃料噴射量を冷間始動時と比べて一時的に減量する燃料減量制御を温間再始動制御手段により実行するようにしたものである。

この構成では、内燃機関の温間再始動時に燃料減量制御を実行して燃料噴射量を一時的に減量することで、温間再始動時に空燃比を一時的にリーン化して触媒のリッチ成分吸着量を減少させて（リーン成分吸着量を増加させて）、触媒のＨＣ浄化能力を高めることができる。これにより、温間再始動時に触媒で浄化可能なＨＣ量を増加させることができるので、温間再始動時に内燃機関から触媒に排出されるＨＣ量が急増しても、触媒で浄化しきれずに大気中に排出されるＨＣ量の増加を抑制することができる。しかも、温間再始動開始直後で燃焼温度が低く内燃機関から触媒に排出されるＮＯｘ量が少ない時期に燃料減量制御を一時的に実行するだけであれば、温間再始動時に燃料減量制御による空燃比のリーン化により触媒のＮＯｘ浄化能力が低下しても、触媒から大気中に排出されるＮＯｘ量の増加を抑制することができ、上述した燃料減量制御によるＨＣ排出量抑制効果と相俟って、温間再始動時の排気エミッションを改善することができる。

更に、前回の内燃機関の運転による残熱で内燃機関に暖かみが残っている温間再始動時には、吸気ポート等に付着する燃料量（ウエット量）が少なくなると共に内燃機関のフリクションロス等が少なくなるため、この温間再始動時に燃料噴射量を冷間始動時と比べて一時的に減量しても、始動性を確保することができる。

しかも、本発明は、前記特許文献１の技術と異なり、内燃機関の停止時に次の再始動時の排気エミッションを低減するための制御（モータ等による内燃機関の回転量制御）を行う必要がなく、温間再始動時に燃料噴射量を一時的に減量するという簡単な制御で温間再始動時の排気エミッションを低減することができると共に、内燃機関の停止時に回転量を制御するためのモータ等を新たに設ける必要がなく、低コスト化の要求も満たすことができる。

この場合、内燃機関の停止後の経過時間に応じて内燃機関の温度が低下し、また、触媒の温度に応じて触媒のＨＣ浄化能力が変化することを考慮して、請求項２のように、内燃機関の前回の停止から今回の始動までの停止時間及び／又は触媒の温度に基づいて温間再始動であるか否かを判定するようにしても良い。このようにすれば、本発明の燃料減量制御を実施するのに適した温間再始動の判定を行うことができる。

ところで、触媒の温度やリーン成分吸着量（酸素吸着量）に応じて触媒のＨＣ浄化能力が変化する。また、燃料減量制御の燃料減量補正量や実行時間に応じて内燃機関から触媒に排出されるＨＣ量が変化する。

そこで、請求項３，４のように、触媒の状態（触媒の温度やリーン成分吸着量）に応じて燃料減量制御の燃料減量補正量及び／又は燃料減量制御の実行時間を設定するようにしても良い。このようにすれば、触媒の温度やリーン成分吸着量に応じて触媒のＨＣ浄化能力が変化するのに対応して、燃料減量制御の燃料減量補正量や実行時間を変化させて、内燃機関から触媒に排出されるＨＣ量を触媒のＨＣ浄化能力に対応した適正値に調整することができ、温間再始動時の触媒の温度やリーン成分吸着量に左右されずに、温間再始動時の排気エミッションを確実に低減することができる。また、触媒の温度が活性温度よりも低いときに、燃料減量制御の燃料減量補正量を増加させて触媒に流入するリーン成分量（酸素量）を増加させることで、触媒内での酸化反応を促進して触媒の早期暖機を促進することもできる。

また、燃料減量制御の燃料減量補正量や実行時間を増加させれば、内燃機関から触媒に流入するＨＣ量を減少させて、触媒から大気中へのＨＣ排出量の低減効果を大きくすることができるが、燃料減量制御の燃料減量補正量や実行時間を増加させ過ぎると、内燃機関の始動性を損なう可能性がある。また、温間再始動時の内燃機関の温度に応じて燃料の蒸発性が変化して、良好な始動性を確保できる燃料減量制御の燃料減量補正量や実行時間の適正範囲が変化する。

これらの事情を考慮して、請求項５のように、温間再始動時の内燃機関の温度の情報となる内燃機関の前回の停止から今回の始動までの停止時間に応じて燃料減量制御の燃料減量補正量及び／又は燃料減量制御の実行時間を設定するようにしても良い。このようにすれば、温間再始動時の内燃機関の温度に応じて良好な始動性を確保できる燃料減量制御の燃料減量補正量や実行時間の適正範囲が変化するのに対応して、燃料減量制御の燃料減量補正量や実行時間を変化させて、良好な始動性を確保できる範囲内で燃料減量制御の燃料減量補正量や実行時間を増加させて触媒のＨＣ排出量を確実に低減させることができる。

また、本発明は、請求項６のように、内燃機関の運転中に所定の自動停止条件が成立したときに内燃機関を自動停止させ、内燃機関の自動停止中に所定の自動始動条件が成立したときに内燃機関を自動始動させる自動停止・始動装置を採用したシステムに適用すると良い。自動停止・始動装置を採用したシステムでは、内燃機関を停止して再始動する回数が多くなるため、温間再始動時の排気エミッションを低減することが重要な技術課題となっているが、本発明を適用すれば、簡単な制御で温間再始動時の排気エミッションを低減することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

図２に示すように、エンジン１１の出力トルクは、変速機３０で変速されて、車輪３１の駆動軸３２に伝達される。また、エンジン１１の動力でオルタネータ３３が回転駆動され、このオルタネータ３３で発電された電力は、車両の補機３４等の電気負荷に供給されると共にバッテリ３５に充電される。また、エンジン１１には、始動時にエンジン１１を回転駆動（クランキング）するためのスタータ３６が取り付けられている。

ＥＣＵ２９は、後述する図３の自動停止制御プログラムを実行することで、エンジン１１の運転中に運転者が車両を停車させて所定の自動停止条件が成立したときに、燃料噴射及び点火を停止してエンジン１１を自動的に停止させる。

更に、ＥＣＵ２９は、後述する図４の自動始動制御プログラムを実行することで、エンジン１１の自動停止中に運転者が車両を発進させようとする操作を行って所定の自動始動条件が成立したときに、スタータ３６によるクランキングを開始すると共に燃料噴射及び点火を開始してエンジン１１を自動的に再始動させる。このエンジン再始動の際に、ＥＣＵ２９は、エンジン１１や触媒２５の温度が比較的高い状態で再始動する温間再始動であるか否かを判定し、温間再始動であると判定された場合には、図５（ｂ）に示すように、温間再始動時に燃料噴射量を冷間始動時（通常始動時）と比べて一時的に減量する燃料減量制御を実行することで、空燃比を一時的にリーン化して触媒２５のリッチ成分吸着量を減少させて（リーン成分吸着量を増加させて）、触媒２５のＨＣ浄化能力を高めて浄化可能なＨＣ量を増加させる。これにより、温間再始動時にエンジン回転速度の上昇に伴ってエンジン１１から触媒２５に流入するＨＣ量が急増しても、そのＨＣを触媒２５で効率良く浄化して大気中へのＨＣ排出量を低減させる。

以下、ＥＣＵ２９が実行する図３及び図４の各プログラムの処理内容を説明する。
図３に示すエンジン自動停止制御プログラムは、ＥＣＵ２９の電源オン中に所定周期で実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、エンジン運転中であるか否かを判定し、エンジン運転中であれば、ステップ１０２に進み、自動停止条件が成立しているか否かを判定する。このステップ１０２で、自動停止条件が成立していると判定されたときに、ステップ１０３に進み、燃料噴射及び点火を停止してエンジン１１を自動的に停止させる。

図４に示すエンジン自動始動制御プログラムは、ＥＣＵ２９の電源オン中に所定周期で実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、エンジン自動停止中であるか否かを判定し、エンジン自動停止中であれば、ステップ２０２に進み、自動始動条件が成立しているか否かを判定する。

このステップ２０２で、自動始動条件が成立していると判定されたときに、ステップ２０３に進み、温間再始動であるか否かを、例えば前回のエンジン停止から今回のエンジン始動までのエンジン停止時間が所定時間以下であるか否かによって判定する。ここで、所定時間は、温間再始動時に燃料噴射量を一時的に減量しても始動性に及ぼす影響が少ないエンジン温度を確保できるエンジン停止時間（例えば６０ｓｅｃ）に設定されている。尚、他のエンジン温度の情報（冷却水温、油温、触媒温度等のうちの少なくとも１つ）に基づいて温間再始動であるか否かを判定するようにしても良い。

このステップ２０３で、温間再始動であると判定された場合には、ステップ２０４に進み、温間再始動時の始動制御を実行する。この温間再始動時の始動制御では、スタータ３６によるクランキングを開始すると共に燃料噴射及び点火を開始してエンジン１１を自動的に始動させるが、その際、燃料噴射量を冷間始動時（通常始動時）と比べて一時的に減量する燃料減量制御を実行する。この燃料減量制御は、例えば、燃料噴射開始から所定期間（例えば２．９ｓｅｃ）、燃料噴射弁２１の噴射パルスを冷間始動時（通常始動時）よりも所定量（例えば２．５％）だけ短くして燃料噴射量を減量補正する。このステップ２０４の処理が特許請求の範囲でいう温間再始動制御手段としての役割を果たす。

一方、上記ステップ２０３で、温間再始動ではないと判定された場合には、ステップ２０５に進み、通常（冷間始動時）の始動制御を実行して、スタータ３６によるクランキングを開始すると共に燃料噴射及び点火を開始してエンジン１１を自動的に始動させる。この通常の始動制御では、上記燃料減量制御は行われない。

以上説明した本実施例では、図５（ｂ）に示すように、エンジン１１の温間再始動時に燃料減量制御を実行して燃料噴射量を一時的に減量するようにしたので、空燃比を一時的にリーン化して触媒２５のリッチ成分吸着量を減少させて（リーン成分吸着量を増加させて）、触媒２５のＨＣ浄化能力を高めることができる。これにより、温間再始動時に触媒２５で浄化可能なＨＣ量を増加させることができるので、温間再始動時にエンジン回転速度の上昇に伴ってエンジン１１から触媒２５に排出されるＨＣ量が急激に増加しても、触媒２５で浄化しきれずに大気中に排出されるＨＣ量の増加を抑制することができる。しかも、温間再始動時の燃料噴射開始直後で燃焼温度が低くエンジン１１から触媒２５に排出されるＮＯｘ量が少ない時期に燃料減量制御を一時的に実行するだけであるので、燃料減量制御による空燃比のリーン化により触媒２５のＮＯｘ浄化能力が低下しても、触媒２５から大気中に排出されるＮＯｘ量の増加を抑制することができ、上述した燃料減量制御によるＨＣ排出量抑制効果と相俟って、温間再始動時の排気エミッションを低減することができる。更に、前回のエンジン運転による残熱でエンジン１１に暖かみが残っている温間再始動時には、エンジン１１の吸気ポート等に付着する燃料量（ウエット量）が少なくなると共にエンジン１１のフリクションロス等が少なくなるため、この温間再始動時に燃料噴射量を冷間始動時と比べて一時的に減量しても、始動性を確保することができる。

しかも、エンジン停止時に次の再始動時の排気エミッションを低減するための制御（モータ等によるエンジン回転量制御）を行う必要がなく、温間再始動時に燃料噴射量を一時的に減量するという簡単な制御で温間再始動時の排気エミッションを低減することができると共に、エンジン停止時にエンジン回転量を制御するためのモータ等を新たに設ける必要がなく、低コスト化の要求も満たすことができる。

尚、上記実施例では、燃料減量制御の燃料減量補正量（噴射パルスの減量補正量）や実行時間を固定値として演算処理を簡略化するようにしたが、触媒２５の温度やリーン成分吸着量（酸素吸着量）に応じて燃料減量制御の燃料減量補正量や実行時間を設定するようにしても良い。このようにすれば、触媒２５の温度やリーン成分吸着量に応じて触媒２５のＨＣ浄化能力が変化するのに対応して、燃料減量制御の燃料減量補正量や実行時間を変化させて、エンジン１１から触媒２５に排出されるＨＣ量を触媒２５のＨＣ浄化能力に対応した適正値に調整することができ、温間再始動時の触媒２５の温度やリーン成分吸着量に左右されずに、温間再始動時の排気エミッションを確実に低減することができる。また、触媒２５の温度が活性温度よりも低いときに、燃料減量制御の燃料減量補正量を増加させて触媒２５に流入するリーン成分量（酸素量）を増加させることで、触媒２５内での酸化反応を促進して触媒２５の早期暖機を促進するようにしても良い。

この場合、触媒２５の温度は、例えば、触媒２５に温度センサを設けて触媒２５の温度を直接検出するようにしても良いが、冷却水温、油温、外気温等に基づいて触媒２５の温度を推定するようにしても良い。また、触媒２５のリーン成分吸着量（酸素吸着量）を推定する場合は、例えば、エンジン停止時の燃料噴射停止後のエンジン回転量等に基づいて温間再始動時の触媒２５のリーン成分吸着量（酸素吸着量）を推定するようにしても良い。

また、温間再始動時のエンジン温度の情報（エンジン停止時間、冷却水温、油温、触媒温度等のうちの少なくとも１つ）に応じて燃料減量制御の燃料減量補正量や実行時間を設定するようにしても良い。このようにすれば、温間再始動時のエンジン温度に応じて良好な始動性を確保できる燃料減量制御の燃料減量補正量や実行時間の適正範囲が変化するのに対応して、燃料減量制御の燃料減量補正量や実行時間を変化させて、良好な始動性を確保できる範囲内で燃料減量制御の燃料減量補正量や実行時間を増加させて触媒２５のＨＣ排出量を確実に低減させることができる。

また、上記実施例では、エンジン自動停止・始動制御を実行するシステムの始動制御に本発明を適用したが、エンジン自動停止・始動制御を実行しないシステムの始動制御に本発明を適用しても良い。

また、本発明は、エンジンのみを動力源とする車両に限定されず、エンジンとモータを動力源とするハイブリット車に適用しても良い。
また、本発明は、通常の吸気ポート噴射エンジンを搭載したシステムに限定されず、リーンバーンエンジンや筒内噴射エンジンを搭載したシステムに適用しても良い。更に、触媒も、三元触媒に限定されず、ＮＯｘ触媒等の他の触媒を搭載したシステムに本発明を適用しても良い。

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。 エンジン及びその周辺部の概略構成図である。 自動停止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。 自動始動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。 （ａ）は比較例の始動制御の実行例を示すタイムチャートであり、（ｂ）は本実施例の始動制御の実行例を示すタイムチャートである。

符号の説明

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、２５…触媒、２９…ＥＣＵ（温間再始動制御手段）

Claims (6)

1. 内燃機関の排出ガスを浄化する触媒を備えた内燃機関の始動制御装置において、
   内燃機関の温間再始動時に燃料噴射量を冷間始動時と比べて一時的に減量する燃料減量制御を実行する温間再始動制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
2. 前記温間再始動制御手段は、内燃機関の前回の停止から今回の始動までの停止時間及び／又は前記触媒の温度に基づいて温間再始動であるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置。
3. 前記温間再始動制御手段は、前記触媒の状態に応じて前記燃料減量制御の燃料減量補正量及び／又は前記燃料減量制御の実行時間を設定す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始動制御装置。
4. 前記温間再始動制御手段は、前記触媒の状態を、該触媒の温度及び／又は該触媒のリーン成分吸着量で判定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の始動制御装置。
5. 前記温間再始動制御手段は、内燃機関の前回の停止から今回の始動までの停止時間に応じて前記燃料減量制御の燃料減量補正量及び／又は前記燃料減量制御の実行時間を設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の始動制御装置。
6. 内燃機関の運転中に所定の自動停止条件が成立したときに内燃機関を自動停止させ、内燃機関の自動停止中に所定の自動始動条件が成立したときに内燃機関を自動始動させるシステムに適用されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の始動制御装置。

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