JP4862675B2 - 内燃機関の始動制御装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばハイブリッド車等の直噴式の内燃機関及び電動モータ・ジェネレータを備える車両における内燃機関の始動制御装置及び方法に関する。

この種の始動制御装置には、例えば、冷間時において内燃機関を始動する際に、始動の困難性を低減するために、発電用モータにより所定角度だけクランクシャフトを逆回転させて、吸気バルブの開閉タイミングを最進角位置に固定するものがある（特許文献１参照）。

特開平１０−２２７２３６号公報

しかしながら、上述の背景技術によれば、クランキングから完爆するまでの時間が十分に短縮できてはおらず、言い換えれば、完爆するまでに消費する電力を十分に低減できてはおらず、例えば、低温時或いは極低温時等、蓄電池の電力が低下している場合には、内燃機関を始動することができない可能性があるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば、上記問題点に鑑みてなされたものであり、確実に内燃機関を始動することができる内燃機関の始動制御装置及び方法を提供することを課題とする。

本発明の内燃機関の始動制御装置は、上記課題を解決するために、気筒内に燃料を噴射可能な噴射手段及び該燃料に点火可能な点火手段を有する内燃機関及び電動モータを備える車両における前記内燃機関の始動制御装置であって、前記内燃機関を始動する際に、前記内燃機関の温度を検出する温度検出手段と、前記内燃機関の排気通路における空気の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、前記検出された温度が温度閾値より低い場合に、前記検出された酸素濃度が濃度閾値より高いことを条件に、前記内燃機関を逆回転させるように前記電動モータを制御し、前記内燃機関が逆回転されることで前記気筒内に吸引された空気を含む前記気筒内の雰囲気中に前記燃料を噴射するように前記噴射手段を制御し、前記噴射された燃料に点火するように前記点火手段を制御する始動制御手段とを備える。

本発明の内燃機関の始動制御装置によれば、例えば、エンジンである内燃機関及び電動モータを備えるハイブリッド自動車等の車両において、該車両の停止状態で内燃機関を始動する際に、或いは車両が電動モータのみで走行している状態で内燃機関を始動する際に、内燃機関を制御する。具体的には、以下に詳述するように、内燃機関のクランキングを開始してから完爆するまでに、電動モータにおいて消費される電力が低減するように、内燃機関の始動を行う。

内燃機関は、気筒内に燃料を噴射可能な、例えば燃料噴射弁である噴射手段、及び該燃料に点火可能な、例えば点火プラグである点火手段を有する（所謂、直噴式の内燃機関）。

温度検出手段は、内燃機関を始動する際に、内燃機関の温度を検出する。ここで「内燃機関を始動する際」とは、典型的には、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から始動指令信号が発信された時点、又は内燃機関のクランキング開始時点を意味する。更に、始動指令信号が発信された時点又はクランキング開始時点から多少時間的に遡った時点、或いは、始動指令信号が発信された時点又はクランキング開始時点から所定の微少時間をおいた時点等を含んでもよい。

また、「内燃機関の温度」とは、典型的には、内燃機関の燃焼室壁の温度や、内燃機関を冷却する冷却水の温度であるが、外気温であってもよい。尚、温度検出手段は、内燃機関が始動する際に限らず、定期的に又は不定期的に、或いは連続して内燃機関の温度を検出又は計測していてもよい。加えて、このような温度検出は、例えば温度センサを用いて直接的に検出してもよいし、温度と所定の関係を有する他のパラメータを検出するとともに該検出されたパラメータから算出する、即ち間接的に検出してもよい。

酸素濃度検出手段は、内燃機関の排気通路における空気の酸素濃度を検出する。ここで、「酸素濃度」は、百分率或いは割合であってもよいし、比であってもよい。いわば広義の酸素濃度を意味してよい。
始動制御手段は、検出された温度が温度閾値より低い場合に、検出された酸素濃度が濃度閾値より高いことを条件に、内燃機関を逆回転させるように電動モータを制御する。即ち、内燃機関のクランクシャフトを通常とは逆方向にクランキングする。この場合は、内燃機関の気筒における通常の排気行程において、排気弁から空気を吸入して圧縮する。
ここに、本発明に係る「濃度閾値」とは、内燃機関を逆回転させるように電動モータを制御するか否かを決定する値であり、予め固定値として、又は何らかのパラメータに応じた可変値として設定される値である。この濃度閾値は、例えば、１０％であり、内燃機関を確実に始動することができる酸素の濃度として設定される。このような濃度閾値は、経験的若しくは実験的又はシミュレーションによって、例えば、酸素濃度を変化させた場合の内燃機関の始動のし易さの程度（即ち、始動性）を示す指標値を求め、通常の方法により内燃機関を始動する場合の始動性を示す指標値に対して所定割合に達する酸素濃度を求めて、或いは、該求めた酸素濃度に適当なマージンを加えることによって、かかる閾値を設定すればよい。
尚、検出された酸素濃度が濃度閾値より低い場合、始動制御手段は、典型的には、内燃機関を正回転させるように電動モータを制御する。

始動制御手段は、更に、内燃機関が逆回転されることによって、気筒内に吸引された空気を含む気筒内の雰囲気中に、燃料を噴射するように噴射手段を制御し、噴射された燃料に点火するように点火手段を制御する。ここで、「気筒内に吸引された空気」は、典型的には、内燃機関の排気弁を介して排気側から吸引されるが、吸気弁からも大なり小なり吸引されてもよい。また、「吸引された空気を含む雰囲気」は、気筒内に吸引された空気の他、残留していた空気もしくは排気又は燃料が含まれていてもよい。

一方、検出された温度が温度閾値より高い場合、始動制御手段は、典型的には、内燃機関を正回転させるように電動モータを制御し、内燃機関が正回転されることによって、気筒内に吸引された空気を含む気筒内の雰囲気中に、燃料を噴射するように噴射手段を制御し、噴射された燃料に点火するように点火手段を制御する。即ち、通常の方法により内燃機関を始動する。尚、温度以外の条件を加味することで、この場合にも、内燃機関を逆回転する限定的な状況があってもかまわない。

ここに本発明に係る「温度閾値」とは、内燃機関を逆回転させるように電動モータを制御するか否かを決定する値であり、予め固定値として、又は何らかのパラメータに応じた可変値として設定される値である。この温度閾値は、例えば、摂氏−２０度であり、内燃機関を通常の方法により内燃機関を始動する際に必要な電力が、例えば、外気温が摂氏２０度の環境下において内燃機関を通常に始動する際に必要な電力に対して、所定割合に達する温度として設定される。

このような温度閾値は、実験的又はシミュレーションによって、例えば、温度と内燃機関の始動に必要な電力との関係を求め、該求めた電力が、外気温が摂氏２０度の環境下において内燃機関を通常に始動する際に必要な電力に対して、所定割合に達する温度を求めることによって、或いは、該求めた温度を適当に加減することによって、かかる閾値を設定すればよい。

本願発明者の研究によれば、一般に、ミラーサイクルを用いた内燃機関の場合、該内燃機関の吸気弁が遅閉じになっている。すると、内燃機関を始動する際の実圧縮比が低く、クランキング回数を上げなければならない。即ち、電動モータの消費電力が多くなる。加えて、例えば摂氏−３０度である極低温時では、電動モータに電力を供給する蓄電池の出力可能な電力又は起電力が低下したり、内燃機関の潤滑油の粘性が高くなることによる摩擦力の増加によって、電動モータの消費電力が増加したりすることが判明している。

しかるに本発明では、検出された温度が温度閾値より低い場合に、内燃機関を逆回転させて始動している。これにより、吸気の際に弁（ここでは、逆回転しているので排気弁）の閉じタイミングが通常の始動に比べて早くなり、実圧縮比が高くなる。従って、クランキング回数を上げる必要がなく、電動モータの消費電力を、例えば、通常の方法により内燃機関を始動する場合における消費電力の半分以下と、大きく低減することができる。従って例えば、低温時或いは極低温時等、蓄電池の出力可能な電力が低下している場合であっても、確実に内燃機関を始動することが可能となる。

更に、排気弁から空気を吸入しているので、車両が電動モータのみで走行している状態で内燃機関を始動する、所謂間欠始動の際に、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気ガス再循環）効果によって、燃焼が緩慢になり、車両のドラバビリティを犠牲にせず、且つＮＯｘを低減して内燃機関を始動することができる。

本発明の内燃機関の始動制御装置の一態様では、前記始動制御手段は、前記検出された温度が前記温度閾値より低いか否かを判定する温度判定手段を含み、前記検出された温度が前記温度閾値より低いと判定された場合に、前記内燃機関を逆回転させるように前記電動モータを制御し、前記検出された温度が前記温度閾値より高いと判定された場合に、前記内燃機関を正回転させるように、前記電動モータを制御する。

この態様によれば、温度判定手段により、検出された温度が温度閾値より低いか否かを、比較的容易にして判定することができ、実用上非常に有利である。尚、検出された温度が温度閾値と「等しい」場合には、どちらかの場合に含めて扱えばよい。

本発明の内燃機関の始動制御装置の他の態様では、前記内燃機関を始動する際に、前記内燃機関の回転を検出する回転検出手段を更に備え、前記始動制御手段は、前記内燃機関が回転していないことを条件に、前記内燃機関を逆回転させるように前記電動モータを制御する。

この態様によれば、回転検出手段は、内燃機関を始動する際に、内燃機関の回転を検出する。ここに本発明に係る「回転」とは、例えば内燃機関の回転数等、内燃機関が回転しているか否かを示す何らかの物理量又はパラメータである。尚、内燃機関が正回転している場合には正の値を、逆回転している場合には負の値を出力するようにしてもよい。また、回転検出手段は、内燃機関を始動する際に限らず、定期的に又は不定期的に、或いは連続して内燃機関の回転を検出又は計測していてもよい。

始動制御手段は、内燃機関が回転していない場合に、内燃機関を逆回転させるように電動モータを制御する。一方、内燃機関が回転している場合は、前記検出された温度が温度閾値より低い場合であっても、始動制御手段は、典型的には、内燃機関を正回転させるように電動モータを制御する。

本願発明者の研究によれば、例えば、内燃機関を停止してすぐに再始動させる場合に、クランクシャフトが慣性により動いている状態において、内燃機関を逆回転させるように電動モータを制御すると、通常の方法により内燃機関を始動する場合に比べて消費電力が大きくなることが判明している。

しかるに本発明では、内燃機関が回転しているか否かによって、内燃機関の始動方法を変えている。これにより、電動モータの消費電力がより少ない内燃機関の始動方法を選択することができる。

本発明の内燃機関の始動制御装置の他の態様では、前記内燃機関は、前記排気通路に空気を供給可能な空気供給手段を有し、前記始動制御手段は、前記検出された酸素濃度が前記濃度閾値より低いことを条件に、前記排気通路に空気を供給するように前記空気供給手段を制御すると共に、前記内燃機関を逆回転させるように前記電動モータを制御する。

このように構成すれば、排気通路における空気の酸素濃度を、内燃機関を始動するために適した状態にすることができ、実用上非常に有利である。尚、検出された酸素濃度が濃度閾値より高い場合であっても、空気供給手段により排気通路に空気を供給する状況があってもかまわない。

本発明の内燃機関の始動制御装置の他の態様では、前記内燃機関は、前記気筒として、複数の気筒を有し、前記内燃機関を始動する際に、前記複数の気筒のうち排気行程で停止している一の気筒を検出する気筒検出手段を更に備え、前記始動制御手段は、前記検出された一の気筒について、前記電動モータ、前記噴射手段及び前記点火手段を制御する。

この態様によれば、通常の燃焼行程における排気行程にある気筒、より具体的には、ピストンの位置が排気上死点近傍にある気筒を用いているので、電動モータの消費電力を低減することができる。加えて、内燃機関を始動するまでに費やす時間が短いので実用上非常に有利である。

気筒検出手段は、内燃機関を始動する際に、複数の気筒のうちから排気行程で停止している一の気筒を検出する。尚、気筒検出手段による気筒の検出は、内燃機関を始動する際に限らず、前回内燃機関を停止した際に、排気行程で停止した気筒を検出し、記憶又は記録してもよい。或いは、内燃機関を停止する際に、所定の気筒が排気行程で停止するように操作してもよい。

始動制御手段は、内燃機関を逆回転させるように電動モータを制御して、内燃機関を始動する際に、排気行程であった気筒におけるピストンの位置が、通常の燃焼行程における圧縮上死点に達する前に、気筒内に燃料を噴射するように噴射手段を制御し、噴射された燃料に点火するように点火手段を制御して内燃機関を始動する。この際、始動制御手段は、ピストンが圧縮上死点を超えないようなトルクを与えるように電動モータを制御することによって、始動後に内燃機関が逆回転することを防止する。

一方、例えば、気筒検出手段の故障等の何らかの理由により、排気行程で停止している一の気筒を検出することができない場合、始動制御手段は、典型的には、内燃機関を正回転させるように電動モータを制御する。即ち、通常の方法により内燃機関を始動する。これにより、何らかの障害発生時においても確実に内燃機関を始動することが可能となる。

本発明の内燃機関の始動制御装置の他の態様では、前記内燃機関が始動後正回転しない場合に、前記始動制御手段は、前記内燃機関を停止して、前記内燃機関を正回転させるように前記電動モータを制御する。

この態様によれば、より確実に内燃機関を始動することができる方法を選択することによって、電動モータにおける不要な消費電力の増加を回避することができる。

始動制御手段は、内燃機関が始動後に正回転しない場合、一旦内燃機関を停止して、通常の方法により内燃機関を始動する。尚、内燃機関が正回転しているか否かは、例えば、内燃機関のクランクシャフト等にセンサを設け回転方向を検出すればよい。或いは、電動モータにかかるトルクを検出又は計測することにより判定すればよい。

本発明の内燃機関の始動制御装置の他の態様では、前記内燃機関が始動した場合に、前記内燃機関の角加速度を検出する角加速度検出手段を更に備え、前記始動制御手段は、前記検出された角加速度が角加速度閾値より小さいことを条件に、前記内燃機関の回転を補助させるように前記電動モータを制御する。

この態様によれば、所定の時間内で内燃機関を立ち上げることができるので、例えば、密度や着火点等の燃料性状等による始動性のばらつきを抑制することが可能となる。加えて、内燃機関の始動性が操縦者等に与える違和感等も低減することが可能となり、実用上非常に有利である。

角加速度検出手段は、内燃機関の角加速度、具体的には例えば、フライホイールの角加速度を検出する。始動制御手段は、検出された角加速度が角加速度閾値より小さい場合に、内燃機関の回転を補助させるように電動モータを制御する。一方、検出された角加速度が角加速度閾値より大きい場合、始動制御手段は、典型的には、電動モータによる補助は行わない。尚、角加速度以外の条件を加味することで、この場合にも、内燃機関の回転を補助させるように電動モータを制御する限定的な状況があってもかまわない。

ここに本発明に係る「角加速度閾値」とは、内燃機関の回転を補助させるように電動モータを制御するか否かを決定する値であり、予め固定値として、又は何らかのパラメータに応じた可変値として設定される値である。この角加速度閾値は、例えば、初爆から所定時間内に所定角速度又は所定回転数に達するような角加速度として設定される。このような角加速度閾値は、経験的若しくは実験的又はシミュレーションによって、例えば、所定時間で所定角速度又は所定回転数に達する角加速度を求めて、或いは、該求めた角加速度に適当なマージンを加減することによって、かかる閾値を設定すればよい。

本発明の内燃機関の始動制御方法は、上記課題を解決するために、気筒内に燃料を噴射可能な噴射手段及び該燃料に点火可能な点火手段を有する内燃機関及び電動モータを備える車両における前記内燃機関の始動制御方法であって、前記内燃機関を始動する際に、前記内燃機関の温度を検出する温度検出工程と、前記内燃機関の排気通路における空気の酸素濃度を検出する酸素濃度検出工程と、前記検出された温度が温度閾値より低い場合に、前記検出された酸素濃度が濃度閾値より高いことを条件に、前記内燃機関を逆回転させるように前記電動モータを制御し、前記内燃機関が逆回転されることで前記気筒内に吸引された空気を含む前記気筒内の雰囲気中に前記燃料を噴射するように前記噴射手段を制御し、前記噴射された燃料に点火するように前記点火手段を制御する始動制御工程とを備える。

本発明の内燃機関の始動制御方法によれば、上述した本発明の内燃機関の始動制御装置と同様に、確実に内燃機関を始動させることができる。

尚、本発明の内燃機関の始動制御方法においても、上述した本発明の内燃機関の始動制御装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされよう。

以下、本発明の内燃機関の始動制御装置に係る実施形態を図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
本発明の内燃機関の始動制御装置に係る第１実施形態を、図１及び図２を参照して説明する。

先ず、図１を参照して本実施形態に係る内燃機関の始動制御装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る内燃機関の始動制御装置のブロック図である。

図１において、始動制御装置１００は、例えばハイブリッド自動車等の車両に、直噴式の内燃機関１０、電動モータ・ジェネレータ（ＭＧ）４０、及び当該車両における各種電子制御を行うように構成されているＥＣＵ３０と共に搭載されている。

内燃機関１０の気筒１１には、吸気通路１３及び排気通路１４が接続されている。気筒１１には、該気筒１１内に燃料を噴射する燃料噴射弁１６、噴射された燃料に点火する点火プラグ１７、吸気弁１３Ｖ、排気弁１４Ｖ等が設けられている。ここに、本実施形態に係る「燃料噴射弁１６」及び「点火プラグ１７」は、夫々、本発明に係る「噴射手段」及び「点火手段」の一例である。尚、内燃機関１０は、複数の気筒を有しているが、図１には、説明の便宜上複数の気筒のうち一つの気筒１１を示している。

排気通路１４には、該排気通路１４に空気を供給可能な、本発明に係る「空気供給手段」の一例としての二次空気導入通路１５が接続されている。該二次空気導入通路１５には、空気を圧送するエアポンプ１５ａが設けられている。

ＥＣＵ３０は、制御部３０１、判定部３０２、気筒検出部３０３、角加速度検出部３０４、メモリ３０５、及び入出力回路３０６を有している。メモリ３０５は、例えば、バックアップＲＯＭ、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。ここに、本実施形態に係る「制御部３０１」、「判定部３０２」、「気筒検出部３０３」、及び「角加速度検出部３０４」は、夫々、本発明に係る「始動制御手段」、「温度判定手段」、「気筒検出手段」、及び「角加速度検出手段」の一例である。本実施形態では、各種電子制御用のＥＣＵ３０の一部を、制御装置の一部として用いている。

始動制御装置１００は、内燃機関１０を始動する際に、内燃機関１０を冷却する冷却水１８の温度を検出する水温センサ２１と、検出された温度が所定温度Ｔ（例えば摂氏−２０度に設定されている）より低い場合に、（１）内燃機関１０を逆回転させるように電動モータ・ジェネレータ４０を制御し、（２）内燃機関１０が逆回転されることで気筒１１内に排気弁１４Ｖを介して排気通路１４側から吸引された空気、即ち通常動作時とは異なり逆流された空気（純粋な空気のみならず、排気通路１４内に残留している排気ガスを含む）を含む気筒１１内の雰囲気中に燃料を噴射するように燃料噴射弁１６を制御し、（３）噴射された燃料に点火するように点火プラグ１７を制御する制御部３０１とを備える。

ここに、本実施形態に係る「水温センサ２１」及び「所定温度Ｔ」は、夫々、本発明に係る「温度検出手段」及び「温度閾値」の一例である。尚、排気弁１４Ｖの開閉とクランク角度との関係は、通常動作時におけるそれと同じであれば、内燃機関１０が逆回転されることで、気筒１１内に排気側から空気が吸引される。但し、排気弁１４Ｖが可変動弁機構を有する場合には、このように排気側から吸引される空気の量を調整するために、この関係を通常の動作時におけるそれと異なるようにしてもよい。即ち、ＥＣＵ３０は、始動の際に検出される温度が所定温度Ｔより低い場合に、可変動弁機構を有する排気弁１４Ｖ（又はこれに加えて吸気弁１３Ｖ）の開閉に係るタイミングや開閉の度合を変更するように、排気弁１４Ｖ（又はこれに加えて吸気弁１３Ｖ）を制御してもよい。

始動制御装置１００は、更に、検出された温度が所定温度Ｔより低いか否かを判定する判定部３０１と、内燃機関１０の回転数を検出する、本発明に係る「回転検出手段」の一例としてのクランク角センサ２２と、排気通路１４における空気の酸素濃度を検出する、本発明に係る「酸素濃度検出手段」の一例としての酸素濃度センサ２３と、内燃機関１０を始動する際に、複数の気筒のうち該気筒における燃焼の行程が排気行程で停止している一の気筒を検出する気筒検出部３０３と、内燃機関１０の角加速度を検出する角加速度検出部３０４とを備えている。

車両の停止状態において、或いは、車両が電動モータ・ジェネレータ４０のみで走行している状態において、例えばＥＣＵ３０から内燃機関１０の始動指令信号が発信された際に、水温センサ２１は、冷却水１８の温度を検出する。判定部３０２は、検出された温度が、メモリ３０５に格納されている所定温度Ｔより低いか否かを判定する。

判定部３０２により検出された温度が所定温度Ｔより低いと判定された場合、気筒検出部３０３は、クランク角センサ２２からの気筒１１におけるピストン１２の位置を示す信号に基づいて、排気行程で停止している気筒１１を検出する。より具体的には、ピストン１２の位置が排気上死点近傍にある気筒１１を検出する。

制御部３０１は、内燃機関１０を逆回転させるように電動モータ・ジェネレータ４０を制御し、ピストン１２の位置が、通常の燃焼行程における圧縮上死点に達する前に、気筒１１内に燃料を噴射するように燃料噴射弁１６を制御し、噴射された燃料に点火するように点火プラグ１７を制御して内燃機関１０を始動する（以下、逆回転始動ともいう）。これにより、内燃機関１０を始動するために電動モータ・ジェネレータ４０が消費する電力を大きく低減することができる。

内燃機関１０が始動した後に、判定部３０２は、クランク角センサ２２からの内燃機関１０の回転方向を示す信号に基づいて、内燃機関１０が正回転しているか否かを判定する。判定部３０２により内燃機関１０が正回転していないと判定された場合、制御部３０１は、内燃機関１０を一旦停止し、その後、通常の方法により内燃機関１０を始動する。この場合は、再度逆回転始動を試みることはせずに、通常の方法により内燃機関１０を始動することによって、例えば、逆回転始動を試みて再度内燃機関１０が正回転しないことによる不要な電力消費の増加を回避することができる。

一方、判定部３０２により検出された温度が所定温度Ｔより高いと判定された場合、制御部３０１は、典型的には、内燃機関１０を正回転させるように電動モータ・ジェネレータ４０を制御して、通常の方法により内燃機関１０を始動する。

内燃機関１０が始動した後に、角加速度検出部３０４は、例えば、クランク角センサ２２からの内燃機関１０の回転数を示す信号に基づいて、内燃機関１０の角加速度を検出する。判定部３０２は、検出された角加速度が、メモリ３０５に格納されている所定角加速度Ａより大きいか否かを判定する。

判定部３０２により検出された角加速度が所定角加速度Ａより小さいと判定された場合、制御部３０１は、内燃機関１０の角加速度が所定角加速度Ａ以上になるようなトルクを与えるように電動モータ・ジェネレータ４０を制御する。これにより、常に、ほぼ一定の時間で内燃機関１０の回転数を所定回転数に到達させることができる。

次に、以上のように構成された内燃機関１０の始動制御装置１００が搭載された車両において、ＥＣＵ３０が実行する始動制御処理を図２のフローチャートを用いて説明する。この始動制御処理は、主に車両が走行中に又は走行が開始される際に、例えば定期的に又は不定期的にコンマ数秒〜数秒毎に周期的に実行される。

図２において、先ず、判定部３０２は、内燃機関１０の始動指令があるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。始動指令がない場合は（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、処理を終了する。始動指令がある場合は（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、温度センサ２１により冷却水１８の温度が検出される（ステップＳ１０２）。続いて、判定部３０２により検出された温度が所定温度Ｔより低いか否かが判定される（ステップＳ１０３）。

判定部３０２により検出された温度が所定温度Ｔより高いと判定された場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、制御部３０１は、通常の方法により内燃機関１０を始動する（ステップＳ１０８）。判定部３０２により検出された温度が所定温度Ｔより低いと判定された場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、次に、気筒検出部３０３は、排気行程で停止している気筒１１を検出する（ステップＳ１０４）。次に、制御部３０１は、逆回転始動により内燃機関１０を始動する（ステップＳ１０５）。尚、排気行程で停止している気筒１１の検出（ステップＳ１０４）は、冷却水１８の温度の検出（ステップＳ１０２）と相前後して行われてもよい。

続いて、判定部３０２により内燃機関１０が正回転しているか否かが判定される（ステップＳ１０６）。判定部３０２により内燃機関１０が正回転していないと判定された場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、制御部３０１は、内燃機関１０を一旦停止し（ステップＳ１０７）、その後、通常の方法により内燃機関１０を始動する（ステップＳ１０８）。

次に、角加速度検出部３０４は、内燃機関１０の角加速度を検出する（ステップＳ１０９）。続いて、判定部３０２により検出された角加速度が所定角加速度Ａより大きいか否かが判定される（ステップＳ１１０）。判定部３０２により検出された角加速度が所定角加速度Ａより大きいと判定された場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

判定部３０２により検出された角加速度が所定角加速度Ａより小さいと判定された場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、制御部３０１は、内燃機関１０の角加速度が所定角加速度Ａに到達するように電動モータ・ジェネレータ４０を制御し（ステップＳ１１１）、処理を終了する。

以上の結果、本実施形態に係る内燃機関１０の始動制御装置１００によれば、確実に内燃機関１０を始動させることができる。

＜第２実施形態＞
本発明の内燃機関の始動制御装置に係る第２実施形態を、図３を参照して説明する。第２実施形態では、ＥＣＵ３０における始動制御処理が異なる以外は、第１実施形態の構成と同様である。よって、第２実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略する。

判定部３０２は、クランク角センサ２２により検出された内燃機関１０の回転数がゼロ、即ち、内燃機関１０が完全に停止しているか否かを判定する。判定部３０２により検出された回転数がゼロであると判定された場合、制御部３０１は、逆回転始動により内燃機関１０を始動する。一方、判定部３０２により検出された回転数がゼロでないと判定された場合、制御部３０１は、典型的には、通常の方法により内燃機関１０を始動する。

これにより、内燃機関１０の回転方向を正回転から逆回転に切り替えるために、電動モータ・ジェネレータ４０において電力が消費されることを回避することができる。

次に、本実施形態において、ＥＣＵ３０が実行する始動制御処理を図３のフローチャートを用いて説明する。本実施形態では、図２に示した第１実施形態における始動制御処理のステップＳ１０３及びステップＳ１０４間に処理が追加されている以外は、第１実施形態と同様である。よって、第２実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略する。

図３において、判定部３０２により検出された温度が所定温度Ｔより低いと判定された場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、次に、クランク角センサ２２は、内燃機関１０の回転数を検出する（ステップＳ２０１）。続いて、判定部３０２は、検出された回転数がゼロか否かを判定する（ステップＳ２０２）。尚、内燃機関１０の回転数の検出（ステップＳ２０１）は、図２における、温度センサ２１による冷却水１８の温度の検出（ステップＳ１０２）と相前後して行われてもよい。

判定部３０２により検出された回転数がゼロであると判定された場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、続いてステップＳ１０４の処理が行われる。判定部３０２により検出された回転数がゼロでないと判定された場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、続いてステップＳ１０８の処理が行われる。

＜第３実施形態＞
本発明の内燃機関の始動制御装置に係る第３実施形態を、図４を参照して説明する。第３実施形態では、ＥＣＵ３０における始動制御処理が異なる以外は、第１実施形態の構成と同様である。よって、第３実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略する。

判定部３０２は、酸素濃度センサ２３により検出された排気通路１４における空気の酸素濃度が、メモリ３０５に格納されている所定濃度Ｄより高いか否かを判定する。判定部３０２により検出された酸素濃度が所定濃度Ｄより高いと判定された場合、制御部３０１は、逆回転始動により内燃機関１０を始動する。一方、判定部３０２により検出された酸素濃度が所定濃度Ｄより低いと判定された場合、制御部３０１は、典型的には、通常の方法により内燃機関１０を始動する。

これにより、排気通路１４における空気の酸素濃度に応じて、より確実に内燃機関１０を始動することができる方法を選択することが可能となる。

次に、本実施形態において、ＥＣＵ３０が実行する始動制御処理を図４のフローチャートを用いて説明する。本実施形態では、図２に示した第１実施形態における始動制御処理のステップＳ１０３及びステップＳ１０４間に処理が追加されている以外は、第１実施形態と同様である。よって、第３実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略する。

図４において、判定部３０２により検出された温度が所定温度Ｔより低いと判定された場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、次に、酸素濃度センサ２３は、排気通路１４における空気の酸素濃度を検出する（ステップＳ３０１）。続いて、判定部３０２は、検出された酸素濃度が所定濃度Ｄより高いか否かを判定する（ステップＳ３０２）。尚、排気通路１４における空気の酸素濃度の検出（ステップＳ３０１）は、図２における、温度センサ２１による冷却水１８の温度の検出（ステップＳ１０２）と相前後して行われてもよい。

判定部３０２により検出された酸素濃度が所定濃度Ｄより高いと判定された場合（ステップＳ３０２：Ｙｅｓ）、続いてステップＳ１０４の処理が行われる。判定部３０２により検出された酸素濃度が所定濃度Ｄより低いと判定された場合（ステップＳ３０２：Ｎｏ）、続いてステップＳ１０８の処理が行われる。

＜第４実施形態＞
本発明の内燃機関の始動制御装置に係る第４実施形態を、図５を参照して説明する。第４実施形態では、ＥＣＵ３０における始動制御処理が異なる以外は、第３実施形態の構成と同様である。よって、第４実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略する。

判定部３０２によって、酸素濃度センサ２３により検出された排気通路１４における空気の酸素濃度が所定濃度Ｄより低いと判定された場合、制御部３０１は、排気通路１４に空気を供給するように二次空気導入通路１５のエアポンプ１５ａを制御し、逆回転始動により内燃機関１０を始動する。これにより、排気通路１４における空気の酸素濃度を、内燃機関１０の始動に適することができ、必要なときに逆回転始動により内燃機関１０を始動することが可能となる。

次に、本実施形態において、ＥＣＵ３０が実行する始動制御処理を図５のフローチャートを用いて説明する。本実施形態では、図４に示した第３実施形態における始動制御処理のステップＳ３０２：Ｎｏ後の処理が異なる以外は、第３実施形態と同様である。よって、第４実施形態について、第３実施形態と重複する説明を省略する。

図５において、判定部３０２により検出された酸素濃度が所定濃度Ｄより低いと判定された場合（ステップＳ３０２：Ｎｏ）、制御部３０１は、排気通路１４に空気を供給するように二次空気導入通路１５のエアポンプ１５ａを制御する（ステップＳ４０１）。次に、ステップＳ１０４の処理が行われる。

＜第５実施形態＞
本発明の内燃機関の始動制御装置に係る第３実施形態を、図４を参照して説明する。第３実施形態では、ＥＣＵ３０における始動制御処理が異なる以外は、第１実施形態の構成と同様である。よって、第３実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略する。

判定部３０２は、気筒検出部３０３が排気行程で停止している気筒１１を検出できるか否かを判定する。この判定は、例えば、気筒検出部３０３から、排気行程で停止している気筒１１を検出できないことを示すエラー信号があるか否かにより判定すればよい。或いは、制御部３０１が、気筒検出部３０３に対して、排気行程で停止している気筒１１を検出させる指令信号を発信した際に応答があるか否か、又は、指令信号を発信してから所定期間内に応答があるか否かにより判定すればよい。

判定部３０２により排気行程で停止している気筒１１を検出できると判定された場合、制御部３０１は、逆回転始動により内燃機関１０を始動する。一方、判定部３０２により排気行程で停止している気筒１１を検出できないと判定された場合、制御部３０１は、典型的には、通常の方法により内燃機関１０を始動する。これにより、センサ等が故障している場合であっても内燃機関１０を始動することができる。

次に、本実施形態において、ＥＣＵ３０が実行する始動制御処理を図６のフローチャートを用いて説明する。本実施形態では、図２に示した第１実施形態における始動制御処理のステップＳ１０３及びステップＳ１０４間に処理が追加されている以外は、第１実施形態と同様である。よって、第５実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略する。

図６において、判定部３０２により検出された温度が所定温度Ｔより低いと判定された場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、続いて、判定部３０２は、気筒検出部３０３が排気行程で停止している気筒１１を検出できるか否かを判定する（ステップＳ５０１）。判定部３０２により排気行程で停止している気筒１１を検出できると判定された場合（ステップＳ５０１：Ｙｅｓ）、続いてステップＳ１０４の処理が行われる。判定部３０２により排気行程で停止している気筒１１を検出できないと判定された場合（ステップＳ５０１：Ｎｏ）、続いてステップＳ１０８の処理が行われる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の始動制御装置及び方法もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

第１実施形態に係る内燃機関の始動制御装置のブロック図である。 第１実施形態に係るＥＣＵにおける処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係るＥＣＵにおける処理を示すフローチャートである。 第３実施形態に係るＥＣＵにおける処理を示すフローチャートである。 第４実施形態に係るＥＣＵにおける処理を示すフローチャートである。 第５実施形態に係るＥＣＵにおける処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…気筒、１２…ピストン、１３…吸気通路、１３Ｖ…吸気弁、１４…排気通路、１４Ｖ…排気弁、１５…二次空気導入通路、１５ａ…エアポンプ、１６…燃料噴射弁、１７…点火プラグ、１８…冷却水、２１…水温センサ、２２…クランク角センサ、２３…酸素濃度センサ、３０…ＥＣＵ、４０…電動モータ・ジェネレータ、１００…始動制御装置、３０１…制御部、３０２…判定部、３０３…気筒検出部、３０４…角加速度検出部

Claims (8)

1. 気筒内に燃料を噴射可能な噴射手段及び該燃料に点火可能な点火手段を有する内燃機関及び電動モータを備える車両における前記内燃機関の始動制御装置であって、
   前記内燃機関を始動する際に、前記内燃機関の温度を検出する温度検出手段と、
   前記内燃機関の排気通路における空気の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
   前記検出された温度が温度閾値より低い場合に、前記検出された酸素濃度が濃度閾値より高いことを条件に、前記内燃機関を逆回転させるように前記電動モータを制御し、前記内燃機関が逆回転されることで前記気筒内に吸引された空気を含む前記気筒内の雰囲気中に前記燃料を噴射するように前記噴射手段を制御し、前記噴射された燃料に点火するように前記点火手段を制御する始動制御手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
2. 前記始動制御手段は、
   前記検出された温度が前記温度閾値より低いか否かを判定する温度判定手段を含み、
   前記検出された温度が前記温度閾値より低いと判定された場合に、前記内燃機関を逆回転させるように前記電動モータを制御し、前記検出された温度が前記温度閾値より高いと判定された場合に、前記内燃機関を正回転させるように、前記電動モータを制御する
   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. 前記内燃機関を始動する際に、前記内燃機関の回転を検出する回転検出手段を更に備え、
   前記始動制御手段は、前記内燃機関が回転していないことを条件に、前記内燃機関を逆回転させるように前記電動モータを制御する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の始動制御装置。
4. 前記内燃機関は、前記排気通路に空気を供給可能な空気供給手段を有し、
   前記始動制御手段は、前記検出された酸素濃度が前記濃度閾値より低いことを条件に、前記排気通路に空気を供給するように前記空気供給手段を制御すると共に、前記内燃機関を逆回転させるように前記電動モータを制御する
   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。
5. 前記内燃機関は、前記気筒として、複数の気筒を有し、
   前記内燃機関を始動する際に、前記複数の気筒のうち排気行程で停止している一の気筒を検出する気筒検出手段を更に備え、
   前記始動制御手段は、前記検出された一の気筒について、前記電動モータ、前記噴射手段及び前記点火手段を制御する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の始動制御装置。
6. 前記内燃機関が始動後正回転しない場合に、前記始動制御手段は、前記内燃機関を停止して、前記内燃機関を正回転させるように前記電動モータを制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の始動制御装置。
7. 前記内燃機関が始動した場合に、前記内燃機関の角加速度を検出する角加速度検出手段を更に備え、
   前記始動制御手段は、前記検出された角加速度が角加速度閾値より小さいことを条件に、前記内燃機関の回転を補助させるように前記電動モータを制御する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関の始動制御装置。
8. 気筒内に燃料を噴射可能な噴射手段及び該燃料に点火可能な点火手段を有する内燃機関及び電動モータを備える車両における前記内燃機関の始動制御方法であって、
   前記内燃機関を始動する際に、前記内燃機関の温度を検出する温度検出工程と、
   前記内燃機関の排気通路における空気の酸素濃度を検出する酸素濃度検出工程と、
   前記検出された温度が温度閾値より低い場合に、前記検出された酸素濃度が濃度閾値より高いことを条件に、前記内燃機関を逆回転させるように前記電動モータを制御し、前記内燃機関が逆回転されることで前記気筒内に吸引された空気を含む前記気筒内の雰囲気中に前記燃料を噴射するように前記噴射手段を制御し、前記噴射された燃料に点火するように前記点火手段を制御する始動制御工程と
   を備えることを特徴とする内燃機関の始動制御方法。

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