JP2008088955A - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 機関始動時に気流制御弁による燃焼改善効果を得るとともに、内燃機関の始動性向上及びエミッションの低減を図ることが可能な内燃機関の始動制御装置を提供する。
【解決手段】 燃焼室５７に連通する吸気ポート５２ａに気流制御弁５８が配設された内燃機関５０の始動を制御するためのＥＣＵ１であって、内燃機関５０の始動時に、気流制御弁５８が所定の開度よりも閉じていない場合に、クランキングを禁止するクランキング禁止手段を備える。これにより、機関始動前の吸気制御弁５８の開弁状態次第では、空燃比の適正性を確保するにあたって機関始動時に余計に燃料を噴射しなければならなくなることを抑制できるため、燃料噴射量を適正化するという形で気流制御弁５８による燃焼改善効果を得ることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の始動制御装置に関し、特に燃焼室に連通する吸気通路に気流制御弁が配設された内燃機関の始動を制御する内燃機関の始動制御装置に関する。

内燃機関は、一般に運転者がイグニッションスイッチをＯＮにしているときに発生するスタータ信号に基づき、スタータモータがクランキングを行うとともに、これに応じて燃料噴射及び点火が行われることで始動する。しかしながらこの機関始動時の空燃比が適正でないと、内燃機関の始動性が悪化したりエミッションが増大したりする。これに対して例えば特許文献１では、吸気絞り弁（スロットル弁に相当）が目標開度に開放動作されるまで、点火系及び燃料系の作動を禁止する制御手段を備えた内燃機関の始動時制御装置が提案されている。この始動時制御装置によれば、吸気絞り弁の動作遅延による空気量不足に起因して空燃比がリッチ化し、その結果、内燃機関の始動性が低下することを抑制できる。

一方、スロットル弁下流の吸気通路にサージタンクが設けられている場合などには、上記のように機関始動時にスロットル弁を目標開度に制御しても、燃焼室内に逆に多量の空気が流入しやすくなる。これに対して、サージタンク下流の吸気通路に気流制御弁が配設されている場合には、機関始動時に気流制御弁を介してわずかばかりの量の空気が流通するようにすることで、多量の空気が流入しようとすることを抑制できる。しかしながら、気流制御弁に主に固体炭素からなるいわゆるデポジットが堆積すると、気流制御弁の開度が正規の開度であるとしても、気流制御弁における流路面積が正規の流路面積よりも小さくなり、燃焼室内に実際に供給される空気量が正規の量よりも少なくなる。

このため特許文献２では、機関始動時における吸気制御弁（気流制御弁に相当）下流の吸気通路内の圧力を検出するとともに、この検出した圧力が目標圧力に一致するように、次の機関始動時における吸気制御弁の開度を制御する内燃機関の始動制御装置が提案されている。この始動制御装置によれば、機関始動時に燃焼室内に供給される空気量を正規の空気量にすることができ、以って機関始動を確実に完了させることができる。

特開平５−２４００９９号公報 特開２００５−５４６００号公報

特許文献１が提案する内燃機関の始動時制御装置では、機関始動時に吸気絞り弁が目標開度に制御されるまでの間、点火系及び燃料系の制御が行われない一方で、クランキングはこの間、継続して行われる。したがって例えば冬場などバッテリーの機能が低下している場合などには、内燃機関が始動する前にバッテリーが先に上がってしまう虞がある。すなわち、バッテリーの機能が低下している場合には、却って内燃機関の始動性が悪化してしまう虞がある。また、特許文献２が提案する内燃機関の始動制御装置でも、機関始動時に吸気制御弁の開度制御をクランキングとともに行った場合には、吸気制御弁が意図通りの開度に制御されるまでの間、空燃比の適正性が確保されず、この間で始動性の悪化やエミッションの増大を招く虞がある。

さらに特許文献２では、吸気制御弁の開度を制御する代わりに、燃料噴射量を制御することで機関始動を確実に完了させることができる内燃機関の始動制御装置も提案されているが、この場合には機関始動前の吸気制御弁の開弁状態が考慮されていないことから、この開弁状態によっては余計に燃料を噴射する必要性が生じてしまう。すなわちこの始動制御装置では、内燃機関の始動性の向上やエミッションの低減を図ることはできるものの、燃料噴射量の適正化という形で吸気制御弁の燃焼改善効果を十分に得ることができない虞がある。

そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、機関始動時に気流制御弁による燃焼改善効果を得るとともに、内燃機関の始動性向上及びエミッションの低減を図ることが可能な内燃機関の始動制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、燃焼室に連通する吸気通路に気流制御弁が配設された内燃機関の始動を制御するための内燃機関の始動制御装置であって、前記内燃機関の始動時に、前記気流制御弁が所定の開度よりも閉じていない場合に、クランキングを禁止するクランキング禁止手段を備えることを特徴とする。本発明によれば、気流制御弁が所定の開度よりも閉じてからクランキングが行われるので、さらにクランキングに応じて燃料噴射を行うときに燃料噴射量の適正化という形で吸気制御弁の燃焼改善効果を得ることができる。同時にこの際、空燃比の適正性も確保されることから、内燃機関の始動性向上やエミッションの低減も図られる。また本発明によれば、気流制御弁が所定の開度よりも閉じていない場合にクランキングを禁止することで、バッテリーの機能が低下している場合であっても、内燃機関が始動不能になるような事態が回避されやすくなることから、この点においても内燃機関の始動性を向上させることができる。

また本発明は、燃焼室に連通する吸気通路に気流制御弁が配設された内燃機関の始動を制御するための内燃機関の始動制御装置であって、前記内燃機関の始動時に、前記気流制御弁が目標開度になっていない場合に、クランキングを禁止するクランキング禁止手段を備えることを特徴とする。例えば前述の特許文献２が提案する内燃機関の始動制御装置のように気流制御弁の開度を制御する場合には、気流制御弁が目標開度になっていない場合にクランキングを禁止することで、気流制御弁による燃焼改善効果を得るとともに、内燃機関の始動性向上及びエミッションの低減を図ることができる。

本発明によれば、機関始動時に気流制御弁による燃焼改善効果を得るとともに、内燃機関の始動性向上及びエミッションの低減を図ることが可能な内燃機関の始動制御装置を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１で実現されている本実施例に係る内燃機関の始動制御装置を、内燃機関システム１００とともに模式的に示す図である。内燃機関システム１００は、吸気系１０と、排気系２０と、燃料噴射系３０と、内燃機関５０とを有して構成されている。吸気系１０は内燃機関５０に空気を導入するための構成であり、吸気を濾過するためのエアクリーナ１１や、吸気量を計測するエアフロメータ１２や、吸気の流量を調節するスロットル弁１３や、吸気を一時的に貯蔵するサージタンク１４や、吸気を内燃機関５０の各気筒に分配するインテークマニホールド１５や、これらの間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。

排気系２０は、エキゾーストマニホールド２１と、三元触媒２２と、図示しない消音器と、これらの構成の間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。エキゾーストマニホールド２１は各気筒からの排気を合流させるための構成であり、各気筒に対応させて分岐させた排気通路を、下流側で一つの排気通路に集合させている。三元触媒２２は排気を浄化するための構成であり、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯの酸化と窒素酸化物ＮＯｘの還元を行う。排気系２０には、排気中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するためのＡ／Ｆセンサ２３が三元触媒２２の上流に、排気中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出するための酸素センサ２４が三元触媒２２の下流に夫々空燃比センサとして配設されている。

燃料噴射系３０は燃料を供給及び噴射するための構成であり、燃料噴射弁３１や燃料噴射ポンプ３２や燃料タンク３３などを有して構成されている。燃料噴射弁３１は燃料を噴射するための構成であり、ＥＣＵ１の制御のもと、適宜の噴射時期に開弁されて燃料を噴射する。また燃料噴射量は、ＥＣＵ１の制御のもと燃料噴射弁３１が閉弁されるまでの間の開弁期間の長さで調節される。燃料噴射ポンプ３２は燃料を加圧して噴射圧を発生させるための構成であり、ＥＣＵ１の制御のもと噴射圧を適宜の噴射圧に調節する。

内燃機関５０は、シリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、点火プラグ５４と、吸気弁５５と、排気弁５６とを有して構成されている。本実施例に示す内燃機関５０は直列４気筒のガソリンエンジンである。但し内燃機関５０は本発明を実施可能な内燃機関であれば特に限定されず、また他の適宜の気筒配列構造及び気筒数を有していてもよい。また図１では内燃機関５０に関し、各気筒の代表としてシリンダ５１ａについて要部を示しているが本実施例では他の気筒についても同様の構造となっている。シリンダブロック５１には、略円筒状のシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内には、ピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５７は、シリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。ピストン５３は図示しないコネクティングロッドを介してクランクシャフト（図示省略）に接続されている。クランクシャフトには機関始動時に内燃機関５０をクランキングするための図示しないスタータモータがギアを介して連結されている。

シリンダヘッド５２には燃焼室５７に吸気を導くための吸気ポート５２ａのほか、燃焼したガスを燃焼室５７から排気するための排気ポート５２ｂが形成され、さらにこれら吸排気ポート５２ａ及び５２ｂを開閉するための吸排気弁５５及び５６が配設されている。なお、内燃機関５０は１気筒あたりに適宜の数量の吸排気弁５５及び５６を備えた吸排気弁構造であってよい。点火プラグ５４は、燃焼室５７の上方略中央に電極を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。燃料噴射弁３１は所謂ポート噴射を行えるように、吸気ポート５２ａ内に燃料噴射孔を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。但し、これに限られず、燃料噴射弁３１は例えば筒内に直接燃料を噴射できるように配設されてもよい。

吸気ポート５２ａには、燃焼室５７内にタンブル流を生成するための気流制御弁５８が配設されている。気流制御弁５８は、ＥＣＵ１の制御のもと吸気ポート５２ａ内で吸気を偏流させて燃焼室５７内にタンブル流を生成するための構成である。なお、気流制御弁５８はインテークマニホールド１５が形成する吸気通路に配設されていてもよい。また、気流制御弁５８はタンブル流を生成するものに限られず、所定の開弁状態で燃焼室５７内に強い旋回気流を生成して混合気のミキシング性を向上できるものであれば、逆タンブル流やスワール流やタンブル流とスワール流とを合成して形成される斜めタンブル流を生成するものなどであってもよい。そのほか内燃機関５０には、気流制御弁５８の開度を検出するための開度センサ７１や、回転数ＮＥに比例した出力パルスを発生するクランク角センサ７２や、内燃機関５０の水温を検出するための水温センサ７３などの各種のセンサが配設されている。

ＥＣＵ１は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１は主として内燃機関５０を制御するための構成であり、本実施例では燃料噴射弁３１や燃料噴射ポンプ３２や点火プラグ５４（より具体的には図示しないイグナイタ）やスタータモータのほか、気流制御弁５８（より具体的には図示しないアクチュエータ）なども制御している。ＥＣＵ１にはこれら燃料噴射弁３１等のほか、各種の制御対象が駆動回路（図示省略）を介して接続されている。また、ＥＣＵ１にはエアフロメータ１２や、開度センサ７１や、クランク角センサ７２や、水温センサ７３などの各種のセンサが接続されている。なお、ＥＣＵ１は機関始動時には図示しないバッテリーから電力供給を受ける。

ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関５０制御用プログラムのほか、燃料噴射弁３１を制御するための燃料噴射弁制御用プログラムや、内燃機関５０の始動時に、気流制御弁５８が所定の開度よりも閉じていない場合に、スタータモータの作動を禁止することによりクランキングを禁止するクランキング禁止用プログラムなどが格納されている。なお、クランキング禁止用プログラムは内燃機関５０制御用プログラムの一部として構成されていてもよい。本実施例ではＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭ（以下、単にＣＰＵ等と称す）と内燃機関５０制御用のプログラムとで、各種の検出手段や判定手段や制御手段などが実現されており、特にＣＰＵ等とクランキング禁止用プログラムとでクランキング禁止手段が実現されている。

次に、機関始動時にＥＣＵ１で行われる処理を図２に示すフローチャートを用いて詳述する。ＥＣＵ１は、ＣＰＵがＲＯＭに格納された上述の内燃機関５０制御用プログラムや、クランキング禁止用プログラムなどの各種のプログラムに基づき、フローチャートに示す処理を実行することで内燃機関５０を始動する。ＣＰＵは内燃機関５０の始動要求があるか否かを判定する処理を実行する（ステップ１１）。本ステップでは、イグニッションＳＷ（図示省略）がＯＮになった際に発生するスタータ信号が発生しているか否かで、始動要求があるか否かを判定している。否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないため処理を終了する。一方肯定判定であれば、ＣＰＵは開度センサ７１の出力信号に基づき、気流制御弁５８の開度を算出する処理を実行する（ステップ１２）。

続いてＣＰＵは、気流制御弁５８の開度が十分小さいか否かを判定する処理を実行する（ステップ１３）。具体的には本ステップでＣＰＵは、気流制御弁５８が所定開度よりも閉じているか否かを判定する処理を実行する。そして本実施例では、気流制御弁５８全閉時の開度を０度としてこの所定開度を５度に設定している。なおこの所定開度は５度に限られず、内燃機関５０の諸元等に応じて気流制御弁５８による燃焼改善の効果が得られるように適宜設定されてよい。ステップ１３で否定判定であれば、ＣＰＵはスタータモータの作動を禁止する処理を実行する（ステップ１４）。これによりクランキングが禁止される。またクランキングを禁止したことに伴い、ＣＰＵは燃料噴射及び点火も禁止する処理を実行する（ステップ１５）。さらにステップ１３で肯定判定されるまでの間、ＣＰＵはステップ１２から１５までに示す処理を繰り返し実行する。これにより、機関始動時に気流制御弁５８の開度が所定開度よりも閉じていない場合にクランキングを禁止することができる。

一方、ステップ１３で肯定判定であれば、ＣＰＵはスタータモータを作動させるための処理を実行する（ステップ１６）。これによりクランキングを効率的に行うことができるため、バッテリー機能が低下しているときの内燃機関５０の始動性を高めることができる。またこれに伴い、ＣＰＵは燃料噴射及び点火を許可する処理を実行する（ステップ１７）。本ステップでは、気流制御弁５８の開度に応じて適切な燃料噴射量で燃料噴射を行うことが容易になることから、空燃比の適正性も容易に確保できるようになる。また空燃比の適正性を確保することで、同時に内燃機関５０の始動性の向上及びエミッションの低減も図られる。

図３は、機関始動時にＥＣＵ１で行われる処理をタイムチャートで示す図である。まず時間Ｔ１でイグニッションＳＷがＯＮになると、時間Ｔ１から時間Ｔ２までの間で気流制御弁５８の開度が次第に小さくなる。そしてこの間ではクランキングが禁止されるため、スタータモータはＯＦＦになっている。またこれに伴い、燃料噴射及び点火も禁止されている。このため回転数ＮＥもゼロとなっている。次に時間Ｔ２で気流制御弁５８が全閉状態になると、気流制御弁５８は所定開度よりも閉じられたことになるため、スタータモータがＯＮになって作動する。またこれに伴い、燃料噴射及び点火も許可される。これにより燃焼が行われ始めて回転数ＮＥが上昇する。なお、さらに時間Ｔ３で回転数ＮＥが所定回転数（例えば４００ｒｐｍ）になると、スタータモータが停止し始動が完了する。

次に、空燃比の適正性を確保すべく燃料噴射量を調整した場合の始動時の要求噴射量について図４を用いて詳述する。図４に示すケースＡは、気流制御弁５８が所定開度よりも閉じられた後でクランキングを開始し、燃料噴射及び点火を行った場合の要求噴射量を示しており、図４に示すケースＢは、イグニッションＳＷがＯＮになった直後にクランキングを開始し、燃料噴射及び点火を行った場合の要求噴射量を示している。なお、横軸に示す噴射回数１回目から４回目までに対応する要求噴射量と、噴射回数５回目から８回目までに対応する要求噴射量が異なるのは、空燃比を適正に確保すべく、気流制御弁５８の閉じ側への開度変化に応じて要求噴射量を減じたことによるものである。

ケースＢの場合には、機関始動前の気流制御弁５８の開弁状態次第では、気流制御弁５８が十分に閉じられていないことから、気流制御弁５８が閉じられるまでの間に燃焼室５７に多量の吸気が流入する。このとき燃料噴射量によって空燃比の適正性を確保するためには吸気が多く流入する分、余計に燃料を噴射する必要がある。このためケースＢの場合には、その分始動時の要求噴射量も多くなる。一方、ケースＡの場合には、ケースＢのように余計に燃料を噴射する必要がないため、空燃比の適正性を確保するにあたって要求噴射量を低く抑制することができる。すなわち、機関始動時の燃料噴射量の適正化という形で気流制御弁５８の燃焼改善効果を得ることができる。また空燃比の適正性も確保されることから、同時に機関始動性の向上及びエミッションの低減も図られる。

なお、本実施例ではクランキング禁止用プログラムは、機関始動時に気流制御弁５８が所定の開度よりも閉じていない場合にクランキングを禁止するように作成されているが、クランキング禁止用プログラムを、機関始動時に気流制御弁５８が目標開度になっていない場合にクランキングを禁止するように作成してもよい。これにより例えば気流制御弁５８を、これに堆積したデポジットの影響を考慮した目標開度に制御するような場合にも、同様に燃焼改善効果を得ることができるとともに内燃機関５０の始動性の向上及びエミッションの低減を図ることができる。以上により、機関始動時に気流制御弁５８による燃焼改善効果を得ることができるとともに、内燃機関５０の始動性の向上及びエミッションの低減を図ることが可能なＥＣＵ１を実現できる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

ＥＣＵ１を内燃機関システム１００と共に模式的に示す図である。 ＥＣＵ１で行われる処理をフローチャートで示す図である。 ＥＣＵ１で行われる処理をタイムチャートで示す図である。 空燃比の適正性を確保すべく燃料噴射量を調整した場合の機関始動時の要求噴射量を示す図である。

符号の説明

１ ＥＣＵ
１０ 吸気系
２０ 排気系
３０ 燃料噴射系
５０ 内燃機関
１００ 内燃機関システム

Claims (2)

1. 燃焼室に連通する吸気通路に気流制御弁が配設された内燃機関の始動を制御するための内燃機関の始動制御装置であって、
   前記内燃機関の始動時に、前記気流制御弁が所定の開度よりも閉じていない場合に、クランキングを禁止するクランキング禁止手段を備えることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
2. 燃焼室に連通する吸気通路に気流制御弁が配設された内燃機関の始動を制御するための内燃機関の始動制御装置であって、
   前記内燃機関の始動時に、前記気流制御弁が目標開度になっていない場合に、クランキングを禁止するクランキング禁止手段を備えることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
   

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