JP4670644B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、水素ガスを燃料とする内燃機関の制御装置、または、炭化水素燃料と水素ガスとを併用する内燃機関の制御装置に関するものである。

従来、ガソリンなど炭化水素燃料を主燃料とする内燃機関において、水素ガスを副燃料として使用するものが提案されている。この水素ガスは可燃範囲が広くて着火しやすいと共に燃焼速度が速いため、ガソリンに水素ガスを混合して燃料として使用した場合、内燃機関におけるノッキングを抑制でき、また、リーン運転領域を拡大することができ、出力向上あるいは燃費向上や窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減による排気浄化効率の向上を図ることができる。

このような内燃機関としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された水素利用内燃機関は、エンジンの駆動状態を制御する際に、要求トルクを出力するのに要するガソリン噴射量と水素噴射量の割合を、排ガス中のＮＯｘ量が充分に少なくなる条件として予め定めた割合となるように設定し、高負荷状態のときには、水素噴射量を所定の上限値に抑えて噴射制御を行なうと共にＥＧＲを行い、このとき、ＮＯｘ量が所定値を超える場合には、ＮＯｘが充分に低減されるまでＥＧＲガス量をさらに増加させるものである。

特開２００４−１１６３９８号公報

ところで、エンジンを始動する場合、一般に、スタータモータを用いてクランクシャフトを駆動回転すると共に、燃料噴射と混合気への点火を実行している。この場合、スタータモータなどの消費電力を考慮すると、エンジンを素早く円滑に始動させることが重要である。しかし、エンジンの低温始動時には、吸気管や燃焼室が低温状態であるため、燃料の気化を十分に行うことができず、始動に時間がかかり、スタータモータの消費電力が大きくなって燃費が低下するだけでなく、このスタータモータや周辺部品の寿命低下し、また、バッテリーの使用過多による充電量の低下などを招いてしまう。

一方、燃料として水素ガスを適用したエンジン、または、副燃料として水素ガスを適用したエンジンにおいて、水素ガスは、可燃範囲が広くて着火しやすいと共に燃焼速度が速い。そのため、実圧縮比が低くても安定した燃焼を確保することができるものであり、上述した特許文献１に記載された水素利用内燃機関は、このような水素ガス特有のメリットを十分に生かしきれていない。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、スタータモータに作用する負荷を軽減して始動性の向上を図った内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、燃焼室に炭化水素燃料を供給する炭化水素燃料供給手段と、前記燃焼室に水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、実圧縮比を変更する実圧縮比変更手段と、内燃機関の温度を検出する機関温度検出手段と、前記内燃機関の始動時に前記機関温度検出手段が検出した機関温度が低いほど前記実圧縮比変更手段により設定される実圧縮比を小さくすると共に炭化水素燃料に対する水素ガスの供給割合を多くする始動制御手段とを具えたことを特徴とするものである。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、燃焼室に炭化水素燃料を供給する炭化水素燃料供給手段と、燃焼室に水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、実圧縮比を変更する実圧縮比変更手段と、内燃機関の温度を検出する機関温度検出手段とを設け、始動制御手段は、内燃機関の始動時に機関温度が低いほど実圧縮比を小さくすると共に炭化水素燃料に対する水素ガスの供給割合を多くするので、機関温度が低いほど実圧縮比を小さくすることで、ピストンが空気または混合気を圧縮する仕事量が減少してスタータモータに作用する負荷を軽減することができ、また、機関温度が低いほど水素ガスの供給割合を多くすることで、燃焼性の良い水素ガスの利点を利用して混合気に確実に着火することができ、始動性を向上することができると共に、スタータモータの消費電力を低減して小型化や長寿命化を可能とすることができる。

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

図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図、図２は、実施例１の内燃機関の制御装置における始動時の制御を表すフローチャートである。

実施例１の内燃機関の制御装置において、図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１１は、火花点火式の水素多気筒エンジンである。このエンジン１１において、シリンダブロック１２上にシリンダヘッド１３が締結されており、このシリンダブロック１２に形成された複数のシリンダボア１４にピストン１５がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１２の下部にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１５はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。

燃焼室１８は、シリンダボア１４の内壁面と、シリンダヘッド１３の下面と、ピストン１５の頂面とにより囲繞されて構成されており、天井部（シリンダヘッド１３の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１８の両側には吸気ポート１９及び排気ポート２０が開口しており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部が位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１３に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１３には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が図示しないローラロッカアームを介して吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。

従って、エンジン１１に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６がローラロッカアームを作動させ、吸気弁２１及び排気弁２２が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。

また、このエンジン１１の動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２１を最適な開閉タイミングに制御する吸気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）２７となっている。この吸気可変動弁機構２７は、例えば、吸気カムシャフト２３の軸端部にＶＶＴコントローラが設けられて構成され、油圧ポンプ（または、電動モータ）によりカムスプロケットに対するカムシャフト２３の位相を変更することで、吸気弁２１の開放期間を一定としてその開放時期及び閉止時期を進角または遅角することができる。また、この吸気変動弁機構２７は、吸気弁２１の開放期間を変更することで、その開閉時期を進角または遅角することができる。また、吸気カムシャフト２３には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ２８が設けられている。

吸気ポート１９には、インテークマニホールドを介して吸気管２９が連結されており、この吸気管２９の空気取入口にはエアクリーナ３０が取付けられている。そして、このエアクリーナ３０の下流側にはスロットル弁３１を有する電子スロットル装置３２が設けられている。一方、排気ポート２０には、エギゾーストマニホールドを介して排気管３３が連結されており、この排気管３３には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどを浄化処理する触媒装置３４が装着されている。また、このエンジン１１には過給機３５が設けられており、この過給機３５は、吸気管２９に設けられたコンプレッサと排気管３３に設けられたタービンが同軸上に連結されて構成されており、吸気管２９にインタクーラ３６が設けられている。更に、エンジン１１には、クランキングを行うスタータモータ３７が設けられており、エンジン始動時に図示しないピニオンギヤがリングギヤと噛み合った後、回転力がピニオンギヤからリングギヤへと伝わり、クランクシャフト１６を回転することができる。

シリンダヘッド１３には、燃焼室１８に水素ガスを直接噴射する水素インジェクタ（水素ガス供給手段）３８が装着されている。そして、水素インジェクタ３８には、デリバリパイプ３９が連結され、このデリバリパイプ３９はレギュレータ（流量調整弁）４０を介して水素タンク４１に連結されている。また、シリンダヘッド１３には、燃焼室１８の上方に位置して点火プラグ４２が装着されている。

従って、レギュレータ４０により流量調整された水素ガスが水素タンク４１からデリバリパイプ３９を通して水素インジェクタ３８に送られ、この水素インジェクタ３８を所定期間開放することで、所定量の水素ガスを燃焼室１８に直接噴射して供給することができる。即ち、各レギュレータ４０によりデリバリパイプ３９における水素ガス圧を所定値に維持し、所定の噴射圧を確保できるようにしている。このとき、水素ガスが燃焼室１８における点火プラグ４２の近傍に至り、適正に点火することができると共に未燃ガスの排出量を減少することができる。

ところで、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）４３が搭載されており、このＥＣＵ４３は、水素インジェクタ３８や点火プラグ４２などを制御可能となっている。即ち、吸気管２９の上流側にはエアフローセンサ４４が装着されており、計測した吸入空気量をＥＣＵ４３に出力している。また、電子スロットル装置３２は、スロットルポジションセンサ（図示略）を内蔵しており、現在のスロットル開度をＥＣＵ４３に出力している。更に、クランク角センサ４５は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ４３に出力し、このＥＣＵ４３は検出したクランク角度に基いて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、シリンダブロック１２には、機関温度としてのエンジン冷却水温度を計測する水温センサ４６が装着されており、計測したエンジン冷却水温度をＥＣＵ４３に出力している。従って、ＥＣＵ４３は、検出した吸入空気量、スロットル開度(または、アクセル開度)、エンジン回転数、エンジン冷却水温度などのエンジン運転状態に基づいて、燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。

また、ＥＣＵ４３は、エンジン運転状態に基づいて吸気可変動弁機構２７を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁２２の閉止時期と吸気弁２１の開放時期とのオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート１９または燃焼室１８に吹き返される量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁２１の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート１９に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁２１の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。

そして、ＥＣＵ４３には、イグニッションスイッチ（ＩＧ）４７のＯＮ／ＯＦＦ信号が入力されるようになっており、ＥＣＵ４３は、イグニッションスイッチ４７のＯＮ信号を受けてスタータモータ３７を駆動し、クランキングを行うことでクランクシャフト１６を回転してエンジン１１を始動可能となっている。

この場合、本実施例では、燃料として水素ガスを使用しており、この水素ガスはガソリンなどの燃料に比べて燃焼速度が速い。そこで、エンジン１１の低温始動時には、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の閉じ時期を遅らせることで実圧縮比を低下させるようにしている。そのため、エンジン１１の低温始動時に実圧縮比が低下するため、ピストン１４が燃焼室１８内の混合気（空気と水素ガス）を圧縮する仕事量が減少し、スタータモータ３７の負荷を軽減し、エンジン１１の始動性を向上することができる。この場合、実圧縮比を変更する本発明の実圧縮比変更手段は、吸気可変動弁機構２７により構成されている。

以下、本実施例の内燃機関の制御装置による始動時の制御について、図２のフローチャートを用いて詳細に説明する。図２に示すように、ステップＳ１１にて、ＥＣＵ４３は、イグニッションスイッチ４７のＩＧ-ＯＮ信号が入力されたかを判定する。このステップＳ１１で、ＥＣＵ４３にＩＧ-ＯＮ信号が入力されたと判定されたら、ステップＳ１２にて、始動制御実行許可フラグＦ＝１と設定し、ステップＳ１１で、ＥＣＵ４３にＩＧ-ＯＮ信号が入力されていないと判定されたら、ステップＳ１３にて、始動制御実行許可フラグＦ＝０と設定する。ステップＳ１４では、始動制御実行許可フラグＦ＝１であるかどうかを判定する。ここで、始動制御実行許可Ｆ＝０であれば、何もしないでこのルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１４で、始動制御実行許可フラグＦ＝１であると判定されたら、ステップＳ１５にて、水温センサ４６が検出したエンジン冷却水温度（機関温度）を読込み、ステップＳ１６にて、このエンジン冷却水温度が予め設定された所定値以下であるかどうかを判定する。この場合、エンジン冷却水温度の所定値とは、エンジン１１を通常始動するのが困難である低温度であり、例えば、−１０℃である。

このステップＳ１６で、エンジン冷却水温度が所定値以下であると判定されたら、ステップＳ１７にて、吸気可変動弁機構（ＶＶＴ）２７により吸気弁２１の閉じ時期を所定時期まで遅角し、実圧縮比を低下させる。この場合、吸気可変動弁機構２７による吸気弁２１の遅角量は、設定された最遅角量であり、吸気弁２１の閉じ時期が吸気下死点後６０度から９０度の範囲に設定することが望ましい。そして、ステップＳ１８にて、吸気可変動弁機構２７による吸気弁２１の閉じ時期の遅角制御が完了したかどうか、つまり、ＥＣＵ４３が吸気可変動弁機構２７による吸気弁２１の閉じ時期の遅角指令を出力してから所定期間（所定サイクル数、または、所定時間）が経過したかどうかを判定する。

そして、このステップＳ１８にて、吸気可変動弁機構２７による吸気弁２１の閉じ時期の遅角制御が完了したと判定されたら、ステップＳ１９にて、エンジン１１の始動制御を実行する。即ち、ＥＣＵ４３は、スタータモータ３７を駆動し、クランキングを行ってクランクシャフト１６を回転すると共に、水素インジェクタ３８による燃焼室１８への水素ガス噴射を実行し、吸気弁２１の開放により燃焼室１８に吸入された空気とこの水素ガスとの混合気に対して点火プラグ４２により点火を実行する。

このとき、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の閉じ時期が遅角して実圧縮比が低下しているため、ピストン１４が上昇するときに空気と水素ガスとの混合気を圧縮する仕事量が減少することとなり、スタータモータ３７に作用する負荷が軽減する一方、燃料として燃焼性の良い水素ガスを用いているため、混合気が低圧であっても確実に着火させることができ、その結果、エンジン１１の始動性が向上する。

その後、ステップＳ２０にて、エンジン１１の始動制御の実行が完了したかどうかを判定する。この場合、ＥＣＵ４３は、クランク角センサ４５の検出結果に基づいて算出したエンジン回転数が始動回転数以上となったら、始動制御が完了したと判定し、ステップＳ２１にて、始動制御実行許可フラグをリセット（Ｆ＝０）する。

このように実施例１の内燃機関の制御装置にあっては、燃焼室１８に水素ガスを噴射する水素インジェクタ３８を設け、エンジン１１の動弁機構を運転状態に応じて吸気弁２１を最適な開閉タイミングに制御可能な吸気可変動弁機構（ＶＶＴ）２７とし、ＥＣＵ４３は、エンジン１１の低温始動時に、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の閉じ時期を遅らせて実圧縮比を低下させるようにしている。

従って、エンジン１１の低温始動時には、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の閉じ時期を遅らせることで、実圧縮比が所定値まで低下することとなり、ピストン１４が空気と水素ガスとの混合気を圧縮する仕事量が減少し、燃焼性の良い水素ガスの利点を利用してスタータモータ３７に作用する負荷を軽減し、エンジン１１の低温始動性を向上することができると共に、スタータモータ３７の消費電力を低減して小型化や長寿命化を可能とすることができる。

図３は、本発明の実施例２に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図、図４は、実施例２の内燃機関の制御装置における始動時の制御を表すフローチャート、図５は、エンジン冷却水温度に対するＶＶＴ進角量を表すグラフ、図６は、エンジン冷却水温度に対する水素ガス添加割合を表すグラフである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２の内燃機関の制御装置において、図３に示すように、エンジン５１は、火花点火式のガソリン・水素多気筒エンジンである。このエンジン５１において、シリンダブロック１２上にシリンダヘッド１３が締結され、複数のシリンダボア１４にピストン１５がそれぞれ上下移動自在に嵌合し、各ピストン１５はコネクティングロッド１７を介してクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。

燃焼室１８は、シリンダボア１４とシリンダヘッド１３とピストン１５により囲繞されて構成されており、この燃焼室１８の両側には吸気ポート１９及び排気ポート２０が開口しており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部が位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１３に移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１３には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２の係合している。

従って、エンジン５１に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６により吸気弁２１及び排気弁２２が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。

また、このエンジン５１の動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２１を最適な開閉タイミングに制御する吸気可変動弁機構２７となっている。この吸気可変動弁機構２７は、例えば、吸気カムシャフト２３の軸端部にＶＶＴコントローラが設けられて構成され、油圧ポンプによりカムスプロケットに対するカムシャフト２３の位相を変更することで、吸気弁２１の開放時期及び閉止時期を進角または遅角することができる。また、吸気カムシャフト２３には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ２８が設けられている。

吸気ポート１９には吸気管２９が連結され、この吸気管２９の空気取入口にエアクリーナ３０が取付けられており、このエアクリーナ３０の下流側にはスロットル弁３１を有する電子スロットル装置３２が設けられている。一方、排気ポート２０には排気管３３が連結され、この排気管３３には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどを浄化処理する触媒装置３４が装着されている。また、このエンジン５１には過給機３５が設けられると共に、吸気管２９にインタクーラ３６が設けられている。更に、エンジン５１には、クランキングを行うスタータモータ３７が設けられており、エンジン始動時に図示しないピニオンギヤがリングギヤと噛み合った後、回転力がピニオンギヤからリングギヤへと伝わり、クランクシャフト１６を回転することができる。

シリンダヘッド１３には、吸気ポート１９に炭化水素燃料としてのガソリンを噴射するガソリンインジェクタ（炭化水素燃料供給手段）５２が装着されると共に、吸気ポート１９に水素ガスを噴射する水素インジェクタ（水素ガス供給手段）５３が装着されている。そして、ガソリンインジェクタ５２にはデリバリパイプ５４が連結され、このデリバリパイプ５４はレギュレータ（流量調整弁）５５及び燃料ポンプ５６を介してガソリンタンク５７に連結されている。また、水素インジェクタ５３にはデリバリパイプ５８が連結され、このデリバリパイプ５８はレギュレータ（流量調整弁）５９を介して水素タンク６０に連結されている。また、シリンダヘッド１３には、燃焼室１８の上方に位置して点火プラグ４７が装着されている。

従って、燃料ポンプ５６を駆動してレギュレータ５５により流量調整されたガソリンがガソリンタンク５７からデリバリパイプ５４を通してガソリンインジェクタ５２に送られ、このガソリンインジェクタ５２を所定期間開放することで、所定量のガソリンを吸気ポート１９に噴射し、吸気弁２１の開放時にガソリン噴霧を燃焼室１８に供給することができる。一方、レギュレータ５９により流量調整された水素ガスが水素タンク６０からデリバリパイプ５８を通して水素インジェクタ５３に送られ、この水素インジェクタ５３を所定期間開放することで、所定量の水素ガスを吸気ポート１９に噴射し、吸気弁２１の開放時に水素ガスを燃焼室１８に供給することができる。即ち、各レギュレータ５５，５９によりデリバリパイプ５４，５８におけるガソリン圧及び水素ガス圧を所定値に維持し、所定の噴射圧を確保できるようにしている。

なお、同時期に、ガソリンインジェクタ５２がガソリンを噴射すると共に、水素インジェクタ５３が水素ガスを噴射すると、ガソリンと水素ガスとが混合することでガソリンが適正に気化され、空気とガソリンと水素ガスとが最適な混合状態となって燃焼室１８に流入することとなる。そして、燃焼室１８に流入した混合気は最適な混合であるため、水素ガスが燃焼室１８の全域にわたって均一に分布することとなり、適正に点火することができると共に未燃ガスの排出量を減少することができる。

ところで、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）４３が搭載されており、このＥＣＵ４３は、各インジェクタ５２，５３や点火プラグ４２などを制御可能となっている。即ち、吸気管２９の上流側に装着されたエアフローセンサ４４は、計測した吸入空気量をＥＣＵ４３に出力する。電子スロットル装置３２に内蔵されたスロットルポジションセンサは、現在のスロットル開度をＥＣＵ４３に出力する。クランク角センサ４５は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ４３に出力し、ＥＣＵ４３は各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出する。水温センサ（機関温度検出手段）４６は、計測した機関温度としてのエンジン冷却水温度をＥＣＵ４３に出力する。従って、ＥＣＵ４３は、検出した吸入空気量、スロットル開度(または、アクセル開度)、エンジン回転数、エンジン冷却水温度などのエンジン運転状態に基づいて、燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定する。また、ＥＣＵ４３は、エンジン運転状態に基づいて吸気可変動弁機構２７を制御可能となっている。

そして、ＥＣＵ４３には、イグニッションスイッチ（ＩＧ）４７のＯＮ／ＯＦＦ信号が入力されるようになっており、ＥＣＵ４３は、イグニッションスイッチ４７のＯＮ信号を受けてスタータモータ３７を駆動し、クランキングを行うことでクランクシャフト１６を回転してエンジン５１を始動可能となっている。

この場合、本実施例では、燃料としてガソリンに水素ガスを添加して使用しており、この水素ガスはガソリンなどの燃料に比べて燃焼速度が速い。そこで、エンジン５１の低温始動時には、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の閉じ時期を遅らせることで実圧縮比を低下させると共に、水素ガスの添加量または添加割合を大きくするようにしている。そのため、エンジン５１の低温始動時に実圧縮比が低下するため、ピストン１５が燃焼室１８内の混合気（空気とガソリンと水素ガス）を圧縮する仕事量が減少し、スタータモータ３７の負荷を軽減することができると共に、水素ガスの添加量または添加割合が大きくなるため、確実に始動することができ、エンジン５１の始動性を向上することができる。この場合、エンジン５１の温度、つまり、エンジン冷却水温度に応じて吸気可変動弁機構２７による吸気弁２１の閉じ時期の遅角量並びに水素ガスの添加量が設定される。

以下、本実施例の内燃機関の制御装置による始動時の制御について、図４のフローチャートを用いて詳細に説明する。図４に示すように、ステップＳ３１にて、ＥＣＵ４３は、イグニッションスイッチ４７のＩＧ-ＯＮ信号が入力されたかを判定する。このステップＳ３１で、ＥＣＵ４３にＩＧ-ＯＮ信号が入力されたと判定されたら、ステップＳ３２にて、始動制御実行許可フラグＦ＝１と設定し、ステップＳ３１で、ＥＣＵ４３にＩＧ-ＯＮ信号が入力されていないと判定されたら、ステップＳ３３にて、始動制御実行許可フラグＦ＝０と設定する。ステップＳ３４では、始動制御実行許可フラグＦ＝１であるかどうかを判定する。ここで、始動制御実行許可Ｆ＝０であれば、何もしないでこのルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ３４で、始動制御実行許可フラグＦ＝１であると判定されたら、ステップＳ３５にて、水温センサ４６が検出したエンジン冷却水温度（機関温度）を読込み、ステップＳ３６にて、このエンジン冷却水温度が予め設定された所定値以下であるかどうかを判定する。この場合、エンジン冷却水温度の所定値とは、エンジン５１を通常始動するのが困難である低温度であり、例えば、−１０℃である。

このステップＳ３６で、エンジン冷却水温度が所定値以下であると判定されたら、ステップＳ３７にて、吸気可変動弁機構（ＶＶＴ）２７により吸気弁２１の閉じ時期をエンジン冷却水温度に応じて所定時期まで遅角し、実圧縮比を低下させる。この場合、図５に示すようなエンジン冷却水温度（機関温度）に対するＶＶＴ進角量を表すマップが予め用意されており、ＥＣＵ４３は、このマップを用い、現在のエンジン冷却水温度に基づいて吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の閉じ時期の遅角量を設定する。そして、この図５に示すマップでは、エンジン冷却水温度が低いほどＶＶＴ進角量が小さく、つまり、吸気弁２１の閉じ時期の遅角量が大きくなるように設定するようにしている。

そして、ステップＳ３８にて、吸気可変動弁機構２７による吸気弁２１の閉じ時期の遅角制御が完了したかどうか、つまり、ＥＣＵ４３が吸気可変動弁機構２７による吸気弁２１の閉じ時期の遅角指令を出力してから所定期間（所定サイクル数、または、所定時間）が経過したかどうかを判定する。このステップＳ３８にて、吸気可変動弁機構２７による吸気弁２１の閉じ時期の遅角制御が完了したと判定されたら、ステップＳ３９にて、エンジン冷却水温度に応じて水素インジェクタ５３による水素ガスの噴射量（ガソリンに対する水素ガスの添加割合）を設定する。この場合、図６に示すようなエンジン冷却水温度（機関温度）に対する水素ガス添加割合を表すマップが予め用意されており、ＥＣＵ４３は、このマップを用い、現在のエンジン冷却水温度に基づいて水素インジェクタ５３による水素ガスの噴射量を設定する。そして、この図６に示すマップでは、エンジン冷却水温度が低いほど水素ガスの噴射量が大きくなるように設定するようにしている。

ステップＳ３９で、水素インジェクタ５３による水素ガスの噴射量が設定されたら、ステップＳ４０にて、エンジン５１の始動制御を実行する。即ち、ＥＣＵ４３は、スタータモータ３７を駆動し、クランキングを行ってクランクシャフト１６を回転すると共に、ガソリンインジェクタ５２による吸気ポート１９へのガソリン噴射と、水素インジェクタ５３による吸気ポート１９への水素ガス噴射を実行し、吸気弁２１の開放時に空気とガソリンと水素ガスとの混合気が燃焼室１８に吸入され、この混合気に対して点火プラグ４２により点火を実行する。

このとき、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の閉じ時期はエンジン冷却水温度が低いほど大きく遅角して実圧縮比が低下しているため、ピストン１５が上昇するときに空気と水素ガスとの混合気を圧縮する仕事量が減少することとなり、スタータモータ３７に作用する負荷が軽減すると共に、水素ガスの噴射量はエンジン冷却水温度が低いほど多くなるため、混合気が低圧であっても点火プラグ４２に確実に着火させることができ、その結果、エンジン５１の始動性が向上する。

その後、ステップＳ４１にて、エンジン５１の始動制御の実行が完了したかどうかを判定する。この場合、ＥＣＵ４３は、クランク角センサ４５の検出結果に基づいて算出したエンジン回転数が始動回転数以上となったら、始動性魚が完了したと判定し、ステップＳ４２にて、始動制御実行許可フラグをリセット（Ｆ＝０）する。

このように実施例２の内燃機関の制御装置にあっては、吸気ポート１９に炭化水素燃料としてのガソリンを噴射するガソリンインジェクタ５２を設けると共に、吸気ポート１９に水素ガスを噴射する水素インジェクタ３８を設け、エンジン５１の動弁機構を運転状態に応じて吸気弁２１を最適な開閉タイミングに制御可能な吸気可変動弁機構（ＶＶＴ）２７とし、ＥＣＵ４３は、エンジン５１の低温始動時に、エンジン冷却水温度（機関温度）が低いほど吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の閉じ時期の遅角量を大きくすると共に、水素インジェクタ５３による水素ガスの噴射量（ガソリンに対する水素ガスの添加割合）を大きく設定している。

従って、エンジン５１の低温始動時には、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の閉じ時期を機関温度に応じて遅らせることで、実圧縮比が所定値まで低下することとなり、ピストン１５が空気とガソリンと水素ガスとの混合気を圧縮する仕事量が減少してスタータモータ３７に作用する負荷を軽減することができ、また、機関温度が低いほど水素ガスの噴射量を大きく設定することで、燃焼性の良い水素ガスの利点を利用して混合気に確実に着火始動することができ、エンジン５１の低温始動性を向上することができると共に、スタータモータ３７の消費電力を低減して小型化や長寿命化を可能とすることができる。

なお、上述した各実施例では、エンジン１１，５１の低温始動時に、吸気可変動弁機構２７により吸気弁２１の閉じ時期を遅らせて実圧縮比を低下させたり、水素ガスの噴射量を大きく設定したりしたが、低温始動時に関わらず、始動時に上述した制御を行うことで、上述と同様の作用効果を奏することができる。

また、上述した各実施例では、炭化水素燃料としてガソリンを適用したが、本発明はこれに限定されるものではない。また、各実施例にて、実圧縮比変更手段を吸気可変動弁機構２７としたが、燃焼室１８の体積を変更できるような機構としても良い。更に、各実施例にて、水素インジェクタ３８，５３及びガソリンインジェクタ５２は吸気ポート１９へ噴射するものであっても、燃焼室１８に直接噴射するものであってもよい。

以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、スタータモータに作用する負荷を軽減して始動性の向上を図ったものであり、いずれの内燃機関にも有用である。

本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図である。 実施例１の内燃機関の制御装置における始動時の制御を表すフローチャートである。 本発明の実施例２に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図である。 実施例２の内燃機関の制御装置における始動時の制御を表すフローチャートである。 エンジン冷却水温度に対するＶＶＴ進角量を表すグラフである。 エンジン冷却水温度に対する水素ガス添加割合を表すグラフである。

符号の説明

１１，５１ エンジン（内燃機関）
１５ ピストン
１６ クランクシャフト
１８ 燃焼室
１９ 吸気ポート
２０ 排気ポート
２１ 吸気弁
２２ 排気弁
２７ 吸気可変動弁機構（実圧縮比変更手段）
２９ 吸気管
３７ スタータモータ
３８，５３ 水素インジェクタ（水素ガス供給手段）
４２ 点火プラグ
４３ ＥＣＵ（始動制御手段）
４６ 水温センサ（機関温度検出手段）
５２ ガソリンインジェクタ（炭化水素供給手段）

Claims (1)

1. 燃焼室に炭化水素燃料を供給する炭化水素燃料供給手段と、前記燃焼室に水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、実圧縮比を変更する実圧縮比変更手段と、内燃機関の温度を検出する機関温度検出手段と、前記内燃機関の始動時に前記機関温度検出手段が検出した機関温度が低いほど前記実圧縮比変更手段により設定される実圧縮比を小さくすると共に炭化水素燃料に対する水素ガスの供給割合を多くする始動制御手段とを具えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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