JP2010133390A - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関始動性を良好に保ちつつ、燃費をも改善することのできる内燃機関の始動制御装置を提供する。
【解決手段】機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段（４２）と、機関始動開始から始動完了までの所定期間において筒内圧検出手段により検出された筒内圧値（Ｐ）が所定値（Ｐβ）を超える燃焼回数（Ｘ）を計数し記憶する燃焼回数計数記憶手段と、燃焼回数計数記憶手段に記憶された燃焼回数（Ｘ）に基づいて、次回の機関始動開始時の燃料噴射量及び／又は点火時期を補正する補正手段とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の始動制御装置、特に始動性を向上させる内燃機関の始動制御装置に関する。

従来から、内燃機関の始動性、特に低温始動性を向上させるために、数多くの技術が提案されている。そして、内燃機関の低温始動時において、冷却水温に応じて燃料噴射量を増量補正する技術が一般に知られている。

また、特許文献１において、連続する燃焼気筒について機関始動当初の燃焼回数に基づいて燃焼確率を算出し、その算出された燃焼確率が所定値（例えば、７０、８０又は１００％）よりも低い場合、吸入空気量を増大させることにより始動性を向上させる技術が提案されている。

特開平１０−２３１７４０号公報

しかしながら、特許文献１によって提案された技術では、始動の度ごとに機関始動当初の燃焼確率を算出し、その算出された燃焼確率に基づいて吸入空気量を調整するようにしており、これは次回の始動の際にも同様の制御が行われることを意味する。その結果、今回の機関始動の際に、機関始動が良好に行われ得る条件ないしは情報が得られたとしても、これらの条件ないしは情報は次回のためには何等利用されておらず、次回の機関始動における始動開始時の始動性については改善されるものではない。

そこで、本発明の目的は、機関始動の度ごとに始動性が改善されるようにして、機関始動性を良好に保ちつつ、燃費をも改善することのできる内燃機関の始動制御装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の一形態に係る内燃機関の始動制御装置は、機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、機関始動開始から始動完了までの所定期間において、前記筒内圧検出手段により検出された筒内圧値が所定値を超える燃焼回数を計数し記憶する燃焼回数計数記憶手段と、前記燃焼回数計数記憶手段に記憶された燃焼回数に基づいて、次回の機関始動開始時の燃料噴射量及び／又は点火時期を補正する補正手段と、を備える。

ここで、前記補正手段は、前記燃焼回数計数記憶手段に記憶された燃焼回数が所定値より少ないときに、前記次回の機関始動開始時の燃料噴射量を減量補正してもよい。

また、前記補正手段は、前記燃焼回数計数記憶手段に記憶された燃焼回数が所定値より多いときに、前記次回の機関始動開始時の点火進角量を増加補正してもよい。

なお、本発明において、「機関始動開始」とは、スターターの作動によりクランキングが開始されたとき、又は、クランキングの開始後に所定の筒内圧が得られてから燃料の噴射が開始されたときの両者を含む意味で用い、「始動完了」とは、機関の回転数が所定の完爆回転数（例えば、４００ｒｐｍ）を超えたときの意味で用いる。

本発明の一形態に係る内燃機関の始動制御装置によると、機関始動開始から始動完了までの所定期間において、筒内圧検出手段により筒内圧値が検出され、この検出された筒内圧値が所定値を超える燃焼回数が燃焼回数計数記憶手段によって、計数されて記憶される。そして、次回の機関始動開始時において、補正手段により、燃焼回数計数記憶手段に記憶された燃焼回数に基づいて、その燃料噴射量及び／又は点火時期が補正される。

したがって、燃焼回数計数記憶手段に記憶された燃焼回数が所定値より少ないか多いかにより、今回の始動が容易に行われたのか、又はある困難性を伴って行われたのかが判定でき、この判定に基づいて、次回の機関始動開始時の燃料噴射量及び／又は点火時期を所望の始動性が得られるように補正することができるので、機関始動性を常に良好に保つことができる。

ここで、前記補正手段が、前記燃焼回数計数記憶手段に記憶された燃焼回数が所定値より少ないときに、前記次回の機関始動開始時の燃料噴射量を減量補正するようにした形態によれば、機関始動開始時の燃料噴射量を減量することができるので、その分、燃費をも改善することができる。

また、前記補正手段が、前記燃焼回数計数記憶手段に記憶された燃焼回数が所定値より多いときに、前記次回の機関始動開始時の点火進角量を増加補正するようにした形態によれば、機関始動開始時の点火時期が進角側に増加補正されるので、その分、始動性を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。まず、本発明に係る内燃機関の始動制御装置において制御対象となる内燃機関（以下、エンジンともいう）は、例えば火花点火式ガソリンエンジンであり、第１気筒（＃１）〜第４気筒（＃４）までの４つの気筒を有し、その点火順序（燃料噴射順序）は、＃１→＃３→＃４→＃２となっている。

かかる内燃機関１０の概略構成が示されている図１を参照するに、内燃機関１０には吸気管１２と排気管１４とが接続されている。吸気管１２にはスロットル弁１６が設けられており、このスロットル弁１６は電子制御アクチュエータとしてのスロットルアクチュエータ１６Ａによりその開度が調整される。すなわち、スロットルアクチュエータ１６Ａの駆動に伴いスロットル弁１６の開度が制御されることにより内燃機関１０に吸入される空気の量が調節されるようになっている。また、スロットル弁１６を迂回するバイパス通路１８には、内燃機関１０のアイドル運転時における補助空気量を調節するためのアイドル回転数制御弁（以下、ＩＳＣ弁という）２０が配設されている。

内燃機関１０の気筒を構成するシリンダーブロック２２内には図の上下方向に往復動するピストン２４が配設されており、同ピストン２４はコネクティングロッド２６を介して不図示のクランクシャフトに連結されている。ピストン２４の上方にはシリンダーブロック２２及びシリンダーヘッド２８にて区画された燃焼室３０が形成されており、燃焼室３０は、吸気弁３２及び排気弁３４を介して前記吸気管１２及び排気管１４にそれぞれ連通している。排気管１４には、排気ガス中の酸素濃度に応じて異なる電圧信号を出力する酸素センサー３６が設けられている。

内燃機関１０の吸気ポート１１には例えば電磁駆動式のインジェクタ３８が設けられており、このインジェクタ３８には不図示の燃料タンクから所定の圧力で燃料（ガソリン）が供給されるように配管されている。この場合、吸気管上流から供給される新気とインジェクタ３８による噴射燃料とが吸気ポート１１にて混合され、その混合気が吸気弁３２の開弁動作に伴い燃焼室３０内に流入する。そして、燃焼室３０内に流入した混合気は、その中で圧縮され、点火プラグ４０から点火火花が発せられることにより着火して爆発する。エンジン１０は、この爆発によって回転トルクを得ることとなる。なお、燃焼後のガスは、排気ガスとして排気弁３４を介して排気管１４に排出される。

また、シリンダーヘッド２８には、燃焼室３０内の圧力（筒内圧）を検出するための筒内圧センサー４２が配設され、シリンダーブロック２２（ウォータジャケット）にはエンジン冷却水温を検出するための冷却水温センサー４４が配設されている。さらに、前記不図示のクランクシャフトには、一定のクランク角度でパルス信号を出力する不図示のクランクポジションセンサーが設けられている。

併せて、吸気管１２の上流部には吸入空気量を検出するためのエアフローメーター４６が配設され、運転者により踏み込み操作されるアクセルペダルには同アクセルペダルの踏み込み量を検出するためのアクセル開度センサー４８が配設されている。なお、エアフローメーター４６は吸気温センサー内臓のホットワイヤー式エアフローメーターであるのが好ましい。

一方、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ回路等からなるマイクロコンピュータを中心に構成されている。そして、ＥＣＵ５０には、前記の酸素センサー３６、筒内圧センサー４２、冷却水温センサー４４、不図示のクランクポジションセンサー、エアフローメーター４６及びアクセル開度センサー４８などの検出信号が入力され、これらの各種検出信号に基づいて空燃比（Ａ／Ｆ）、筒内圧Ｐ、エンジン冷却水温Ｔｗ、基準位置信号、エンジン回転数Ｎｅ、吸入空気量などを検出ないしは算出する。また、ＥＣＵ５０は、上記センサー群による各種検出出力を基に燃料噴射量（時間）ＴＡＵや点火時期等を算出して、インジェクタ３８による燃料噴射や点火プラグ４０による点火時期を制御する。

次に、本実施の形態におけるエンジン１０の始動性を向上させるための制御の一例を、図２及び図３のフローチャートを参照して説明する。図２は、本実施の形態におけるエンジン１０の始動制御ルーチンを示すフローチャートであり、同ルーチンはＥＣＵ５０により所定周期のタイマ割り込みにて実行される。なお、図２のルーチンでは、エンジン１０の回転数Ｎｅが所定の完爆回転数Ｎα（例えば、４００ｒｐｍ）を超えたときに、エンジン１０の始動が完了したことを表す始動完了フラグＦｘと、クランキングの開始後に所定の筒内圧Ｐαが得られてからインジェクタ３８による燃料噴射の開始が許可されたことを表す噴射許可フラグＦｙとが用いられている。これら各フラグＦｘ，Ｆｙはエンジン始動時のＥＣＵ５０への電源投入時に初期化され、共に「０」にクリアされる。ここで、Ｆｘ＝０はエンジン始動が完了していない旨、Ｆｘ＝１はエンジン始動が完了した旨を意味する。また、Ｆｙ＝０はインジェクタ３８による燃料噴射が禁止される旨、Ｆｙ＝１はインジェクタ３８による燃料噴射が許可される旨を意味する。

そこで、ＥＣＵ５０に電源が投入されると図２の制御ルーチンがスタートする。またこのとき、イグニッションキーないしはエンジンスイッチがスターター位置に操作されると、スタータモータによるクランキングが開始され、エンジン１０に初期回転が付与されることになる。

図２において、ＥＣＵ５０は、先ずステップＳ２０１で始動完了フラグＦｘが「０」にリセットされているか否かを判別する。ここで、エンジン始動開始当初は始動完了フラグＦｘが「０」にリセットされているため、ＥＣＵ５０はステップＳ２０１で肯定判別し、続くステップＳ２０２に進む。ＥＣＵ５０は、ステップＳ２０２でクランク角がＴＤＣ（圧縮上死点）近傍での筒内圧Ｐを各々に気筒毎に読み込む。そして、これら筒内圧Ｐ（＃１〜＃４）はＥＣＵ５０内のメモリに随時書き込み保存される。

かかる場合、クランキング時（スタータモータの駆動時）においては、図４（Ａ）に示すように、ほぼ圧縮ＴＤＣにて筒内圧がピーク値となり、この値が筒内圧Ｐとして検出される。また、他方で、燃料の正常燃焼時には、筒内圧のピーク値はＡＴＤＣ１０〜３０°ＣＡ近傍となる。

再度、図２のフローチャートに戻り、筒内圧Ｐの読み込み後において、ＥＣＵ５０はステップＳ２０３で噴射許可フラグＦｙが「０」であるか否かを判別する。この場合、当初は噴射許可フラグＦｙが「０」にリセットされているため、ＥＣＵ５０はステップＳ２０４に進み、圧縮ＴＤＣでの筒内圧Ｐが所定の判定値Ｐαよりも高いか否かを全気筒（第１〜第４気筒）について判別する。ここで判定値Ｐαは、燃料の正常燃焼が可能な筒内圧に相当し、「Ｐ＞Ｐα」が成立することは燃料の正常燃焼に必要とされる量の空気が筒内に吸入されていることを意味する。

ここで、「Ｐ≦Ｐα」の場合には、ＥＣＵ５０は、燃料の正常燃焼に必要な空気量が筒内に吸入されていないとみなし、本ルーチンをそのまま終了する。つまり、ステップＳ２０４が否定判別される状態下では、インジェクタ３８による燃料噴射が禁止されることになる。しかし、スタータモータによるクランキングは継続されているので、これによりピストン摺動部の温度が次第に上昇して、クランキング回転数や筒内圧は徐々に上昇する。

また、「Ｐ＞Ｐα」の場合、ＥＣＵ５０は、燃料の正常燃焼に必要である十分な空気量が筒内に吸入されているとみなし、ステップＳ２０５に進んで噴射許可フラグＦｙを「１」にセットする。こうして噴射許可フラグＦｙがセットされると、インジェクタ３８による燃料噴射が許可され、後述する他の燃料噴射制御ルーチンにより燃料噴射が開始されることになる。

その後、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２０６で第１気筒（＃１）〜第４気筒（＃４）について前記検出した筒内圧Ｐを用い、この筒内圧Ｐが所定値Ｐβを超えているか否かを判別する。「Ｐ＞Ｐβ」である場合には、正常燃焼であるとみなしてステップＳ２０７に進み、ＥＣＵ５０のカウンターにおいて燃焼回数Ｘを１だけカウントアップ（計数）し、記憶する。一方、「Ｐ＞Ｐβ」でない場合には、正常燃焼が生じていないとみなしてカウントアップすることなくステップＳ２０８に進む。

そして、ＥＣＵ５０は、このステップＳ２０８でエンジン回転数Ｎｅが所定の完爆回転数Ｎα（本実施の形態では、４００ｒｐｍ）に到達しているか否かを判別する。このとき、「Ｎｅ＜Ｎα」であれば、ＥＣＵ５０はステップＳ２０８で否定判別して前記ステップＳ２０２に戻り、上述の検出及び判別を継続する。

一方、前記ステップＳ２０８において肯定判別された場合（「Ｎｅ≧Ｎα」の場合）、ＥＣＵ５０は、始動が完了したとみなし、ステップＳ２０９で始動完了フラグＦｘを「１」にセットして本ルーチンを終了する。

なお、図４（Ｂ）はクランキングの開始当初からのエンジン回転数Ｎｅの推移を示すタイムチャートである。図４（Ｂ）において、時刻ｔ１でスタータモータによるクランキングが開始されている。クランキング開始当初は、筒内圧Ｐ（より詳しくは、圧縮ＴＤＣでの筒内圧Ｐ）が燃焼可能筒内圧Ｐαよりも低く、各気筒内への燃料噴射が行われないが、時刻ｔ２で全気筒の筒内圧Ｐ（圧縮ＴＤＣでの筒内圧Ｐ）が燃焼可能筒内圧Ｐαを越えることが確認されると、インジェクタ３８による燃料噴射が開始される。

その後、時刻ｔ３で初爆が入ると、それ以降、圧縮ＴＤＣでの筒内圧Ｐが所定値Ｐβを超えているか否かが判別され、完爆回転数Ｎα（始動完了とされる回転数）に至る時刻ｔ４までの間において、燃焼回数Ｘが計数されて記憶される。なお、この今回の燃焼回数Ｘは、次回の始動時制御に用いるために不揮発性メモリに保管されることになる。そして、燃焼回数Ｘの不揮発性メモリへの保管が完了した後に、ＥＣＵ５０のカウンターは初期化される。

なお、上述の実施形態では、スタータモータによるクランキング時において、気筒内圧縮時の圧力（筒内圧Ｐ）を検出し、その検出された筒内圧Ｐが所定の判定値Ｐαを越える場合にのみ、インジェクタ３８による燃料噴射を許可するようにした。この構成によれば、点火プラグ４０への未燃燃料の付着が抑制でき、プラグかぶりによるエンジン１０の始動不良が回避でき、未燃ガスの排出を抑制することもできるという効果を奏し得る。しかし、クランキングの開始と共に燃料噴射を行うようにしてもよいことはいうまでもない。

次に、前に触れた他のルーチンで実行される始動時の燃料噴射制御ルーチンについて、以下、図３に示すフローチャートを参照して説明する。まず、不図示のアクセサリスイッチのオンにより制御が開始されると、ステップＳ３０１において冷却水温センサー４４からの検出値であるエンジン１０の冷却水温Ｔｗが読み込まれる。さらに、ステップＳ３０２において、このエンジン冷却水温Ｔｗの値に対応付けて、予め実験などにより求めてマップに保管されている始動時の基準燃料噴射量ＴＡＵｓが読み出される。そして、次のステップＳ３０３において、前回の機関始動時に、燃焼回数計数記憶手段としての不揮発性メモリに保管され記憶されている燃焼回数Ｘが所定値Ｘｒより少ないか多いかが判別される。「Ｘ＞Ｘｒ」の場合には、前回の始動が完爆回転数Ｎαに至るまでの時間が長く、ある困難性を伴って行われたとみなされるので、ステップＳ３０４に進み、基準燃料噴射量ＴＡＵｓに対し所定量α分を加えて、すなわち、増量補正を行い最終燃料噴射量ＴＡＵｆが設定される。他方、「Ｘ≦Ｘｒ」の場合には、前回の始動が完爆回転数Ｎαに至るまでの時間が短く、良好に行われたとみなされるので、ステップＳ３０５に進み、基準燃料噴射量ＴＡＵｓに対し所定量α分を減じて、すなわち、減量補正を行い最終燃料噴射量ＴＡＵｆが設定される。

このようにして設定された最終燃料噴射量ＴＡＵｆが、各気筒における所定のクランク角位置においてインジェクタ３８により筒内に噴射され、所定のクランク角位置における点火時期に点火プラグ４０により点火されることになる。なお、この場合の点火時期は固定値（例えば、上死点後（ＡＴＤＣ）５°ＣＡ）であってもよい。

そこで、他の実施形態として、かかる始動時の燃料噴射制御に対して付加的又は代替的に実行され得る始動時の点火時期制御ルーチンについて、図５に示すフローチャートを参照して説明する。まず、不図示のアクセサリスイッチのオンにより制御が開始されると、ステップＳ５０１において冷却水温センサー４４からの検出値であるエンジン１０の冷却水温Ｔｗが読み込まれる。さらに、ステップＳ５０２において、このエンジン冷却水温Ｔｗの値に対応付けて、予め実験などにより求めてマップに保管されている始動時の基準点火時期ＩＧＮｓが読み出される。そして、次のステップＳ５０３において、前回の機関始動時に、燃焼回数計数記憶手段としての不揮発性メモリに保管され記憶されている燃焼回数Ｘが所定値Ｘｒより少ないか多いかが判別される。「Ｘ＞Ｘｒ」の場合には、前回の始動が完爆回転数Ｎαに至るまでの時間が長く、ある困難性を伴って行われたとみなされるので、ステップＳ５０４に進み、基準点火時期ＩＧＮｓに対し所定角度β分を加えて、すなわち、点火進角量を増加補正するように最終点火時期ＩＧＮｆが設定される。他方、「Ｘ≦Ｘｒ」の場合には、前回の始動が完爆回転数Ｎαに至るまでの時間が短く、良好に行われたとみなされるので、ステップＳ５０５に進み、基準点火時期ＩＧＮｓに対し所定角度β分を減じて、すなわち、点火進角量を減少（遅角）補正するように最終点火時期ＩＧＮｆが設定される。

かくて、このようにして設定された最終点火時期ＩＧＮｆに対応するクランク角位置における点火時期に点火プラグ４０により点火されることになる。

なお、上述の実施形態では、正常燃焼であるとみなし得る判定のための筒内の基準圧力として、固定の所定値「Ｐβ」を用いたが、これは理想気体の状態方程式から以下のパラメーターを用いてその都度算出するようにしてもよい。すなわち、「Ｐβ＝a×ｍＲＴ／Ｖ」から求めてもよい。ここで、
Ｖ：シリンダ（筒内）容積、
ｍ：筒内への吸入空気質量であり、エアフローメーター４６の検出信号からの算出値、
Ｒ：ガス定数
Ｔ：吸入空気温度
ａ：モデル誤差修正係数
である。

また、上述の実施の形態では、冷却水温センサー４４による冷却水温を用いて制御判定要素としたが、これは吸気温センサー内臓のホットワイヤー式エアフローメーター４６による吸入空気温度を用いるようにしてもよい。なお、上述の本発明による制御は、４気筒機関のみに限られず、より気筒の多い多気筒機関で行うことも可能であることはいうまでもない。

本発明に係る内燃機関の始動制御装置の概略構成図を示す模式図である。 本発明の一実施形態における始動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における始動時燃料噴射制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 （Ａ）は正常燃焼とそうでない場合の筒内圧Ｐのピーク値と、エンジンの始動時における回転数Ｎｅの変動の様子を示すタイムチャートである。判定値Ｐα及びＰβとの関係を示すグラフ、（Ｂ）はクランキングの開始当初からのエンジン回転数Ｎｅの推移を示すタイムチャートである。 本発明の他の実施形態における始動時点火時期制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関（エンジン）
３８ インジェクタ
４０ 点火プラグ
４２ 筒内圧センサー
４４ 冷却水温センサー
４６ エアフローメーター
５０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (3)

1. 機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
   機関始動開始から始動完了までの所定期間において、前記筒内圧検出手段により検出された筒内圧値が所定値を超える燃焼回数を計数し記憶する燃焼回数計数記憶手段と、
   前記燃焼回数計数記憶手段に記憶された燃焼回数に基づいて、次回の機関始動開始時の燃料噴射量及び／又は点火時期を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
2. 前記補正手段は、前記燃焼回数計数記憶手段に記憶された燃焼回数が所定値より少ないときに、前記次回の機関始動開始時の燃料噴射量を減量補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置。
3. 前記補正手段は、前記燃焼回数計数記憶手段に記憶された燃焼回数が所定値より多いときに、前記次回の機関始動開始時の点火進角量を増加補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置。

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