JP2008240620A - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の始動制御装置に関し、機関始動時の未燃排出燃料の量を少なくすることができ、エミッション低減および燃費改善に寄与することを目的とする。
【解決手段】内燃機関の始動要求が有った場合、機関冷却水温を検出し（ステップ１０４）、噴射パターン切り替え水温と比較する（ステップ１０６）。機関冷却水温が噴射パターン切り替え水温より高かった場合には、クランキング開始前（スタータ駆動前）から燃料噴射を開始させる。一方、機関冷却水温が噴射パターン切り替え水温以下であった場合には、クランキング開始後、吸気行程に同期して燃料噴射を実行させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の始動制御装置に関する。

一般に、内燃機関の始動時は、燃焼状態が悪くなり易い。このため、未燃のままの燃料がＨＣやＣＯとして排気通路へ流れ易く、エミッションが悪化し易い。また、未燃のまま排出される燃料（以下「未燃排出燃料」という）の分だけ燃料が無駄となるので、始動に要する燃料量が多くなり、燃費が悪化し易い。このようなことから、始動時の未燃排出燃料の量をできる限り少なくしたいという要望がある。特に、ハイブリッド車両や、アイドリングストップ機能を有する車両など、走行中に内燃機関の自動停止・自動始動を繰り返す車両では、極めて重要な問題となる。

特開平１１−８２１０８号公報には、良好な始動性を確保するべく、始動時に各気筒の吸気行程と同期させて燃料を噴射するようにした装置が開示されている。

特開平１１−８２１０８号公報 特開２００３−８３１２７号公報 特開２００３−５６３８２号公報 特開２００５−１５５４６２号公報

しかしながら、上記従来の装置では、始動時、吸気行程で噴射された燃料は、開いている吸気弁を通ってそのまま筒内に吸入され、圧縮行程を経て直ちに点火される。このため、点火までの時間的余裕が少なく、燃料が十分に霧化できない場合がある。燃料の霧化が十分でないと、未燃排出燃料の量は増え易い。つまり、始動時の未燃排出燃料の低減を図る上で、吸気行程に同期して燃料を噴射する方法は、始動時の状態によっては、必ずしも最適な方法とは言えない。

この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、機関始動時の未燃排出燃料の量を少なくすることができ、エミッション低減および燃費改善に寄与することのできる内燃機関の始動制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の始動制御装置であって、
内燃機関において燃料を噴射するインジェクタと、
始動時に前記内燃機関をクランキングするスタータと、
前記内燃機関の暖機度合いを検出する暖機度合い検出手段と、
始動時に、前記暖機度合いに応じて、燃料噴射時期を変更する噴射時期制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記噴射時期制御手段は、
前記暖機度合いが判定基準を超える場合に、クランキング開始前から燃料噴射を開始させるクランキング前噴射手段と、
前記暖機度合いが前記判定基準に達しない場合に、クランキング開始後、吸気行程に同期して燃料噴射を実行させるクランキング後吸気同期噴射手段と、
を含むことを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
燃料性状に応じて前記判定基準を変更する判定基準変更手段を備えることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の始動制御装置。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記インジェクタおよび前記スタータに電力を供給するバッテリーの電圧を検出するバッテリー電圧検出手段と、
前記バッテリー電圧の変動が所定の許容値を超える期間中は、燃料噴射を禁止する禁止手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記インジェクタの開弁を検知するインジェクタ開弁検知手段と、
燃料噴射開始後に前記スタータの駆動を開始する場合において、前記インジェクタ開弁検知手段により前記インジェクタの開弁が検知された場合には、その開弁期間の終了を待たずに前記スタータの駆動を開始させるスタータ駆動開始時期制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記インジェクタおよび前記スタータに電力を供給するバッテリーの電圧を検出するバッテリー電圧検出手段と、
前記バッテリー電圧の検出値に基づいて、前記インジェクタに対する噴射信号出力時間を算出する噴射信号出力時間算出手段と、
前記スタータが駆動されている場合に、前記インジェクタの閉弁前に前記バッテリー電圧を再度検出し、その検出されたバッテリー電圧に基いて、前記噴射信号出力時間を補正する噴射信号出力時間補正手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第７の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記インジェクタおよび前記スタータに電力を供給するバッテリーの電圧を検出するバッテリー電圧検出手段と、
始動時に、前記インジェクタの閉弁時期でのバッテリー電圧検出値に基いて、前記インジェクタの閉じ遅れ時間を算出する閉じ遅れ時間算出手段と、
前記算出された閉じ遅れ時間を記憶する記憶手段と、
始動時に前記インジェクタへの噴射信号出力時間を算出する際に、前記記憶手段に記憶された、先回の始動時における閉じ遅れ時間に基いて、前記噴射信号出力時間を算出する噴射信号出力時間算出手段と、
を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、内燃機関の始動時に、暖機度合いに応じて、燃料噴射時期を変更することができる。暖機度合いが十分な場合には、インジェクタから噴射されて壁面に付着した燃料の蒸発が期待できるが、暖機度合いが不十分な場合では、壁面に付着した燃料の蒸発は期待できない。始動時に未燃排出燃料量をなるべく少なくする上では、上記のような燃料の挙動を考慮することが重要である。第１の発明によれば、始動時の暖機度合いに応じて、燃料噴射時期を適切に変更することができるので、未燃排出燃料を低減し、エミッションおよび燃費を改善することができる。また、始動性も改善することができる。

第２の発明によれば、始動時の暖機度合いが判定基準を超える場合、つまり壁面付着燃料の蒸発が期待できる場合には、クランキング開始前に燃料噴射を開始する。これにより、インジェクタから噴射されて壁面に付着した燃料が十分に気化し、着火し易い状態になってからクランキングが開始される。このため、噴射開始直後から燃料を十分に燃焼させることができるので、未燃排出燃料を低減できる。一方、暖機度合いが上記判定基準に達しない場合、つまり壁面付着燃料の蒸発が期待できない場合には、クランキング開始後、吸気行程に同期して燃料噴射を実行させる。これにより、ポート噴射の場合には、噴射された燃料を吸気の流れに乗せてそのまま筒内に導入することができ、燃料の壁面付着を抑制できる。また、筒内直接噴射の場合には、吸気の流動により燃料が攪拌されるので、やはり燃料の壁面付着を抑制できる。このため、噴射された燃料が筒内で燃焼し易くなるようにすることができる。その結果、未燃排出燃料を低減できる。このように、第２の発明によれば、始動時の暖機度合いに応じて、燃料噴射時期を適切に選択することができるので、始動時のエミッションや燃費を改善することができ、更に始動性も良好となる。

第３の発明によれば、燃料性状に応じて、上記判定基準を変更することができる。蒸発し易い燃料であれば、暖機度合いが比較的低くても、クランキング前噴射で対応可能となる。逆に、蒸発しにくい燃料であれば、暖機度合いが比較的高くても、クランキング後吸気同期噴射の方が未燃排出燃料を低減することができる。そこで、第３の発明によれば、燃料性状に応じて上記判定基準を変更することにより、クランキング前噴射とクランキング後吸気同期噴射とをより適切に使い分けることができる。

第４の発明によれば、バッテリー電圧の変動が所定の許容値を超える期間中は、燃料噴射を禁止することができる。インジェクタの無効噴射時間は、バッテリー電圧によって変化する。このため、スタータの駆動に伴ってバッテリー電圧が変動（降下）している期間中に燃料を噴射すると、計算した無効噴射時間と、実際の無効噴射間との誤差が大きくなり易い。第４の発明によれば、バッテリー電圧の変動が大きい期間を避けて燃料を噴射することができるので、始動時の燃料噴射量をより正確に調量することができ、筒内の空燃比をより正確に制御することができる。このため、始動時のエミッション、燃費、始動性を更に改善することができる。

第５の発明によれば、燃料噴射開始後にスタータ駆動（クランキング）を開始する場合において、インジェクタの開弁が検知された場合には、その開弁期間の終了を待たずにスタータ駆動を開始させることができる。燃料噴射開始後にスタータ駆動を開始する場合において、燃料噴射完了後（インジェクタ開弁期間終了後）にスタータ駆動を開始すれば、バッテリー電圧変動による噴射量誤差を防止することができるが、それだけスタータ駆動開始が遅れるので、始動が遅れるという問題がある。ところで、インジェクタの無効噴射時間は、開き遅れ時間と閉じ遅れ時間との差である。第５の発明によれば、インジェクタの開弁後であって閉弁前にスタータ駆動を開始するので、閉じ遅れ時間はバッテリー電圧変動の影響を受ける可能性があるが、開き遅れ時間はバッテリー電圧変動の影響を受けない。そして、閉じ遅れ時間に対するバッテリー電圧の影響は比較的小さいので、閉じ遅れ時間がバッテリー電圧変動に影響されても、燃料噴射量の誤差は小さい。このようなことから、第５の発明によれば、バッテリー電圧変動による誤差が燃料噴射量に生ずるのを抑制しつつ、スタータ駆動開始を早めることができる。よって、始動時の燃料噴射量の正確な調量を確保しつつ、より迅速に始動を完了することができる。

第６の発明によれば、スタータが駆動されている場合に、インジェクタの閉弁前にバッテリー電圧を再度検出し、その検出されたバッテリー電圧に基いて、噴射信号出力時間を補正することができる。このため、第６の発明によれば、燃料噴射中のバッテリー電圧の変動に起因するインジェクタの閉弁時期のズレを精度良く補正することができる。よって、始動時の燃料噴射量をより正確に調量することができ、始動性、エミッション、燃費を更に改善することができる。

第７の発明によれば、始動時に、インジェクタの閉弁時期でのバッテリー電圧検出値に基いて閉じ遅れ時間を算出し、その閉じ遅れ時間を記憶することができる。そして、次回の始動時に、上記記憶された先回の始動時における閉じ遅れ時間を用いて、噴射信号出力時間を算出することができる。このため、第７の発明によれば、インジェクタ閉じ遅れ時間補正を燃料噴射中に行うことが時間的に困難な場合であっても、バッテリー電圧の変動に起因するインジェクタの閉弁時期のズレを精度良く補正することができる。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の気筒数や気筒配置は、特に限定されるものではない。

内燃機関１０の筒内には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２には、吸入空気量Gaを検出するエアフローメータ１６が配置されている。エアフローメータ１６の下流には、スロットル弁１８が配置されている。スロットル弁１８の開度は、スロットルモータ２０の作動によって調整される。スロットル弁１８の近傍には、スロットル弁１８の開度を検出するためのスロットルポジションセンサ２２が配置されている。また、アクセルペダルの近傍には、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ２４が設けられている。

内燃機関１０の各気筒には、吸気ポート１１内に燃料を噴射するための燃料インジェクタ２６が配置されている。内燃機関１０の各気筒には、更に、吸気弁２８、点火プラグ３０、および排気弁３２が設けられている。

内燃機関１０のクランク軸３６の近傍には、クランク軸３６の回転角度（クランク角度）および回転方向を検出可能なクランク角センサ３８が設置されている。クランク角センサ３８によれば、内燃機関１０の運転中のクランク角度やエンジン回転数NEを検出することができる。

ところで、内燃機関１０の停止時には、クランク軸３６が停止直前に逆回転する場合がある。本実施形態のクランク角センサ３８は、上述したように、クランク角度だけでなく、クランク回転方向も検出可能である。このため、本実施形態では、機関停止時のクランク角センサ３８のクランク角度信号およびクランク回転方向信号を合わせて処理することにより、機関停止状態でのクランク角度（クランク角度停止位置）を検出することもできる。

また、本実施形態のシステムは、内燃機関１０の冷却水温を検出する水温センサ４２と、始動時に内燃機関１０をクランキングするスタータモータ４４と、燃料インジェクタ２６やスタータモータ４４等に電力を供給するバッテリーの電圧を検出するバッテリー電圧センサ４６と、内燃機関１０に供給される燃料の性状を検出する燃料性状センサ４８とを備えている。

更に、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。

本実施形態において、内燃機関１０は、アイドリングストップ車、あるいはハイブリッド車に搭載されているものとする。これらの車両においては、走行中に、内燃機関１０の自動停止および自動始動が繰り返し実行される。なお、ハイブリッド車であるとした場合、スタータモータ４４は、始動専用のものでなくてもよく、始動時以外は発電機として機能するものであってもよい。また、本発明は、内燃機関１０の自動停止および自動始動を行わないシステムに適用することも可能である。

［実施の形態１の特徴］
前述したように、内燃機関１０の始動時は、一般に、燃焼に寄与しなかった未燃燃料がＨＣやＣＯとして排出され易いため、エミッションが悪化し易い。また、燃焼に寄与しなかった燃料は機関始動に対しては無駄となるので、燃費が悪化し易い。

よって、機関始動時のエミッションや燃費を改善するためには、燃料インジェクタ２６から噴射された燃料を確実に燃焼させ、未燃のまま排出される燃料（以下「未燃排出燃料」という）を少なくすることが重要である。

本発明者は、機関始動時の未燃排出燃料を低減するべく鋭意研究を重ねた結果、機関始動時の最適な燃料噴射タイミングが、内燃機関１０の暖機度合いに応じて異なることを見出した。具体的には次のとおりである。

吸気弁２８が閉じているときに燃料インジェクタ２６から噴射された燃料は、吸気弁２８や吸気ポート１１の内壁（以下総称して「壁面」とも言う）に一旦付着する。そして、この壁面に付着した燃料が蒸発して空気と混合する。壁面に付着した燃料の蒸発のし易さは、壁面の温度に応じて異なる。すなわち、内燃機関１０が暖機されている状態（例えば冷却水温が８０℃以上）で再始動が行われる場合には、壁面に付着した燃料が十分に蒸発することが期待できる。このため、暖機度合いが十分なときには、始動要求が出された場合、まず燃料噴射を実行し、その後にスタータモータ４４を駆動してクランキングを開始することが好ましい。これにより、クランキングの前に、壁面に付着した燃料が蒸発するための時間を与えることができる。その結果、始動時に、燃料霧化の良好な混合気を筒内に吸入することができるので、燃料を確実に燃焼させることができる。このため、未燃排出燃料量を低減することができるとともに、始動性も向上することができる。

これに対し、内燃機関１０が十分に暖機されていない状態（例えば冷却水温が４０℃以下）で再始動が行われる場合には、壁面に付着した燃料の蒸発は期待できない。よって、クランキング開始前に燃料噴射を実行すると、燃料をほとんど含まない空気が筒内に吸入されることとなるので、却って始動性が悪化し、未燃排出燃料が増えてしまう。

そこで、暖機度合いが十分でない場合には、クランキング開始後、吸気行程（吸気弁開期間）に同期して燃料噴射を実行することが好ましい。吸気行程では、吸気弁２８が開いており、また、吸気ポート１１内に空気の流れが存在する。このため、クランキング開始後に吸気行程に同期して燃料インジェクタ２６から燃料を噴射すると、噴射された燃料を空気の流れに乗せてそのまま筒内に送り込むことができる。よって、燃料の壁面付着が抑制され、筒内に燃料を確実に供給することができるので、始動性が良好となり、未燃排出燃料を低減することができる。

以上のような知見に基づき、本実施形態では、始動時に、暖機度合いに応じて、クランキング開始前に燃料噴射を開始させるか、クランキング開始後に吸気行程に同期して燃料を噴射するかを切り替えることとした。

［実施の形態１における具体的処理］
図２は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。図２に示すルーチンによれば、まず、始動（再始動）が要求されているか否かが判別される（ステップ１００）。始動が要求されていないと判別された場合には、今回の処理サイクルがそのまま終了される。

一方、上記ステップ１００で、始動が要求されていると判別された場合には、次に、クランク角度停止位置と、機関冷却水温とがそれぞれ取得される（ステップ１０２，１０４）。

続いて、上記ステップ１０４で取得された機関冷却水温と、所定の噴射パターン切り替え水温とが比較される（ステップ１０６）。

上記ステップ１０６で、機関冷却水温が噴射パターン切り替え水温より高いと判別された場合には、壁面付着燃料の蒸発が期待できる程度以上の暖機度合いであると判断できる。よって、この場合には、クランキング開始前に燃料噴射を開始した方が、未燃排出燃料を低減でき、始動性も良好になると判断できる。そこで、この場合には、まず、要求される燃料噴射量が算出される（ステップ１０８）。このステップ１０８では、機関冷却水温と、上記ステップ１０２で取得されたクランク角度停止位置とに応じて、適切な燃料噴射量が所定のマップに従って算出される。

続いて、バッテリー電圧センサ４６によってバッテリーの電圧が取得され（ステップ１１０）、更に、そのバッテリー電圧に基づいて噴射信号出力時間が算出される（ステップ１１２）。図３は、噴射信号出力時間を説明するためのタイミングチャートであり、（ａ）は噴射信号（駆動電圧）、（ｂ）は燃料インジェクタ２６に流れる電流、（ｃ）は燃料インジェクタ２６のプランジャ位置、をそれぞれ示している。

燃料インジェクタ２６には、噴射口を開閉するニードルバルブと、ニードルバルブと一体となって移動するプランジャと、プランジャを電磁力により吸引可能なコイルと、プランジャを付勢するバネとが設けられている。コイルに電流を流すと、プランジャが吸引されてニードルバルブが開き、燃料が噴射される。そして、コイルへの通電を止めると、バネの力によってプランジャが元の位置へ戻り、燃料噴射が終了する。このような構造の燃料インジェクタ２６は公知であるので、詳細な図示は省略する。

図３に示すように、燃料インジェクタ２６へ電圧が印加されてからプランジャが動いてニードルバルブが開くまでの間には、遅れが生ずる。この遅れを開き遅れ時間Toという。また、燃料インジェクタ２６への電圧印加が終了してからプランジャが元の位置へ戻ってニードルバルブが閉じるまでの間にも、遅れが生ずる。この遅れを閉じ遅れ時間Tcという。開き遅れ時間Toと閉じ遅れ時間Tcとの差（To−Tc）は、無効噴射時間と呼ばれる。噴射信号出力時間から無効噴射時間を差し引いた時間が有効噴射時間となる。燃料噴射量は、有効噴射時間に比例する。

開き遅れ時間Toおよび閉じ遅れ時間Tcは、バッテリー電圧によって変化する。バッテリー電圧が低いと、プランジャの移動速度が遅くなるので、開き遅れ時間Toが長くなる。また、バッテリー電圧が高いと、コイルの消磁時間が長くなるので、閉じ遅れ時間Tcが長くなる。

以上のようなことから、上記ステップ１１２では、まず、上記ステップ１０８で算出された燃料噴射量と、インジェクタサイズと、燃圧とに基づいて、必要な有効噴射時間が算出される。次いで、上記ステップ１１０で取得されたバッテリー電圧に基づいて開き遅れ時間Toおよび閉じ遅れ時間Tcが算出され、それらから無効噴射時間が算出される。そして、有効噴射時間と無効噴射時間を足し合わせることにより、噴射信号出力時間が算出される。

上記のようにして噴射信号出力時間が算出されたら、続いて、燃料噴射が実行される（ステップ１１４）。すなわち、算出された噴射信号出力時間の間、燃料インジェクタ２６に電圧が印加され、燃料が噴射される。

そして、燃料噴射の実行後、スタータモータ４４が駆動され（ステップ１１６）、内燃機関１０のクランキングが開始される。

一方、上記ステップ１０６で、機関冷却水温が噴射パターン切り替え水温以下であると判別された場合には、壁面付着燃料の蒸発が期待できる程度の暖機度合いではないと判断できる。よって、この場合には、クランキング開始後に吸気行程に同期して燃料噴射を実行した方が、未燃排出燃料を低減でき、始動性も良好になると判断できる。そこで、この場合には、燃料噴射開始に先立って、まずスタータモータ４４が駆動され（ステップ１１８）、内燃機関１０のクランキングが開始される。

続いて、クランク角センサ３６の信号に基づいて、クランク角度が吸気行程に同期しているか否かが判別される（ステップ１２０）。その結果、吸気行程に同期していない場合には、今回の処理サイクルがそのまま終了される。一方、吸気行程に同期している場合には、次に、要求される燃料噴射量が算出される（ステップ１２２）。このステップ１２２では、機関冷却水温に応じた適切な燃料噴射量が所定のマップに従って算出される。

続いて、バッテリー電圧センサ４６によってバッテリーの電圧が取得され（ステップ１２４）、更に、そのバッテリー電圧に基づいて噴射信号出力時間が算出される（ステップ１２６）。この噴射信号出力時間の算出方法は、前述したステップ１１２と同様である。

上記のようにして噴射信号出力時間が算出されたら、続いて、燃料インジェクタ２６に電圧が印加され、燃料噴射が開始される（ステップ１２８）。そして、燃料が噴射されている間、開弁期間が終了したかどうか、つまり上記噴射信号出力時間が経過したかどうかが判別され（ステップ１３０）、開弁期間が終了したと判別されると、燃料噴射が終了される（ステップ１３２）。

以上説明したように、図２に示すルーチンの処理によれば、始動時の暖機度合いに応じて、クランキング開始前に燃料噴射を開始させるか、クランキング開始後に吸気行程に同期して燃料を噴射するかを切り替えることができる。このため、暖機度合いに応じて、未燃排出燃料がより少ない始動方法を選択することができる。よって、始動時のエミッション性能や燃費性能を向上することができる。また、始動開始直後から燃料を確実に燃焼させることができるので、始動を迅速かつ確実に行うことができ、始動性の向上にも寄与する。

ところで、本実施形態では、吸気ポート１１内に燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関１０を例に説明したが、本発明は、燃料を筒内に直接に噴射する筒内直接噴射式の内燃機関や、吸気ポート内と筒内との両方に燃料を噴射可能な内燃機関にも同様に適用可能である。筒内噴射の場合であっても、燃焼室壁面に付着した燃料の蒸発が期待できる暖機度合いのときには、クランキング前に燃料噴射を開始した方が、燃料の蒸発時間が稼げて、良好な燃焼を行うことができるので、未燃排出燃料を低減することができる。また、燃焼室壁面に付着した燃料の蒸発が期待できないとき、すなわち暖機度合いの十分でないときには、クランキング開始後に吸気行程に同期して筒内に燃料を噴射した方が、筒内流動を利用して燃料を攪拌することができるので、燃料の壁面付着が抑制され、未燃排出燃料を低減することができる。

また、上述した実施の形態１においては、機関冷却水温が前記第１の発明における「暖機度合い」に、噴射パターン切り替え水温が前記第２の発明における「判定基準」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「暖機度合い検出手段」が、上記ステップ１０６〜１３２の処理を実行することにより前記第１の発明における「噴射時期制御手段」が、上記ステップ１０８〜１１６の処理を実行することにより前記第１の発明における「クランキング前噴射手段」が、上記ステップ１１８〜１３２の処理を実行することにより前記第１の発明における「クランキング後吸気同期噴射手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図４および図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、前述した図１に示すシステム構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図５に示すルーチンの処理を実行させることにより、実現することができる。

［実施の形態２の特徴］
燃料の性状（例えば、重質であるか軽質であるか）が変化すると、壁面に付着した燃料の蒸発のし易さも変化する。つまり、蒸発し易い軽質燃料である場合には、壁面の温度が比較的低くても、壁面付着燃料の蒸発を期待することができる場合がある。このため、この場合には、始動時、クランキング開始前に燃料噴射を開始した方が未燃排出燃料をより少なくすることができる。逆に、蒸発しにくい重質燃料である場合には、壁面の温度が比較的高くても、壁面付着燃料の蒸発が期待できない場合がある。このような場合には、始動時、クランキング開始後に吸気行程に同期して燃料噴射を実行した方が未燃排出燃料をより少なくすることができる。

そこで、本実施形態では、内燃機関に供給される燃料の性状に応じて、噴射パターン切り替え水温を変化させることとした。図４は、燃料性状に応じて噴射パターン切り替え水温を設定するためのマップである。図４に示すように、本実施形態では、燃料が軽質である場合ほど、噴射パターン切り替え水温を高くし、逆に、燃料が重質であるほど、噴射パターン切り替え水温を低くすることとした。

［実施の形態２における具体的処理］
図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図５において、図２に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。図５に示すルーチンは、ステップ１０４と１０６との間にステップ１３４，１３６が追加されていること以外は図２に示すルーチンと同様である。

図５に示すルーチンによれば、ステップ１０４で機関冷却水温が取得された後、燃料性状センサ４８により、燃料の性状が検出される（ステップ１３４）。続いて、図４に示すマップが参照され、検出された燃料性状に応じて、噴射パターン切り替え水温が算出される（ステップ１３６）。そして、この算出された噴射パターン切り替え水温と機関冷却水温とがステップ１０６において比較され、その比較結果に応じて、クランキング開始前に燃料噴射を開始させるか、クランキング開始後に吸気行程に同期して燃料を噴射するかが選択される。

本実施形態によれば、燃料性状に応じて噴射パターン切り替え水温を変化させることにより、始動時に、クランキング開始前に燃料噴射を開始させるか、クランキング開始後に吸気行程に同期して燃料を噴射するかをより適切に使い分けることができる。このため、未燃排出燃料を更に低減することができる。

ところで、本実施形態では、燃料性状センサ４８によって燃料性状を検出するようにしているが、他のセンサの検出値等に基づいて燃料性状を学習（推定）するシステムにおいては、その学習あるいは推定された燃料性状を用いるようにしてもよい。

なお、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１３４，１３６の処理を実行することにより前記第３の発明における「判定基準変更手段」が実現されている。

実施の形態３．
次に、図６および図７を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、前述した図１に示すシステム構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図７に示すルーチンの処理を実行させることにより、実現することができる。

［実施の形態３の特徴］
図６は、本実施形態の始動制御を説明するためのタイミングチャートである。図６中、（ａ）は始動要求の有無を示す始動要求フラグ、（ｂ）はスタータモータ４４への通電の有無を示すスタータフラグ、（ｃ）はバッテリー電圧、（ｄ）は燃料インジェクタ２６に印加される燃料噴射信号、をそれぞれ表す。

スターターモータ４４で内燃機関１０をクランキングするには、大きな電力が必要となる。このため、図６に示すように、スタータフラグがＯＮして、スタータモータ４４への通電が開始されると、バッテリー電圧が大きく降下する。そして、スタータモータ４４への通電が断たれると、バッテリー電圧は、上昇し、元の電圧に戻る。よって、図６（ｃ）に示すように、スタータモータ４４への通電の開始および終了に伴い、バッテリー電圧が大きく変動する電圧変動期間が生ずる。

前述したように、燃料インジェクタ２６の無効噴射時間は、バッテリー電圧によって変化する。上記のような電圧変動期間中に燃料噴射を行うと、無効噴射時間の計算時と、燃料インジェクタ２６の駆動時とでバッテリー電圧が異なるので、無効噴射時間の計算値と実際の無効噴射時間とに食い違いが生ずる。その結果、燃料噴射量を正確に調量できない場合がある。

そこで、本実施形態では、バッテリー電圧が大きく変動する電圧変動期間中の燃料噴射を禁止し、図６（ｄ）に示すように、電圧変動期間を避けて燃料噴射を実行することとした。

［実施の形態３における具体的処理］
図７は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図７において、図２に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。図７に示すルーチンは、ステップ１２４と１２６との間にステップ１３８〜１４２が追加されていること以外は図２に示すルーチンと同様である。

図７に示すルーチンによれば、クランキング開始後に吸気行程に同期して燃料噴射を実行する場合において、ステップ１２４でバッテリー電圧が検出されたら、次に、バッテリー電圧の変動が小さいか否かが判別される（ステップ１３８）。このステップ１３８では、具体的には、今回のバッテリー電圧検出値V(i)と、前回のバッテリー電圧検出値V(i-1)との差の絶対値|V(i)-V(i-1)|が所定の判定値と比較される。そして、|V(i)-V(i-1)|が上記判定値より大きい場合には、バッテリー電圧の変動が大きく、燃料噴射量の正確な調量が困難であると判断できる。そこで、この場合には、燃料噴射が禁止される（ステップ１４０）。

一方、上記ステップ１３８で、|V(i)-V(i-1)|が上記判定値以下である場合には、バッテリー電圧の変動は小さく、燃料噴射量の正確な調量が可能であると判断できる。この場合には、バッテリー電圧が再度取得され（ステップ１４２）、そのバッテリー電圧を用いて噴射信号出力時間が算出され（ステップ１２６）、燃料噴射が実行される（ステップ１２８）。

以上説明したように、本実施形態によれば、スタータモータ４４の起動および停止に伴ってバッテリー電圧が大きく変動する期間を避けて、燃料を噴射することができる。このため、バッテリー電圧の変動による無効噴射時間のズレを回避することができ、正確な量の燃料を噴射することができる。よって、始動時の筒内の空燃比を正確に制御することができるので、始動性、エミッション、燃費を更に改善することができる。

なお、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１３８，１４０の処理を実行することにより前記第４の発明における「禁止手段」が実現されている。

実施の形態４．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、前述した図１に示すシステム構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図８に示すルーチンの処理を実行させることにより、実現することができる。

なお、本実施形態において、燃料インジェクタ２６には、プランジャ位置を検出するセンサが内蔵されており、そのセンサにより、プランジャが完全に引き上げられたこと、つまり燃料インジェクタ２６が完全に開弁したことを検知することができるようになっている。

［実施の形態４の特徴］
前述した実施の形態においては、始動時の機関冷却水温が噴射パターン切り替え水温より高い場合、初回の燃料噴射の実行後に、クランキングを開始することとしている。この場合、初回の燃料噴射時には、スタータモータ４４が起動されていないので、バッテリー電圧の変動（降下）が生じていない。このため、無効噴射時間のズレが生ずることがなく、燃料噴射量を正確に調量することができるという利点がある。

しかしながら、上記の場合、初回の燃料噴射が終了してからクランキングを開始するので、クランキング開始タイミングが多少遅くなり、よって、機関始動が完了するタイミングも多少遅くなる。

そこで、本実施形態では、初回の燃料噴射において燃料インジェクタ２６が完全に開弁したことが検知された場合には、燃料噴射の終了を待たずに、クランキングを開始することとした。

前述したように、燃料インジェクタ２６の開き遅れ時間Toおよび閉じ遅れ時間Tcは、バッテリー電圧によって変化するが、閉じ遅れ時間Tcに対するバッテリー電圧の影響は比較的小さい。このため、燃料噴射が終了する前にスタータモータ４４を起動してバッテリー電圧が降下しても、閉じ遅れ時間Tcの誤差は少ないので、燃料噴射量の正確な調量は可能である。

［実施の形態４における具体的処理］
図８は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図８において、図７に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。

図８に示すルーチンによれば、始動時の機関冷却水温が噴射パターン切り替え水温より高い場合、つまり、クランキング開始前に燃料噴射を開始する場合において、噴射信号出力時間が算出されると（ステップ１１２）、次に、燃料インジェクタ２６に駆動電圧が印加され、燃料噴射が開始される（ステップ１４２）。燃料噴射が開始されると、燃料インジェクタ２６に内蔵されたセンサにより、プランジャ位置が検出される（ステップ１４４）。次いで、その検出されたプランジャ位置に基づいて、燃料インジェクタ２６が完全に開弁したか否かが判別される（ステップ１４６）。そして、燃料インジェクタ２６が完全に開弁したと判別された場合には、スタータモータ４４の駆動が許可され、クランキングが開始される（ステップ１４８）。

続いて、開弁期間が終了したかどうか、つまり上記噴射信号出力時間が経過したかどうかが判別され（ステップ１５０）、開弁期間が終了したと判別されると、燃料噴射が終了される（ステップ１５２）。

以上説明したように、本実施形態によれば、始動時の機関冷却水温が噴射パターン切り替え水温より高い場合に、燃料インジェクタ２６が完全に開弁したことが検知されたら、開弁期間の終了を待たずに、クランキングを開始することができる。また、燃料インジェクタ２６が完全に開弁した後にスタータモータ４４を起動するので、バッテリー電圧降下の影響が開き遅れ時間Toに及ぶことはなく、閉じ遅れ時間Tcに対する影響に止めることができる。このようなことから、本実施形態によれば、燃料噴射量の正確な調量を確保しつつ、クランキング開始タイミングを早めることができ、迅速に始動を完了することができる。

なお、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１４４の処理を実行することにより前記第５の発明における「インジェクタ開弁検知手段」が、上記ステップ１４６，１４８の処理を実行することにより前記第５の発明における「スタータ駆動開始時期制御手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態５．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態５について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、前述した図１に示すシステム構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図９に示すルーチンの処理を実行させることにより、実現することができる。

［実施の形態５の特徴］
前述したように、燃料インジェクタ２６の開き遅れ時間Toや閉じ遅れ時間Tcは、バッテリー電圧によって変化する。このため、スタータモータ４４の駆動によってバッテリー電圧が変動する期間中に燃料噴射を実行すると、実際の開き遅れ時間Toや閉じ遅れ時間Tcが計算値からずれることがある。

この場合、開き遅れ時間Toに関しては、開き遅れ時間Toを計算した後、直ちに燃料インジェクタ２６を開弁させるので、その間のバッテリー電圧変動幅は小さく、よって、生ずる誤差も比較的少ない。

これに対し、閉じ遅れ時間Tcに関しては、閉じ遅れ時間Tcの計算時と、実際に燃料インジェクタ２６を閉弁させる時点との間が長いので、その間にバッテリー電圧が変動すると、誤差が大きくなり易い。

そこで、本実施形態では、始動時の機関冷却水温が噴射パターン切り替え水温以下である場合、つまりクランキング開始後に吸気行程に同期して燃料を噴射する場合において、燃料噴射を終了する前にバッテリー電圧を再度検出し、燃料インジェクタ２６の閉弁時期を補正することとした。

［実施の形態５における具体的処理］
図９は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図９において、図２に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。図９に示すルーチンは、ステップ１２８と１３０との間にステップ１５４〜１５８が追加されていること以外は図２に示すルーチンと同様である。

図９に示すルーチンによれば、始動時の機関冷却水温が噴射パターン切り替え水温以下である場合、つまり、クランキング開始後に吸気行程に同期して燃料噴射を実行する場合には、実施の形態１と同様に、まず、バッテリー電圧が検出される（ステップ１２４）。次いで、そのバッテリー電圧に基づいて燃料インジェクタ２６の開き遅れ時間Toおよび閉じ遅れ時間Tcが算出され、その開き遅れ時間Toおよび閉じ遅れ時間Tcに基づいて、噴射信号出力時間が算出される（ステップ１２６）。そして、燃料噴射が開始される（ステップ１２８）。

燃料噴射が開始されると、バッテリー電圧が再度検出され（ステップ１５４）、そのバッテリー電圧に基づいて、閉じ遅れ時間Tcが再度算出される（ステップ１５６）。そして、この再計算された閉じ遅れ時間Tcを用いて、噴射信号出力時間が再計算される（ステップ１５８）。この再計算された噴射信号出力時間に基づいて開弁期間が終了したか否かが判別され（ステップ１３０）、開弁期間が終了したと判別されると、燃料インジェクタ２６への通電が断たれて、燃料噴射が終了される（ステップ１３２）。

以上説明した本実施形態の処理によれば、燃料噴射中のバッテリー電圧の変動に起因する燃料インジェクタ２６の閉弁時期のズレを精度良く補正することができる。このため、始動時の燃料噴射量をより正確に調量することができる。その結果、始動時の筒内の空燃比を正確に制御することができるので、始動性、エミッション、燃費を更に改善することができる。

なお、上述した実施の形態５においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１２６の処理を実行することにより前記第６の発明における「噴射信号出力時間算出手段」が、上記ステップ１５４〜１５８の処理を実行することにより前記第６の発明における「噴射信号出力時間補正手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態６．
次に、図１０を参照して、本発明の実施の形態６について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、前述した図１に示すシステム構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図１０に示すルーチンの処理を実行させることにより、実現することができる。

［実施の形態６の特徴］
前述した実施の形態５では、燃料噴射を終了する前にバッテリー電圧を再度検出して閉じ遅れ時間Tcを再計算し、燃料インジェクタ２６の閉弁時期を補正している。しかしながら、ＥＣＵ５０の処理能力等によっては、一旦セットした噴射信号出力時間を変更する時間的余裕がない場合もある。そこで、本実施形態では、前回始動時の閉じ遅れ時間Tcを記憶しておき、その前回の閉じ遅れ時間Tcを用いて、噴射信号出力時間を算出することとした。これにより、燃料インジェクタ２６の閉弁時期を簡易的に補正することができ、実施の形態５とほぼ同様の効果が得られる。

［実施の形態６における具体的処理］
図１０は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図１０において、図２に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。図１０に示すルーチンは、ステップ１２４と１２６との間にステップ１６０が追加され、ステップ１３２の後にステップ１６０が追加されていること以外は図２に示すルーチンと同様である。

図１０に示すルーチンによれば、始動時の機関冷却水温が噴射パターン切り替え水温以下である場合、つまり、クランキング開始後に吸気行程に同期して燃料噴射を実行する場合において、燃料インジェクタ２６が閉弁して燃料噴射が終了すると（ステップ１３２）、このときのバッテリー電圧が検出され、そのバッテリー電圧に基づいて閉じ遅れ時間Tcが算出され、この閉じ遅れ時間TcがＥＣＵ５０内のメモリに記憶される（ステップ１６２）。

そして、次回の始動時に、クランキング開始後に吸気行程に同期して燃料噴射を実行する場合には、バッテリー電圧が取得された後（ステップ１２４）、前回の始動時のステップ１６２において記憶された閉じ遅れ時間Tcが読み出される（ステップ１６０）。そして、続くステップ１２６では、ステップ１２４で取得されたバッテリー電圧に基づいて算出される開き遅れ時間Toと、上記ステップ１６０で取得された前回の閉じ遅れ時間Tcとに基づいて無効噴射時間（To−Tc）が算出され、この無効噴射時間と有効噴射時間とを足し合わせることにより、噴射信号出力時間が算出される。

以上説明した本実施形態の処理によれば、燃料噴射中のバッテリー電圧の変動に起因する燃料インジェクタ２６の閉弁時期のズレを、前回始動時の閉じ遅れ時間Tcを用いて補正することができる。このため、始動時の燃料噴射量を正確に調量することができる。その結果、始動時の筒内の空燃比を正確に制御することができるので、始動性、エミッション、燃費を更に改善することができる。

なお、本実施形態では、前回始動時の閉じ遅れ時間Tcを補正に用いているが、補正の手法はこれに限定されるものではない。例えば、過去複数回の始動時の閉じ遅れ時間Tcを平均化した値を用いて補正してもよい。

また、上述した実施の形態６においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１６２の処理を実行することにより前記第７の発明における「閉じ遅れ時間算出手段」および「記憶手段」が、上記ステップ１２６の処理を実行することにより前記第７の発明における「噴射信号出力時間算出手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 噴射信号出力時間を説明するためのタイミングチャートである。 燃料性状に応じて噴射パターン切り替え水温を設定するためのマップである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３の始動制御を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態５において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態６において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１１ 吸気ポート
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ エアフローメータ
１８ スロットル弁
２６ 燃料インジェクタ
３０ 点火プラグ
４２ 水温センサ
５０ ＥＣＵ

Claims (7)

1. 内燃機関において燃料を噴射するインジェクタと、
   始動時に前記内燃機関をクランキングするスタータと、
   前記内燃機関の暖機度合いを検出する暖機度合い検出手段と、
   始動時に、前記暖機度合いに応じて、燃料噴射時期を変更する噴射時期制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
2. 前記噴射時期制御手段は、
   前記暖機度合いが判定基準を超える場合に、クランキング開始前から燃料噴射を開始させるクランキング前噴射手段と、
   前記暖機度合いが前記判定基準に達しない場合に、クランキング開始後、吸気行程に同期して燃料噴射を実行させるクランキング後吸気同期噴射手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の始動制御装置。
3. 燃料性状に応じて前記判定基準を変更する判定基準変更手段を備えることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の始動制御装置。
4. 前記インジェクタおよび前記スタータに電力を供給するバッテリーの電圧を検出するバッテリー電圧検出手段と、
   前記バッテリー電圧の変動が所定の許容値を超える期間中は、燃料噴射を禁止する禁止手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の始動制御装置。
5. 前記インジェクタの開弁を検知するインジェクタ開弁検知手段と、
   燃料噴射開始後に前記スタータの駆動を開始する場合において、前記インジェクタ開弁検知手段により前記インジェクタの開弁が検知された場合には、その開弁期間の終了を待たずに前記スタータの駆動を開始させるスタータ駆動開始時期制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の始動制御装置。
6. 前記インジェクタおよび前記スタータに電力を供給するバッテリーの電圧を検出するバッテリー電圧検出手段と、
   前記バッテリー電圧の検出値に基づいて、前記インジェクタに対する噴射信号出力時間を算出する噴射信号出力時間算出手段と、
   前記スタータが駆動されている場合に、前記インジェクタの閉弁前に前記バッテリー電圧を再度検出し、その検出されたバッテリー電圧に基いて、前記噴射信号出力時間を補正する噴射信号出力時間補正手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の始動制御装置。
7. 前記インジェクタおよび前記スタータに電力を供給するバッテリーの電圧を検出するバッテリー電圧検出手段と、
   始動時に、前記インジェクタの閉弁時期でのバッテリー電圧検出値に基いて、前記インジェクタの閉じ遅れ時間を算出する閉じ遅れ時間算出手段と、
   前記算出された閉じ遅れ時間を記憶する記憶手段と、
   始動時に前記インジェクタへの噴射信号出力時間を算出する際に、前記記憶手段に記憶された、先回の始動時における閉じ遅れ時間に基いて、前記噴射信号出力時間を算出する噴射信号出力時間算出手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の始動制御装置。

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