JP5136722B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関において燃料インジェクタから吸気ポート内に噴射された燃料は、一部はそのまま気化するものの、残りは吸気ポートの壁面（吸気弁も含む。以下同じ。）に一旦付着する。吸気ポートに付着した燃料は吸気管内の負圧や吸気ポート壁面からの熱の作用などによって気化し、燃料インジェクタから新たに噴射された燃料のうちの気化分とともに混合気を形成する。定常運転時には、燃料インジェクタから噴射されて吸気ポートに付着する燃料の量と、吸気ポートに付着した燃料が気化する量とはバランスする。このため、理論空燃比相当の燃料を燃料インジェクタから噴射することで、筒内に形成される混合気の空燃比を理論空燃比にすることができる。

ところが、内燃機関の始動時、特に冷間始動時は、吸気管内の温度や吸気ポート壁面の温度は低く、また、吸気管内の負圧も発生していない。さらに、始動前から吸気ポートに付着している燃料の量は多くない。このため、始動時に燃料インジェクタから噴射される燃料の大部分は吸気ポートに付着することになる。よって、着火可能な濃度の混合気を筒内に形成するためには、始動時の少なくとも最初のサイクルでは、暖機完了後の定常運転時に比較して多量の燃料を供給する必要がある。また、燃料供給は気筒単位で行われるので、多数の気筒を有する多気筒内燃機関の場合は、各気筒に対して順次、多量の燃料が供給されることになる。しかしながら、多量の燃料を供給すると、その分、多量の未燃ＨＣが筒内から排気通路に排出されることになる。排気通路には排気ガスを浄化するための触媒が配置されているものの、触媒の温度が低くなっている始動時は、触媒の浄化能力が活性化するまでにある程度の時間を要する。したがって、少なくとも触媒が活性化するまでの間は筒内からの未燃ＨＣの排出は可能な限り抑えたい。始動時に発生する未燃ＨＣを低減することは、内燃機関を動力として有する自動車における重要な課題の一つとして位置づけられている。

上記課題への回答として、今日までに様々な技術が提案されている。そのような提案の一つが、下記特許文献１に開示されている多気筒内燃機関の始動時の燃料供給に関する技術（以下、従来技術という）である。特許文献１にも記載されているように、多気筒内燃機関を始動させるためには必ずしも全気筒に燃料を供給する必要はなく、一部の気筒への燃料供給を停止しても内燃機関を始動させることは可能である。一部の気筒への燃料供給を停止して始動を行えば、始動時に排出される未燃ＨＣを大幅に低減することが可能になる。上記従来技術は、このような知見に基づいてなされた発明であって、始動時の気筒判別の結果に基づいて燃料供給を行う気筒と燃料供給を停止すべき気筒とを決定し、その決定に従って各気筒に対する燃料供給を制御するようにされている。より具体的には、上記従来技術では、始動時の水温に応じて気筒間の燃料供給のパターンが決定される。燃料供給のパターンは水温の高低に応じて複数用意されていて、高水温に対応するパターンでは燃料供給を停止する気筒数は多く、低水温に対応するパターンでは燃料供給を停止する気筒数は少なく設定されている。始動が完了した後（機関回転速度が４００ｒｐｍを超えた場合）は、すべての気筒に対して燃料供給が行われる。

日本特開平８−３３８２８２号公報 日本特開２００４−２７０４７１号公報 日本特開２００７−２８５２６５号公報

上記従来技術では、始動当初から燃料供給を行う気筒に対しては、その最初の燃料供給において多量の燃料を供給する。一方、燃料供給を停止していた気筒への燃料供給を開始する場合には、その気筒（以下、遅延気筒と称する。）への燃料供給量は、当初から燃料を供給していた気筒の最初の燃料供給量と比べ、少なくされる。

遅延気筒の最初の燃料供給量を低減することができるのは、次のような理由による。遅延気筒では、燃料供給が開始する前の期間に、燃焼を伴わない空圧縮が行われるが、その空圧縮によって筒内温度が上昇する。また、遅延気筒での燃料供給が開始する前の期間に機関回転速度が上昇するので、それに伴って吸気管内には負圧が発生する。これらのことから、遅延気筒の最初の燃料供給時には、燃料の気化が促進される環境が作り出される。このため、遅延気筒に最初に供給する燃料の量は少なくて済むことになる。よって、未燃ＨＣの排出を更に低減することができる。

上記従来技術では、機関回転速度が所定値（４００ｒｐｍ）を超えたことを基準として始動の完了を判定し、始動が完了した場合には、遅延気筒に対する燃料供給を開始し、全気筒運転に移行する。しかしながら、本発明者らの研究によれば、このような方法で遅延気筒に対する燃料供給の開始タイミングを決めた場合には、必ずしも、未燃ＨＣの排出量を十分に低減することができない。すなわち、上記従来技術には、改良の余地がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の始動に伴う未燃ＨＣの排出を抑えることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
多気筒内燃機関が始動されるときに、当初は一部の気筒に対してのみ燃料を供給し、それ以外の気筒である遅延気筒に対する燃料供給を遅れて開始する燃料供給制御手段と、
前記内燃機関の代表温度を取得する代表温度取得手段と、
前記遅延気筒が最初に燃焼するサイクルが開始するタイミングでの機関回転速度である遅延気筒開始回転速度と、機関始動の際に前記内燃機関から出るＨＣ量であるエンジン出ガスＨＣ量の予測値との関係を、少なくとも前記代表温度を含む所定のパラメータに基づいて算出するエンジン出ガスＨＣ量予測手段と、
前記エンジン出ガスＨＣ量予測手段により算出された関係に基づいて、前記遅延気筒開始回転速度の目標値である目標回転速度を算出する目標回転速度算出手段と、
を備え、
前記燃料供給制御手段は、前記遅延気筒開始回転速度が前記目標回転速度付近となるように、前記遅延気筒に対する燃料供給を開始するタイミングを決定することを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記燃料供給制御手段は、所定の期限を過ぎる場合には、機関回転速度にかかわらず、前記遅延気筒に対する燃料供給を強制的に開始することを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記所定のパラメータと、前記目標回転速度とに基づいて、前記期限内において予定される前記内燃機関全体での燃焼の数を補正する燃焼数補正手段を更に備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関に供給される燃料のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段を更に備え、
前記所定のパラメータに前記アルコール濃度が含まれることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記目標回転速度算出手段は、前記関係において前記エンジン出ガスＨＣ量の予測値の傾きが急変する部分の遅延気筒開始回転速度を前記目標回転速度とすることを特徴とする。

第１の発明によれば、遅延気筒に対する燃料供給を開始するタイミングを、内燃機関の代表温度を含む所定のパラメータに基づいて制御することにより、始動時に排気通路の末端（テールパイプ）から大気中に排出される未燃ＨＣの量を確実に低減することができる。

第２の発明によれば、始動時に内燃機関の振動の大きい状態が長く続くことを確実に防止することができる。

第３の発明によれば、始動時に内燃機関の振動の大きい状態が長く続くことを防止することと、大気中に排出される未燃ＨＣの量を低減することとの両方をより確実に達成することができる。

第４の発明によれば、アルコールを含有する燃料を使用可能な内燃機関において、種々のアルコール濃度の燃料が使用される場合においても、上記効果を確実に得ることができる。

第５の発明によれば、始動時に大気中に排出される未燃ＨＣの量をより確実に低減することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 機関始動時に燃料噴射を実施する気筒と実施しない気筒の一例を示す図である。 遅延期間の長さと、機関始動に伴う未燃ＨＣ排出量との関係を説明するための図である。 遅延期間の長さと、遅延気筒開始回転速度との関係を示す図である。 機関始動の際の積算テールＨＣ量と、遅延期間の長さとの関係を示す図である。 エンジン出ガスＨＣ量と遅延気筒開始回転速度との関係を示す図である。 遅延気筒に対する燃料供給を開始するタイミングを説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２における始動時の燃料供給制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態２においてエンジン冷却水温および目標回転速度αに基づいて燃焼数を補正するためのマップである。 本発明の実施の形態３におけるエンジンの排気系の構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態４におけるエンジンの排気系の構成を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１（以下、単にエンジンという）を備えている。エンジン１は、８個の気筒を有するＶ型８気筒の４ストロークレシプロエンジンである。以下の説明では、各気筒の番号を＃１〜＃８と表す。また、このエンジン１は、各気筒に点火プラグ（図示せず）を備える火花点火式のエンジンである。エンジン１は、１００％ガソリンを燃料として運転可能であり、また、ガソリンとアルコール（エタノール、メタノールなど）とを混合したアルコール含有燃料によっても運転可能になっている。なお、本発明におけるエンジンの気筒数および気筒配置は、Ｖ型８気筒に限定されるものではなく、例えば直列６気筒、Ｖ型６気筒、Ｖ型１０気筒、Ｖ型１２気筒などであってもよい。

各気筒とサージタンク３とは吸気枝管４によって接続されている。サージタンク３と各吸気枝管４とを総称して吸気管という。各吸気枝管４には燃料インジェクタ６が取付けられている。各燃料インジェクタ６は、対応する気筒の吸気ポート内に向けて燃料を噴射する。サージタンク３は、吸気ダクト７を介してエアクリーナ（図示せず）に連結されている。吸気ダクト７内にはスロットル８が配置されている。一方、エンジン１の排気側には、そのバンク毎に排気マニホールド５が設けられている。各排気マニホールド５には排気通路（図示せず）が接続されている。排気通路には、排気ガスを浄化するための排気浄化触媒（図示せず）が配置されている。

本実施形態のシステムは、更に、各種のセンサと、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０とを備えている。センサとしては、サージタンク３内の圧力（吸気管圧）を検出する吸気管圧センサ２０と、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ２１と、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ２２と、気筒判別センサ２３と、エンジン１の吸入空気量を検出するエアフローメータ２４と、エンジン１に供給される燃料のアルコール濃度を検出する燃料性状センサ２５とが設けられている。これらの各種センサは、ＥＣＵ１０に電気的に接続されている。ＥＣＵ１０は、各種センサからの信号に基づき、燃料インジェクタ６を含む各種アクチュエータの動作を制御する。また、本実施形態のシステムは、エンジン１の始動時にエンジン１のクランク軸を回転駆動する、セルモータ等の始動装置（図示せず）を備えている。

エンジン１の始動時において、燃料インジェクタ６から噴射された燃料の気化のし易さは、吸気ポートの温度に大きく影響される。吸気ポートの温度は、通常、エンジン冷却水温とほぼ同じである。このため、本実施形態では、水温センサ２１で検出されるエンジン冷却水温をエンジン１の代表温度として用いることとする。ただし、本発明において、エンジン１の代表温度として用いる温度は、エンジン冷却水温に限定されるものではない。例えば、吸気ポート温度をセンサにより直接に検出し、その検出された吸気ポート温度をエンジン１の代表温度として用いてもよい。

燃料性状センサ２５は、燃料タンクから燃料インジェクタ６までの燃料供給経路の何れかの箇所に設置される。燃料性状センサ２５は、光学式、静電容量式など、公知の各種のものを用いることができる。本実施形態では、この燃料性状センサ２５によって燃料のアルコール濃度を直接に検出するが、本発明において燃料のアルコール濃度を取得する方法は燃料性状センサ２５を用いる方法に限定されるものではない。例えば、空燃比フィードバック制御における学習値から燃料のアルコール濃度を検出（推定）するようにしてもよい。すなわち、ガソリンとアルコールとでは理論空燃比の値が異なるので、アルコール含有燃料の理論空燃比の値は、そのアルコール濃度に応じて異なる。このため、エンジン１の排気通路に設けられた空燃比センサ（図示せず）の信号をフィードバックすることによって学習される理論空燃比の値に基づいて、燃料のアルコール濃度を取得することが可能である。

ＥＣＵ１０は、エンジン１が始動されるとき、当初は一部の気筒に対してのみ燃料インジェクタ６から燃料を供給し、それ以外の気筒（以下、「遅延気筒」と称する）に対する燃料インジェクタ６からの燃料供給を遅れて開始するように制御する。図２は、機関始動時に燃料噴射を実施する気筒と実施しない気筒の一例を示す図である。図２に示すように、本実施形態のエンジン１の点火順序は、＃１−＃８−＃７−＃３−＃６−＃５−＃４−＃２であるものとする。図２に示す例では、＃１、＃４、＃６、＃７の４個の気筒に対しては機関始動当初（１サイクル目）から燃料を噴射している。そして、＃２、＃３、＃５、＃８の４個の気筒を遅延気筒としている。図２に示す例では、このように遅延気筒を選ぶことにより、遅延気筒に対する燃料供給を開始する前の期間においても燃焼間隔が等間隔となるので、振動を確実に抑制することができ、好ましい。ただし、遅延気筒の数は、４個に限定されるものではない。また、エンジン冷却水温等の条件に応じて遅延気筒の数を増減してもよい。

図２に示す例では、機関始動時の１サイクル目においては、＃８、＃３、＃５、＃２の燃料噴射を不実施（噴射カット）としている。２サイクル目においては、遅延気筒のうち、＃８および＃３の燃料噴射を不実施（噴射カット）とし、＃５および＃２については燃料噴射を実施している。すなわち、図２に示す例では、２サイクル目の＃５から、遅延気筒に対する燃料噴射が開始され、以後は全気筒に対して燃料噴射を実施する。以下の説明では、遅延気筒に対する燃料噴射が開始されるまでの期間を「遅延期間」と称する。遅延期間は、次のように、サイクル数で表すことができる。エンジン１は、８気筒であるので、サイクル数は１／８刻みで数えることができる。図２に示す例では、２サイクル目の＃５に対する燃料噴射が、遅延気筒に対する燃料噴射の開始であるので、その１つ前の燃料噴射、すなわち２サイクル目の＃６までが遅延期間に相当する。２サイクル目の＃６は、２サイクル目の中で点火順序が５番目である。したがって、図２に示す例では、遅延期間は、（１＋５／８）サイクルである。

本実施形態では、すべての遅延気筒が１回の燃焼を終えた時点を、エンジン１の始動の完了と呼ぶことにする。すなわち、エンジン１の全気筒が少なくとも１回の燃焼を終えた時点が機関始動の完了となる。機関始動が完了するまでの期間においては、各気筒に対する燃料噴射のタイミングは、吸気弁が開く前までに燃料噴射が終了するように制御することが望ましい。燃料インジェクタ６から噴射された燃料が直接に気筒内に入ると、燃料が十分に微粒化されないまま点火に至り、未燃ＨＣ（未燃燃料成分）の排出量が多くなり易い。これに対し、吸気弁が開く前までに燃料噴射を終了すれば、燃料インジェクタ６から噴射された燃料が直接に気筒内に入ることを確実に防止することができる。このため、気筒内に入る燃料を確実に微粒化することができるので、未燃ＨＣの排出量を低減することができる。

本発明者らは、エンジン１の始動に伴う大気中への未燃ＨＣの排出量を低減するべく鋭意研究を重ねた結果、遅延気筒が最初の燃焼サイクルを開始するタイミング（すなわち遅延期間の長さ）によって、大気中への未燃ＨＣの排出量に大きな変化が出ることを見出した。

図３は、遅延期間の長さと、エンジン１の始動に伴う未燃ＨＣ排出量との関係を説明するための図である。なお、図３（後述する図４および図５も含む）において、遅延期間がゼロとは、機関始動当初から全気筒に燃料を供給する場合を意味するものとする。図３中のＡで示すグラフは、エンジン１の始動の際にエンジン１から排出される未燃ＨＣの総量（以下、「エンジン出ガスＨＣ量」と称する）を示している。このエンジン出ガスＨＣ量は、排気浄化触媒で浄化される前のＨＣ量である。本実施形態では、エンジン出ガスＨＣ量とは、エンジン１の始動が完了するまでの間、または始動から所定時間が経過するまでの間にエンジン１から排出される未燃ＨＣの総量を意味するものとする。このグラフが示すように、エンジン出ガスＨＣ量は、遅延期間を長くするほど、少なくなる。これは、次のような理由によるものである。

エンジン出ガスＨＣ量は、遅延気筒が最初に燃焼するサイクルが開始するタイミングでの機関回転速度（以下「遅延気筒開始回転速度」と称する）に大きく影響される。「遅延気筒が最初に燃焼するサイクルが開始するタイミング」とは、図２に示す例で言えば、２サイクル目の＃５の吸気弁が開くタイミングに相当する。遅延気筒開始回転速度が高いほど、遅延気筒の最初の燃焼サイクルの吸気行程において、ピストンスピードが高いので、吸気弁を通過する空気の流速（以下、「吸気弁周辺流速」と称する）が速くなる。このため、吸気ポートの壁面や吸気弁に付着した燃料の気化が促進される。また、遅延気筒開始回転速度が高いほど、遅延気筒の最初の燃焼サイクルにおいて、気筒内に流入した混合気によって形成されるタンブル（縦渦）が強くなる。このようなことから、遅延気筒開始回転速度が高いほど、燃焼を開始する遅延気筒において、燃料の気化が促進されるとともに、強いタンブルによって燃焼が改善されることとなるので、未燃ＨＣ排出量が少なくなる。よって、エンジン出ガスＨＣ量も低減する。逆に、遅延気筒開始回転速度が低いほど、遅延気筒から排出される未燃ＨＣが多くなるので、エンジン出ガスＨＣ量も増加する。

図４は、遅延期間の長さと、遅延気筒開始回転速度との関係を示す図である。図４において、遅延期間の長さがゼロのときの遅延気筒開始回転速度（２００ｒｐｍ）は、始動装置によるクランク軸の回転速度を意味する。遅延期間中は、遅延気筒以外の気筒が燃焼して発生するトルクにより、機関回転速度が上昇していく。このため、図４に示すように、遅延期間を長くするほど、遅延気筒開始回転速度は高くなる。このため、図３中のＡのグラフが示すように、遅延期間を長くするほど、エンジン出ガスＨＣ量が少なくなる。逆に、遅延期間が短いほど、エンジン出ガスＨＣ量は多くなる。

このように、遅延期間を長くするほど、エンジン出ガスＨＣ量を低減することができる。しかしながら、遅延期間中は、遅延気筒以外の気筒しか燃焼運転していないので、全気筒が燃焼運転している場合と比べて、排気浄化触媒に供給される熱エネルギーが小さくなる。このため、遅延期間を長くするほど、排気浄化触媒の暖機が遅れる。排気浄化触媒の暖機が遅れると、排気浄化触媒で浄化されるＨＣの量が低下するので、排気通路末端のテールパイプから大気中に排出されるＨＣの量（以下、「テールＨＣ量」と称する）は増加する。図３中のＢは、排気浄化触媒の暖機の遅れによるテールＨＣ量の増加幅の傾向を表すグラフである。このグラフが示すように、遅延期間を長くするほど、排気浄化触媒の暖機の遅れによるテールＨＣ量の増加幅が大きくなる傾向がある。

大気汚染を抑制する上では、エンジン出ガスＨＣ量より、テールＨＣ量が重要である。図５は、エンジン１の始動の際（例えば機関始動から２０秒が経過するまでの間）の積算テールＨＣ量と、遅延期間の長さとの関係を示す図である。エンジン１の始動の際の積算テールＨＣ量（以下、単に「積算テールＨＣ量」と称する）と遅延期間との関係は、図３に基づいて説明した理由により、図５のような傾向を示す。すなわち、ある限度までは、遅延期間を長くするほど、積算テールＨＣ量は低下する。これは、遅延期間を長くすることによるエンジン出ガスＨＣ量の低下の影響によるものである。しかしながら、その限度を超えて遅延期間を長くすると、逆に、積算テールＨＣ量は増加する。これは、遅延期間を長くすることによる排気浄化触媒の暖機の遅れの影響である。このように、積算テールＨＣ量と遅延期間との関係においては、積算テールＨＣ量を極小とするような遅延期間が存在する。

図５に示す例では、遅延期間が１．２５〜１．５サイクルのときに、積算テールＨＣ量が極小となっているので、最適な遅延期間は１．２５〜１．５サイクルとなる。しかしながら、機関始動時のエンジン冷却水温や燃料のアルコール濃度等の条件が異なる場合には、燃料の気化のし易さが異なるため、積算テールＨＣ量が極小となるような最適な遅延期間は異なった値となる。

図５に示す例において遅延期間が１．２５〜１．５サイクルのときに積算テールＨＣ量が極小となっている理由は、次のように説明することができる。図３中のＡで示すエンジン出ガスＨＣ量のグラフには、傾きが急変する点（以下、「傾き変化点」と称する）が現れる。この傾き変化点の位置は、積算テールＨＣ量が極小となる位置とほぼ一致する。傾き変化点までの範囲では、エンジン出ガスＨＣ量の低下の傾きが急であるのに対し、傾き変化点より先の範囲ではエンジン出ガスＨＣ量の低下の傾きが緩やかになる。このため、傾き変化点までの範囲では、遅延期間を長くすることによるエンジン出ガスＨＣ量の低下が大きく影響する。これに対し、傾き変化点より先の範囲では、遅延期間を長くすることによるエンジン出ガスＨＣ量の低下の影響が小さくなり、遅延期間を長くすることによる排気浄化触媒の暖機の遅れの影響が相対的に大となる。このようなことから、傾き変化点とほぼ同じ位置で、積算テールＨＣ量が極小となるのである。

図３中のＡで示すエンジン出ガスＨＣ量のグラフに傾き変化点が生ずる理由は、図４に示す遅延気筒開始回転速度のグラフに傾き変化点が現れるからである。前述したように、遅延気筒開始回転速度が高いほどエンジン出ガスＨＣ量は低減し、遅延気筒開始回転速度が低いほどエンジン出ガスＨＣ量は増加する。このため、図４に示す遅延気筒開始回転速度のグラフに傾き変化点が現れることにより、図３中のＡで示すエンジン出ガスＨＣ量のグラフに傾き変化点が生ずる。機関始動時のエンジン冷却水温や燃料のアルコール濃度等の条件が異なる場合には、燃料の気化のし易さが異なるため、１回の燃焼で発生するトルクの大きさが異なる。このため、機関始動時の機関回転速度の上昇の傾きも変化する。よって、図４に示す遅延気筒開始回転速度のグラフに現れる傾き変化点の位置は、機関始動時のエンジン冷却水温や燃料のアルコール濃度等の条件によって異なる。したがって、図３中のＡで示すエンジン出ガスＨＣ量のグラフに現れる傾き変化点の位置も、機関始動時のエンジン冷却水温や燃料のアルコール濃度等の条件によって異なる。しかしながら、図３中のＡで示すエンジン出ガスＨＣ量のグラフに現れる傾き変化点の付近が、図５のような積算テールＨＣ量のグラフにおいて積算テールＨＣ量を極小とする位置であることは、機関始動時のエンジン冷却水温や燃料のアルコール濃度等の条件にかかわらず成立する。

図６は、エンジン出ガスＨＣ量と遅延気筒開始回転速度との関係を示す図である。図６に示すグラフにも、図３中のＡで示すエンジン出ガスＨＣ量のグラフの傾き変化点に対応する傾き変化点が現れる。図６に示すように、この傾き変化点に対応する遅延気筒開始回転速度をαとする。遅延気筒に対する燃料供給を開始する際に、遅延気筒開始回転速度がα付近となるように制御すれば、図３のエンジン出ガスＨＣ量のグラフの傾き変化点の位置に遅延期間を一致させることと同等であるので、積算テールＨＣ量を極小とすることができる。そこで、本実施形態では、上記αを目標回転速度とし、機関回転速度が目標回転速度α以上となったタイミングで、遅延気筒が最初の燃焼サイクルを開始するように、遅延気筒に対する燃料供給の開始を制御することとした。

図７は、遅延気筒に対する燃料供給を開始するタイミングを説明するための図である。横軸の「噴射カット回数」とは、遅延気筒に対する噴射カットの回数を示す。すなわち、図２に示す例で言えば、１サイクル目の＃８が１回目の噴射カットであり、＃３が２回目の噴射カットであり、＃５が３回目の噴射カットであり、＃２が４回目の噴射カットである。そして、２サイクル目の＃８が５回目の噴射カットであり、＃３が６回目の噴射カットである。縦軸の「機関回転速度」とは、各回の噴射カットに対応するサイクルで吸気弁が開くタイミングでの機関回転速度である。図７に示す例では、６回目の噴射カットに対応する機関回転速度が目標回転速度α以上となっている。このため、この回からは、遅延気筒の噴射カットを止め、遅延気筒に対する燃料噴射を開始する。すなわち、図２に示す例で言えば、６回目の噴射カットの予定であった＃３以降は、全気筒に対して燃料インジェクタ６から燃料を供給する。

図８は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ１０が実行するルーチンのフローチャートである。図８に示すルーチンによれば、まず、エンジン１の始動が要求されているか否かが判定される（ステップ１００）。エンジン１の始動が要求されている場合には、まず、水温センサ２１によって検出されるエンジン冷却水温の値と、燃料性状センサ２５によって検出される燃料のアルコール濃度の値とがそれぞれ取得される（ステップ１０２）。続いて、その取得されたエンジン冷却水温およびアルコール濃度の値に基づいて、エンジン出ガスＨＣ量の予測値と、遅延気筒開始回転速度との関係が算出される（ステップ１０４）。

ステップ１０４で算出される関係は、図６のようなマップで表される。エンジン冷却水温が高い場合ほど、燃料が気化し易いので、未燃ＨＣの排出量は少なくなる。このため、エンジン冷却水温が高い場合ほど、エンジン出ガスＨＣ量は少なくなるので、上記マップの曲線は下方に移行する傾向がある。逆に、エンジン冷却水温が低い場合ほど、エンジン出ガスＨＣ量が多くなるので、上記マップの曲線は上方に移行する傾向がある。また、低温時には、燃料のアルコール濃度が高いほど、燃料が気化しにくく、未燃ＨＣの排出量が多くなる。このため、アルコール濃度が高い場合ほど、エンジン出ガスＨＣ量が多くなるので、上記マップの曲線は上方に移行する傾向がある。ＥＣＵ１０には、これらの傾向に関する情報が予め記憶されている。このステップ１０４では、その情報と、ステップ１０２で取得されたエンジン冷却水温およびアルコール濃度の値とに基づいて、図６のようなエンジン出ガスＨＣ量の予測値のマップ（以下、「エンジン出ガスＨＣ量予測マップ」と称する）が算出される。

また、エンジン出ガスＨＣ量は、吸入空気量が多い場合ほど、少なくなる。これは、吸入空気量が多い場合ほど、吸気弁周辺流速が速くなり、吸気ポートの壁面や吸気弁に付着した燃料の気化が促進されるためである。上記ステップ１０４では、このことを考慮して、吸気管圧センサ２０あるいはエアフローメータ２４で検出される吸入空気量に応じて、エンジン出ガスＨＣ量の予測値のマップを更に補正してもよい。始動時の吸入空気量が毎回ほぼ一定である場合には、この補正は行わなくてもよい。

上記ステップ１０４の処理に続いて、目標回転速度αが算出される（ステップ１０６）。ここでは、上記ステップ１０４で算出されたエンジン出ガスＨＣ量予測マップの傾き変化点における遅延気筒開始回転速度の値が、目標回転速度αとして設定される。傾き変化点を特定する方法としては、例えば、エンジン出ガスＨＣ量予測マップにおいて、２階微分値が最大となる点を傾き変化点として特定することができる。

続いて、エンジン１の始動が実行される（ステップ１０８）。このステップ１０８では、次のような処理がなされる。まず、エンジン１が始動装置によりクランキングされる。また、気筒判別センサ２３の信号に基づいて気筒判別がなされ、遅延気筒以外の気筒に対し燃料インジェクタ６により燃料供給が行われる。遅延気筒とする気筒群は、予め定められていてもよいし、気筒判別の結果に基づいて決定してもよい。気筒判別の結果に基づいて遅延気筒を決定する場合には、例えば、次のようにすればよい。気筒判別の結果、最先に燃焼可能な気筒と、この気筒から点火順序が一つ置きとなるような気筒を燃料供給の対象とし、それ以外の気筒を遅延気筒とする。

始動が実行され、燃料が噴射された気筒で燃焼がなされると、機関回転速度が上昇していく。ＥＣＵ１０は、機関回転速度が上記ステップ１０６で算出された目標回転速度α以上となったタイミングで遅延気筒の最初の燃焼サイクルが開始するように、遅延気筒に対する燃料供給を開始する（ステップ１１０）。より詳細には、例えば次のような制御を行う。まず、ステップ１０２で取得されたエンジン冷却水温およびアルコール濃度の値に基づいて、始動時の機関回転速度の上昇を予測するための図７のようなマップ（以下、「機関回転速度予測マップ」と称する）が次のようにして算出される。エンジン冷却水温が高い場合ほど、燃料が気化し易いため、気筒内で燃焼する燃料の量が多くなる。このため、エンジン冷却水温が高い場合ほど、１回の燃焼で発生するトルクが大きくなるので、機関回転速度の上昇速度が速くなる傾向がある。すなわち、エンジン冷却水温が高い場合ほど、機関回転速度予測マップの傾斜が急になる傾向がある。逆に、エンジン冷却水温が低い場合ほど、機関回転速度の上昇速度が遅くなるので、機関回転速度予測マップの傾斜が緩やかになる傾向がある。また、低温時には、燃料のアルコール濃度が高いほど、燃料が気化しにくく、１回の燃焼で発生するトルク小さくなる傾向がある。このため、アルコール濃度が高い場合ほど、機関回転速度予測マップの傾斜が緩やかになる傾向がある。ＥＣＵ１０には、これらの傾向に関する情報が予め記憶されている。その情報と、ステップ１０２で取得されたエンジン冷却水温およびアルコール濃度の値とに基づいて、機関回転速度予測マップが算出される。続いて、この算出された機関回転速度予測マップに、上記ステップ１０６で算出された目標回転速度αを当てはめることにより、図７について説明したのと同様にして、機関回転速度が目標回転速度α以上となるような噴射カット回数を求める。そして、機関回転速度が目標回転速度α以上となる回からは、遅延気筒の噴射カットを止め、遅延気筒に対して燃料噴射を開始する。すなわち、これ以後は、全気筒に対して燃料噴射を行う。以上のような制御によれば、機関回転速度が目標回転速度α以上となった場合に遅延気筒が直ちに最初の燃焼サイクルを開始することが実現される。これにより、積算テールＨＣ量（すなわち、エンジン１の始動によって大気中に排出される未燃ＨＣの量）が極小値付近となるので、積算テールＨＣ量を確実に低減することができる。

なお、ステップ１１０では、上記の制御に代えて、次のように制御してもよい。本実施形態では、始動時においては、吸気弁が開く前までに燃料インジェクタ６からの燃料噴射が終了するように制御する。このため、気筒毎に、吸気弁が開くよりも前の所定のタイミング（例えば、前のサイクルの排気行程の途中）が、燃料噴射セットタイミングとして設定されている。その気筒に対して燃料噴射を実行するかどうかは、この燃料噴射セットタイミング以前に決定することが必要である。燃料噴射セットタイミングから吸気弁が開くまでの間に機関回転速度が上昇する幅の予測値をδとする。燃料噴射セットタイミングから吸気弁が開くまでの間は僅かな時間であり、その間の機関回転速度の上昇幅はそれほど大きくない。このため、δの値は、予め設定した固定値とすればよい。ただし、機関回転速度の上昇速度は、前述したようにエンジン冷却水温や燃料のアルコール濃度に影響されるので、精度をより高める場合には、それらの値に応じてδを補正するようにしてもよい。本制御においては、各遅延気筒の燃料噴射セットタイミングの直前に、クランク角センサ２２により検出される実際の機関回転速度ＮＥを取得し、次式の成否を判断する。
ＮＥ≧α−δ ・・・（１）

上記（１）式が不成立である場合には、この遅延気筒の吸気弁が開くタイミングでの機関回転速度は目標回転速度αに達しないと予測できる。このため、この場合には、この遅延気筒への燃料噴射を見送る。すなわち、遅延気筒に対する燃料供給をまだ開始しない。これに対し、上記（１）式が成立している場合には、この遅延気筒の吸気弁が開くタイミングでの機関回転速度は目標回転速度α以上になると予測できる。そこで、この場合には、この遅延気筒への燃料噴射を実行する。すなわち、遅延気筒に対する燃料供給を開始する。以上のような制御では、実際に検出された機関回転速度ＮＥに基づいて、遅延気筒に対する燃料供給を開始するかどうかを決定することができる。このため、機関回転速度が目標回転速度α以上となった場合に遅延気筒が直ちに最初の燃焼サイクルを開始することを、より高い精度で実現することができる。

なお、本実施形態では、開始回転速度が目標回転速度α以上となるように制御しているが、本発明では必ずしもこのように制御する必要はない。例えば、開始回転速度と目標回転速度αとの差が所定の基準値より小さくなるように遅延気筒に対する燃料供給の開始タイミングを制御するようにしてもよい。このような場合には、開始回転速度が目標回転速度α未満となってもよい。

また、上述した実施の形態１においては、水温センサ２１が前記第１の発明における「代表温度取得手段」に、燃料性状センサ２５が前記第４の発明における「アルコール濃度取得手段」に、また、ＥＣＵ１０が、図８のルーチンの処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料供給制御手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「エンジン出ガスＨＣ量予測手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１および前記第５の発明における「目標回転速度算出手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図９および図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。

前述した実施の形態１の制御では、開始回転速度が目標回転速度α以上となるように制御しているので、機関回転速度の上昇速度が遅い場合ほど、遅延期間が長くなる。遅延期間中は、一部の気筒のみが燃焼するので、全気筒運転時と比べて燃焼間隔が長くなる。その結果、全気筒運転時と比べて、回転変動が大きくなり、エンジン１の振動が出易い。このため、遅延期間が長くなり過ぎると、振動の大きい状態が長く続くこととなり、好ましいことではない。そこで、本実施形態では、遅延気筒に対する燃料供給を開始する期限（以下、「開始期限」と称する）を予め設定し、この開始期限を過ぎる場合には、機関回転速度にかかわらず、遅延気筒に対する燃料供給を強制的に開始することとする。

図９は、本実施形態における始動時の燃料供給制御を説明するための図である。開始期限は、サイクル数で設定される。図９に示す例では、開始期限を（１＋５／８）サイクルに設定している。２サイクル目の＃５は、この開始期限を過ぎることとなる。このため、この例の場合には、２サイクル目の＃５以降は、機関回転速度にかかわらず、遅延気筒に対する燃料供給を強制的に開始し、全気筒運転を行う。本実施形態において、ＥＣＵ１０は、前述した実施の形態１の図８のルーチンの制御を行うとともに、開始期限までに遅延気筒に対する燃料供給を開始していない場合には、開始期限以降、遅延気筒に対する燃料供給を強制的に開始するように制御する。このような制御によれば、開始期限以降は強制的に全気筒運転がなされるので、始動時にエンジン１の振動の大きい状態が長く続くことを確実に防止することができる。

ただし、開始期限によって遅延気筒に対する燃料供給を強制的に開始した場合には、開始回転速度が目標回転速度αに達していないので、遅延気筒の最初の燃焼サイクルで発生する未燃ＨＣ量が増える。その結果、始動時の積算テールＨＣ量が増加する。このため、遅延気筒に対する燃料供給が開始期限によって強制的に開始されるような事態は、なるべく回避されることが理想である。この理想を実現するため、本実施形態では、次のような制御を併せて行うようにしてもよい。

前述したように、始動時のエンジン冷却水温が低い場合や、燃料のアルコール濃度が高い場合には、機関回転速度の上昇速度が遅くなる傾向がある。また、機関回転速度の上昇速度が同じであっても、目標回転速度αが高い場合には、機関回転速度が目標回転速度αに達するまでに時間がかかる。これらの場合には、開始期限までに機関回転速度が目標回転速度αに達しない可能性が高いと予測することができる。そこで、これらの場合には、開始期限内において予定されるエンジン１全体での燃焼の数（以下、「燃焼数」と称する）を増やすことにより、機関回転速度の上昇を促進する。

図１０は、エンジン冷却水温および目標回転速度αに基づいて燃焼数を補正するためのマップである。図１０に示すマップでは、燃焼数を２増やす領域と、燃焼数を１増やす領域と、燃焼数を増減しない領域と、燃焼数を１減らす領域とが設定されている。本実施形態では、図８のステップ１０８でエンジン１の始動を実行する場合に、ステップ１０２で取得されるエンジン冷却水温と、ステップ１０６で算出される目標回転速度αとを図１０に示すマップに当てはめることにより、燃焼数が補正される。例えば、エンジン冷却水温が０℃であり、目標回転速度αが図１０中に示す値であった場合には、これらで規定される点Ａは、燃焼数を１増やす領域に入る。このため、この場合には、燃焼数を１増やすことが決定される。図９に示す例の場合には、通常は、開始期限までに、７回の燃焼（○の数）と、６回の噴射カットとが予定されている。燃焼数を１増やす場合には、この６回の噴射カットのうちの何れか一つを燃料噴射実行に変えればよい。このようにして開始期限内の燃焼数を増やす場合、予定される複数回の噴射カットのうちの何れを燃料噴射実行に変えてもよいが、予定される複数回の噴射カットのうちの最後のものから順に燃料噴射実行に変えることが望ましい。図９に示す例で言えば、燃焼数を１増やす場合には、２サイクル目の＃３の噴射カットを燃料噴射実行に変えることが望ましい。前述したように、気筒が燃焼を行う場合には、機関回転速度が高いほど、吸気弁周辺流速が速く、またタンブルが強いので、燃料の気化や燃焼の改善が促進され、未燃ＨＣの排出量が低減する。このため、開始期限内の燃焼数を増やす場合、なるべく後の方に燃焼を追加した方が、追加した燃焼のときの機関回転速度が高くなるので、追加した燃焼による未燃ＨＣの排出量が低減できるからである。

図１０に示すマップによれば、エンジン冷却水温が低い場合ほど燃焼数を増やし、また、目標回転速度αが高い場合ほど燃焼数を増やすことができる。このため、エンジン冷却水温が低い場合や、目標回転速度αが高い場合には、機関回転速度の上昇を促進することができるので、これらの場合であっても開始期限までに機関回転速度が目標回転速度αに到達できるようにすることができる。このため、始動時の積算テールＨＣ量を確実に低減することができる。

また、図１０に示すマップによれば、エンジン冷却水温が高い場合や目標回転速度αが低い場合には、燃焼数を減らすことができる。エンジン冷却水温が高い場合や目標回転速度αが低い場合には、機関回転速度が目標回転速度αに到達するまでに要する時間が短く、開始期限までに余裕があると予測できる。このような場合には、燃焼数を減らしても、開始期限までに機関回転速度が目標回転速度αに到達することができると判断できる。そこで、このような場合に燃焼数を減らすことにより、始動時の積算テールＨＣ量を更に低減することが可能となる。

以上では、エンジン冷却水温と目標回転速度αとに基づいて燃焼数を補正する場合について説明したが、燃料のアルコール濃度に基づいて燃焼数を更に補正するようにしてもよい。すなわち、アルコール濃度が高い場合には、アルコール濃度が低い場合に比して、燃焼数が多くなるように補正してもよい。

上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ１０が、図１０に示すマップに基づいて燃焼数を補正することにより前記第３の発明における「燃焼数補正手段」が実現されている。

実施の形態３．
次に、図１１を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。

図１１は、本実施形態のエンジン１の排気系の構成を説明するための図である。図１１に示すように、本実施形態では、図中で左側のバンクにおいては、＃１と＃７とが排気マニホールド５１を共用し、＃３と＃５とが排気マニホールド５２を共用している。排気マニホールド５１，５２は、排気浄化触媒３１に接続されている。右側のバンクにおいては、＃２と＃８とが排気マニホールド５３を共用し、＃４と＃６とが排気マニホールド５４を共用している。排気マニホールド５３，５４は、排気浄化触媒３２に接続されている。各排気マニホールド５１〜５４の表面積（外表面積）を比較した場合、排気マニホールド５４の表面積が最も小さく、次いで排気マニホールド５１の表面積が小さくなっている。

本実施形態のエンジン１では、図２に示す例と同様に、＃２、＃３、＃５、＃８を遅延気筒とし、＃１、＃４、＃６、＃７に対しては始動当初から燃料を供給する。すなわち、遅延期間においては、＃１、＃４、＃６、＃７のみが燃焼する。遅延期間中、燃焼しない遅延気筒の排気弁からは、空気が排出される。遅延期間中、左バンクにおいて燃焼する＃１および＃７の排気ガス（既燃ガス）は、排気マニホールド５１を通って排気浄化触媒３１に送られる。これに対し、燃焼しない＃３および＃５から排出される空気は、排気マニホールド５２を通って排気浄化触媒３１に送られる。また、右バンクにおいては、燃焼する＃４および＃６の排気ガス（既燃ガス）は、排気マニホールド５４を通って排気浄化触媒３２に送られ、燃焼しない＃２および＃８から排出される空気は、排気マニホールド５３を通って排気浄化触媒３２に送られる。このようにして、高温の既燃ガスが低温の空気と混合することを防止することができる。このため、既燃ガスが排気マニホールド５１，５４を通過する間にＨＣの酸化（後燃え）を効率良く生じさせることができるので、高い温度のガスを排気浄化触媒３１，３２に流入させることができる。また、本実施形態では、表面積の小さい排気マニホールド５１，５４に高温の既燃ガスが通り、表面積の大きい排気マニホールド５２，５３に空気が通るようにしている。このため、高温の既燃ガスが通る排気マニホールド５１，５４からの放熱を低減することができ、既燃ガスの温度を高く維持することができる。このようなことから、本実施形態では、排気浄化触媒３１，３２の暖機を促進することができる。その結果、始動時の積算テールＨＣ量を更に低減することが可能となる。

実施の形態４．
次に、図１２を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。

図１２は、本実施形態のエンジン１の排気系の構成を説明するための図である。図１２に示すように、本実施形態では、図中で左側のバンクにおいては、＃１と＃３とが排気マニホールド５５を共用し、＃５と＃７とが排気マニホールド５６を共用している。排気マニホールド５５，５６は、排気浄化触媒３１に接続されている。右側のバンクにおいては、＃２と＃４とが排気マニホールド５７を共用し、＃６と＃８とが排気マニホールド５８を共用している。排気マニホールド５７，５８は、排気浄化触媒３２に接続されている。各排気マニホールド５５〜５８の表面積（外表面積）を比較した場合、排気マニホールド５８の表面積が最も小さく、次いで排気マニホールド５６の表面積が小さくなっている。

本実施形態のエンジン１では、＃１、＃２、＃３、＃４を遅延気筒とし、＃５、＃６、＃７、＃８に対しては始動当初から燃料を供給する。これにより、実施の形態３と同様に、高温の既燃ガスが低温の空気と混合することを防止することができる。このため、既燃ガスが排気マニホールド５６，５８を通過する間にＨＣの酸化（後燃え）を効率良く生じさせることができるので、高い温度のガスを排気浄化触媒３１，３２に流入させることができる。また、表面積の小さい排気マニホールド５６，５８に高温の既燃ガスが通り、表面積の大きい排気マニホールド５５，５７に空気が通るようにしている。このため、高温の既燃ガスが通る排気マニホールド５６，５８からの放熱を低減することができ、既燃ガスの温度を高く維持することができる。このようなことから、実施の形態３と同様に、排気浄化触媒３１，３２の暖機を促進することができる。その結果、始動時の積算テールＨＣ量を更に低減することが可能となる。

図１１に示す実施の形態３において、排気マニホールド５１，５３は、隣接していない二つの気筒に接続されている。これに対し、本実施形態では、各排気マニホールド５５〜５８は、何れも、隣接する二つの気筒に接続されている。このため、各排気マニホールド５５〜５８の取り回しを簡素化でき、製造の容易な形状とすることができる。ただし、本実施形態では、遅延期間中において、＃５、＃６、＃７、＃８が燃焼気筒となるので、燃焼間隔が等間隔とはならない。このため、遅延期間中の振動低減に関しては、実施の形態３の構成が優れる。

１ 内燃機関
３ サージタンク
４ 吸気枝管
５ 排気マニホールド
６ 燃料インジェクタ
７ 吸気ダクト
８ スロットル
１０ ＥＣＵ
２０ 吸気管圧センサ
２１ 水温センサ
２２ クランク角センサ
２３ 気筒判別センサ
２４ エアフローメータ
２５ 燃料性状センサ
３１，３２ 排気浄化触媒
５１,５２,５３，５４，５５，５６，５７，５８ 排気マニホールド

Claims (5)

1. 多気筒内燃機関が始動されるときに、当初は一部の気筒に対してのみ燃料を供給し、それ以外の気筒である遅延気筒に対する燃料供給を遅れて開始する燃料供給制御手段と、
   前記内燃機関の代表温度を取得する代表温度取得手段と、
   前記遅延気筒が最初に燃焼するサイクルが開始するタイミングでの機関回転速度である遅延気筒開始回転速度と、機関始動の際に前記内燃機関から出るＨＣ量であるエンジン出ガスＨＣ量の予測値との関係を、少なくとも前記代表温度を含む所定のパラメータに基づいて算出するエンジン出ガスＨＣ量予測手段と、
   前記エンジン出ガスＨＣ量予測手段により算出された関係に基づいて、前記遅延気筒開始回転速度の目標値である目標回転速度を算出する目標回転速度算出手段と、
   を備え、
   前記燃料供給制御手段は、前記遅延気筒開始回転速度が前記目標回転速度付近となるように、前記遅延気筒に対する燃料供給を開始するタイミングを決定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料供給制御手段は、所定の期限を過ぎる場合には、機関回転速度にかかわらず、前記遅延気筒に対する燃料供給を強制的に開始することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記所定のパラメータと、前記目標回転速度とに基づいて、前記期限内において予定される前記内燃機関全体での燃焼の数を補正する燃焼数補正手段を更に備えることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関に供給される燃料のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段を更に備え、
   前記所定のパラメータに前記アルコール濃度が含まれることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記目標回転速度算出手段は、前記関係において前記エンジン出ガスＨＣ量の予測値の傾きが急変する部分の遅延気筒開始回転速度を前記目標回転速度とすることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。

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