JP5182131B2

JP5182131B2 - 内燃機関の始動制御装置

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Publication number: JP5182131B2
Application number: JP2009022987A
Authority: JP
Inventors: 陽平細川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2029-02-03
Also published as: JP2010180725A

Description

本発明は、内燃機関の始動制御装置に関する。

内燃機関の温間始動時において、クランキング開始直後の内燃機関の回転速度が低い時に、圧縮上死点前に燃料の自着火が生じ、始動困難となることがあった。これを防止する技術として、特許文献１には、クランキング期間において吸気圧力が所定圧力まで低下する回転速度まで内燃機関の回転速度が上昇するまで燃料供給を停止する発明が記載されている。

本発明に関連する技術として、特許文献２には、内燃機関のピストンに駆動力を付与するモータを備え、膨張行程においてモータの駆動力によってピストン速度を低下させる技術が記載されている。

特開２００７−２９２０６１号公報特開２００７−２１１６５０号公報

気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関では、内燃機関の停止期間が長くなると、燃料噴射弁からの燃料漏れにより次回の始動時に気筒内に燃料が存在する場合がある。温間始動時には、この燃料漏れにより気筒内に存在することとなった燃料が自着火して、始動性を低下させる原因となる虞がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、筒内直噴内燃機関の始動性の低下を抑制することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の始動制御装置は、
内燃機関の気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の温度又は前記気筒に吸入される吸気の温度を取得する温度取得手段と、
前記内燃機関の始動時のクランキング速度を可変とするクランキング速度可変手段と、
前記内燃機関の始動時のクランキングを行う時に、前記温度取得手段により取得した温度に基づいて、当該クランキングの開始後に前記気筒内の燃料が自着火する可能性の有無を判定し、自着火の可能性があると判定された場合には、当該クランキングの少なくとも最初のサイクルのクランキング速度を低下させるように、前記クランキング速度可変手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。

気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた筒内直噴式の内燃機関では、内燃機関の停止中に燃料噴射弁から燃料が漏れ出すことがある。次回始動時の筒内温度が高い場合、当該機関停止中に漏れ出した燃料が始動時のクランキング開始後に自着火する場合がある。クランキングの最初のサイクルの圧縮行程においてこのような筒内燃料の自着火が発生すると、始動性の低下や騒音発生の原因となる。このような筒内燃料の自着火は、クランキング時の筒内温度が高い場合に発生し易い。始動時の筒内温度は、始動時の内燃機関
の温度や吸気温度に関係している。

本発明によれば、始動時の機関温度又は吸気温度に基づいてこのような自着火の可能性があると判定された場合には、始動時のクランキングの少なくとも最初のサイクルのクランキング速度が低下させられる。クランキング速度を低下させることによりクランキング開始後の筒内温度が、気筒内に存在する燃料の自着火が生じ得るほどの高温にまで上昇しないようにすることができる。従って、内燃機関の停止中に燃料噴射弁から漏れ出した燃料が始動時のクランキング開始時に気筒内に存在している場合においても、当該燃料が始動時のクランキング開始後に自着火することを抑制することができる。これにより、筒内直噴式の内燃機関の温間始動時の始動性の低下や騒音発生を好適に抑制することが可能となる。

本発明において、前記制御手段は、前記内燃機関の始動時に、前記温度取得手段により取得した温度に基づいて、当該クランキングの開始後における前記気筒の圧縮端温度を推定する推定手段を有し、前記推定手段により推定される前記圧縮端温度が、前記気筒内の燃料が自着火しないと判断可能な圧縮端温度の上限値より高い場合、当該クランキングの少なくとも最初のサイクルのクランキング速度を、当該クランキングにおける前記気筒の圧縮端温度が当該上限値以下となるクランキング速度となるように、前記クランキング速度可変手段を制御するようにしても良い。

推定手段は、クランキング速度可変手段によってクランキング速度を変更せずに、デフォルトのクランキング速度でクランキングを開始した場合に、実現される圧縮端温度を、クランキング速度と、機関温度又は吸気温度と、に基づいて推定する手段である。圧縮端温度は、始動時のクランキングの最初のサイクルの圧縮行程において、筒内温度が、気筒内に存在する燃料が自着火可能な温度に達する可能性の有無を判断するための、精度良い指標となる。

上記構成によれば、デフォルトのクランキング速度でクランキングを開始した場合の圧縮端温度の推定値が、気筒内の燃料が自着火しないと判断可能な所定の圧縮端温度の上限値より高い場合に、クランキング速度を低下させる制御が行われる。そして、始動時のクランキングの最初のサイクルにおける圧縮端温度が、気筒内に存在する燃料が自着火しないと判断可能な圧縮端温度の上限値又はそれに近い温度となるように、クランキング速度可変手段によるクランキング速度の制御を行うことができる。

これにより、始動時のクランキング開始後に気筒内の燃料が自着火する可能性があると判断される場合、クランキング速度を過度に低下させて却って始動性が低下してしまうことや、逆に、クランキング速度の低下量が不十分で自着火の発生を好適に抑制できないことを抑制でき、温間始動時の始動性の低下をより好適に抑制することが可能となる。

内燃機関の停止中に燃料噴射弁から漏れ出す燃料の量は、内燃機関の停止期間が長いほど多くなる。従って、内燃機関の停止期間が短い場合には、次回始動時の気筒内には少量の燃料しか存在しない。気筒内に存在する燃料の量が少量の場合には、始動時のクランキングの最初のサイクルの圧縮行程における筒内温度が高くなっても、自着火には到らない。

そこで、本発明において、制御手段は、前記内燃機関の始動が、直前の前記内燃機関の停止から所定期間以内の始動である場合には、前記内燃機関の当該始動時に前記クランキング速度可変手段によってクランキング速度を低下させる制御を行わないようにしても良い。

「所定期間」とは、燃料噴射弁から漏れ出す燃料の量が、始動時のクランキングの最初のサイクルの圧縮行程における筒内温度に関わらず自着火が発生しない燃料量の上限値以下となるような、内燃機関の停止期間である。前回内燃機関が停止してから今回の内燃機関の始動までの期間がこの所定期間以内であれば、クランキングの最初のサイクルにおいてクランキング速度を低下させる制御を行わなくても、自着火が生じることはないと判断できる。上記構成によれば、このような自着火が生じる可能性がなく本来クランキング速度を低下させる制御を行う必要性がない条件下では、デフォルトのクランキング速度で始動が行われるので、クランキング速度可変手段の無駄な作動を抑制することができるとともに、良好な始動性を実現できる。

内燃機関の停止中に燃料噴射弁から漏れ出す燃料の量は、それまでの燃料噴射弁の使用履歴（噴射回数など）や、内燃機関の停止中の燃圧に応じて変化する。

そこで、本発明において、制御手段は、前記燃料噴射弁の使用履歴又は前記内燃機関の停止中の燃圧に基づいて、前記内燃機関の停止中に前記燃料噴射弁から前記気筒内に漏れ出して始動時に気筒内に存在している燃料の量を推定し、当該推定した燃料の量が、始動時のクランキングの最初のサイクルの圧縮行程における筒内温度に関わらず自着火が発生しないと判断可能な燃料量の上限値以下である場合には、前記内燃機関の当該始動時に前記クランキング速度可変手段によってクランキング速度を低下させる制御を行わないようにしても良い。

この構成によれば、内燃機関の停止中に燃料噴射弁から気筒内に漏れ出す燃料量を精度良く推定することができるので、始動時のクランキングにおいて気筒内の燃料の自着火が発生する可能性があるか否かをより精度良く推定することができる。よって、始動時のクランキング速度をクランキング速度可変手段によって低下させる制御の必要性をより正確に判断することができ、クランキング速度可変手段の無駄な作動を抑制することができるとともに、良好な始動性を実現できる。

本発明によれば、気筒内に燃料を直接噴射供給する筒内直噴式の内燃機関において、機関停止中に燃料噴射弁から気筒内に漏れ出す燃料が始動時のクランキングにおいて自着火することによる始動性の低下を好適に抑制することができる。

実施例１に係る内燃機関の概略構成を模式的に示す図である。クランキング速度とクランキング時の圧縮端温度との関係を示す図である。実施例１に係る内燃機関の始動制御の処理内容を示すフローチャートである。クランキング速度とクランキング時の圧縮端温度との関係を示す図である。実施例２に係る内燃機関の始動制御の処理内容を示すフローチャートである。クランキング時の圧縮端温度及びクランキング開始時に気筒内に存在する燃料量と、気筒内の燃料が自着火する可能性の有無と、の関係を示す図である。内燃機関が停止してからの経過時間と、当該内燃機関の停止中に燃料噴射弁から漏れ出す燃料量との関係を示す図である。実施例３に係る内燃機関の始動制御の処理内容を示すフローチャートである。内燃機関の冷却水温と、デフォルトのクランキング速度でクランキングを開始した場合の圧縮端温度の推定値と、の関係を示す図である。燃料噴射弁の噴射回数と、内燃機関の停止時に単位時間あたりに燃料噴射弁から漏れ出す燃料量と、の関係を示す図である。内燃機関の停止中の燃圧と、内燃機関の停止時に単位時間あたりに燃料噴射弁から漏れ出す燃料量と、の関係を示す図である。実施例４に係る内燃機関の始動制御の処理内容を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、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。

図１は、本実施例に係る内燃機関の概略構成を模式的に示す図である。

図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を備えた筒内直噴火花点火式ガソリンエンジンである。気筒２にはピストン３が摺動自在に挿入されている。気筒２におけるピストン３の往復運動はコンロッド１６を介してクランクシャフト１７の回転運動に変換される。気筒２の上部とピストン３の頂部との間に燃焼室１２が形成される。気筒２には燃焼室１２と図示しない吸気通路とを連通させる吸気ポート４が接続されている。吸気ポート４には、吸気ポート４を介して燃焼室１２内に吸入される空気の温度を測定する吸気温センサ１３が備えられている。気筒２には燃焼室１２と図示しない排気通路とを連通させる排気ポート５が接続されている。気筒２における吸気ポート４の接続箇所近傍には、気筒２の内部に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁６が備えられている。気筒２の頂部には、燃料噴射弁６から噴射された燃料と吸気ポート４から燃焼室１２に吸入される空気とにより形成される混合気に点火するための点火プラグ７が備えられている。内燃機関１には、吸気ポート４を開閉する吸気弁８が備えられている。排気ポート５を開閉する排気弁も備えられているが、図面の煩雑さを避けるために図１には図示していない。内燃機関１にはモータ１５が備えられ、モータ１５の動力がギヤ機構１８を介してクランクシャフト１７に伝達される。なお、モータ１５の動力をクランクシャフト１７に伝達する経路はギヤ機構に限る必要はない。また、クランクシャフト１７に伝達すべき動力を発生する動力源としては、モータに限る必要はない。

内燃機関１には、内燃機関１の冷却水温を測定する水温センサ１４、燃料噴射弁６に供給される噴射用の燃料の燃圧を測定する燃圧センサ１９が備えられている。これらのセンサ及び上述した吸気温センサ１３による測定データは、内燃機関１の運転を制御するコンピュータユニットであるＥＣＵ１０に供給されるようになっている。ＥＣＵ１０はこれら各種センサから取得したデータに基づいて、燃料噴射弁６、点火プラグ７及びモータ１５の動作を制御するための信号を出力する。

上記のような構成を有する筒内直噴式の内燃機関では、内燃機関１の停止中に燃料噴射弁６から燃料が漏れ出すことがある。次回始動時のクランキング開始後に筒内温度が高くなると、当該機関停止中に漏れ出した燃料がクランキング開始後に自着火する場合がある。クランキングの最初のサイクルの圧縮行程においてこのような筒内燃料の自着火が発生すると、始動性の低下や騒音発生の原因となる。

クランキング開始後の筒内温度は、始動時の内燃機関１の冷却水温に関係している。そこで、本実施例では、始動時に冷却水温センサ１４によって内燃機関１の冷却水温を測定し、測定した冷却水温が所定の基準温度Ｔｗｔｈより高い場合に、当該始動時のクランキング速度を低下させる制御を行うようにした。本実施例では、モータ１５によって、クランキングの回転方向と逆向きの駆動力をクランクシャフト１７に付与することにより、ク
ランキング速度を低下させる。

冷却水温の基準値Ｔｗｔｈは、デフォルトのクランキング速度でクランキングを開始した場合に、気筒内の燃料が自着火しないと判断可能な冷却水温の上限値に基づいて定める。デフォルトのクランキング速度とは、モータ１５によってクランクシャフト１７に駆動力を付与しない場合のクランキング速度である。

クランキング速度が速くなるほど、クランキング時の筒内温度は高くなる傾向がある。図２は、クランキング速度と、クランキング時の圧縮端温度との関係を示す図である。ここで圧縮端温度とは、ピストン位置が圧縮上死点に達した時の筒内温度であり、クランキング時の筒内温度の極大値である。従って、クランキング時の圧縮端温度はクランキング時の筒内温度の精度良い指標となる。図２に示すように、クランキング速度を低下させることにより、クランキング時の圧縮端温度を低下させることができるので、冷却水温が基準温度Ｔｗｔｈより高い温間始動時においても、クランキング開始後の筒内温度が、気筒内の燃料が自着火する温度まで上昇することを抑制できる。従って、温間始動時のクランキング開始後に気筒内の燃料が自着火することを抑制でき、温間始動時の始動性の低下及び騒音発生を好適に抑制することが可能となる。

本実施例に係る内燃機関１の始動制御について、図３に基づいて説明する。図３は、本実施例の内燃機関１の始動制御の処理内容を示すフローチャートである。図３のフローチャートで示される処理は、ＥＣＵ１０によって、内燃機関１の始動時に実行される。

図３のフローチャートの処理が開始されると、ＥＣＵ１０は、まずステップＳ１０１において、内燃機関１の冷却水温Ｔｗを冷却水温センサ１４による測定データに基づいて取得するとともに、取得した冷却水温Ｔｗが基準温度Ｔｗｔｈより高いか否かを判定する。内燃機関１の冷却水温Ｔｗが基準温度Ｔｗｔｈより高い場合（Ｔｗ＞Ｔｗｔｈ）、ＥＣＵ１０はステップＳ１０２の処理に進み、モータ１５によってクランクシャフト１７にクランキング回転方向と逆向きの駆動力を付与しながら、クランキングを開始する。これにより低速でクランキングが行われることになるので、クランキング時の筒内温度の上昇幅が低減される。その結果、クランキング開始後に、気筒内の燃料が自着火可能な温度まで筒内温度が上昇することが抑制され、クランキング時の気筒内の燃料が自着火することを抑制できる。

一方、ステップＳ１０１において、内燃機関１の冷却水温Ｔｗが基準温度Ｔｗｔｈより高くない場合（Ｔｗ≦Ｔｗｔｈ）、ＥＣＵ１０はステップＳ１０３の処理に進み、モータ１５によるクランクシャフト１７への駆動力の付与を行わず、デフォルトのクランキング速度でクランキングを開始する。この場合、内燃機関１の気筒内の温度が低いので、デフォルトのクランキング速度でクランキングを行っても気筒内の燃料が自着火する可能性は低い。

なお、クランキング時の筒内温度は、吸気ポート４から気筒２内に吸入される空気の温度にも関係している。従って、吸気温センサ１３によって測定される吸気温度に基づいて、クランキング開始後の気筒内の燃料の自着火の可能性を判断するようにしても良い。その場合、デフォルトのクランキング速度でクランキングを開始した場合に、気筒内の燃料が自着火しないと判断可能な吸気温度の上限値に基づいて、吸気温度の基準温度Ｔａｔｈを定め、内燃機関１の始動時に吸気温センサ１３によって測定される吸気温度Ｔａが当該基準温度Ｔａｔｈより高い場合に、モータ１５によってクランキング速度を低下させるようにすることができる。

本実施例では、冷却水温センサ１４が、本発明における温度取得手段に相当する。モー
タ１５が、本発明におけるクランキング速度可変手段に相当する。また、ステップＳ１０１〜１０２の処理を行うＥＣＵ１０が、本発明における制御手段に相当する。

クランキング時の筒内温度の指標として、クランキング時の圧縮端温度を用いることができる。そして、クランキング時の圧縮端温度は、クランキング速度と、始動時の内燃機関１の冷却水温と、に基づいて推定することができる。

そこで、本実施例では、始動時の内燃機関１の冷却水温の測定値Ｔｗと、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０と、に基づいて、デフォルトのクランキング速度でクランキングを開始した場合に実現されるであろう圧縮端温度を推定し、推定された圧縮端温度が所定の基準温度Ｔｃｙｌｔｈより高い場合に、当該始動時のクランキング速度を、クランキング時の圧縮端温度が基準温度Ｔｃｙｌｔｈ以下となるクランキング速度まで低下させるように、モータ１５によるクランクシャフト１７への駆動力の付与を制御するようにした。

圧縮端温度の基準値Ｔｃｙｌｔｈは、クランキング時の筒内温度が、気筒内の燃料が自着火しない温度となる場合の圧縮端温度の上限値に基づいて定める。

図４は、クランキング速度と、クランキング時の圧縮端温度との関係を示す図である。クランキング速度と圧縮端温度との関係は、始動時の内燃機関１の冷却水温に応じて異なる。図４に示すグラフは、始動時の内燃機関１の冷却水温が、始動時に冷却水温センサ１４によって測定される冷却水温Ｔｗである場合の、クランキング速度と圧縮端温度との関係を示す。図４に示すように、冷却水温がＴｗの場合にデフォルトのクランキング速度Ｎｅ０でクランキングを開始した場合の圧縮端温度の推定値Ｔｃｙｌが、基準温度Ｔｃｙｌｔｈより高い場合、クランキング速度が、冷却水温がＴｗの場合に圧縮端温度が基準温度Ｔｃｙｌｔｈとなるクランキング速度Ｎｅｔｈ以下の速度となるように、モータ１５によるクランクシャフト１７への駆動力の付与を行いながら、実際のクランキングを開始する。

これにより、クランキング速度を、気筒内の燃料が自着火しないクランキング速度まで、より確実に低下させることが可能となる。従って、クランキング速度の低下量が不十分で自着火の発生を好適に抑制することができなくなることを好適に回避できる。

また、クランキング速度を、基準温度Ｔｃｙｌｔｈに対応するクランキング速度Ｎｅｔｈ、又は、該クランキング速度Ｎｅｔｈより遅いが該クランキング速度Ｎｅｔｈに近い速度まで低下させるようにすれば、クランキング速度を過度に低下させてしまうことによる始動性の低下を回避することも可能となる。

本実施例に係る内燃機関１の始動制御について、図５に基づいて説明する。図５は、本実施例の内燃機関１の始動制御の処理内容を示すフローチャートである。図５のフローチャートで示される処理は、ＥＣＵ１０によって、内燃機関１の始動時に実行される。

図５のフローチャートの処理が開始されると、ＥＣＵ１０は、まずステップＳ２０１において、内燃機関１の冷却水温Ｔｗを冷却水温センサ１４による測定データに基づいて取得するとともに、取得した冷却水温Ｔｗと、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０と、に基づいて、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０でクランキングを開始した場合に実現されるだろう圧縮端温度Ｔｃｙｌを推定する。そして、推定した圧縮端温度Ｔｃｙｌが基準温度Ｔｃｙｌｔｈより高いか否かを判定する。

圧縮端温度の推定値Ｔｃｙｌが基準温度Ｔｃｙｌｔｈより高い場合（Ｔｃｙｌ＞Ｔｃｙ
ｌｔｈ）、ＥＣＵ１０はステップＳ２０２の処理に進み、冷却水温がＴｗである条件下でクランキング時の圧縮端温度が基準温度Ｔｃｙｌｔｈとなるクランキング速度Ｎｅｔｈを算出する。そして、モータ１５によってクランクシャフト１７に、クランキング速度がＮｅｔｈとなるようなクランキング回転方向と逆向きの駆動力を付与しながら、クランキングを開始する。これにより、気筒内の燃料が自着火しないクランキング速度の上限値又はそれに近い速度でクランキングが行われることになる。従って、クランキング開始後に気筒内の燃料が自着火することを抑制できる。

一方、ステップＳ２０１において推定した圧縮端温度の推定値Ｔｃｙｌが基準温度Ｔｃｙｌｔｈ以下である場合（Ｔｃｙｌ≦Ｔｃｙｌｔｈ）、ＥＣＵ１０はステップＳ２０３の処理に進み、モータ１５によるクランクシャフト１７への駆動力の付与を行わず、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０でクランキングを開始する。この場合、圧縮端温度は基準温度Ｔｃｙｌｔｈより高くなる可能性は低いので、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０でクランキングを行っても気筒内の燃料が自着火する可能性は低い。

なお、クランキング時の圧縮端温度は、吸気温センサ１３によって測定される吸気温度と、クランキング速度と、に基づいて推定することもできる。従って、始動時の吸気温度の測定値と、デフォルトのクランキング速度と、に基づいて、当該吸気温度の条件下でクランキング開始した場合に実現される圧縮端温度を推定し、当該推定された圧縮端温度が基準温度Ｔｃｙｌｔｈより高い場合に、当該吸気温度の条件下でクランキング開始した場合の圧縮端温度が基準温度Ｔｃｙｌｔｈ以下となるクランキング速度までクランキング速度を低下させるように、モータ１５によってクランクシャフト１７に付与する駆動力を制御するようにしても良い。

本実施例では、ステップＳ２０１において内燃機関１の冷却水温Ｔｗと、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０と、に基づいて、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０でクランキングを開始した場合に実現される圧縮端温度Ｔｃｙｌを推定する処理を行うＥＣＵ１０が、本発明における推定手段に相当する。また、ステップＳ２０１において圧縮端温度の推定値Ｔｃｙｌが基準温度Ｔｃｙｌｔｈより高い場合にステップＳ２０２の処理を実行するＥＣＵ１０が、本発明における制御手段に相当する。

クランキング開始後に気筒内の燃料が自着火するか否かは、クランキング開始時に気筒内に存在する燃料量にも依っている。図６は、クランキング時の圧縮端温度及びクランキング開始時に気筒内に存在する燃料量と、気筒内の燃料が自着火する可能性の有無と、の関係を示す図である。図６の横軸は圧縮端温度を表し、縦軸は気筒内の燃料量を表す。図２の斜線で示した領域が、クランキング開始後に気筒内の燃料が自着火する可能性があると判断することができる領域を表す。

上述したように、クランキング時の圧縮端温度が基準温度Ｔｃｙｌｔｈより高い場合、気筒内の燃料が自着火する可能性があるが、図６に示すように、クランキング開始時に気筒内に存在する燃料量が所定の基準量Ｑｌｔｈ以下である場合には、圧縮端温度に関わらず気筒内の燃料が自着火に到ることはないと判断することができる。気筒内に存在する燃料量の基準値Ｑｌｔｈは、圧縮端温度に関わらずクランキング開始後に気筒内の燃料が自着火しないと判断可能な気筒内の燃料量の上限値に基づいて定める。

クランキング時の圧縮端温度が基準温度Ｔｃｙｌｔｈより高くなることが推定される場合であっても、クランキング開始時に気筒内に存在する燃料量が基準量Ｑｌｔｈ以下である場合には、クランキング速度をデフォルトのクランキング速度Ｎｅ０より低下させる制御を行わなくても、クランキング開始後に気筒内の燃料が自着火する可能性は低い。

ここで、クランキング開始時に気筒内に存在する燃料量は、内燃機関１の停止中に燃料噴射弁６から漏れ出した燃料量に略等しい。そして、内燃機関１の停止中に燃料噴射弁６から漏れ出す燃料量は、内燃機関１が停止してからの経過時間に関係している。図７は、内燃機関１が停止してからの経過時間と、当該内燃機関１の停止中に燃料噴射弁６から漏れ出す燃料量との関係を示す図である。図７の横軸は内燃機関１の停止期間を表し、縦軸は燃料噴射弁６から漏れ出す燃料量を表す。図７に示すように、内燃機関１の停止期間が長くなるほど、燃料噴射弁６から漏れ出す燃料量は多くなる。

そこで、本実施例では、内燃機関１の始動が、内燃機関１の停止から所定の基準停止期間Δｔｈ以内の始動である場合には、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０でクランキングを開始した場合の圧縮端温度が基準温度Ｔｃｙｌｔｈより高くなることが推定される場合であっても、クランキング速度を低下させる制御を行わないようにした。

内燃機関１の停止期間の基準値Δｔｈは、燃料噴射弁６から漏れ出す燃料量が基準量Ｑｌｔｈとなるような内燃機関１の停止期間である。内燃機関１の停止期間が基準停止期間Δｔｈ以内であれば、クランキング開始時に気筒内に存在する燃料量は、基準量Ｑｌｔｈ以下であるので、クランキング時の圧縮端温度にかかわらず気筒内の燃料が自着火する可能性は低い。このような場合にはクランキング速度を低下させる制御を行わないようにすることで、モータ１５の不要な駆動を回避することができる。

本実施例に係る内燃機関１の始動制御について、図８に基づいて説明する。図８は、本実施例の内燃機関１の始動制御の処理内容を示すフローチャートである。図８のフローチャートで示される処理は、ＥＣＵ１０によって、内燃機関１の始動時に実行される。

図８のフローチャートの処理が開始されると、ＥＣＵ１０は、まずステップＳ３０１において、内燃機関１の冷却水温Ｔｗを冷却水温センサ１４による測定データに基づいて取得するとともに、取得した冷却水温Ｔｗが所定の基準温度Ｔｗｔｈより高いか否かを判定する。ここで、本実施例では、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０でクランキングを開始した場合の圧縮端温度の推定値が基準温度Ｔｃｙｌｔｈとなるような冷却水温を、冷却水温の基準値Ｔｗｔｈとして定める。すなわち、図９に示すような内燃機関１の冷却水温と、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０でクランキングを開始した場合の圧縮端温度の推定値と、の関係において、圧縮端温度の基準値Ｔｃｙｌｔｈに対応する冷却水温Ｔｗｔｈを、ステップＳ３０１における判定基準として採用する。

内燃機関１の冷却水温Ｔｗが基準温度Ｔｗｔｈより高い場合（Ｔｗ＞Ｔｗｔｈ）、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０でクランキングを開始すると気筒内に存在する燃料が自着火する可能性があると判断できるので、ＥＣＵ１０はステップＳ３０２の処理に進み、内燃機関１の停止期間Δが基準停止期間Δｔｈを超えているか否かを判定する。内燃機関１の停止期間Δの情報は、内燃機関１の停止・始動についての情報をＥＣＵ１０の記憶装置に記憶させ、その情報に基づいて取得する。

内燃機関１の停止期間Δが基準停止期間Δｔｈを超えている場合（Δ＞Δｔｈ）、気筒内に存在する燃料量は着火可能な燃料量であると判断できるので、ＥＣＵ１０はステップＳ３０３の処理に進み、モータ１５によってクランクシャフト１７にクランキング回転方向と逆向きの駆動力を付与しながら、クランキングを開始する。これにより低速でクランキングが行われることになるので、クランキング時の筒内温度の上昇幅が低減され、クランキング開始後に気筒内の燃料が自着火することを抑制できる。なお、実施例２で説明した方法によってクランキング速度の低下量を決定するようにしても良い。

内燃機関１の停止期間Δが基準停止期間Δｔｈ以内である場合（Δ≦Δｔｈ）、気筒内に存在する燃料量は着火可能な燃料量に満たないと判断できるので、ＥＣＵ１０はステップＳ３０４の処理に進み、モータ１５によるクランクシャフト１７への駆動力の付与を行わず、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０でクランキングを開始する。この場合、クランキング時の圧縮端温度は基準温度Ｔｃｙｌｔｈより高くなるものの、気筒内に存在する燃料量が少ないので、当該燃料は自着火には到らない。

ステップＳ３０１において、内燃機関１の冷却水温Ｔｗが基準温度Ｔｗｔｈより高くない場合（Ｔｗ≦Ｔｗｔｈ）、ＥＣＵ１０はステップＳ３０４の処理に進み、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０でクランキングを開始する。この場合、クランキング時の圧縮端温度は基準温度Ｔｃｙｌｔｈ以下となるので、気筒内に存在する燃料量にかかわらず自着火は発生しない。

本実施例において、ステップＳ３０１〜３０３の処理を実行するＥＣＵ１０が、本発明における制御手段に相当する。

内燃機関１の停止中に燃料噴射弁６から気筒内に漏れ出す燃料量は、それまでの燃料噴射弁６の使用履歴や、内燃機関１の停止中の燃圧にも関係している。

図１０は、燃料噴射弁６のそれまでの噴射回数と、内燃機関１の停止時に単位時間あたりに燃料噴射弁６から漏れ出す燃料量と、の関係を示す図である。図１０の横軸は燃料噴射弁６の噴射回数を表し、縦軸は単位時間あたりに燃料噴射弁６から漏れ出す燃料量を表す。図１０に示すように、燃料噴射弁６の噴射回数が増加するほど、内燃機関１の停止時に単位時間あたりに燃料噴射弁６から漏れ出す燃料量は減少する傾向がある。

図１１は、内燃機関１の停止中の燃圧と、内燃機関１の停止時に単位時間あたりに燃料噴射弁６から漏れ出す燃料量と、の関係を示す図である。図１１の横軸は燃圧を表し、縦軸は単位時間あたりに燃料噴射弁６から漏れ出す燃料量を表す。図１１に示すように、燃圧が低い場合と高い場合には、燃料噴射弁６から漏れ出す燃料量は比較的少なく、燃圧が中程度の場合には燃料噴射弁６から漏れ出す燃料量は比較的多くなる傾向がある。

このような傾向を考慮して、本実施例では、内燃機関１のクランキング開始時に気筒内に存在する燃料量を、内燃機関１の停止期間の長さと、燃料噴射弁６のそれまでの噴射回数と、内燃機関１の停止中の燃圧と、に基づいて推定し、推定された気筒内の燃料量が、実施例３で説明したクランキング開始時に気筒内に存在する燃料量の基準値Ｑｌｔｈより多い場合に、クランキング速度を低下させる制御を行うようにした。クランキング開始時に気筒内に存在する燃料量を精度良く推定することができるので、クランキング時の圧縮端温度が基準温度Ｔｃｙｌｔｈを超える温間始動条件において、クランキング速度を低下させる制御を行う必要性の有無をより正確に判断することが可能となる。

本実施例に係る内燃機関１の始動制御について、図１２に基づいて説明する。図１２は、本実施例の内燃機関１の始動制御の処理内容を示すフローチャートである。図１２のフローチャートで示される処理は、ＥＣＵ１０によって、内燃機関１の始動時に実行される。

図１２のフローチャートの処理が開始されると、ＥＣＵ１０は、まずステップＳ４０１において、内燃機関１の冷却水温Ｔｗを冷却水温センサ１４による測定データに基づいて取得するとともに、取得した冷却水温Ｔｗが所定の基準温度Ｔｗｔｈより高いか否かを判定する。基準温度Ｔｗｔｈは実施例３で説明したものと同一である。内燃機関１の冷却水
温Ｔｗが基準温度Ｔｗｔｈより高い場合（Ｔｗ＞Ｔｗｔｈ）、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０でクランキングを開始すると気筒内に存在する燃料が自着火する可能性があると判断できるので、ＥＣＵ１０はステップＳ４０２の処理に進み、内燃機関１の停止期間中に燃料噴射弁６から漏れ出した燃料量Ｑｌを推定する。本実施例では、内燃機関１の停止期間Δと、内燃機関１の停止中の燃圧Ｐと、それまでの燃料噴射弁６の噴射回数Ｎと、に基づいて燃料噴射弁６から漏れ出す燃料量Ｑｌを推定する。

そして、ステップＳ４０３において、ステップＳ４０２で推定した燃料量Ｑｌが基準量Ｑｌｔｈより多いか否かを判定する。基準量Ｑｌｔｈは実施例３で説明したものと同一である。推定した燃料量Ｑｌが基準量Ｑｌｔｈより多い場合、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０でクランキングを開始すると、クランキング開始後に気筒内の燃料が自着火する可能性があると判断できるので、ＥＣＵ１０はステップＳ４０４の処理に進み、モータ１５によってクランクシャフト１７にクランキング回転方向と逆向きの駆動力を付与しながら、クランキングを開始する。これにより、低速でクランキングが行われることになるので、クランキング時の筒内温度が、気筒内の燃料が自着火する温度まで上昇することを抑制できる。従って、クランキング開始後に気筒内の燃料が自着火することを抑制することが可能となる。

一方、ステップＳ４０２で推定した燃料量Ｑｌが基準量Ｑｌｔｈ以下である場合、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０でクランキングを開始してもクランキング開始後に気筒内の燃料が自着火する可能性はないと判断できるので、ＥＣＵ１０はステップＳ４０５の処理に進み、モータ１５によるクランクシャフト１７への駆動力の付与を行わず、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０でクランキングを開始する。この場合、クランキング時の筒内温度が、気筒内の燃料が自着火可能な温度を超えて上昇するが、内燃機関１の停止期間中に燃料噴射弁６から気筒内に漏れ出した燃料量が少量であるので、当該燃料は自着火には到らない。

ステップＳ４０１において、内燃機関１の冷却水温Ｔｗが基準温度Ｔｗｔｈより高くない場合（Ｔｗ≦Ｔｗｔｈ）、ＥＣＵ１０はステップＳ４０５の処理に進み、デフォルトのクランキング速度Ｎｅ０でクランキングを開始する。この場合、クランキング時の筒内温度は、気筒内の燃料が自着火する温度まで上昇しないので、気筒内に存在する燃料量にかかわらず自着火は発生しない。

本実施例において、ステップＳ４０１〜４０４の処理を実行するＥＣＵ１０が、本発明における制御手段に相当する。

なお、以上述べた各実施例は本発明を説明するための一例である。各実施例は、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において変更したり組み合わせたりしても良い。

１内燃機関
２気筒
３ピストン
４吸気ポート
５排気ポート
６燃料噴射弁
７点火プラグ
８吸気弁
１０ＥＣＵ
１２燃焼室
１３吸気温センサ
１４冷却水温センサ
１５モータ
１６コンロッド
１７クランクシャフト
１８ギヤ機構

Claims

内燃機関の気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の温度又は前記気筒に吸入される吸気の温度を取得する温度取得手段と、
前記内燃機関の始動時のクランキング速度を可変とするクランキング速度可変手段と、
前記内燃機関の始動時のクランキングを行う時に、前記温度取得手段により取得した温度に基づいて、当該クランキングの開始後に前記気筒内の燃料が自着火する可能性の有無を判定し、自着火の可能性があると判定された場合には、当該クランキングの少なくとも最初のサイクルのクランキング速度を低下させるように、前記クランキング速度可変手段を制御する制御手段と、
を備え、
制御手段は、前記燃料噴射弁の使用履歴又は前記内燃機関の停止中の燃圧に基づいて、前記内燃機関の停止中に前記燃料噴射弁から前記気筒内に漏れ出して始動時に気筒内に存在している燃料の量を推定し、当該推定した燃料の量が、始動時のクランキングの最初のサイクルの圧縮行程における筒内温度に関わらず自着火が発生しないと判断可能な燃料量の上限値以下である場合には、前記内燃機関の当該始動時に前記クランキング速度可変手段によってクランキング速度を低下させる制御を行わないことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
請求項１において、
前記制御手段は、
前記内燃機関の始動時に、前記温度取得手段により取得した温度に基づいて、当該クランキングの開始後における前記気筒の圧縮端温度を推定する推定手段を有し、
前記推定手段により推定される前記圧縮端温度が、前記気筒内の燃料が自着火しないと判断可能な圧縮端温度の上限値より高い場合、当該クランキングの少なくとも最初のサイクルのクランキング速度を、当該クランキングにおける前記気筒の圧縮端温度が当該上限値以下となるクランキング速度となるように、前記クランキング速度可変手段を制御することを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
請求項１又は２において、
制御手段は、前記内燃機関の始動が、直前の前記内燃機関の停止から所定期間以内の始動である場合には、前記内燃機関の当該始動時に前記クランキング速度可変手段によってク
ランキング速度を低下させる制御を行わないことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。