JP2009085072A

JP2009085072A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2009085072A
Application number: JP2007254748A
Authority: JP
Inventors: Yohei Hosokawa; 陽平細川; 卓 ▲角▼岡; Taku Kadooka; Tomohiro Shinagawa; 知広品川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2009-04-23

Abstract

【課題】低蒸発特性燃料使用時の始動性向上
【解決手段】燃焼室ＣＣ内に供給された燃料Ｆへの点火動作によって燃焼動作を行わせる内燃機関の制御装置（電子制御装置１）において、その燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪いほど機関始動時の当該燃焼室ＣＣ内への吸入空気量を増加させる機関始動制御手段を設ける。ここでは、その機関始動制御手段は、クランキング回転数の低下制御，スロットルバルブ２４の開弁制御又は吸気バルブ３１の開弁時間拡大制御若しくはリフト量増大制御の内の少なくとも１つの制御を行うことによって吸入空気量を増加させるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、低温始動性に劣る燃料についても使用可能な内燃機関の制御装置に関する。

近年、自動車業界においては、自動車を取り巻く環境の変化に対応させる為に様々な取り組みが行われている。例えば、内燃機関の分野では、異なる燃料性状の燃料を用いても運転を行うことのできる所謂多種燃料内燃機関についての取り組みが為されている。この種の多種燃料内燃機関が搭載された車輌は、一般にフレキシブル燃料車（ＦＦＶ：ＦｌｅｘｉｂｌｅＦｕｅｌＶｅｈｉｃｌｅ）と呼ばれており、その一例としては、ガソリン燃料，アルコール燃料又はこれらの混合燃料の何れを利用しても運転を可能にし、埋蔵量の限界が謳われ続けているガソリン燃料等の化石燃料の消費抑制などのような環境性能の向上を図らんとするものが知られている。例えば、下記の特許文献１には、ガソリン燃料とアルコール燃料からなるアルコール混合燃料を使用して運転させる多種燃料内燃機関について開示されている。

尚、下記の特許文献２には、冷却水の温度が低いほど、また、バッテリの充電状態が悪い（つまり、バッテリの残存蓄電量が少ない）ほど、機関始動時のクランキング目標回転数を低く設定して、機関始動が失敗した場合に再始動できるようバッテリの電力を確保しておく、という技術が開示されている。また、下記の特許文献３には、機関始動時に、燃料への点火が行われる圧縮上死点近傍でのクランクシャフトの回転数が高くなるようモータジェネレータを駆動制御し、燃焼によって発生するトルクを補助して始動性の向上を図る、という技術が開示されている。

特開平２−３０５３３５号公報特開２００３−３１４４１７号公報特開２００４−４４４９１号公報

ところで、一般に、ガソリン燃料に比べるとアルコール燃料の方が蒸発特性に劣る（つまり、蒸発潜熱が大きい）ので、アルコール燃料又はアルコール混合燃料等の低蒸発特性燃料を使用して機関始動させる場合には、アルコール濃度が高いほど燃料の燃焼動作に伴ってクランクシャフトに付与される回転トルクが低くなる。従って、特に外気温や機関温度（冷却水の温度、潤滑油の温度）が低い状態での低温始動時には、クランクシャフトを回転させた際の摩擦損失が常温時よりも大きく、機関始動させる上で必要とされる回転トルクが高くなるので、スタータモータを駆動して機関始動補助（即ち、クランキング動作）を行ったとしても十分な回転トルクをクランクシャフトに対して付与することができず、機関始動させることができなくなってしまう可能性があった。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、低蒸発特性燃料使用時の始動性を向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成する為、請求項１記載の発明では、燃焼室内に供給された燃料への点火動作によって燃焼動作を行わせる内燃機関の制御装置において、その燃焼室内における燃料の蒸発特性が悪いほど機関始動時の当該燃焼室内への吸入空気量を増加させる機関始動制御手段を設けている。

この請求項１記載の内燃機関の制御装置は、その蒸発特性が悪くても、吸入空気量の増加によって着火時の発生トルクを増大させることができ、機関始動、特に低温時における機関始動が可能になる。

ここで、例えば、その機関始動制御手段は、請求項２記載の発明の如く、クランキング回転数の低下制御，スロットルバルブの開弁制御又は吸気バルブの開弁時間拡大制御若しくはリフト量増大制御の内の少なくとも１つの制御を行うことによって吸入空気量を増加させるように構成すればよい。

また、上記目的を達成する為、請求項３記載の発明では、上記請求項２記載の内燃機関の制御装置において、機関始動時にクランキング回転数の低下制御が実行された場合、クランキング動作中の点火時期若しくはその前又は後に一時的にクランキング回転数の上昇制御を実行させるように機関始動制御手段を構成している。

この請求項３記載の内燃機関の制御装置は、クランキング回転数の低下に伴い減少したクランクシャフトに対するアシストトルクを一時的に増加させ、クランキング回転数の低下によって増大した着火時の発生トルクと共にクランキング回転数の上昇制御によって増加させたアシストトルクを加えて、機関始動させる上で必要な回転トルクをクランクシャフトに対して働かせる。従って、クランキング回転数の低下に伴うアシストトルク不足を補って機関始動（特に低温時の機関始動）が可能になる。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸入空気量の増加によって着火時の発生トルクを増大させるので、燃焼室内における燃料の蒸発特性が悪い場合でも機関始動させることができる。また、この内燃機関の制御装置は、その吸入空気量の増加をクランキング回転数の低下によって行う場合に、点火時期又はその前後にクランキング回転数の上昇制御を実行して、吸入空気量増加の為のクランキング回転数の低下に伴い不足していたアシストトルクを増加させるので、燃焼室内における燃料の蒸発特性が悪い場合でも適切に機関始動させることができる。つまり、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、蒸発特性に劣る低蒸発特性燃料を使用した際の内燃機関の始動性の向上が可能になる。

以下に、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明に係る内燃機関の制御装置の実施例１を図１から図４に基づいて説明する。以下においては、適用対象たる内燃機関の一例を説明しつつその制御装置について詳述する。

ここで例示する内燃機関とは、ガソリン燃料，アルコール燃料（エタノール、メタノール、ブタノール等）又はこれらの混合燃料等のように異なる燃料性状の燃料を用いても運転を行うことのできる所謂フレキシブル燃料車に搭載される多種燃料内燃機関であって、図１に示す電子制御装置（ＥＣＵ）１によって燃焼制御等の各種制御動作が実行されるものである。つまり、この内燃機関の制御装置は、その電子制御装置１によって構成されている。尚、その電子制御装置１は、図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置），所定の制御プログラム等を予め記憶しているＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ），そのＣＰＵの演算結果を一時記憶するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ），予め用意された情報等を記憶するバックアップＲＡＭ等で構成されている。

最初に、ここで例示する内燃機関の構成について図１に基づき説明を行う。尚、その図１においては１気筒のみを図示しているが、本発明は、これに限らず、多気筒の多種燃料内燃機関にも適用可能である。本実施例１においては、複数の気筒を具備しているものとして説明する。

この内燃機関には、燃焼室ＣＣを形成するシリンダヘッド１１，シリンダブロック１２及びピストン１３が備えられている。ここで、そのシリンダヘッド１１とシリンダブロック１２は図１に示すヘッドガスケット１４を介してボルト等で締結されており、これにより形成されるシリンダヘッド１１の下面の凹部１１ａとシリンダブロック１２のシリンダボア１２ａとの空間内にピストン１３が往復移動可能に配置される。そして、上述した燃焼室ＣＣは、そのシリンダヘッド１１の凹部１１ａの壁面とシリンダボア１２ａの壁面とピストン１３の頂面１３ａとで囲まれた空間によって構成される。

この内燃機関は、機関回転数や機関負荷等の運転条件に従って空気と燃料を燃焼室ＣＣに送り込み、その運転条件に応じた燃焼制御を実行する。その空気については、図１に示す吸気通路２１とシリンダヘッド１１の吸気ポート１１ｂを介して外部から吸入される。一方、その燃料については、図１に示す燃料供給装置５０を用いて供給される。

先ず、空気の供給経路について説明する。

この内燃機関の吸気通路２１上には、外部から導入した空気に含まれる塵埃等の異物を除去するエアクリーナ２２と、外部からの吸入空気量Ｇａを検出する吸入空気量検出手段２３と、が設けられている。その吸入空気量検出手段２３としては、吸入空気量Ｇａを直接検出するエアフロメータ等の空気量検出センサ、吸気通路２１内の圧力（即ち、吸気圧）を検出する吸気管圧センサなどが考えられる。後者の吸気管圧センサを利用する場合、吸入空気量Ｇａは、その吸気圧と機関回転数Ｎｅから間接的に求める。この内燃機関においては、その吸入空気量検出手段２３の検出信号が電子制御装置１へと送られ、その検出信号に基づいて電子制御装置１が吸入空気量Ｇａや機関負荷Ｋｌ等を算出する。尚、機関回転数Ｎｅについては、クランクシャフト１５の回転角度の検出を行うクランク角センサ１６の検出信号から把握させることができる。

また、その吸気通路２１上における吸入空気量検出手段２３よりも下流側には、燃焼室ＣＣ内への吸入空気量Ｇａを調節するスロットルバルブ２４と、このスロットルバルブ２４を開閉駆動するスロットルバルブアクチュエータ２５と、が設けられている。本実施例１の電子制御装置１には、そのスロットルバルブアクチュエータ２５を運転条件に従って駆動制御し、その運転条件に応じた弁開度（換言すれば、吸入空気量Ｇａ）となるようにスロットルバルブ２４の開弁角度を調節させるスロットルバルブ制御手段が用意されている。ここでは、そのスロットルバルブアクチュエータ２５とスロットルバルブ制御手段とでスロットルバルブ開度制御手段を構成する。例えば、そのスロットルバルブ２４については、運転条件に応じた空燃比を成す為に必要な吸入空気量Ｇａの空気が燃焼室ＣＣへと吸入されるよう調節される。この内燃機関においては、そのスロットルバルブ２４の弁開度を検出し、その検出信号を電子制御装置１に送信するスロットル開度センサ２６が設けられている。

一方、吸気ポート１１ｂはその一端が燃焼室ＣＣに開口しており、その開口部分に当該開口を開閉させる吸気バルブ３１が配設されている。その開口の数量は１つでも複数でもよく、その開口毎に吸気バルブ３１が配備される。従って、この内燃機関においては、その吸気バルブ３１を開弁させることによって吸気ポート１１ｂから燃焼室ＣＣ内に空気が吸入される一方、その吸気バルブ３１を閉弁させることによって燃焼室ＣＣ内への空気の流入が遮断される。

ここで、その吸気バルブ３１としては、例えば、図示しない吸気側カムシャフトの回転と弾性部材（弦巻バネ）の弾発力に伴って開閉駆動されるものがある。この種の吸気バルブ３１においては、その吸気側カムシャフトとクランクシャフト１５の間にチェーンやスプロケット等からなる動力伝達機構を介在させることによってその吸気側カムシャフトをクランクシャフト１５の回転に連動させ、予め設定された開閉時期に開閉駆動させる。ここで例示する内燃機関においては、このようなクランクシャフト１５の回転に同期して開閉駆動される吸気バルブ３１を適用する。

続いて、燃料供給装置５０について説明する。

この燃料供給装置５０としては、１つの燃料タンク内の燃料を吸気ポート１１ｂ内又は／及び燃焼室ＣＣ内に噴射するもの，複数の燃料タンク内に貯留された燃料性状の異なる燃料を燃料混合装置等で混ぜ合わせて吸気ポート１１ｂ又は／及び燃焼室ＣＣ内に噴射するもの等が考えられる。本実施例１においては、１つの燃料タンク４１に貯留されている燃料Ｆを吸気ポート１１ｂに噴射し、吸入空気と共に燃焼室ＣＣへと導くポート噴射式のものを代表して例示する。

具体的に、この燃料供給装置５０は、その燃料Ｆを燃料タンク４１から吸い上げて燃料通路５１に送出する燃料ポンプとしてのフィードポンプ５２と、その燃料通路５１の燃料Ｆを夫々の気筒に分配する燃料デリバリパイプ５３と、この燃料デリバリパイプ５３から供給された燃料Ｆを夫々の吸気ポート１１ｂに噴射する各気筒の燃料噴射弁（燃料噴射手段）５４と、を備える。

この燃料供給装置５０は、そのフィードポンプ５２及び燃料噴射弁５４を運転条件に従って電子制御装置１の燃料噴射制御手段に駆動制御させ、これにより、その運転条件に対応させた燃料噴射量，燃料噴射時期及び燃料噴射期間等の燃料噴射条件で燃料Ｆが噴射されるように構成する。例えば、その燃料噴射制御手段には、その燃料Ｆをフィードポンプ５２で燃料タンク４１から吸い上げさせ、運転条件に応じた燃料噴射条件で燃料噴射弁５４に噴射を実行させる。

このようにして吸気ポート１１ｂに供給された燃料Ｆは、その吸気ポート１１ｂ内で上述した空気と混ざり合いながら吸気バルブ３１の開弁と共に燃焼室ＣＣ内へと供給され、運転条件に応じた点火時期になると点火プラグ６１の着火動作によって燃焼させられる。そして、その燃焼された後の筒内ガス（燃焼ガス）は、燃焼室ＣＣから図１に示す排気ポート１１ｃへと排出され、排気通路８１を介して大気へと放出される。

その排気ポート１１ｃには、燃焼室ＣＣとの間の開口を開閉させる排気バルブ７１が配設されている。その開口の数量は１つでも複数でもよく、その開口毎に上述した排気バルブ７１が配備される。従って、この内燃機関においては、その排気バルブ７１を開弁させることによって燃焼室ＣＣ内から排気ポート１１ｃに燃焼ガスが排出され、その排気バルブ７１を閉弁させることによって燃焼ガスの排気ポート１１ｃへの排出が遮断される。ここで、その排気バルブ７１としては、上述した吸気バルブ３１と同様に、動力伝達機構を介在させたものにすればよい。

また、排気通路８１上には排気浄化装置８２が配設されており、排気ガス中の有害成分の浄化が行われる。

上述したが如く、本機関に使用可能な燃料Ｆとしては、主としてガソリン燃料，アルコール燃料又はアルコール混合燃料が考えられる。そのアルコール混合燃料とは、アルコール燃料とこれとは燃料性状の異なる少なくとも１種類の燃料との混合燃料であり、ここでは炭化水素系燃料（例えばガソリン燃料）と混合されているものとする。一般に、そのアルコール燃料やアルコール混合燃料は、ガソリン燃料と比べた場合に燃料性状が異なるが、特にガソリン燃料よりも蒸発特性の点で劣っている。つまり、そのアルコール燃料等は、ガソリン燃料に比べて発熱量Ｈが低いので、燃焼時の発生トルクが小さくなる。これが為、純粋なガソリン燃料が使用されているならば問題は起こり難いが、純粋なアルコール燃料やアルコール混合燃料等の如き低蒸発特性燃料が低温始動時に使用された場合には、点火プラグ６１で着火させることができなくなる又は着火したとしても直ぐに失火してしまう可能性がある。かかる不都合は、アルコール濃度が高くなるにつれて顕著に表れるようになる。

そこで、本実施例１の内燃機関においては、かかる不都合に対処すべく、そのような低蒸発特性燃料で機関始動させる際に燃焼室ＣＣ内への吸入空気量Ｇａを増加させて、その低蒸発特性燃料の燃焼動作に伴う発生トルクが大きくなるようにする。従って、この内燃機関には、機関始動時の吸入空気量Ｇａの制御を行う機関始動制御手段を設ける。ここで例示する機関始動制御手段は、電子制御装置１の一機能として用意する。

ここで、その発生トルクは、上述したが如く、燃料Ｆの蒸発特性が劣るほど、つまり燃料Ｆの発熱量Ｈが低くなるにつれて小さくなる。これが為、本実施例１の機関始動制御手段は、機関始動させる際に、燃料Ｆの蒸発特性が悪いほど（即ち、燃料Ｆの発熱量Ｈが低いほど）に燃焼室ＣＣ内への吸入空気量Ｇａを増加させて発生トルクが大きくなるよう構成する。

具体的に、本実施例１においては、その吸入空気量Ｇａを調節する手段としてクランキング時の機関回転数（以下、「クランキング回転数」という。）Ｎｅ_crankの制御という手法を採る。つまり、吸入空気量Ｇａは図２に示す如く機関回転数Ｎｅが低くなるにつれて多くなるので、クランキング時の吸入空気量Ｇａを増加させる為には、クランキング回転数Ｎｅ_crankを低下させればよい。このようなことから、本実施例１の機関始動制御手段には、機関始動させる際に、燃料Ｆの蒸発特性が悪いほど（即ち、燃料Ｆの発熱量Ｈが低いほど）にクランキング回転数Ｎｅ_crankを低下させる。

また、上述したように、吸入空気量Ｇａの制御量は、燃料Ｆの燃料性状、つまり蒸発特性に応じて異なるものとなる。これが為、本実施例１の電子制御装置１には、燃料Ｆの燃料性状（少なくとも蒸発特性）の判断を行う燃料性状判定手段を設けておく。

ここでは、その燃料性状について、例えば、低温始動性の善し悪しを表す蒸発特性の指数値として表すことにする。従って、本実施例１の燃料性状判定手段には、その蒸発特性の指数値の大きさを観ることによって蒸発特性を判断させる。

その蒸発特性については、例えば排気ガス中のスモーク量、燃料給油時などに取得した燃料種別やアルコール濃度等の給油情報等に基づいて判断することができる。つまり、蒸発特性の指数値としてスモーク量やアルコール濃度等を利用し、燃料性状判定手段には、スモーク量が多いほど又はアルコール濃度が濃いほど蒸発特性が悪いと判断させる。ここで、そのスモーク量は、排気通路８１上に配設したスモークセンサ８３を用いて検出することができる。一方、給油情報については、例えば、給油作業者が給油燃料Ｆの燃料性状の入力を行う為の入力装置を車輌に設けて電子制御装置１に認識させることができ、給油設備と車輌との間の夫々の通信装置を介した送受信によって認識させることもできる。

以下に、本実施例１の電子制御装置１（内燃機関の制御装置）の制御動作について図３のフローチャートに基づき説明する。

先ず、本実施例１の電子制御装置１は、イグニッションＯＮとされた際、つまりイグニッションＯＮ信号を受信した際に（ステップＳＴ５）、内燃機関の状態と燃料Ｆの燃料性状についての判断を行う（ステップＳＴ１０，ＳＴ１５）。

その内燃機関の状態とは、吸気温度や機関温度（冷却水及び潤滑油の温度）のことであり、図１に示す吸気温センサ１７、水温センサ１８や油温センサ１９から各々検出する。また、燃料Ｆの燃料性状については、上述したが如く、スモークセンサ８３により検出された排気ガス中のスモーク量や燃料Ｆのアルコール濃度に基づいて燃料性状判定手段が判断する。つまり、ステップＳＴ１５においては、その燃料Ｆの蒸発特性についての判断が行われる。

これらについての判断を行った後、この電子制御装置１の機関始動制御手段は、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性の善し悪しを判断する（ステップＳＴ２０）。

その燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性とは、その燃料Ｆの燃焼室ＣＣ内における燃焼し易さ（換言するならば、燃料Ｆの燃焼室ＣＣ内における燃焼し難さ）を表すものであり、内燃機関の状態（吸気温度及び機関温度）並びに燃焼室ＣＣに供給される燃料Ｆの燃料性状及び温度から判断することができる。例えば、燃焼室ＣＣ内に供給された燃料Ｆは、吸気温度や機関温度、燃料Ｆの温度が低いとき、また、燃料Ｆの燃料性状が悪いときに発熱し難くなり、これ故にその燃焼室ＣＣ内で燃焼し難くなる。従って、このようなときには、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪いと判断させる。ここでは、機関始動させることができない状態を燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪いと定める。尚、その燃料Ｆの温度を検出すべく燃料Ｆの供給経路上に温度センサを設けてもよいが、機関始動時（特に低温始動時）には、外気温に大きく左右される燃料Ｆの温度と吸気温度に殆ど差が無いと考えられる。これが為、ここでは、その燃料Ｆの温度を求めずに吸気温度で代用する。

機関始動制御手段は、このステップＳＴ２０で燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪いと判断した場合、機関温度が所定温度α以下なのか否かについての判定を行う（ステップＳＴ２５）。

このステップＳＴ２５は、始動性に劣ることとなる低温機関始動時なのか、それとも通常の機関始動時なのかを判定するものである。従って、ここでの所定温度αは、例えば、上記ステップＳＴ２０で判断された燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性において機関始動が不可能となる機関温度の上限値を設定する。この所定温度αは、その上限値の平均を取って予め設定しておいた固定値にしてもよく、その燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性に応じて変化する変数であってもよい。ここで、このステップＳＴ２５においては、冷却水の温度又は潤滑油の温度の内の何れか一方の機関温度を用いて判定してもよく、その双方の機関温度を用いて総合的に判定してもよい。

このステップＳＴ２５にて機関温度が所定温度α以下であるとの判定が為された場合、機関始動制御手段は、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪いほど吸入空気量Ｇａを増加させる吸入空気量制御を実行する（ステップＳＴ３０）。本実施例１の電子制御装置１は、この吸入空気量制御と共に燃料噴射弁５４からの燃料噴射制御や点火プラグ６１の点火制御等の燃焼制御を実行する。

本実施例１の機関始動制御手段は、上述したが如く、クランキング回転数Ｎｅ_crankを低下させることによって吸入空気量Ｇａの増加を図る。つまり、クランキング回転数Ｎｅ_crankを低下させることで燃焼室ＣＣ内に吸入される空気の量が増えるので、ここでは、かかる事象を利用する。

具体的に、この機関始動制御手段は、ステップＳＴ３０において、先ず図４のマップデータを用いて燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性に応じたクランキング回転係数Ｋ（＜１）を求め、このクランキング回転係数Ｋを通常の機関始動時のクランキング回転数Ｎｅ_crankに乗算して低温機関始動時のクランキング回転数Ｎｅ_crankを算出する。その図４に示すマップデータは、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性とクランキング回転係数Ｋとの対応関係を実験やシミュレーションの結果から導き出して表したものである。このマップデータに示しているように、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪くなるほど、クランキング回転係数Ｋは小さく、つまり、低温機関始動時のクランキング回転数Ｎｅ_crankは低くなる。ここで、その通常の機関始動時とは、本実施例１の吸入空気量制御が実行されないときの機関始動時のことをいい、主に低温機関始動時が該当する。

次に、この機関始動制御手段は、その低温機関始動時のクランキング回転数Ｎｅ_crankとなるように内燃機関の制御を行う。例えば、ここでは、回転数（換言すれば、出力トルク）を可変できる図１に示すスタータモータ９１を用意し、このスタータモータ９１の回転数を低下させることによって低温機関始動時のクランキング回転数Ｎｅ_crankを実現させる。つまり、この機関始動制御手段は、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪くなるほどスタータモータ９１の回転数を低下させる。

このように、本実施例１においては、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪い場合、その蒸発特性が悪いほどスタータモータ９１の回転数を下げてクランキング回転数Ｎｅ_crankを低下させ、燃焼室ＣＣ内への吸入空気量Ｇａを増加させる。これにより、内燃機関においては、その吸入空気量Ｇａの増加に伴って着火時の発生トルクが大きくなり、始動性が向上する。従って、ここでは、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪くても、内燃機関を始動させることができるようになる。

本実施例１においては、そのステップＳＴ３０の吸入空気量制御中に低温機関始動制御停止条件となったのか否かについて判断する（ステップＳＴ３５）。その低温機関始動制御停止条件とは、本実施例１の吸入空気量制御を停止させる為の条件のことであり、燃料Ｆの着火と燃焼が継続して実施できるようになった時点について表した条件のことをいう。例えば、この低温機関始動制御停止条件は、点火プラグ６１からの着火動作が所定回数行われるまでなどのように実験やシミュレーションの結果に応じて設定しておく。従って、この低温機関始動制御停止条件については、予め設定しておいた固定値であってもよく、また、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性に応じて変化する変数であってもよい。

機関始動制御手段は、このステップＳＴ３５にて低温機関始動制御停止条件になってはいないと判断した場合、上記ステップＳＴ３０に戻って吸入空気量制御を含む燃焼制御を継続させる。一方、この機関始動制御手段は、ステップＳＴ３５にて低温機関始動制御停止条件になったと判断した場合、本制御を終了させる。

ここで、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が良好な場合（つまり、上記ステップＳＴ２０にて「良い」との判断が為された場合）には、機関始動時に吸入空気量Ｇａを増やさずとも失火等を起こすことのない燃焼動作の実現が可能になる。また、機関温度が所定温度αよりも高温になっている場合（つまり、上記ステップＳＴ２５にて否定判定された場合）には、たとえ燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪くても、機関始動時に吸入空気量Ｇａを増やすことなく失火等の無い燃焼動作が実現可能である。従って、そのような場合、本実施例１の電子制御装置１は、上述した吸入空気量制御を行うことのない通常の機関始動制御を実行する（ステップＳＴ４０）。

以上示した如く、本実施例１の内燃機関の制御装置（電子制御装置１）は、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪ければ、その蒸発特性に応じて吸入空気量Ｇａを増加させ、内燃機関の着火時の発生トルクが大きくなるようにしている。つまり、この内燃機関の制御装置は、吸入空気量Ｇａを増加させることによって内燃機関の始動性を高めることができる。従って、本実施例１の内燃機関の制御装置によれば、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪い場合に、特に低蒸発特性燃料を用いて低温で機関始動させる際に、内燃機関を失火等無く始動させることができる。

ところで、上述した本実施例１においてはクランキング回転数Ｎｅ_crankを低下させることによって吸入空気量Ｇａを増加させているが、その吸入空気量Ｇａについては、吸気バルブ３１の開弁時間やリフト量、スロットルバルブ２４の開弁角度を調節することによっても制御可能である。具体的に、上述した機関始動制御手段には、吸入空気量Ｇａを増加させる際に、吸気バルブ３１の開弁時間の拡大や吸気バルブ３１のリフト量の増大を図ってもよく、また、スロットルバルブ２４の開弁角度の拡大を図ってもよい。つまり、機関始動制御手段は、クランキング回転数Ｎｅ_crankの低下制御，スロットルバルブ２４の開弁制御又は吸気バルブ３１の開弁時間拡大制御若しくはリフト量増大制御の内の少なくとも１つの制御を行うことによって吸入空気量Ｇａを増加させるように構成してもよい。尚、吸気バルブ３１を制御する場合には、その吸気バルブ３１の開閉時期やリフト量を変更可能な図示しない所謂可変バルブタイミング＆リフト機構等の可変バルブ機構を内燃機関に具備しておく。

次に、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施例２について図５及び図６に基づき説明する。本実施例２の内燃機関の制御装置は、前述した実施例１と同様に電子制御装置１の一機能として用意されているものとする。また、この制御装置の適用対象たる内燃機関についても実施例１と同様のものを例示する。

前述した実施例１においては、クランキング回転数Ｎｅ_crankの低下や吸気バルブ３１の開弁時間の拡大等の手法を採って吸入空気量Ｇａの増加を図り、内燃機関の着火時の発生トルクが大きくなるようにしている。しかしながら、吸入空気量Ｇａの増加の為にクランキング回転数Ｎｅ_crankの低下という手法を採る場合には、吸入空気量Ｇａの増加による着火時の発生トルクの増大という有用な効果を得ることができる反面、スタータモータ９１のクランキング動作によるアシストトルクが減少してしまい、機関始動させる上で必要なクランクシャフト１５の回転トルクを発生させることができなくなる可能性がある。

そこで、本実施例２の電子制御装置１の機関始動制御手段は、夫々の気筒の点火時期又はこれを挟んだその前後の何れかのときにおいて一時的にクランキング回転数Ｎｅ_crankを上昇させ、クランキング回転数Ｎｅ_crankの低下によって吸入空気量Ｇａの増加（即ち、着火時の発生トルクの増大）を図りつつスタータモータ９１のアシストトルクを増加させて、クランクシャフト１５に機関始動させる上で必要な大きさの回転トルクを働かせるようにする。

具体的に、本実施例２の電子制御装置１は、図５のフローチャートに示す如く、先ずイグニッションＯＮとされた際に（ステップＳＴ５）、内燃機関の状態と燃料Ｆの燃料性状についての判断を行う（ステップＳＴ１０，ＳＴ１５）。かかる判断は、実施例１のときと同様にして行われる。

そして、この電子制御装置１の機関始動制御手段は、実施例１のときと同様に、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性の善し悪しを判断し（ステップＳＴ２０）、その蒸発特性が悪ければ、次に機関温度が所定温度α以下なのか否かについての判定を行う（ステップＳＴ２５）。

尚、そのステップＳＴ２０でその蒸発特性が良いと判断された場合、又はそのステップＳＴ２５で機関温度が所定温度αよりも高いと判定された場合、電子制御装置１は、実施例１で示した通常の機関始動制御を実行する（ステップＳＴ４０）。

一方、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪く且つ機関温度が所定温度α以下になっている場合、機関始動制御手段は、実施例１と同じ吸入空気量制御（つまり、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪いほど吸入空気量Ｇａを増加させる制御）を実行する（ステップＳＴ３０）。電子制御装置１は、本実施例２においても実施例１と同様に燃焼制御を実行する。

そして、この機関始動制御手段は、クランキング回転数上昇条件となっているのか否かについて判定する（ステップＳＴ３１）。

そのクランキング回転数上昇条件とは、上述したクランキング動作時のアシストトルクの増加を図るべく、上記ステップＳＴ３０の吸入空気量制御中にクランキング回転数Ｎｅ_crankを一時的に上昇させる必要のある条件のことをいう。ここでは、このクランキング回転数上昇条件として点火時期と点火回数を利用する。

具体的には、クランキング動作中に夫々の気筒の点火時期となったとき、その点火時期に対して所定時間前となったとき、その点火時期に対して所定時間後となったとき、つまりクランキング動作中の点火時期若しくはその前又は後となったときが点火時期側のクランキング回転数上昇条件となる。かかる点火時期側のクランキング回転数上昇条件は、クランク角度で判断する。ここで、その点火時期に対する所定時間前とは、例えば、点火時期の直前又は少し前であって、吸入空気量Ｇａの大幅な減少を防ぎつつアシストトルクの増加が点火時期においても持続可能なときを指す。また、その点火時期に対する所定時間後とは、例えば、点火時期の直後又は少し後であって、着火による発生トルクをアシストトルクで補助可能なときを指す。一方、点火回数側のクランキング回転数上昇条件としては、機関始動時の最初の点火動作から起算した点火動作の所定回数（例えば４回）が該当する。即ち、ここでは、クランキング動作中に点火時期若しくはその点火時期に対して所定時間前又は所定時間後となり、且つ、そのときが最初の点火動作から起算して所定回数の範囲内に入っていれば、クランキング回転数上昇条件となる。

このステップＳＴ３１にてクランキング回転数上昇条件ではないとの判定が為された場合、機関始動制御手段は、実施例１と同じく低温機関始動制御停止条件となったのか否かについて判断し（ステップＳＴ３５）、低温機関始動制御停止条件でなければ上記ステップＳＴ３０に戻って吸入空気量制御を含む燃焼制御を継続させる。

一方、そのステップＳＴ３１にてクランキング回転数上昇条件であるとの判定が為された場合、機関始動制御手段は、図６に示す如く、下げていたクランキング回転数Ｎｅ_crankを所定期間（例えば、３０°ＣＡ）だけ上昇させる（ステップＳＴ３２）。つまり、ここでは、スタータモータ９１のアシストトルクを増大させる。これにより、その際の内燃機関においては、吸入空気量Ｇａの増加により大きくなった着火時の発生トルクと共にスタータモータ９１のアシストトルクが加わって、クランクシャフト１５に対して機関始動させる上で必要な回転トルクを働かせることができる。尚、その図６の例示においては、各気筒（ここでは４気筒）の点火時期の直後にクランキング回転数Ｎｅ_crankの上昇を図るものとしている。

ここで、点火時期の前にクランキング回転数Ｎｅ_crankを上昇させた場合には、点火時期やその後に上昇させるよりも吸入空気量Ｇａが少なくなる可能性もあるが、その一方で燃焼室ＣＣ内の圧縮端温度が上昇するので、結局の所、着火時の発生トルクを大きくすることができる。

そして、この機関始動制御手段は、再びステップＳＴ３５に進んで低温機関始動制御停止条件となったのか否かについての判断を行い、低温機関始動制御停止条件になっていなければ、再度上記ステップＳＴ３０に戻って次のクランキング回転数上昇条件となるまで吸入空気量制御を含む燃焼制御を継続させ、クランキング回転数上昇条件となった際に再び所定期間だけクランキング回転数Ｎｅ_crankを上昇させる。図６に示す本実施例２においては、そのクランキング回転数Ｎｅ_crankの上昇を４度行った後に低温機関始動制御停止条件になったと判断されて、本制御を終了させる。これにより、本実施例２の内燃機関においては、図６に示す如く、機関回転数Ｎｅを実施例１のものに対して早い段階で上昇させることができるようになり、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪くても安定した機関始動が可能になる。

以上示した如く、本実施例２の内燃機関の制御装置（電子制御装置１）は、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪ければ、その蒸発特性に応じてクランキング回転数Ｎｅ_crankを下げて吸入空気量Ｇａを増加させ、内燃機関の着火時の発生トルクが大きくなるようにしている。そして、この内燃機関の制御装置は、そのクランキング回転数Ｎｅ_crankの低下に伴うアシストトルクの減少を点火時期又はその前後において一時的にクランキング回転数Ｎｅ_crankを上昇させることで抑制している。つまり、この内燃機関の制御装置は、その点火時期又はその前後におけるアシストトルクの増大と吸入空気量Ｇａの増加による着火時の発生トルクの増大とによって、機関始動させる上で必要な大きさの回転トルクをクランクシャフト１５に発生させている。従って、本実施例２の内燃機関の制御装置によれば、燃焼室ＣＣ内における燃料Ｆの蒸発特性が悪い場合に、特に低蒸発特性燃料を用いて低温で機関始動させる際に、内燃機関を失火等無く適切に始動させることができるようになる。

以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、アルコール燃料等の低蒸発特性燃料を使用しているときの始動性を向上させる技術として有用である。

本発明に係る内燃機関の制御装置の適用対象となる内燃機関の一例について示す図である。機関回転数と吸入空気量との関係を示す図である。実施例１の制御装置による機関始動時の制御動作について説明するフローチャートである。クランキング回転係数を求める為のマップデータの一例について示す図である。実施例２の制御装置による機関始動時の制御動作について説明するフローチャートである。実施例２のクランキング回転数制御について説明する図である。

符号の説明

１電子制御装置（内燃機関の制御装置）
１５クランクシャフト
１６クランク角センサ
１７吸気温センサ
１８水温センサ
１９油温センサ
２３吸入空気量検出手段
２４スロットルバルブ
２５スロットルバルブアクチュエータ
３１吸気バルブ
４１燃料タンク
５０燃料供給装置
５４燃料噴射弁
６１点火プラグ
８３スモークセンサ
９１スタータモータ
ＣＣ燃焼室
Ｆ燃料

Claims

燃焼室内に供給された燃料への点火動作によって燃焼動作を行わせる内燃機関の制御装置において、
前記燃焼室内における燃料の蒸発特性が悪いほど機関始動時の当該燃焼室内への吸入空気量を増加させる機関始動制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記機関始動制御手段は、クランキング回転数の低下制御，スロットルバルブの開弁制御又は吸気バルブの開弁時間拡大制御若しくはリフト量増大制御の内の少なくとも１つの制御を行うことによって吸入空気量を増加させるように構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
前記機関始動制御手段は、機関始動時に前記クランキング回転数の低下制御が実行された場合、クランキング動作中の点火時期若しくはその前又は後に一時的に前記クランキング回転数の上昇制御を実行させるように構成したことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。