JP7188554B2 - 内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、吸気ポートに燃料を噴射するいわゆるポート噴射式の内燃機関において、内燃機関の停止後にスロットル弁を開き、燃料噴射弁の温度が燃料の霧化に適した目標温度に到達したと判断されるとスロットル弁を閉じるようにした技術が開示されている。

この特許文献１は、内燃機関の停止時に燃料噴射弁を冷却しつつ、吸気系統を保温して、燃料噴射弁先端におけるデポジットの生成抑制と再始動時の燃料霧化を両立させている。

しかしながら、特許文献１においては、デポジットの生成抑制に着目しているものの、燃料を噴射した際に燃料噴射弁のノズル先端を濡らす燃料量、すなわち燃料噴射弁のノズル先端に付着する燃料（Ｔｉｐ－ｗｅｔ）に関する考慮はなされていない。

また、特許文献１の前提となるポート噴射式内燃機関とは異なる温度域で燃料噴射弁が使用されることになる筒内直接噴射式内燃機関では、必ずしも燃料噴射弁を冷却することのみがデポジットの生成抑制に結びつかない虞がある。

従って、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁の場合には、デポジットの生成抑制を図るために更なる改善の余地がある。

特開２０１４－９６７４号公報

内燃機関は、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、上記燃料噴射弁のノズル先端の温度が所定温度のときに当該ノズル先端の燃料付着量が極大値となるものであって、上記内燃機関の始動時に、上記燃料付着量が上記極大値となる温度域を避けるように、上記燃料噴射弁の上記ノズル先端の温度を制御する。

本発明よれば、内燃機関は、燃料噴射弁のノズル先端に燃料が付着しにくくなる。そのため、内燃機関は、燃料噴射弁のノズル先端に付着した燃料に起因する排気中の排気微粒子の増加を抑制することができる。

本発明が適用される内燃機関の概略を模式的に示した説明図。 燃料付着量指標値Ｆと燃料噴射弁のノズル先端の温度Ｔｉｎｊとの相関を模式的に示した説明図。 バッテリＳＯＣ低下により内燃機関が再始動する場面のタイミングチャート。 目標排気微粒子数Ｘと付着量指標値Ｘ_１との相関を示す特性図。 付着量指標値Ｘ_１と作動時間Ｘ_２との相関を示す特性図。 付着量減少分指標値Ｘ_３と作動時間Ｘ_２との相関を示す特性図。 第１排気微粒子数ＰＮ１と付着量減少分指標値Ｘ_３との相関を示す特性図。 バッテリ消費分指標値Ｘ_４と作動時間Ｘ_２との相関を示す特性図。 第２排気微粒子数ＰＮ２とバッテリ消費分指標値Ｘ_４との相関を示す特性図。 低速走行中の車両に搭載された内燃機関が再始動する場面のタイミングチャート。 高速走行中の車両に搭載された内燃機関が再始動する場面のタイミングチャート。 内燃機関の制御の流れの一例を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関１の概略を模式的に示した説明図である。なお、図１は、便宜上、１つの気筒についてのみ記しているが、内燃機関１は単気筒であっても多気筒であってもよい。

内燃機関１は、筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、自動車等の車両に搭載されるものである。内燃機関１は、例えば、クランクシャフトの回転を駆動力として車両の駆動輪に伝達するものや、いわゆるシリーズハイブリッド車両に搭載される発電専用のものである。

内燃機関１は、吸気通路３と排気通路４とを有している。吸気通路３は、吸気弁５を介して燃焼室２に接続されている。排気通路４は、排気弁６を介して燃焼室２に接続されている。排気通路４には、三元触媒等の排気浄化用触媒１４が設けられている。排気浄化用触媒１４は、例えば車両の床下に位置するいわゆる床下触媒である。

また、内燃機関１は、シリンダヘッド７と、シリンダブロック８と、シリンダブロック８のシリンダ９内を往復動するピストン１０と、筒内となる燃焼室２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１１と、を有している。

ピストン１０は、コネクティングロッド１２を介して図示せぬクランクシャフトと連結されている。

燃料噴射弁１１は、ノズル先端に複数の噴射口（図示せず）を有している。燃料噴射弁１１から噴射された燃料は、燃焼室２内で点火プラグ１３により点火される。

燃料噴射弁１１は、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊがヒータ１５によって昇温させることが可能となっている。ヒータ１５は、例えば、燃料噴射弁１１のノズルボディ１１ａに取り付けられている。

燃料噴射弁１１の燃料噴射量、燃料噴射弁１１の燃料噴射時期、点火プラグ１３の点火時期、燃料噴射弁１１に供給される燃料の圧力等は、制御部としてのコントロールユニット２１によって制御される。

コントロールユニット２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータである。

コントロールユニット２１には、吸入空気量を検出するエアフローメータ２２、クランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ２３、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ２４、内燃機関１の冷却水温度を検出する水温センサ２５、内燃機関１の潤滑油温度を検出する油温センサ２６、燃料圧力Ｐｆｕｅｌを検出する燃料圧センサ２７、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊを検出する温度センサとしてのノズル先端温度センサ２８、排気浄化用触媒１４の触媒温度Ｔ_ｃａｔを検出する触媒温度センサ２９等の各種センサ類の検出信号が入力されている。

コントロールユニット２１は、アクセル開度センサ２４の検出値を用いて、内燃機関１の要求負荷（エンジン負荷）が算出する。

また、コントロールユニット２１は、ヒータ１５に電力を供給するバッテリ３０の充電容量に対する充電残量の比率であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を検出可能となっている。つまり、コントロールユニット２１は、バッテリＳＯＣ検出部に相当する。

エアフローメータ２２は、例えば、温度センサを内蔵したものであって、吸気温度を検出可能なものである。

クランク角センサ２３は、内燃機関１の機関回転数を検出可能なものである。

燃料圧センサ２７は、燃料噴射弁１１に供給される燃料の圧力（燃料圧力Ｐｆｕｅｌ）を検出するものである。燃料噴射弁１１は、上記燃料圧力Ｐｆｕｅｌが高くなるほど、噴射される燃料の圧力が高くなる。

ノズル先端温度センサ２８は、ノズル先端温度検出部に相当するものである。なお、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊは、例えば、ヒータ１５の電気抵抗と温度との関係を事前に把握しておくことで、ヒータ１５の電気抵抗から推定することも可能である。また、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊは、上述した特許文献１等に開示される既知の方法で推定することも可能である。

コントロールユニット２１は、各種センサ類の検出信号に基づいて、燃料噴射弁１１の燃料噴射量、燃料噴射時期及び点火時期等を最適に制御している。

コントロールユニット２１は、スイッチ３１を介してヒータ１５のＯＮ／ＯＦＦを制御している。スイッチ３１は、バッテリ３０とヒータ１５とを繋ぐ電力線３２上に配置される。スイッチ３１は、コントロールユニット２１からの制御指令に基づいて開閉される。ヒータ１５は、電力が供給されると発熱して燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊを昇温させる。

内燃機関１は、所定の自動停止条件が成立すると、燃料供給を停止して自動停止する。そして、内燃機関１は、自動停止中に所定の自動再始動条件が成立すると再始動する。つまり、コントロールユニット２１は、所定の自動停止条件が成立すると内燃機関１を自動停止し、所定の自動再始動条件が成立すると内燃機関１を自動再始動する制御部に相当する。

内燃機関１がクランクシャフトの回転を駆動力として車両の駆動輪に伝達するような車両における自動停止条件は、例えば、アクセルペダルが踏み込まれていない状態であること、バッテリ３０のバッテリＳＯＣが所定のバッテリ閾値ＳＯＣ_ｔｖよりも大きいこと、排気浄化用触媒１４の触媒温度Ｔ_ｃａｔが所定の第１触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ１}よりも高いこと等である。

内燃機関１は、これらの自動停止条件が全て成立した場合に自動停止する。換言すれば、コントロールユニット２１は、内燃機関１の運転中にこれらの自動停止条件が全て成立すると内燃機関１を自動停止させる。

内燃機関１がクランクシャフトの回転を駆動力として車両の駆動輪に伝達するような車両における自動再始動条件は、例えば、アクセルペダルが踏み込まれた状態であること、バッテリ３０のバッテリＳＯＣが所定のバッテリ閾値ＳＯＣ_ｔｖ以下であること、排気浄化用触媒１４の触媒温度Ｔ_ｃａｔが所定の第１触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ１}以下であること等である。

内燃機関１は、これらの自動再始動条件のいずれかが成立した場合に、再始動する。換言すれば、コントロールユニット２１は、内燃機関１の自動停止中にこれらの自動再始動条件のいずれかが成立すると内燃機関１を再始動させる。例えば、自動停止中の内燃機関１は、バッテリ３０のバッテリＳＯＣが所定値としてのバッテリ閾値ＳＯＣ_ｔｖ以下になると再始動する。

なお、内燃機関１がクランクシャフトの回転を駆動力として車両の駆動輪に伝達するような車両における内燃機関１の自動停止として、例えば、アイドルストップ、コーストストップ及びセーリングストップがある。

アイドルストップは、車両の一時停止時に、例えば上記のような自動停止条件が成立した場合に実施される。また、アイドルストップは、例えば上記のような自動再始動条件のいずれかが成立すると解除される。

コーストストップは、車両の走行中に、例えば上記のような自動停止条件が成立した場合に実施される。また、コーストストップは、例えば上記のような自動再始動条件のいずれかが成立すると解除される。なお、コーストストップとは、例えば、低車速でブレーキペダルが踏み込まれた状態の減速中に内燃機関１を自動停止することである。

セーリングストップは、車両の走行中に、例えば上記のような自動停止条件が成立した場合に実施される。また、セーリングストップは、例えば上記のような自動再始動条件のいずれかが成立した場合に解除される。なお、セーリングストップとは、例えば中高車速でブレーキペダルが踏まれていない惰性走行中に内燃機関１を自動停止することである。

また、内燃機関１が発電用に搭載されたいわゆるシリーズハイブリッド車両における自動停止条件は、内燃機関１の運転中に、例えばバッテリ３０のバッテリＳＯＣが所定のバッテリ閾値ＳＯＣ_ｔｖよりも大きいこと等である。

内燃機関１が発電用に搭載されたいわゆるシリーズハイブリッド車両における自動再始動条件は、当該ハイブリッド車両の運転中で内燃機関１が停止している際に、例えばバッテリ３０のバッテリＳＯＣがバッテリ閾値ＳＯＣ_ｔｖ以下であること等である。

燃料噴射弁１１は、燃焼室２に燃料を直接噴射するものであるため、ノズル先端が燃焼の際の火炎の影響を受けやすい。従って、内燃機関１においては、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料に起因する排気微粒子（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）の低減が課題となる。なお、本願明細書において、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料とは、燃料噴射弁１１から噴射された燃料のうち、燃焼の際に燃料噴射弁１１のノズル先端の外側を濡らしている燃料（Ｔｉｐ－ｗｅｔ）である。

この燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料には、燃料噴射弁１１のノズル先端の内側の図示せぬサック部内から燃料噴射弁１１の閉弁後に外部に滲み出たものも含まれる。上記サック部は、燃料噴射弁１１の弁体（図示せず）の先端がノズルボディ１１ａの内部に形成されたテーパ面（図示せず）に着座した際に、当該弁体の先端と燃料噴射弁１１のノズル先端の噴射口との間に形成される内部空間である。燃料噴射弁１１は、燃料噴射弁１１の上記弁体（例えばニードル弁）の先端がノズルボディ１１ａの上記テーパ面から離間すると燃料を噴射する。

燃料噴射弁１１のノズル先端にデポジットが付着していない初期状態では、燃料が噴射されると、燃料噴射弁１１のノズル先端に噴射された燃料の一部が付着する。すなわち、燃料噴射弁１１のノズル先端にデポジットが付着していない初期状態では、燃料が噴射されると、燃料噴射弁１１のノズル先端が噴射された燃料の一部によって濡れた状態となる。

燃料噴射弁１１のノズル先端に付着している燃料は、燃焼の火炎により焼かれると、一部が噴射口周りでデポジットとなり堆積するとともに、残りが排気微粒子となってして排気中に放出される。ここで、本願明細書におけるデポジットとは、噴射された燃料等の一部が固形化した多孔質の堆積物である。

次のサイクルでは、燃料が噴射されると、同様に燃料噴射弁１１のノズル先端に燃料が付着することになるが、デポジットに燃料がしみ込むことになる。そのため、燃料噴射弁１１は、噴射口周りに直前のサイクルのときよりも多くの燃料が存在することなる。

従って、燃焼室２に燃料噴射弁１１で燃料を直接噴射する内燃機関１では、燃焼室２内に燃料を噴射して燃焼させる毎に、噴射口周りのデポジットの堆積量が増加するとともに、排気中の排気微粒子が増加する虞がある。

ここで、燃料噴射弁１１は、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高いほど噴霧が広がるため、噴射口周りに燃料が広がりやすくなり、ノズル先端に燃料が付着しやすくなる。つまり、燃料噴射弁１１は、噴射する燃料の温度が上昇するほど噴霧が広がるため、噴射口周りに燃料が広がりやすくなり、ノズル先端に燃料が付着しやすくなる。燃料噴射弁１１は、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高いほど噴射する燃料の温度が高くなる。

そして、燃料噴射弁１１は、噴射する燃料の噴霧の広がり（噴射角度）がさらに大きくなると、噴射された噴霧の気化性能が悪化する。

これは、燃料噴射弁１１のノズル先端に形成された複数の噴射口から噴射された燃料噴霧が互いに干渉しあい、複数の噴霧が１本の太い噴霧となるためである。その結果、燃料噴射弁１１のノズル先端の燃料付着量がさらに多くなる。

しかしながら、燃料噴射弁１１は、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高温になるほど、燃料がノズル先端に付着しても蒸発しやすくなる。

すなわち、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが所定温度Ａ（例えば、概ね９０℃）以上となる温度領域では、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高くなるほど、ノズル先端の燃料付着量が減少する。

これは、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが上記所定温度Ａ以上の高温となると、ノズル先端から蒸発する燃料量が、噴射の際にノズル先端の燃料付着量よりも多くなるためと考えられる。

つまり、燃料を噴射した際に燃料噴射弁１１のノズル先端の燃料付着量の指標（Ｔｉｐ－ｗｅｔ－ＩＮＤＥＸ）である燃料付着量指標値Ｆは、図２に示すように、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが上記所定温度Ａ（例えば、概ね９０℃）のときに極大値となる。すなわち、燃料噴射弁１１の濡れ（ノズル先端に付着した燃料）は、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊの上昇に伴い増加するが、ある温度域を超えると減少する。

そこで、本実施例では、この特性を利用して、燃料噴射弁１１のノズル先端の燃料付着量が極大値（ピーク）となる温度域を避けるように、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊを制御する。

具体的には、コントロールユニット２１は、自動停止した内燃機関１の自動再始動時に、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが上記所定温度Ａよりも低い場合には、燃料噴射弁１１の燃料噴射開始までに、ヒータ１５を用いて燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊを上記所定温度Ａよりも高くする。

つまり、コントロールユニット２１は、内燃機関１の始動時に、燃料噴射弁１１のノズル先端の燃料付着量が極大値（ピーク）となる温度域を避けるように、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊを制御する制御部に相当する。

これによって、内燃機関１は、燃料噴射弁１１のノズル先端に燃料が付着しにくくなる。そのため、内燃機関１は、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料に起因する排気中の排気微粒子の増加を抑制することができる。

また、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊは、内燃機関１の自動再始動時に、ノズル先端の燃料付着量が極大値となる温度域を跨ぐにように変化することはない。そのため、内燃機関１は、燃料噴射弁１１のノズル先端に燃料が付着しにくくなる。

内燃機関１は、自動再始動時に燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが上記所定温度Ａを超えると、ノズル先端の温度Ｔｉｎｊを内燃機関１が停止するまで上記所定温度Ａよりも高い温度に維持する。

これによって、内燃機関１の燃焼中、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊは、ノズル先端の燃料付着量が極大値となる温度域を跨ぐにように変化することはない。そのため、内燃機関１は、燃焼中、常に燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料に起因する排気中の排気微粒子の増加を抑制することができる。 なお、内燃機関１は、点火プラグ１３による点火により燃焼が開始されると、燃焼により燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高温となるため、ヒータ１５を作動させずともノズル先端の温度Ｔｉｎｊを所定温度Ａよりも高い温度に維持可能である。

また、コントロールユニット２１は、内燃機関１を自動再始動させる場合にはヒータ１５の作動を許可するが、内燃機関１を自動再始動しない場合にはヒータ１５の作動を許可しない。

詳述すると、コントロールユニット２１は、例えば、内燃機関１の自動再始動条件（始動条件）の成立に先立って排気浄化用触媒１４の触媒温度Ｔ_ｃａｔが所定の第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}よりも低い値になるとヒータ１５を作動させる。なお、第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}は、第１触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ１}よりも高い温度として設定される。第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}は、ヒータ１５の作動を要求する排気浄化用触媒１４の温度である。

また、コントロールユニット２１は、排気浄化用触媒１４の触媒温度Ｔ_ｃａｔが所定の第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}よりも高ければ、ヒータ１５を作動させない。

これによって、内燃機関１は、適切なタイミングでヒータ１５が作動するため、ヒータ１５で消費されるバッテリの電力を必要最低限にすることができる。

図３は、バッテリ３０のバッテリＳＯＣ低下により内燃機関１が再始動する場面のタイミングチャートである。

図３中の時刻ｔ１は、内燃機関１の自動停止条件が成立して内燃機関１が停止するタイミングである。

図３中の時刻ｔ２は、内燃機関１の自動再始動条件が成立して内燃機関１が始動するタイミングである。

図３の例では、時刻ｔ２のタイミングでバッテリ３０のバッテリＳＯＣがバッテリ閾値ＳＯＣ_ｔｖ以下となり内燃機関１の自動再始動条件が成立している。また、図３の例では、内燃機関１の自動再始動条件が成立している時刻ｔ２のタイミングで排気浄化用触媒１４の触媒温度Ｔ_ｃａｔが第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}よりも高いため、ヒータ１５を作動させることなく内燃機関１を始動している。

コントロールユニット２１は、ヒータ１５を作動する場合、燃料噴射弁１１のノズル先端の燃料付着量に応じてヒータ１５の作動時間Ｘ_２を算出する。

具体的には、コントロールユニット２１は、車両の運転状態に応じて設定される目標排気微粒子数Ｘを用いて付着量指標値Ｘ_１を算出する。付着量指標値Ｘ_１は、発生する排気微粒子数が目標排気微粒子数Ｘとなるときにノズル先端に付着している燃料付着量の指標値である。

付着量指標値Ｘ_１は、例えば図４に破線で示すように、目標排気微粒子数Ｘが大きくなるほど大きくなるよう設定される指標値である。

そして、コントロールユニット２１は、付着量指標値Ｘ_１を用いてヒータ１５の作動時間Ｘ_２を算出する。

ヒータ１５の作動時間Ｘ_２は、例えば図５に破線で示すように、付着量指標値Ｘ_１が小さくなるほど長くなり、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高くなるほど短くなるよう設定される。すなわち、図５においては、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高いほど下側の特性線を用いてヒータ１５の作動時間Ｘ_２が算出されることになる。つまり、図５においては、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊに応じて、付着量指標値Ｘ_１からヒータ１５の作動時間Ｘ_２を算出する際に用いる特性線が使い分けられる。

また、ヒータ１５の作動時間Ｘ_２は、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが上記所定温度Ａよりも低い場合、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが低くなるほど長くなるよう設定される。また、ヒータ１５の作動時間Ｘ_２は、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが上記所定温度Ａよりも高い場合、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが高くなるほど短くなるよう設定される。

なお、ヒータ１５の作動時間Ｘ_２は、少なくとも燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが上記所定温度Ａよりも高くなるように設定されている。また、ヒータ１５の作動時間Ｘ_２は、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが上記所定温度Ａよりも高い場合、「０」とすることも可能である。

これによって、燃料噴射弁１１は、ノズル先端の燃料付着量が低減される。そのため内燃機関１は、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料に起因する排気中の排気微粒子の増加を抑制することができる。

なお、目標排気微粒子数Ｘは、内燃機関１の油水温、内燃機関１の回転負荷、燃料噴射弁１１の噴射圧に応じて補正するようにしてもよい。詳述すると、目標排気微粒子数Ｘは、内燃機関１の再始動時に予想される油水温、もしくはヒータ１５の作動時の油水温が高くなるほど小さくなるよう補正してもよい。目標排気微粒子数Ｘは、内燃機関１の再始動時に予想される回転負荷が大きくなるなるほど大きくなるよう補正してもよい。目標排気微粒子数Ｘは、内燃機関１の再始動時に設定される燃料噴射圧が大きくなるなるほど小さくなるよう補正してもよい。

また、コントロールユニット２１は、ヒータ１５を作動することによって内燃機関１の運転中に排出されるトータルの排気微粒子の数が減少する場合に限ってヒータ１５を作動するようにしてもよい。

具体的には、コントロールユニット２１は、内燃機関１の再始動時に、内燃機関１の始動時にヒータ１５を作動させることによって減少が見込まれる排気微粒子数である第１排気微粒子数ＰＮ１と、ヒータ１５の作動により内燃機関１の再始動のタイミングが早まることによって増加が見込まれる排気微粒子数である第２排気微粒子数ＰＮ２と、を比較する。そして、コントロールユニット２１は、第１排気微粒子数ＰＮ１が第２排気微粒子数ＰＮ２よりも大きい場合に、ヒータ１５を作動するようにしてもよい。

内燃機関１は、ヒータ１５を作動することによりバッテリ３０の電力が消費されると、消費された電力分に応じてバッテリＳＯＣが低下するため、その分次回始動するタイミングが早くなる。つまり、内燃機関１は、ヒータ１５で電力を使用すると、再始動のタイミングが早まることになる。

そのため、内燃機関１は、始動時にヒータ１５を作動した場合、ヒータ１５を作動させない場合に比べてトータルの運転時間が長くなり、その分だけ排気微粒子の排出量が増加することになる。

そこで、コントロールユニット２１は、ヒータ１５を作動することで低減できる第１排気微粒子数ＰＮ１と、ヒータ１５を作動することで増加する第２排気微粒子数ＰＮ２と、を比較する。そして、コントロールユニット２１は、第１排気微粒子数ＰＮ１が第２排気微粒子数ＰＮ２よりも大きい場合、始動時にヒータ１５を作動して、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊを上昇させる。

つまり、コントロールユニット２１は、トータルで運転中の排出される排気微粒子の数が減少する場合に限って、始動時にヒータ１５の作動を許可するようにしてもよい。

コントロールユニット２１は、付着量指標値Ｘ_１の減少分である付着量減少分指標値Ｘ_３を用いて第１排気微粒子数ＰＮ１を算出する。

具体的には、コントロールユニット２１は、ヒータ１５の作動時間Ｘ_２を用いて付着量減少分指標値Ｘ_３を算出する。付着量減少分指標値Ｘ_３は、ヒータ１５を作動させることで減少した燃料噴射弁１１のノズル先端の燃料付着量の減少分の指標値である。

付着量減少分指標値Ｘ_３は、例えば図６に破線で示すように、ヒータ１５の作動時間Ｘ_２が長くなるほど大きくなるよう設定される。

そして、コントロールユニット２１は、付着量減少分指標値Ｘ_３を用いて第１排気微粒子数ＰＮ１を算出する。

第１排気微粒子数ＰＮ１は、例えば図７に破線で示すように、付着量減少分指標値Ｘ_３が大きくなるほど大きくなるよう設定される。

また、コントロールユニット２１は、バッテリ消費量に相関するバッテリ消費分指標値Ｘ_４を用いて第２排気微粒子数ＰＮ２を算出する。

具体的には、コントロールユニット２１は、ヒータ１５の作動時間Ｘ_２を用いてバッテリ消費分指標値Ｘ_４を算出する。バッテリ消費分指標値Ｘ_４は、ヒータ１５の作動により長くなった内燃機関１の運転時間と相関する指標値である。

バッテリ消費分指標値Ｘ_４は、例えば図８に破線で示すように、ヒータ１５の作動時間Ｘ_２が長くなるほど大きくなるよう設定される。

そして、コントロールユニット２１は、バッテリ消費分指標値Ｘ_４を用いて第２排気微粒子数ＰＮ２を算出する。

第２排気微粒子数ＰＮ２は、例えば図９に破線で示すように、バッテリ消費分指標値Ｘ_４が大きくなるほど大きくなるよう設定される。

このように、予想されるバッテリ３０のバッテリ消費量（電力消費量）からトータルで運転中の排出される排気微粒子の数を推定することで、運転中の排出されるトータルの排気微粒子の数を確実に抑制することができる。

コントロールユニット２１は、排気浄化用触媒１４の温度低下速度に応じて、第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}を設定してもよい。

排気浄化用触媒１４は、強い走行風を受けるほど、触媒温度Ｔ_ｃａｔの温度低下速度が速くなる。

つまり、排気浄化用触媒１４の温度低下速度が大きい場合、排気浄化用触媒１４は、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊがノズル先端の燃料付着量が極大値となる温度域を避ける前に、触媒温度Ｔ_ｃａｔが第１触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ１}未満となる虞がある。

そこで、コントロールユニット２１は、排気浄化用触媒１４の温度低下速度が大きくなるほど第１触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ１}と第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}との差が大きくなるよう第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}を設定する。

これによって、内燃機関１は、排気浄化用触媒１４の触媒温度Ｔ_ｃａｔが第１触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ１}未満になる前に、ヒータ１５により燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊを上昇させることが可能となる。つまり、内燃機関１は、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが始動時に燃料付着量が極大値となる温度域を跨がないようにすることが可能となる。

そのため、内燃機関１は、始動時に、排気浄化用触媒１４の温度低下による触媒浄化性能の悪化を抑制できるとともに、燃料噴射弁１１のノズル先端に付着した燃料に起因する排気中の排気微粒子の増加を抑制することができる。つまり、内燃機関１は、始動時に、排気浄化用触媒１４の触媒浄化性能の悪化抑制と、燃料噴射弁１１のノズル先端の燃料付着量の低減と、を両立することが可能となる。

図１０は、低速走行中の車両に搭載された内燃機関１が再始動する場面のタイミングチャートである。すなわち、図１０は、排気浄化用触媒１４の温度低下速度が遅いときに内燃機関１が再始動する場面のタイミングチャートである。

図１０中の時刻ｔ１は、内燃機関１の自動停止条件が成立して内燃機関１が停止するタイミングである。

図１０中の時刻ｔ２は、排気浄化用触媒１４の触媒温度Ｔ_ｃａｔが第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}未満となり、ヒータ１５が作動するタイミングである。

図１０中の時刻ｔ３は、内燃機関１の自動再始動条件が成立して内燃機関１が始動するタイミングである。

図１０の例では、時刻ｔ３のタイミングで排気浄化用触媒１４の触媒温度Ｔ_ｃａｔが第１触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ１}未満となり内燃機関１の自動再始動条件が成立している。

また、図１０の例では車両が低速で走行しているので、第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}は、第１触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ１}との差である差分ΔＴ_{ｃａｔ＿ｌｏｗ}が小さくなるように設定されている。差分ΔＴ_{ｃａｔ＿ｌｏｗ}は、車両の低速走行時に設定される第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}に対応した値である。

図１１は、高速走行中の車両に搭載された内燃機関１が再始動する場面を示すタイミングチャートである。すなわち、図１１は、排気浄化用触媒１４の温度低下速度が速いときに内燃機関１が再始動する場面のタイミングチャートである。

図１１中の時刻ｔ１は、内燃機関１の自動停止条件が成立して内燃機関１が停止するタイミングである。

図１１中の時刻ｔ２は、排気浄化用触媒１４の触媒温度Ｔ_ｃａｔが第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}未満となり、ヒータ１５が作動するタイミングである。

時刻ｔ３は、内燃機関１の自動再始動条件が成立して内燃機関１が始動するタイミングである。

図１１の例では、時刻ｔ３のタイミングで排気浄化用触媒１４の触媒温度Ｔ_ｃａｔが第１触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ１}未満となり内燃機関１の自動再始動条件が成立している。

また、図１１の例では車両が高速で走行しているので、第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}は、第１触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ１}との差である差分ΔＴ_{ｃａｔ＿ｈｉｇｈ}が大きくなるように設定されている。差分ΔＴ_{ｃａｔ＿ｈｉｇｈ}は、車両の高速走行時に設定される第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}に対応した値である。差分ΔＴ_{ｃａｔ＿ｈｉｇｈ}は、差分ΔＴ_{ｃａｔ＿ｌｏｗ}よりも大きな値となっている。

図１２は、内燃機関１の制御の流れの一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１では、内燃機関１が停止した状態であるか否かを判定する。内燃機関１が停止した状態であればステップＳ２へ進む。内燃機関１が運転中であれば、今回のルーチンを終了する。

ステップＳ２では、バッテリ３０のバッテリＳＯＣがバッテリ閾値ＳＯＣ_ｔｖよりも大きいか否かを判定する。バッテリＳＯＣがバッテリ閾値ＳＯＣ_ｔｖよりも大きい場合には、ステップＳ３へ進む。バッテリＳＯＣがバッテリ閾値ＳＯＣ_ｔｖ以下の場合には、ステップＳ９へ進む。

ステップＳ３では、排気浄化用触媒１４の触媒温度Ｔ_ｃａｔが第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}未満であるか否かを判定する。ステップＳ３において、触媒温度Ｔ_ｃａｔが第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}未満であればステップＳ４へ進む。ステップＳ３において、触媒温度Ｔ_ｃａｔが第２触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ２}以上であれば、今回のルーチンを終了する。

ステップＳ４では、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊを検出する。

ステップＳ５では、ヒータ１５の作動時間Ｘ_２を算出する。

ステップＳ６では、第１排気微粒子数ＰＮ１と第２排気微粒子数ＰＮ２を算出し、両者の大小関係を比較する。ステップＳ６において、第１排気微粒子数ＰＮ１が第２排気微粒子数ＰＮ２よりも大きければステップＳ７へ進む。ステップＳ６において、第１排気微粒子数ＰＮ１が第２排気微粒子数ＰＮ２以下であればステップＳ８へ進む。

ステップＳ７では、ヒータ１５を作動時間Ｘ_２作動させる。

ステップＳ８では、排気浄化用触媒１４の触媒温度Ｔ_ｃａｔが第１触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ１}未満であるか否かを判定する。ステップＳ８において、触媒温度Ｔ_ｃａｔが第１触媒温度閾値Ｔ_{ｃａｔ＿ｔｖ１}未満であればステップＳ９へ進む。

ステップＳ９では、内燃機関１を再始動する。

以上、本発明の具体的な実施例を説明してきたが、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、コントロールユニット２１は、自動停止した内燃機関１の自動再始動時に、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが上記所定温度Ａよりも低い場合、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊが上記所定温度Ａよりも高くならないように制御してもよい。

このように、燃料噴射弁１１のノズル先端の温度Ｔｉｎｊを上記所定温度Ａ以下に維持することによっても、内燃機関１の自動再始動時に、ノズル先端の燃料付着量が極大値となる温度域を跨ぐにように変化することはない。そのため、内燃機関１は、燃料噴射弁１１のノズル先端に燃料が付着しにくくなる。

なお、上述した実施例は、内燃機関１の制御方法及び内燃機関１の制御装置に関するものである。

Claims (9)

1. 燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、上記燃料噴射弁のノズル先端の温度が所定温度のときに当該ノズル先端の燃料付着量が極大値となる内燃機関の制御方法であって、
   上記燃料噴射弁の上記ノズル先端の温度を昇温させることが可能なヒータと、上記ヒータに電力を供給するバッテリと、を有し、
   上記内燃機関の始動時に、上記燃料付着量が上記極大値となる温度域を避けるように、上記燃料噴射弁の上記ノズル先端の温度を制御し、
   上記内燃機関の始動時に上記ノズル先端の温度が上記所定温度よりも低い場合、
   上記燃料噴射弁の燃料噴射開始までに、上記ヒータを用いて上記ノズル先端の温度を上記所定温度よりも高くする内燃機関の制御方法。
2. 上記内燃機関の始動時に上記ノズル先端の温度が上記所定温度を超えると、上記ノズル先端の温度を上記内燃機関が停止するまで上記所定温度よりも高い温度に維持する請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
3. 上記内燃機関を始動させる際には上記ヒータの作動を許可し、
   上記内燃機関を始動させない際には上記ヒータの作動を許可しない請求項１または２に記載の内燃機関の制御方法。
4. 上記内燃機関の始動時に上記ヒータを作動させることによって減少が見込まれる排気微粒子数である第１排気微粒子数と、始動時に上記ヒータを作動させることで上記バッテリの電力が使われて当該内燃機関の始動のタイミングが早まることによって増加が見込まれる排気微粒子数である第２排気微粒子数と、を比較し、上記第１排気微粒子数が上記第２排気微粒子数よりも多い場合に、上記ヒータを作動させる請求項１～３のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
5. 上記内燃機関は、排気浄化用触媒の温度が所定の第１触媒温度閾値よりも低くなると始動されるものであって、
   上記ヒータは、上記排気浄化用触媒の温度が上記第１触媒温度閾値よりも高い所定の第２触媒温度閾値よりも低くなると作動し、
   上記排気浄化用触媒の温度低下速度が大きくなるほど上記第１触媒温度閾値と上記第２触媒温度閾値との差が大きくなるよう上記第２触媒温度閾値を設定する請求項１～４のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
6. 上記内燃機関が搭載される車両の車速が速くなるほど、上記第２触媒温度閾値を高く設定する請求項５に記載の内燃機関の制御方法。
7. 上記燃料噴射弁の上記ノズル先端の上記燃料付着量を運転状態に応じて算出し、
   上記燃料付着量を用いて上記ヒータの作動時間を算出する請求項１～６のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
8. 上記燃料噴射弁の上記ノズル先端の温度が上記所定温度よりも低い場合、上記燃料噴射弁の上記ノズル先端の温度が低くなるほど、上記ヒータの作動時間を長くする請求項７に記載の内燃機関の制御方法。
9. 燃焼室に燃料を直接噴射し、ノズル先端の温度が所定温度のときに上記ノズル先端の燃料付着量が極大値となる燃料噴射弁と、
   上記燃料噴射弁の上記ノズル先端の温度を昇温させることが可能なヒータと、
   上記ヒータに電力を供給するバッテリと、を有し、
   内燃機関の始動時に、上記燃料付着量が上記極大値となる温度域を避けるように上記ノズル先端の温度を制御するとともに、上記内燃機関の始動時に上記ノズル先端の温度が上記所定温度よりも低い場合、上記燃料噴射弁の燃料噴射開始までに、上記ヒータを用いて上記ノズル先端の温度を上記所定温度よりも高くする制御部と、を有する内燃機関の制御装置。

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