JP2014234791A - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気体燃料により内燃機関を始動させる場合の内燃機関の始動性向上を図る。【解決手段】エンジン１０は、燃料を噴射する燃料噴射弁として、気体燃料を噴射する気体噴射弁２１を備えている。制御部８０は、気体燃料を用いてエンジン１０を始動させる始動要求が発生した場合に、エンジン１０が暖機完了状態であるか否かを判定する。そして、暖機完了状態であると判定された場合に、エンジン１０の目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定し、該設定した目標空燃比に基づいて、気体噴射弁２１による燃料噴射を実施してエンジン１０を始動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の始動制御装置に関し、詳しくは気体燃料を供給可能な内燃機関の始動制御装置に関する。

従来、例えば圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等の気体燃料を燃焼させて駆動する内燃機関が実用化されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、イグニッションスイッチのＯＮに伴い内燃機関を始動させる場合に、内燃機関が所定温度よりも低い冷間時には気体燃料を噴射し、内燃機関が所定温度よりも高い場合には液体燃料を噴射することが開示されている。

また近年、例えばアクセル操作やブレーキ操作といった停車又は発進のための動作等を検知して内燃機関の自動停止及び自動再始動を行う、いわゆるアイドルストップ機能を有する制御システムが知られている。このアイドルストップ制御により、内燃機関の燃費改善等の効果を図っている。

ガソリン燃料などの液体燃料で内燃機関を始動させる場合には、噴射した燃料が壁面等に液体状態のまま付着することや、ガソリン燃料では空燃比リッチの方が燃焼安定性が良好であることを考慮し、空燃比がリッチになるように燃料供給が行われる。また、内燃機関の暖機完了後の始動では、空燃比リッチで制御すると燃焼トルクが過大になり過ぎることを考慮し、点火遅角を行うことにより燃焼トルクを抑えるようにしている。

特開２０００−２１３３９４号公報

気体燃料の利点を考慮し、冷間始動時に限らず、暖機後再始動時にも気体燃料を用いることがある。しかしながら、気体燃料による暖機後再始動の場合に、ガソリン燃料と同じように空燃比リッチになるように燃料供給を行うと、気体燃料と液体燃料との特性の相違に起因して、却って始動性が悪くなることが懸念される。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、気体燃料により内燃機関を始動させる場合の内燃機関の始動性向上を図ることができる内燃機関の始動制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、気体燃料を噴射する気体噴射手段（２１）を備える内燃機関（１０）に適用される内燃機関の始動制御装置に関する。請求項１に記載の発明は、前記気体燃料を用いて前記内燃機関を始動させる始動要求が発生した場合に、前記内燃機関が暖機完了状態であるか否かを判定する暖機判定手段と、前記暖機判定手段により前記暖機完了状態であると判定された場合に、前記内燃機関の目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定する目標値設定手段と、前記目標値設定手段により設定した目標空燃比に基づいて、前記気体噴射手段による燃料噴射を実施して前記内燃機関を始動させる始動制御手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成では、気体燃料を用いて内燃機関を始動させる際に内燃機関の暖機が完了した後である場合には、空燃比が理論空燃比よりもリーンになるように燃料供給して内燃機関を始動させる。気体燃料は単位質量あたりの体積が大きいため、燃料噴射量を多くすると、空気の吸入が阻害されることによって必要なトルクが得られず、却って始動性が悪化することが懸念される。また、気体燃料（ＣＮＧ燃料）は、例えばガソリン燃料などの液体燃料に比べて耐リーン性が高い。さらに、暖機後の再始動時は、より小さな燃焼トルクで始動可能であり、またそうすることで始動ショックを抑制することが可能となる。したがって、上記構成とすることにより、気体燃料を用いての内燃機関の暖機後の再始動時において、無駄な燃料消費を抑えつつ、内燃機関の始動性を良好にすることができる。

エンジンの燃料噴射システムの概略を示す構成図。 液体燃料でエンジン再始動する場合の具体的態様を示すタイムチャート。 気体燃料でエンジン再始動する場合の具体的態様を示すタイムチャート。 気体燃料によるエンジン始動制御の処理手順を示すフローチャート。 エンジン冷却水温と目標空燃比のベース値との関係を示すマップ。 噴射量算出処理のサブルーチン。 弱リッチ化処理のサブルーチン。 他の実施形態における気体燃料でエンジン再始動する場合の具体的態様を示すタイムチャート。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、気体燃料である圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と、液体燃料であるガソリンとをエンジン燃焼用の燃料として使用する、いわゆるバイフューエルタイプの車載多気筒エンジンの燃料噴射システムとして具体化している。本システムの全体概略図を図１に示す。

図１に示すエンジン１０は直列３気筒の火花点火式エンジンよりなり、その吸気ポート及び排気ポートには吸気系統１１、排気系統１２がそれぞれ接続されている。吸気系統１１は、吸気マニホールド１３と吸気管１４とを有している。吸気マニホールド１３は、エンジン１０の吸気ポートに接続される複数（エンジン１０の気筒数分）の分岐管部１３ａと、その上流側であって吸気管１４に接続される集合部１３ｂとを有している。吸気管１４には、空気量調整手段としてのスロットル弁１５が設けられている。このスロットル弁１５は、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５ａにより開度調節される電子制御式のスロットル弁として構成されている。スロットル弁１５の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１５ａに内蔵されたスロットル開度センサ１５ｂにより検出される。また、エンジン１０の吸気ポートには吸気バルブが設けられており、吸気バルブの開動作により空気と燃料との混合気が気筒２４内（シリンダ内）に導入される。

排気系統１２は、排気マニホールド１６と排気管１７とを有している。排気マニホールド１６は、エンジン１０の排気ポートに接続される複数（エンジン１０の気筒数分）の分岐管部１６ａと、その下流側であって排気管１７に接続される集合部１６ｂとを有している。エンジン１０の排気ポートには排気バルブが設けられており、排気バルブの開動作によりエンジン１０の燃焼後の排気がエンジン１０の各気筒２４内から排気管１７に排出される。排気管１７には、排気の成分を検出する排気センサ１８と、排気を浄化する触媒１９とが設けられている。排気センサ１８としては、排気中の酸素濃度から空燃比を検出する空燃比センサが設けられている。触媒１９としては三元触媒が設けられている。

エンジン１０の各気筒２４には点火プラグ２０が設けられている。点火プラグ２０には、点火コイル等よりなる点火装置２０ａを通じて、所望とする点火時期に高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２０の対向電極間に火花放電が発生し、気筒２４内（燃焼室内）に導入された燃料が着火され燃焼に供される。

本システムは、エンジン１０に対して燃料を噴射供給する燃料噴射手段として、気体燃料（ＣＮＧ燃料）を噴射する気体噴射弁２１と、液体燃料（ガソリン）を噴射する液体噴射弁２２とを有している。これら噴射弁２１，２２は、吸気マニホールド１３の分岐管部１３ａに燃料をそれぞれ噴射するポート噴射式となっている。

各噴射弁２１，２２は、電磁駆動部が電気的に駆動されることで弁体が閉位置から開位置にリフトされる開閉タイプの制御弁であり、制御部８０から入力されるオン／オフ式の開弁駆動信号によりそれぞれ開弁駆動される。これら各噴射弁２１，２２は、通電により開弁し、通電遮断により閉弁するとともに、通電時間に応じた量の燃料（気体燃料、液体燃料）を噴射する。なお、本実施形態では、気体噴射弁２１の先端部に噴射管２３が接続されており、気体噴射弁２１から噴出された気体燃料は、噴射管２３を介して吸気マニホールド１３の分岐管部１３ａに噴射されるようになっている。

気体噴射弁２１に対して気体燃料を供給する気体燃料供給部４０について説明する。気体燃料供給部４０において、気体噴射弁２１にはガス配管４１を介してガスタンク４２が接続されている。ガス配管４１の途中には、気体噴射弁２１に供給される気体燃料の圧力を減圧調整する圧力調整機能を有するレギュレータ４３が設けられている。レギュレータ４３は、ガスタンク４２内に貯蔵された高圧状態（例えば最大２０ＭＰａ）の気体燃料が、気体噴射弁２１の噴射圧である所定の設定圧（例えば０．２〜１．０ＭＰａの範囲内の一定圧）になるように減圧調整するものである。減圧調整後の気体燃料は、ガス配管４１を通って気体噴射弁２１に供給される。

ガス配管４１には更に、ガスタンク４２の燃料出口の付近に配置されたタンク主止弁４４と、タンク主止弁４４よりも下流側であってレギュレータ４３の燃料入口の付近に配置された遮断弁４５とが設けられている。これら各弁４４，４５によって、ガス配管４１における気体燃料の流通が許容及び遮断される。タンク主止弁４４及び遮断弁４５はいずれも電磁式の開閉弁であり、非通電時において気体燃料の流通が遮断され、通電時において気体燃料の流通が許容される常閉式である。また、ガス配管４１において、レギュレータ４３の上流側及び下流側には、それぞれ、燃料圧力を検出する圧力センサ４６ａ，４６ｂと、燃料温度を検出する温度センサ４７ａ，４７ｂとが設けられている。

液体燃料供給部７０において、液体噴射弁２２には、燃料配管７１を介して燃料タンク７２が接続されている。また、燃料配管７１には、燃料タンク７２内の液体燃料を液体噴射弁２２に供給する燃料ポンプ７３が設けられている。

その他、本システムには、エンジン始動時にエンジン１０に初期回転を付与する始動装置としてのスタータ２５が設けられている。

制御部８０は、ＣＰＵ８１と、ＲＯＭ８２と、ＲＡＭ８３と、バックアップＲＡＭ８４と、インターフェース８５と、双方向バス８６とを備えている。ＣＰＵ８１、ＲＯＭ８２、ＲＡＭ８３、バックアップＲＡＭ８４及びインターフェース８５は、双方向バス８６によって互いに接続されている。

ＣＰＵ８１は、本システムにおける各部の動作を制御するためのルーチン（プログラム）を実行する。ＲＯＭ８２には、ＣＰＵ８１が実行するルーチン、及びこのルーチン実行の際に参照されるマップ類（マップの他、テーブルや関係式等を含む）、パラメータ等の各種データが予め格納されている。ＲＡＭ８３は、ＣＰＵ８１がルーチンを実行する際に、必要に応じてデータを一時的に格納する。バックアップＲＡＭ８４は、電源が投入された状態でＣＰＵ８１の制御下でデータを適宜格納するとともに、この格納されたデータを電源遮断後も保持する。

インターフェース８５は、上述したスロットル開度センサ１５ｂ、排気センサ１８、圧力センサ４６ａ，４６ｂ、温度センサ４７ａ，４７ｂや、本システムに設けられたその他のセンサ類（クランク角センサ２６、冷却水温センサ２７、カム角センサ、エアフロメータ、車速センサ、アクセルセンサ、ブレーキセンサ等）と電気的に接続されており、これらのセンサからの出力（検出信号）をＣＰＵ８１に伝達する。また、インターフェース８５は、スロットルアクチュエータ１５ａ、点火装置２０ａ、気体噴射弁２１、液体噴射弁２２、タンク主止弁４４、遮断弁４５等の駆動部と電気的に接続されており、ＣＰＵ８１から送出された駆動信号を駆動部に向けて出力することにより、これら駆動部を駆動させる。すなわち、制御部８０は、上述のセンサ類の出力信号等に基づいてエンジン１０の運転状態を取得し、その取得した運転状態に基づいて上述の駆動部の制御を実施する。

具体的には、例えばアクセルセンサにより検出されるアクセル操作量及びクランク角センサ２６により検出されるエンジン回転速度等に基づいてエンジン１０の吸入空気量を算出し、その算出値に基づいてスロットルアクチュエータ１５ａの駆動を制御する。また、上記エンジン回転速度及びエアフロメータにより検出される吸入空気量等に基づいて燃料噴射量（燃料噴射時間）を算出し、その算出値に基づいて気体噴射弁２１及び液体噴射弁２２の駆動を制御する。また、エンジン回転速度及び吸入空気量等に基づいて最適点火時期を算出し、最適点火時期で点火が行われるように点火装置２０ａの駆動を制御する。

制御部８０は、タンク内の燃料残量や、図示しない燃料選択スイッチからの入力信号等に応じて、エンジン１０の燃焼に使用する燃料を選択的に切り替えている。具体的には、ガスタンク４２内の気体燃料の残存量が所定値を下回った場合又は燃料選択スイッチにより液体燃料の使用が選択されている場合には、液体噴射弁２２による液体燃料の噴射によりエンジン１０の燃焼を実施する。また、燃料タンク７２内の液体燃料の残存量が所定値を下回った場合又は燃料選択スイッチにより気体燃料の使用が選択されている場合には、気体噴射弁２１による気体燃料の噴射によりエンジン１０の燃焼を実施する。

次に、本システム構成において実施されるアイドルストップ制御について説明する。アイドルストップ制御は、概略として、エンジン１０のアイドル運転時に所定の自動停止条件が成立した場合にエンジン１０を自動停止させ、その後、所定の再始動条件が成立した場合にエンジン１０を再始動させるものである。この制御により、燃料消費量の低減を図っている。自動停止条件としては、例えば、車速が所定速度以下まで低下したこと、アクセル操作量がゼロであること、ブレーキ操作量が判定値よりも大きくなったこと等の少なくともいずれかを含んでいる。また、再始動条件としては、例えば、アクセル操作が行われたこと、ブレーキ操作が解除されたこと等の少なくともいずれかを含んでいる。

アイドルストップ制御によりエンジン１０を再始動させるときの燃料噴射制御について、以下説明する。本実施形態では、使用する燃料に応じて異なる態様で燃料噴射を実施することとしている。まずは、使用燃料として液体燃料が選択されている場合のエンジン再始動について、図２を用いて説明する。

アイドルストップ制御によるエンジン１０の自動停止中に、液体燃料を使用してエンジン１０を再始動させる再始動要求が発生した場合（ｔ１０）、まずスタータ２５を駆動してエンジン１０のクランキングを開始するとともに、エンジン１０の気筒判別処理を開始する。液体燃料によるエンジン始動の場合には、液体噴射弁２２から噴射した液体燃料の気化に要する時間を考慮して、エンジン１０のクランキング開始直後に液体噴射弁２２による液体燃料の噴射を開始する（ｔ１１）。

液体燃料を用いてエンジン１０を再始動させる場合には、エンジン１０の空燃比が理論空燃比よりもリッチになるように、液体噴射弁２２から液体燃料を噴射する（図２（ｃ））。液体燃料（本実施形態ではガソリン燃料）の場合、空燃比リッチ側で燃焼がより安定化する傾向にある。そのため、ガソリン燃料によるエンジン始動時には、エンジン１０が暖機完了状態であっても、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に対応する量の燃料をエンジン１０の気筒内に供給することが好ましい。

その一方で、暖機後の再始動の際に空燃比リッチとした場合、燃焼トルクが過大となり、始動ショックを招くおそれがある。そこで、ガソリン燃料による暖機後再始動の場合には、図２（ｅ）に示すように、点火時期を最適点火時期（ＭＢＴ）に対して遅角させる（例えば最遅角位置に設定する）ことによりエンジン１０の燃焼トルクを抑え、始動ショックが生じないようにしている。なお、暖機後の再始動の際に理論空燃比で制御してもよい。また、エンジン再始動時の燃料噴射制御において、再始動要求の直後に一時的に空燃比リッチになるように燃料噴射を実施してもよい。こうした場合にも、燃焼トルクを抑えるために点火遅角が行われる。

そして、燃料噴射及び点火の実施に伴いエンジン１０の初爆が生じ、やがてエンジン回転速度が完爆判定値Ｎｔｈ以上になると、エンジン１０の始動が完了した旨判定される。また、燃焼トルクを抑制する必要がなくなった時点で、点火時期を最適点火時期に設定する。なお、エンジン１０の始動要求から、エンジン回転速度が完爆判定値Ｎｔｈ以上になるまでの期間（図２ではｔ１０〜ｔ１３）が「所定の始動期間」に相当する。

次に、使用燃料として気体燃料が選択されている場合のエンジン再始動について、図３を用いて説明する。

アイドルストップ制御によるエンジン１０の自動停止中に、気体燃料を使用してエンジン１０を再始動させる再始動要求が発生した場合（ｔ２０）、液体燃料の場合と同様に、まずエンジン１０のクランキングを開始するとともに、エンジン１０の気筒判別処理を開始する。但し、気体燃料の場合には、燃焼の噴射直後に混合気が形成されることから、気筒判別が完了する前（ｔ２１以前）の期間では、気体噴射弁２１による燃料噴射を停止したままにしておき、気筒判別が完了したｔ２１以降に燃料噴射を実施するとともに、点火装置２０ａにより混合気に点火する。

ここで、気体燃料（本実施形態ではＣＮＧ燃料）は、単位質量あたりの体積が大きいため、燃料噴射量を多くすると、空気の吸入が阻害されることによって必要なトルクが得られず、却って始動性が悪化するおそれがある。また、ＣＮＧ燃料は、ガソリン燃料に比べて耐リーン性が高い。それにもかかわらず、ＣＮＧ燃料による暖機後再始動の際に、ガソリン燃料と同様の燃料噴射制御及び点火時期制御、すなわち空燃比をリッチにしつつ、燃焼トルクを抑えるべく点火遅角を行うものとすると、燃料を無駄に消費することになり好ましくない。

そこで本実施形態では、気体噴射弁２１による燃料噴射によりエンジン１０を始動させる始動要求が発生した場合に、その始動要求時においてエンジン１０が暖機完了状態であるか否かを判定する。そして、エンジン１０が暖機完了状態であると判定された場合には、エンジン１０の空燃比が理論空燃比よりもリーンになるように、気体噴射弁２１による燃料噴射を実施してエンジン１０を始動させるようにしている。

具体的には、図３において、気筒判別が完了したｔ２１以降では、エンジン１０の空燃比が理論空燃比よりもリーンになるように燃料噴射を実施する（図３（ｄ）及び（ｇ）参照）。燃料噴射量について本実施形態では、エンジン１０の始動時温度に基づいて目標空燃比（ベース値）を設定し、その設定した目標空燃比に基づいて、気体噴射弁２１の基本噴射量を算出する。また、点火時期を最適点火時期に設定する。

本実施形態では特に、気体燃料の噴射開始から所定期間ＴＡ（例えば１燃焼サイクルの期間）が経過してもエンジン１０を始動できない場合には、理論空燃比よりリッチにならない範囲で目標空燃比をリッチ方向に補正する（ｔ２２〜ｔ２３、リッチ側補正処理）。目標空燃比のリッチ側補正に際し、本実施形態では、燃焼回ごとに目標空燃比を所定量ずつリッチ方向に補正するが、１燃焼サイクルごとに目標空燃比を所定量ずつリッチ方向に補正してもよい。

そして、エンジン１０の燃焼に伴いエンジン回転速度が上昇し、完爆判定値Ｎｔｈ以上になった時刻ｔ２３で、エンジン１０の始動が完了した旨を判定する。また、エンジン始動完了の判定後、エンジン１０の空燃比を一時的にリッチ化（弱リッチ化）させるべく、気体噴射弁２１による燃料噴射量を増量補正する。

エンジン始動完了の判定後に空燃比を一時的にリッチ化させる理由は以下の通りである。すなわち、エンジン１０をリーン始動した直後は、触媒１９内が空気過剰の状態となっている。また、触媒１９内が空気過剰の状態のまま高負荷運転に移行した場合、大気中に排出されるＮＯｘ量が多くなることが懸念される。そこで本実施形態では、エンジン始動完了の判定後に、より具体的には、始動完了の判定直後に、空燃比を一時的に弱リッチ化することにより、高出力が要求される前に触媒１９の中立化を図るようにしている。

次に、気体燃料によるエンジン再始動制御の処理手順について図４のフローチャートを用いて説明する。本処理は、制御部８０のＣＰＵ８１により所定周期で繰り返し実行される。

図４において、ステップＳ１０１では、気体燃料によるエンジン始動要求の発生後であるか否かを判定する。本実施形態では、気体始動要求フラグを参照し、同フラグがオンの場合に気体燃料によるエンジン始動要求後であると判定する。なお、気体始動要求フラグは、気体燃料によるエンジン始動要求の発生に伴いオンにされ、エンジン始動完了の判定から所定時間（例えば数秒）が経過した時にオフされるフラグである。

ステップＳ１０１で肯定判定された場合にはステップＳ１０２へ進み、エンジン１０が暖機完了状態であるか否かを判定する（暖機判定手段）。ここでは、エンジン始動要求の発生時に冷却水温センサ２７により検出したエンジン冷却水温（エンジン始動時温度）に基づいて判定する。具体的には、エンジン始動時温度が所定の暖機判定値Ｔｗ１（例えば、７０〜９０℃）以上である場合に、エンジン１０が暖機完了状態であると判定する。なお、エンジン１０が暖機完了状態である場合としては、アイドルストップ制御によるエンジン自動停止後の再始動の場合、及びイグニッションスイッチのオフに伴いエンジン１０の運転を停止した後、所定の短時間以内に再度イグニッションスイッチがオンされてエンジン１０が再始動された場合を含む。

エンジン１０が暖機完了状態でないと判定された場合には、ステップＳ１０３へ進み、目標空燃比のベース値AFbsに理論空燃比を設定する。一方、エンジン１０が暖機完了状態であると判定された場合には、ステップＳ１０４へ進み、ベース値AFbsに、理論空燃比よりもリーン側の空燃比（リーン空燃比）を設定する（目標値設定手段）。本実施形態では、エンジン冷却水温とベース値AFbsとの関係がベース値設定用マップとして予め記憶されており、同マップを用いて、今回のエンジン始動時温度に対応するベース値AFbsを読み出す。

図５に、ベース値設定用マップの一例を示す。同マップによれば、エンジン冷却水温が暖機判定値Ｔｗ１以上であって所定の高温判定値Ｔｗ２未満の温度域では、エンジン冷却水温が高いほど、ベース値AFbsが理論空燃比に対してリーンに設定される。また、所定の高温判定値Ｔｗ２以上の温度域では、ベース値AFbsがリーン側の一定値に設定されるようになっている。

ベース値AFbsの設定後、ステップＳ１０５では、エンジン１０のクランキング開始前か否かを判定し、クランキング開始前であればステップＳ１０６へ進み、スタータ２５を駆動してエンジン１０のクランキングを開始する。また、クランキング開始に伴い、エンジン１０の気筒判別のための処理を開始する。なお、エンジン１０の気筒判別の方法は特に限定せず、例えばエンジン始動要求が発生したことに伴い、クランク角センサ２６の検出信号とカム角センサの検出信号とに基づいて気筒判別を行ったり、あるいはクランク角センサ２６の検出信号と吸気管圧力とに基づいて気筒判別を行ったりする。

ステップＳ１０７では、エンジン１０の気筒判別が完了したか否かを判定する。気筒判別の完了前であれば一旦そのまま本ルーチンを終了し、気筒判別が完了するまで燃料噴射を停止したままにしておく。気筒判別が完了するとステップＳ１０７で肯定判定され、ステップＳ１０８へ進み、エンジン１０の始動が完了する前の始動未完了状態であるか否かを判定する。ここでは、エンジン回転速度に基づいて判定し、エンジン回転速度が完爆判定値Ｎｔｈ未満である場合にエンジン始動未完了状態であると判定する。なお、このステップＳ１０８は、エンジン１０の始動が完了したか否かを判定する「始動判定手段」に対応する。

エンジン１０の始動未完了状態である場合には、ステップＳ１０９へ進み、図６の噴射量算出処理を実行する。一方、エンジン１０の始動完了の判定後であればステップＳ１０８で否定判定され、ステップＳ１１０へ進み、今回のエンジン始動が暖機後始動であるか否かを判定する。ステップＳ１１０で肯定判定された場合、ステップＳ１１１へ進み、図７の弱リッチ化処理を実行する。なお、ステップＳ１０９及びステップＳ１１１の処理は、必要に応じて目標空燃比のベース値AFbsを補正することにより、気体噴射弁２１による燃料噴射量を算出する処理である。その後、ステップＳ１１２へ進み、算出した燃料噴射量に基づいて気体噴射弁２１による気体燃料の噴射を実行する。

次に、図６の噴射量算出処理について説明する。図６において、ステップＳ２０１では、気体燃料の噴射開始から所定期間ＴＡが経過したか否かを判定する。本実施形態では、気体燃料の噴射開始から１燃焼サイクル以上が経過したか否かを判定する。ただし、これに限定せず、例えば、エンジン１０のクランキング開始から所定時間（例えば１秒以上）が経過したか否かを判定する構成、あるいは噴射開始から所定時間（例えば１秒以上）が経過したか否かを判定する構成としてもよい。なお、ステップＳ１０８及びＳ２０１の処理が「未完了判定手段」に相当する。

気体燃料の噴射開始から所定期間ＴＡが経過する前であれば、ステップＳ２０１で否定判定されてステップＳ２０２へ進み、目標空燃比をベース値AFbsのままにする。また、ステップＳ２０６では、設定した目標空燃比に基づいて気体燃料の噴射量を算出する。

一方、気体燃料の噴射開始から所定期間ＴＡが経過した後である場合には、ステップＳ２０１で肯定判定され、ステップＳ２０３〜Ｓ２０５のリッチ側補正処理を実行する。具体的には、ステップＳ２０３では、前回の目標空燃比が理論空燃比よりも所定以上リーンであるか否かを判定する。ステップＳ２０３で肯定判定された場合には、ステップＳ２０４へ進み、前回の目標空燃比を所定値ΔＡＦだけリッチ側に補正し、補正後の値を目標空燃比に設定する。一方、ステップＳ２０３で否定判定された場合には、ステップＳ２０５へ進み、目標空燃比に理論空燃比を設定する。その後のステップＳ２０６では、設定した目標空燃比に基づいて気体燃料の噴射量を算出する。

次に、図７の弱リッチ化処理について説明する。この処理は、エンジン１０の始動完了の判定後に空燃比を一時的にリッチにするための処理である。

図７において、ステップＳ３０１では、エンジン始動完了後における燃焼回数が所定回数以下であるか否かを判定する。所定回数として本実施形態では、気筒数に相当する値（３気筒エンジンであれば３回）が設定されている。ステップＳ３０１で肯定判定された場合にはステップＳ３０２へ進み、目標空燃比に、理論空燃比よりも僅かにリッチ側の弱リッチ空燃比を設定する。一方、ステップＳ３０１で否定判定された場合には、ステップＳ３０３へ進み、目標空燃比に理論空燃比を設定する。その後、ステップＳ３０４では、設定した目標空燃比に基づいて気体燃料の噴射量を算出する。

なお、本ルーチンによるエンジン再始動制御は、エンジン回転速度が完爆判定値Ｎｔｈ以上になった後に所定時間が経過するまでの期間に実行され、その後は図示しない別ルーチンにより燃料噴射制御が実行される。

以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

気体燃料を用いてエンジン１０を始動させる際にエンジン１０の暖機が完了した後である場合には、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定し、リーン始動を行う構成とした。気体燃料は単位質量あたりの体積が大きく、燃料噴射量を多くすると、空気の吸入が阻害されることによって必要なトルクが得られず、却って始動性が悪化するおそれがある。また、ＣＮＧ燃料はガソリン燃料に比べて耐リーン性が高い。さらに、暖機後の再始動時は、より小さな燃焼トルクで始動可能であり、またそうすることで始動ショックを抑制することが可能となる。したがって、上記構成とすることにより、気体燃料を用いての暖機後再始動に際し、無駄な燃料消費を抑えつつ、内燃機関の始動性を良好にすることができる。

また、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンにして気体燃料によるエンジン１０の暖機後再始動を行う構成によれば、点火時期を遅角させてわざわざ燃焼トルクを抑えるといった無駄な動作をしなくて済む。

気体噴射弁２１による燃料噴射を開始してから所定期間ＴＡが経過してもエンジン１０の始動が完了していない状態であると判定された場合に、エンジン始動時温度に基づき算出した目標空燃比のベース値AFbsをリッチ方向に補正する構成とした。つまり、この構成では、気体燃料によるエンジン暖機始動時には、理論空燃比よりもリーンになるように燃料を供給し、エンジン始動できない場合には燃料増量して理論空燃比に近付ける。こうすることにより、始動しやすい状況下では、より少ない燃料で始動することができるとともに、始動ショックの低減を図ることができる。一方、始動しにくい状況下では、空燃比をリーンから理論空燃比に近付けて始動させることにより、過剰量の燃料供給を防ぎつつエンジン１０を確実に始動させるようにすることができる。

エンジン１０の始動が完了したと判定された直後に、空燃比が一時的に理論空燃比よりもリッチになるようにする構成とした。リーン始動の直後は、触媒１９内が空気過剰の状態になっており、この状態で高負荷運転が行われると、大気中に排出されるＮＯｘ量が多くなるおそれがある。この点を鑑み、上記構成とすることにより、高出力が要求される前に触媒１９の中立化を図ることができ、ＮＯｘの排出量が過多になることを回避するようにすることができる。

エンジン始動時温度が高いほど、エンジン始動期間における目標空燃比をリーン側に設定する構成とした。エンジン始動時温度が高いほど、より小さな燃焼トルクで始動可能であり、またそうすることで始動ショックの抑制を図ることが可能になる。この点を考慮し、上記構成とすることにより、始動に必要な量の燃料を供給しつつ過剰量の燃料供給を回避することができ、その結果、始動性と燃費改善とを両立させることができる。

アイドルストップ機能を有するエンジン制御システムでは、エンジン自動停止及び再始動を繰り返し行うため、気体燃料によるエンジン暖機始動の頻度が高い。また、エンジン自動停止から再始動までの時間が短く、温度が高いままの状態で（エンジン自動停止時と略同じ温度で）再始動を行われることがある。したがって、アイドルストップ機能を有するシステムに適用することにより、無駄な燃料消費を抑えつつ、内燃機関の始動性を良好にするといった効果を好適に得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・気体燃料による暖機後再始動を行う場合に、始動要求からの経過時間（噴射開始からの経過時間）が長くなるにつれて、目標空燃比を徐々にリッチ方向に変更する構成としてもよい。この場合のエンジン再始動制御を図８のタイムチャートに示す。図８において、エンジン１０の自動停止中に再始動条件が成立した場合、その時刻ｔ３０でエンジン１０のクランキングを開始するとともに気筒判別処理を開始する。そして、気筒判別が完了した時刻ｔ３１で気体燃料の噴射を開始する。このとき、初回噴射（又は初回の燃焼サイクル）の燃料噴射量はエンジン始動時温度に基づいて算出し、エンジン始動時温度が高温であるほど、空燃比がよりリーンになるように燃料噴射量を算出する。また、時刻ｔ３１以降では、気体燃料の噴射開始からの経過時間が長くなるにつれて、理論空燃比よりもリーンとなる範囲内で目標空燃比をリッチ方向に徐々に変更する。こうすることにより、燃料噴射の開始当初の目標空燃比をできるだけリーンにすることによって燃費改善を図ることができる。また、始動しにくい状況下ではリーンから理論空燃比に近付けてエンジン１０を始動させることができ、始動を確実に行わせるようにすることができる。

・上記実施形態では、エンジン始動要求があった場合に、エンジン始動時温度に基づいてエンジン１０が暖機完了状態であるか否かを判定する構成とした。これを変更し、アイドルストップ制御によるエンジン自動停止後の再始動の場合、及びイグニッションスイッチのオフ後、所定の短時間以内にイグニッションスイッチがオンされた場合のいずれかの条件を満たす場合に、エンジン１０が暖気完了状態であるものと判定してもよい。

・上記実施形態では、エンジン燃焼用の燃料として気体燃料と液体燃料とを使用するバイフューエルタイプの車載エンジンに適用する場合について説明したが、エンジン燃焼用の燃料として気体燃料のみを使用するガス専用の車載エンジンに適用してもよい。

・上記実施形態では、多気筒エンジンの気筒ごとに気体噴射弁２１及び液体噴射弁２２をそれぞれ複数ずつ設ける構成としたが、複数の気筒の共通部分に気体噴射弁２１及び液体噴射弁２２のうちの少なくともいずれかを設ける構成としてもよい。例えば、吸気系統１１の集合部分に対して気体燃料や液体燃料を噴射する構成としてもよい。

・上記実施形態では気体燃料をＣＮＧ燃料としたが、標準状態で気体のその他のガス燃料を用いることもでき、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、水素、ジメチルエーテルなどを主成分とする燃料を用いる構成としてもよい。また、液体燃料についてもガソリン燃料に限定しない。例えば、液体燃料としての軽油をエンジン燃焼用の燃料とするディーゼルエンジンに、気体燃料の燃料噴射システムを搭載した構成に本発明を適用してもよい。

１０…エンジン（内燃機関）、２１…気体噴射弁（気体噴射手段）、２２…液体噴射弁（液体噴射手段）、２０…点火プラグ、２０ａ…点火装置、２４…気筒、２５…スタータ、８０…制御部（暖機判定手段、目標値設定手段、始動制御手段、未完了判定手段、始動判定手段）。

Claims (5)

1. 気体燃料を噴射する気体噴射手段（２１）を備える内燃機関（１０）に適用され、
   前記気体燃料を用いて前記内燃機関を始動させる始動要求が発生した場合に、前記内燃機関が暖機完了状態であるか否かを判定する暖機判定手段と、
   前記暖機判定手段により前記暖機完了状態であると判定された場合に、前記内燃機関の目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定する目標値設定手段と、
   前記目標値設定手段により設定した目標空燃比に基づいて、前記気体噴射手段による燃料噴射を実施して前記内燃機関を始動させる始動制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
2. 前記気体噴射手段による燃料噴射を開始してから所定期間が経過しても前記内燃機関の始動が完了していない始動未完了状態であるか否かを判定する未完了判定手段を備え、
   前記未完了判定手段により前記始動未完了状態であると判定された場合に、前記目標値設定手段により算出した目標空燃比をリッチ方向に補正する請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置。
3. 前記内燃機関の始動が完了したか否かを判定する始動判定手段を備え、
   前記始動判定手段により前記内燃機関の始動が完了したと判定された場合に、前記目標空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチに設定する請求項１又は２に記載の内燃機関の始動制御装置。
4. 前記目標値設定手段は、前記内燃機関の始動時温度が高いほど前記目標空燃比をリーン側に設定する請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の始動制御装置。
5. 所定の自動停止条件が成立した場合に前記内燃機関を自動停止させ、その後、所定の再始動条件が成立した場合に前記内燃機関を再始動させるアイドルストップ機能を有する内燃機関に適用される請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の始動制御装置。

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