JP7331785B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、内燃機関の制御装置に関する。

従来から、１サイクル当たりに複数回に亘って各気筒の燃焼室内に燃料噴射を行う分割噴射が知られている（例えば、特許文献１）。特に、特許文献１では、霧化特性の悪い重質燃料を使用したときには標準燃料を使用したときに比べて分割噴射における燃料噴射の回数を増加させることが提案されている。

特開２００６－２９１９７１号公報

ところで、内燃機関を冷間始動させる際にも、噴射された燃料の霧化を促進させるべく、分割噴射を行うことが考えられる。一方、内燃機関を冷間始動させるときには、排気エミッションを低減させるために内燃機関の排気浄化触媒を早期に暖機させることが必要である。このように、内燃機関の排気浄化触媒を早期に暖機させるためには、点火プラグによる点火時期を遅角側の時期に設定することが考えられる。

ところが、分割噴射を行った状態で点火時期を遅角側の時期に設定すると、混合気の燃焼安定性が悪化して、内燃機関における振動が大きくなる可能性がある。

上記課題に鑑みて、本開示の目的は、内燃機関を冷間始動するときに分割噴射及び点火時期の遅角を行っても混合気の燃焼安定性の悪化を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

本開示の要旨は以下のとおりである。

（１）燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグとを備える内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の冷間始動を開始するときには１サイクルにおいて複数回に亘って各気筒へ燃料噴射させ、前記内燃機関の始動が開始された後に前記点火プラグによる点火時期を遅角させ、前記点火プラグによる点火時期を遅角させた後に１サイクルにおける各気筒への燃料噴射の回数を減少させるように構成された、内燃機関の制御装置。
（２）前記点火時期の遅角は段階的に行われる、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置。
（３）前記１サイクルにおける各気筒への燃料噴射の回数の減少は前記点火時期の遅角が全て完了してから行われる、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の制御装置。
（４）前記１サイクルにおける各気筒への燃料噴射の回数の減少は前記点火時期の段階的な遅角に応じて段階的に行われる、上記（２）に記載の内燃機関の制御装置。

本開示によれば、内燃機関を冷間始動するときに分割噴射及び点火時期の遅角を行っても混合気の燃焼安定性の悪化を抑制することができる内燃機関の制御装置が提供される。

図１は、一つの実施形態に係る制御装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。 図２は、一つの気筒における吸気行程から圧縮行程までの燃料噴射弁からの噴射率の推移を表す図である。 図３は、内燃機関を冷間始動するときの、各種パラメータのタイムチャートである。 図４は、始動制御において実行される制御を決定するための制御ルーチンを示すフローチャートである。 図５は、点火プラグによる点火時期を制御する制御ルーチンを示すフローチャートである。 図６は、燃料噴射弁による燃料噴射の回数を制御する制御ルーチンを示すフローチャートである。 図７は、内燃機関を冷間始動するときの、各種パラメータの図３と同様なタイムチャートである。 図８は、内燃機関を冷間始動するときの、各種パラメータの図３及び図７と同様なタイムチャートである。

以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜第一実施形態＞
＜内燃機関の構成＞
まず、図１を参照して、一つの実施形態に係る制御装置が用いられる内燃機関について説明する。本実施形態の内燃機関は車両の駆動に用いられる。図１は、一つの実施形態に係る制御装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図１に示したように、内燃機関１は、機関本体１０、燃料供給装置３０、吸気系４０、排気系５０及び制御装置６０を備える。

機関本体１０は、気筒１１が形成されたシリンダブロック１２と、シリンダブロック上に固定されたシリンダヘッド１３とを有する。各気筒１１内には、各気筒１１内を往復運動するピストン１４が配置されている。ピストン１４とシリンダヘッド１３との間の気筒１１内には混合気が燃焼する燃焼室１５が形成されている。

シリンダヘッド１３には、吸気ポート１７及び排気ポート１８が形成されている。これら吸気ポート１７及び排気ポート１８は各気筒１１の燃焼室１５に連通している。燃焼室１５と吸気ポート１７との間には吸気弁１９が配置されて、この吸気弁１９が吸気ポート１７を開閉する。同様に、燃焼室１５と排気ポート１８との間には排気弁２０が配置されて、この排気弁２０が排気ポート１８を開閉する。

また、シリンダヘッド１３には、各気筒１１を画定する内壁面の中央部に、点火プラグ２１が配置される。点火プラグ２１は、点火信号に応じて火花を発生させて、燃焼室１５内の混合気に点火するように構成される。

また、機関本体１０には、停止している内燃機関１を駆動するスタータモータ２２が設けられる。スタータモータ２２は、コンロッドを介して各ピストン１４に連結されたクランクシャフトを回転駆動する。なお、内燃機関１がハイブリッド車両に用いられている場合には、停止している内燃機関１を駆動するのに、スタータモータ２２の代わりに、車両の駆動にも用いられるモータジェネレータ等が用いられてもよい。

燃料供給装置３０は、燃料噴射弁３１、燃料供給管３２、燃料ポンプ３３、及び燃料タンク３４を有する。燃料噴射弁３１は、各気筒１１の燃焼室１５内に燃料を直接噴射するようにシリンダヘッド１３に配置されている。

燃料噴射弁３１は、燃料供給管３２を介して燃料タンク３４に連結されている。燃料供給管３２には、燃料タンク３４内の燃料を圧送する燃料ポンプ３３が配置されている。燃料ポンプ３３によって圧送された燃料は、燃料供給管３２を介して燃料噴射弁３１に供給され、燃料噴射弁３１が開弁されるのに伴って燃料噴射弁３１から燃焼室１５内に直接噴射される。

吸気系４０は、吸気枝管４１、サージタンク４２、吸気管４３、エアクリーナ４４及びスロットル弁４５を有する。各気筒１１の吸気ポート１７はそれぞれ対応する吸気枝管４１を介してサージタンク４２に連通しており、サージタンク４２は吸気管４３を介してエアクリーナ４４に連通している。スロットル弁４５は、吸気管４３内に配置され、スロットル弁駆動アクチュエータ４７によって回動せしめられることで吸気通路の開口面積を変更することができる。なお、吸気ポート１７、吸気枝管４１、サージタンク４２、及び吸気管４３は、燃焼室１５に吸気ガスを供給する吸気通路を形成する。

排気系５０は、排気マニホルド５１、ケーシング５２に内蔵された排気浄化触媒５３及び排気管５４を備える。各気筒１１の排気ポート１８は、排気マニホルド５１に連通しており、排気マニホルド５１は排気浄化触媒５３を内蔵したケーシング５２に連通している。ケーシング５２は排気管５４に連通している。

排気浄化触媒５３は、排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを浄化するための装置であり、例えば、コージェライトによって形成された担体に白金等の触媒貴金属を担持させた三元触媒である。なお、排気浄化触媒５３は、触媒貴金属を有して排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを浄化することができれば、粒子状物質の捕集機能を有するパティキュレートフィルタとして形成されてもよい。なお、排気ポート１８、排気マニホルド５１、ケーシング５２、及び排気管５４は、燃焼室１５から排気ガスを排出する排気通路を形成する。

制御装置６０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）６１及び各種センサを有する。ＥＣＵ６１は、メモリ６２、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）６３、入力ポート６４及び出力ポート６５を備え、これらは双方向性バス６６を介して相互に接続される。

制御装置６０は、エアフロメータ７１、スロットル開度センサ７２、触媒温度センサ７３、水温センサ７５、負荷センサ７７及びクランク角センサ７８を有する。エアフロメータ７１は、吸気管４３に配置されて、吸気管４３内を流れる空気流量を検出する。スロットル開度センサ７２は、スロットル弁４５に設けられて、スロットル弁４５の開度を検出する。加えて、触媒温度センサ７３は、排気浄化触媒５３に設けられて、排気浄化触媒５３の温度を検出する。さらに、水温センサ７５は、機関本体１０に設けられて、内燃機関１を冷却するための冷却水の温度を検出する。これらエアフロメータ７１、スロットル開度センサ７２、触媒温度センサ７３、及び水温センサ７５の出力は、対応するＡＤ変換器６７を介して入力ポート６４に入力される。

また、負荷センサ７７は、アクセルペダル７６に接続されて、アクセルペダル７６の踏込み量に比例した出力電圧を発生する。負荷センサ７７の出力電圧は機関負荷を示す信号として対応するＡＤ変換器６７を介して入力ポート６４に入力される。クランク角センサ７８は例えばクランクシャフトが１０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート６４に入力される。ＣＰＵ６３ではこのクランク角センサ７８の出力パルスから機関回転速度が計算される。

一方、出力ポート６５は対応する駆動回路６８を介して点火プラグ２１、燃料噴射弁３１及びスロットル弁駆動アクチュエータ４７に接続される。したがって、ＥＣＵ６１は、点火プラグ２１による点火時期、燃料噴射弁３１からの燃料噴射時期や燃料噴射量、スロットル弁４５の開度等を制御する制御装置として機能する。

＜分割噴射＞
本実施形態に係る内燃機関１の制御装置は、１サイクルにおいて各気筒１１に複数回に亘って燃料噴射を行う分割噴射を燃料噴射弁３１に実行させることができる。以下では、図２を参照して、分割噴射について簡単に説明する。

図２は、一つの気筒１１における吸気行程から圧縮行程までの燃料噴射弁３１からの噴射率の推移を表す図である。図２（Ａ）は、分割噴射が行われずに、１サイクルにおいて各気筒１１に１回のみの燃料噴射が行われている場合の推移を示している。図２（Ｂ）は、分割噴射により、１サイクルにおいて各気筒１１に２回の燃料噴射が行われている場合の推移を示している。また、図２（Ｃ）は、分割噴射により、１サイクルにおいて各気筒１１に３回の燃料噴射が行われている場合の推移を示している。図２（Ａ）～（Ｃ）の例における１サイクル当たりの総燃料噴射量は等しい。

図２（Ａ）に示したように、１回のみの燃料噴射を行った場合、燃料噴射率が最大となっている期間が長い。燃料噴射率が高いときには、燃料噴射弁３１から多量に高圧で燃料が噴射されることになるため、気化できなかった燃料が気筒１１の壁面に付着し易い。特に、内燃機関１を冷間始動する際には、気筒１１の壁面温度が低いため、気筒１１の壁面付近で燃料が液化し易く、また、壁面上に付着した燃料もその後気化しにくい。この結果、内燃機関１を冷間始動する際に１回のみの燃料噴射を行うと、一部の燃料が気筒１１の壁面に付着することによって、噴射した燃料量に対して気化した燃料量が少なくなる。

一方、図２（Ｂ）や図２（Ｃ）に示したように、複数回の燃料噴射を行った場合、燃料噴射率が大きい期間が短くなり、よって気筒１１の壁面に付着する燃料量が少なくなる。したがって、壁面上に燃料が付着することに伴う、気化する燃料の減少は抑制される。このような傾向は、基本的に噴射回数が増えるほど大きくなる。したがって、図２（Ｃ）に示したように３回の噴射を行った場合には、気筒１１の壁面に付着する燃料量をより少なく抑えることができ、よって気化する燃料の減少がより抑制される。このため、内燃機関を冷間始動する際には、噴射回数のできるだけ多い分割噴射を行うことが好ましい。

＜点火遅角＞
内燃機関１を冷間始動する際には、機関本体１０のみならず、排気浄化触媒５３の温度も低い。排気浄化触媒５３は、その温度が、排気浄化触媒５３が有する触媒貴金属の活性温度以上になると、高い浄化率で排気ガスを浄化することができる。したがって、排気ガスを浄化する観点からは、内燃機関１を冷間始動する際には、排気浄化触媒５３をできるだけ早く活性温度以上に昇温することが必要である。

点火プラグ２１による点火時期は、基本的に、ＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）に設定される。ＭＢＴにおいて混合気に点火を行うことにより、燃焼効率が最大になり、よって出力トルクや燃費性能を高めることができる。一方、このＭＢＴよりも点火時期を遅角させると、混合気の燃焼タイミングが遅くなり、燃焼によって得られた熱エネルギのうち運動エネルギに変換されずに残る熱エネルギの割合が大きくなる。この結果、点火時期を遅角させると、機関本体１０から排出される排気ガスの温度が高くなる。このように排気ガスの温度が高くなると、排気ガスの熱によって排気浄化触媒５３を早期に昇温させることができる。したがって、内燃機関１を冷間始動する際には、点火プラグによる点火時期をＭＢＴよりも遅角側の時期に設定することが好ましい。

＜始動制御＞
図３を参照して、本実施形態に係る制御装置によって行われる始動制御について説明する。図３は、内燃機関１を冷間始動するときの、各種パラメータのタイムチャートである。特に、図３は、内燃機関１の回転速度（機関回転速度）Ｒｅ、１サイクル当たりの各気筒１１への燃料噴射量Ｑｆ、点火プラグ２１による点火時期Ｔｉ、１サイクル当たりの各気筒１１への燃料噴射の回数Ｎｉ、内燃機関１の出力トルクＴＱのタイムチャートである。なお、内燃機関１の出力トルクＴＱは、スタータモータ２２によって内燃機関１が駆動されているときには負の値となっている。

図３に示した例では、時刻ｔ₁まで内燃機関１は停止しており、よって機関回転速度Ｒｅ、燃料噴射量Ｑｆ及び出力トルクＴＱはいずれもゼロである。時刻ｔ₁において、停止している内燃機関１を起動する起動制御が開始される。起動制御は、内燃機関１を、クランクシャフトが停止している状態から混合気の燃焼によって回転を維持することができる状態にするための制御である。

時刻ｔ₁において起動制御が開始されると、まず、スタータモータ２２によって内燃機関１が駆動される。この結果、機関回転速度Ｒｅが上昇すると共に、内燃機関１にはスタータモータ２２からトルクが供給されることから出力トルクＴＱが負の値となる。なお、本実施形態では、起動制御の開始直後には燃料噴射弁３１から燃料は噴射されず、また、点火プラグ２１による点火も行われない。

本実施形態では、その後、時刻ｔ₂において機関回転速度Ｒｅが所定の基準回転速度Ｒｅｒｅｆに到達すると、燃料噴射弁３１からの燃料噴射が開始されると共に、燃料噴射によって形成された混合気への点火プラグ２１による点火が開始される。なお、本実施形態では、機関回転速度Ｒｅが基準回転速度Ｒｅｒｅｆに到達したときに燃料噴射及び点火を開始しているが、これとは異なるタイミングで燃料噴射及び点火を開始してもよい。例えば、スタータモータ２２による駆動の開始と同時に燃料噴射及び点火を開始してもよいし、スタータモータ２２によってクランクシャフトが所定量だけ回転せしめられた後に燃料噴射及び点火を開始してもよい。

本実施形態では、起動制御中においては、１サイクル当たりの燃料噴射弁３１から各気筒１１への燃料噴射の回数Ｎｉが最大噴射回数に設定される。したがって、本実施形態では、内燃機関の冷間始動を開始するときには、１サイクルにおいて複数回に亘って各気筒１１への燃料噴射を行う分割制御が行われる。特に、本実施形態では、各燃料噴射では、１サイクル当たりの総噴射量を最大噴射回数で均等に割った噴射量の燃料が噴射される。ここで、最大噴射回数は、それ以上噴射回数を増やすと、一回の燃料噴射量が少なくなり過ぎて一回の燃料噴射量を正確に制御することができなくなるような回数である。したがって、起動制御中においては、燃料噴射弁３１から噴射された燃料が各気筒１１の壁面に付着するのが抑制されて、燃料の霧化が促進される。

また、本実施形態では、起動制御中においては、点火プラグ２１による点火時期が比較的進角側の所定の時期（例えば、ＭＢＴ近傍の時期。以下、「進角側時期Ｔｉａｄ」という）に設定される。したがって、燃焼室１５内の混合気を比較的安定した状態で燃焼させることができる。

時刻ｔ₂以降、燃料噴射弁３１からの燃料噴射が行われ且つ点火プラグ２１による点火が行われることにより、燃焼室１５内で混合気が燃焼し、これによって内燃機関１によりトルクが生成される。このため、時刻ｔ₂以降、出力トルクＴＱが上昇すると共にこれに伴って機関回転速度Ｒｅが上昇する。その後、出力トルクＴＱがゼロ以上の所定のトルク以上になると、スタータモータ２２が停止せしめられると共に、機関回転速度Ｒｅがアイドリング回転速度以上の所定の回転速度に到達すると、燃料噴射量Ｑｆが減少させられる。このように、機関回転速度Ｒｅがアイドリング回転速度以上の所定の回転速度に到達すると、内燃機関１は混合気の燃焼によって回転を維持することができる状態となっている。

本実施形態では、燃料噴射及び点火を開始してから任意の数のサイクル（例えば、２～３サイクル）が完了した時刻ｔ₃において、起動制御が終了されると共に暖機制御が開始される。図３に示したように、時刻ｔ₃は、機関回転速度Ｒｅがアイドリング回転速度以上の所定の回転速度に到達した後であり、機関回転速度Ｒｅが減少し始めている。なお、本実施形態では、起動制御の終了タイミングが燃料噴射及び点火を開始してからのサイクル数に基づいて設定されている。起動制御の終了タイミングは、機関回転速度Ｒｅがアイドリング回転速度以上の所定の回転速度に到達した後になれば、どのように設定されてもよい。したがって、例えば、クランク角センサ７８を用いて検出された機関回転速度Ｒｅが上記所定の回転速度に到達したときに起動制御が終了されてもよい。

暖機制御は、機関本体１０及び排気浄化触媒５３の温度を早期に上昇させるための制御である。したがって、暖機制御が開始される時刻ｔ₃において、点火プラグ２１による点火時期Ｔｉが進角側時期Ｔｉａｄから、比較的遅角側の所定の時期（以下、「遅角側時期Ｔｉｒｔ」という）に変更される。したがって、本実施形態では、内燃機関の始動が開始された後に点火プラグ２１による点火時期が遅角される。ここで、遅角側時期Ｔｉｒｔは、燃焼を維持することができる範囲でできるだけ遅角側の時期に設定され、例えば、１５°ＡＴＤＣに設定される。これによって、時刻ｔ₃以降、排気ガスの温度が上昇し、よって排気浄化触媒５３の温度が上昇せしめられる。

また、本実施形態では、暖機制御が開始されてから、すなわち、点火プラグ２１による点火時期Ｔｉが遅角されてから任意の数のサイクル（例えば、２～３サイクル）が完了した時刻ｔ₄において、燃料噴射弁３１からの燃料噴射の回数Ｎｉが最大噴射回数から最小噴射回数（例えば、１回）に減少せしめられる。すなわち、本実施形態では、点火時期Ｔｉが遅角された後に燃料噴射の回数Ｎｉが減少せしめられる。特に、燃料噴射の回数Ｎｉの減少は、暖機制御のための点火時期Ｔｉの遅角が全て完了してから行われる。

その後、暖機制御は、例えば、排気浄化触媒５３の温度が活性温度まで上昇すると、終了せしめられる。暖機制御が終了すると、内燃機関１の始動制御が終了し、通常制御が開始される。通常制御において、点火時期及び燃料噴射弁３１からの燃料噴射の回数は機関回転速度及び機関負荷に基づいて設定される。特に、点火時期は、基本的にＭＢＴ近傍の比較的進角側の時期に設定される。

＜始動制御の流れ＞
次に、図４～図６を参照して、本実施形態に係る制御装置６０によって行われる始動制御の流れについて説明する。図４は、始動制御において実行される制御を決定するための制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔毎にＥＣＵ６１によって実行される。

図４を参照すると、まず、ステップＳ１１において、起動フラグＦｓがＯＦＦに設定されているか否かが判定される。起動フラグＦｓは、起動制御が実行されているときにＯＮに設定され、それ以外のときのＯＦＦに設定されるフラグである。ステップＳ１１において、起動フラグＦｓがＯＦＦに設定されていると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ１２へと進む。

ステップＳ１２では、暖機フラグＦｗがＯＦＦに設定されているか否かが判定される。暖機フラグＦｗは、暖機制御が実行されているときにＯＮに設定され、それ以外のときにＯＦＦに設定されるフラグである。ステップＳ１２において、暖機フラグＦｗがＯＦＦに設定されていると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ１３へと進む。

ステップＳ１３では、起動条件が成立しているか否かが判定される。起動条件は、例えば、内燃機関１を搭載した車両のイグニッションスイッチがＯＮにされたときや、バッテリの充電等が必要であるためＥＣＵ６１が自動的に内燃機関１を始動させることを決定したときに成立する。ステップＳ１３において起動条件が成立していないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ１３において起動条件が成立していると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ１４へと進み、起動フラグＦｓがＯＮに設定され、起動制御が開始される。

起動フラグＦｓがＯＮに設定されて起動制御が開始されると、次の制御ルーチンは、ステップＳ１１からＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、起動完了条件が成立しているか否かが判定される。起動完了条件は、例えば、起動制御において点火プラグ２１による点火を開始してから所定の数のサイクル（例えば、２～３サイクル）が完了したとき、又はクランク角センサ７８によって検出された機関回転速度Ｒｅが所定の回転速度に到達したときに成立する。ステップＳ１５において起動完了条件が成立していないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、起動完了条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ１６へと進む。ステップＳ１６では、起動フラグＦｓがＯＦＦに設定され、起動制御が終了せしめられる。

次いで、ステップＳ１７では、暖機実行条件が成立しているか否かが判定される。暖機実行条件は、例えば、水温センサ７５によって検出された内燃機関１の冷却水の温度が所定の暖機完了温度未満である場合、または、触媒温度センサ７３によって検出された排気浄化触媒５３の温度が活性温度未満である場合に成立する。すなわち、暖機実行条件は、冷却水や排気浄化触媒５３の温度が低い状態で内燃機関１が始動されている場合（冷間始動されている場合）に成立する。ステップＳ１７において、暖機実行条件が成立していないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。この場合には、暖機制御が実行されずに、通常制御が開始される。一方、ステップＳ１７において、暖機実行条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ１８へと進み暖機フラグＦｗがＯＮに設定され、暖機制御が開始される。

暖機フラグＦｗがＯＮに設定されて暖機制御が開始されると、次の制御ルーチンは、ステップＳ１２からステップＳ１９へと進む。ステップＳ１９では、暖機終了条件が成立しているか否かが判定される。暖機終了条件は、例えば、水温センサ７５によって検出された内燃機関１の冷却水の温度が所定の暖機完了温度以上である場合、または、触媒温度センサ７３によって検出された排気浄化触媒５３の温度が活性温度以上である場合に成立する。ステップＳ１９において、暖機終了条件が成立していないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ１９において暖機終了条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ２０へと進む。ステップＳ２０では、暖機フラグＦｗがＯＦＦに設定されて、暖機制御が終了され、通常制御が開始される。

図５は、点火プラグ２１による点火時期を制御する制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔毎にＥＣＵ６１によって実行される。

図５に示したように、まず、ステップＳ３１において、起動フラグＦｓがＯＮに設定されているか否か、すなわち起動制御の実行中であるか否かが判定される。起動フラグＦｓがＯＮに設定されている場合には、制御ルーチンはステップＳ３２へと進む。ステップＳ３２では、点火時期が進角側時期Ｔｉａｄに設定される。一方、ステップＳ３１において、起動フラグＦｓがＯＦＦに設定されていると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ３３へと進む。

ステップＳ３３では、暖機フラグＦｗがＯＮに設定されているか否か、すなわち暖機制御の実行中であるか否かが判定される。暖機フラグＦｗがＯＮに設定されていると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ３４へと進む。ステップＳ３４では、点火時期が遅角側時期Ｔｉｒｔに設定される。一方、ステップＳ３３において、暖機フラグＦｗがＯＦＦに設定されていると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ３５へと進む。ステップＳ３５では、通常制御が実行され、点火時期が、クランク角センサ７８の出力に基づいて算出された機関回転速度及び負荷センサ７７によって検出された機関負荷に基づいて設定される。

図６は、燃料噴射弁３１による燃料噴射の回数を制御する制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔毎にＥＣＵ６１によって実行される。

図６に示したように、まず、ステップＳ４１において、起動フラグＦｓがＯＮに設定されているか否かが判定される。起動フラグＦｓがＯＮに設定されている場合には、制御ルーチンはステップＳ４２へと進む。ステップＳ４２では、１サイクル当たりの各気筒１１への燃料噴射の回数が最大噴射回数に設定される。一方、ステップＳ４１において、起動フラグＦｓがＯＦＦに設定されていると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ４３へと進む。

ステップＳ４３では、暖機フラグＦｗがＯＮに設定されているか否かが判定される。暖機フラグＦｗがＯＮに設定されていると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ４４へと進む。ステップＳ４４では、図５のステップＳ３４により点火時期が遅角側時期Ｔｉｒｔに設定されてから所定数のサイクル（例えば、２～３サイクル）が完了したか否かが判定される。或いは、ステップＳ４４では、点火時期が遅角側時期Ｔｉｒｔに設定されてから所定時間が経過しかた否かが判定されてもよい。ステップＳ４４において、点火時期が遅角側時期Ｔｉｒｔに設定されてから所定数のサイクルが完了していないと判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ４２へと進み、１サイクル当たりの各気筒１１への燃料噴射の回数が最大噴射回数に維持される。一方、ステップＳ４４において、点火時期が遅角側時期Ｔｉｒｔに設定されてから所定数のサイクルが完了していると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ４５へと進む。ステップＳ４５では、１サイクル当たりの各気筒１１への燃料噴射の回数が最小噴射回数に設定される。

一方、ステップＳ４３において、暖機フラグＦｗがＯＦＦに設定されていると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ４６へと進む。ステップＳ４６では、通常制御が実行され、１サイクル当たりの各気筒１１への燃料噴射の回数が、クランク角センサ７８の出力に基づいて算出された機関回転速度及び負荷センサ７７によって検出された機関負荷に基づいて設定される。

＜効果・変形例＞
上記実施形態では、内燃機関１を冷間始動するにあたり、まず起動制御において、点火プラグ２１による点火時期が比較的進角側の時期に設定されると共に、１サイクルにおいて複数回に亘って各気筒１１への燃料噴射が行われる。その後、暖機制御の開始に伴って、点火時期が遅角されると共に、点火時期が遅角されるのに伴って１サイクル当たりの各気筒１１への燃料噴射の回数が減少せしめられる。

ここで、上述したように、内燃機関１の冷間始動を開始するときには、噴射された燃料が気筒１１の壁面に付着して気化燃料が減少するのを抑制するために、１サイクル当たりの各気筒１１への燃料の噴射回数は多い方が好ましい。ところが、このように噴射回数を増やすと、図２から分かるように、最後の燃料噴射が完了するタイミングが遅くなる。この結果、遅いタイミングで噴射された燃料は、燃焼室１５内において点火時期までに十分混合しない。このため、点火プラグ２１による点火時期において、混合気の均質性が低い。

このように混合気の均質性が低い状態で点火時期が遅角されると、混合気の燃焼の悪化が生じる。これに対して、本実施形態では、内燃機関１の始動直後の混合気の均質性が低いときには、点火時期が進角側の時期に設定される。したがって、混合気の燃焼の悪化を抑制することができる。

また、本実施形態では、内燃機関１の起動が完了して、暖機制御が開始されると、点火時期の遅角に伴って１サイクル当たりの各気筒１１への燃料噴射の回数が減少せしめられる。燃料噴射の回数が減少すると、噴射された燃料が気筒１１の壁面に付着し易くなるものの、燃料噴射が早期に完了するため、壁面に付着せずに気化した燃料の均質性は高い。このように混合気の均質性が高いことから、点火時期が遅角されても混合気の燃焼が悪化せず、よって良好な燃焼を保つことができる。したがって、本実施形態によれば、内燃機関１を冷間始動するときに分割噴射及び点火時期の遅角を行っても混合気の燃焼安定性の悪化を抑制することができる。この結果、本実施形態によれば、内燃機関における振動や騒音が大きくなることを抑制することができる。

ところで、燃料噴射の回数を減少させることにより、気筒１１の壁面に付着する燃料が増え、よって混合気の燃料濃度が全体的に薄くなり、燃焼しにくくなる。一方、点火時期の遅角を行うと、混合気の燃焼状態が大きく変化するため、燃焼が不安定になる。したがって、燃料噴射の回数の減少と点火時期の遅角とを同時に行った場合には、失火の可能性が高くなる。本実施形態では、１サイクル当たりの各気筒１１への燃料噴射の回数の減少は、点火プラグ２１による点火時期の遅角とは異なるタイミングで行われる。このため、起動制御から暖機制御に移行するにあたって、失火を抑制することができる。特に、本実施形態では、各気筒１１への燃料噴射の回数の減少は、点火プラグ２１による点火時期の遅角の後に行われる。したがって、点火時期が遅角された後、燃料噴射の回数が減少されるまでは、混合気の燃焼状態が一時的に不安定になってトルク変動が生じ易くなるものの、混合気の燃料濃度が全体的に薄くなって失火してしまうことを抑制することができる。また、起動制御の完了直後は内燃機関１の起動に伴って大きなトルク変動が起きた直後であるため、この時期に燃焼状態が一時的に不安定になったことによるトルク変動が生じても、乗員には感知されにくい。

また、上記実施形態では、起動制御中において１サイクル当たりの各気筒１１への燃料噴射の回数は、最大噴射回数に設定されている。しかしながら、起動制御中における燃料噴射の回数は、最大噴射回数よりも少ない回数であってもよい。ただし、この場合であっても、起動制御中における燃料噴射の回数は、暖機制御中における燃料噴射の回数よりも多い回数に設定される。

加えて、上記実施形態では、暖機制御中において点火プラグ２１による点火時期が、燃焼を維持することができる範囲でできるだけ遅角側の時期に設定されているが、暖機制御中の点火時期は斯かる時期よりも進角側の時期に設定されてもよい。ただし、この場合であっても、暖機制御中における点火時期は、起動制御中における点火時期よりも遅角側の時期に設定される。

＜第二実施形態＞
次に、図７を参照して、第二実施形態に係る制御装置について説明する。以下では、第一実施形態における制御装置における制御と異なる部分を中心に説明する。

上記第一実施形態では、暖機制御の開始と同時に、点火時期が進角側時期Ｔｉａｄから遅角側時期Ｔｉｒｔに一度に変更されていた。しかしながら、本実施形態では、暖機制御が開始されると、点火時期が進角側時期Ｔｉａｄから遅角側時期Ｔｉｒｔへ段階的に変更される。

図７は、内燃機関１を冷間始動するときの、各種パラメータの図３と同様なタイムチャートである。図７に示したように、本実施形態では、時刻ｔ₃において起動制御が完了して、暖機制御が開始されると、点火プラグ２１における点火時期Ｔｉが段階的に遅角される。本実施形態では、点火時期Ｔｉは、１サイクル中においても、燃焼が行われる気筒１１の順番に従って徐々に遅角される。なお、点火時期Ｔｉは、サイクル毎に徐々に遅角されてもよい。この場合には、同一サイクル中には全ての気筒１１において同一の点火時期に点火が行われる。

その後、本実施形態では、点火時期Ｔｉが暖機制御中に設定される遅角側時期Ｔｉｒｔに到達した後に、時刻ｔ₄において燃料噴射弁３１からの燃料噴射の回数Ｎｉが最大噴射回数から最小噴射回数に減少せしめられる。したがって、本実施形態においても、燃料噴射の回数Ｎｉの減少は、暖機制御のための点火時期Ｔｉの遅角が全て完了してから行われる。

本実施形態によれば、点火時期の遅角が段階的に行われるため、点火時期を大きく遅角するような場合であっても、燃焼状態が不安定になり過ぎることが抑制され、よって大きすぎるトルク変動が生じることを抑制することができる。

＜第三実施形態＞
次に、図８を参照して、第三実施形態に係る制御装置について説明する。以下では、第一実施形態及び第二実施形態における制御装置における制御と異なる部分を中心に説明する。

上記第一実施形態及び第二実施形態では、１サイクル当たりの各気筒１１への燃料噴射の回数が一度に最大噴射回数から最小噴射回数に変更されていた。しかしながら、本実施形態では、１サイクル当たりの各気筒１１への燃料噴射の回数は、最大噴射回数から最小噴射回数へ段階的に変更される。

図８は、内燃機関１を冷間始動するときの、各種パラメータの図３及び図７と同様なタイムチャートである。図８に示したように、本実施形態では、時刻ｔ₃において起動制御が完了して、暖機制御が開始されると、点火プラグ２１における点火時期が、第二実施形態と同様に、段階的に遅角される。特に、本実施形態では、点火時期が点火毎又はサイクル毎に所定角度ずつ遅角される。

その後、本実施形態では、点火時期が一定角度だけ遅角される毎に、１サイクル当たりの各気筒１１への燃料噴射の回数が１回ずつ減少される。換言すると、本実施形態では、点火時期が一定角度だけ遅角された後に、その遅角分に対応する燃料噴射の回数の減少が行われる。特に、本実施形態では、上記一定角度は、一回当たりに点火時期が遅角される角度よりも十分に大きい。したがって、複数回の点火時期の遅角が行われる毎に、各気筒１１への燃料噴射の回数が１回ずつ減少されることになる。

図８に示した例では、１サイクル当たりの各気筒１１への燃料噴射の回数は、起動制御中には５回である。点火時期が一定角度だけ遅角されると、その後に燃料噴射の回数が４回に減少される。点火時期が更に一定角度だけ遅角されると、その後に燃料噴射の回数が３回に減少される。このような操作が繰り返されて、燃料噴射の回数は、点火時期の段階的な遅角に伴って段階的に減少され、最終的には１回に減少される。図８からわかるように、燃料噴射の回数の減少は、点火時期の遅角が開始された後に開始され、点火時期の遅角が終了した後に終了される。したがって、本実施形態では、１サイクル当たりの各気筒１１への燃料噴射の回数の減少は点火時期の段階的な遅角に応じて段階的に行われる。

本実施形態によれば、点火時期の遅角が段階的に行われるのに伴って燃料噴射の回数の減少も段階的に行われる。本実施形態でも点火時期の遅角が段階的に行われるため、点火時期を大きく遅角するような場合であっても、大きすぎるトルク変動が生じることを抑制することができる。加えて、本実施形態では、燃料噴射の回数が段階的に減少される。したがって、点火時期の遅角に伴う燃焼状態の一時的な悪化を最小限に抑えることができる。

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。

１ 内燃機関
１０ 機関本体
２１ 点火プラグ
３１ 燃料噴射弁
６０ 制御装置
６１ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室内の混合気に点火する点火プラグとを備える内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の冷間始動を開始するときには１サイクルにおいて複数回に亘って各気筒へ燃料噴射させ、
   前記内燃機関の始動が開始された後に前記点火プラグによる点火時期を遅角させ、
   前記点火プラグによる点火時期を遅角させた後に１サイクルにおける各気筒への燃料噴射の回数を減少させるように構成され、
   前記点火時期の遅角は段階的に行われ、
   前記１サイクルにおける各気筒への燃料噴射の回数の減少は前記点火時期の段階的な遅角に応じて段階的に行われる、内燃機関の制御装置。

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