JP2019152113A - エンジンの制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリを大容量化することなく、エンジンの冷間始動時おける、消費電力の増加及びエミッション性能の悪化を抑制する。【解決手段】エンジン冷間時における始動制御において、循環通路（吸気バイパス通路５５）を開きかつ電動過給機５３を駆動させて、循環通路（吸気バイパス通路５５）を介して吸気を循環させ、その後、モータ（モータジェネレータ７０）を駆動させ、モータ（モータジェネレータ７０）の駆動後、燃料噴射弁（インジェクタ２３）により燃料噴射を行う。【選択図】図６

Description

ここに開示された技術は、エンジンの制御方法及び制御装置に関する技術分野に属する。

従来より、排気通路に設けられた排気浄化触媒と、排気浄化触媒を暖機するための電気ヒータを備えたエンジンが知られている（例えば特許文献１）。

上記のような電気ヒータは、エンジンの始動時に排気浄化触媒を早期に暖機させるために利用される。例えば、特許文献１では、エンジンの始動時には、先ずＥＨＣ（電気ヒータ）をオンにして、ＥＨＣの下流側に配置された前段触媒部（排気浄化触媒）、又は、触媒機能を有する貴金属がコーティングされたＥＨＣ本体を加熱するようにしている。

また、特許文献１では、エンジンの始動時にモータによってエンジンを空転させている。これにより、排気通路内に上流から下流に向かうガスの流れを生じさせて、該ガスの流れによって、ＥＨＣで発生した熱を前段触媒部に伝達している。

特許文献２には、エンジンの始動時に電動過給機を駆動させて、筒内の圧縮圧力を高くすることが開示されている。

特開２０１７−５２５００号公報 特開２００８−１０６６３６号公報

特許文献１のように、エンジンの始動時に、電気ヒータによって排気浄化触媒を暖機させれば、エンジンの始動時から排気ガスを浄化させることができる。

ところで、エンジン冷間時は、吸気温度が低く気筒内での燃焼安定性が低下する。このため、エンジンの冷間始動時には、エンジンの完爆までに時間がかかり、未燃燃料を多く含む、温度の低い排気ガスが排気通路に排出される。

上記のような排気ガスが電気ヒータに到達すると、該排気ガスによって電気ヒータが冷やされてしまう。このため、電気ヒータによる排気浄化触媒の暖機に時間がかかってしまい、エミッション性能の悪化を招いてしまう。また、電気ヒータを長時間温め続けなければならないための電力の消費量が増大してしまう。

これに対して、特許文献２のように、電動過給機を設けて、該電動過給機によって吸気温度を上昇させることが考えられる。しかしながら、電動過給機と電気ヒータとを同時に駆動させるには、大容量のバッテリが必要となる。特に、特許文献１のように、始動時に、モータによってエンジンを回転させる場合には、モータを駆動させるための電力も必要となるため、更に大容量のバッテリが必要となる。大容量のバッテリが必要になると、上記エンジンを搭載する車両の重量が増加するとともに、バッテリの該車両への搭載性の問題が生じる。

ここに開示された技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バッテリを大容量化することなく、エンジンの冷間始動時おける、消費電力の増加及びエミッション性能の悪化を抑制することにある。

上記課題を解決するために、ここに開示された技術では、吸気弁及び排気弁によって吸気通路及び排気通路とそれぞれ連通可能な気筒内と、該排気通路に設けられた排気浄化触媒と、該排気通路における該排気浄化触媒よりも上流側に設けられ、上記排気浄化触媒を暖機するための電気ヒータとを有するエンジンの制御方法を対象として、上記エンジンは、上記吸気通路に配設され、吸気を過給する電動過給機と、上記吸気通路における、上記電動過給機よりも上流側の通路と上記電動過給機よりも下流側の通路とを連通する循環通路と、上記吸気通路における、上記電動過給機よりも下流側の通路に設けられ、吸気量を調整する流量調整弁と、上記エンジンを回転させるためのモータと、上記電気ヒータ、上記電動過給機及び上記モータを作動させるための電力が蓄積されたバッテリとを更に有し、上記エンジン冷間時における始動制御として、上記循環通路を開きかつ上記電動過給機を駆動させて、上記循環通路を介して吸気を循環させる吸気循環工程と、上記吸気循環工程の後、上記モータを駆動させるモータ駆動工程と、上記モータ駆動工程の後、燃料噴射をする燃料噴射工程と、を含む、ものとした。

この構成によると、循環通路を介して吸気を循環させる（吸気リサーキュレーションをする）ことにより、電動過給機を利用して吸気を早急に加熱することができる。これにより、エンジン冷間時であっても、吸気通路内で吸気を予め加熱することができる。そして、吸気循環工程の後に、モータを駆動させて、燃料噴射を行えば、エンジンの気筒内に加熱された吸気が供給された状態で燃料の燃焼が行われるため、燃焼安定性が向上して失火が抑制される。これにより、エンジン始動時に確実な初爆が得られて始動時間が短縮でき、始動時のモータの電力消費を低減できる。また、排気ガス中の未燃燃料（ＨＣ）の量が減少するため、エミッション性能の悪化が抑制される。さらに、排気ガス中の未燃燃料の量が減少することにより、電気ヒータが冷やされることを抑制することができる。この結果、電気ヒータによる排気浄化触媒の暖機を適切に行うことができるため、電気ヒータを作動させる消費電力を抑えつつ、エミッション性能の悪化を抑制することができる。また、加熱された吸気を利用して燃料を燃焼させることにより、排気温度が高くなる。これにより、電気ヒータによる排気浄化触媒の暖機効果を向上させることができ、この結果、エミッション性能の悪化を効果的に抑制することができる。

また、エンジンの冷間始動時に、電動過給機とモータとの駆動のタイミングをずらすことができる。一般に、電動過給機やモータは、駆動の際の投入電力が定常運転時の消費電力よりも大きくなる。このため、電動過給機とモータとの駆動のタイミングをずらすことができれば、バッテリから放出される瞬時の電力が抑えられるため、バッテリを大容量化する必要ない。また、電動過給機とモータとの駆動のタイミングをずらすことで、バッテリにかかる負荷が抑えられるため、バッテリの長寿命化を図ることもできる。

したがって、バッテリを大容量化することなく、エンジンの冷間始動時における、消費電力の増加及びエミッション性能の悪化を抑制することができる。

上記エンジンの制御方法の一実施形態では、上記エンジンの停止状態において、上記吸気弁及び上記排気弁の両方が開き状態である気筒があるときには、上記吸気循環工程において、上記流量調整弁の開度をアイドル運転時の開度よりも小さい開度にし、上記モータ駆動工程において、上記流量調整弁の開度を上記アイドル運転時の開度以上の開度にする。

すなわち、吸気弁及び排気弁の両方が開き状態であるときには、吸気が吸気通路内でほとんど循環せずに、排気通路に流れ出てしまうおそれがある。この場合、電動過給機によって過給されるため、ある程度は吸気温度が高くなるが、吸気を循環させる場合と比較すると吸気温度は低い。このため、消費電力の増加及びエミッション性能の悪化を抑制する効果が小さくなるおそれがある。そこで、吸気弁及び排気弁の両方が開き状態である気筒があるときには、吸気循環工程において、流量調整弁の開度をアイドル運転時の開度よりも小さい開度にする。これにより、吸気の大部分を吸気通路内に閉じ込めて、吸気が循環通路を介して十分に循環できるようにする。そして、モータ駆動工程において、流量調整弁の開度をアイドル運転時の開度以上の開度にすれば、吸気通路内で循環されて十分に加熱された吸気を気筒内に供給することができる。この結果、エンジンの冷間始動時における、消費電力の増加及びエミッション性能の悪化を抑制する効果を適切に発揮できるようになる。

上記エンジンの制御方法において、上記エンジンの完爆後に上記電気ヒータを駆動させて、上記排気浄化触媒を暖機する触媒暖機工程を更に含むようにしてもよい。

この構成によると、温度が高い排気ガスが排気通路に排出されるようになってから、電気ヒータを駆動させることになる。このため、排気ガスによって電気ヒータが冷やされることがより効果的に抑制されて、電気ヒータによる排気浄化触媒の暖機をより適切に行うことができる。この結果、エンジンの冷間始動時における、消費電力の増加及びエミッション性能の悪化をより効果的に抑制することができる。

さらに、電気ヒータの駆動のタイミングを、電動過給機及びモータの駆動のタイミングからずらすことができる。これにより、バッテリから瞬時に放出される電力を抑えることができ、バッテリの長寿命化を図ることができる。

上記触媒暖機工程を含む、エンジンの制御方法において、上記触媒暖機工程において、上記エンジンの完爆後の所定期間の間は、上記エンジンの回転数をアイドル回転数よりも高くして、上記エンジンの出力により発電する発電機による発電を行うとともに、上記発電機によって発電された電力を上記電気ヒータに供給するようにしてもよい。

この構成によると、発電機による発電を行うことによって、エンジン負荷が増大する。エンジン負荷が増大することにより、燃料の噴射量が増大して排気ガスの量が増大する。これにより、排気ガスの熱量が増加するため、排気浄化触媒の暖機を一層促進させることができる。この結果、エンジンの冷間時始動時におけるエミッション性能の悪化を一層効果的に抑制することができる。

また、発電機で発電した電力を電気ヒータに供給するようにすることで、バッテリから電気ヒータに供給する電力を小さくすることができる。これにより、バッテリの消費電力を一層効果的に抑制することができる。

ここに開示された技術の他の態様はエンジンの制御装置に関する。具体的には、吸気弁及び排気弁によって吸気通路及び排気通路とそれぞれ連通可能な気筒内と、該排気通路に設けられた排気浄化触媒と、該排気通路における該排気浄化触媒よりも上流側に設けられ、上記排気浄化触媒を暖機するための電気ヒータとを有するエンジンの制御装置を対象として、上記エンジンは、上記吸気通路に配設され、吸気を過給する電動過給機と、上記吸気通路における、上記電動過給機よりも上流側の通路と上記電動過給機よりも下流側の通路とを連通する循環通路と、上記吸気通路における、上記電動過給機よりも下流側の通路に設けられ、吸気量を調整する流量調整弁と、上記エンジンを回転させるためのモータと、上記電気ヒータ、上記電動過給機及び上記モータを作動させるための電力が蓄積されたバッテリと、上記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを更に有し、上記エンジンが冷間状態であるか否かを検出する冷間状態検出手段と、上記エンジンの始動を制御する始動制御手段とを備え、上記始動制御手段は、上記冷間状態検出手段によって上記エンジンの冷間状態が検出されたときに、始動要求があったときには、上記循環通路を開きかつ上記電動過給機を駆動させて、上記循環通路を介して吸気を循環させ、循環開始から第１所定期間経過後に上記モータを駆動させ、該モータの駆動後、上記燃料噴射弁により燃料噴射を行うように構成されている、ものとした。

この構成でも、エンジンの冷間始動時には、電動過給機とモータとの駆動のタイミングをずらすことができ、バッテリから瞬時に放出される電力が抑えられるため、バッテリの大容量化が必要ない。また、エンジンの始動時における消費電力を抑えることもできる。

さらに、循環通路を介して吸気を循環させた後に、モータを駆動させて、燃料噴射を行うため、燃焼安定性が向上して失火が抑制される。これにより、排気ガス中の未燃燃料（ＨＣ）の量が減少するため、エミッション性能の悪化が抑制される。また、排気ガス中の未燃燃料の量が減少することにより、電気ヒータが冷やされることを抑制することができ、この結果、電気ヒータを作動させる消費電力を抑えつつ、エミッション性能の悪化を抑制することができる。さらに、加熱された吸気を利用して燃料を燃焼させることにより、排気温度が高くなる。これにより、電気ヒータによる排気浄化触媒の暖機効果を向上させることができ、この結果、エミッション性能の悪化を効果的に抑制することができる。

上記エンジンの制御装置の一実施形態では、上記始動制御手段は、上記エンジンの停止状態において、上記吸気弁及び上記排気弁の両方が開き状態である気筒があるときには、上記流量調整弁の開度をアイドル運転時の開度よりも小さい開度にして吸気を循環させ、上記第１所定期間経過後に、上記流量調整弁の開度を上記アイドル運転時の開度以上の開度にするように構成されている。

この構成によると、吸気弁及び排気弁の両方が開き状態である気筒があるときであっても、循環通路を介して、吸気を十分に循環させることができる。そして、第１所定期間後に、流量調整弁の開度をアイドル運転時の開度以上の開度にすれば、吸気通路内で循環されて十分に加熱された吸気を気筒内に供給することができる。この結果、エンジンの冷間始動時における、消費電力の増加及びエミッション性能の悪化を抑制する効果を適切に発揮できるようになる。

上記エンジンの制御装置において、上記電気ヒータの作動を制御するヒータ制御手段を更に備え、上記ヒータ制御手段は、上記エンジンの完爆後に上記電気ヒータを駆動させて、上記排気浄化触媒を暖機するように構成されている、という構成でもよい。

この構成によると、温度が高い排気ガスが排気通路に排出されるようになってから、電気ヒータを駆動させることになるため、電気ヒータによる排気浄化触媒の暖機をより適切に行うことができる。この結果、エンジンの冷間始動における、消費電力の増加及びエミッション性能の悪化をより効果的に抑制することができる。

上記エンジンの完爆後に上記電気ヒータを駆動させる、上記エンジンの制御装置において、上記エンジンの出力によって発電する発電機と、上記発電機の作動を制御する発電機制御手段とを更に備え、上記発電機制御手段は、上記エンジンの完爆後の第２所定期間の間は、上記エンジンの回転数をアイドル回転数よりも高くして、上記発電機による発電を行うとともに、上記発電機によって発電された電力を上記電気ヒータに供給するように構成されている、という構成でもよい。

この構成によると、発電機による発電を行うことによって、エンジン負荷が増大するため、燃料の噴射量が増大して排気ガスの量が増大する。これにより、排気ガスの熱量が増加するため、排気浄化触媒の暖機を一層促進させることができる。この結果、エンジンの冷間始動時におけるエミッション性能の悪化を一層効果的に抑制することができる。

また、発電機で発電した電力を電気ヒータに供給するようにすることで、バッテリから電気ヒータに供給する電力を小さくすることができる。これにより、バッテリの消費電力を一層効果的に抑制することができる。

以上説明したように、ここに開示された技術によると、エンジン冷間時であっても、エンジンの気筒内に加熱された吸気が供給することができ、燃焼安定性が向上して失火が抑制することができる。これにより、エンジン始動時に確実な初爆が得られて始動時間が短縮でき、始動時のモータの電力消費を低減できる。また、排気ガス中の未燃燃料の量が減少させて、エミッション性能の悪化を抑制させることができる。さらに、排気ガス中の未燃燃料の量が減少することにより、電気ヒータが冷やされることを抑制することができる。この結果、電気ヒータによる排気浄化触媒の暖機を適切に行うことができるため、電気ヒータを作動させる消費電力を抑えつつ、エミッション性能の悪化を抑制することができる。また、電動過給機とモータとの駆動のタイミングをずらすことで、バッテリから瞬時に放出される電力が抑えられるため、バッテリの大容量化が必要ない。

したがって、バッテリを大容量化することなく、エンジンの冷間始動時における、消費電力の増加及びエミッション性能の悪化を抑制することができる。

例示的な実施形態に係る制御装置で制御されるエンジンを示す概略図である。 エンジン本体の構成を示す断面図である。 エンジンの制御系を示すブロック図である。 吸気弁及び排気弁の開閉パターンを示す図である。 エンジンの冷間始動時において、電動過給機、モータジェネレータ及び電気ヒータで消費される電力を示すグラフである。 エンジンの始動時におけるＰＣＭの処理動作を示すフローチャートの一部である。 エンジンの始動時におけるＰＣＭの処理動作を示すフローチャートの残部である。 エンジンの冷間始動時における各装置の作動状態を示すタイミングチャートである。

以下、例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１には、本実施形態にかかる制御装置で制御されるエンジン１を示す。このエンジン１は、自動車等の車両に搭載されるエンジンである。このエンジン１のエンジン本体１０は、４つの気筒１１が直列に並び、各気筒１１にガソリンを主成分とした燃料が供給される直列４気筒型のガソリンエンジンである。

エンジン本体１０は、図２に示すように、複数の気筒１１（図２において１つのみ図示している）が設けられたシリンダブロック１２と、このシリンダブロック１２上に配設されたシリンダヘッド１３と、シリンダブロック１２の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン１４とを有している。このエンジン本体１０の各気筒１１内には、ピストン１５が往復摺動可能にそれぞれ嵌挿されている。このピストン１５と、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１３とによって燃焼室１６（図２参照）が区画されている。ピストン１５は、シリンダブロック１２内においてコンロッド１７を介してクランクシャフト１８と連結されている。尚、燃焼室１６の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばピストン１５の頂面形状、及び、燃焼室１６の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。

図２に示すように、シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に、吸気ポート１９及び排気ポート２０が形成されている。これら吸気ポート１９及び排気ポート２０には、燃焼室１６側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

各吸気弁２１は吸気弁駆動機構３０によって開閉され，各排気弁２２は排気弁駆動機構４０によって開閉される。吸気弁駆動機構３０及び排気弁駆動機構４０は、それぞれ吸気カムシャフト３１及び排気カムシャフト４１を有する。各カムシャフト３１，４１は、不図示のチェーン／スプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフト１８に連結される。これにより、各カムシャフト３１，４１はクランクシャフト１８の回転と連動して回転する。

吸気弁駆動機構３０及び排気弁駆動機構４０は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする電動Ｓ−ＶＴ（Sequential-Valve Timing）を含んで構成されている。各電動Ｓ−ＶＴは、図１に示すように、吸気カムシャフト３１及び排気カムシャフト４１の端部にそれぞれ取り付けられる。各電動Ｓ−ＶＴは、吸気カムシャフト３１及び排気カムシャフト４１の回転位相を、所定の角度範囲内で連続的に変更するようにそれぞれ構成されている。電動Ｓ−ＶＴは、既知の構成のものを採用することができるため、その構成については詳細な説明を省略する。尚、電動Ｓ−ＶＴに替えて、油圧式のＳ−ＶＴを採用してもよい。

シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に、気筒１１内に燃料を直接噴射するインジェクタ２３（燃料噴射弁）が取り付けられている。インジェクタ２３は、図２に示すように、その噴口がシリンダヘッド１３の一側（本実施形態では吸気側）から燃焼室１６内に臨むように配設されている。インジェクタ２３は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１６内に直接噴射する。

シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に、該気筒１１内に噴射された燃料を燃焼させるための点火プラグ２４が取り付けられている。点火プラグ２４は、図２に示すように、電極２４ａが燃焼室１６の天井部から該燃焼室１６内に臨むように配設されている。点火プラグ２４は、後述するＰＣＭ１００からの制御信号を受けて、所望の点火タイミングで火花を発生させるように、電極２４ａに通電する。

エンジン本体１０の幾何学的圧縮比は、理論熱効率の向上等を目的として高く設定されている。具体的に、エンジン本体１０の幾何学的圧縮比は、１４以上である。幾何学的圧縮比は、例えば１８としてもよい。幾何学的圧縮比は、１４以上２０以下の範囲で、適宜設定すればよい。

図１に示すように、エンジン本体１０の一側面には、各気筒１１の吸気ポート１９に連通するように吸気通路５０が接続されている。一方、エンジン本体１０の他側面には、各気筒１１の排気ポート２０に連通するように接続され、各気筒１１からの既燃ガス（つまり、排気ガス）を排出する排気通路６０が接続されている。このため、各気筒１１は、吸気弁２１及び排気弁２２によって吸気通路５０及び排気通路６０とそれぞれ連通可能な気筒１１となっている。

吸気通路５０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ５１が配設されている。一方、吸気通路５０における下流側近傍には、サージタンク５２が配設されている。このサージタンク５２よりも下流側の吸気通路５０は、気筒１１毎に分岐する独立吸気通路とされ、これら各独立吸気通路の下流端が各気筒１１の吸気ポート１９にそれぞれ接続されている。

吸気通路５０におけるエアクリーナ５１とサージタンク５２との間には、上流側から下流側へ向かって順に、電動過給機５３と、スロットル弁５４とが配設されている。

吸気通路５０には、電動過給機５３をバイパスする吸気バイパス通路５５が設けられている。吸気バイパス通路５５は、その上流端が、吸気通路５０におけるエアクリーナ５１と電動過給機５３との間の通路に接続される一方、下流端が、吸気通路５０における電動過給機５３とスロットル弁５４との間の通路に接続されている。これにより、吸気バイパス通路５５は、吸気通路５０における、電動過給機５３よりも上流側の通路と電動過給機５３よりも下流側の通路とを連通する。吸気バイパス通路５５には、吸気バイパス通路５５へ流れる空気量を調整するための吸気バイパス弁５６が配設されている。この吸気バイパス弁５６の開度を調整することによって、電動過給機５３で過給される吸気量と、吸気バイパス通路５５を通る吸気量との割合を段階的に又は連続的に変更することができるようになる。詳しくは後述するが、吸気バイパス通路５５は、電動過給機５３で過給された吸気の少なくとも一部を、吸気通路５０における電動過給機５３よりも上流側の通路に還流させて、吸気通路５０内で循環させる（吸気リサーキュレーションを実行する）ための循環通路となることがある。

電動過給機５３は、吸気通路５０内に設けられたコンプレッサ５３ａと、このコンプレッサ５３ａを駆動する電動モータ５３ｂとから構成されている。電動モータ５３ｂを駆動することによって、コンプレッサ５３ａが回転駆動されて、吸気の過給が行われる。電動過給機５３の過給圧能力（つまり、電動過給機５３による過給圧）は、電動モータ５３ｂの駆動力を変更することで変更される。電動モータ５３ｂは、後述するバッテリ２５に蓄積された電力や、後述するモータジェネレータ７０によって発電された電力によって駆動される。電動モータ５３ｂの駆動力の大きさは、該電動モータ５３ｂに供給される電力の大きさによって変更される。電動モータ５３ｂは比較的小型のモータで構成されており、作動時における消費電力は、後述するモータジェネレータ７０よりも小さい。

スロットル弁５４は、気筒１１に供給する吸気量を調整する流量調整弁に相当する。スロットル弁５４は、後述するＰＣＭ１００からの制御信号に基づいて開度が変更される。

上記排気通路６０の上流側の部分は、気筒１１毎に分岐して排気ポート２０の外側端に接続された独立排気通路と該各独立排気通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。

この排気通路６０における上記排気マニホールドよりも下流側には、排気浄化触媒６１が配設されている。また、排気通路６０における該排気浄化触媒６１よりも上流側には、排気浄化触媒６１を暖機するための電気ヒータ６２が配設されている。

排気浄化触媒６１は、いわゆる三元触媒であり、排気ガス中に含まれるＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣ（未燃燃料など）を浄化するものである。排気浄化触媒６１は、所定の活性化温度以上の温度において、浄化作用が適切に発揮される。

電気ヒータ６２は、排気浄化触媒６１を暖機して、早期に活性化状態にするためのヒータである。電気ヒータ６２は、例えば、電熱線で構成されており、供給された電力の大きさに応じて発熱する。電気ヒータ６２は、後述するバッテリ２５に蓄積された電力や、後述するモータジェネレータ７０によって発電された電力によって駆動する。

図１に示すように、本実施形態のエンジン１には、モータジェネレータ７０が設けられている。モータジェネレータ７０のモータ軸７１は、第１プーリ７２と接続され、該第１プーリ７２は、ベルト７４を介して第２プーリ７３と連結されている。第２プーリ７３は、エンジン本体１０のクランクシャフト１８と連結されている。これにより、モータジェネレータ７０が回転駆動したときには、該モータジェネレータ７０の回転力が、第１プーリ７２、ベルト７４及び第２プーリ７３を介してクランクシャフト１８に伝達されて、該クランクシャフト１８が回転する。

モータジェネレータ７０は、エンジン１（厳密には、エンジン本体１０）の始動時には、エンジン１を回転させるスタータモータとして機能する。つまり、モータジェネレータ７０は、エンジン１を回転させるためのモータに相当する。モータジェネレータ７０は、エンジン１の始動時には、後述するバッテリ２５に蓄積された電力によって回転駆動される。モータジェネレータ７０は、クランクシャフト１８を回転させる程度の回転力を発生させなければならないため、上述の電動モータ５３ｂよりも大型のモータで構成される。このため、モータジェネレータ７０がスタータとして機能する際の消費電力は、電動モータ５３ｂの消費電力よりも大きい。以下の説明では、「エンジン本体１０のクランクシャフト１８を回転させる」ことを、単に「エンジン１を回転させる」と表現することがある。

モータジェネレータ７０は、エンジン１の始動後は、エンジン本体１０からのエンジン出力に基づいて発電する発電機として機能する。つまり、モータジェネレータ７０は、エンジン１の出力によって発電する発電機に相当する。モータジェネレータ７０によって発電された電力は、後述するバッテリ２５に蓄電される他、電動過給機５３の電動モータ５３ｂや電気ヒータ６２に供給される。

図１に示すように、本実施形態のエンジン１には、電動過給機５３、モータジェネレータ７０、電気ヒータ６２等を作動させるための電力が蓄積されたバッテリ２５が設けられている。バッテリ２５には、例えば、上述のように、モータジェネレータ７０によって発電された電力が蓄積される。バッテリ２５は、後述するＰＣＭ１００からの制御信号に基づいて、電動過給機５３、モータジェネレータ７０、電気ヒータ６２等に電力を供給する。バッテリ２５は、例えば４８Ｖバッテリである。

尚、本実施形態に示すエンジン１では、排気通路６０を流通する排気ガスを吸気通路５０に還流させるＥＧＲ通路が設けられていない。しかし、但し、本開示は、ＥＧＲ通路を備えたエンジンに適用することを排除しない。

上述のように構成されたエンジン１は、図３に示すように、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１００によって制御される。ＰＣＭ１００は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。ＰＣＭ１００には、図３に示すように、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１、電動過給機５３による過給圧を検出する過給圧センサＳＷ２、吸気温度を検出する吸気温度センサＳＷ３、排気温度を検出する排気温度センサＳＷ４、クランクシャフト１８の回転角を検出するクランク角センサＳＷ５、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ６、及び、排気浄化触媒６１の温度を検出する触媒温度センサＳＷ７からの検出信号が入力される。また、ＰＣＭ１００には、イグニッションスイッチＳＷ８からの信号が入力される。

ＰＣＭ１００は、クランク角センサＳＷ５の検出結果からエンジン１のエンジン回転速度及びエンジン回転数を算出し、アクセル開度センサＳＷ６の検出結果からエンジン負荷を算出する。

ＰＣＭ１００は、クランク角センサＳＷ５の検出結果から吸気弁２１のリフト位置及び排気弁２２のリフト位置を推定する。

ＰＣＭ１００は、水温センサＳＷ１の検出で検出されるエンジン水温が第１所定温度Ｔｃ１よりも低いときに、気筒１１内の温度が低い、エンジン１が冷間状態である（エンジン冷間状態である）と判定する。つまり、水温センサＳＷ１は冷間状態検出手段に相当する。また、本実施形態では、ＰＣＭ１００は、水温センサＳＷ１の検出で検出されるエンジン水温が第１所定温度Ｔｃ１以上のときであっても、吸気温度センサＳＷ３で検出される吸気温度が第２所定温度Ｔｃ２よりも低いときには、エンジン冷間状態であると判定する。つまり、本実施形態では、吸気温度センサＳＷ３も冷間状態検出手段に相当する。本実施形態では、第１所定温度Ｔｃ１は、例えば、４０℃に設定されており、第２所定温度Ｔｃ２は、例えば、０℃に設定されている。

ＰＣＭ１００は、入力された信号に基づいて、インジェクタ２３、バッテリ２５、吸気弁駆動機構３０、排気弁駆動機構４０、電動過給機５３（厳密には電動過給機５３の電動モータ５３ｂ）、スロットル弁５４のアクチュエータ、吸気バイパス弁５６のアクチュエータ、電気ヒータ６２、モータジェネレータ７０に制御信号を出力する。つまり、ＰＣＭ１００は、電気ヒータ６２の作動を制御するヒータ制御手段、及び、発電機としてのモータジェネレータ７０の作動を制御する発電機制御手段を構成する。

ＰＣＭ１００は、エンジン負荷（エンジン１への要求トルク）に対応する燃料の噴射量や噴射開始時期等をインジェクタ２３の作動制御によって実現する。エンジン負荷は、アクセル開度が大きいほど、及び、発電機としてのモータジェネレータ７０等の外部負荷が大きいほど、大きくなる。燃料噴射量は、エンジン負荷が大きくなるほど多くなるように設定されている。

本実施形態では、エンジン１の熱効率向上の観点から、図４に示すように、排気行程の終了間際に吸気弁２１を開いて、吸気弁２１と排気弁２２との両方が開かれた状態になるようにしている。つまり、ＰＣＭ１００は、排気行程における、ピストン１５の圧縮上死点（ＴＤＣ）の直前に吸気弁２１を開くように吸気弁駆動機構３０を制御している。このため、本実施形態では、排気行程においてピストン１５が圧縮上死点の近傍に位置しているときには、吸気弁２１及び排気弁２２の両方が開き状態になる。

（エンジンの始動制御）
ＰＣＭ１００は、イグニッションスイッチＳＷ８からスイッチオンの信号を受けたときには、エンジン１の始動要求があったと判定して、エンジン１の始動を開始する。ＰＣＭ１００は、エンジン１の始動要求があったときには、モータジェネレータ７０を駆動して、エンジン１を回転させる。そして、ＰＣＭ１００は、エンジン１を回転させた状態で、気筒１１内に燃料を噴射して、該燃料を燃焼させることでエンジン１を始動させる。ＰＣＭ１００はエンジン１が完爆したときに、エンジン１の始動が完了したと判定する。詳しくは、ＰＣＭ１００は、クランク角センサＳＷ５により検出される瞬時のエンジン回転速度が所定回転速度以上となったときに、エンジン１が完爆したと判定する。本実施形態では、上記所定回転速度は、エンジン回転数が所定回転数以上となる速度に設定されている。上記所定回転数は、例えば、８００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍ程度に設定されている。

ここで、エンジン１のエミッション性能の向上の観点から、エンジン１の始動後には、排気浄化触媒６１を暖機して、触媒温度を出来る限り早く活性化温度以上にすることが望ましい。本実施形態のように、排気浄化触媒６１の上流側に電気ヒータ６２が設けられていれば、該電気ヒータ６２によって、排気浄化触媒６１の暖機を促すことができる。

しかし、エンジン冷間時は、吸気温度が低く気筒１１内での燃料の燃焼安定性が低下する。このため、エンジン１の冷間始動時には、エンジン１の完爆までに時間がかかり、未燃燃料（ＨＣ）を多く含む、温度の低い排気ガスが排気通路６０に排出される。このような排気ガスが電気ヒータ６２に到達すると、該排気ガスによって電気ヒータ６２が冷やされてしまう。このため、電気ヒータ６２による排気浄化触媒６１の暖機に時間がかかってしまい、エミッション性能の悪化を招いてしまう。また、電気ヒータ６２を長時間温め続けなければならないための電力の消費量が増大してしまう。

そこで、本実施形態では、エンジン１の冷間始動時において、吸気通路５０内で吸気を循環させる（吸気リサーキュレーションをする）ことで、予め吸気を加熱するようにした。以下、その詳細を説明する。

ＰＣＭ１００は、エンジン冷間時において始動要求があったときには、先ず、吸気バイパス通路５５を開きかつ電動過給機５３を駆動させる。ここでいう、「吸気バイパス通路５５を開く」とは、「電動過給機５３に向かって吸気が流入する程度に、吸気バイパス通路５５を開く」ことを意味する。すなわち、例えば、始動要求があった時において、吸気バイパス弁５６が全閉であるときには、ＰＣＭ１００は、吸気バイパス弁５６の開度を全開よりも小さい範囲で大きくする一方、吸気バイパス弁５６が全開であるときには、ＰＣＭ１００は、電動過給機５３に向かって吸気が流入する程度に、吸気バイパス弁５６を絞る。ＰＣＭ１００は、電動過給機５３による過給時には、コンプレッサ５３ａの回転数が、後述するアイドル回転状態よりも十分に大きな回転数となるように電動過給機５３を作動させる。

吸気バイパス通路５５を開きかつ電動過給機５３を駆動させることで、電動過給機５３によって過給された吸気の少なくとも一部が、吸気バイパス通路５５を通って、電動過給機５３よりも上流側の通路に還流する。このように、吸気バイパス通路５５を介して、吸気通路５０内で吸気が循環される。そして、吸気通路５０内で吸気が循環することにより、電動過給機５３を利用して吸気通路５０内で吸気を早急に加熱することができる。また、吸気バイパスバルブ５６を絞り気味にすることにより、該吸気バイパスバルブ５６の通過時に吸気の流速が早くなり、該吸気バイパスバルブ５６の通過後に吸気の流速が遅くなる。このとき、吸気の運動エネルギーが熱エネルギーに変換されて吸気温度が上昇する。つまり、吸気バイパスバルブ５６を絞り気味にすることにより、吸気温度の上昇を促進させることができる。以上のことから、吸気バイパス通路５５は循環通路に相当する。

ＰＣＭ１００は、吸気通路５０内での吸気の循環を開始してから第１所定期間ｔ１が経過した後、吸気バイパス弁５６を全開にするとともに、電動過給機５３をアイドル回転状態にする。電動過給機５３のアイドル回転状態とは、電動過給機５３のコンプレッサ５３ａが吸気の過給にほとんど寄与しないような回転数で回転している状態である。

ＰＣＭ１００は、スタータモータとしてのモータジェネレータ７０を駆動させてエンジン１を回転させる。このとき、ＰＣＭ１００は、スロットル弁５４の開度が、アイドル運転時の開度よりも小さい開度であるときには、スロットル弁５４の開度をアイドル運転時の開度以上の開度にしてから、モータジェネレータ７０を駆動させる。そして、ＰＣＭ１００は、モータジェネレータ７０を駆動させてから一定時間ｔ３が経過した後に、インジェクタ２３により燃料噴射を行う。尚、「アイドル運転時の開度よりも小さい開度」とは、スロットル弁５４が全閉か又は全閉から僅かに開いた開度である。

これらのことから、ＰＣＭ１００は始動制御手段を構成する。

電動過給機５３によって予め吸気を加熱して、加熱された吸気をエンジン１の気筒１１内に供給するようにすることで、気筒１１内に加熱された吸気が供給された状態で燃料の燃焼が行われるため、燃焼安定性が向上して失火が抑制される。これにより、エンジン始動時に確実な初爆が得られて始動時間が短縮でき、スタータモータとしてのモータジェネレータ７０の電力消費を低減できる。また、排気ガス中の未燃燃料の量が減少するため、エミッション性能の悪化が抑制される。さらに、排気ガス中の未燃燃料の量が減少することにより、電気ヒータ６２が冷やされることを抑制することができる。この結果、電気ヒータ６２による排気浄化触媒６１の暖機を適切に行うことができるため、電気ヒータ６２を作動させる消費電力を抑えつつ、エミッション性能の悪化を抑制することができる。また、加熱された吸気を利用して燃料を燃焼させることにより、排気温度が高くなる。これにより、電気ヒータ６２による排気浄化触媒６１の暖機効果を向上させることができ、この結果、エミッション性能の悪化を効果的に抑制することができる。第１所定期間ｔ１とは、吸気が十分に加熱されるまでの期間であり、具体的には、吸気温度センサＳＷ３で検出される吸気温度が第３所定温度Ｔｗ１以上になるまでの期間である。本実施形態では、第３所定温度Ｔｗ１は、例えば、５０℃程度に設定されている。

ここで、本実施形態では、上述したように、排気行程においてピストン１５が圧縮上死点の近傍に位置するときには、吸気弁２１及び排気弁２２の両方が開き状態になる。このため、エンジン１の停止状態において、吸気弁２１及び排気弁２２の両方が開き状態となっていることがある。吸気弁２１及び排気弁２２の両方が開き状態であるときには、吸気が吸気通路５０内でほとんど循環せずに、排気通路６０に流れ出てしまう。この場合でも、吸気は電動過給機５３によって過給されるため、ある程度は吸気温度が高くなるが、吸気を循環させる場合と比較すると吸気温度は低くなる。このため、消費電力の増加及びエミッション性能の悪化を抑制する効果が小さくなるおそれがある。

そこで、ＰＣＭ１００は、吸気弁２１及び排気弁２２の両方が開き状態である気筒１１があるときには、スロットル弁５４の開度をアイドル運転時の開度よりも小さい開度にする。これにより、吸気の大部分を吸気通路５０内に閉じ込めて、吸気が吸気バイパス通路５５を介して十分に循環できるようにする。そして、ＰＣＭ１００は、上記第１所定期間ｔ１経過後に、スロットル弁５４の開度をアイドル運転時の開度以上の開度にする。これにより、吸気通路５０内で循環されて十分に加熱された吸気を気筒１１内に供給することができるようになる。

ＰＣＭ１００は、クランク角センサＳＷ５の検出結果に基づいて、吸気弁２１及び排気弁２２の両方が開き状態である気筒１１があるか否かを判断する。

ＰＣＭ１００は、エンジン１の完爆が確認された後、すなわち、エンジン回転速度が、エンジン回転数が所定回転数以上となる速度になった後、モータジェネレータ７０への電力供給を停止させて、電気ヒータ６２を駆動させる。電気ヒータ６２が駆動されることにより、排気浄化触媒６１の暖機が開始される。このことから、ＰＣＭ１００は、ヒータ制御手段を構成する。

エンジン１の完爆後に電気ヒータ６２を駆動させるため、温度が高い排気ガスが排気通路６０に排出されるようになってから、電気ヒータ６２を駆動させることになる。このため、排気ガスによって電気ヒータ６２が冷やされることがより効果的に抑制されて、電気ヒータ６２による排気浄化触媒６１の暖機をより適切に行うことができる。この結果、エンジン１の冷間始動時における、消費電力の増加及びエミッション性能の悪化をより効果的に抑制することができる。

また、ＰＣＭ１００は、電気ヒータ６２を駆動させるときに、モータジェネレータ７０による発電を開始させる。具体的には、ＰＣＭ１００は、エンジン１の完爆後の第２所定期間ｔ２の間は、エンジン１の回転数をアイドル回転数よりも高くしてモータジェネレータ７０による発電を実行させる。ＰＣＭ１００は、モータジェネレータ７０よって発電された電力を電気ヒータ６２に供給させる。このとき、モータジェネレータ７０によって発電された電力は、その全てが電気ヒータ６２に供給されてもよいし、一部が電気ヒータ６２に供給されかつ該電力の残部がバッテリ２５に充電されてもよい。このことから、ＰＣＭ１００は、発電機制御手段を構成する。尚、第２所定期間ｔ２とは、排気浄化触媒６１が十分に加熱されるまでの期間であり、具体的には、触媒温度センサＳＷ７で検出される触媒温度が第４所定温度Ｔｗ２以上になるまでの期間である。第４所定温度Ｔｗ２は、排気浄化触媒６１の活性化温度以上の温度であって、例えば、３００℃程度に設定されている。この第２所定期間ｔ２は、請求項４の所定期間に相当する。

モータジェネレータ７０による発電を行うことによって、エンジン負荷（エンジン１への要求トルク）が増大する。本実施形態では、ＰＣＭ１００は、エンジン負荷が大きくなるほど燃料噴射量を多くするように制御しているため、エンジン負荷が増大することにより燃料噴射量が増大する。燃料噴射量が増大すれば、排気ガスの量が増大する。これにより、排気ガスの熱量が増加するため、排気浄化触媒６１の暖機を一層促進させることができる。この結果、エンジン１の冷間時始動時におけるエミッション性能の悪化を一層効果的に抑制することができる。また、モータジェネレータ７０で発電した電力を電気ヒータ６２に供給するようにすることで、バッテリ２５から電気ヒータ６２に供給する電力を小さくすることができる。これにより、バッテリ２５の消費電力を一層効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、上述のように、ＰＣＭ１００は、電動過給機５３、スタータモータとしてのモータジェネレータ７０及び電気ヒータ６２を段階的に駆動させる。これにより、バッテリ２５が瞬時に放出する電力を抑えることができるため、バッテリ２５の大容量化が必要なくなるとともに、バッテリ２５の長寿命化が可能となる。以下、このことについて、詳細に説明する。

図５は、エンジン１の冷間始動時に、電動過給機５３、スタータモータとしてのモータジェネレータ７０及び電気ヒータ６２にバッテリ２５から供給される電力を示す。各グラフの縦軸は各装置で消費される電力、言い換えると、バッテリ２５から供給される電力であり、各グラフの横軸は時間である。縦軸及び横軸のスケールは、各グラフで同じである。

上述したように、ＰＣＭ１００は、エンジン冷間時において始動要求があったときには、まず電動過給機５３を駆動させる。電動過給機５３を停止状態から駆動させることになるため、図５に示すように、駆動時には定常運転時の消費電力よりも大きい投入電力が供給される。電動過給機５３は、上記投入電力によって駆動した後は、要求過給圧に応じた電力、すなわち、電動モータ５３ｂへの要求駆動力に応じた電力でもって作動される。そして、上記第１所定期間ｔ１が経過した後、電動過給機５３はアイドル回転状態にされる。アイドル回転状態における消費電力は、図５に示すように、電動過給機５３による過給が必要な場合と比較してかなり小さい。このため、電動過給機５３がアイドル回転状態にあるときに、他の装置（スタータとしてのモータジェネレータ７０や電気ヒータ６２）を駆動させたとしても、バッテリ２５にかかる負荷には影響がない。

ＰＣＭ１００は、電動過給機５３をアイドル回転状態にした後、スタータとしてのモータジェネレータ７０を駆動する。モータジェネレータ７０も、電動過給機５３と同様に、停止状態から駆動されるため、図５に示すように、駆動時には定常運転時の消費電力よりも大きい投入電力が供給される。図５に示すように、モータジェネレータ７０の消費電力は、電動過給機５３の消費電力よりもかなり大きい。ＰＣＭ１００は、エンジン１の完爆を確認した時に、モータジェネレータ７０への電力供給を停止させる。

ＰＣＭ１００は、エンジン１の完爆を確認して、モータジェネレータ７０への電力供給を停止させた後、電気ヒータ６２を駆動する。電気ヒータ６２は、回転駆動等させる必要がないため、図５に示すように、電動過給機５３やモータジェネレータ７０に供給されるような大きな投入電力は必要ない。一方で、電気ヒータ６２は、第２所定期間ｔ２が経過するまでは駆動され続けなければならないため、比較的長い時間、電力が供給され続ける。図５では、一定の電力が供給されるように記載しているが、実際には、エンジン１の完爆後には、発電機としてのモータジェネレータ７０で発電された電力が電気ヒータ６２に供給されるため、バッテリ２５から電気ヒータ６２に供給する電力は減少する。

以上のように、本実施形態では、電動過給機５３、スタータモータとしてのモータジェネレータ７０及び電気ヒータ６２におけるそれぞれの駆動のタイミングをずらしている。これにより、バッテリ２５から瞬時に放出される電力が抑えられる。特に、比較的大きな電力が必要となる、電動過給機５３の駆動のタイミングとスタータとしてのモータジェネレータ７０の駆動のタイミングとが重ならないようにすることで、バッテリ２５から瞬時に放出される電力をかなり抑えることができる。この結果、バッテリ２５を大容量化する必要がない。また、バッテリ２５にかかる負荷が抑えられるため、バッテリ２５の長寿命化を図ることもできる。

次に、ＰＣＭ１００によるエンジン１の始動時の処理動作を、図６及び図７のフローチャートに基づいて説明する。このＰＣＭ１００の処理動作は、エンジン１に始動要求がある度に実行される。

最初のステップＳ１０１で、ＰＣＭ１００は、各種センサからの信号を読み込み、次のステップＳ１０２で、ＰＣＭ１００は、エンジン水温が第１所定温度Ｔｃ１よりも小さいか否かを判定する。ステップＳ１０２の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１０３に進む一方、ステップＳ１０２の判定がＹＥＳであるときには、エンジン１の冷間始動時の制御を実行すべく、ステップＳ１０４に進む。

次のステップＳ１０３では、ＰＣＭ１００は、吸気温度が第２所定温度Ｔｃ２よりも小さいか否かにを判定する。ステップＳ１０３の判定がＮＯであるときには、エンジン１の温間始動時の制御を実行すべく、ステップＳ１１８に進む一方、ステップＳ１０３の判定がＹＥＳであるときには、エンジン１の冷間始動時の制御を実行すべく、ステップＳ１０４に進む。

上記ステップＳ１０４では、ＰＣＭ１００は、吸気弁２１と排気弁２２との両方が開き状態の気筒１１がないか否かを判定する。ステップＳ１０４の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１０５に進む一方、ステップＳ１０４の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１０６に進む。

上記ステップＳ１０５では、ＰＣＭ１００は、スロットル弁５４の開度をアイドル運転時の開度よりも小さい開度にする。尚、スロットル弁５４の開度が、既にアイドル運転時の開度よりも小さい場合には、このステップＳ１０５を省略される。

上記ステップＳ１０６では、ＰＣＭ１００は、吸気バイパス弁５６の開度を大きくして、吸気バイパス通路５５を開く。このステップＳ１０６において、ＰＣＭ１００は、電動過給機５３に向かって吸気が流入する程度には、吸気バイバス弁５６を絞ぼるように制御する。

次のステップＳ１０７では、ＰＣＭ１００は、電動過給機５３を駆動させる。具体的には、ＰＣＭ１００は、バッテリ２５に制御信号を出力して、バッテリ２５から電動モータ５３ｂに電力を供給させることで、電動過給機５３を駆動させる。

次のステップＳ１０８では、ＰＣＭ１００は、吸気温度が第３所定温度Ｔｗ１以上であるか否かを判定する。ステップＳ１０８の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１０７に戻る一方、ステップＳ１０８の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１０９に進む。

上記ステップＳ１０９では、ＰＣＭ１００は、電動過給機５３をアイドル回転状態にする。

次のステップＳ１１０では、ＰＣＭ１００は、モータジェネレータ７０に電力を供給して、モータジェネレータ７０をスタータモータとして駆動させる。このとき、ＰＣＭ１００は、スロットル弁５４の開度が、アイドル運転時の開度よりも小さい開度であるとき（例えば、ステップＳ１０５を経由してからステップＳ１１０に到達したとき）には、スロットル弁５４の開度をアイドル運転時の開度以上の開度にしてから、モータジェネレータ７０を駆動させる。

続くステップＳ１１１では、ステップＳ１１０から一定時間ｔ３が経過した後、ＰＣＭ１００は燃料噴射を開始させ、次のステップＳ１１２において、ＰＣＭ１００は、瞬時のエンジン回転速度が所定回転速度以上になったか否かを判定する。ステップＳ１１２の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１１１に戻る一方、ステップＳ１１２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１１３に進む。

上記ステップＳ１１３では、ＰＣＭ１００は、モータジェネレータ７０への電力供給を停止させる。そして、次のステップＳ１１４において、モータジェネレータ７０による発電を開始させる。

続くステップＳ１１５では、ＰＣＭ１００は、電気ヒータ６２を駆動させ、次のステップＳ１１６において、ＰＣＭ１００は、触媒温度が第４所定温度Ｔｗ２以上になったか否かを判定する。ステップＳ１１６の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１１５に戻る一方、ステップＳ１１６の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１１７に進む。

次のステップＳ１１７では、ＰＣＭ１００は、電気ヒータ６２を停止させる。ステップＳ１１７の後は、ＰＣＭ１００は処理を終了する。

一方で、ステップＳ１０３の判定がＮＯであるときに進むステップＳ１１８では、モータジェネレータ７０に電力を供給して、モータジェネレータ７０をスタータモータとして駆動させる。このステップＳ１１８でも、ＰＣＭ１００は、スロットル弁５４の開度が、アイドル運転時の開度よりも小さい開度であるときには、スロットル弁５４の開度をアイドル運転時の開度以上の開度にしてから、モータジェネレータ７０を駆動させる。

続くステップＳ１１９では、ステップＳ１１８から一定時間ｔ３が経過した後、ＰＣＭ１００は、燃料噴射を開始させ、次のステップＳ１２０において、ＰＣＭ１００は、瞬時のエンジン回転速度が所定回転速度以上になったか否かを判定する。ステップＳ１２０の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１１９に戻る一方、ステップＳ１２０の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１２１に進む。

上記ステップＳ１２１では、ＰＣＭ１００は、モータジェネレータ７０への電力供給を停止させる。ステップＳ１２１の後は、ＰＣＭ１００は処理を終了する。

上記ＰＣＭ１００の制御による各装置の動作を、図８のタイムチャートにより説明する。ここでは、吸気弁２１及び排気弁２２の両方が開き状態である気筒１１がある場合について説明する。

初期状態において、スロットル弁５４及び吸気バイパス弁５６は全開であったとする。この初期状態から、イグニッションスイッチＳＷ８がオンになり、始動要求があると、スロットル弁５４の開度がアイドル運転時の開度よりも小さくされるとともに、電動過給機５３に向かって吸気が流入する程度に、吸気バイパス弁５６の開度が小さくされる。

スロットル弁５４及び吸気バイパス弁５６の開度を調整した後、電動過給機５３が駆動される。電動過給機５３は、アイドル回転状態よりも十分に大きな回転数となるように駆動される。電動過給機５３による過給が行われている間は、モータジェネレータ７０及び電気ヒータ６２は駆動されない。

電動過給機５３による過給開始から第１所定期間ｔ１が経過した後（吸気温度が第３所定温度Ｔｗ１以上になった後）、電動過給機５３がアイドル回転状態にされるとともに、スロットル弁５４及び吸気バイパス弁５６が全開にされる。さらに、スタータモータとしてのモータジェネレータ７０が駆動される。これにより、エンジン回転速度が上昇する。モータジェネレータ７０が駆動された後、一定時間ｔ３が経過するまでは燃料は噴射されない。このため、モータジェネレータ７０が駆動された後、上記一定時間ｔ３の間は、エンジン回転速度は略一定になる。

モータジェネレータ７０が駆動されてから一定時間ｔ３が経過した後、燃料が供給される。これにより、燃料が供給された気筒１１内で燃料が燃焼して、エンジン回転速度が上昇する。この後、瞬時のエンジン回転速度が上記所定回転速度以上になって、エンジン１の完爆が確認されたときには、モータジェネレータ７０が停止される。エンジン１の完爆が確認された後、スロットル弁５４は、一旦、その開度が小さくされる。この後には、スロットル弁５４の開度は、エンジン負荷に応じて変更される。

そして、エンジン１の完爆が確認された後、発電機としてのモータジェネレータ７０により発電が開始されるとともに、電気ヒータ６２が駆動される。このとき、モータジェネレータ７０による発電が開始されることで、エンジン負荷が上昇するため、スロットル弁５４の開度が大きくされる。

図示は省略しているが、電気ヒータ６２は、第２所定期間ｔ２が経過した後（触媒温度が第４所定温度Ｔｗ２以上になった後）停止される。

したがって、本実施形態では、エンジン１の冷間始動時において、吸気バイパス通路５５を開きかつ電動過給機５３を駆動させて、吸気バイパス通路５５を介して吸気を循環させた後、スタータモータとしてのモータジェネレータ７０を駆動させ、該モータジェネレータ７０の駆動後に、インジェクタ２３により燃料噴射を行うため、エンジン冷間時であっても、エンジン１の気筒１１内に加熱された吸気を供給することができ、燃焼安定性が向上して失火が抑制することができる。これにより、エンジン始動時に確実な初爆が得られて始動時間が短縮でき、始動時のモータの電力消費を低減できる。また、排気ガス中の未燃燃料の量が減少されるため、エミッション性能の悪化を抑制させることができる。さらに、排気ガス中の未燃燃料の量が減少することにより、電気ヒータ６２が冷やされることを抑制することができる。この結果、電気ヒータ６２による排気浄化触媒６１の暖機を適切に行うことができるため、電気ヒータ６２を作動させる消費電力を抑えつつ、エミッション性能の悪化を抑制することができる。また、電動過給機５３とスタータモータとしてのモータジェネレータ７０との駆動のタイミングをずらすことで、バッテリ２５から瞬時に放出される電力が抑えられるため、バッテリ２５の大容量化が必要ない。よって、バッテリ２５を大容量化することなく、エンジン１の冷間始動時における、消費電力の増加及びエミッション性能の悪化を抑制することができる。

ここに開示された技術は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上述の実施形態では、吸気弁２１及び排気弁２２の両方が開き状態である気筒１１があるときに、スロットル弁５４の開度をアイドル回転時の開度よりも小さい開度にしていたが、これに限らず、吸気弁２１及び排気弁２２の両方が開き状態である気筒１１があるか否かに関わらず、スロットル弁５４の開度をアイドル回転時の開度よりも小さい開度にするようにしてもよい。この場合、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１０４が省略され、常にステップＳ１０５を経由するようになる。また、ステップＳ１１０において、スタータモータとしてのモータジェネレータ７０を駆動する前に、常に、スロットル弁５４の開度を大きくする制御がなされる。

また、吸気弁２１及び排気弁２２の両方が開き状態である気筒１１があるときには、電動過給機５３を駆動する前に、モータジェネレータ７０を駆動して、クランクシャフト１８を回転させて、全ての気筒１１において吸気弁２１及び排気弁２２の少なくとも一方が閉じ状態になるようにしてもよい。この場合、電動過給機５３は、モータジェネレータ７０を停止させてから駆動する。

さらに、上述の実施形態では、吸気弁２１及び排気弁２２の両方が開き状態である気筒１１があるか否かを、クランク角センサＳＷ５の検出結果に基づいて行っていたが、これに限らず、吸気カムシャフト３１の位相角を検出する吸気カム位相センサと、排気カムシャフト４１の位相角を検出する排気カム位相センサとを設けて、これらのセンサの検出結果に基づいて、吸気弁２１及び排気弁２２の両方が開き状態である気筒１１があるか否かを判断するようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、モータジェネレータ７０が、エンジン１を回転させるためのスタータモータとエンジンの出力によって発電する発電機とを担っていたが、これに限らず、スタータモータと発電機とを別々に設けるようにしてもよい。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。

ここに開示された技術は、排気通路に設けられた排気浄化触媒と、排気浄化触媒を暖機するための電気ヒータを備えたエンジンを冷間始動させる際に有用である。

１ エンジン
１１ 気筒
２１ 吸気弁
２２ 排気弁
２３ インジェクタ（燃料噴射弁）
２５ バッテリ
５０ 吸気通路
５３ 電動過給機
５４ スロットル弁（流量調整弁）
５５ 吸気バイパス通路（循環通路）
６０ 排気通路
６１ 排気浄化触媒
６２ 電気モータ
７０ モータジェネレータ（モータ、発電機）
１００ ＰＣＭ（始動制御手段、ヒータ制御手段、発電機制御手段）
ＳＷ１ 水温センサ（冷間状態検出手段）
ＳＷ３ 吸気温度センサ（冷間状態検出手段）

Claims (8)

1. 吸気弁及び排気弁によって吸気通路及び排気通路とそれぞれ連通可能な気筒と、該排気通路に設けられた排気浄化触媒と、該排気通路における該排気浄化触媒よりも上流側に設けられ、上記排気浄化触媒を暖機するための電気ヒータとを有するエンジンの制御方法であって、
   上記エンジンは、
   上記吸気通路に配設され、吸気を過給する電動過給機と、
   上記吸気通路における、上記電動過給機よりも上流側の通路と上記電動過給機よりも下流側の通路とを連通する循環通路と、
   上記吸気通路における、上記電動過給機よりも下流側の通路に設けられ、吸気量を調整する流量調整弁と、
   上記エンジンを回転させるためのモータと、
   上記電気ヒータ、上記電動過給機及び上記モータを作動させるための電力が蓄積されたバッテリとを更に有し、
   エンジン冷間時における始動制御として、
   上記循環通路を開きかつ上記電動過給機を駆動させて、上記循環通路を介して吸気を循環させる吸気循環工程と、
   上記吸気循環工程の後、上記モータを駆動させるモータ駆動工程と、
   上記モータ駆動工程の後、燃料噴射をする燃料噴射工程と、
   を含むことを特徴とするエンジンの制御方法。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御方法において、
   上記エンジンの停止状態において、上記吸気弁及び上記排気弁の両方が開き状態である気筒があるときには、上記吸気循環工程において、上記流量調整弁の開度をアイドル運転時の開度よりも小さい開度にし、上記モータ駆動工程において、上記流量調整弁の開度を上記アイドル運転時の開度以上の開度にすることを特徴とするエンジンの制御方法。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの制御方法において、
   上記エンジンの完爆後に上記電気ヒータを駆動させて、上記排気浄化触媒を暖機する触媒暖機工程を更に含むことを特徴とするエンジンの制御方法。
4. 請求項３に記載のエンジンの制御方法において、
   上記触媒暖機工程において、上記エンジンの完爆後の所定期間の間は、上記エンジンの回転数をアイドル回転数よりも高くして、上記エンジンの出力により発電する発電機を用いて発電を行うとともに、上記発電機によって発電された電力を上記電気ヒータに供給することを特徴とするエンジンの制御方法。
5. 吸気弁及び排気弁によって吸気通路及び排気通路とそれぞれ連通可能な気筒内と、該排気通路に設けられた排気浄化触媒と、該排気通路における該排気浄化触媒よりも上流側に設けられ、上記排気浄化触媒を暖機するための電気ヒータとを有するエンジンの制御装置であって、
   上記エンジンは、
   上記吸気通路に配設され、吸気を過給する電動過給機と、
   上記吸気通路における、上記電動過給機よりも上流側の通路と上記電動過給機よりも下流側の通路とを連通する循環通路と、
   上記吸気通路における、上記電動過給機よりも下流側の通路に設けられ、吸気量を調整する流量調整弁と、
   上記エンジンを回転させるためのモータと、
   上記電気ヒータ、上記電動過給機及び上記モータを作動させるための電力が蓄積されたバッテリと、
   上記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを更に有し、
   上記エンジンが冷間状態であるか否かを検出する冷間状態検出手段と、
   上記エンジンの始動を制御する始動制御手段とを備え、
   上記始動制御手段は、上記冷間状態検出手段によって上記エンジンの冷間状態が検出されたときに、始動要求があったときには、上記循環通路を開きかつ上記電動過給機を駆動させて、上記循環通路を介して吸気を循環させ、循環開始から第１所定期間経過後に上記モータを駆動させ、該モータの駆動後、上記燃料噴射弁により燃料噴射を行うように構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
6. 請求項５に記載のエンジンの制御装置において、
   上記始動制御手段は、上記エンジンの停止状態において、上記吸気弁及び上記排気弁の両方が開き状態である気筒があるときには、上記流量調整弁の開度をアイドル運転時の開度よりも小さい開度にして吸気を循環させ、上記第１所定期間経過後に、上記流量調整弁の開度を上記アイドル運転時の開度以上の開度にするように構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
7. 請求項５又は６に記載のエンジンの制御装置において、
   上記電気ヒータの作動を制御するヒータ制御手段を更に備え、
   さらに上記ヒータ制御手段は、上記エンジンの完爆後に上記電気ヒータを駆動させて、上記排気浄化触媒を暖機するように構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
8. 請求項７に記載のエンジンの制御装置において、
   上記エンジンの出力によって発電する発電機と、
   上記発電機の作動を制御する発電機制御手段とを更に備え、
   上記発電機制御手段は、上記エンジンの完爆後の第２所定期間の間は、上記エンジンの回転数をアイドル回転数よりも高くして、上記発電機による発電を行うとともに、上記発電機によって発電された電力を上記電気ヒータに供給するように構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。

Images