JP2008215257A - 内燃機関の始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過給器を備えた内燃機関において始動時のエミッションの悪化を抑制する。
【解決手段】エンジン２００は、アシストモータ２１７ｃにより駆動されるコンプレッサ２１７ｂを有する。ＥＣＵ１００は、エンジン２００の始動時に、始動制御処理を実行する。当該処理において、ＥＣＵ１００は、排気管２１１と吸気通路２２１との連通状態を制御するＥＧＲバルブ２２０を開弁させ、吸気通路２２１に設けられた吸気絞り弁２２３を閉弁させる。この状態で、ＥＣＵ１００は、ＭＡＴコントローラ２１８を制御してコンプレッサ２１７ｂを作動させ、排気管２２１におけるタービン２１７ｃ付近に滞留する、未燃状態のＨＣを含む残留ガスを、ＥＧＲパイプ２１９を介して吸気通路２２１に還流させる。係るガスの還流を為し得た後、ＥＣＵ１００は、燃料噴射及び混合気への点火を実行し、エンジン２００を始動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＭＡＴ（Motor Assist Turbo）等の過給器を備えた内燃機関を始動させるための内燃機関の始動装置の技術分野に関する。

この種の内燃機関において、触媒装置上流に二次エアを供給するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたエンジンの排気ガス還流装置（以下、「従来の技術」と称する）によれば、係る二次エアによって触媒の酸化反応を促進させることにより排気中の未燃カーボンを燃焼せしめ、カーボンの除去されたＥＧＲガスを触媒下流から取り出し吸気系に導くことによって、ノッキング抑制の効果と併せて信頼性の向上を図ることが可能であるとされている。

特開平６―２２１２２９号公報

燃料は、内燃機関の動作期間中において潤滑油中に多少なり取り込まれる。この未燃状態の燃料を取り込んだ潤滑油は、過給器にも循環供給される。一方、内燃機関が停止した場合、ソーク熱によって、潤滑油中に取り込まれた燃料は気化し、ＨＣ（Hydro Carbon：炭化水素）が発生する。この際、過給器のタービンハウジングや軸受け室において発生したＨＣは、例えばタービン側のリングシール等を介して比較的容易に排気管に漏出する。この排気管に漏出したＨＣは、内燃機関が始動する際に燃焼に供されることなく排出され、エミッションの悪化を招き易い。ところが、従来の技術では、このような始動時におけるＨＣの排出については全く考慮されておらず、内燃機関の通常の動作期間において吸気系に対しカーボンが還流することは防止し得たとしても、始動時のＨＣ排出によるエミッションの悪化は避け難い。即ち、従来の技術には、過給器を備える内燃機関において、始動時にエミッションの悪化を招き易いという技術的な問題点がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、始動時のエミッションの悪化を抑制し得る内燃機関の始動装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の始動装置は、排気系及び吸気系に夫々タービン及びコンプレッサを有する過給器を備えた内燃機関を始動させるための内燃機関の始動装置であって、前記排気系と前記吸気系とを連通する連通手段と、前記内燃機関を始動させるべき旨の入力に応じて、前記排気系に存在するガスが前記連通手段を介して前記吸気系に還流するように少なくとも前記内燃機関を制御する第１の制御手段と、前記ガスを還流させるべく少なくとも前記内燃機関が制御された後に前記内燃機関が始動するように前記内燃機関を制御する第２の制御手段とを具備することを特徴とする。

本発明における「内燃機関」とは、例えば複数の気筒を有し、当該複数の気筒の各々における燃焼室において、例えばガソリン、軽油或いはアルコール等の各種燃料が燃焼した際に発生する爆発力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等を適宜介して動力として取り出すことが可能に構成され、且つ過給器を備えた機関を包括する概念であり、例えば自動車用の２サイクル或いは４サイクルレシプロエンジン等を指す。

本発明に係る「過給器」とは、少なくとも排気系にタービンを、また吸気系にコンプレッサを備えた構成を有し、例えばタービンの回転力を、例えばタービンと回転同軸に構成されるコンプレッサの回転力に変換し、当該コンプレッサの回転力によって大気圧以上の吸気圧を得ることが可能な物理的、機械的、機構的或いは電気的な手段を包括する概念であり、所謂ターボチャージャやスーパーチャージャ等を好適に含む趣旨である。また、ターボチャージャの好適な一態様としては、例えばモータ等の電動機を備え、タービン、コンプレッサ或いはそれらを同軸で連結する回転軸等に対し回転駆動用のトルクを供給することが可能に構成されていてもよい。この場合、過給器は、所謂ＭＡＴ（Motor Assist Turbo）と称される構成を有してもよい。

このような本発明に係る内燃機関を始動させるための、本発明に係る内燃機関の始動装置には、例えば、吸排気バルブのオーバラップ期間において気筒内から吸気バルブを介して吸気系にガスが還流する、所謂内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気ガス再循環）とは異なる概念としてのＥＧＲ、即ち言わば外部ＥＧＲを可能とするＥＧＲパイプ、或いは、排気ガスの再利用によって燃焼温度を低下せしめ、もってＮＯｘの排出抑制を図る旨を趣旨の一部とするこのようなＥＧＲとは無関係に設置されるパイプ等、好適には管状部材等として構成され得る、排気系と吸気系とを連通する概念としての連通手段が備わる。

ここで、本発明に係る内燃機関の始動装置によれば、その動作時には、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る第１の制御手段によって、例えば、ドライバによってなされるイグニッションスイッチの投入又はそれに準じる物理的、機械的又は電気的な信号の供給等を好適に含む概念としての、内燃機関を始動させるべき旨の入力に応じて、排気系に存在するガス（以下、適宜「残留ガス」と称する）が上述した連通手段を介して吸気系に還流するように内燃機関が制御される。

ここで特に、「排気系に存在するガス」とは、前回内燃機関が停止した時点で排気管に残留した燃焼済みの若しくは未燃状態の混合気、又は排気管の内壁体に吸着したデポジット等からの放出ガス等、排気系に存在し得るガスを包括する概念であるが、本発明に係る内燃機関が過給器を備えることに鑑みれば、過給器のタービンハウジングや回転軸の軸受け部室から流入するＨＣを好適に含む趣旨である。

内燃機関の潤滑油は、内燃機関が例えば直噴型の噴射装置を備える場合には気筒内壁部への噴射等によって、また、気筒内に直接燃料が噴射されるか、吸気ポートに燃料が噴射されるかによらず、吸入、圧縮、爆発及び排気の各プロセス中に、その量の多寡はさておき未燃状態の燃料を取り込んで希釈される。このように幾らかなり希釈された潤滑油は、無論、潤滑油の供給対象として過給器にも供給されるが、内燃機関の停止時には、例えばソーク熱等によって係る希釈された潤滑油が熱せられ、取り込まれたＨＣが気化することがある。このように気化したＨＣは、上述したようにタービンハウジングや回転軸の軸受け室から、完全密閉されているとは言い難いオイルシール部分を通過して排気系に漏出する。従って、このように過給器を備えた内燃機関では、その停止時に、排気系に、好適には排気管のタービン付近に、多少なり未燃状態のＨＣが滞留し易いのである。

この排気系に滞留する未燃状態のＨＣは、次回の内燃機関の始動時において、燃焼に供されることなく排出される可能性が高い。無論、前回の停止時より相対的にみて短い時間経過の後に内燃機関が再始動する場合、場合によっては三元触媒等の各種触媒装置が未だ活性状態を保っている場合（所謂、ホットスタートと称される始動形態）もあり、このような未燃状態のＨＣを浄化せしめ得る場合もあるが例外的であり、総体的にみれば、始動時に未燃状態のＨＣは多少なり車両外に排出され易い。即ち、始動時にこのような未燃状態のＨＣによってエミッションが悪化し得る問題は、過給器を備えた内燃機関に特有の且つ顕著なものである。

一方、第１の制御手段によって、このような未燃状態のＨＣを含む趣旨としての残留ガスは、連通手段を介して吸気系に還流される。より具体的には、第１の制御手段は、残留ガスが連通手段を介して吸気系に還流するように、少なくとも内燃機関を、即ち、例えば、タービン、コンプレッサ及び回転軸を含む過給器や、内燃機関をクランキングするためのスタータモータ、或いは更にＶＶＴ（Variable Valve Timing）やそれに類する各種の可変動弁機構又は装置等を、物理的に、機械的に又は電気的に制御する。

尚、第１制御手段に係る制御の態様は、連通手段を介して残留ガスを幾らかなり、好適には実践上エミッションの悪化を有意に抑制し得る程度に、還流せしめ得る限りにおいて何ら限定されない。例えば、第１の制御手段は、スタータモータ等の制御を介してクランキングを行い、吸排気バルブの物理的な開閉動作と、気筒内のピストンの物理的な往復運動とによって生じる、吸気系から気筒内部へ向かう、自然吸気の態様下にある外気の流れを利用し、連通手段を介して残留ガスを還流させてもよい。或いは、第１の制御手段は、吸気系に設置されたコンプレッサを物理的に、機械的に、又は電気的に駆動して、自然吸気の態様下と比較して大きな吸引力を生じさせ、連通手段を介して残留ガスを還流させてもよい。

他方、本発明に係る内燃機関の始動装置には、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る第２の制御手段が備わり、第１の制御手段によって残留ガスを吸気系に還流させるべく少なくとも内燃機関の制御がなされた後に、例えば、燃料の噴射制御及び点火装置による混合気への点火制御等各種の始動制御を実行することによって、内燃機関を始動させる。

このような第１及び第２の制御手段に係る上述した制御の結果、内燃機関の始動時には、何らこの種の制御がなされない場合と比較して幾らかなりとも、排気系、顕著には排気管におけるタービン近傍の残留ガスに含まれる未燃状態のＨＣが低減された状態で内燃機関が始動されることとなる。この吸気系に戻されたＨＣを含む残留ガスは、吸気系を介して気筒内部に吸入され、始動時の燃焼プロセスによって燃焼に供される。

従って、本発明に係る内燃機関の始動装置によれば、内燃機関の始動時において過給器を介して排気系に未燃状態で導かれるＨＣが、幾らかなり、好適にはその大部分が、理想的には全てが始動時の燃焼に供される。従って、始動時に既に排気系に存在するＨＣが何ら燃焼に供されることなく車両外に排出されることによって生じる、エミッションの悪化が抑制されるのである。

本発明に係る内燃機関の始動装置の一の態様では、前記連通手段は、前記排気系に設置される触媒装置の上流側から前記ガスを取り出し、該取り出したガスを前記コンプレッサの上流側へ還流させることが可能な管状部材を含む。

この態様によれば、連通手段は、例えば金属製の、或いは樹脂製の管状部材であり、触媒装置上流側（即ち、排気系路上気筒に近い側）からコンプレッサ上流側（吸気系路上気筒から遠ざかる側）へと、残留ガスを還流させる物理的な構造を有する。このように、触媒上流からコンプレッサ上流へ残留ガス還流用の流路が構築される場合、当該流路は相対的に短くなり得、タービン近傍に滞留する残留ガスを効率的に且つ効果的に吸気系へと還流させることが可能となる。従って、内燃機関を始動させるに際し要する時間は、相対的に見て短縮化され、エミッションの悪化を抑制しつつ良好な始動特性を得ることが可能となる。

本発明に係る内燃機関の始動装置の他の態様では、前記過給器は、前記コンプレッサを電気的に駆動可能な駆動手段を備え、前記第１の制御手段は、前記入力に応じて前記コンプレッサが作動するように前記駆動手段を制御する。

この態様によれば、過給器は所謂ＭＡＴと称される形態を採り、好適にはモータ等の直流又は交流電動機等の形態を採り得る駆動手段によってコンプレッサが電気的に駆動される。また、このように電動機によって発生されるトルク等の出力によってコンプレッサを駆動する場合、駆動手段の好適な一形態としては、係る電動機の出力状態を、例えば電動機の回転速度、或いは制御電流、制御電圧又は制御電力等のデューティ比をコントロールする、例えばＭＡＴコントローラ等の駆動制御系が備わり、例えば、車載用バッテリ等の１次電源、当該車載用バッテリの出力電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇圧手段、係る昇圧手段を介して昇圧せしめられた電圧を供給するための２次電源等の電源を含み、電動機にその動力たる電力を供給可能な物理的、機械的、機構的或いは電気的な手段を包括する概念としての電力供給系を介して、当該電動機等に対し電気エネルギを供給してもよい。

ここで、「コンプレッサが作動する」とは、コンプレッサが回転することを、より好適な一態様としては連通手段を介して残留ガスを吸気系に導き得る程度の回転状態を呈することを意味するが、駆動手段の制御対象は、必ずしもコンプレッサでなくともよい趣旨である。即ち、例えばモータ等を含み得る駆動手段におけるトルク等の出力により、最終的にコンプレッサの上述した作動が導かれ得る限りにおいて、これら駆動手段の直接の制御対象は、例えばタービンであってもよいし、回転軸であってもよい趣旨である。

このように過給器が駆動手段を備える場合、第１の制御手段は、内燃機関の少なくとも一部としてこの駆動手段を制御することによって、コンプレッサを作動させ、好適な一形態としてはコンプレッサ上流側に一端部が接続される連通手段を介して、好適な一形態として触媒装置の上流側から、効果的に残留ガスを吸引することが可能となる。

更には、このようにコンプレッサを作動させる際の作動条件は、駆動手段の制御態様如何によりいかようにも変更可能であり、例えばモータ等の回転速度を上昇させる、制御電流、制御電圧又は制御電力のデューティ比を高める等の処理によってコンプレッサの吸引能力を高めることも、またその逆に吸引能力を抑えることも可能となる。

従って、例えば内燃機関が前回停止してからの経過時間等、残留ガス中における未燃状態のＨＣの含有状態に対応付けられた指標に応じて、その都度適宜最適な制御態様を選択することも可能となる。

この態様によれば、このような駆動手段を有さない過給器、例えば排気エネルギを利用してタービンを回転せしめる通常のターボチャージャ等と較べれば、始動以前、即ち実践的にみてタービンを含むタービン周辺のフリクションロスに打ち勝ってタービンを回転駆動せしめる程度の排気エネルギが生じ難い状況においても、確実にコンプレッサを作動させることができる点において少なくとも有利である。

尚、この態様では、前記第２の制御手段は、前記コンプレッサが作動してから所定の時間が経過した後に前記内燃機関を始動させてもよい。

第２の制御手段による始動制御の開始タイミングは、少なくとも第１の制御手段によって残留ガスの還流が図られた時点以降であるが、好適には無論実践上幾らかなり有益となり得る程度に未燃状態のＨＣが吸気系に還流せしめられてからの方がよい。一方、駆動手段によってコンプレッサを作動させることができる場合、コンプレッサの作動時間は即ち、未燃状態のＨＣの還流状態、即ち、言い換えれば排気系にどの程度未燃状態のＨＣが残存しているかを規定する指標となり得る。従って、この態様によれば、駆動手段に対し電力資源を可及的に効率よく投入しつつ、エミッションの悪化を抑制することが可能となる。

この際、コンプレッサの作動時間に係る「所定の時間」とは、予め実験的に、経験的に、理論的に或いはシミュレーション等に基づいて、実践上の不具合（例えば、第２の制御手段による始動制御が開始されたにもかかわらず未だ少なからず未燃状態のＨＣが残留ガス中に含まれているといった不具合）を顕在化させない程度に長く、且つ電力資源の無駄な供給を可及的に抑制し得るように短く設定し得るように定められた固定値、或いは前回内燃機関が停止してからの経過時間等に応じた可変な値であってもよい。或いは、係る所定の時間とは、駆動手段の物理的又は電気的な状態に対応付けられていてもよく、例えばモータ等の積算回転数が所定値に到達した時間等であってもよい。

本発明に係る内燃機関の始動装置の他の態様では、前記連通手段に設置され、開閉状態に応じて前記還流するガスに係る還流量を制限可能な第１のバルブを更に具備し、前記第１の制御手段は更に、前記入力に応じて前記ガスが還流するように前記第１のバルブの開閉状態を制御する。

この態様によれば、連通手段に、例えば電磁弁やバタフライ弁等の、二値的な、段階的な又は連続的な各種開閉状態を採り得る、且つ当該開閉状態に応じて、残留ガスの還流量を制限可能な第１のバルブが設置され、第１の制御手段によって（即ちこの場合、第１の制御手段は、内燃機関に加え、内燃機関の始動制御装置も制御可能である）、上述した始動を促す入力に応じて、残留ガスが還流するようにその開閉状態が制御される。

この際、開閉状態の制御態様は、残留ガスを還流せしめ得る限りにおいて如何様にも限定されない趣旨であるが、残留ガスを迅速に還流せしめる観点から言えば、相対的にみて連通面積が大きい方がよく、好適な一形態として、第１のバルブは全開に制御されてもよい。尚、連通手段が、所謂外部ＥＧＲを行うためのＥＧＲパイプ又はそれに類する管状部材である場合、当該第１のバルブとは即ち好適にはＥＧＲ量を制御するＥＧＲバルブであってもよい。

本発明に係る内燃機関の始動装置の他の態様では、前記吸気系に設けられ、開閉状態に応じて外気の吸入を制限可能な第２のバルブを更に具備し、前記第１の制御手段は更に、前記入力に応じて前記吸入が制限されるように前記第２のバルブの開閉状態を制御する。

この態様によれば、吸気系に、例えば電磁弁やバタフライ弁等の、二値的な、段階的な又は連続的な各種開閉状態を採り得る、且つ当該開閉状態に応じて外気（新気）の吸入を制限可能な、例えば吸気絞り弁等の第２のバルブが設置され、第１の制御手段によって、上述した内燃機関の始動を促す旨の入力に応じて、当該外気の吸入が制限されるようにその開閉状態が制御される。

この際、開閉状態の制御態様は、外気の吸入が幾らかなり制限される限りにおいて如何様にも限定されない趣旨である。但し、外気の吸入が停止された場合（即ち、第２のバルブよりも下流側（気筒側）において吸気系が外界と遮断された場合）には、例えばＭＡＴ等における上述したコンプレッサの制御がなされる場合であっても、また単にスタータモータによるクランキング制御がなされる場合であっても、連通手段を介して排気系から残留ガスを吸引する以外に、吸気系に気体を供給する術がないことに鑑みれば、より効果的に残留ガスを還流せしめ得る態様として、外気の吸入は完全に或いは極端に制限された方がよい。

いずれにしても外気の吸入が制限されるように第２のバルブの開閉状態が制御される場合には、連通手段を介した残留ガスの還流が促進され、始動を促す旨の入力がなされて以降比較的短い時間で未燃状態のＨＣを排気管から除去することが可能となり有益である。

本発明に係る内燃機関の始動装置の他の態様では、前記排気系に設けられ、開閉状態に応じて下流側への前記ガスの排出を制限可能な第３のバルブを更に具備し、前記第１の制御手段は更に、前記入力に応じて前記ガスの排出が制限されるように前記第３のバルブの開閉状態を制御する。

この態様によれば、排気系に、電磁弁やバタフライ弁等の、二値的な、段階的な又は連続的な各種開閉状態を採り得る、且つ当該開閉状態に応じて下流側への残留ガスの排出を制限可能な、例えば排気絞り弁等の第３のバルブが設置され、第１の制御手段によって、上述した内燃機関の始動を促す旨の入力に応じて、当該残留ガスの排出が制限されるようにその開閉状態が制御される。

この際、開閉状態の制御態様は、残留ガスの排出が幾らかなり制限される限りにおいて如何様にも限定されない趣旨である。但し、残留ガスの排出が停止された場合（即ち、第３のバルブよりも上流側（気筒側）において排気系が外界から遮断された場合）には、例えばＭＡＴ等における上述したコンプレッサの制御がなされる場合であっても、また単にスタータモータによるクランキング制御がなされる場合であっても、連通手段を介して吸気系へ還流する以外に残留ガスの流入先がないことに鑑みれば、より効果的に残留ガスを還流せしめ得る態様としては、残留ガスの排出は完全に或いは極端に制限されたほうがよい。

いずれにしても残留ガスの排出が制限されるように第３のバルブの開閉状態が制御される場合には、連通手段を介した残留ガスの還流が促進され、始動を促す旨の入力がなされて以降比較的短い時間で未燃状態のＨＣを排気管から除去することが可能となり有益である。

尚、過給器が駆動手段を有さない排気駆動型のターボチャージャである場合、始動以前の段階では、タービンもコンプレッサも少なくとも実践上有意な利益を提供し得る程度には作動し難い。この場合、第１の制御手段は、その好適な制御態様の一つとして、スタータモータを介したクランキングを行って、吸排気バルブの開閉と、気筒内のピストンの往復運動とによって自然吸気を行い得るが、吸気バルブ、吸気ポート、吸気マニホールド或いは吸気管又は吸気通路及び連通手段を適宜介して排気系から残留ガスを還流させる吸引力は、例えばコンプレッサを物理的に、機械的に又は電気的に駆動し得る場合等と較べて小さいから、実践的にみて残留ガスの還流量が、又は還流速度が、或いは還流効率が低下し易い。そのような場合に、第３のバルブは特に効果的であって、このような自然吸気を行う際に、連通手段を還流することなく外界に排出される残留ガスを制限、理想的にはゼロとすることによって、より小さい吸引力によって効果的に残留ガスを還流させることが可能となる。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。

＜実施形態＞
以下、適宜図面を参照して、本発明の好適な各種実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照し、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。

図１において、エンジンシステム１０は、ＥＣＵ１００及びエンジン２００を備える。

ＥＣＵ１００は、図示せぬＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジンシステム１０の動作全体を制御すると共に、本発明に係る「第１の制御手段」及び「第２の制御手段」の一例として機能するように構成されている。尚、ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納される制御プログラムに従って、後述する始動制御処理を実行することが可能に構成されている。

エンジン２００は、不図示の車両の動力源たるガソリンエンジンであり、本発明に係る「内燃機関」の一例である。

エンジン２００は、シリンダブロック（符号省略）内にシリンダ（即ち、本発明に係る「気筒」の一例）２０１が４本直列に配置されてなる直列４気筒ガソリンエンジンである。エンジン２００は、各シリンダ内部において空気と燃料との混合気が燃焼するに際して生じる不図示のピストンの往復運動を、不図示のコネクティングロッドを介してクランクシャフト２１５の回転運動に変換することが可能に構成されている。尚、図１においては、紙面の煩雑化を防ぐ目的から、一の気筒についてのみ符号が付与されているが、他の気筒も同様の構成を採る。以下に、エンジン２００の構成を、一部動作を交えつつ説明する。

シリンダ２０１内の燃焼室には、吸気管２０２を介して供給される空気と、吸気管２０２に連通する不図示の吸気ポートにおいてインジェクタ２０３（破線にて表示）から噴射供給される燃料とが混合されてなる混合気が、二個の吸気バルブ２０４を介して吸入される。この際、係る混合気は、吸気バルブ２０４の開弁時に燃焼室内へ供給される構成となっている。

吸気バルブ２０４の開弁特性は、各吸気バルブに対応する吸気カム２０５の形状（カムプロフィール）に応じて決定される。吸気カム２０５は、夫々吸気カムシャフト２０６に固定され、吸気カムシャフト２０６の回転に伴って回転駆動される構成となっている。

シリンダ２０１内部に導かれた混合気は、点火装置２０７による点火動作によって点火せしめられ、シリンダ２０１内で爆発工程が行われる。爆発工程が行われると、燃焼済みの混合気（一部未燃状態の混合気を含む）は、爆発工程に続く排気工程において、二個の排気バルブ２０８の開弁時に図示せぬ排気ポートに排出される。

排気バルブ２０８の開弁特性は、各排気バルブに対応する排気カム２０９の形状（カムプロフィール）に応じて決定される。排気カム２０９は、夫々排気カムシャフト２１０に固定され、排気カムシャフト２１０の回転に伴って回転駆動される構成となっている。排気バルブ２０８を介して排気ポートに排出された排気は、排気管２１１に導かれる。排気管２１１に導かれた排気は、排気管に設けられた三元触媒２１２によってＨＣ、ＣＯ_２及びＮＯｘが夫々浄化された状態で、更に排気管２１１の下流へと導かれる構成となっている。

一方、前述したクランクシャフト２１５は、一端部において不図示のクランク側スプロケットに接続されており、他方、前述した吸気カムシャフト２０６及び排気カムシャフト２１０は、カムスプロケット２１３に接続されている。このクランク側スプロケットとカムスプロケット２１３とは、これらに巻回された不図示のタイミングベルトによって相互に連動するように構成されており、結局エンジン２００においては、クランクシャフト２１５の回転に伴って両カムシャフトも回転する。従って吸気カム２０５及び排気カム２０９は、夫々クランクシャフト２１５の回転位相によって規定される一のバルブタイミングで夫々開閉する構成となっている。

クランクシャフト２１５は、スタータモータ２１４と連結されている。スタータモータ２１４は、クランクシャフト２１５を機械的に駆動することが可能に構成されたモータであり、不図示のバッテリと電気的に接続された駆動部２１６を介して供給される電力により駆動される構成となっている。ここで、スタータモータ２１４によってクランクシャフト２１５が機械的に駆動された状態とは、即ち、クランキング状態である。尚、駆動部２１６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その動作状態はＥＣＵ１００により制御される構成となっている。即ち、エンジン２００におけるクランキング動作は、ＥＣＵ１００によって制御される構成となっている。

一方、排気管２１１に導かれた排気は、タービン２１７ａに供給され、タービン２１７ａを回転させる駆動力となる。このタービン２１７ａは、不図示の回転軸を介して吸気通路２２１上に設けられたコンプレッサ２１７ｂに連結されており、相互に一体に回転することが可能に構成されている。即ち、タービン２１７ａとコンプレッサ２１７ｂとによって、本発明に係る「過給器」の一例が構成される。ここで特に、本実施形態において、このタービン２１７ａとコンプレッサ２１７ｂとを連結する同軸の回転軸には、本発明に係る「駆動手段」の一例たるアシストモータ２１７ｃが付設されている。当該回転軸は、アシストモータ２１７ｃから回転アシスト用のトルク（以下、適宜「アシストトルク」と称する）が供給された際に係るアシストトルクにより回転駆動される構成となっている。即ち、本実施形態では、タービン２１７ａ、コンプレッサ２１７ｂ及びアシストモータ２１７ｃによって、電気駆動型の過給器、即ち所謂ＭＡＴが構成され、本発明に係る「過給器」の一例を構成している。尚、これ以降の説明において、これらタービン、コンプレッサ及び回転軸並びにモータの総称する場合には、適宜「ＭＡＴ２１７」なる言葉を使用することとする。

このアシストモータ２１７ｃは、ＭＡＴコントローラ２１８によって、その動作状態が制御される構成となっている。即ち、ＭＡＴコントローラ２１８もまた、本発明に係る「駆動手段」の一例である。ＭＡＴコントローラ２１８は、インバータ及び当該インバータを制御するためのプロセッサ等を含む電子制御ユニットである。ＭＡＴコントローラ２１８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、ＥＣＵ１００によってその動作が上位に制御される構成となっている。尚、ＭＡＴコントローラ２１８は、コンプレッサ２１７ｂの近傍に設置された不図示の回転センサの出力を参照し、タービン２１７ａの回転数（好適には時間に対応付けられた回転数であり、即ち回転速度である）を所望の値に制御することが可能に構成されている。

排気管２１１における三元触媒２１２の上流側には、ＥＧＲパイプ２１９の一端が接続され、他端が吸気通路２２１におけるコンプレッサ２１７ｂの上流側に接続されている。ＥＧＲパイプ２１９は、金属製の管状部材であり、本発明に係る「連通手段」の一例である。このＥＧＲパイプ２１９には、ＥＧＲバルブ２２０が設置される。ＥＧＲバルブ２２０は、全開及び全閉の二値的な開閉状態を採り得る電磁開閉弁であり、ＥＣＵ１００と電気的に接続されることによって、その開閉状態がＥＣＵ１００により制御される構成となっている。ＥＧＲバルブ２２０は、本発明に係る「第１のバルブ」の一例である。

外界と吸気管２０２とを相互に連結する吸気通路２２１には、エアクリーナ２２２が設置されており、吸入された空気が浄化される構成となっている。コンプレッサ２１７ｂは、この吸気通路２２１においてエアクリーナ２２２よりも下流側に設置されている。また、このエアクリーナ２２２とＥＧＲパイプ２１９の戻し位置（即ち、前述した他端部）との間には、吸気絞り弁２２３が設置されている。吸気絞り弁２２３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、ＥＣＵ１００によってその動作が上位に制御される構成と有する、本発明に係る「第２のバルブ」の一例である。

吸気通路２２１における、コンプレッサ２１７ｂよりも下流側には、インタークーラ２２４が設置されている。インタークーラ２２４は、吸入空気を冷却して空気の過給効率を上昇させることが可能に構成されている。この吸気通路２２１から連なる上述した吸気管２０２には、スロットルバルブ２２５が設置されている。スロットルバルブ２２５は、電子制御式のバルブであり、その開閉動作が不図示のスロットルバルブモータによって制御されるように構成されている。スロットルバルブモータは、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その駆動力がＥＣＵ１００によって制御されている。ＥＣＵ１００は、アクセル開度や車速或いは内燃機関の機関回転数等に応じてスロットルバルブモータを駆動制御し、スロットルバルブ２２５の開閉状態を制御することが可能に構成されている。尚、スロットルバルブ２２５は、アクセルペダルと機械的に連結されていないため、ＥＣＵ１００は、運転者のアクセルペダル操作とは無関係にスロットルバルブ２２５の開閉状態を制御することが可能に構成される。また、スロットルバルブ２２５の開度（即ち、スロットル開度）は、不図示のスロットル開度センサによって検出され、スロットル開度センサと電気的に接続されたＥＣＵ１００によって常に或いは一定又は不定のタイミングで把握される構成となっている。

＜実施形態の動作＞
＜始動制御処理の概要＞
エンジン２００の潤滑油たるエンジンオイルは、エンジン２００の動作過程（例えば、吸気、圧縮、爆発及び排気の各工程）において、例えばシリンダ内壁へ燃料が付着し、且つピストンの往復運動に伴って当該付着燃料がエンジンオイル中に多少なり取り込まれる。この際、エンジンオイル中に取り込まれた未燃状態の燃料は、エンジンオイルの供給過程において、例えば過給器としてのＭＡＴ２１７にも供給され、例えば、タービン２１７ａを収容するタービンハウジングや、回転軸の軸受け室等にも供給される。

ところが、このような状態でエンジン２００が停止した場合、エンジンオイルはソーク熱等によって暖められ、未燃状態の燃料に含まれるＨＣが気化し易い。このＨＣは、ＭＡＴ２１７に設けられる物理的なシーリングを比較的容易に通過して、排気管２１１に漏出する。一旦排気管２１１に漏出した未燃状態のＨＣは、エンジン２００の再始動時においても燃焼に供されず、三元触媒２１２の触媒温度が活性温度未満に低下していれば、エミッションの悪化を誘発する。そこで、エンジン２００では、ＥＣＵ１００が始動制御処理を実行することによって、過給器を備えた内燃機関に特有の問題である、始動時のエミッションの悪化が抑制されている。

＜始動制御処理の詳細＞
ここで、図２を参照して、始動制御処理の詳細について説明する。ここに、図２は、始動制御処理のフローチャートである。

図２において、ＥＣＵ１００は始めに、始動入力（即ち、本発明に係る「始動を促す旨の入力」の一例）の有無を判別する（ステップＳ１０１）。ここで、始動入力とは、好適には、ドライバによるイグニッションスイッチの投入操作（例えば、イグニッションキーの操作等）に応じて生じる電気信号等を指す。

始動入力が無い場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０１に係る処理を繰り返し実行して、実質的に処理を待機状態に制御すると共に、始動入力が有る場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ＥＣＲバルブ２２０を開弁させ、且つ吸気絞り弁２２３を閉弁させる（ステップＳ１０２）。続いて、ＥＣＵ１００は、ＭＡＴコントローラ２１８の制御を介してアシストモータ２１７ｃを作動させる（ステップＳ１０３）。このアシストモータ２１７ｃの作動に伴い、ＭＡＴ２１７の回転軸が回転駆動され、当該回転軸に連結されたコンプレッサ２１７ｂが回転を開始する。

ここで、ステップＳ１０３に係る処理が実行された段階におけるエンジン２００におけるガスの流れについて、再び図１を参照して説明すると、以下のようになる。

即ち、先ず吸気絞り弁２２３が閉弁されることに伴って、吸気通路２２１を介した外気の導入は一時的に遮断される。一方、このように外気の導入は遮断されていても、コンプレッサ２１７ｂが作動しているため、吸気絞り弁２２３よりも下流側に位置する吸気通路２２１においては、吸気管２０２へ向かう吸気の流れが形成される。

一方で、ＥＧＲバルブ２２０が開弁されているため、ＥＧＲパイプ２１９を介して排気管２１１とコンプレッサ２１７ｂ上流側の吸気通路２２１とは相互に連通状態にある。従って、コンプレッサ２１７ｂの作動に伴って、ＥＧＲパイプ２１９内部のガスは吸気通路２２１へ向かって移動を開始する。

このため、必然的に排気管２１１におけるタービン２１７ａ付近のガス（即ち、本発明に係る「排気系に存在するガス」の一例）もＥＧＲパイプ２１９を介して吸気通路２２１へ還流される。この際、排気管２１１は、三元触媒２１２の下流側との連通は遮断されておらず、排気管２１１に残留するガスの流れ先は一義に規定されないが、排気エネルギによるタービン２１７ａの回転力によってコンプレッサ２１７ｂを作動させる場合と異なり、コンプレッサ２１７ｂは、アシストモータ２１７ｃのアシストトルクによって、実践上十分な吸引力を発揮し得る程度に回転しており（或いは、そのように実践上十分な吸引力を発揮が実現され得る程度のアシストトルクが付与されるように、ＥＣＵ１００がＭＡＴコントローラ２１８を制御しており）、排気管２１１における三元触媒２１２上流側に残留するガスは、実質的には殆どがＥＧＲパイプ２１９を介して吸気通路２２１へ還流せしめられる。即ち、図２におけるステップＳ１０３に係る処理が実行されると、残留ガスに含まれる未燃状態のＨＣは、徐々に且つ確実に吸気通路２２１へ還流することになる。

図２に戻り、ステップＳ１０３に係る処理が実行されると、ＥＣＵ１００は、所定時間が経過したか否かを判別する（ステップＳ１０４）。ここで、所定時間とは、アシストモータ２１７ｃの作動により、排気管２１１に残留していた未燃状態のＨＣが、実践上エミッションの悪化を顕在化させない程度に吸気通路２２１に還流したと判断し得る時間として設定され、予めＲＯＭに格納されている。或いは係る所定値は、前回エンジン２００が停止してからの時間（例えば、ＥＣＵ１００が内蔵タイマ等によりカウントすることが可能である）に応じて、より具体的には、当該時間が長い程大きな値となるように、段階的に又は連続的に可変に設定されてもよい。その場合、当該所定値は、ＲＯＭにマップ等として格納されていてもよい。

ＥＣＵ１００は、所定時間が経過しないうちは（ステップＳ１０４：ＮＯ）、ステップＳ１０４に係る処理を繰り返すと共に、所定時間が経過すると（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、スタータモータ２１４を制御して、クランキングを開始する（ステップＳ１０５）。クランキングを開始すると、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２０３を介した燃料の噴射を開始し、同時に点火装置２０７を介して混合気への点火を開始する（ステップＳ１０６）。即ち、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の始動プロセスを開始する。

エンジン２００を始動させると、ＥＣＵ１００は、混合気が着火したか否か、即ち、正常な燃焼プロセスが開始されたか否かを判別する（ステップＳ１０７）。尚、係る着火の判定は、例えば図１においては不図示の酸素センサ等の出力として得られる、排気管２１１中の酸素濃度の変化として特定することが可能である。

燃焼プロセスが開始されない場合（ステップＳ１０７）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０７に係る処理を繰り返し実行して実質的に処理を待機状態に制御すると共に、燃焼プロセスが開始された場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、ＥＣＲバルブ２２０を閉弁し、且つ吸気絞り弁２２３を開弁する（ステップＳ１０８）。続いてＥＣＵ１００は、ＭＡＴコントローラ２１８を介してアシストモータ２１７ｃへの通電を停止し、アシストモータ２１７ｃを停止させる（ステップＳ１０９）。更に、ＥＣＵ１００は、スタータモータ２１４も停止させる（ステップＳ１１０）。スタータモータ２１４を停止させると、ＥＣＵ１００は、始動制御処理を終了する。

以上、説明したように、本実施形態に係る始動制御処理によれば、エンジン２００の始動時に、排気管２１１に残留するガス中における未燃状態のＨＣが吸気通路２２１に還流せしめられ、始動時の燃焼に供される。従って、当該未燃状態のＨＣが、不活性状態の三元触媒２１２を通過して、浄化されないまま車両外に放出される事態が防止される。即ち、始動時のエミッションの悪化が抑制されるのである。
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、エンジン２００に、本発明に係る過給器の一例としてＭＡＴ２１７が備わっていたが、未燃状態のＨＣが始動時にエミッションの悪化を招く問題は、通常の排気駆動型のターボチャージャであっても生じ得る問題である。そこで、このような場合にも対処し得る本発明の第２実施形態について、図３及び図４を参照して説明する。ここに、図３は、本発明の第２実施形態に係るエンジンシステム１１の構成を概念的に表してなる概略構成図である。尚、同図において、図１と重複する箇所については同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。

図３において、エンジンシステム１１は、エンジン２００の代わりにエンジン５００を備える点においてエンジンシステム１０と相違している。また、エンジン５００は、ＭＡＴ２１７及びＭＡＴコントローラ２１８の代わりに、タービン３００ａ及びコンプレッサ３００ｂを備えた排気駆動型のターボチャージャを備える点において、第１実施形態に係るエンジン２００と顕著に異なっており、また、排気管２１１において三元触媒２１２の上流側に位置する部分に、排気絞り弁４００を新規に備える点においても、エンジン２００と異なっている。尚、排気絞り弁４００は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、ＥＣＵ１００によってその開閉状態が制御される電磁弁であり、開閉状態として、全開又は全閉の二値状態を採ることが可能に構成された、本発明に係る「第３のバルブ」の一例である。

ここで、タービン３００ａは、排気駆動型のタービンであり（無論、第１実施形態に係るタービン２１７ａも排気によって駆動されるが、アシストモータ２１７ｃを有さないため実質的には排気のみによって駆動されるという趣旨である）、エンジン２００が相応の燃焼状態にある、即ち、相応の排気を伴う動作条件にない場合には、実質的には、少なくとも有意な回転を生じない。従って、タービン３００ａと同軸の回転軸で連結されるコンプレッサ３００ｂも同様に有意な回転を生じない。即ち、本実施形態では、第１実施形態で述べたように、始動プロセス（燃料噴射及び点火）の実行以前において、コンプレッサによる吸引力によって排気管２１１から未燃状態のＨＣを含む残留ガスを吸気通路２２１に導くことが困難である。

そこで、本実施形態では、ＥＣＵ１００は、第１実施形態とは異なる始動制御処理を実行する。ここで、図４を参照し、第２実施形態に係る始動制御処理の詳細について説明する。ここに、図４は、第２実施形態に係る始動制御処理のフローチャートである。尚、同図において、図２と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。

図４において、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ２２０を開弁し、且つ吸気絞り弁２２３を閉弁させると（ステップＳ１０２）、更に排気絞り弁４００を閉弁する（ステップＳ２０１）。排気絞り弁４００を閉弁せしめると、ＥＣＵ１００は、スタータモータ２１４を作動させ、エンジン５００のクランキングを開始する（ステップＳ１０５）。

ここで、図３に戻って説明すると、エンジン５００のクランキングが開始された段階で、吸気バルブ２０４及び排気バルブ２０８は通常の開閉動作を開始する。即ち、概略的に言えば、吸気工程において吸気バルブ２０４は開弁し、排気工程において排気バルブ２０８は開弁する。また、ピストンは、クランクシャフト２１５がスタータモータ２１４によって物理的に駆動されるため、コネクティングロッドを介して上下に往復運動を行う。このようなピストンの往復運動の過程で、より具体的には、吸気工程においてピストンが下がり、吸気バルブ２０４が開弁する過程で、シリンダ２０１内には吸気管２０２を介して外気が吸入される。

ところが、この際、吸気絞り弁２２３は閉弁しており、外気の吸入は禁止された状態にある。従って、吸気工程においては必然的に、吸気通路２２１からＥＧＲパイプ２１９及びＥＧＲバルブ２２０を介する経路で、排気管２１１から残留ガスが吸引される。ここで特に、このような自然吸気の態様下で、吸気通路２２１及びＥＧＲパイプ２１９を介して排気管２１１内の残留ガスを吸引するには、吸引力不足による困難が伴い得る。

然るに、この時点で、ステップＳ２０１に係る処理において排気絞り弁４００は既に閉弁しており、排気管２１１中の残留ガスは、言わば逃げ場のない状態となっている。従って、吸引力自体は第１実施形態よりも弱いとしても、この排気絞り弁４００の効果によって、ＥＧＲパイプ２１９を介した残留ガスの還流が促進され、未燃状態のＨＣを含む残留ガスは、第１実施形態と同様に、吸気通路２２１に誘われ、吸気管２０２に導かれるのである。

図４に戻り、クランキングを開始すると、ＥＣＵ１００は、所定時間が経過したか否かを判別する（ステップＳ２０２）。ここで、ステップＳ２０２に係る処理は、第１実施形態に係るステップＳ１０４に係る処理と基本的には同様であるが、この場合、所定時間とは、自然吸気の態様下で排気管２１１から残留ガスを吸気通路２２１に十分に還流せしめ得るだけの時間として設定される。ＥＣＵ１００は、係る所定時間が経過しない間は（ステップＳ２０２：ＮＯ）、ステップＳ２０２に係る処理を繰り返し実行すると共に、所定時間が経過した場合には（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、始動プロセスを開始する（ステップＳ１０６）。

その後、燃焼プロセスが開始された場合には（ステップ１０７：ＹＥＳ）、ＥＧＲバルブ２２０か閉弁され、吸気絞り弁２２３が開弁され（ステップＳ１０８）、更に排気絞り弁４００が開弁制御される（ステップＳ２０３）。

このように、第２実施形態によれば、ＭＡＴとは異なる過給器、言い換えれば、エンジンの始動を伴うことなくコンプレッサを作動させることが困難な過給器を備えたエンジンであっても、エンジンの停止期間にタービン付近に滞留する未燃状態のＨＣを吸気通路２２１に還流させることができ、始動時に未燃状態のＨＣが車両外に排出されてしまう事態を防止することが可能となる。即ち、始動時におけるエミッションの悪化を抑制することが可能となるのである。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の始動装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。 図１のエンジンシステムにおいてＥＣＵが実行する始動制御処理のフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。 図３のエンジンシステムにおいてＥＣＵが実行する始動制御処理のフローチャートである。

符号の説明

１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０３…インジェクタ、２０７…点火装置、２１１…排気管、２１２…三元触媒、２１４…スタータモータ、２１５…クランクシャフト、２１７ａ…タービン、２１７ｂ…コンプレッサ、２１７ｃ…アシストモータ、２１８…ＭＡＴコントローラ、２１９…ＥＧＲパイプ、２２０…ＥＧＲバルブ、２２３…吸気絞り弁、３００ａ…タービン、３００ｂ…コンプレッサ、４００…排気絞り弁、５００…エンジン。

Claims (7)

1. 排気系及び吸気系に夫々タービン及びコンプレッサを有する過給器を備えた内燃機関を始動させるための内燃機関の始動装置であって、
   前記排気系と前記吸気系とを連通する連通手段と、
   前記内燃機関を始動させるべき旨の入力に応じて、前記排気系に存在するガスが前記連通手段を介して前記吸気系に還流するように少なくとも前記内燃機関を制御する第１の制御手段と、
   前記ガスを還流させるべく少なくとも前記内燃機関が制御された後に前記内燃機関が始動するように前記内燃機関を制御する第２の制御手段と
   を具備することを特徴とする内燃機関の始動装置。
2. 前記連通手段は、前記排気系に設置される触媒装置の上流側から前記ガスを取り出し、該取り出したガスを前記コンプレッサの上流側へ還流させることが可能な管状部材を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
3. 前記過給器は、前記コンプレッサを電気的に駆動可能な駆動手段を備え、
   前記第１の制御手段は、前記入力に応じて前記コンプレッサが作動するように前記駆動手段を制御する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の始動装置。
4. 前記第２の制御手段は、前記コンプレッサが作動してから所定の時間が経過した後に前記内燃機関を始動させる
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の始動装置。
5. 前記連通手段に設置され、開閉状態に応じて前記還流するガスに係る還流量を制限可能な第１のバルブを更に具備し、
   前記第１の制御手段は更に、前記入力に応じて前記ガスが還流するように前記第１のバルブの開閉状態を制御する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の始動装置。
6. 前記吸気系に設けられ、開閉状態に応じて外気の吸入を制限可能な第２のバルブを更に具備し、
   前記第１の制御手段は更に、前記入力に応じて前記吸入が制限されるように前記第２のバルブの開閉状態を制御する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の始動装置。
7. 前記排気系に設けられ、開閉状態に応じて下流側への前記ガスの排出を制限可能な第３のバルブを更に具備し、
   前記第１の制御手段は更に、前記入力に応じて前記ガスの排出が制限されるように前記第３のバルブの開閉状態を制御する
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の始動装置。

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