WO2012091043A1 - 内燃エンジンの始動制御方法及び始動制御装置 - Google Patents

内燃エンジンの始動制御方法及び始動制御装置 Download PDF

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combustion engine
cranking
throttle
engine
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高橋　秀明
肇 安田
佐藤　健一
徹 柴田
糸山　浩之
裕賢 村木
進 島崎
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • This invention relates to control at the start of an internal combustion engine.
  • JP2007-278073A issued by the Japan Patent Office in 2007 discloses engine control for this purpose.
  • the control includes control of the opening degree of the intake throttle of the internal combustion engine, control of the fuel injection amount, and control of the ignition timing for the injected fuel.
  • the conventional technology prevents the increase in hydrocarbons (HC) in the exhaust gas by suppressing the engine speed after the engine speed reaches the target idle speed and stabilizing the air-fuel ratio at the stoichiometric air-fuel ratio. is doing.
  • the throttle is closed when cranking of the internal combustion engine is started, and the throttle is started to open when the internal combustion engine is completely exploded.
  • the object of the present invention is to always maintain an optimal balance between the promotion of the development of the suction negative pressure at the start of the internal combustion engine and the supply of air necessary for maintaining the idle rotation speed regardless of the temperature and atmospheric pressure conditions. It is to realize the throttle control that can be satisfied with.
  • the present invention provides a start control method for an internal combustion engine that is provided with a throttle for adjusting the intake air amount and starts by cranking.
  • the control method detects the cranking start of the internal combustion engine, detects one or both of the temperature and the atmospheric pressure at the start of cranking of the internal combustion engine, and based on one or both of the engine temperature and the atmospheric pressure at the start of cranking. Including setting an initial opening, controlling the throttle opening to the initial opening at the start of cranking, and opening the throttle from the initial opening at a predetermined opening timing after the cranking starts.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a control apparatus for an internal combustion engine to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a routine for setting a complete explosion flag and a target arrival flag, which is executed by an engine controller according to the prior art.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining a control routine for ignition timing and throttle opening executed by an engine controller according to the prior art.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a target equivalence ratio calculation routine executed by an engine controller according to the prior art.
  • FIG. FIG. 5 is a flowchart for explaining a fuel injection pulse width calculation routine executed by an engine controller according to the prior art.
  • FIG. 6 is a flow chart for explaining the ignition timing control routine executed by the engine controller according to the present invention.
  • FIG. 7 is a flow chart for explaining a flag setting routine executed by the engine controller according to the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a throttle opening control routine executed by the engine controller according to the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing the characteristics of the map of the initial throttle opening TVOini.
  • FIG. 10A to 10C are timing charts showing the relationship between changes in engine speed, air-fuel ratio, throttle opening, and starting water temperature, which are provided by the throttle control at the start of the internal combustion engine executed by the engine controller according to the present invention.
  • FIG. 10A to 10C are timing charts showing the relationship between changes in engine speed, air-fuel ratio, throttle opening, and starting water temperature, which are provided by the throttle control at the start of the internal combustion engine executed by the engine controller according to the present invention.
  • FIG. 10A to 10C are timing charts showing the relationship between changes in engine speed, air-fuel ratio, throttle opening, and starting water temperature, which are provided by the throttle control at the start of the internal combustion engine executed by the engine
  • FIG. 10D-10F is a timing chart showing the relationship between the intake negative pressure, the engine torque, the change in the fuel injection amount, and the starting water temperature, which is provided by the throttle control at the start of the internal combustion engine executed by the engine controller according to the present invention.
  • FIG. 11A-11C are timings showing the relationship between changes in engine speed, air-fuel ratio, throttle opening, and atmospheric pressure at the start of cranking, which are brought about by throttle control at the start of the internal combustion engine executed by the engine controller according to the present invention. It is a chart.
  • FIG. 11A-11C are timings showing the relationship between changes in engine speed, air-fuel ratio, throttle opening, and atmospheric pressure at the start of cranking, which are brought about by throttle control at the start of the internal combustion engine executed by the engine controller according to the present invention. It is a chart.
  • 11D-11F is a timing indicating the relationship between the intake negative pressure, the engine torque, the change in the fuel injection amount, and the atmospheric pressure at the start of cranking caused by the throttle control at the start of the internal combustion engine executed by the engine controller according to the present invention It is a chart.
  • a four-stroke cycle internal combustion engine 1 for a vehicle stores air adjusted by a throttle 23 in an intake collector 2 and then sucks it into a combustion chamber 5 of each cylinder via an intake manifold 3 and an intake valve 15. .
  • the internal combustion engine 1 is a multi-cylinder spark ignition type reciprocating engine.
  • a fuel injector 21 is provided in the intake port 4 of each cylinder.
  • the fuel injector 21 intermittently injects fuel into the intake port 4 at a predetermined timing.
  • the fuel injected into the intake port 4 is mixed with intake air to form an air-fuel mixture.
  • the air-fuel mixture is confined in the combustion chamber 5 by closing the intake valve 15.
  • the air-fuel mixture confined in the combustion chamber 5 of each cylinder is compressed by the rise of the piston 6 provided in each cylinder, and is ignited and burned by the spark plug 14.
  • the gas pressure due to combustion pushes down the piston 6 and causes the piston 6 to reciprocate.
  • the reciprocating motion of the piston 6 is converted into the rotational motion of the crankshaft 7.
  • the combusted gas is discharged to the exhaust passage 8 as exhaust through the exhaust valve 16.
  • the exhaust passage 8 includes an exhaust manifold connected to each cylinder.
  • the exhaust manifold is provided with a first catalyst 9 as a startup catalyst.
  • the exhaust passage 8 reaches under the floor of the vehicle.
  • a second catalyst 10 is provided in the exhaust passage 8 in the lower floor portion.
  • the first catalyst 9 and the second catalyst 10 are each composed of a three-way catalyst, for example.
  • the three-way catalyst can efficiently remove HC, carbon monoxide (CO) and nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas simultaneously when the air-fuel ratio is in a narrow range centered on the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the operation of the internal combustion engine 1 is controlled by the engine controller 31. Specifically, the engine controller 31 controls the intake air amount of the throttle 23, the fuel injection amount of the fuel injector 21, and the ignition timing of the spark plug 14.
  • the engine controller 31 includes a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface). It is also possible to configure the engine controller 31 with a plurality of microcomputers.
  • CPU central processing unit
  • ROM read only memory
  • RAM random access memory
  • I / O interface input / output interface
  • the engine controller 31 includes an air flow meter 32 for detecting the intake air amount, a crank angle sensor for detecting the reference rotational position and unit angle rotation of the internal combustion engine 1, and an oxygen concentration in the exhaust gas.
  • An oxygen sensor 35 provided upstream of the first catalyst 9 in the exhaust passage 8 to be detected, an accelerator pedal depression amount sensor 42 for detecting the depression amount of the accelerator pedal 41 of the vehicle, and a starter for the vehicle driver to instruct the cranking of the internal combustion engine 1
  • Signals corresponding to detection values are input from the switch 36, a water temperature sensor 37 that detects the engine coolant temperature, and a pressure sensor 38 that detects the intake air pressure.
  • the crank angle sensor includes a position sensor 33 that detects the rotation of the unit angle of the internal combustion engine 1 and a phase sensor 34 that detects the reference rotational position of the internal combustion engine 1.
  • the engine controller 31 determines the basic fuel injection amount of the fuel injector 21 based on input signals from these sensors, and is formed in the combustion chamber 5 based on a signal from an oxygen sensor 35 provided upstream of the first catalyst 9. Feedback control of the air-fuel ratio.
  • the catalysts 9 and 10 are activated early, and the oxygen sensor 35 is also activated early to realize air-fuel ratio feedback control early. Therefore, the oxygen sensor 35 is heated by the heater immediately after starting.
  • the engine controller 31 determines activation of the oxygen sensor 35 from the input signal from the oxygen sensor 35. The engine controller 31 starts air-fuel ratio feedback control when the oxygen sensor 35 is activated.
  • Catalysts 9 and 10 are not limited to three-way catalysts.
  • a vehicle that operates at a lean air-fuel ratio by supplying an air-fuel mixture that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio to the combustion chamber 5 in a low-load operation region in order to improve fuel efficiency after the engine is warmed up.
  • the second catalyst 10 is composed of a NOx trap catalyst, and the NOx trap catalyst has a three-way catalyst function.
  • the present invention can also be applied to a vehicle using such a catalyst.
  • the control of the intake air amount of the throttle 23 is performed by the control of the throttle motor 24 that drives the throttle 23.
  • the driver's required torque is input as the depression amount of the accelerator pedal 41.
  • the engine controller 31 determines a target torque based on the depression amount of the accelerator pedal.
  • the engine controller 31 calculates the target intake air amount for realizing the target torque, and outputs a signal corresponding to the target intake air amount to the throttle motor 24, thereby controlling the opening degree of the throttle 23.
  • the internal combustion engine 1 continuously changes the rotational phase difference between the variable valve lift mechanism 26 configured by a multi-node link that continuously changes the valve lift amount of the intake valve 15 and the crankshaft 7 and the intake valve camshaft 25. And a variable valve timing mechanism 27 that advances or retards the opening / closing timing of the intake valve 15.
  • the engine controller 31 performs the following control when the internal combustion engine 1 is started. (1) After cranking, when the engine rotation speed reaches the target rotation speed during idling, the ignition timing is stepped from a starting ignition timing to a predetermined ignition timing, for example, an ignition timing for promoting catalyst warm-up, Or at least a change speed that is fast enough to prevent the engine speed from jumping; (2) The engine rotation speed is set so that the intake air amount required to maintain the engine rotation speed at the target rotation speed during idling is supplied to the combustion chamber 5 at the timing when the engine rotation speed reaches the target idle rotation speed.
  • the throttle 23 starts to open a predetermined period before the timing at which the target idle rotation speed is reached.
  • the warming of the first catalyst 9 is promoted by the above control. Further, it is possible to prevent an increase in HC in the exhaust gas by suppressing the engine blow-up after the engine rotation speed reaches the target idle rotation speed and stabilizing the air-fuel ratio at the stoichiometric air-fuel ratio.
  • FIG. With reference to 2-5, the control of the ignition timing, the throttle opening, and the fuel injection amount at the start of the internal combustion engine 1 according to the above-described prior art will be described, and then the control unique to the present invention will be described.
  • FIG. Reference numeral 2 represents a routine for setting a complete explosion flag and a target idle rotation arrival flag.
  • the engine controller 31 executes this routine at regular intervals, for example, every 100 milliseconds with the ignition switch provided in the vehicle turned on. It is assumed that the engine controller 31 is started when the ignition switch is switched from OFF to ON, and is always in an operating state while the ignition switch is ON.
  • step S1 the engine controller 31 reads the engine speed Ne.
  • the engine speed Ne is calculated based on an input signal from a crank angle sensor constituted by a position sensor 33 and a phase sensor 34.
  • step S2 the engine controller 31 determines a complete explosion flag.
  • the complete explosion speed N0 is a value for determining whether or not the internal combustion engine 1 has completely exploded, and is set to, for example, 1000 revolutions / minute (rpm). If the engine speed Ne has not reached the complete explosion speed N0, the engine controller 31 immediately ends the routine.
  • the engine controller 31 sets the complete explosion flag to 1 in step S4.
  • step S5 the engine controller 31 starts a timer.
  • the timer measures the elapsed time from the timing when the engine rotational speed Ne reaches the complete explosion rotational speed N0, and the timer value TIME is reset to zero as the timer starts.
  • the engine controller 31 ends the routine.
  • step S4 when the complete explosion flag is set to 1 in step S4, the determination in step S2 is affirmed in the next transition routine execution, and as a result, the processing in steps S6-S8 is performed.
  • step S6 the engine controller 31 compares the timer value TIME with the predetermined value DT.
  • the predetermined value DT means a time interval from the timing when the engine speed Ne reaches the complete explosion speed N0 to the timing when the target idle speed NSET is reached.
  • the predetermined value DT is set in advance by experiment or simulation.
  • step S6 Since the timer value TIME immediately after starting the timer is less than the predetermined value DT, the determination in step S6 is negative. In that case, the engine controller 31 increases the timer value TIME under a predetermined increment in step S7.
  • the predetermined increment is a value corresponding to the execution cycle of the routine.
  • the timer value TIME increases with each routine execution.
  • the timer value TIME becomes equal to or greater than the predetermined value DT, and the determination in step S6 changes from negative to positive.
  • the engine controller 31 sets a target idle rotation arrival flag indicating that the target idle rotation speed NSET has been reached to 1 in step S8.
  • the initial value of the target idle rotation arrival flag is zero. In other words, the target idle rotation arrival flag is reset to zero when the ignition switch or starter switch is switched from OFF to ON.
  • step S6 it is determined that the engine rotational speed has reached the target idle rotational speed NSET when a time corresponding to the predetermined value DT has elapsed after the internal combustion engine 1 has completely exploded.
  • the engine rotational speed Ne detected by the crank angle sensor it is of course possible to directly compare the engine rotational speed Ne detected by the crank angle sensor with the target idle rotational speed NSET.
  • FIG. Reference numeral 3 denotes a control routine for ignition timing and throttle opening.
  • the engine controller 31 executes this routine when the ignition switch is ON. Subsequent to the second routine, the routine is executed at regular intervals, for example, every 100 milliseconds.
  • step S21 the engine controller 31 determines whether or not the current routine execution timing is immediately after the ignition switch is switched from OFF to ON.
  • step S21 the engine controller 31 takes in the cooling water temperature TW of the internal combustion engine 1 detected by the water temperature sensor 37 as the starting water temperature TWINT in step S22.
  • the engine controller 31 calculates the first ignition timing ADV1 according to the starting water temperature TWINT.
  • the first ignition timing ADV1 is an ignition timing that is optimal for starting the engine, and is calculated here as a value that is greatly advanced from the ignition timing during normal operation.
  • step S23 the engine controller 31 sets the ignition timing command value ADV equal to the calculated first ignition timing ADV1.
  • step S24 an initial value is entered in the throttle target opening tTVO.
  • the initial value is, for example, zero.
  • step S21 determines whether or not the complete explosion flag is 1 in step S25. If the complete explosion flag is not 1, the engine controller 31 sets the ignition timing command value ADV equal to the previous value in step S27. In this way, the ignition timing command value ADV is maintained at the first ignition timing ADV1 until it is determined that the internal combustion engine 1 has completely exploded.
  • step S27 the engine controller 31 sets an initial value of zero to the throttle target opening degree tTVO in step S24 and ends the routine.
  • the ignition timing command value ADV is maintained at the first ignition timing ADV1, and the throttle target opening tTVO is maintained at zero.
  • the engine controller 31 determines whether or not the target idle rotation arrival flag is 1 in step S26. If the target idle rotation arrival flag is not 1, the engine controller 31 sets the ignition timing command value ADV equal to the previous value in step S28. Therefore, even after it is determined that the internal combustion engine 1 has completely exploded, the ignition timing command value ADV is not changed until the timer value TIME reaches the predetermined value DT, in other words, until the engine speed Ne reaches the target idle speed NEST. A value equal to the first ignition timing ADV1 is maintained.
  • step S28 the engine controller 31 calculates the throttle target opening degree tTVO by the following equation (1) in step S29.
  • tTVO tTVO (previous) + ⁇ TVO (1)
  • ⁇ TVO constant value
  • tTVO (previous) previous value of tTVO.
  • TTVO (previous) in the formula (1) is the previous value of the throttle target opening, and the initial value is zero.
  • the predetermined increment ⁇ TVO in the equation (1) is a value that defines the amount of increase in the throttle target opening per predetermined time.
  • the predetermined increment ⁇ TVO is determined so that the throttle target opening degree tTVO reaches the target idle opening degree TVO1 at the timing when the engine speed Ne reaches the target idle speed NSET.
  • the target idle opening TVO1 is a throttle opening corresponding to the minimum intake air amount necessary for the internal combustion engine 1 to generate a torque capable of maintaining the target rotational speed NSET.
  • the value of the target idle opening TVO1 is set in advance by experiment or simulation.
  • the engine controller 31 After setting the throttle target opening tTVO in step S29, the engine controller 31 compares the throttle target opening tTVO with the target idle opening TVO1 in step S30.
  • the throttle target opening tTVO is less than the target idle opening TVO1 when the determination in step S26 is negative for the first time, that is, immediately after the engine speed Ne reaches the target idle speed NEST. In that case, the engine controller 31 ends the routine without performing any further processing.
  • the throttle target opening degree tTVO is increased by a predetermined increment ⁇ TVO every time the routine is executed by executing the process of step S29.
  • the engine controller 31 maintains the throttle target opening tTVO at TVO1 in step S31.
  • the engine controller 31 ends the routine. In the subsequent routine execution, therefore, even if the routine execution is repeated, the throttle target opening degree tTVO is not increased and is maintained at the target idle opening degree TVO1.
  • the engine controller 31 calculates the second ignition timing ADV2 in step S32 according to the cooling water temperature TW of the internal combustion engine 1 detected by the water temperature sensor 37.
  • the second ignition timing ADV2 can be set to, for example, an ignition timing for promoting warm-up of the first catalyst 9 when the internal combustion engine 1 is cold started.
  • the ignition timing on the retard side can be temporarily set. In this way, the second ignition timing ADV2 is calculated as a value retarded from the first ignition timing ADV1.
  • the engine controller 31 sets the ignition timing command value ADV equal to the second ignition timing ADV2.
  • the ignition timing command value ADV is switched stepwise from the first ignition timing ADV1 to the second ignition timing ADV2.
  • step S34 the engine controller 31 maintains the throttle target opening tTVO at the same value as the previous time, that is, TVO1. After the process of step S34, the engine controller 31 ends the routine.
  • the ignition timing command value ADV is switched stepwise to the second ignition timing ADV2.
  • the throttle target opening degree tTVO is maintained at the target idle opening degree TVO1.
  • the ignition timing command value ADV is switched to ADV2 all at once in a stepwise manner, but it is also possible to switch the ignition timing command value ADV at a predetermined change speed within a range in which the engine tilt speed can be prevented from rising.
  • FIG. 4 shows a routine for calculating the target equivalent ratio TFBYA executed by the engine controller 31.
  • the equivalence ratio corresponds to the reciprocal of the air-fuel ratio.
  • the engine controller 31 executes this routine at regular intervals, for example, every 100 milliseconds with the ignition switch turned on. It is assumed that the engine controller 31 is started when the ignition switch is switched from OFF to ON, and is always in an operating state while the ignition switch is ON.
  • step S41 the engine controller 31 determines whether or not the current routine execution timing corresponds to immediately after the ignition switch is switched from OFF to ON.
  • the engine controller 31 calculates an initial value KAS0 of the starting increase correction coefficient in step S42 based on the starting water temperature TWINT that the water temperature sensor 37 appears.
  • the initial value KAS0 of the starting increase correction coefficient is a value that increases as the starting water temperature TWINT decreases.
  • step S43 the engine controller 31 sets the startup increase correction coefficient KAS equal to the initial value KAS0. After the process of step S43, the engine controller 31 performs the process of step S50.
  • step S41 determines whether or not the target idle rotation arrival flag is 1 in step S44.
  • the target idle rotation arrival flag is reset to zero when the ignition switch is turned ON. 2 is a flag set to 1 in step S8.
  • the target idle rotation arrival flag is 1, it means that the engine rotation speed Ne has reached the target idle rotation speed NSET.
  • step S44 determines whether the determination in step S44 is negative. If the determination in step S44 is negative, the engine controller 31 sets the starting increase correction coefficient KAS to the same value as in the previous time in step S45. In this routine, the start-time increase correction coefficient KAS is maintained at the initial value KAS0 until the determination in step S44 becomes affirmative. After the process of step S45, the engine controller 31 performs the process of step S50.
  • step S44 determines in step S46 whether the start-time increase correction coefficient KAS is zero.
  • the starting increase correction coefficient KAS is set to the initial value KAS0 in step S43.
  • the startup increase correction coefficient KAS is set to the initial value KAS0, so the startup increase correction coefficient KAS does not match zero.
  • the engine controller 31 sets the start-time increase correction coefficient KAS by the following equation (2) in step S47.
  • the predetermined reduction rate ⁇ t is a value that determines a decrease per predetermined time of the starting increase correction coefficient KAS, and this value is zero when the starting increase correction coefficient KAS is zero when the suction negative pressure converges to a constant value. As such, it is determined in advance by adaptation.
  • the initial value of KAS (previous), which is the previous value of the starting increase correction coefficient, is KAS0.
  • step S48 the starting increase correction coefficient KAS is compared with zero. If the starting increase correction coefficient KAS becomes a negative value, the process proceeds to step S49, and the starting increase correction coefficient KAS is reset to zero. After the process of step S49, the engine controller 31 performs the process of step S50.
  • step S48 if it is determined in step S48 that the start-time increase correction coefficient KAS is not less than zero, the engine controller 31 performs the process in step S50 without resetting the start-time increase correction coefficient KAS.
  • step S50 the engine controller 31 calculates the water temperature increase correction coefficient KTW based on the cooling water temperature Tw of the internal combustion engine 1 with reference to a map stored in advance in the ROM.
  • the water temperature increase correction coefficient KTW is a value that increases as the cooling water temperature Tw decreases.
  • the engine controller 31 calculates the target equivalent ratio TFBYA by the following equation (3) using the water temperature increase correction coefficient KTW and the start-time increase correction coefficient KAS.
  • the target equivalence ratio TFBYA becomes a value exceeding 1.0 by adding the start-time increase correction coefficient KAS.
  • the start-up increase correction coefficient KAS takes into account the fuel wall flow rate during cold start. As a result, the target equivalent ratio TFBYA becomes a value exceeding 1.0.
  • These corrections are corrections for setting the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 5 to the stoichiometric air-fuel ratio.
  • FIG. Reference numeral 5 denotes a fuel injection pulse width Ti calculation routine executed by the engine controller 31.
  • the engine controller 31 executes this routine at regular intervals, for example, every 100 milliseconds with the ignition switch turned on.
  • FIG. 2 complete explosion flag and target idle rotation arrival flag setting routine, FIG.
  • the ignition timing 3 and the throttle opening control routine are executed sequentially.
  • FIG. No. 4 target equivalent ratio TFBYA calculation routine and FIG. 5 is a routine for calculating the fuel injection pulse width Ti of FIG. It is executed in parallel with and independently of routines 2 and 3.
  • the fuel injection pulse width Ti is a value representative of the fuel injection amount of the fuel injector 21.
  • step S61 the engine controller 31 calculates the start-time fuel injection pulse width Ti1 by the following equation (4).
  • Ti1 TST ⁇ KNST ⁇ KTST (4)
  • TST starting basic injection pulse width
  • KNST rotational speed correction coefficient
  • KTST time correction factor
  • step S62 the engine controller 31 determines whether a signal from the air flow meter 32 is input. If no signal is input from the air flow meter 32, the engine controller 31 sets the starting fuel injection pulse width Ti1 to the final fuel injection pulse width Ti in step S65. After the process of step S65, the engine controller 31 ends the routine.
  • step S63 If the signal from the air flow meter 32 is input, the engine controller 31 determines in step S63 that the FIG.
  • the normal fuel injection pulse width Ti2 is calculated by the following equation (5) using the target equivalent ratio TFBYA obtained in the calculation routine of the target equivalent ratio TFBYA of 4.
  • Ti2 (Tp ⁇ TFBYA + Kathos) ⁇ ( ⁇ + ⁇ m ⁇ 1) + Ts (5)
  • Tp basic injection pulse width
  • TFBYA target equivalent ratio
  • Kathos transient correction amount
  • ⁇ air-fuel ratio feedback correction coefficient
  • ⁇ m air-fuel ratio learning value
  • Ts invalid injection pulse width.
  • the transient correction amount Kathos is a known correction amount that is basically calculated based on the engine load, the engine rotation speed, and the temperature of the fuel adhering portion in consideration of the fuel wall flow rate that travels along the wall surface of the intake port 4.
  • the fuel that travels along the wall surface of the intake port 4 of the fuel injection amount arrives at the combustion chamber 5 with a delay. Therefore, this amount is compensated by increasing the fuel injection amount.
  • the basic injection pulse width Tp is calculated by the following equation (6).
  • Tp K ⁇ Qa / Ne (6)
  • Qa the amount of intake air detected by the air flow meter 32.
  • the constant K in Equation (6) is set so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes the stoichiometric air-fuel ratio. While the starting increase correction coefficient KAS is a positive value exceeding zero, the fuel injection amount from the fuel injector 21, that is, the fuel injection pulse width Ti is corrected to be increased.
  • step S64 to S66 the engine controller 31 compares the starting fuel injection pulse width Ti1 with the normal fuel injection pulse width Ti2, sets the larger value as the final fuel injection pulse width Ti, and then ends the routine. .
  • the fuel injection pulse width Ti is moved to the output register, and when the fuel injector 21 in each cylinder reaches a predetermined fuel injection timing, fuel is injected into the intake port 4 over a period defined by the fuel injection pulse width Ti.
  • the throttle during the period from the start of cranking to the complete explosion is held at a fixed position such as a fully closed position.
  • the fully closed position is an idiomatic term, and in practice, a predetermined gap is set between the throttle 23 and the intake pipe wall surface around the throttle 23. Therefore, even if the throttle 23 is in the fully closed position, air is sucked into the combustion chamber 5 through this gap.
  • the throttle 23 opening during cranking is fixed assuming a certain reference temperature.
  • the frictional resistance of the engine increases, and the engine torque necessary for maintaining idle rotation increases.
  • the amount of intake air required to maintain idle rotation also increases.
  • the atmospheric pressure decreases. If the opening of the throttle 23 during cranking does not change, the throttle 23 is substantially throttled. In this case, the suction negative pressure develops more than the lowland, but at the same time, the intake air amount decreases from the lowland.
  • the startability of the internal combustion engine 1 is determined by the atmospheric pressure and the engine temperature at the start of cranking as described above. It is inevitable to be affected.
  • the throttle 23 is first closed to generate a suction negative pressure lower than the atmospheric pressure.
  • the opening of the throttle 23 at this time is referred to as an “initial opening” of the throttle 23.
  • the present invention eliminates the influence of these elements by setting the initial opening of the throttle 23 to a different value according to the atmospheric pressure at the start of cranking and the engine temperature.
  • the engine controller 31 has the above-described conventional FIG. 1 with the ignition switch turned on. Following the execution of the routine for setting the complete explosion flag and the target idle rotation arrival flag in FIG. 3 instead of FIG. 6 ignition timing control routine, FIG. 7 flag setting routine, FIG. 8 throttle control routine. On the other hand, FIG. No. 4 target equivalent ratio TFBYA calculation routine and FIG. The fuel injection pulse width Ti calculation routine of FIG. The two routines are executed in parallel and independently of each other.
  • FIG. The ignition timing command value calculation routine shown in FIG. corresponds to the routine 3 in which steps S24, S30, S31, and S34 related to throttle control are deleted.
  • the engine controller 31 controls only the ignition timing of the spark plug 14, and the FIG. The throttle 23 is controlled by routines 7 and 8.
  • FIG. 6 The flag setting routine of FIG. 6 is executed subsequent to the ignition timing calculation routine of No. 6.
  • step S111 the engine controller 31 determines whether or not the current routine execution timing is immediately after the ignition switch is switched from OFF to ON. If the determination is positive, the engine controller 31 sets the suction negative pressure development start permission flag to 1, the throttle throttle flag to 1, and the throttle control flag to zero in step S112, and then ends the routine. .
  • step S111 determines whether the number of strokes from the start of cranking is a predetermined number 6 or more.
  • the engine controller 31 ends the routine without doing anything. If the number of strokes is equal to or greater than the predetermined number 6, the engine controller 31 sets the throttle throttle flag to zero and the throttle control flag to 1 in step S114.
  • the throttle 23 has an intake negative pressure large enough to promote the vaporization of fuel, and an intake air amount necessary for maintaining the target idle rotation speed can be obtained. It is desirable to open at the time.
  • the suction negative pressure at this time is referred to as an open request suction negative pressure threshold.
  • the prior art is shown in FIG.
  • step S25 of step 3 it is assumed that the complete explosion flag changes to 1, and thus the open request suction negative pressure threshold value is reached.
  • the target throttle opening tTVO is increased.
  • the suction negative pressure at the time of cranking pulsates greatly, and even if the suction negative pressure once increases to the opening demand suction negative pressure threshold, the suction negative pressure immediately starts to decrease.
  • a decrease in the negative suction pressure means an increase in pressure toward the atmospheric pressure.
  • the intake throttle 23 is opened at this timing, the subsequent development of the suction negative pressure is inhibited, and the suction negative pressure undulates in the vicinity of the open demand suction negative pressure threshold. If the suction negative pressure does not further increase beyond the opening demand suction negative pressure threshold, the fuel vaporization is not sufficiently promoted, and an increase in HC that frequently occurs during cold start cannot be suppressed.
  • the actual suction negative pressure becomes a suction negative pressure large enough to promote fuel vaporization, and the intake air necessary to maintain the target idle rotation speed It is desirable that the timing at which the amount is obtained be regarded as the timing at which the suction negative pressure reaches the opening demand suction negative pressure threshold the second time after cranking starts, and this is the timing at which the throttle 23 starts to open.
  • the predetermined number 6 is set by converting this timing into the number of strokes from the start of cranking, assuming a 4-cylinder or 8-cylinder engine.
  • the number of strokes corresponding to the timing at which the suction negative pressure reaches the opening demand suction negative pressure threshold value for the second time is determined in advance by experiment or simulation as a predetermined number. Therefore, the predetermined number is not limited to six.
  • the engine controller 31 determines whether or not the target throttle opening tTVO has reached the target idle opening TVO1.
  • the engine controller 31 switches both the suction negative pressure development start permission flag and the throttle control flag to zero in step S116.
  • the throttle throttle flag remains zero.
  • the throttle 23 does not start until the number of strokes from the start of cranking reaches a predetermined number 6, and starts to open when the number of strokes reaches 6.
  • FIG. The throttle control routine of FIG. This is executed following the flag setting routine of No.7.
  • step S131 the engine controller 31 determines whether or not the suction negative pressure development start permission flag is 1. If the suction negative pressure development start permission flag is 1, the engine controller 31 determines whether or not the normal start mode is set in step S132.
  • the normal start mode means that the internal combustion engine 1 is started at a high temperature. This is the case when the driver performs a start operation immediately after the operation of the internal combustion engine 1 is stopped, or when the internal combustion engine 1 is started in a state of being warmed up due to the remaining heat of the previous operation, such as restart from an idle stop. . In this case, no negative suction pressure development is required. Since the present invention is directed to the cold start of the internal combustion engine 1 that requires the development of the suction negative pressure, the normal start is performed in step S133 without performing the control according to the present invention in the normal start mode.
  • step S133 Even if the suction negative pressure development start permission flag is not 1 in step S131, the engine controller 31 performs normal start in step S133.
  • the engine controller 31 terminates the routine after the process of step S133, which means start control applied when the internal combustion engine 1 does not require warm-up.
  • step S132 When performing a cold start of the internal combustion engine 1, the determination in step S132 is negative.
  • the engine controller 31 determines whether or not the throttle throttle flag is 1 in step S134. When the throttle throttle flag is 1, the engine controller 31 performs the processing after step S141.
  • step S136 determines the throttle control flag in step S136. If the throttle control flag is 1, the throttle target opening degree tTVO is calculated by the above-described equation (1) in step S137. After the process of step S137, the engine controller 31 ends the routine.
  • step S141 the engine controller 31 determines whether or not the initial opening degree set flag is 1.
  • the initial value of the initial opening set flag is zero. In other words, the initial opening degree set flag is reset to zero when the ignition switch or starter switch is switched from OFF to ON.
  • the engine controller 31 sets the initial opening of the throttle 23 in steps S142-144. That is, in step S142, from the cooling water temperature detected by the water temperature sensor 37 at the start of cranking (hereinafter referred to as the starting water temperature) TWINT and the atmospheric pressure Pa detected by the pressure sensor 38 at the start of cranking, FIG.
  • the initial opening TVOini of the throttle 23 is set with reference to the map having the contents shown in FIG.
  • the starting water temperature TWINT is used as a value representative of the engine temperature at the time of starting.
  • the inside of the collector 2 is maintained at the atmospheric pressure Pa. Therefore, the pressure detected by the pressure sensor 38 at the start of cranking is also equal to the atmospheric pressure Pa. Thus, since the atmospheric pressure Pa at the start of cranking is detected using the pressure sensor 38 for detecting the intake pressure, it is not necessary to separately provide a dedicated pressure sensor for detecting the atmospheric pressure.
  • FIG. 9 when the atmospheric pressure Pa is constant, the initial opening TVOini of the throttle 23 becomes smaller as the starting water temperature TWINT is higher, and the characteristics of the map are in the fully closed position when the starting water temperature TWINT is the highest. Is set. The case where the starting water temperature TWINT is the lowest is the default opening. The lower the starting water temperature TWINT, the greater the frictional resistance of the engine 1 and the worse the startability.
  • the map characteristics are set such that the initial opening TVOini of the throttle 23 increases as the atmospheric pressure Pa decreases.
  • the air density is smaller than in the lowland where the atmospheric pressure Pa is high, and the substantial intake air amount is small.
  • the intake air is increased by increasing the initial opening TVOini of the throttle 23 at high altitudes where the atmospheric pressure Pa is low. By increasing the amount, a decrease in engine generated torque is prevented.
  • the pressure sensor 38 is attached to the intake collector 2 and detects the negative intake pressure after the engine is started. Immediately before the start of cranking, the pressure in the intake collector 2 is atmospheric pressure, so the pressure detected by the pressure sensor 38 at the cranking start timing is equal to the atmospheric pressure.
  • the engine oil temperature at the start of cranking or the transmission oil temperature at the start of cranking can be used instead of the water temperature TWINT at the start. Since the atmospheric pressure is a representative value of the air density in the atmosphere, the air density may be directly detected.
  • the initial opening TVOini of the throttle 23 during the period until the number of strokes from the start of cranking reaches the predetermined number 6 is set according to the starting water temperature TWINT and the atmospheric pressure Pa.
  • FIG. 10A to 10F denote an engine speed, an air-fuel ratio, a throttle opening, a suction negative pressure, an engine torque, and a fuel injection amount when the internal combustion engine 1 is cold-started.
  • the solid line represents the FIG.
  • the routine of 6-8 is applied to normal temperature starting
  • the one-dot chain line is shown in FIG.
  • the case where the routine 6-8 is executed at the cold start is shown.
  • a broken line indicates a case where the throttle opening at the start is fixed without depending on the present invention.
  • the horizontal axis shows the elapsed time from the start of cranking.
  • both the normal temperature start and the low temperature start are names related to the cold start of the internal combustion engine 1, and are distinguished by the engine temperature at the start of cranking.
  • the engine temperature at the start of cranking conforms to the atmospheric temperature.
  • the normal temperature start is a cold start of the internal combustion engine 1 at a normal temperature
  • the low temperature start means a cold start of the internal combustion engine 1 at a low temperature.
  • FIG. 8 at step S142.
  • the initial opening TVOini of the throttle 23, which is obtained with reference to the map of FIG. A relatively small value is set as shown by the solid line of 10C. Therefore, FIG. As shown in 10D, sufficient development of the suction negative pressure can be promoted, and a favorable effect can be obtained in promoting the vaporization of the injected fuel. Further, by setting the initial opening TVOini to a small value, the intake air amount can be controlled to an intake air amount suitable for complete explosion. As a result, FIG. As shown in FIG. 10A, it suppresses the racing that exceeds the target idle rotation speed. As shown in 10F, the fuel injection amount required for starting can be reduced.
  • the timing at which the actual intake negative pressure becomes an intake negative pressure large enough to promote fuel vaporization and the intake air amount necessary to maintain the target idle rotation speed can be obtained.
  • the timing at which the pressure reaches the opening demand suction negative pressure threshold value for the second time is set, and the timing at which the throttle 23 starts to be opened is set at this timing. As shown in FIG. 10B, excessive leaning of the air-fuel ratio can be prevented.
  • FIG. 8 at step S142. 9 the initial opening TVOini of the throttle 23 is FIG. As shown by the chain line of 10C, it is set to a larger value than at the normal temperature start. In the cold start, the friction resistance of the engine 1 is large and the startability is poor. In this case, by increasing the initial opening TVOini of the throttle 23 and increasing the intake air amount during cranking, FIG. Since the engine torque is increased from the first explosion as shown in 10E, a smooth start of the internal combustion engine 1 is ensured against the frictional resistance.
  • FIG. 10B the fuel vaporization promoting effect of the injected fuel is small as compared with the normal temperature starting, and the air-fuel ratio leaning preventing effect is also limited.
  • a certain favorable effect is obtained with respect to the development of the intake air pressure. It is done.
  • FIG. 11A-11F indicates the engine speed, the air-fuel ratio, the throttle opening, the suction negative pressure, the engine torque, and the fuel injection amount when the internal combustion engine 1 is started.
  • the solid line represents the FIG.
  • the routine of 6-8 is applied to the start in the lowland where atmospheric pressure is high
  • the one-dot chain line indicates FIG. The case where the routine of 6-8 is applied to starting at a high altitude where atmospheric pressure is low is shown.
  • a broken line indicates a case where the throttle opening at the start is fixed without depending on the present invention.
  • the horizontal axis shows the elapsed time from the start of cranking.
  • the fuel injection amount required for starting can be reduced.
  • the timing at which the actual intake negative pressure becomes an intake negative pressure large enough to promote fuel vaporization and the intake air amount necessary to maintain the target idle rotation speed can be obtained.
  • the timing at which the pressure reaches the opening demand suction negative pressure threshold value for the second time is set, and the timing at which the throttle 23 starts to be opened is set at this timing.
  • excessive leaning of the air-fuel ratio can be prevented.
  • FIG. 8 at step S142. 9 the initial opening TVOini of the throttle 23 is FIG. As shown by the chain line of 11C, it is set to a value larger than the start in the lowland. In the highland where the atmospheric pressure Pa is low, the air density is smaller than in the lowland where the atmospheric pressure Pa is high, and the substantial intake air amount is small. As a result, the engine torque is reduced and the startability is deteriorated.
  • the initial opening TVOini of the throttle 23 is increased, the intake air amount increases from the initial explosion, and a substantial decrease in the intake air amount due to the air density can be compensated. As a result, a decrease in engine torque is prevented and a smooth start of the internal combustion engine 1 is ensured.
  • FIG. 11B the effect of promoting the vaporization of the injected fuel is smaller than that at the normal temperature start, and the effect of preventing the air-fuel ratio from becoming lean is also limited.
  • a certain favorable effect is obtained with respect to the development of the intake air pressure. It is done.
  • the initial opening TVOini is set using both the starting water temperature TWINT as the engine temperature at the start of the internal combustion engine 1 and the atmospheric pressure Pa as parameters.
  • a corresponding effect can be obtained by setting the initial opening TVOini based only on one of the starting water temperature TWINT and the atmospheric pressure Pa.
  • the present invention brings about a favorable effect for improving the cold start performance of the internal combustion engine. Therefore, a particularly favorable effect can be obtained in application to a vehicle engine used in various starting environments.

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Abstract

　内燃エンジン（１）は吸入空気量を調整するスロットル（２３）を備え、クランキングにより始動する。クランキング開始とともにスロットル（２３）を検出し、クランク角センサ（３３，３４）がエンジンの回転数を検出する。コントローラ（３１）はクランキング開始とともにスロットル（２３）を閉初期位置に駆動し、所定のタイミングでスロットル（２３）を初期位置から開動する。初期位置をクランキング開始時の温度と大気圧の一方または両方に基づき設定することで、吸入負圧と吸入空気量とを最適化する。

Description

内燃エンジンの始動制御方法及び始動制御装置
　この発明は、内燃エンジンの始動時の制御に関する。
　火花点火式内燃エンジンをクランキングにより始動する際には、燃料消費を抑制し、好ましい排気組成を得るために、完爆後のエンジンの吹き上がりを抑制して、エンジン回転速度を早期に目標アイドル回転速度へと制御することが望ましい。
　日本国特許庁が２００７年に発行したＪＰ２００７－２７８０７３Ａはこのためのエンジン制御を開示している。制御は具体的には、内燃エンジンの吸気スロットルの開度の制御、燃料噴射量の制御、及び噴射された燃料への点火タイミングの制御からなる。
　従来技術はこの制御を通じて、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度に到達した後の吹け上がりを抑制するとともに、空燃比を理論空燃比で安定させることで排気中の炭化水素（ＨＣ）の増加を防止している。
　内燃エンジンの始動時においては、燃料の気化を促進して炭化水素ＨＣの排出を抑制するために、吸入負圧を早期に発達させることが望ましい。そのため、従来技術においては、内燃エンジンのクランキング開始とともにスロットルを閉じ、内燃エンジンが完爆した時点でスロットルを開き始めている。
　内燃のエンジンの始動においては、吸入負圧の発達とともに、アイドル回転速度の維持に必要な吸入空気量を確保する必要がある。内燃エンジンのクランキングに対する摩擦抵抗は温度によって変化する。摩擦抵抗が増大すれば、アイドル回転速度の維持に必要なエンジントルクも増大する。また内燃エンジンの吸入空気の空気密度は大気圧によって変化し、実質的な吸入空気量に影響を及ぼす。より具体的には、空気密度は低地と高地とで異なる。
　このように、内燃エンジンのクランキングにおいて必要な吸入空気量はクランキング開始時のエンジン温度と大気圧ないし標高の影響を受けることは避けられない。言い換えれば、従来技術のようにクランキング中のスロットル開度を、閉鎖位置を含む固定位置に保持すると、始動条件によっては、吸入負圧の発達と吸入空気量の確保をともに満足させることが難しくなる。
　この発明の目的は、したがって、内燃エンジンの始動時の吸入負圧の発達促進と、アイドル回転速度維持に必要な量の空気供給とを、温度や気圧条件によらず、常に最適なバランスのもとで満足させることのできる、スロットル制御を実現することである。
　以上の目的を達成するために、この発明は吸入空気量を調整するスロットルを備え、クランキングにより始動する内燃エンジンの始動制御方法を提供する。制御方法は、内燃エンジンのクランキング開始を検出し、内燃エンジンのクランキング開始時の温度と大気圧の一方または両方を検出し、クランキング開始時のエンジン温度と大気圧の一方または両方に基づき初期開度を設定し、クランキング開始時にはスロットル開度を初期開度へと制御し、クランキング開始後の所定の開動タイミングにおいて、スロットルを初期開度から開動する、ことを含む。
　この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、明細書の以下の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。
ＦＩＧ．１はこの発明を適用する内燃エンジンの制御装置の概略構成図である。 ＦＩＧ．２は従来技術によるエンジンコントローラが実行する完爆フラグと目標到達フラグの設定ルーチンを説明するフローチャートである。 ＦＩＧ．３は従来技術によるエンジンコントローラが実行する点火タイミングとスロットル開度の制御ルーチンを説明するフローチャートである。 ＦＩＧ．４は従来技術によるエンジンコントローラが実行する目標当量比の算出ルーチンを説明するフローチャートである。 ＦＩＧ．５は従来技術によるエンジンコントローラが実行する燃料噴射パルス幅の算出ルーチンを説明するフローチャートである。 ＦＩＧ．６はこの発明によるエンジンコントローラが実行する点火タイミングの制御ルーチンを説明するフローチャートである。 ＦＩＧ．７はこの発明によるエンジンコントローラが実行するフラグ設定ルーチンを説明するフローチャートである。 ＦＩＧ．８はこの発明によるエンジンコントローラが実行するスロットル開度の制御ルーチンを説明するフローチャートである。 ＦＩＧ．９はスロットルの初期開度ＴＶＯｉｎｉのマップの特性を示すダイアグラムである。 ＦＩＧ．１０Ａ－１０Ｃはこの発明によるエンジンコントローラが実行する内燃エンジンの始動時のスロットル制御がもたらす、エンジン回転速度、空燃比、及びスロットル開度の変化と始動時水温との関連を示すタイミングチャートである。 ＦＩＧ．１０Ｄ－１０Ｆはこの発明によるエンジンコントローラが実行する内燃エンジンの始動時のスロットル制御がもたらす、吸入負圧、エンジントルク、及び燃料噴射量の変化と始動時水温との関係を示すタイミングチャートである。 ＦＩＧ．１１Ａ－１１Ｃはこの発明によるエンジンコントローラが実行する内燃エンジンの始動時のスロットル制御がもたらす、エンジン回転速度、空燃比、及びスロットル開度の変化とクランキング開始時の大気圧との関係を示すタイミングチャートである。 ＦＩＧ．１１Ｄ－１１Ｆはこの発明によるエンジンコントローラが実行する内燃エンジンの始動時のスロットル制御がもたらす、吸入負圧、エンジントルク、及び燃料噴射量の変化とクランキング開始時の大気圧との関係を示すタイミングチャートである。
　図面のＦＩＧ．１を参照すると、車両用の４ストロークサイクル内燃エンジン１はスロットル２３で調量した空気を吸気コレクタ２に蓄えた後、吸気マニホールド３及び吸気バルブ１５を介して各気筒の燃焼室５に吸入する。内燃エンジン１は多気筒火花点火式の往復動型エンジンで構成される。
　各気筒の吸気ポート４には燃料インジェクタ２１が設けられる。燃料インジェクタ２１は所定のタイミングで燃料を吸気ポート４内に向けて間欠的に噴射供給する。吸気ポート４に噴射された燃料は、吸入空気と混合して混合気を形成する。混合気は吸気バルブ１５を閉じることで燃焼室５内に閉じこめられる。各気筒の燃焼室５内に閉じこめられた混合気は、各気筒に備えるピストン６の上昇によって圧縮され、点火プラグ１４により着火して燃焼する。
　燃焼によるガス圧はピストン６を押し下げ、ピストン６に往復運動をもたらす。ピストン６の往復運動はクランクシャフト７の回転運動へと変換される。燃焼後のガスは排気バルブ１６を介して排気として排気通路８へ排出される。
　排気通路８は各気筒に接続された排気マニホールドを備える。排気マニホールドにはスタートアップ触媒としての第１触媒９が設けられる。排気通路８は車両の床下に至る。床下部分の排気通路８には第２触媒１０が設けられる。
　第１触媒９と第２触媒１０は、例えばいずれも三元触媒で構成される。三元触媒は空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲にある場合に、排気に含まれるＨＣ、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を同時に効率よく除去できる。
　内燃エンジン１の運転はエンジンコントローラ３１によって制御される。具体的にはエンジンコントローラ３１はスロットル２３の吸入空気量、燃料インジェクタ２１の燃料噴射量、及び点火プラグ１４の点火タイミングを制御する。
　エンジンコントローラ３１は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ　インタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。エンジンコントローラ３１を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
　上記の制御のために、エンジンコントローラ３１には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３２、内燃エンジン１の基準回転位置と単位角度の回転とを検出するクランク角センサ、排気中の酸素濃度を検出する排気通路８の第１触媒９の上流に設けた酸素センサ３５、車両のアクセルペダル４１の踏み込み量を検出するアクセルペダル踏み込み量センサ４２，車両のドライバが内燃エンジン１のクランキングを指示するスタータスイッチ３６、エンジン冷却水温を検出する水温センサ３７、及び吸入空気圧を検出する圧力センサ３８から、それぞれ検出値に相当する信号が入力される。クランク角センサは、内燃エンジン１の単位角度の回転を検出するポジションセンサ３３と、内燃エンジン１の基準回転位置を検出するフェーズセンサ３４からなる。
　エンジンコントローラ３１はこれらのセンサからの入力信号に基づいて燃料インジェクタ２１の基本燃料噴射量を定めるとともに、第１触媒９の上流に設けた酸素センサ３５からの信号に基づいて燃焼室５に形成される空燃比をフィードバック制御する。
　内燃エンジン１の冷間始動時には触媒９，１０を早期に活性化すると共に、酸素センサ３５をも早期に活性化して空燃比のフィードバック制御を早期に実現することが望ましい。そのため、酸素センサ３５は始動直後からヒータによって加熱される。エンジンコントローラ３１は酸素センサ３５からの入力信号から、酸素センサ３５の活性化を判定する。エンジンコントローラ３１は酸素センサ３５が活性化すると空燃比のフィードバック制御を開始する。
　触媒９と１０は三元触媒に限定されない。例えば、エンジンの暖機完了後の燃費向上のため、低負荷運転領域において理論空燃比よりもリーンな混合気を燃焼室５に供給してリーン空燃比で運転を行う車両がある。こうした車両では、リーン空燃比のもとで多く発生するＮＯｘを吸収する必要がある。そこで、第２触媒１０をＮＯｘトラップ触媒で構成し、ＮＯｘトラップ触媒に三元触媒機能を持たせている。こうした触媒を使用する車両にもこの発明は適用可能である。
　スロットル２３の吸入空気量の制御は、スロットル２３を駆動するスロットルモータ２４の制御によって行われる。ドライバの要求トルクはアクセルペダル４１の踏み込み量として入力される。エンジンコントローラ３１はアクセルペダルの踏み込み量に基づき目標トルクを定める。エンジンコントローラ３１は目標トルクを実現するための目標吸入空気量を計算し、目標吸入空気量に対応する信号をスロットルモータ２４に出力することで、スロットル２３の開度を制御する。
　内燃エンジン１は、吸気バルブ１５のバルブリフト量を連続的に変化させる多節リンクで構成される可変バルブリフト機構２６と、クランクシャフト７と吸気バルブ用カムシャフト２５との回転位相差を連続的に可変制御して、吸気バルブ１５の開閉タイミングを進角または遅角させる可変バルブタイミング機構２７とを備える。
　エンジンコントローラ３１は内燃エンジン１の始動時に下記の制御を行なう。
（１）クランキング後にエンジン回転速度がアイドル時の目標回転速度に到達したタイミングで点火タイミングを始動用の点火タイミングから所定の点火タイミング、例えば触媒暖機促進用の点火タイミングへとステップ的に、もしくは少なくともエンジン回転速度の吹け上がりを防止できる十分な速さの変化速度で、遅角し；
（２）エンジン回転速度が目標アイドル回転速度に到達したタイミングでエンジン回転速度をアイドル時の目標回転速度に保持させるに必要な吸入空気量が燃焼室５に供給されるように、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度に到達するタイミングよりも所定期間前にスロットル２３を開き始める。
　以上の制御により、第１触媒９の暖気が促進される。また、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度に到達した後の吹け上がりを抑制するとともに、空燃比を理論空燃比で安定させることで排気中のＨＣの増加防止が図られる。
　このためにエンジンコントローラ３１が実行する制御ルーチンを次に説明する。なお、最初にＦＩＧＳ．２－５を参照して、前記従来技術による、内燃エンジン１の始動時における点火タイミング、スロットル開度、及び燃料噴射量の制御を説明し、その後にこの発明に固有の制御を説明する。
　ＦＩＧ．２は完爆フラグと目標アイドル回転到達フラグの設定ルーチンを示す。エンジンコントローラ３１は、車両が備えるイグニッションスイッチがＯＮの状態でこのルーチンを一定間隔、例えば１００ミリ秒ごと、に実行する。なお、エンジンコントローラ３１はイグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮに切り換わることで起動し、イグニッションスイッチがＯＮの間は常に稼働状態にあるものとする。
　ステップＳ１で、エンジンコントローラ３１はエンジン回転速度Ｎｅを読み込む。エンジン回転速度Ｎｅはポジションセンサ３３とフェーズセンサ３４とで構成されたクランク角センサからの入力信号に基づいて算出される。
　ステップＳ２で、エンジンコントローラ３１は完爆フラグを判定する。完爆フラグは内燃エンジン１が完爆しているかどうかを示すフラグであり、イグニッションスイッチまたはスタータスイッチがＯＦＦよりＯＮに切り換わると同時にゼロに初期設定される。このため、最初のルーチン実行時には完爆フラグ＝０である。完爆フラグ＝０の場合には、エンジンコントローラ３１はステップＳ３で、エンジン回転速度Ｎｅと完爆回転速度Ｎ０を比較する。完爆回転速度Ｎ０は内燃エンジン１が完爆したかどうかを判定するための値であり、例えば１０００回転／分（ｒｐｍ）とする。エンジン回転速度Ｎｅが完爆回転速度Ｎ０に到達していなければ、エンジンコントローラ３１は直ちにルーチンを終了する。
　一方、エンジン回転速度Ｎｅが完爆回転速度Ｎ０に到達している場合には、すなわち、Ｎｅ≧Ｎ０の場合には、エンジンコントローラ３１はステップＳ４で完爆フラグを１にセットする。
　次のステップＳ５、エンジンコントローラ３１はタイマを起動する。タイマはエンジン回転速度Ｎｅが完爆回転速度Ｎ０に到達したタイミングからの経過時間を計測するもので、タイマの起動とともにタイマ値ＴＩＭＥがゼロにリセットされる。ステップＳ５の処理の後、エンジンコントローラ３１はルーチンを終了する。
　このようにして、ステップＳ４で完爆フラグが１にセットされると、次回移行のルーチン実行では、ステップＳ２の判定が肯定的に転じ、その結果ステップＳ６－Ｓ８の処理が行なわれる。
　ステップＳ６で、エンジンコントローラ３１はタイマ値ＴＩＭＥを所定値ＤＴと比較する。所定値ＤＴは、エンジン回転速度Ｎｅが完爆回転速度Ｎ０に到達したタイミングから目標アイドル回転速度ＮＳＥＴに到達するタイミングまでの時間間隔を意味する。所定値ＤＴは実験もしくはシミュレーションにより予め設定される。
　タイマを起動した直後のタイマ値ＴＩＭＥは所定値ＤＴ未満であるので、ステップＳ６の判定は否定的となる。その場合には、エンジンコントローラ３１はステップＳ７でタイマ値ＴＩＭＥを所定のインクリメントのもとで増量する。所定のインクリメントはルーチンの実行周期に対応した値とする。
　このようにして、タイマ値ＴＩＭＥはルーチン実行のつど増大する。その結果、タイマ値ＴＩＭＥが所定値ＤＴ以上となり、ステップＳ６の判定が否定的から肯定的に転じる。その場合に、エンジンコントローラ３１はステップＳ８で目標アイドル回転速度ＮＳＥＴに到達したことを示す目標アイドル回転到達フラグを１にセットする。なお、目標アイドル回転到達フラグの初期値はゼロである。言い換えれば、目標アイドル回転到達フラグはイグニッションスイッチまたはスタータスイッチのＯＦＦからＯＮへの切り換わりに伴ってゼロにリセットされる。ステップＳ７またはＳ８の処理の後、エンジンコントローラ３１はルーチンを終了する。
　以上のように、エンジンコントローラ３１はイグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮに転じた直後から、完爆フラグと目標アイドル回転到達フラグの設定ルーチンを一定周期で繰り返し実行することで、内燃エンジン１の完爆と目標アイドル回転速度への到達とを判定し、対応するフラグを設定する。なお、ステップＳ６では、内燃エンジン１が完爆してから所定値ＤＴ相当の時間が経過することで、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度ＮＳＥＴに到達したと判定している。しかしながら、この判定に関しては、クランク角センサが検出するエンジン回転速度Ｎｅを目標アイドル回転速度ＮＳＥＴと直接比較することももちろん可能である。
　ＦＩＧ．３は点火タイミング及びスロットル開度の制御ルーチンを示す。エンジンコントローラ３１は、イグニッションスイッチがＯＮの状態でこのルーチンをＦＩＧ．２のルーチンに引き続いて一定間隔、例えば１００ミリ秒ごと、に実行する。
　ステップＳ２１で、エンジンコントローラ３１は今回のルーチン実行タイミングが、イグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮへ切り換わった直後であるかどうかを判定する。
　ステップＳ２１の判定が肯定的な場合は、エンジンコントローラ３１はステップＳ２２で、水温センサ３７が検出する内燃エンジン１の冷却水温ＴＷを始動時水温ＴＷＩＮＴとして取り込む。エンジンコントローラ３１は始動時水温ＴＷＩＮＴに応じて第１点火タイミングＡＤＶ１を算出する。第１点火タイミングＡＤＶ１はエンジン始動に最適な点火タイミングであり、ここでは通常運転時の点火タイミングより大幅に進角した値として算出される。
　ステップＳ２３で、エンジンコントローラ３１は点火タイミング指令値ＡＤＶを算出した第１点火タイミングＡＤＶ１に等しく設定する。
　ステップＳ２４ではスロットル目標開度ｔＴＶＯに初期値を入れる。初期値は例えばゼロとする。ステップＳ２４の処理の後、エンジンコントローラ３１はルーチンを終了する。
　一方、ステップＳ２１の判定が否定的な場合は、エンジンコントローラ３１は、ステップＳ２５で完爆フラグが１であるかどうかを判定する。完爆フラグが１でない場合は、エンジンコントローラ３１は、ステップＳ２７で点火タイミング指令値ＡＤＶを前回値に等しく設定する。このようにして、内燃エンジン１が完爆したと判定されるまで、点火タイミング指令値ＡＤＶは第１点火タイミングＡＤＶ１に維持される。
　ステップＳ２７の処理の後、エンジンコントローラ３１は、ステップＳ２４でスロットル目標開度ｔＴＶＯに初期値のゼロを入れてルーチンを終了する。
　このようにして、内燃エンジン１のクランキング開始後、完爆に至るまでの期間においては、点火タイミング指令値ＡＤＶは第１点火タイミングＡＤＶ１に維持され、スロットル目標開度ｔＴＶＯはゼロに維持される。
　一方、ステップＳ２５の判定において、完爆フラグが１の場合は、エンジンコントローラ３１はステップＳ２６で目標アイドル回転到達フラグが１であるかどうかを判定する。目標アイドル回転到達フラグが１でない場合は、エンジンコントローラ３１はステップＳ２８で点火タイミング指令値ＡＤＶを前回値に等しく設定する。したがって、内燃エンジン１が完爆したと判定された後も、タイマ値ＴＩＭＥが所定値ＤＴに達するまで、言い換えればエンジン回転速度Ｎｅが目標アイドル回転速度ＮＥＳＴに達するまでは、点火タイミング指令値ＡＤＶは第１点火タイミングＡＤＶ１に等しい値に維持される。
　ステップＳ２８の処理の後、エンジンコントローラ３１はステップＳ２９でスロットル目標開度ｔＴＶＯを次式（１）により算出する。
　ｔＴＶＯ＝ｔＴＶＯ（前回）＋ΔＴＶＯ（１）
　ただし、ΔＴＶＯ＝一定値；
　　　　　ｔＴＶＯ（前回）＝ｔＴＶＯの前回値。
　式（１）のｔＴＶＯ（前回）はスロットル目標開度の前回値であり、初期値はゼロである。
　式（１）の所定増分ΔＴＶＯはスロットル目標開度の所定時間当たりの増量分を定めた値である。所定増分ΔＴＶＯは、エンジン回転速度Ｎｅが目標アイドル回転速度ＮＳＥＴに到達するタイミングで、スロットル目標開度ｔＴＶＯが目標アイドル開度ＴＶＯ１に到達するように定められる。ここで、目標アイドル開度ＴＶＯ１は内燃エンジン１が目標回転速度ＮＳＥＴを維持可能なトルクを発生させるのに必要な最低の吸入空気量に対応するスロットル開度である。目標アイドル開度ＴＶＯ１の値は実験もしくはシミュレーションにより予め設定される。
　ステップＳ２９でスロットル目標開度ｔＴＶＯを設定した後、エンジンコントローラ３１はステップＳ３０でスロットル目標開度ｔＴＶＯと目標アイドル開度ＴＶＯ１を比較する。
　ステップＳ２６の判定が初めて否定的に転じた状態、すなわちエンジン回転速度Ｎｅが目標アイドル回転速度ＮＥＳＴに到達した直後は、スロットル目標開度ｔＴＶＯは目標アイドル開度ＴＶＯ１未満である。その場合には、エンジンコントローラ３１はそれ以上の処理を行なうことなくルーチンを終了する。
　次回以降のルーチン実行においては、ステップＳ２９の処理の実行により、ルーチン実行ごとにスロットル目標開度ｔＴＶＯが所定増分ΔＴＶＯずつ増加する。その結果、スロットル目標開度ｔＴＶＯが目標アイドル開度ＴＶＯ１を超過し、ステップＳ３０の判定が肯定的に転じると、エンジンコントローラ３１はステップＳ３１でスロットル目標開度ｔＴＶＯをＴＶＯ１に維持する。ステップＳ３１の処理の後、エンジンコントローラ３１はルーチンを終了する。以後のルーチン実行においては、したがって、ルーチンの実行を重ねてもスロットル目標開度ｔＴＶＯは増量されずに目標アイドル開度ＴＶＯ１に維持される。
　一方、ステップＳ２６の判定において、目標アイドル回転到達フラグが１になると、エンジンコントローラ３１はステップＳ３２で、水温センサ３７が検出する内燃エンジン１の冷却水温ＴＷに応じて第２点火タイミングＡＤＶ２を算出する。第２点火タイミングＡＤＶ２は例えば内燃エンジン１の冷間始動時における第１触媒９の暖機促進用の点火タイミングに設定することができる。あるいは、吸入空気量を急に増大させることでエンジン回転速度がオーバーシュート気味になるのを抑制するために、一時的に遅角側の点火タイミングを設定することもできる。このようにして、第２点火タイミングＡＤＶ２は第１点火タイミングＡＤＶ１より遅角した値として算出される。
　次のステップＳ３３でエンジンコントローラ３１は点火タイミング指令値ＡＤＶを第２点火タイミングＡＤＶ２に等しく設定する。
　以上の処理の結果、エンジン回転速度Ｎｅが目標回転速度ＮＳＥＴに到達すると同時に、点火タイミング指令値ＡＤＶは第１点火タイミングＡＤＶ１から第２点火タイミングＡＤＶ２へとステップ的に切り換えられる。
　ステップＳ３４で、エンジンコントローラ３１はスロットル目標開度ｔＴＶＯを前回と同じ値、すなわちＴＶＯ１に維持する。ステップＳ３４の処理の後、エンジンコントローラ３１はルーチンを終了する。
　このようにして、エンジン回転速度Ｎｅが目標回転速度ＮＳＥＴに到達した後は、点火タイミング指令値ＡＤＶが第２点火タイミングＡＤＶ２へとステップ的に切り換えられる。一方、スロットル目標開度ｔＴＶＯは目標アイドル開度ＴＶＯ１に維持される。ここでは、点火タイミング指令値ＡＤＶをステップ的に一気にＡＤＶ２へと切り換えているが、エンジン傾転速度が吹け上がるのを防止できる範囲の所定の変化速度で切り換えるようにすることもできる。
　ＦＩＧ．４はエンジンコントローラ３１が実行する目標当量比ＴＦＢＹＡの算出ルーチンを示す。当量比は空燃比の逆数に相当する。エンジンコントローラ３１は、イグニッションスイッチがＯＮの状態でこのルーチンを一定間隔、例えば１００ミリ秒ごと、に実行する。なお、エンジンコントローラ３１はイグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮに切り換わることで起動し、イグニッションスイッチがＯＮの間は常に稼働状態にあるものとする。
　ステップＳ４１で、エンジンコントローラ３１は今回のルーチン実行タイミングが、イグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮへ切り換わった直後に相当するかどうかを判定する。
　判定が肯定的な場合には、エンジンコントローラ３１はステップＳ４２で始動時増量補正係数の初期値ＫＡＳ０を、水温センサ３７が現出する始動時水温ＴＷＩＮＴに基づき算出する。始動時増量補正係数の初期値ＫＡＳ０は始動時水温ＴＷＩＮＴが低くなるほど大きくなる値である。
　次のステップＳ４３で、エンジンコントローラ３１は始動時増量補正係数ＫＡＳを初期値ＫＡＳ０に等しく設定する。ステップＳ４３の処理の後、エンジンコントローラ３１はステップＳ５０の処理を行なう。
　一方、ステップＳ４１の判定が否定的な場合には、前回以前のルーチン実行において、イグニッションスイッチが既にＯＮに切り換わっていることを意味する。この場合には、エンジンコントローラ３１はステップＳ４４で、目標アイドル回転到達フラグが１であるかどうかを判定する。目標アイドル回転到達フラグは前述のように、イグニッションスイッチがＯＮに切り換わる際にゼロにリセットされ、ＦＩＧ．２のステップＳ８で１に設定されるフラグである。目標アイドル回転到達フラグが１である場合には、エンジン回転速度Ｎｅが目標アイドル回転速度ＮＳＥＴに達していることを意味する。
　さて、ステップＳ４４の判定が否定的な場合は、エンジンコントローラ３１はステップＳ４５で、始動時増量補正係数ＫＡＳを前回と同じ値に設定する。このルーチンにおいては、ステップＳ４４の判定が肯定に転じるまで始動時増量補正係数ＫＡＳは初期値ＫＡＳ０に維持される。ステップＳ４５の処理の後、エンジンコントローラ３１はステップＳ５０の処理を行なう。
　一方、ステップＳ４４の判定が肯定に転じると、エンジンコントローラ３１はステップＳ４６で始動時増量補正係数ＫＡＳがゼロかどうかを判定する。前述のように内燃エンジン１の始動直後にステップＳ４３で始動時増量補正係数ＫＡＳが初期値ＫＡＳ０に設定される。エンジン回転速度Ｎｅが目標アイドル回転速度ＮＳＥＴに達した直後には、始動時増量補正係数ＫＡＳが初期値ＫＡＳ０に設定されているので、始動時増量補正係数ＫＡＳがゼロと一致することはない。
　この場合には、エンジンコントローラ３１はステップＳ４７で、始動時増量補正係数ＫＡＳを次式（２）により設定する。
　ＫＡＳ＝ＫＡＳ（前回）－Δｔ×ＫＡＳ（前回）（２）
　ただし、Δｔ＝所定減率、
　　　　　ＫＡＳ（前回）＝前回ルーチン実行時の始動時増量補正係数ＫＡＳの値。
　ここで、所定減率Δｔは始動時増量補正係数ＫＡＳの所定時間当たりの減少分を定める値であり、この値は吸入負圧が一定値に収束するタイミングで始動時増量補正係数ＫＡＳがゼロとなるように、適合により予め定めておく。始動時増量補正係数の前回値であるＫＡＳ（前回）の初期値はＫＡＳ０である。
　目標回転到達フラグが１に達した後に、エンジンコントローラ３１はステップＳ４６とＳ４７の処理を繰り返し行ない、その結果、始動時増量補正係数ＫＡＳは徐々に小さくなってゆく。そこで、ステップＳ４８で始動時増量補正係数ＫＡＳとゼロを比較し、始動時増量補正係数ＫＡＳが負の値になったときにはステップＳ４９に進んで始動時増量補正係数ＫＡＳを０にリセットする。ステップＳ４９の処理の後、エンジンコントローラ３１はステップＳ５０の処理を行なう。
　一方、ステップＳ４８の判定において、始動時増量補正係数ＫＡＳがゼロ以上の値である場合には、エンジンコントローラ３１は始動時増量補正係数ＫＡＳを再設定することなく、ステップＳ５０の処理を行なう。
　ステップＳ５０でエンジンコントローラ３１は水温増量補正係数ＫＴＷをあらかじめＲＯＭに格納されたマップを参照して内燃エンジン１の冷却水温Ｔｗに基づき計算する。水温増量補正係数ＫＴＷは冷却水温Ｔｗが低くなるほど大きくなる値である。
　次のステップＳ５１でエンジンコントローラ３１は水温増量補正係数ＫＴＷと始動時増量補正係数ＫＡＳとを用いて次式（３）により目標当量比ＴＦＢＹＡを算出する。
　ＴＦＢＹＡ＝１＋ＫＴＷ＋ＫＡＳ（３）
　目標当量比ＴＦＢＹＡは１．０を中心とする値である。内燃エンジン１の暖機完了後であれば、ＴＦＢＹＡ＝１（ＫＴＷ＝０、ＫＡＳ＝０）となる。ＴＦＢＹＡ＝１は理論空燃比の混合気に相当する。内燃エンジン１の冷間始動時には、始動時増量補正係数ＫＡＳが加算されることで目標当量比ＴＦＢＹＡは１．０を超える値となる。始動時増量補正係数ＫＡＳは冷間始動時の燃料壁流量を考慮したものである。結果として、目標当量比ＴＦＢＹＡは１．０を超える値になる。これらの補正は燃焼室５に供給される混合気を理論空燃比とするための補正である。
　ＦＩＧ．５はエンジンコントローラ３１が実行する燃料噴射パルス幅Ｔｉの算出ルーチンを示す。エンジンコントローラ３１は、イグニッションスイッチがＯＮの状態でこのルーチンを一定間隔、例えば１００ミリ秒ごと、に実行する。ＦＩＧ．２の完爆フラグと目標アイドル回転到達フラグの設定ルーチンとＦＩＧ．３の点火タイミングとスロットル開度の制御ルーチンとはシークエンシャルに実行される。一方、ＦＩＧ．４の目標当量比ＴＦＢＹＡの算出ルーチンとＦＩＧ．５の燃料噴射パルス幅Ｔｉの算出ルーチンは、ＦＩＧＳ．２と３のルーチンと並行かつ独立して実行される。燃料噴射パルス幅Ｔｉは燃料インジェクタ２１の燃料噴射量を代表する値である。
　ステップＳ６１で、エンジンコントローラ３１は始動時燃料噴射パルス幅Ｔｉ１を次式（４）により算出する。
　Ｔｉ１＝ＴＳＴ×ＫＮＳＴ×ＫＴＳＴ　（４）
　ただし、ＴＳＴ＝始動時基本噴射パルス幅；
　　　　　ＫＮＳＴ＝回転速度補正係数；
　　　　　ＫＴＳＴ＝時間補正係数。
　始動時基本噴射パルス幅ＴＳＴ、回転速度補正係数ＫＮＳＴ、時間補正係数ＫＴＳＴの求め方は公知であるので、詳細な説明は省略する。
　ステップＳ６２で、エンジンコントローラ３１はエアフローメータ３２からの信号が入力しているかどうかを判定する。エアフローメータ３２からの信号が入力していなければ、エンジンコントローラ３１はステップＳ６５で最終の燃料噴射パルス幅Ｔｉに始動時燃料噴射パルス幅Ｔｉ１を設定する。ステップＳ６５の処理の後、エンジンコントローラ３１はルーチンを終了する。
　エアフローメータ３２からの信号が入力している場合は、エンジンコントローラ３１はステップＳ６３で、直前に実行されたＦＩＧ．４の目標当量比ＴＦＢＹＡの算出ルーチンで得た目標当量比ＴＦＢＹＡを用いて次式（５）により通常時の燃料噴射パルス幅Ｔｉ２を算出する。
　Ｔｉ２＝（Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ＋Ｋａｔｈｏｓ）×（α＋αｍ－１）＋Ｔｓ（５）
　ただし、Ｔｐ＝基本噴射パルス幅；
　　　　　ＴＦＢＹＡ＝目標当量比；
　　　　　Ｋａｔｈｏｓ＝過渡補正量；
　　　　　α＝空燃比フィードバック補正係数；
　　　　　αｍ＝空燃比学習値；
　　　　　Ｔｓ＝無効噴射パルス幅。
　過渡補正量Ｋａｔｈｏｓは吸気ポート４の壁面を伝う燃料壁流量を考慮し、基本的にエンジン負荷、エンジン回転速度及び燃料付着部の温度に基づいて算出される公知の補正量である。内燃エンジン１の始動時には燃料噴射量のうち吸気ポート４の壁面を伝う燃料が遅れて燃焼室５に到達するため、その分を燃料噴射量の増量によって補う。
　空燃比フィードバック補正係数α、空燃比学習値αｍ、無効噴射パルス幅Ｔｓの概念と計算方法は公知である。
　基本噴射パルス幅Ｔｐは次式（６）で算出する。
　Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ（６）
　ただし、Ｑａ＝エアフローメータ３２が検出する吸入空気量。
　式（６）の定数Ｋは、混合気の空燃比が理論空燃比となるように設定されている。始動時増量補正係数ＫＡＳがゼロを超える正の値である間は、燃料インジェクタ２１からの燃料噴射量、すなわち燃料噴射パルス幅Ｔｉは増量補正されることとなる。
　ステップＳ６４－Ｓ６６で、エンジンコントローラ３１は始動時燃料噴射パルス幅Ｔｉ１と通常時燃料噴射パルス幅Ｔｉ２を比較し、値の大きい方を最終の燃料噴射パルス幅Ｔｉに設定した後、ルーチンを終了する。
　燃料噴射パルス幅Ｔｉは出力レジスタに移され、各気筒において燃料インジェクタ２１が所定の燃料噴射タイミングになると、燃料噴射パルス幅Ｔｉに規定された期間に渡って吸気ポート４に燃料を噴射する。
　以上説明した、内燃エンジン１の始動時における点火タイミング、スロットル開度、及び燃料噴射量の制御に関して、日本国特許庁が２００７年１０月２５日に公開した前記従来技術ＪＰ２００７－２７８０３Ａの内容をここに引用により合体する。
　次に内燃エンジン１の始動時に適用されるこの発明固有のスロットル制御について説明する。
　前記従来技術においては、クランキングの開始から完爆に至る期間のスロットルを全閉位置などの固定位置に保持している。ここで、全閉位置は慣用的用語であって、実際には、スロットル２３とスロットル２３周囲の吸気管壁面との間に所定の隙間が設定されている。そのため、スロットル２３が全閉位置にあってもこの隙間を介して空気は燃焼室５へ吸い込まれる。
　スロットル２３をクラキング開始より一律に固定位置に保持すると、大気圧及びエンジン温度によって、最適な吸入空気量が得られなくなる。その理由を以下に具体的に説明する。
　クランキング時のスロットル２３の開度をある基準温度を想定して固定した場合を考える。クランキング開始時のエンジン温度が基準温度より低いと、エンジンの摩擦抵抗が大きくなり、アイドル回転維持に必要なエンジントルクが増大する。アイドル回転維持に必要な吸入空気量もこれに伴って増大することになる。
　また、車両が低地から高地に移動すると大気圧が低下する。クランキング時のスロットル２３の開度が変わらなければ、スロットル２３は実質的に絞られた状態となる。この場合には、低地よりも吸入負圧は発達するが、同時に吸入空気量が低地より減少することになる。
　内燃エンジン１のクランキング時におけるスロットル開度を、全閉位置を含む固定位置に保持する場合には、以上のように内燃エンジン１の始動性が、クランキング開始時の大気圧とエンジン温度の影響を受けることは避けられない。
　クランキング開始時には大気圧より低い吸入負圧を発生させるためにスロットル２３をまず閉じる。この時のスロットル２３の開度をスロットル２３の「初期開度」と称する。この発明は、スロットル２３の初期開度をクランキング開始時の大気圧とエンジン温度に応じて異なる値に設定することで、これらの要素の影響を排除する。
　ＦＩＧＳ．６－１０を参照して、この発明によるエンジンコントローラ３１が実行する上記の制御を含む、内燃エンジン１の始動制御を説明する。
　エンジンコントローラ３１は、イグニッションスイッチがＯＮの状態で前記従来技術のＦＩＧ．２の完爆フラグと目標アイドル回転到達フラグの設定ルーチン実行に引き続き、ＦＩＧ．３のルーチンに代えてＦＩＧ．６の点火タイミングの制御ルーチンと、ＦＩＧ．７のフラグ設定ルーチンと、ＦＩＧ．８のスロットル制御ルーチンとを実行する。一方、前記従来技術と同様に、ＦＩＧ．４の目標当量比ＴＦＢＹＡの算出ルーチンとＦＩＧ．５の燃料噴射パルス幅Ｔｉの算出ルーチンがＦＩＧ．２のルーチンに対して並行かつ互いに独立して実行される。
　ＦＩＧ．６に示す点火タイミング指令値の計算ルーチンは、前記従来技術のＦＩＧ．３のルーチンから、スロットル制御に関するステップＳ２４，Ｓ３０，Ｓ３１，及びＳ３４を削除したものに相当する。エンジンコントローラ３１はこのルーチンにおいては、点火プラグ１４の点火タイミングのみを制御し、ＦＩＧＳ．７と８のルーチンでスロットル２３の制御を行なう。
　ＦＩＧ．７のフラグ設定ルーチンは、#ＦＩＧ．６の点火タイミング算出ルーチンに引き続いて実行される。
　ＦＩＧ．７を参照すると、ステップＳ１１１で、エンジンコントローラ３１は今回のルーチン実行タイミングが、イグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮへ切り換わった直後であるかどうかを判定する。判定が肯定的な場合に、エンジンコントローラ３１はステップＳ１１２で、吸入負圧発達始動許可フラグを１に、スロットル絞りフラグを１に、スロットル制御フラグをゼロに、それぞれ設定した後、ルーチンを終了する。
　ステップＳ１１１の判定が否定的な場合は、エンジンコントローラ３１はステップＳ１１３で、クランキング開始からのストローク数が所定数６以上であるかどうかを判定する。
　ストローク数が所定数６未満の場合には、エンジンコントローラ３１は何もおこなわずにルーチンを終了する。ストローク数が所定数６以上の場合には、エンジンコントローラ３１はステップＳ１１４で、スロットル絞りフラグをゼロに、スロットル制御フラグを１に、それぞれ設定する
　ここで、ストローク数を所定数６と比較する意味を説明する。
　始動時において、スロットル２３は実際の吸入負圧が燃料の気化を促進するのに十分な大きさの吸入負圧となり、かつ目標アイドル回転速度の維持に必要な吸入空気量が得られるようになった時点で開くことが望ましい。このときの吸入負圧を開要求吸入負圧しきい値と称する。前記従来技術はＦＩＧ．３のステップＳ２５で完爆フラグが１に転じることで開要求吸入負圧しきい値に達すると仮定し、ステップＳ２９で目標スロットル開度ｔＴＶＯを増大させている。しかしながら、クランキング時の吸入負圧は大きく脈動し、吸入負圧が開要求吸入負圧しきい値までいったんは増大しても、直後に吸入負圧は減少に転じる。ここで、吸入負圧の減少は大気圧に向けての圧力上昇を意味する。
　このタイミングで、吸気スロットル２３を開くと、その後の吸入負圧の発達が阻害され、吸入負圧は開要求吸入負圧しきい値付近で波打つこととなってしまう。吸入負圧が開要求吸入負圧しきい値よりさらに増大しないと、燃料の気化が十分に促進されず、冷間始動時に多く発生するＨＣの増加を抑制できない。
　吸入負圧の発達を妨げないようにするには、実際の吸入負圧が燃料の気化を促進するのに十分な大きさの吸入負圧となり、かつ目標アイドル回転速度の維持に必要な吸入空気量が得られるようになるタイミングを、吸入負圧がクランキング開始後２度目に開要求吸入負圧しきい値に到達するタイミングと見なし、これをスロットル２３を開き始めるタイミングとすることが望ましい。このタイミンクを４気筒または８気筒エンジンを想定して、クランキング開始からのストローク数に換算して設定したのが所定数６である。
　吸入負圧が２度目に開要求吸入負圧しきい値に到達するタイミングに相当するストローク数を、所定数として実験もしくはシミュレーションによりあらかじめ求めておく。したがって、所定数は６に限定されない。
　次のステップＳ１１５で、エンジンコントローラ３１は目標スロットル開度ｔＴＶＯが目標アイドル開度ＴＶＯ１に達したかどうかを判定する。
　判定が否定的な場合は、エンジンコントローラ３１は直ちにルーチンを終了する。
　判定が肯定的な場合は、エンジンコントローラ３１はステップＳ１１６で吸入負圧発達始動許可フラグとスロットル制御フラグをともにゼロに切り換える。スロットル絞りフラグはゼロの状態を維持する。
　以上のルーチン実行により、スロットル２３はクランキング開始からのストローク数が所定数６に達するまでは開動を開始せず、ストローク数が６に達すると開動を開始することになる。
　ＦＩＧ．８のスロットル制御ルーチンはＦＩＧ．７のフラグ設定ルーチンに引き続いて実行される。
　ＦＩＧ．８を参照すると、ステップＳ１３１で、エンジンコントローラ３１は吸入負圧発達始動許可フラグが１かどうかを判定する。吸入負圧発達始動許可フラグが１である場合は、エンジンコントローラ３１は、ステップＳ１３２で通常始動モードであるかどうかを判定する。
　通常始動モードは内燃エンジン１が高温状態で始動することを意味する。内燃エンジン１の運転停止直後にドライバが始動操作を行った場合や、アイドルストップからの再始動など、前回の運転の余熱により暖機された状態で内燃エンジン１の始動が行なわれる場合がこれに当たる。この場合には吸入負圧発達を必要としない。この発明は吸入負圧発達を必要とする内燃エンジン１の冷間始動を対象としているため、通常始動モードではこの発明による制御を行なわずに、ステップＳ１３３で通常始動を行なう。
　ステップＳ１３１で吸入負圧発達始動許可フラグが１でない場合も、エンジンコントローラ３１は、ステップＳ１３３で通常始動を行なう。通常始動は内燃エンジン１が暖機を必要としないケースで適用される始動制御を意味するステップＳ１３３の処理の後、エンジンコントローラ３１はルーチンを終了する。
　内燃エンジン１の冷間始動を行なう場合は、ステップＳ１３２の判定は否定的となる。
　その場合には、エンジンコントローラ３１はステップＳ１３４で、スロットル絞りフラグが１かどうかを判定する。スロットル絞りフラグが１である場合には、エンジンコントローラ３１はステップＳ１４１以降の処理を行なう。
　一方、スロットル絞りフラグが０である場合は、エンジンコントローラ３１はステップＳ１３６でスロットル制御フラグを判定する。スロットル制御フラグが１である場合にはステップＳ１３７でスロットル目標開度ｔＴＶＯを前述の式（１）で計算する。ステップＳ１３７の処理の後、エンジンコントローラ３１はルーチンを終了する。
　ステップＳ１４１でエンジンコントローラ３１は初期開度設定済みフラグが１かどうかを判定する。初期開度設定済みフラグの初期値はゼロである。言い換えれば、初期開度設定済みフラグはイグニッションスイッチまたはスタータスイッチのＯＦＦからＯＮへの切り換わりに伴ってゼロにリセットされる。
　初期開度設定済みフラグがゼロである場合は、エンジンコントローラ３１はステップＳ１４２－１４４でスロットル２３の初期開度を設定する。すなわち、ステップＳ１４２で、クランキング開始時に水温センサ３７が検出した冷却水温（以下、始動時水温と称する。）ＴＷＩＮＴと、クランキング開始時に圧力センサ３８が検出した大気圧Ｐａとから、ＦＩＧ．９に示す内容のマップを参照してスロットル２３の初期開度ＴＶＯｉｎｉを設定する。始動時水温ＴＷＩＮＴは、始動時のエンジン温度を代表する値として用いられる。
　クランキング開始時のコレクタ２内は大気圧Ｐａに保たれる。したがって、クランキング開始時に圧力センサ３８が検出する圧力も大気圧Ｐａに等しい。このように、吸気圧を検出するための圧力センサ３８を用いてクランキング開始時の大気圧Ｐａを検出するので、大気圧を検出するための専用の圧力センサを別途に備える必要はない。
　ＦＩＧ．９を参照すると、大気圧Ｐａが一定の場合、スロットル２３の初期開度ＴＶＯｉｎｉは始動時水温ＴＷＩＮＴが高いほど小さくなり、始動時水温ＴＷＩＮＴが最も高い場合に全閉位置となるようにマップの特性が設定される。始動時水温ＴＷＩＮＴが最も低い場合をデフォルト開度とする。始動時水温ＴＷＩＮＴが低いほど、エンジン１の摩擦抵抗が大きく始動性が悪い。始動時水温ＴＷＩＮＴが低くなるにつれてスロットル２３の初期開度ＴＶＯｉｎｉを増大させて、クランキング中の吸入空気量を増やすことで、摩擦抵抗に対抗してエンジンの発生トルクを増大させることができる。
　一方、始動時冷却水温ＴＷＩＮＴが一定の場合には、スロットル２３の初期開度ＴＶＯｉｎｉは大気圧Ｐａが低くなるほど大きくなるようにマップの特性が設定される。大気圧Ｐａが低い高地では、大気圧Ｐａが高い低地より空気密度が小さく、実質的な吸入空気量が少ない。その結果、エンジン発生トルクが減少して始動性が悪くなる、実質的な吸入空気量の減少を補うために、大気圧Ｐａが低い高地ではスロットル２３の初期開度ＴＶＯｉｎｉを増大させて、吸入空気量を増やすことで、エンジン発生トルクの減少を防止するのである。
　圧力センサ３８は吸気コレクタ２に取り付けられ、エンジン始動後の吸入負圧を検出する。クランクキング開始直前には吸気コレクタ２内は大気圧となっているので、クランクキング開始タイミングにおいて圧力センサ３８が検出する圧力は大気圧に等しい。
　スロットル２３の初期開度ＴＶＯｉｎｉを決定するパラメータとして、始動時水温ＴＷＩＮＴに代えて、クランキング開始時のエンジンオイル温度やクランキング開始時のトランスミッションオイル温度を用いることができる。大気圧は大気の空気密度の代表値であるので、空気密度を直接検出するようにしてもかまわない。
　以上のルーチン実行により、クランキング開始からのストローク数が所定数６に達するまでの期間のスロットル２３の初期開度ＴＶＯｉｎｉが始動時水温ＴＷＩＮＴと大気圧Ｐａに応じて設定される。
　ＦＩＧＳ．１０Ａ－１０ＦとＦＩＧＳ．１１Ａ－１１Ｆを参照して、ＦＩＧＳ．６－８のルーチン実行がもたらす作用を次に説明する。
　ＦＩＧＳ．１０Ａ－１０Ｆは内燃エンジン１の冷間始動時のエンジン回転速度、空燃比、スロットル開度、吸入負圧、エンジントルク、及び燃料噴射量を示す。これらの図において、実線はＦＩＧＳ．６－８のルーチンを常温始動に適用した場合、一点鎖線はＦＩＧＳ．６－８のルーチンを低温始動において実行した場合を示す。破線は本発明によらずに始動時のスロットル開度を固定した場合を示す。横軸はクランキング開始からの経過時間を示す。
　なお、常温始動と低温始動はともに内燃エンジン１の冷間始動に関する呼称であり、クランキング開始時のエンジン温度によって区別される。クランキング開始時のエンジン温度は大気温度に準じる。正確には、常温始動は常温下での内燃エンジン１の冷間始動であり、低温始動は、低温下での内燃エンジン１の冷間始動を意味する。内燃エンジン１の運転停止直後の再始動のように、内燃エンジン１が前回運転時の余熱により暖機された状態で再始動する場合には、前述のように通常始動モードと称して冷間始動と区別する。
　さて、常温始動時には、始動時水温ＴＷＩＮＴから、ＦＩＧ．８のステップＳ１４２でＦＩＧ．９のマップを参照して求められる、スロットル２３の初期開度ＴＶＯｉｎｉは、ＦＩＧ．１０Ｃの実線に示すように相対的に小さな値に設定される。そのため、ＦＩＧ．１０Ｄに示すように吸入負圧の十分な発達を促すことができ、噴射された燃料の気化促進に好ましい効果が得られる。また、初期開度ＴＶＯｉｎｉを小さな値とすることで、吸入空気量を完爆に適した吸入空気量に制御することができる。その結果、ＦＩＧ．１０Ａに示すように、目標アイドル回転速度を超えた吹け上がりを抑制し、ＦＩＧ．１０Ｆに示すように始動に要する燃料噴射量を減らすことができる。さらに、実際の吸入負圧が燃料の気化を促進するのに十分な大きさの吸入負圧となり、かつ目標アイドル回転速度の維持に必要な吸入空気量が得られるようになるタイミングを、吸入負圧が２度目に開要求吸入負圧しきい値に到達するタイミングと見なし、スロットル２３を開き始めるタイミングをこのタイミングに設定することで、ＦＩＧ．１０Ｂに示すように、空燃比の過度のリーン化を防止することができる。
　一方、低温始動においては、ＦＩＧ．８のステップＳ１４２でＦＩＧ．９のマップに基づき、スロットル２３の初期開度ＴＶＯｉｎｉがＦＩＧ．１０Ｃの鎖線に示すように常温始動時より大きな値に設定される。低温始動においては、エンジン１の摩擦抵抗が大きく始動性が悪い。この場合には、スロットル２３の初期開度ＴＶＯｉｎｉを増大させて、クランキング中の吸入空気量を増やすことで、ＦＩＧ．１０Ｅに示すようにエンジントルクを初爆から増大させるので、摩擦抵抗に抗して内燃エンジン１のスムーズな始動が確保される。
　初期開度ＴＶＯｉｎｉが大きいと、吸入負圧は発達しにくい。噴射燃料の気化は吸入負圧の発達によって促進されるので、低温始動においてはＦＩＧ．１０Ｂに示すように常温始動と比べて噴射された燃料の気化促進効果は小さく、空燃比のリーン化防止効果も限定的となる。ただし、その場合でも図の破線に示すように、本発明を適用せずに初爆前にデフォルト開度からスロットル２３を開き始めるケースと比べれば、吸入空気圧の発達に関しても一定の好ましい効果が得られる。
　ＦＩＧ．１１Ａ－１１Ｆは内燃エンジン１の始動時のエンジン回転速度、空燃比、スロットル開度、吸入負圧、エンジントルク、及び燃料噴射量を示す。これらの図において、実線はＦＩＧＳ．６－８のルーチンを大気圧の高い低地での始動に適用した場合、一点鎖線はＦＩＧＳ．６－８のルーチンを大気圧の低い高地での始動に適用した場合を示す。破線は本発明によらずに始動時のスロットル開度を固定した場合を示す。横軸はクランキング開始からの経過時間を示す。
　大気圧の高い低地での始動においては、始動時水温Ｔｉｎｉから、ＦＩＧ．８のステップＳ１４２でＦＩＧ．９のマップを参照して求められる、スロットル２３の初期開度ＴＶＯｉｎｉは、ＦＩＧ．１１Ｃの実線に示すように相対的に小さな値に設定される。そのため、ＦＩＧ．１１Ｄに示すように、吸入負圧の十分な発達を促すことができ、噴射された燃料の気化促進に好ましい効果が得られる。また、初期開度ＴＶＯｉｎｉを小さな値とすることで、吸入空気量を完爆に適した吸入空気量に制御することができる。その結果、ＦＩＧ．１１Ａに示すように、目標アイドル回転速度を超えた吹け上がりを抑制し、ＦＩＧ．１１Ｆに示すように始動に要する燃料噴射量を減らすことができる。さらに、実際の吸入負圧が燃料の気化を促進するのに十分な大きさの吸入負圧となり、かつ目標アイドル回転速度の維持に必要な吸入空気量が得られるようになるタイミングを、吸入負圧が２度目に開要求吸入負圧しきい値に到達するタイミングと見なし、スロットル２３を開き始めるタイミングをこのタイミングに設定することで、ＦＩＧ．１１Ｂに示すように、空燃比の過度のリーン化を防止することができる。
　一方、大気圧の低い高地での始動においては、ＦＩＧ．８のステップＳ１４２でＦＩＧ．９のマップに基づき、スロットル２３の初期開度ＴＶＯｉｎｉがＦＩＧ．１１Ｃの鎖線に示すように低地での始動より大きな値に設定される。大気圧Ｐａが低い高地では、大気圧Ｐａが高い低地より空気密度が小さく、実質的な吸入空気量が少ない。その結果、エンジントルクが減少して始動性が悪くなる。これに対して、スロットル２３の初期開度ＴＶＯｉｎｉを増大させると、吸入空気量が初爆から増加し、空気密度による吸入空気量の実質的な減少を補うことができる。その結果、エンジントルクの減少を阻止して、内燃エンジン１のスムーズな始動が確保される。
　初期開度ＴＶＯｉｎｉが大きいと、吸入負圧は発達しにくい。噴射燃料の気化は吸入負圧の発達によって促進されるので、低温始動においてはＦＩＧ．１１Ｂに示すように常温始動と比べて噴射された燃料の気化促進効果は小さく、空燃比のリーン化防止効果も限定的となる。ただし、その場合でも図の破線に示すように、本発明を適用せずに初爆前にデフォルト開度からスロットル２３を開き始めるケースと比べれば、吸入空気圧の発達に関しても一定の好ましい効果が得られる。
　以上の制御により、内燃エンジン１の冷間始動時の吸入負圧の発達促進と、アイドル回転速度維持に必要な量の空気供給との両立を、温度及び気圧によらずに常に最適なバランスのもとで実現することができる。この実施形態では、内燃エンジン１の始動時のエンジン温度としての始動時水温TWINTと大気圧Ｐａの双方をパラメータとして初期開度ＴＶＯｉｎｉを設定している。しかしながら、始動時水温TWINTと大気圧Ｐａの一方のみに基づき初期開度ＴＶＯｉｎｉを設定することでも、相応の効果を得ることができる。
　以上の説明に関して２０１０年１２月２７日を出願日とする日本国における特願２０１０－２９０１７６号、の内容をここに引用により合体する。
　以上、この発明をいくつかの特定の実施例を通じて説明してきたが、この発明は上記の各実施例に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施例にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。
　以上のように、この発明は内燃エンジンの冷間始動性能の向上に好ましい効果をもたらす。そのため、多様な始動環境で使用される車両用エンジンへの適用において特に好ましい効果が得られる。
　この発明の実施例が包含する排他的性質あるいは特長は以下のようにクレームされる。

Claims (8)

  1. 　吸入空気量を調整するスロットル（２３）を備え、クランキングにより始動する内燃エンジン（１）の始動制御方法において：
    　内燃エンジン（１）のクランキング開始を検出し；
    　内燃エンジン（１）のクランキング開始時のエンジン温度と大気圧の一方または両方を検出し；
    　クランキング開始時のエンジン温度と大気圧の一方または両方に基づき初期開度を設定し；
    　クランキング開始時にはスロットル開度を初期開度へと制御し；
    　クランキング開始後の所定の開動タイミングにおいて、スロットル（２３）を初期開度から開動する；
    　内燃エンジン（１）の始動制御方法。
  2. 　初期開度は、クランキング開始時のエンジン温度が高いほど小さくなる値に設定される、請求項１の内燃エンジン（１）の始動制御方法。
  3. 　初期開度は、大気圧が高いほど小さくなる値に設定される、請求項１または２の内燃エンジン（１）の始動制御方法。
  4. 　クランキング開始後の所定の開動タイミングにおいて、スロットル（２３）を初期開度から、初期開度より大きな予め設定された目標アイドル回転速度に向けて開動する、請求項１から３のいずれかの内燃エンジン（１）の始動制御方法。
  5. 　内燃エンジン（１）のクランキング開始からのストローク数または回転数をカウントするとともに、所定の開動タイミングはカウント数が所定数に達するタイミングに設定される、請求項４の内燃エンジン（１）の始動制御方法。
  6. 　所定数は、その後も実吸気負圧が発達し、かつ目標アイドル回転速度の維持に必要な吸入空気量が得られるように予め設定される、請求項５の内燃エンジン（１）の始動制御方法。
  7. 　始動した内燃エンジン（１）の回転速度が所定のアイドル目標回転速度に達したかどうかを判定し、判定が肯定的な場合に、点火タイミングを遅角させる、請求項５または６の内燃エンジン（１）の始動制御方法。
  8. 　吸入空気量を調整するスロットル（２３）を備え、クランキングにより始動する内燃エンジン（１）の始動制御装置において：
    　内燃エンジン（１）のクランキング開始を検出するセンサ（３６）と；
    　内燃エンジン（１）のクランキング開始時のエンジン温度と大気圧の一方または両方を検出するセンサ（３７，３８）と；
    　次のようにプログラムされたプログラマブルコントローラ（３１）：
    　クランキング開始時のエンジン温度と大気圧の一方または両方に基づき初期開度を設定し；
    　クランキング開始時にはスロットル開度を初期開度へと制御し；
    　クランキング開始後の所定の開動タイミングにおいて、スロットル（２３）を初期開度から開動する；
    　と、を備える内燃エンジン（１）の始動制御装置。
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