JP2006226214A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インジェクタに燃料漏れが生じている場合であっても、エンジンの始動性を向上させるとともに燃焼ガス中の有害成分を削減する。
【解決手段】 燃焼室４１に連通する吸気ポート４２には吸気バルブ４４が組み付けられ、吸気ポート４２に連通する吸気マニホールド５０にはスロットルバルブ５３を介して吸入空気が案内される。また、吸気ポート４２には燃料を噴射するインジェクタ５４が組み付けられ、吸気ポート４２を通過する吸入空気は混合気となって燃焼室４１に案内される。エンジン１１を始動する際には、燃料噴射制御および点火制御が停止された状態のもとで、ジェネレータモータ２０が駆動されてエンジン１１がクランキングされる。これにより、インジェクタ５４から燃料漏れが生じていても、吸気系を新気で満たすことができ、エンジン１１の始動性を向上させるとともに燃焼ガス中の有害成分を削減することが可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、吸気管噴射方式のエンジンを始動するエンジン制御装置に関する。

エンジンの燃料噴射方式としては、シリンダ内に燃料を噴射する筒内噴射方式と、吸気ポート内に燃料を噴射する吸気管噴射方式とがある。筒内噴射方式にあっては、混合気の空燃比を高精度に制御することができるものの、燃焼圧力に耐えるためにインジェクタの剛性を高める必要や、燃料の噴射圧力を大幅に引き上げる必要があるため、エンジンの高コスト化を招くことになる一方、吸気管噴射方式にあっては、インジェクタの剛性や噴射圧力を引き下げることができ、エンジンの低コスト化を図ることができるため、吸気管噴射方式を採用するエンジンも多い(たとえば、特許文献１および２参照)。なお、吸気管噴射方式であっても、それぞれの吸気ポートにインジェクタを組み付けることにより、空燃比を高精度に制御することが可能となっている。

ところで、エンジンの始動性を向上させるとともに始動直後におけるエンジンの運転状態を安定させるため、エンジンの始動時にあってはインジェクタからの噴射燃料を増量することが一般的となっている。つまり、エンジン始動時には、吸気ポートやシリンダ等の温度が低いことから燃料の気化率も低下するため、混合気の燃焼状態を良好に保持するには、多くの燃料を噴射して空燃比を正常な可燃範囲に保つことが必要となっている。

しかしながら、車両状態によっては始動時に燃料を多く噴射すると、逆に始動性を悪化させることになっていた。たとえば、吸気ポートにインジェクタを有する吸気管噴射方式のエンジンにおいて、エンジン停止時にインジェクタから微量の燃料が漏れ出した場合には、吸気ポートや吸気マニホールド内に濃い混合気が滞留することになる。このような状態のもとで、エンジン始動持にインジェクタからの燃料噴射量を増大させるようにすると、燃焼室に供給される混合気の空燃比が、可燃限界値を超えて過度に濃く設定されることになり、エンジンの始動性を悪化させてしまうとともに、燃焼ガス中の一酸化炭素(ＣＯ)や炭化水素(ＨＣ)等を増加させることになっていた。

そこで、特許文献１に記載されたエンジンにあっては、何れかのインジェクタに燃料漏れが生じた場合であっても、混合気が過剰に濃くなることを抑制するため、エンジンの吸気マニホールド内に仕切板を組み込むとともに、この仕切板に開閉弁を設けるようにしている。つまり、エンジン停止中や始動時に開閉弁を開放することにより、吸気マニホールド全体に燃料を拡散させ、混合気の希薄化を図るようにしている。
実開平６−８７６５６号公報 特開２００３−３８８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたエンジンにあっては、吸気マニホールドという限られた空間内において混合気の希釈化を図る構造に過ぎないため、エンジンを長時間に渡って停止させた後には、吸気マニホールド全体が濃い混合気によって満たされることになり、十分な効果を得ることは困難となっていた。また、特許文献２に記載されたエンジンにあっては、インジェクタからの燃料漏れを考慮するものではないため、吸気マニホールドに濃い混合気が滞留していた場合には始動不良や燃焼不良を招くことになっていた。

なお、インジェクタの燃料漏れに起因するこれらの課題は、エンジンのみを動力源として搭載する車両に限られるものではなく、エンジンに加えて電動モータを動力源として搭載するハイブリッド車両にも共通する課題となっている。

本発明の目的は、吸気通路内の燃料濃度が上昇している場合であっても、エンジンの始動性を向上させるとともに燃焼ガス中の有害成分を削減することにある。

本発明のエンジン制御装置は、エンジンの燃焼室に連通する吸気通路に開閉自在に設けられ、前記燃焼室に向かう吸入空気量を制御するスロットルバルブと、前記吸気通路のスロットルバルブ下流側に開閉自在に設けられ、前記吸気通路と前記燃焼室とを連通する開放位置と遮断する閉塞位置とに作動する吸気バルブと、前記スロットルバルブと前記吸気バルブとの間に設けられ、前記吸気通路内に燃料を噴射するインジェクタと、前記エンジンのクランク軸に連結され、前記クランク軸をモータ動力によって回転させるモータと、前記エンジンを始動する際に、燃料噴射制御および点火制御を停止させた状態のもとで、前記モータを用いて前記クランク軸を回転させる始動制御手段とを有することを特徴とする。

本発明のエンジン制御装置は、前記始動制御手段は前記吸気通路内の燃料濃度が所定濃度を下回った後に燃料噴射制御および点火制御を開始することを特徴とする。

本発明のエンジン制御装置は、前記モータによる前記クランク軸のクランキング回転を検出する回転検出手段を有し、前記始動制御手段は前記回転検出手段からのクランキング回転に基づいて前記吸気通路内の燃料濃度を判定することを特徴とする。

本発明のエンジン制御装置において、前記モータはハイブリッド車両のジェネレータモータであることを特徴とする。

本発明のエンジン制御装置は、前記燃焼室に連通する排気通路に炭化水素吸着触媒が取り付けられることを特徴とする。

本発明によれば、エンジンを始動する際に、燃料噴射制御および点火制御を停止させた状態のもとでクランク軸を回転させるようにしたので、吸気系に滞留する混合気をそのままの状態で掃気することが可能となる。これにより、インジェクタに燃料漏れが生じていた場合であっても、過度に濃い混合気を燃焼室で燃焼させることがないため、エンジンの始動性を向上させるとともに燃焼ガス中の有害成分を削減することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はハイブリッド車両に搭載される駆動ユニット１０を示す概略図であり、この駆動ユニット１０に設けられるエンジン１１は、本発明の一実施の形態であるエンジン制御装置によって駆動制御される。図１に示すように、駆動ユニット１０は動力源としてエンジン１１と駆動用モータ１２とを有しており、モータ動力とエンジン動力との少なくともいずれか一方を駆動輪に伝達することが可能となっている。つまり、図示する駆動ユニット１０はシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両に搭載される駆動ユニットとなっている。

駆動用モータ１２には駆動歯車１３ａを備えるモータ出力軸１４が設けられており、このモータ出力軸１４に平行となる前輪駆動軸１５には駆動歯車１３ａに噛み合う従動歯車１３ｂが固定されている。また、前輪駆動軸１５の先端には終減速小歯車１６が固定されており、この終減速小歯車１６に噛み合う終減速大歯車１７には図示しないディファレンシャル機構が組み付けられる。ディファレンシャル機構から車幅方向に伸びる車軸１８は前輪に連結されており、駆動用モータ１２から前輪駆動軸１５を介して伝達されるモータ動力は、ディファレンシャル機構を介して左右の前輪に分配される。

また、エンジン１１のクランク軸１９にはモータとしてのジェネレータモータ２０が取り付けられており、ジェネレータモータ２０のロータ２０ａにはロータ出力軸２１が固定されている。同軸上に配置されるロータ出力軸２１とエンジン出力軸２２との間には、エンジン動力を伝達する締結状態と遮断する開放状態とに作動するクラッチ機構２３が設けられており、このクラッチ機構２３を介して動力が伝達されるエンジン出力軸２２には、前輪駆動軸１５の従動歯車２４ｂに噛み合う駆動歯車２４ａが固定されている。エンジン動力を伝達するクラッチ機構２３としては摩擦クラッチや噛合クラッチなどが設けられることになる。

なお、エンジン１１のクランク軸１９に連結されるジェネレータモータ２０は、エンジン動力を用いた発電機能だけでなくスタータモータとしての機能を有しており、ジェネレータモータ２０を駆動することによってエンジン１１をクランキングさせることが可能となっている。一方、駆動用モータ１２は発電機としての機能を有しており、制動時には駆動用モータ１２を発電機として作動させることによって回生制動が行われるようになっている。

このような駆動ユニット１０が搭載されるハイブリッド車両は、エンジン制御ユニット３０および駆動系制御ユニット３１を有しており、これらの制御ユニット３０，３１から出力される駆動信号に基づいて、エンジン１１、ジェネレータモータ２０、駆動用モータ１２、クラッチ機構２３等の駆動状態が制御され、ハイブリッド車両の走行状態が制御されるようになっている。また、これらの制御ユニットは通信ケーブルを介して相互に接続されており、ハイブリッド車両には制御ユニット間で制御情報を共有するための通信ネットワークが構築されている。なお、各制御ユニットには、制御信号を演算するＣＰＵが設けられるとともに、制御プログラム、演算式およびマップデータ等を格納するＲＯＭや、一時的にデータを格納するＲＡＭが設けられている。

ハイブリッド車両は、クラッチ機構２３を開放することによりモータ動力によって前輪を駆動するシリーズ走行モードと、クラッチ機構２３を締結することによりモータ動力とエンジン動力との双方によって前輪を駆動するパラレル走行モードを備えており、低中速時にはシリーズ走行モードを用いて走行し、高速時や加速時にはパラレル走行モードを用いて走行することになる。そして、クラッチ機構２３が開放されるシリーズ走行モードにおいて、図示しないバッテリの充電状態ＳＯＣが低下した場合には、エンジン動力によってジェネレータモータ２０が発電駆動されるようになっている。つまり、シリーズ走行モードが選択されていても充電状態ＳＯＣが低下している場合や、パラレル走行モードが選択された場合には、エンジン１１が始動されて動力源として使用されることになる。

続いて、車両状態に応じて停止状態と運転状態とに切り換えられるエンジン１１について説明する。図２はエンジン構造およびエンジン制御系統を示す概略図である。図２に示すように、エンジン１１は水平対向エンジンとなっており、クランク軸１９を回転自在に収容するクランクケース３５と、これに一体に形成されてピストン３６を往復動自在に収容するシリンダ３７とを備えている。クランク軸１９とピストン３６とはコネクティングロッド３８を介して連結されており、ピストン３６の往復運動によってクランク軸１９は回転運動を行うようになっている。なお、クランクケース３５の下部にはオイルパン３９が取り付けられており、オイルパン３９内に貯留される潤滑油はエンジン１１の各摺動部に供給されるようになっている。

また、シリンダ３７の端面には動弁機構を備えるシリンダヘッド４０がそれぞれ組み付けられ、シリンダヘッド４０、シリンダ３７およびピストン３６によって燃焼室４１が区画されている。シリンダヘッド４０には、燃焼室４１に混合気を供給する吸気ポート４２と、燃焼室４１から燃焼ガスを排出する排気ポート４３とが形成されており、吸気ポート４２には吸気バルブ４４が開閉自在に組み付けられ、排気ポート４３には排気バルブ４５が開閉自在に組み付けられている。さらに、吸気バルブ４４と排気バルブ４５とを開閉駆動するため、シリンダヘッド４０にはカム軸４６が回転自在に装着されており、カム軸４６の回転運動によって吸気バルブ４４と排気バルブ４５とが開閉駆動されている。カム軸４６とクランク軸１９との間には図示しないタイミングベルトやタイミングチェーンが掛け渡されており、吸気バルブ４４と排気バルブ４５とはクランク軸１９に同期しながら所定のクランク角で開放位置と閉塞位置とに作動するようになっている。

このようなエンジン１１の吸気ポート４２には吸気マニホールド５０が接続されており、この吸気マニホールド５０にはエアクリーナ５１を介して浄化された吸入空気が案内されている。また、エアクリーナ５１と吸気マニホールド５０とは吸気管５２を介して接続されており、この吸気管５２には吸入空気量を制御するスロットルバルブ５３が開閉自在に設けられている。さらに、シリンダヘッド４０には吸気ポート４２内に燃料を噴射するインジェクタ５４が組み付けられており、吸気ポート４２に案内された吸入空気に対してインジェクタ５４から燃料を噴射することにより、吸入空気は混合気となって燃焼室４１に供給されることになる。このように、吸気管５２、吸気マニホールド５０、吸気ポート４２により燃焼室４１に吸入空気を案内する吸気通路が形成されている。

また、エンジン１１の排気ポート４３には排気通路としての排気マニホールド６０が接続されており、混合気の燃焼によって生じた燃焼ガスは排気マニホールド６０に案内されるようになっている。さらに、排気マニホールド６０には炭化水素吸着触媒としての触媒コンバータ６１が接続されており、この触媒コンバータ６１を介して燃焼ガス中の有害成分を浄化した後に、燃焼ガスは図示しない消音器を介して外部に排出されるようになっている。燃焼ガス中の有害成分を浄化する触媒コンバータ６１は、多数のガス流通孔を有するハニカム状のセラミック担体を耐熱性容器に封入したものであり、このセラミック担体の表面には触媒層がコーティングされる。なお、担体はセラミックに限らず、金属製のいわゆるメタル担体であっても良い。触媒層の構造としては、多数の微細な孔を備えるゼオライトを基材とし、この基材表面に白金やロジウムなどの活性金属を分散させた構造となっている。この触媒層を用いて酸化還元反応を行わせることにより、燃焼ガス中の有害成分である一酸化炭素(ＣＯ)、窒素酸化物(ＮＯx)、炭化水素(ＨＣ)を浄化することが可能となっている。また、微細な孔を備えるゼオライトを基材に用いることにより、ゼオライトの孔に多くの炭化水素を吸着することができるため、炭化水素を効果的に削減することが可能となっている。なお、排気系に設けられる触媒としては、前述した三元触媒に限られることはなく、白金やパラジウムなどの活性金属を分散させるようにした酸化触媒を採用しても良い。

このような吸気系および排気系を備えるエンジン１１を駆動制御するため、前述したエンジン制御ユニット３０には、エンジン１１、吸気系、排気系に組み付けられた各種センサから検出信号が入力されている。エンジン制御ユニット３０に検出信号を出力するセンサとしては、吸気マニホールド５０に案内される吸入空気の温度を検出する吸気温センサ６２、スロットルバルブ５３の開度を検出するスロットル開度センサ６３、クランク軸１９の回転を検出する回転検出手段としてのクランク角センサ６４、ウォータジャケットを流れる冷却水の温度を検出する水温センサ６５、排気マニホールド６０に案内される燃焼ガスの酸素濃度を検出する酸素センサ６６などがある。そして、エンジン制御ユニット３０は、入力される各種検出信号に基づいて、スロットルバルブ５３、インジェクタ５４、点火プラグ６７に高圧電流を供給するイグナイタなどに対して駆動信号を出力することにより、吸入空気量、空燃比、点火時期などを調整してエンジン１１の駆動状態を制御するようになっている。なお、クランク角センサ６４はマグネットピックアップ式となっており、クランク軸１９と一体に回転する図示しないスプロケットに近接して設けられる。そして、クランク角センサ６４とスプロケット歯との間の隙間変化を電圧パルスに変換して検出することにより、クランク軸１９の回転状態や角度位置を検出している。

以下、エンジン制御ユニット３０および駆動系制御ユニット３１により実行されるエンジン１１の始動制御について説明する。まず、図示するハイブリッド車両においてエンジン１１の始動が必要となる車両状態としては、シリーズ走行モードからパラレル走行モードへの切り換えが判定された場合や、シリーズ走行モードにおける発電制御の実行が判定された場合である。これらの始動条件が駆動系制御ユニット３１によって判定されると、駆動系制御ユニット３１からエンジン制御ユニット３０に対して始動信号が出力され、駆動系制御ユニット３１とエンジン制御ユニット３０とは協調しながらエンジン１１を始動することになる。つまり、エンジン制御ユニット３０および駆動系制御ユニット３１は始動制御手段として機能するようになっている。

ここで、図３はエンジン始動前において吸気系に滞留する混合気の状態を示す説明図である。エンジン１１の吸気ポート４２に組み付けられるインジェクタ５４にあっては、エンジン制御ユニット３０からの駆動信号に応じて開弁状態と閉弁状態とに切り換えられるようになっているが、高い燃料圧力が加えられることなどから、閉弁状態に切り換えられた場合であっても微量の燃料が漏れ出してしまうおそれがある。このようなインジェクタ５４からの燃料漏れがエンジン停止状態において発生した場合を想定すると、図３に示すように、スロットルバルブ５３下流側の吸気マニホールド５０や吸気ポート４２内が気化燃料によって満たされることになる。そして、吸気系に濃い混合気が満たされた状態のもとでエンジン１１を始動しようとすると、過剰に濃い状態の混合気が燃焼室４１に供給されることになり、点火プラグ６７の失火を招いて始動性を悪化させるばかりでなく、不完全燃焼に伴って燃焼ガス中の炭化水素や一酸化炭素などを増加させることになる。特に、始動時においてはインジェクタ５４からの燃料噴射量を増加させることが多いため、前述した始動不良や燃焼不良が顕著に現れることになっていた。

そこで、エンジン１１の始動性を向上させるとともに燃焼ガス中の有害成分を効果的に除去するため、エンジン制御ユニット３０および駆動系制御ユニット３１は、エンジン１１を始動する際に、インジェクタ５４に対する開弁信号やイグナイタに対する一次電流遮断信号の出力を停止した状態のもとで、スロットルバルブ５３を開放するとともにジェネレータモータ２０をスタータモータとして駆動するようにしている。つまり、エンジン始動時には、燃料噴射制御や点火制御が停止された状態のもとで、ジェネレータモータ２０によってエンジン１１がクランキングされることになる。

ここで、図４はクランキングに伴う混合気の掃気状態を示す説明図である。前述したように燃料噴射制御や点火制御を停止した状態のもとでクランキングを行うようにすると、図４に示すように、吸気系に滞留していた混合気を燃焼させることなく、そのままの状態で排気マニホールド６０に掃気することが可能となる。そして、吸気マニホールド５０や吸気ポート４２内を新気で満たした状態のもとで、エンジン制御ユニット３０からインジェクタ５４に対する開弁信号やイグナイタに対する一次電流遮断信号を出力することにより、燃焼室４１に適正な空燃比の混合気を供給してエンジン１１を始動することが可能となる。このように、吸気系に滞留する混合気を掃気した後に、燃料噴射制御および点火制御を実行するようにしたので、空燃比を適切な状態に制御して良好な燃焼状態を得ることができ、エンジン１１の始動性を向上させるとともに燃焼ガス中の有害成分を効果的に除去することが可能となる。

続いて、エンジン制御ユニット３０によって燃料噴射制御および点火制御を開始する際の条件について検討する。エンジン１１の始動不良や燃焼不良を回避する観点から、吸気マニホールド５０等に滞留する混合気の燃料濃度(以下、吸気系ガソリン濃度という)の上限濃度(所定濃度)について、試験やシミュレーションなどに基づき検討すると、エンジン１１を始動する際には吸気系ガソリン濃度を０．６％以下に保持することが必要である。この上限濃度の０．６％を吸気系ガソリン濃度が上回った状態になると、点火プラグ６７の失火を招いて始動性を悪化させるとともに不完全燃焼によって炭化水素や一酸化炭素などを増加させることになる。なお、前述した濃度［％］は容量百分率濃度［Ｖ／Ｖ％］であり、単位体積当たりの混合気中に含まれるガソリンの割合を示している。

ここで、図５はエンジン停止時間(ソーク時間)と吸気系ガソリン濃度との相関を示す線図であり、図６は冷却水温と吸気系ガソリン濃度との相関を示す線図である。図５および図６に示す線図は、量産品として許容されるインジェクタ５４のうち燃料漏れが最大となるインジェクタをエンジン１１に装着した場合を示している。なお、図６に示す線図はエンジン１１を１２時間に渡って停止させたときの状態を示している。

まず、図５に示すように、エンジン１１を停止して約１０分を経過すると吸気系ガソリン濃度は０．６％を上回り、エンジン１１を停止して約２時間を経過すると吸気系ガソリン濃度は２．０％に達することになる。また、図６に示すように、冷却水温つまりエンジン１１の温度が低くなると気化するガソリン量が減少するため、冷却水温が０℃を下回った場合には停止時間に関わらず吸気系ガソリン濃度が０．６％を下回る一方、冷却水温が０℃を上回った場合には停止時間によっては吸気系ガソリン濃度が０．６％を上回ることになる。つまり、エンジン停止後１０分を経過し、かつ冷却水温が０℃を上回っている場合には、吸気系ガソリン濃度が上限濃度の０．６％を上回るおそれがあり、エンジン１１の始動性を悪化させるとともに燃焼ガスの浄化性を悪化させてしまうおそれがある。

続いて、吸気系ガソリン濃度を２．０％(最大値)から０．６％(上限濃度)に引き下げるために必要なクランキングの条件について検討する。図７は吸気系ガソリン濃度とクランキング回転との相関を示す線図である。図７に示すように、クランキングを開始する時点で２．０％に達していた吸気系ガソリン濃度は、クランキング回転がほぼ９回転を超えたあたりで上限濃度の０．６％を下回ることになる。つまり、ジェネレータモータ２０によってクランク軸１９を９回転させた後に、インジェクタ５４からの燃料噴射を開始するとともに点火プラグ６７の火花放電を開始することにより、混合気の空燃比を適正に保った状態でエンジン１１を始動することが可能となる。なお、図７に示す線図のエンジン条件としては、総排気量を２０００ｃｃ、スロットルバルブ５３と吸気バルブ４４とによって区画される吸気通路容量を５０００ｃｃ、シリンダ３７内に混合気を吸引する際の体積効率を６５％としている。

続いて、前述したエンジン始動制御をフローチャートに従って説明する。図８はエンジン制御ユニット３０および駆動系制御ユニット３１によって実行されるエンジン始動制御の一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１では水温センサ６５からの検出信号に基づいて冷却水温が検出され、続くステップＳ２では冷却水温が０℃を上回るか否かが判定される。ステップＳ２において、冷却水温が０℃を上回ると判定された場合には、吸気系ガソリン濃度が０．６％を超えるおそれがあるため、続くステップＳ３に進みエンジン１１の停止時間が検出されることになる。そして、ステップＳ４において、エンジン１１の停止時間が１０分を上回るか否かが判定され、停止時間が１０分を上回ると判定された場合には、吸気系ガソリン濃度が０．６％を超えるおそれがあるため、続くステップＳ５に進み、燃料噴射制御や点火制御が停止されることになる。つまり、ステップＳ２において冷却水温が０℃を上回ると判定され、ステップＳ４において停止時間が１０分を上回ると判定された場合には、吸気系ガソリン濃度が上限濃度の０．６％を上回るおそれがあるため、ステップＳ５からクランキングによる吸気系ガソリン濃度の引き下げが開始される。

続いて、ステップＳ６では駆動系制御ユニット３１からの駆動信号に基づいてジェネレータモータ２０が回転駆動され、ステップＳ７ではクランク角センサ６４からの検出信号に基づいてクランキング回転が検出される。続くステップＳ８ではクランキング回転が９回転を上回るか否かが判定され、クランキング回転が９回転を下回る場合には、未だ吸気系ガソリン濃度が上限濃度の０．６％を上回っているおそれがあるため、再びステップＳ６に戻ってジェネレータモータ２０によるクランキングが継続されることになる。

一方、ステップＳ８において、クランキング回転が９回転を上回ると判定された場合には、吸気系ガソリン濃度が上限濃度の０．６％を下回った状態となるため、ステップＳ９に進み、インジェクタ５４に対する燃料噴射制御および点火プラグ６７に対する点火制御が許可され、続くステップＳ１０において、クランク角に応じて燃料噴射制御や点火制御が実行されてエンジン１１が始動されることになる。

なお、ステップＳ２において冷却水温が０℃を下回ると判定された場合や、ステップＳ４において停止時間が１０分を下回ると判定された場合には、吸気系ガソリン濃度が上限濃度の０．６％を既に下回っている状態であるため、ステップＳ１１に進み、ジェネレータモータ２０によってエンジン１１がクランキングされるとともに、クランク角に応じて燃料噴射制御や点火制御が実行され、エンジン１１が始動されることになる。

このように、冷却水温や停止時間などに基づいて吸気系ガソリン濃度が０．６％を上回ると判定された場合には、燃料噴射制御や点火制御を実行することなくエンジン１１をクランキングさせ、吸気系に滞留する濃い混合気を掃気させた後に、燃料噴射制御および点火制御を実行するようにしたので、混合気の空燃比を適切な状態に制御することができ、エンジン１１の始動性を向上させるとともに、燃焼ガス中の有害成分を効果的に除去することが可能となる。また、インジェクタ５４に生じ得る微量な燃料漏れを許容することができるため、インジェクタ５４の製造コストや管理コストを削減することができ、延いてはエンジン１１の製造コストを引き下げることが可能となる。

また、吸気系に滞留していた濃い混合気を燃焼させることなく触媒コンバータ６１に案内することができるため、混合気中の炭化水素を触媒層に吸着させて効果的に除去することができる。つまり、混合気の燃焼に伴って発生する水分を触媒コンバータ６１の触媒層に付着させることがないため、触媒層による炭化水素の吸着を効果的に行うことが可能となる。

さらに、混合気を良好に燃焼させることが可能になるまで、インジェクタ５４から燃料を噴射させることがないため、燃料消費量を大幅に削減することが可能となる。たとえば、エンジン１１の総排気量が２０００ｃｃ、気筒数が４気筒、吸気行程における体積効率が６５％、吸入空気の空気密度が０．００１０６ｇ／ｃｃ、ガソリンの蒸留性状が２３．３％、始動時の空燃比を１４．５と仮定した場合には、１回の吸気行程によって吸引される空気重量は０．３４５ｇであり、インジェクタ５４から噴射されるガソリン量は約０．１ｇとなる。つまり、着火が可能な空燃比に達するまでクランク軸１９を９回転させたとすると、１回転当たり吸気行程が２回行われ、１回の始動操作によって約１．８ｇのガソリンが無駄に噴射されることになるが、このような無駄な燃料噴射を回避して燃料消費量を削減することが可能となる。

さらに、冷却水温や停止時間などに基づいて吸気系ガソリン濃度が０．６％を下回ると判定された場合には、直ちに燃料噴射制御や点火制御を実行するようにしたので、エンジン１１を素早く始動させることが可能となる。これにより、ジェネレータモータ２０の駆動時間を短縮することができ、バッテリの過放電を回避することが可能となる。

なお、エンジン１１の始動不良や燃焼不良を引き起こす要因としては、インジェクタ５４からの燃料漏れに限られることはなく、エンジン１１の停止状況によっても始動不良などが引き起こされるおそれがある。つまり、排気行程が完了する上死点付近でクランク軸１９の回転が停止したとすると、吸気バルブ４４と排気バルブ４５との双方が開いた状態(オーバーラップ状態)になるため、排気マニホールド６０から吸気マニホールド５０に向けて燃焼ガスが逆流し、吸気マニホールド５０内の酸素濃度が著しく低下することになる。このような状況下にあっては、吸気マニホールド５０内の酸素濃度が適正値(たとえば、１５％以上)に回復するまで、エンジン１１を始動させることが困難となるが、前述したように、燃料噴射制御および点火制御を停止させた状態のもとでエンジン１１をクランキングさせることにより、エンジン１１を素早く始動させることが可能となる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、本発明のエンジン制御装置は、シリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両に適用されているが、これに限られることはなく、シリーズ方式やパラレル方式のハイブリッド車両に適用しても良い。さらには、ハイブリッド車両に限られることはなく、エンジン１１のみが駆動源として搭載される車両に本発明のエンジン制御装置を適用しても良い。

また、ジェネレータモータ２０によってクランク軸１９を回転させることにより、大きなモータ出力によって素早いクランキング回転を実現しているが、これに限られることはなく、始動専用モータとしてのスタータモータを駆動することによって、吸気系に滞留する混合気を掃気しても良い。

さらに、前述の説明では、冷却水温が０℃を上回り、かつ停止時間が１０分を上回っていた場合に、燃料噴射制御および点火制御を停止してエンジン１１をクランキングさせるようにしているが、各種条件値はこれらの値に限られることはない。たとえば、吸気系ガソリン濃度を確実に引き下げるため、冷却水温が−１０℃を上回った場合に、燃料噴射制御および点火制御を停止してエンジン１１をクランキングしても良く、停止時間が５分を上回っていた場合に、燃料噴射制御および点火制御を停止してエンジン１１をクランキングしても良い。

さらに、前述の説明では、吸気系ガソリン濃度を０．６％以下に引き下げるため、クランク軸１９を９回転させているが、この回数に限られることはなく、エンジン仕様などに応じて適宜変更しても良い。また、クランキング回転に所定の幅(たとえば、８〜１２回転)を持たせ、冷却水温や停止時間などに基づいてクランキング回転を増減させるようにしても良い。また、吸気系ガソリン濃度の上限濃度としては０．６％に限られることはなく、エンジン仕様などに応じて適宜変更されることは言うまでもない。

さらに、前述した触媒コンバータ６１にあっては、炭化水素の吸着率を高めるために触媒層の基材としてゼオライトを採用しているが、これに限られることはなく、触媒層の基材としてアルミナなどを採用するようにしても良い。

なお、前記実施の形態においては、エンジン制御ユニット３０と駆動系制御ユニット３１とを始動制御手段として機能させているが、これに限られることはなく、これらの制御ユニットを統合するようにしても良く、他の制御ユニットに始動制御手段の機能を持たせても良い。

ハイブリッド車両に搭載される駆動ユニットを示す概略図である。 エンジン構造およびエンジン制御系統を示す概略図である。 エンジン始動前において吸気系に滞留する混合気の状態を示す説明図である。 クランキングによる混合気の掃気状態を示す説明図である。 エンジン停止時間と吸気系ガソリン濃度との相関を示す線図である。 冷却水温と吸気系ガソリン濃度との相関を示す線図である。 吸気系ガソリン濃度とクランキング回転との相関を示す線図である。 エンジン始動制御の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１９ クランク軸
２０ ジェネレータモータ(モータ)
３０ エンジン制御ユニット(始動制御手段)
３１ 駆動系制御ユニット(始動制御手段)
４１ 燃焼室
４２ 吸気ポート(吸気通路)
４４ 吸気バルブ
５０ 吸気マニホールド(吸気通路)
５２ 吸気管(吸気通路)
５３ スロットルバルブ
５４ インジェクタ
６０ 排気マニホールド(排気通路)
６１ 触媒コンバータ(炭化水素吸着触媒)
６４ クランク角センサ(回転検出手段)

Claims (5)

1. エンジンの燃焼室に連通する吸気通路に開閉自在に設けられ、前記燃焼室に向かう吸入空気量を制御するスロットルバルブと、
   前記吸気通路のスロットルバルブ下流側に開閉自在に設けられ、前記吸気通路と前記燃焼室とを連通する開放位置と遮断する閉塞位置とに作動する吸気バルブと、
   前記スロットルバルブと前記吸気バルブとの間に設けられ、前記吸気通路内に燃料を噴射するインジェクタと、
   前記エンジンのクランク軸に連結され、前記クランク軸をモータ動力によって回転させるモータと、
   前記エンジンを始動する際に、燃料噴射制御および点火制御を停止させた状態のもとで、前記モータを用いて前記クランク軸を回転させる始動制御手段とを有することを特徴とするエンジン制御装置。
2. 請求項１記載のエンジン制御装置において、前記始動制御手段は前記吸気通路内の燃料濃度が所定濃度を下回った後に燃料噴射制御および点火制御を開始することを特徴とするエンジン制御装置。
3. 請求項２記載のエンジン制御装置において、前記モータによる前記クランク軸のクランキング回転を検出する回転検出手段を有し、前記始動制御手段は前記回転検出手段からのクランキング回転に基づいて前記吸気通路内の燃料濃度を判定することを特徴とするエンジン制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン制御装置において、前記モータはハイブリッド車両のジェネレータモータであることを特徴とするエンジン制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジン制御装置において、前記燃焼室に連通する排気通路に炭化水素吸着触媒が取り付けられることを特徴とするエンジン制御装置。

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