JP2007032358A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】始動時の排気性能向上と始動性能を両立する再始動を実現すること。
【解決手段】モータによる始動アシストの始動アシスト量を、触媒状態を表す触媒温度、触媒内の酸素捕捉量や、燃焼制御の変更を表す燃焼空燃比、点火時期、さらに、エンジン停止期間、エンジン水温、クランク停止位置、回転負荷などのエンジン状態に基づいて、適正値に設定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、アイドルストップを行う内燃機関の再始動制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

近年、内燃機関の燃料消費量の低減、排気ガス排出量の低減を目的として、アイドルストップを実施する車両が増加傾向にある。アイドルストップを実施するために、車両停止中において内燃機関がアイドル状態の時に、内燃機関を自動的に停止させ、発進時には自動的に内燃機関を再始動させる技術が各種提案されている。

アイドルストップにおいて、内燃機関の再始動に時間がかかると、ドライバの発進意思に対し、車両の発進動作が遅れ、ドライバビリティが悪化する。このため、アイドルストップ制御においては、素早く円滑に内燃機関を再始動させることが重要となる。

また、スタータモータ等を用いて内燃機関をクランキングし、内燃機関の再始動を行うアイドルストップシステムでは、クランキングの際に、電力を大量に必要とし、再始動時に、バッテリ電源の電力不足で、電気負荷が一時的に動作しないような状況が発生する可能性がある。また、バッテリの負担が大きく、バッテリの劣化を早めたりする。

そこで、多気筒４サイクル直接噴射火花点火エンジンでは、停止中の内燃機関の膨張行程気筒に燃料噴射を行い、燃料噴射後に点火を行い、燃焼により発生する回転トルクを利用した再始動方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

しかし、特許文献１に示されているような従来技術は、年々厳しくなる排気規制をクリアするために最も重要とされる始動時の排気低減に関する検討がなされていない。

内燃機関の始動時における排気性能の向上に関しては、内燃機関の空燃比制御装置において、内燃機関の再始動時の排気悪化、とくにＮＯｘの悪化を防止するために、再始動時の空燃比を一時的に濃く補正する制御方法が提案されている（例えば、特許文献２）。

特開平１１−１２５１３６号公報 特開２０００−１０４５８８号公報

内燃機関の始動は、内燃機関自身が燃焼によって発生するトルクと、モータによる回転トルク（始動アシスト量）との総和により決まり、トルク総和値が所定値を超えると、内燃機関の始動が可能になる。

しかし、特許文献２に示されているような従来技術では、再始動時の排気性能向上のために空燃比を補正した際、この空燃比の補正により、燃焼にて発生するトルクが変動してしまうことを考慮していない。この従来技術では、空燃比補正が行われても、モータの始動アシスト量が一定値のままであるため、始動性能にばらつきが生じてしまう。例えば、空燃比の補正によって、機関燃焼での発生トルクが減少すると、内燃機関を始動するためのトルクが不足し、始動時間が長くなり、始動が行われない状態になる可能性がある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、始動時の排気低減と始動性能とを両立させ、消費するエネルギも最適化した再始動を実現する内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明による内燃機関の制御装置は、内燃機関の始動のためにクランク軸に回転トルクを与えるモータを有する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の排気通路に設けた排気浄化装置の状態を検出する排気浄化装置状態検出手段と、前記内燃機関を再始動する際に、前記排気浄化装置状態検出手段で検出された前記排気浄化装置の状態に基づいて前記モータの始動アシスト量を定める始動アシスト制御手段とを有する。

本発明による内燃機関の制御装置は、内燃機関の始動のためにクランク軸に回転トルクを与えるモータを有する内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御手段と、前記内燃機関の排気通路に設けた排気浄化装置の状態を検出する排気浄化装置状態検出手段と、前記内燃機関を再始動する際に、前記排気浄化装置状態検出手段で検出された前記排気浄化装置の状態に基づいて前記内燃機関の空燃比を定め、当該空燃比に基づいて前記モータの始動アシスト量を定める始動アシスト制御手段とを有する。

本発明による内燃機関の制御装置は、内燃機関の始動のためにクランク軸に回転トルクを与えるモータを有する内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、前記内燃機関の排気通路に設けた排気浄化装置の状態を検出する排気浄化装置状態検出手段と、前記内燃機関を再始動する際に、前記排気浄化装置状態検出手段で検出された前記排気浄化装置の状態に基づいて前記内燃機関の点火時期を定め、当該点火時期に基づいて前記モータの始動アシスト量を定める始動アシスト制御手段とを有する。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記排気浄化装置状態検出手段は、前記排気浄化装置の酸素捕捉量と、前記排気浄化装置の温度の少なくとも何れか一方を検出する。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、前記始動アシスト制御手段が定める前記モータの始動アシスト量は、モータの発生トルク量もしくは、モータのトルク発生時間の少なくとも何れか一方である。

本発明による制御装置が適用される内燃機関は、好ましくは、内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射可能な燃料供給手段を有し、再始動に際し、前記内燃機関の膨張行程あるいは圧縮行程の気筒内に燃料噴射を行う。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、更に、前記始動アシスト制御手段は、前記始動アシスト量を、前記内燃機関の機関停止時間、機関水温の情報に基づいて補正する。

本発明による内燃機関の制御装置は、好ましくは、更に、前記始動アシスト制御手段は、前記始動アシスト量を、前記内燃機関の停止した際のクランク位置の情報に基づいて補正する。

この発明によれば、内燃機関の排気浄化装置の状態に基づいて、モータの始動アシスト量を定めるから、内燃機関の始動時の排気性能向上と、始動性能の均一化とを両立し、始動時に消費するエネルギを最適化する始動装置を実現することができる。

また、内燃機関の始動に用いるトルクを最適化することは、必要最小限の始動アシストを行うため、余剰な電気エネルギを消費せず、燃費性能向上とバッテリーなどモータの電源への負担も軽減することが可能となる。

本発明による内燃機関の制御装置が適用される実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態の制御装置を備えた内燃機関の全体構成図であり、内燃機関１は、例えば、自動車に搭載される４サイクルエンジンとして構成されており、複数のシリンダ（気筒）２を含んでいる。

なお、図１では単一のシリンダ２のみを示すが、他のシリンダ２に関しても同じ構成である。以下の説明では、内燃機関１をエンジン１と表記することもある。内燃機関１のシリンダ２の数は３、４、６、８などがあり、それぞれ、３気筒、４気筒、６気筒、８気筒と呼ばれる。

シリンダ２内にはピストン３が設けられており、ピストン３はシリンダ２と共働して燃焼室５を画定している。

内燃機関１は各気筒毎に設けられた燃料噴射弁４より燃焼室５に燃料を直接噴射され、噴射された燃料と燃焼室５内の空気とによる混合気を点火プラグ６によって点火（着火）する筒内噴射内燃機関として構成されている。

ここで、燃料噴射弁４を吸気通路７に取付け、あらかじめ燃料と空気を混合してから燃焼室５へ吸入する内燃機関を用いてもよい。

内燃機関１は、ピストン３の往復運動をクランク軸１２に回転運動として伝達するコンロッド１３及びクランクアーム１４を有する。

内燃機関１には、燃焼室５と吸気通路７との間を開閉する吸気バルブ９と、燃焼室５と排気通路８との間を開閉する排気バルブ１０が設けられている。

吸気通路７には、吸気量を調整する電制式のスロットル弁１１と、吸入空気量を計測する吸入空気量センサ２０が設けられている。

排気通路８には、燃焼室５より排出された排気を浄化するための排気浄化装置である触媒１８と、触媒１８の内部温度に応じた信号を出力する触媒温度センサ２１と、排気ガス中の酸素濃度より空燃比を検出する空燃比センサ２２が設けられている。

内燃機関１には、図示省略の歯車機構を介してクランク軸１２を外部よりの回転駆動するスタータモータ１５が設けられている。なお、スタータモータ１５は、供給する電流あるいは電圧の制御により、クランク軸１２の回転（クランキング）の速度を制御可能なものを用いても、また、一般的に用いられているように電流・電圧制御を行わず、供給エネルギのオン・オフ制御のみのものを用いてもよい。

更に、別のクランキング手段として、クランク軸１２の周りに、例えば、ベルト機構１６を介して回転エネルギをクランク軸１２に伝達するモータ１７を装備することも可能である。

また、内燃機関１には、クランク軸１２の回転角度に応じた信号を出力するクランク角センサ２３と、エンジン水温に応じた信号を出力する水温センサ２４が設けられている。なお、クランク角センサ２３は、モータの回転制御に用いるレゾルバのようにクランク軸１２の回転方向および逆回転方向の回転角度を計測可能なものであることが望ましい。

内燃機関１の制御装置として、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１００が設けられている。ＥＣＵ１００は、マイクロプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ（図示省略）等の周辺装置からなるマイクロコンピュータ式のものである。

ＥＣＵ１００は、吸入空気量センサ２０、触媒温度センサ２１、空燃比センサ２２、クランク角センサ２３、水温センサ２４よりセンサ信号を入出力部１０１によって入力し、ＲＯＭに記録されたコンピュータプログラムに従って内燃機関１の運転状態を制御するために必要な各種処理を行う。ＥＣＵ１００が行う基本的処理として、燃料制御と、点火時期制御がある。

したがって、ＥＣＵ１００は、基本構成として、入出力部１０１と、燃料制御部１０２と、点火制御部１０３を含む。

燃料制御部１０２は、排気通路８に設置された空燃比センサ２２により計測された空燃比が所定の空燃比となるように、吸入空気量センサ２０により計測される吸入空気量と、クランク角センサ２３により計測されるクランク角より演算されたエンジン回転数に基づいて燃料噴射弁４の燃料噴射量を制御する。点火制御部１０３は、点火プラグ６による点火時期を制御する。

ＥＣＵ１００は、自動再始動を含むアイドルストップ制御のために、停止制御部１１０と、始動制御部１２０を有する。

入出力部１０１は、アイドルストップ制御において、内燃機関１を始動・停止・稼動するために必要な状態を検出するセンサからの信号をＥＣＵ１００に取り込む入力処理と、内燃機関１を始動・停止・稼動するために必要な機器である燃料噴射弁４、点火プラグ６、スロットル弁１１、スタータモータ１５、モータ１７などを駆動制御するための出力処理を行う。

停止制御部１１０は、燃料制御部１０２や点火制御部１０３による燃料噴射弁４、点火プラグ６、スロットル弁１１の指令値に基づいて内燃機関１の停止を制御する。

始動制御部（再始動制御部）１２０は、内燃機関１の始動時（再始動時）に、燃料噴射弁４、点火プラグ６、スロットル弁１１の指令値を演算し、内燃機関１の燃焼を制御すると共に、スタータモータ１５、モータ１７の指令値を演算し、始動アシスト量の制御を行うものであり、触媒状態検出部１２１と、始動アシスト制御部１２２を含む。

触媒状態検出部１２１は、触媒温度センサ２１や空燃比センサ２２の信号に基づいて、触媒１８の活性状態や触媒内雰囲気を検出し、触媒１８の排気浄化機能の検出を行ったり、内燃機関１の運転状態から触媒１８の活性状態や触媒内雰囲気を推定し、触媒１８の排気浄化機能の推定を行ったりする。

始動アシスト制御部１２２は、内燃機関１の始動（再始動）時に、触媒状態検出部１２１にって検出した触媒状態に基づいて、スタータモータ１５やモータ１７に指令する始動アシスト量を演算する。つまり、始動アシスト制御部１２２は、排気浄化装置である触媒１８の状態に基づいてスタータモータ１５、モータ１７の始動アシスト量を定める。

次に、本実施形態の制御装置による始動制御の制御フローについて説明する。

始動制御の制御フローを説明する前に、内燃機関１における始動から停止までの一連の動作概要を、図２の処理フローを用いて説明する。

内燃機関１の始動と停止は、ＥＣＵ１００の始動制御部１２０と停止制御部１１０にて実行処理される。また、ＥＣＵ１００では、本処理とは別の処理フローにて内燃機関１の停止・始動の判定を行っており、その停止要求や始動要求に基づいて始動制御や停止制御が実行される。

停止要求や再始動要求は、触媒温度センサ２１、空燃比センサ２２、水温センサ２４や、図示しないスタータスイッチ、車速センサ、燃料圧力センサ、ブレーキスイッチ、変速機ギヤポジションセンサ、ブレーキ負圧センサ、吸気温センサ、電気負荷スイッチ（エアコン、ヘッドランプ、ラジエターファンなどの電気負荷の使用状況を表す）、バッテリー電圧、などの情報から判定される。

例えば、停止要求は、車両が停車中に、内燃機関１が暖機状態、ブレーキ操作状態、且つアクセルが踏まれないアイドリング状態にあるときに判定される。

再始動要求は、そのアイドリング状態から、例えば、ブレーキ解除、アクセルペダル踏み込み操作、シフト操作等の車両の発進に関連する操作があったとき、あるいは、エンジン水温の低下や上昇、ブレーキ負圧の低下、触媒温度の低下、燃圧の低下、電気負荷の増加などの内燃機関１や車両の状態が変化したときに判定される。

つまり、図２に示す内燃機関１の停止から始動までの一連の処理フローは、車両の停車時に内燃機関１を停止させ、車両発進前に内燃機関１を再始動させるアイドルストップを実現している。

まず、運転者のスタータスイッチ操作などによってスタータモータ１５もしくはモータ１７が駆動され、内燃機関１が始動され（ステップＳ１０）、エンジン稼動状態（ステップＳ２０）となる。

この内燃機関１の稼動中に、停止要求の有無の判定（ステップＳ４０）が行われる。機関停止の要求が無い場合には、通常運転制御（ステップＳ３０）が継続され、引き続き内燃機関１は稼動状態（ステップＳ２０）となり、再び、機関停止の有無が判定される。

機関停止の要求が有る場合には、停止制御（ステップＳ５０）が実施される。停止制御（ステップＳ５０）は、燃料供給や点火を停止させ、内燃機関１の燃焼を停止させる。このとき、内燃機関１の回転が完全に停止した際のクランク軸１２の停止位置が、再始動に適した位置に停止するなどのクランク停止位置制御を実施してもよい。

回転を停止した内燃機関１は、エンジン休止状態（ステップＳ６０）となり、再始動要求が判定されるまで待機する。このとき、クランク軸１２の停止位置情報や各気筒の行程情報は、内燃機関１が休止状態（ステップＳ６０）であっても保持され、ＥＣＵ１００への電源が遮断されるまで保持され続ける。

次に、内燃機関１は再始動要求の有無の判定（ステップＳ７０）が行われる。再始動要求が無い場合には、引き続き休止状態（ステップＳ６０）を維持し、再度、再始動要求の有無を判定（ステップＳ７０）する。

再始動要求が有る場合には、始動制御（ステップＳ８０）を実施し、速やかに内燃機関１を再始動する。この始動制御（ステップＳ８０）の処理内容の詳細は、後で説明する。始動制御（ステップＳ８０）が完了すると、再び、エンジン稼動状態（ステップＳ２０）となり、停止要求を待つ。

次に、内燃機関１の休止状態（ステップＳ６０）において再始動要求があった場合に実行する始動制御（ステップＳ８０）を、図３の処理フローを用いて説明する。

始動制御（ステップＳ８０）は、ＥＣＵ１００の始動制御部１２０の触媒状態検出部１２１と始動アシスト制御部１２２にて実行処理される。

再始動要求が判定されると、始動制御が開始され（ステップＳ８１）、まず、触媒状態を検出する（ステップＳ８２）。

触媒状態検出（ステップＳ８２）では、触媒１８の状態を表す触媒１８の活性化の度合いや、触媒内の空燃比を求めるため、触媒１８の内部温度や酸素捕捉量を検出もしくは推定する。触媒１８の内部温度は、触媒温度センサ２１を用いて検出し、触媒１８の酸素捕捉量は、空燃比センサ２２を用いて検出してもよいし、また、触媒１８の内部温度や酸素捕捉量は、例えば特開２０００−１０４５８８号公報に示されているエンジンの空燃比制御装置や、特開２００１−１７３５０４号公報に示されている触媒温度の推定装置のように、ＥＣＵ１００にて内燃機関１の運転状態から推定を行ってもよい。

触媒１８の温度を検出もしくは推定することで、触媒１８が活性化し、燃焼室５から排出されるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の有害物質を浄化する機能が、どの程度働いているかを検出する。

また、触媒１８の酸素捕捉量を検出もしくは推定することで、触媒内の空燃比がどの程度還元雰囲気（リッチ）であるか、酸化雰囲気（リーン）であるかを検出する。この触媒状態検出（ステップＳ８２）は、始動制御（ステップＳ８０）を実施する直前のエンジン休止状態（ステップＳ６０）で予め実施しておいてもよい。

その後、始動アシスト制御（ステップＳ８６）が実施され、前段にて検出した触媒状態に基づき、始動アシスト量を決定し、スタータ１５もしくはモータ１７に指令して始動時の回転アシストを実施する。このとき、始動アシスト量は、モータの発生トルク量、もしくはモータのトルク発生時間のどちらでもよい。始動アシスト量の演算方法の詳細については、後で説明する。

最後に、始動アシストを実施し、同時に燃料噴射や点火を開始することで燃焼を発生させ、エンジン回転数が所定値を上回るなど所定の条件を満たし、始動完了と判定すると、始動制御を完了（ステップＳ８７）する。

例えば、始動開始早期に燃焼を発生させ、燃焼による回転トルクとモータの始動アシストによる回転トルクとを組み合わせ、始動性能を向上する燃焼始動の場合、始動開始、もしくは休止状態（ステップＳ６０）に膨張行程となる気筒への燃料噴射と点火による燃焼開始と同時に、スタータモータ１５やモータ１７で触媒状態に応じた始動アシストの回転を開始する。

つづいて、休止状態（ステップＳ６０）に圧縮行程となる気筒、休止状態（ステップＳ６０）に吸気行程となる気筒へと順に燃料噴射と点火を実施し、燃焼を継続させ、内燃機関１の回転数を上昇させる。その後、内燃機関１の回転数が所定値（例えば６００ｒｐｍ）を上回る、もしくは内燃機関１の回転数の上昇勾配が所定値を上回ると、内燃機関１の始動が完了したと判定し、始動アシストを完了し、始動アシスト制御（ステップＳ８６）を終了する。

本発明による制御装置と当該制御装置を適用される内燃機関の他の実施形態（実施形態２）を、図４を参照して説明する。なお、図４において、図４に対応する部分は、図４に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

ＥＣＵ１００の入出力部１０１は、アイドルストップ制御において、内燃機関１を始動・停止・稼動するために必要な状態を検出するセンサからの信号をＥＣＵ１００に取り込む入力処理と、内燃機関１の始動・停止・稼動するために必要な機器である燃料噴射弁４、点火プラグ６、スロットル弁１１、スタータモータ１５、モータ１７などを駆動制御するための出力処理を行う。

始動制御部１２０は、内燃機関１の始動時に、燃料噴射弁４、点火プラグ６、スロットル弁１１への指令値を演算し内燃機関１の燃焼を制御すると同時に、スタータモータ１５、モータ１７への指令値を演算し始動アシスト量の制御を行うものであり、触媒状態検出部１２１と、空燃比制御部１２３と、点火時期制御部１２４と、エンジン状態検出部１２５と、始動アシスト制御部１２６を有する。

触媒状態検出部１２１は、前述の実施形態と同様に、触媒温度センサ２１や空燃比センサ２２の信号に基づいて、触媒１８の活性状態や触媒内雰囲気を検出もしくは推定し、触媒１８の排気浄化機能の検出を行う。

空燃比制御部１２３は、触媒状態検出部１２１にて検出した触媒状態に基づいて、始動時の排気性能向上のための燃焼空燃比を求め、この燃焼空燃比を実現するための燃料噴射弁４、スロットル弁１１への指令値を演算する。

点火時期制御部１２４は、触媒状態検出部１２１にて検出した触媒状態に基づいて、始動時の排気性能向上のための点火時期を求め、点火プラグ６への指令値を演算する。

エンジン状態検出部１２５は、機関休止状態の時間、エンジン水温、クランク軸の停止位置、内燃機関１の回転負荷を検出もしくは推定し、内燃機関１が始動時に燃焼にて発生するトルクや始動時の回転負荷、つまり内燃機関１の始動時に始動性能をばらつかせる要因を検出する。

ここで、エンジン水温は水温センサ２４を用いて検出し、クランク軸の停止位置はクランク角センサ２３を用いて検出する。また、内燃機関１の回転負荷は、例えば、内燃機関１の停止の過程でエンジン回転数の降下勾配を検出し、その勾配が大きいほど回転負荷が大きいといった推定方法を用いてもよい。

始動アシスト制御部１２６は、空燃比制御部１２３で求めた燃焼空燃比と、点火時期制御部１２４で求めた点火時期と、エンジン状態検出部１２４で検出した機関休止状態時間、エンジン水温、クランク軸の停止位置、内燃機関１の回転負荷とに基づいて、内燃機関１の始動時に、スタータモータ１５やモータ１７へ指令する始動アシスト量を演算する。

次に本実施形態における始動制御の処理フローを、図５を参照して説明する。始動制御（図２のステップＳ８０）は、ＥＣＵ１００の始動制御部１２０内の触媒状態検出部１２１と、空燃比制御部１２３と、点火時期制御部１２４と、エンジン状態検出部１２５と、始動アシスト制御部１２６にて実行処理される。

内燃機関１の休止状態（図２のステップＳ６０）に再始動要求があると、始動制御を開始（ステップＳ８１）し、最初に、触媒状態の検出（ステップＳ８２）と、エンジン状態の検出（ステップＳ８５）を行う。

触媒状態検出（ステップＳ８２）は、前述の実施形態１と同様に、触媒１８の状態を表す内部温度や酸素捕捉量を検出する。

エンジン状態検出（ステップＳ８５）は、エンジン状態として、機関休止状態（図２のステップＳ６０）の時間、エンジン水温や、クランク軸の停止位置、内燃機関１の回転負荷を検出する。エンジン水温や内燃機関１の回転負荷を検出することで、内燃機関１の始動のために必要なトルク量が求まる。

内燃機関１の始動時に供給される回転トルクは、燃焼にて発生するトルクとモータにて供給するトルクの総和である。

従って、排気性能向上のための燃焼制御によって発生する回転トルクがわかると、モータに供給しなければならない始動アシストのトルク量が演算できる。

例えば、エンジン水温が低くなった場合、もしくは回転負荷が大きくなった場合には、内燃機関１の始動に必要なトルクは大きくなり、排気性能によって決定される燃焼トルクに変化が無ければ、モータにて供給する始動アシストのトルクを増やす。

また、機関休止状態時間やクランク軸の停止位置は、始動開始早期に燃焼を用いる燃焼始動の燃焼によって発生する回転トルクに影響を及ぼす。よって始動性能のばらつきを抑えるため、機関休止状態時間やクランク軸の停止位置に応じ、モータの始動アシストのトルクを制御する。

例えば、機関休止状態の時間が長く、燃焼室５の筒内圧力が内燃機関１の停止直後に比べ低下した場合、またはクランク軸の停止位置が、始動開始早期の燃焼にて発生できるトルクが小さくなるような位置にある場合には、始動時に燃焼にて供給できるトルクが小さいため、モータにて供給するトルクを増やし、始動に必要な回転トルクを補う。触媒状態検出（ステップＳ８２）やエンジン状態検出（ステップＳ８５）は、始動制御を実施する直前のエンジン休止状態で予め実施しておいてもよい。

つぎに、前段にて検出した触媒状態に基づき、始動時の燃焼空燃比や点火時期の補正値を演算する（ステップＳ８３）（ステップＳ８４）。補正値の演算方法は、例えば触媒状態検出（ステップＳ８２）にて触媒１８内の酸素捕捉量がリーンであると検出した場合、触媒１８内の酸素捕捉量をストイキにするために、燃焼空燃比を一時的にリッチ側に、もしくは点火時期を遅角側に補正する。この燃焼空燃比や点火時期の補正量の演算方法については、特開２０００−１０４５８８公報に示されているものなど、他の方式を用いてもよい。

つぎに、前段にて演算した燃焼空燃比や点火時期の補正量、また、エンジン状態検出（ステップＳ８５）にて検出したエンジン状態に基づいて、スタータ１５もしくはモータ１７に指令する始動アシスト量を演算する始動アシスト制御（ステップＳ８６）を行う。

このとき、始動アシスト制御（ステップＳ８６）にて演算する始動アシスト量は、モータの発生トルク量、もしくはモータのトルク発生時間のどちらでもよい。始動アシスト量の演算方法の詳細については、後で説明する。

最後に、始動アシストを実施し、同時に燃料噴射や点火を開始することで燃焼を発生させ、エンジン回転数が所定値を上回るなど所定の条件を満たし、始動完了と判定すると、始動制御を完了（ステップＳ８７）する。

例えば、始動開始早期に燃焼を発生させ始動性能を向上する燃焼始動の場合、始動開始、もしくは機関休止状態に膨張行程となる気筒で、触媒状態によって決定した燃料噴射量と点火時期に従って燃焼を開始すると同時に、燃焼空燃比、点火時期、エンジン状態に応じた始動アシストをスタータモータ１５やモータ１７にて開始する。

つづいて、機関休止状態に圧縮行程となる気筒、機関休止状態に吸気行程となる気筒への燃料噴射と点火を触媒状態によって決定した演算値に基づいて順に実施するとともに、スタータモータ１５やモータ１７による始動アシストを、燃焼空燃比、点火時期、エンジン状態に基づいて演算された始動アシスト量にて実施する。

この触媒状態に応じた燃焼制御と、燃焼空燃比、点火時期、エンジン状態に応じたモータ制御を、その他の気筒においても順に実施することで燃焼を継続し、内燃機関１の回転数を上昇させる。その後、内燃機関１の回転数が所定値（例えば６００ｒｐｍ）を上回る、もしくは内燃機関１の回転数の上昇勾配が所定値を上回ると、内燃機関１の始動が完了したと判定し、始動アシストを完了し、始動アシスト制御（ステップＳ８６）を終了する。

次に、始動制御部１２０にて演算し、スタータ１５もしくはモータ１７へ指令する始動アシスト量の演算方法について、図６〜図９を用いて説明する。

始動制御部１２０にて演算する始動アシスト量は、内燃機関１の始動時に供給するエネルギを表しており、スタータ１５もしくはモータ１７が発生するトルク量や、トルクを発生する時間を表している。

内燃機関１の始動は、スタータ１５もしくはモータ１７にて内燃機関１に与えるモータの回転トルクと、内燃機関１の燃焼によって発生する燃焼トルクとの総和が、所定値を上回ることで可能となる。

内燃機関１の始動時の排気を低減するためには、排気性能に最も影響を及ぼす触媒１８の状態に応じた燃焼制御を行う必要がある。例えば、始動時に触媒１８内がリーンの場合、排気を低減するには、燃焼空燃比をリッチに補正する必要がある。しかし、この燃焼空燃比の補正は、燃焼によって発生するトルクを変動させてしまう。

図６において、始動時の燃焼空燃比をＡ点から、排気低減のためリッチ側のＢ点へ補正した場合には、それに伴って燃焼にて発生するトルクが減少していることがわかる。このとき、始動を成功させ、さらにＡ点と同様の始動性能を得るには、燃焼空燃比の補正によって減少した燃焼トルク分だけモータの回転トルクで補う必要がある。

これとは反対に、触媒１８内がリッチの場合、再始動時の排気を低減するには、燃焼空燃比をＡ点からＣ点へリーン側に補正する必要があり、それに伴って減少する燃焼トルク分を、モータによって補わなければならない。

さらに、点火時期についても、触媒１８内がリッチの場合、再始動時の排気を低減するには、点火時期をＡ点からＢ点へ進角側に補正し排気特性をリーンする必要があり、この点火時期の補正によって減少した燃焼トルク分だけモータの回転トルクにて補わなければならない。

これとは反対に、触媒１８内がリーンの場合、点火時期をＡ点からＣ点へ遅角側に補正し排気特性をリッチにして再始動時の排気を低減する必要があり、この点火時期の補正によって減少した燃焼トルク分だけモータの回転トルクにて補わなければならない。

つまり、触媒１８の状態に応じて、始動時の燃焼にて発生するトルクが変動してしまうため、始動を成功させ、かつ始動性能のばらつきを無くすには、燃焼制御の変更によって変動した燃焼トルクの分をモータにて補う必要がある。

例えば、図７（ａ）に示されているように、始動時の触媒１８内の雰囲気がリーンの場合、排気性能の向上のための燃焼制御の変更によって、燃焼にて発生するトルクは減少してしまう。このとき、モータによる始動アシスト量が一定のままだと、内燃機関１の始動に必要なトルクに対して、燃焼とモータとで供給するトルクが不足したり、また余剰であったりし、始動性能にばらつきが生じてしまう。

本発明では、図７（ｂ）に示されているように、再始動時に触媒状態に基づいた燃焼制御の変更に応じて、モータの始動アシスト量を補正する。このモータの始動アシストの補正によって、内燃機関１の始動時に燃焼とモータとで供給するトルクが、始動に必要なトルクに対して最適となり、始動性能が始動時の触媒状態に左右されず、均一となる。

モータの始動アシストの演算（始動アシスト制御部１２２による始動アシストの演算）は、実施形態１では、例えば、図８に示されているように、触媒温度補正部１２２Ｂによって触媒１８の状態を表す触媒温度に基づいて計算された始動アシスト量の補正値と、酸素捕捉量補正部１２２Ｃによって酸素捕捉量に基づいて計算された始動アシスト量の補正値とを、ディフォルト始動アシスト量設定部１２２Ａによる既定のモータアシスト値に足し合わせることで、始動アシスト量を演算する。ここで、始動アシストの補正値は、触媒温度が低いほど大きく演算され、酸素捕捉量が過多もしくは過少であるほど大きく演算される。

実施形態２では、触媒状態から始動アシスト量を直接求めず、触媒状態（触媒温度と酸素捕捉量）より、始動時の燃焼空燃比や点火時期を一度求め、その燃焼制御パラメータに基づいて始動時のトルク変動を演算した後にモータへの始動アシストを演算する。ここで、始動アシストの補正値は、始動時の空燃比がリーン側もしくはリッチ側に補正されるほど大きく演算され、点火時期が進角側もしくは遅角側に補正されるほど大きくする演算される。

実施形態２では、始動アシスト制御部１２６は、図９に示されているように、ディフォルト始動アシスト量設定部１２６Ａと、触媒温度と酸素捕捉量に基づいて始動時の燃焼空燃比と点火時期の補正量を演算する燃焼空燃比・点火時期補正量演算部１２６Ｂと、燃焼空燃比・点火時期補正量演算部１２６Ｂによって演算された始動時空燃比に基づいて始動アシスト量の補正値を計算する空燃比対応の補正値演算部１２６Ｃと、燃焼空燃比・点火時期補正量演算部１２６Ｂによって演算された始動時点火時期に基づいて始動アシスト量の補正値を計算する点火時期対応の補正値演算部１２６Ｄと、内燃機関の回転負荷に応じて始動アシスト量の補正値を計算する回転負荷対応の補正値演算部１２６Ｅと有し、各補正値演算部１２６Ｂ〜１２６Ｅで計算された補正値の合計を、ディフォルト始動アシスト量設定部１２６Ａによる既定のモータアシスト値に足し合わせることで、始動アシスト量を演算する。

また、始動アシスト量は、エンジン状態に基づいて補正してもよい。エンジン状態とは、機関休止状態時間、エンジン水温、クランク停止位置、回転負荷などである。機関休止状態時間に関しては、機関休止状態時間が長いほど、燃焼室５の筒内圧力が内燃機関１の停止直後に比べ低下する。燃焼室５の筒内圧力が低下すると、始動開始早期に燃焼を行う燃焼始動の場合、始動時の燃焼にて供給できるトルクが小さくなる。

従って、機関休止状態時間が長い場合には、モータにて供給する始動アシスト量を増加する。

エンジン水温に関しては、エンジン水温が低いほど内燃機関１の回転負荷が大きくなる。回転負荷が大きいと、内燃機関１は回転しにくくなるため、停止している内燃機関１を始動するには、より大きなトルクが必要となる。

従って、燃焼によって発生するトルクが排気性能向上の要求から変更できないため、回転負荷が大きくなる場合には、モータによる始動アシスト量を増加する。

また、始動開始早期に燃焼を行う燃焼始動の場合には、エンジン水温が高いほど、燃焼室５に充填されている空気密度が小さくなり、燃焼によって発生するトルクが小さくなる。従って、エンジン水温が高いほど始動アシスト量を増加する。

クランク停止位置は、始動開始早期に燃焼を用いる燃焼始動において、燃焼室５内の空気量すなわち燃焼によって発生するトルク量を表している。

従って、空気量の少ない位置でクランクが停止している場合、燃焼によって発生するトルクは小さくなるため、モータによる始動アシスト量を増加する。つまり、始動アシスト量を、内燃機関１の停止した際のクランク位置に基づいて補正する。

また、回転負荷に関しては、回転負荷が大きいと、内燃機関１は回転しにくくなるため、停止している内燃機関１を始動するには、より大きなトルクが必要となる。従って、燃焼によって発生するトルクが排気性能向上の要求から変更できないため、回転負荷が大きくなる場合は、モータによる始動アシスト量を増加する。

さらに、始動アシスト量は、バッテリーの状態に基づいて決定してもよい。たとえば、バッテリーが劣化した状態にある場合、始動時にモータにて大きなトルクを発生するために大電力を使用すると、劣化していないバッテリーに比べ、電圧低下（瞬低）が大きくなる。電圧低下が大きくなると、車載機器に悪影響を及ぼしてしまう。

よって、バッテリーが劣化した状態にある場合には、発生トルク量を低減し、トルク発生時間を長くすることで、電圧降下量を小さくする始動アシストの補正を行ってもよい。この始動アシスト量の補正によって、瞬低の幅が小さくなり、車載機器への悪影響を少なくでき、また、バッテリの劣化の進行を遅らせることができる。

加えて、機関休止状態に判定される再始動要求の種類に応じて、始動アシスト量を変更してもよい。

例えば、再始動要求が、運転者のシフト操作など発進に関する動作によって判定された場合、直ちに車両を発進させる必要がある。つまり、始動要求が発進以外の条件から判定される場合に比べ、排気性能向上と共に始動時間などの始動性能への要求も満たす必要がある。

従って、再始動要求が、運転者のシフト操作など発進に関する動作によって判定された場合は、始動アシスト量を大きくする補正を行う。この始動アシストの補正により、始動性能つまり運転性能を悪化させることなく排気性能の向上させる始動が可能となる。

本発明の活用例として、前記した内燃機関の始動制御装置をディーゼルエンジンに設置することもでき、さらに、ＬＰＧ等を燃料とする気体燃料エンジンの用途にも適用することができる。

以下に、本発明の効果を要約する。

（１）排気浄化装置の状態に基づいて始動アシスト量を定めるため、排気低減のために内燃機関の制御を変更した場合でも、内燃機関の始動性能を低下することなく、排気低減と始動性能とを両立する始動を実現することができる。

（２）排気浄化装置状態検出手段にて検出した排気浄化装置の状態に基づいて内燃機関の点火時期を定めることにより、排気低減を行うことが可能となり、更に、モータの始動アシスト量を点火時期に基づいて定めることにより、内燃機関の始動性能を低下することなく、排気低減と始動性能とを両立する始動を実現することができる。

（３）排気浄化装置の状態に基づいて始動アシスト量を定めるため、排気低減のために内燃機関の燃焼制御を変更し、燃焼始動で始動性能に大きく影響を及ぼす始動開始早期の燃焼が発生するトルクが変動した場合でも、内燃機関の始動性能を低下することなく、排気低減と始動性能とを両立する始動を実現することができる。

（４）加えて、前記モータの始動アシスト量を、前記内燃機関の機関停止時間、機関水温、停止した際のクランク位置などの、エンジンの情報に基づいて定めるため、始動開始初期の燃焼が発生するトルクが変動した場合でも、内燃機関の始動性能を低下することなく、排気低減と始動性能とを両立する始動を実現することができる。

（５）内燃機関の水温に基づいて始動アシスト量を定めるため、内燃機関の始動の回転負荷が変動した場合でも、内燃機関の始動性能を低下することなく、排気低減と始動性能とを両立する始動を実現することができる。

（６）内燃機関が停止した際のクランク位置に基づいて始動アシスト量を定めるため、始動開始初期の燃焼にて発生するトルクが変動した場合でも、内燃機関の始動性能を低下することなく、排気低減と始動性能とを両立する始動を実現することができる。

本発明による内燃機関の制御装置の一実施形態（実施形態１）が適用される内燃機関の全体構成図。 図１の内燃機関の制御装置による始動から停止までの一連の制御概要を示すフローチャート。 図１の実施形態１の始動制御の詳細を示すフローチャート。 本発明による内燃機関の制御装置の一実施形態（実施形態２）が適用される内燃機関の全体構成図。 図４の実施形態２の始動制御の詳細を示すフローチャート。 始動時の空燃比と発生する燃焼トルクとの関係を示す図。 （ａ）、（ｂ）は、触媒状態の差異による始動時の燃焼トルクとモータトルクの関係を示すグラフ。 図１の実施形態１の始動アシスト制御部の詳細を示すブロック図。 図４の実施形態２の始動アシスト制御部の詳細を示すブロック図。

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダ
３ ピストン
４ 燃料噴射弁
５ 燃焼室
６ 点火プラグ
１１ スロットル弁
１２ クランク軸
１５ スタータモータ
１７ モータ
１８ 触媒
２０ 吸入空気量センサ
２１ 触媒温度センサ
２２ 空燃比センサ
２３ クランク角センサ
２４ 水温センサ
１００ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１０１ 入出力部
１０２ 燃料制御部
１０３ 点火制御部
１１０ 停止制御部
１２０ 始動制御部
１２１ 触媒状態検出部
１２２ 始動アシスト制御部
１２３ 空燃比制御部
１２４ 点火時期制御部
１２５ エンジン状態検出部
１２６ 始動アシスト制御部

Claims (8)

1. 内燃機関の始動のためにクランク軸に回転トルクを与えるモータを有する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の排気通路に設けた排気浄化装置の状態を検出する排気浄化装置状態検出手段と、
   前記内燃機関を再始動する際に、前記排気浄化装置状態検出手段で検出された前記排気浄化装置の状態に基づいて前記モータの始動アシスト量を定める始動アシスト制御手段と、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の始動のためにクランク軸に回転トルクを与えるモータを有する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
   前記内燃機関の排気通路に設けた排気浄化装置の状態を検出する排気浄化装置状態検出手段と、
   前記内燃機関を再始動する際に、前記排気浄化装置状態検出手段で検出された前記排気浄化装置の状態に基づいて前記内燃機関の空燃比を定め、当該空燃比に基づいて前記モータの始動アシスト量を定める始動アシスト制御手段と、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関の始動のためにクランク軸に回転トルクを与えるモータを有する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、
   前記内燃機関の排気通路に設けた排気浄化装置の状態を検出する排気浄化装置状態検出手段と、
   前記内燃機関を再始動する際に、前記排気浄化装置状態検出手段で検出された前記排気浄化装置の状態に基づいて前記内燃機関の点火時期を定め、当該点火時期に基づいて前記モータの始動アシスト量を定める始動アシスト制御手段と、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 前記排気浄化装置状態検出手段は、前記排気浄化装置の酸素捕捉量と、前記排気浄化装置の温度の少なくとも何れか一方を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記始動アシスト制御手段が定める前記モータの始動アシスト量は、モータの発生トルク量もしくは、モータのトルク発生時間の少なくとも何れか一方であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関は、前記内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射可能な燃料供給手段を有し、再始動に際し、前記内燃機関の膨張行程あるいは圧縮行程の気筒内に燃料噴射を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記始動アシスト制御手段は、前記始動アシスト量を、前記内燃機関の機関停止時間、機関水温の情報に基づいて補正することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記始動アシスト制御手段は、前記始動アシスト量を、前記内燃機関の停止した際のクランク位置の情報に基づいて補正することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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