JP2005194902A

JP2005194902A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2005194902A
Application number: JP2004000114A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Takama; 康之高間; Mamoru Yoshioka; 衛吉岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-01-05
Filing date: 2004-01-05
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2024-01-05
Also published as: DE102005000741B4; JP4100343B2; DE102005000741A1; US20050145217A1; US7032571B2

Abstract

【課題】本発明は内燃機関の制御装置に関し、内燃機関の始動後における回転挙動の変化に左右されることなく、機関回転数の過剰な吹き上がりを防止できるようにする。
【解決手段】内燃機関の始動後、機関回転数の回転ピークが検出されるまでは、内燃機関の出力に係わる吸気流量とは異なる制御パラメータ（例えば点火時期）をアイドル時パラメータ値よりも内燃機関の出力が低下する側に設定する（点火時期の場合には遅角する）。そして、回転ピークの検出後、前記制御パラメータをアイドル時パラメータ値に調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の制御技術に関し、特に、内燃機関の始動直後における機関回転数の過剰な吹き上がりを防止するための制御技術に関する。

内燃機関の始動直後、機関回転速度は急激に上昇しアイドル回転数を大きく超えて吹き上がる。これは、アイドル時を含め通常運転時には吸気管圧力は負圧になっているのに対し、始動時には吸気管圧力は大気圧になっていることに起因する。つまり、内燃機関の始動時にはアイドル時と同様にスロットルバルブが閉じられてＩＳＣバルブが所定のアイドル開度に開かれるが、始動時の吸気管内の空気密度は通常運転時よりも高くなっているため、同一のバルブ開度であっても燃焼室内に吸入される空気量は始動直後の方がアイドル時よりも多くなる。その結果、吸入空気量が多い分、内燃機関の出力は増大することになり、機関回転速度はアイドル回転数を超えて上昇するのである。

機関回転数の過剰な吹き上がりを防止するための従来技術としては、特許文献１に記載された技術が知られている。この技術では、内燃機関の始動後、所定時間の間、点火時期をアイドル点火時期に対して遅角させることで、内燃機関の出力を低下させ機関回転数の上昇を抑制するようにしている。
特開２００１−３０４０８４号公報特開２００２−１６８１６８号公報特開２００２−２６６６８９号公報

しかしながら、内燃機関の始動後における回転挙動は、空気密度、空燃比（燃料の揮発性）、フリクション（オイル粘度、擦り合わせ具合）などの影響を受けて変化するため、点火時期を遅角させる時間を予め設定するのは難しい。点火時期を遅角させる時間と始動後の回転挙動との関係によっては、不具合が生じる可能性がある。例えば、燃料が重質のために通常よりも機関回転数の吹き上がりが小さくなる場合には、回転が急激に落ち込み内燃機関がストールしてしまう可能性がある。逆に燃料が軽質であったりフリクションが少なかったり通常よりも機関回転数の吹き上がりが大きくなる場合には、機関回転数の過剰な吹き上がりを十分に防止することができない可能性もある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の始動後における回転挙動の変化に左右されることなく、機関回転数の過剰な吹き上がりを防止できるようにした内燃機関の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、内燃機関の始動後の機関回転数の回転ピークを検出する回転ピーク検出手段と、
前記内燃機関の出力に係わる吸気流量とは異なる制御パラメータを調整することで機関回転数の上昇を抑制する回転上昇抑制手段とを備え、
前記回転上昇抑制手段は、前記内燃機関の始動後、前記回転ピーク検出手段により回転ピークが検出されるまで制御パラメータをアイドル時パラメータ値よりも前記内燃機関の出力が低下する側に設定し、回転ピークの検出後に制御パラメータを前記アイドル時パラメータ値に調整することを特徴としている。

第２の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の始動後の機関回転数の回転ピークを検出する回転ピーク検出手段と、
前記内燃機関により駆動される機器の負荷を調整することで機関回転数の上昇を抑制する回転上昇抑制手段とを備え、
前記回転上昇抑制手段は、前記内燃機関の始動後、前記回転ピーク検出手段により回転ピークが検出されるまで前記機器の負荷をアイドル時負荷よりも増大させ、回転ピークの検出後に前記機器の負荷を前記アイドル時負荷に調整することを特徴としている。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記回転ピーク検出手段は、機関回転数の変化率が所定値よりも小さくなったら回転ピークとして判定することを特徴としている。

また、第４の発明は、第１の発明において、前記回転上昇抑制手段は、前記内燃機関の出力に係わる制御パラメータの調整手段として、前記内燃機関の点火時期を調整する点火時期調整手段を含み、
前記点火時期調整手段は、前記内燃機関の始動後、回転ピークが検出されるまで点火時期をアイドル点火時期より遅角側に設定された始動時点火時期に保持し、回転ピークの検出後に点火時期を前記始動時点火時期から前記アイドル点火時期まで進角させることを特徴としている。

また、第５の発明は、第４の発明において、前記回転上昇抑制手段は、前記内燃機関に供給される燃料の性状を判定する燃料性状判定手段をさらに含み、
前記点火時期調整手段は、前記燃料性状判定手段により燃料性状が重質であると判定された場合には、軽質であると判定された場合よりも回転ピーク検出後の点火時期の進角速度を大きく設定することを特徴としている。

また、第６の発明は、第５の発明において、前記燃料性状判定手段は、回転ピーク検出時の機関回転速度に基づき燃料性状を判定することを特徴としている。

また、第７の発明は、第４の発明において、前記回転上昇抑制手段は、気圧を検出或いは推定する気圧判定手段をさらに含み、
前記点火時期調整手段は、前記気圧判定手段により判定される気圧が低いほど前記始動時点火時期を進角側に設定することを特徴としている。

また、第８の発明は、第４の発明において、前記点火時期調整手段は、回転ピークの検出後、点火時期を前記アイドル点火時期まで徐々に進角させていくことを特徴としている。

また、第９の発明は、第８の発明において、前記点火時期調整手段は、点火時期を前記内燃機関にノックが生じない限界の進角速度よりも遅い進角速度で前記アイドル点火時期まで進角させていくことを特徴としている。

また、第１０の発明は、第１又は第２の発明において、前記回転上昇抑制手段による回転上昇抑制制御の実行を禁止する禁止手段をさらに備え、
前記禁止手段は、前記回転上昇抑制制御が実行され終了したときに前記回転上昇抑制制御の更なる実行を禁止し、前記内燃機関の停止により禁止を解除することを特徴としている。

また、第１１の発明は、第１０の発明において、前記内燃機関の始動後、運転者による前記内燃機関の操作或いは前記内燃機関を操作するための準備操作を検知する操作検知手段をさらに備え、
前記禁止手段は、前記操作検知手段により運転者による操作或いは準備操作が検知されたときには前記回転上昇抑制制御の実行を禁止することを特徴としている。

また、第１２の発明は、第１１の発明において、前記操作検知手段は、前記内燃機関の完爆完了後に運転者による操作或いは準備操作の検知を開始することを特徴としている。

第１の発明によれば、内燃機関の始動後、内燃機関の出力に係わる制御パラメータがアイドル時パラメータ値よりも内燃機関の出力が低下する側に設定されることにより、始動直後の機関回転数の急激な上昇は抑制される。そして、制御パラメータを内燃機関の出力が低下する側に設定することによる回転上昇抑制制御は、機関回転数の回転ピークが検出されるまで行われるので、回転挙動の変化に左右されることなく、機関回転数の過剰な吹き上がりは確実に防止される。また、回転ピークの検出後は、制御パラメータがアイドル時パラメータ値に調整されるので、回転上昇が過剰に抑制されることも防止される。さらに、吸気流量を調整対象とする場合には、内燃機関の出力を低下させるときには吸気流量が絞られて吸気管負圧が増大してしまうが、本発明においては吸気流量とは異なる制御パラメータを調整対象としているので、制御パラメータの調整によって吸気管負圧が増大してしまうこともない。

第２の発明によれば、内燃機関の始動後、内燃機関により駆動される機器の負荷がアイドル時負荷よりも増大されることにより、始動直後の機関回転数の急激な上昇は抑制される。そして、負荷を増大することによる回転上昇抑制制御は、機関回転数の回転ピークが検出されるまで行われるので、回転挙動の変化に左右されることなく、機関回転数の過剰な吹き上がりは確実に防止される。また、回転ピークの検出後は、負荷がアイドル時負荷に調整されるので、回転上昇が過剰に抑制されることも防止される。

また、第３の発明によれば、機関回転数の変化率が回転ピークの判定に用いられることで、回転挙動の変化に左右されることのない確実な回転ピークの検出が可能となる。

また、第４の発明によれば、点火時期は出力を制御する際の応答性に優れているので、点火時期が制御パラメータとして調整されることで、内燃機関の出力は的確に調整されることになり、機関回転数の過剰な吹き上がりはより確実に防止される。

また、第５及び第６の発明によれば、燃料性状が重質のときには回転ピーク検出後の点火時期の進角速度が大きくされるので、出力不足による内燃機関のストールは回避される。また、燃料性状は始動後の回転速度の上昇に影響するので、回転ピーク検出時の機関回転速度によれば燃料性状の的確な判定が可能となる。

また、第７の発明によれば、気圧が低いほど始動時点火時期が進角側に設定される。これにより、例えば高地では空気密度が低く、シリンダ内の空気体積が同じでも平地より出力が低下するが、本発明によれば、始動時点火時期の設定によって出力が調整されるので、出力不足による内燃機関のストールは回避される。

また、第８及び第９の発明によれば、回転ピークの検出後、点火時期はアイドル点火時期まで徐々に進角されるので、出力の急変による回転変動が防止される。特に、内燃機関にノックが生じない限界の進角速度よりも遅い進角速度で進角される場合には、吸気管圧力の上昇に合わせた進角が可能になるので、燃焼状態の安定により排気エミッションの悪化が防止される。

また、第１０の発明によれば、回転上昇抑制制御が実行され終了したときには回転上昇抑制制御の更なる実行が禁止されるので、その後の発進時に回転上昇抑制制御が実行されてしまいへジテーションが生じることは防止される。また、内燃機関の停止により禁止が解除されるので、再始動時には再び回転上昇抑制制御が実行され、始動直後における機関回転数の過剰な吹き上がりは確実に防止される。

また、第１１及び第１２の発明によれば、運転者による内燃機関の操作或いは内燃機関を操作するための準備操作が検知されたときには回転上昇抑制制御の実行が禁止されるので、運転者の意思に反して回転上昇が抑制されることによる違和感の発生は防止される。また、内燃機関の完爆完了後に運転者による操作或いは準備操作の検知が開始されることで、完爆前の発進意思や空ぶかし意思に基づかない操作によって回転上昇抑制制御がキャンセルされてしまうことの防止が可能となる。

実施の形態１．
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。
図１〜図５は本発明の実施の形態１としての内燃機関の制御装置について説明するための図である。本実施形態の内燃機関の制御装置は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)２として構成されている。ＥＣＵ２は、複数のセンサやスイッチの出力信号に基づき、内燃機関１０の運転状態に係わる各種アクチュエータを総合的に制御する。本実施形態では、図１のブロック図に示すように、ＥＣＵ２の入力側には、水温センサ２０、大気圧センサ２２、回転数センサ２４、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧスイッチ）２６、アイドルスイッチ２８、及びシフトポジションスイッチ３０が接続されている。また、ＥＣＵ２の出力側には、点火プラグ１２、インジェクタ１４、スロットルバルブ１６、及びＩＳＣ（Idle Speed Control）バルブ１８が接続されている。ＥＣＵ２は、各センサ２０，２２，２４やスイッチ２６，２８，３０から出力信号の供給を受けていると共に、各アクチュエータ１２，１４，１６，１８に対して駆動信号を供給している。なお、ＥＣＵ２には、その他にも複数のセンサ、スイッチ、アクチュエータが接続されているが、ここではその説明は省略する。

図２は本実施形態において内燃機関１０の始動時にＥＣＵ２が実施する制御の内容をフローチャートで示したものである。ＥＣＵ２は、内燃機関１０の始動時、内燃機関１０の始動直後における機関回転数の急激な上昇を抑制するための回転上昇抑制制御を実施する。本実施形態における回転上昇抑制制御の概要は、機関回転数が回転ピークに達するまでの機関回転数の上昇期間は点火時期をアイドル点火時期よりも遅角させることで内燃機関１０の出力を抑制し、機関回転数が回転ピークを超えた以降は点火時期をアイドル点火時期まで進角していくことで機関回転数の落ち込みを防止するというものである。

内燃機関１０の始動時にはスロットルバルブ１６が閉じられてＩＳＣバルブ１８が所定のアイドル開度に開かれる。始動時の吸気管内の空気密度は通常運転時よりも高くなっているため、同一のバルブ開度であっても内燃機関１０の燃焼室内に吸入される空気量は始動直後の方がアイドル時よりも多くなる。吸入空気量が多い分、内燃機関１０の出力が増大して機関回転数は上昇していくが、点火時期を遅角させることで出力の増大を抑制することができ、機関回転数の上昇を抑制することができる。また、機関回転数が吹き上がった後は吸気管負圧が過大になるために機関回転数は低下していくが、点火時期をアイドル点火時期まで進角していくことで出力の低下を抑制することができ、機関回転数の落ち込みを防止することができる。以下、本実施形態における回転上昇抑制制御を特に点火時期遅角制御という。

ＥＣＵ２による点火時期遅角制御は、具体的には、図２のフローチャートに示すルーチン（点火時期遅角制御ルーチン）によって実行される。先ず、ステップ１００では、内燃機関１０が始動直後か否か判定される。始動直後か否かは点火時期遅角制御禁止フラグが１か０かで判定される。点火時期遅角制御禁止フラグは、点火時期遅角制御の開始後、点火時期遅角制御が終了することで１にセットされる。そして、内燃機関１０が停止することで０にリセットされる。ＥＣＵ２は、点火時期遅角制御禁止フラグがリセットされている場合に、内燃機関１０が始動直後であると判定する。

ステップ１００で内燃機関１０が始動直後でないと判定された場合は、ステップ１１６に進み、点火時期遅角制御禁止フラグは１にセットされ、通常運転における点火時期制御が行われる。

一方、ステップ１００で内燃機関１０が始動直後であると判定された場合には、ステップ１０２において点火時期遅角制御を実行するための二つの前提条件が成立しているか否か判定される。前提条件の一つ（第１前提条件）は点火時期の遅角が内燃機関１０の状態に鑑みて可能か否か判定するための条件である。具体的には水温センサ２０により検出される始動時水温が所定範囲内にあることである。水温は内燃機関１０の温度状態を示しているが、冷たすぎても熱すぎても正常な燃焼を得ることが難しいため、始動時水温が所定範囲内にない場合には点火時期遅角制御は実行されない。

ステップ１０２において成立が判定される前提条件のもう一つ（第２前提条件）は、運転者の内燃機関１０を操作する意思の有無を判定するための条件である。運転者が内燃機関１０を操作しようとしている場合（例えば、車両を発進させようとしていたり、空ぶかしさせようとしていたりする場合）に点火時期遅角制御を実行すると、本来の機関回転数の上昇が得られないために運転者に違和感を与えてしまう。そこで、運転者による内燃機関１０の操作、或いは内燃機関１０を操作するための準備操作が検出されたときには、運転者に内燃機関１０の操作意思が有るものとして点火時期遅角制御の実行は禁止される。具体的には、アイドルスイッチ２８がオフであり、且つ、シフトポジションスイッチ３０がＮ（ニュートラル）レンジに入っている場合には、第２前提条件が成立していると判定され、それ以外の場合には点火時期遅角制御の実行は禁止される。内燃機関１０はアクセルペダルを踏むことで操作されるが、アクセルペダルが踏まれているか否かはアイドルスイッチ２８のオン／オフによって検出することができる。また、運転者が車両を発進させようとする場合には、内燃機関１０を操作するための準備操作としてＮレンジから走行レンジに変速機が操作されるが、この変速機の操作はシフトポジションスイッチ３０の切換信号から検出することができる。

なお、第２前提条件の成立判定に関し、ＩＧスイッチ２６がオンにされて内燃機関１０が始動するまでの間にアクセルペダルが踏まれる場合が考えられるが、それは発進意思や空ぶかし意思に基づかない誤操作の可能性が高い。このような場合にまで点火時期遅角制御の実行を禁止してしまうと、機関回転数の急激な上昇を抑制するという目的を達成することができないばかりか、点火時期遅角制御が実行されている時の機関回転数の上昇具合との差により運転者に違和感を与えてしまう。そこで、ＥＣＵ２は第２前提条件の成立判定については内燃機関１０の完爆完了後に実行する。完爆完了の判定は、例えば、回転数センサ２４により検出される機関回転数と所定の完爆回転数とを比較して、機関回転数が完爆回転数を超えたら完爆したと判定する等、公知の判定方法を用いることができる。

ステップ１０２で何れかの前提条件が不成立と判定された場合には、ステップ１１６に進み、点火時期遅角制御禁止フラグは１にセットされ、通常運転における点火時期制御が行われる。

一方、ステップ１０２で二つの前提条件がともに成立している判定された場合には、ステップ１０４以降の点火時期遅角制御が実行される。まず、ステップ１０４では、始動時点火時期Aastが決定される。始動時点火時期Aastは、内燃機関１０の始動時に設定する点火時期の設定値であり、アイドル時の通常点火時期（アイドル点火時期）Aopnよりも遅角側に設定されている。始動時点火時期Aastは、図３に示すようなマップにおいて始動時水温毎に、また、大気圧毎に定められており、ＥＣＵ２は、水温センサ２０で検出された水温と大気圧センサ２２で検出された大気圧とに応じた始動時点火時期Aastをマップから読み込む。なお、大気圧はエアフローメータで検出される吸入空気量から求めることもできる。図３に示すマップでは、始動時点火時期Aastは大気圧が低いほど進角側に設定されている。これは空気密度と出力との関係が考慮されたものであり、空気密度の低下に伴う出力の低下が点火時期の遅角量の調整によって補償されている。また、始動時水温が低いほど始動時点火時期Aastは進角側に設定されているが、これは内燃機関１０の摩擦損失が考慮されたものであり、低温時の摩擦損失による出力の低下が点火時期の遅角量の調整によって補償されている。

さらに、ステップ１０４では、最大保持時間Tastも決定される。最大保持時間Tastは点火時期を始動時点火時期Aastに保持する最大時間を定めたものである。本発明にかかる点火時期遅角制御は、機関回転数の回転ピークまで点火時期を始動時点火時期Aastに保持することを特徴としているが、後述する回転ピークの検出処理において回転ピークを検出し損ねる可能性がないとは限らない。そこで、最大保持時間Tastを設定しておくことで、万が一、上記のような事態になった場合にでも点火時期遅角制御を必ず終了できるようにしている。最大保持時間Tastは、図４に示すようなマップにおいて始動時水温毎に、また、大気圧毎に定められており、ＥＣＵ２は、水温センサ２０で検出された水温と大気圧センサ２２で検出された大気圧とに応じた最大保持時間Tastをマップから読み込む。図４に示すマップでは、最大保持時間Tastは大気圧が低いほど、また、始動時水温が低いほど短く設定されている。これは、出力が相対的に低い状況では、機関回転数が回転ピークに達するまでの時間も短くなることが考慮されたものである。なお、最大保持時間Tastはあくまでも非常用であるので、機関回転数が回転ピークに達する時間よりも十分に長く設定されている。

次のステップ１０６では、点火プラグ１２の点火時期aopがステップ１０４で決定された始動時点火時期Aastに設定される。点火時期aopは、次のステップ１０８の判定が成立するまで始動時点火時期Aastに保持される。ステップ１０８では、まず、内燃機関１０の完爆完了後であって機関回転数の変化率ΔNEが所定の閾値DLNEｐ（例えば５rpm）よりも小さくなったか否か判定される。内燃機関１０の始動後、機関回転数は急激に上昇し、やがてその上昇速度は低下してそのうちゼロに至るので、回転数変化率ΔNEが閾値DLNEｐよりも小さくなったときが回転ピークであると判断することができる。これにより、点火時期aopは機関回転数の回転ピークが検出されるまで始動時点火時期Aastに保持されることになる。なお、内燃機関１０の完爆完了を判定するのは、スターターによる内燃機関１０の駆動によって機関回転数が変動したときに誤って回転ピークが検出されてしまうことを防止するためである。

ステップ１０８では、内燃機関１０の始動からの経過時間が最大保持時間Tastを超えていないか否かについても判定される。これは前述のように回転ピークが検出されなかったときのための判定処理であり、通常は、始動後経過時間が最大保持時間Tastを超えるまでに回転数変化率ΔNEが閾値DLNEｐを下回る。回転数変化率ΔNEが閾値DLNEｐを下回るか、或いは、始動後経過時間が最大保持時間Tastを超えたときには、次のステップ１１０以降の処理によって点火時期aopの進角が行われる。

ステップ１１０では、機関回転数NEが目標アイドル回転数より所定値α以上低くなっていないか判定される。ここで用いられる機関回転数NEは、ステップ１０８の判定成立時の機関回転数、すなわち回転ピークにおける機関回転数である。通常、機関回転数は目標アイドル回転数を超えて吹き上がるが、燃料が重質燃料の場合には燃焼が良くなく、ステップ１０６及びステップ１０８の処理による回転上昇の抑制の結果、回転ピークにおける機関回転数NEが目標アイドル回転数に達しない可能性がある。このような場合には、内燃機関１０がストールする可能性があるので、可能な限り速やかに点火時期aopを進角する必要がある。一方、回転ピークにおける機関回転数NEが目標アイドル回転数を超えている場合には、急激な出力の変動を招かないように回転ピーク後の機関回転数の低下に合わせて点火時期aopを進角するのが望ましい。

ステップ１１０で機関回転数NEが目標アイドル回転数より所定値α以上低いと判定された場合は、ステップ１１６に進み、点火時期遅角制御禁止フラグは１にセットされ、通常運転における点火時期制御が行われる。これにより、点火時期aopは通常の進角速度でアイドル時の通常点火時期aopnまで進角される。このときの進角速度は内燃機関１０にノックが生じない限界の速度に設定されている。また、通常点火時期aopnは出力と燃料消費率が最良となるＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）に設定されている。

一方、ステップ１１０で機関回転数NEが目標アイドル回転数より所定値α低い回転数を上回っていると判定された場合は、ステップ１１２及びステップ１１４の処理によって点火時期aopが通常点火時期aopnまで進角されていく。まず、ステップ１１２では、現在の点火時期aopに所定のなまし量DLABUF1が加算された値が新たな点火時期aopとして設定される。ステップ１１４では、ステップ１１２で設定された点火時期aopが通常点火時期aopn以上になっているか否か判定される。そして、点火時期aopが通常点火時期aopn以上になるまで、ステップ１１２、ステップ１１４の処理が繰り返し実行される。これにより、点火時期aopは始動時点火時期Aastから通常点火時期aopnへ徐々に進角されていく。このときの進角速度は通常運転時における進角速度、つまり、ステップ１１０の判定でＮｏルートに進んだときの進角速度よりも低く設定されている。このように内燃機関１０にノックが生じない限界の進角速度よりも遅い進角速度で点火時期aopが進角されることで、吸気管圧力の上昇に合わせた進角が可能になり、燃焼状態が安定して排気エミッションの悪化が防止される。

ステップ１１４の判定で点火時期aopが通常点火時期aopn以上になった場合には、ステップ１１６に進み、点火時期遅角制御禁止フラグは１にセットされ、一連の点火時期遅角制御は終了される。点火時期遅角制御禁止フラグが１にセットされることで以降は通常運転における点火時期制御が行われることになる。これにより、その後に車両が発進する場合に誤って点火時期遅角制御が実行されることがなく、発進時のヘジテーションが防止される。その後、ＩＧスイッチ２６のオフやエンスト、或いはアイドルストップ制御などによって内燃機関１０が停止したときには、点火時期遅角制御禁止フラグが０にリセットされるので、次回の始動時には再び上記のルーチンが実行される。

図５は、図２のルーチンによる点火時期遅角制御が実行されたときの点火時期の時間変化を機関回転数、吸気管圧力、及び空燃比（Ａ／Ｆ）の時間変化とともに示すグラフである。図５の各グラフにおいて、実線で示す変化は本点火時期遅角制御が実行されたときの変化を示し、破線で示す変化は本点火時期遅角制御が実行されないときの変化、すなわち、従来の点火時期制御（以下、従来制御という）が行われるときの変化を示している。

図５に破線で示すように、従来制御では、内燃機関１０が始動されると（時点t0）、その後直ぐに、点火時期は始動時点火時期Aastからアイドル時の通常点火時期aopnに向けて進角されていく。このときの進角速度は、通常、内燃機関１０にノックが生じない限界の速度に設定されている。これに対し、点火時期遅角制御が実行される場合には、図５に実線で示すように内燃機関１０の始動後も点火時期は始動時点火時期Aastに保持される。その結果、点火時期遅角制御時の機関回転数の上昇は従来制御時に比較して低く抑えられる。点火時期は機関回転数が回転ピークに達する時点（時点t1）まで始動時点火時期Aastに保持され続け、これにより、回転挙動の変化に左右されることなく、機関回転数が目標アイドル回転数を大きく超えて吹き上がることが防止される。回転ピーク後は、点火時期は始動時点火時期Aastからアイドル時の通常点火時期aopnに向けて進角されていくが、このときの進角速度は従来制御時の進角速度よりも低く設定されているので、機関回転数の再上昇は防止され、機関回転数は目標アイドル回転数に向けて滑らかに低下していく。

このように機関回転数の過剰な吹き上がりが防止されることで、吸気管内に過大な負圧が作用することが防止される。内燃機関１０の始動後、吸気管圧力は機関回転数の上昇に伴い低下していくが、従来制御時のように機関回転数がアイドル回転数を超えて過剰に吹き上がる場合には、吸気管内には過大な負圧が作用することになる。その結果、内燃機関１０の吸気ポートに付着した燃料の気化が促進されて空燃比は一時的に大きくリッチ化する。ところが、回転ピーク後に機関回転数が低下し、吸気管圧力が上昇したときには、負圧の増大時に気化した燃料を補うように噴射燃料の多くが吸気ポートに付着し、空燃比は大きくリーン化してしまう。触媒が暖機されていない始動直後での空燃比のリーン化は排気エミッションの悪化を招くため、これを防止するためには始動時燃料を増量する必要が生じてしまう。これに対し、点火時期遅角制御の実行時には吸気管内に過大な負圧が作用することが防止されるので、吸気ポートの付着燃料の気化が抑制され、回転ピーク後に吸気管圧力が上昇したときの空燃比のリーン化が防止される。したがって、点火時期遅角制御を実行する場合には、リーン化防止のための始動時燃料の増量が不要になる。

以上のように、本実施形態の内燃機関の制御装置によれば、図２の点火時期遅角制御ルーチンが実行されることにより、回転挙動の変化に左右されることなく、機関回転数が過剰に吹き上がることも回転上昇が過剰に抑制されることも共に確実に防止することができる。また、機関回転数の過剰な吹き上がりが防止されることにより、空燃比の変動が抑制されるので、排気エミッションの悪化も防止することができる。

なお、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ２によるステップ１０８の処理の実行により、第１及び第３の発明の「回転ピーク検出手段」が実現されている。また、ＥＣＵ２によるステップ１０４乃至ステップ１１４の処理の実行により、第１の発明の「回転上昇抑制手段」が実現され、特に、ステップ１０４、ステップ１０６、ステップ１１２及びステップ１１４の処理の実行により、第４の発明の「点火時期調整手段」が実現されている。ステップ１０４の処理は第７の発明の「点火時期調整手段」の機能に相当し、ステップ１１２及びステップ１１４の処理は第８及び第９の発明の「点火時期調整手段」の機能に相当している。また、図２のルーチンにおける点火時期遅角制御禁止フラグのセット／リセット処理が第１０の発明の「禁止手段」の機能に相当し、ステップ１０２の処理の実行により、第１１及び第１２の発明の「操作検知手段」及び第１１の発明の「禁止手段」の機能が実現されている。さらに、ＥＣＵ２によるステップ１１０の処理の実行により、第５及び第６の発明の「燃料性状判定手段」が実現されている。

実施の形態２．
以下、図６乃至図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図６は本発明の実施の形態２である内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。図６中、上述の実施の形態１と共通する部位については、同一の符号を付し、それらについての重複する説明は省略するものとする。

本実施形態は、動力として内燃機関１０とモータジェネレータ（以下、単にモータという）４０とを並列に備えるハイブリッド車両（パラレル式のハイブリッド車両）を前提としている。モータ４０は図示しないバッテリから電力の供給を受けることで電動機として機能し、内燃機関１０から駆動力の供給を受けることで発電機として機能する。本実施形態では、内燃機関１０の始動時にモータ４０を発電機として機能させ、その発電負荷をＥＣＵ２により制御することで、内燃機関１０の始動直後における機関回転数の急激な上昇を抑制する。つまり、実施の形態１では、内燃機関１０の出力を制御することで間接的に機関回転数を制御していたのに対し、本実施形態では内燃機関１０に作用する負荷を制御することで間接的に機関回転数を制御するものである。

図７は本実施形態において内燃機関１０の始動時にＥＣＵ２が実施する回転上昇抑制制御の内容をフローチャートで示したものである。本実施形態における回転上昇抑制制御の概要は、機関回転数が回転ピークに達するまでの機関回転数の上昇期間はモータ負荷を通常モータ負荷よりも増大させ、機関回転数が回転ピークを超えた以降はモータ負荷を通常モータ負荷まで低下させていくというものである。このように内燃機関１０に作用するモータ負荷を増大制御することで、点火時期遅角制御により出力を低下させる場合と同様の機関回転数の上昇抑制効果が得られる。以下、本実施形態における回転上昇抑制制御を特にモータ負荷増大制御という。

ＥＣＵ２によるモータ負荷増大制御は、具体的には、図７のフローチャートに示すルーチン（負荷増大制御ルーチン）によって実行される。先ず、ステップ２００では、内燃機関１０が始動直後か否か判定される。始動直後か否かはモータ負荷増大制御禁止フラグが１か０かで判定される。モータ負荷増大制御禁止フラグは、モータ負荷増大制御の開始後、モータ負荷増大制御が終了することで１にセットされる。そして、内燃機関１０が停止することで０にリセットされる。ＥＣＵ２は、モータ負荷増大制御禁止フラグがリセットされている場合に、内燃機関１０が始動直後であると判定する。

ステップ２００で内燃機関１０が始動直後でないと判定された場合は、ステップ２１６に進み、モータ負荷増大制御禁止フラグは１にセットされ、通常運転におけるモータ負荷制御が行われる。

一方、ステップ２００で内燃機関１０が始動直後であると判定された場合には、ステップ２０２においてモータ負荷増大制御を実行するための二つの前提条件が成立しているか否か判定される。前提条件の内容は、実施の形態１の点火時期遅角制御にかかるステップ１０２の前提条件（第１前提条件及び第２前提条件）と同内容であるので、その説明は省略する。

ステップ２０２で何れかの前提条件が不成立と判定された場合には、ステップ２１６に進み、モータ負荷増大制御禁止フラグは１にセットされ、通常運転におけるモータ負荷制御が行われる。

一方、ステップ２０２で二つの前提条件がともに成立していると判定された場合には、ステップ２０４以降のモータ負荷増大制御が実行される。まず、ステップ２０４では、モータ負荷の負荷増加量Lastが決定される。負荷増加量Lastは、内燃機関１０の始動時にアイドル時の通常モータ負荷（アイドル時負荷）に加算される負荷量である。負荷増加量Lastは、図８に示すようなマップにおいて始動時水温毎に、また、大気圧毎に定められており、ＥＣＵ２は、水温センサ２０で検出された水温と大気圧センサ２２で検出された大気圧とに応じた負荷増加量Lastをマップから読み込む。図８に示すマップでは、負荷増加量Lastは大気圧が低いほど小さく設定されている。これは空気密度と出力との関係が考慮されたものであり、空気密度の低下に伴う出力の低下がモータ負荷の調整によって補償されている。また、始動時水温が低いほど負荷増加量Lastは小さく設定されているが、これは内燃機関１０の摩擦損失が考慮されたものであり、低温時の摩擦損失による出力の低下がモータ負荷の調整によって補償されている。

さらに、ステップ２０４では、最大保持時間Tastも決定される。最大保持時間Tastは通常モータ負荷に負荷増加量Lastを加算し続ける最大時間を定めたものである。最大保持時間Tastを定める理由及びその決定方法については、実施の形態１の点火時期遅角制御の場合と同じであるので、その説明は省略する。

次のステップ２０６では、機関回転数NEが所定回転数Neastを超えている否か判定される。これは、モータ負荷の増大による内燃機関１０のストールを防止するための処理であり、機関回転数NEが所定回転数Neastを超えるまではステップ２０６の判定が繰り返し行われる。

そして、ステップ２０６で機関回転数NEが所定回転数Neastを超えたと判定された場合には、ステップ２０８に進み、モータ負荷にステップ２０４で決定された負荷増加量Lastが加算される。モータ負荷は次のステップ２１０の判定が成立するまで負荷増加量Lastが加算された値に保持される。ステップ２１０における判定の内容については、実施の形態１の点火時期遅角制御にかかるステップ１０８の判定内容と同じであり、回転数変化率ΔNEが閾値DLNEｐを下回るか、或いは、始動後経過時間が最大保持時間Tastを超えたときに判定が成立する。このように、回転数変化率ΔNEが閾値DLNEｐを下回るまで、つまり、機関回転数が回転ピークに達するまでモータ負荷に負荷増加量Lastが加算されることで、回転挙動の変化に左右されることなく、機関回転数が目標アイドル回転数を大きく超えて吹き上がることが防止される。

ステップ２１０における判定の結果、回転数変化率ΔNEが閾値DLNEｐを下回るか、或いは、始動後経過時間が最大保持時間Tastを超えたときには、次のステップ２１２及びステップ２１４の処理によってモータ負荷が通常モータ負荷まで低下されていく。まず、ステップ２１２では、現在の負荷増加量Lastから所定のなまし量DLLAST1が減算された値が新たな負荷増加量Lastとして設定される。ステップ２１４では、現在のモータ負荷が通常モータ負荷以下になっているか否か判定され、モータ負荷が通常モータ負荷以下になるまで、ステップ２１２、ステップ２１４の処理が繰り返し実行される。これにより、モータ負荷は通常モータ負荷まで徐々に減衰していく。このようにモータ負荷を徐々に減衰させることで、機関回転数の再上昇を防止して機関回転数を滑らかに低下させていくことが可能になる。

ステップ２１４の判定でモータ負荷が通常モータ負荷以下になった場合には、ステップ２１６に進み、モータ負荷増大制御禁止フラグは１にセットされ、一連のモータ負荷増大制御は終了される。モータ負荷増大制御禁止フラグが１にセットされることで以降は通常運転におけるモータ負荷制御が行われることになる。これにより、その後に車両が発進する場合に誤ってモータ負荷増大制御が実行されることがなく、発進時のヘジテーションが防止される。その後、ＩＧスイッチ２６のオフやエンスト、或いはアイドルストップ制御などによって内燃機関１０が停止したときには、モータ負荷増大制御禁止フラグが０にリセットされるので、次回の始動時には再び上記のルーチンが実行される。

以上のように、本実施形態の内燃機関の制御装置によれば、図７のモータ負荷増大制御ルーチンが実行されることにより、回転挙動の変化に左右されることなく、機関回転数が過剰に吹き上がることも回転上昇が過剰に抑制されることも共に確実に防止することができる。また、実施の形態１の点火時期遅角制御と同様、機関回転数の過剰な吹き上がりが防止されることにより空燃比の変動を抑制することができ、排気エミッションの悪化も防止することができる。さらに、本実施形態の内燃機関の制御装置によれば、従来制御では無駄な回転上昇に用いられていたエネルギを電力として回生できるという利点もある。

なお、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ２によるステップ２１０の処理の実行により、第２及び第３の発明の「回転ピーク検出手段」が実現されている。また、ＥＣＵ２によるステップ２０４乃至ステップ２１４の処理の実行により、第２の発明の「回転上昇抑制手段」が実現されている。また、図７のルーチンにおけるモータ負荷増大制御禁止フラグのセット／リセット処理が第１０の発明の「禁止手段」の機能に相当し、ステップ２０２の処理の実行により、第１１及び第１２の発明の「操作検知手段」及び第１１の発明の「禁止手段」の機能が実現されている。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば次のように変形して実施してもよい。

実施の形態１では、機関回転数の制御するための手段として点火時期を調整しているが、内燃機関１０の出力に係わる制御パラメータであれば、燃料噴射量などの他の制御パラメータを調整してもよい。ただし、吸入空気量を制御パラメータとして用いると、内燃機関１０の出力を抑制するためにはＩＳＣバルブ１８のバルブ開度を絞ることになってしまい、吸気管内の負圧を増大させてしまう。吸気管内の負圧の増大はその後の空燃のオーバーリーンを招くために好ましくない。したがって、点火時期以外の制御パラメータを用いる場合には、吸入空気量とは異なる制御パラメータを用いるのが望ましい。

また、実施の形態２ではハイブリッド車両を前提とし、モータ４０のモータ負荷を調整しているが、内燃機関１０により駆動される機器の負荷であれば、他の機器の負荷を調整するようにしてもよい。例えば、オルタネータの負荷やエアコンの負荷を調整するようにしてもよい。

本発明の実施の形態１としての内燃機関の制御装置の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点火時期遅角制御ルーチンのフローチャートである。点火時期遅角制御ルーチンにおいて始動時点火時期の決定に用いられるマップである。点火時期遅角制御ルーチンにおいて最大保持時間の決定に用いられるマップである。点火時期遅角制御ルーチンが実行されたときの点火時期の時間変化を機関回転数、吸気管圧力、及び空燃比の時間変化とともに示すグラフである。本発明の実施の形態２としての内燃機関の制御装置の構成を説明するための図である。本発明の実施の形態２において実行されるモータ負荷増大制御ルーチンのフローチャートである。点火時期遅角制御ルーチンにおいて負荷増加量の決定に用いられるマップである。

符号の説明

２ＥＣＵ
１０内燃機関
１２点火プラグ
１４インジェクタ
１６スロットルバルブ
１８ＩＳＣバルブ
２０水温センサ
２２大気圧センサ
２４回転数センサ
２６ＩＧスイッチ
２８アイドルスイッチ
３０シフトポジションスイッチ
４０モータジェネレータ

Claims

内燃機関の始動後の機関回転数の回転ピークを検出する回転ピーク検出手段と、
前記内燃機関の出力に係わる吸気流量とは異なる制御パラメータを調整することで機関回転数の上昇を抑制する回転上昇抑制手段とを備え、
前記回転上昇抑制手段は、前記内燃機関の始動後、前記回転ピーク検出手段により回転ピークが検出されるまで制御パラメータをアイドル時パラメータ値よりも前記内燃機関の出力が低下する側に設定し、回転ピークの検出後に制御パラメータを前記アイドル時パラメータ値に調整することを特徴とする内燃機関の制御装置。
内燃機関の始動後の機関回転数の回転ピークを検出する回転ピーク検出手段と、
前記内燃機関により駆動される機器の負荷を調整することで機関回転数の上昇を抑制する回転上昇抑制手段とを備え、
前記回転上昇抑制手段は、前記内燃機関の始動後、前記回転ピーク検出手段により回転ピークが検出されるまで前記機器の負荷をアイドル時負荷よりも増大させ、回転ピークの検出後に前記機器の負荷を前記アイドル時負荷に調整することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記回転ピーク検出手段は、機関回転数の変化率が所定値よりも小さくなったら回転ピークとして判定することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
前記回転上昇抑制手段は、前記内燃機関の出力に係わる制御パラメータの調整手段として、前記内燃機関の点火時期を調整する点火時期調整手段を含み、
前記点火時期調整手段は、前記内燃機関の始動後、回転ピークが検出されるまで点火時期をアイドル点火時期より遅角側に設定された始動時点火時期に保持し、回転ピークの検出後に点火時期を前記始動時点火時期から前記アイドル点火時期まで進角させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
前記回転上昇抑制手段は、前記内燃機関に供給される燃料の性状を判定する燃料性状判定手段をさらに含み、
前記点火時期調整手段は、前記燃料性状判定手段により燃料性状が重質であると判定された場合には、軽質であると判定された場合よりも回転ピーク検出後の点火時期の進角速度を大きく設定することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
前記燃料性状判定手段は、回転ピーク検出時の機関回転速度に基づき燃料性状を判定することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。
前記回転上昇抑制手段は、気圧を検出或いは推定する気圧判定手段をさらに含み、
前記点火時期調整手段は、前記気圧判定手段により判定される気圧が低いほど前記始動時点火時期を進角側に設定することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
前記点火時期調整手段は、回転ピークの検出後、点火時期を前記アイドル点火時期まで徐々に進角させていくことを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
前記点火時期調整手段は、点火時期を前記内燃機関にノックが生じない限界の進角速度よりも遅い進角速度で前記アイドル点火時期まで進角させていくことを特徴とする請求項８記載の内燃機関の制御装置。
前記回転上昇抑制手段による回転上昇抑制制御の実行を禁止する禁止手段をさらに備え、
前記禁止手段は、前記回転上昇抑制制御が実行され終了したときに前記回転上昇抑制制御の更なる実行を禁止し、前記内燃機関の停止により禁止を解除することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の始動後、運転者による前記内燃機関の操作或いは前記内燃機関を操作するための準備操作を検知する操作検知手段をさらに備え、
前記禁止手段は、前記操作検知手段により運転者による操作或いは準備操作が検知されたときには前記回転上昇抑制制御の実行を禁止することを特徴とする請求項１０記載の内燃機関の制御装置。
前記操作検知手段は、前記内燃機関の完爆完了後に運転者による操作或いは準備操作の検知を開始することを特徴とする請求項１１記載の内燃機関の制御装置。