JP6219609B2 - エンジンの始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの始動制御装置に関する。

従来から、エンジンが始動した後、点火時期を制御することにより、例えば、アイドル回転数を安定させたり、排気浄化触媒の早期活性化を図ることが広く行われている。（例えば、特許文献１、２参照）。

ここで、特許文献１には、冷間始動時において、回転変動を抑制しつつ、機関回転数を早期に目標回転数に収束させるとともに、触媒装置の早期活性を実現可能とする内燃機関の制御装置が開示されている。この内燃機関の制御装置は、冷間始動時に、触媒装置の暖機のための点火時期遅角制御と、機関回転数を目標回転数に収束させるための点火時期による回転数フィードバック制御とが可能な内燃機関の制御装置であって、点火時期による回転数フィードバック制御の実行中に最終点火時期と遅角下限値とを対比する対比手段と、対比手段による対比の結果に基いて、点火時期による回転数フィードバック制御における目標回転数を変更する目標回転数変更手段とを備えている。この内燃機関の制御装置は、最終点火時期が遅角下限値に到達したときは目標回転数を所定数増加させ、また、最終点火時期と遅角下限値との差が所定角度進角側に超えるときには、目標回転数を所定数減少させることにより、冷間始動時において、回転変動を抑制しつつ、機関回転数を早期に目標回転数に収束させるとともに、触媒装置の早期活性を可能としている。

また、特許文献２には、内燃機関の温度が所定温度未満である時は機関回転速度が目標回転速度に一致するように点火時期をフィードバック制御し、内燃機関の温度が所定温度以上である時は点火時期を規定の目標点火時期から所定量遅角させる遅角制御を行う内燃機関の点火制御システムにおいて、内燃機関が使用される場所の標高に応じて前記所定温度を変更するようにした内燃機関の点火制御システムが開示されている。ところで、大気圧が低くなるほど燃料は気化し易くなるが、この内燃機関の点火制御システムによれば、内燃機関が使用される標高が高く（すなわち大気圧が低く）なった場合であっても、排気浄化装置の早期活性化等の効果を得ることができる。

特開２００８−１９０４２８号公報 特開２００８−２５５８７５号公報

しかしながら、エンジンがスタータモータでクランキングされているクランキング状態から、初回燃焼（初爆）が生じた後に完爆に移行し、エンジン回転数が急激に立ち上がる間（エンジン始動初期）のエンジン回転数を制御することは、上述した特許文献１や特許文献２などの技術では、考慮されていなかった。そのため、例えば、エンジンフリクションのエンジン間ばらつき（個体差）や、燃料性状（例えば蒸発のしやすさなど）のばらつき等に起因して、始動安定性の悪化や始動時のエミッションの悪化等を生じるおそれがあった。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、エンジンフリクションのエンジン間ばらつきや燃料性状のばらつきに起因するエンジン始動初期の回転上昇ばらつきを低減でき、始動安定性の向上、及び始動時のエミッションを改善することが可能なエンジンの始動制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係るエンジンの始動制御装置は、エンジンのクランクシャフトの回転位置を検出する回転位置検出手段と、回転位置検出手段により検出されたクランクシャフトの回転位置に基づいて、任意のクランク角におけるエンジン回転数である瞬時回転数を求める回転数取得手段と、次に点火される次点火気筒の圧縮上死点よりも所定角度前における瞬時回転数に基づいて、所定タイミングにおけるエンジン回転数を予測して予測回転数を求める予測回転数演算手段と、予め設定されたエンジン始動時の目標回転上昇プロフィールを記憶する記憶手段と、記憶手段により記憶されている目標回転上昇プロフィールに基づいて、所定タイミングにおける目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、エンジンの点火時期を制御する点火時期制御手段とを備え、点火時期制御手段が、エンジンが始動される際に、予測回転数演算手段により求められた予測回転数が、目標回転数設定手段により設定された目標回転数と一致するように点火時期を制御することを特徴とする。

本発明に係るエンジンの始動制御装置によれば、エンジンが始動される際に、瞬時回転数に基づいて予測される予測回転数と、目標回転上昇プロフィールに基づいて設定される目標回転数とが一致するように点火時期が制御される。そのため、エンジン始動初期において、予め設定された目標回転上昇プロフィールに沿ってエンジン回転数を上昇させることができる。その結果、エンジンフリクションのエンジン間ばらつきや燃料性状のばらつきに起因するエンジン始動初期の回転上昇ばらつきを低減でき、始動安定性の向上、及び始動時のエミッションを改善することが可能となる。

本発明に係るエンジンの始動制御装置では、点火時期制御手段が、予測回転数と目標回転数との差に基づいて、点火時期補正量を算出し、次点火気筒の点火時期を補正することが好ましい。

この場合、予測回転数と目標回転数との差に基づいて点火時期が補正されるため、遅れなくエンジン回転数を目標回転数と一致させることができる。よって、エンジン回転数を、遅れなく、目標回転上昇プロフィールに沿って上昇させることが可能となる。

本発明に係るエンジンの始動制御装置は、クランキング状態から初回燃焼が生じたか否かを検出する初回燃焼検出手段と、初回燃焼検出手段により初回燃焼が検出された後の点火回数を計数する計数手段とを備え、上記目標回転上昇プロフィールが、エンジン暖機状態と、計数手段により計数された点火回数と、エンジン回転数の回転上昇量との関係を規定した目標上昇回転数マップとして設定され、目標回転数設定手段が、計数手段により計数された点火回数に基づいて目標上昇回転数マップを検索し、取得した回転上昇量に応じて、目標回転数を設定することが好ましい。

このようにすれば、初回燃焼が検出された後、点火（燃焼）毎に目標回転数が設定される。そのため、点火毎に、エンジン回転数を目標回転数と一致するように制御することができる。よって、エンジン回転数を、遅れなくかつ精度よく、目標回転上昇プロフィールに沿って上昇させることが可能となる。

本発明に係るエンジンの始動制御装置では、上記目標上昇回転数マップが、標準的なエンジンフリクション、及び標準的な燃料性状を考慮して設定されることが好ましい。

このようにすれば、目標上昇回転数マップ（目標回転上昇プロフィール）を適切に設定することができる。

本発明に係るエンジンの始動制御装置では、回転数取得手段が、瞬時回転数に加えて、回転位置検出手段により検出されたクランクシャフトの回転位置に基づいて、所定クランク角度間の平均エンジン回転数である行程平均回転数を求め、初回燃焼検出手段が、行程平均回転数が算出される前は、瞬時回転数が、エンジン暖機状態に応じて設定されるクランキング回転数とエンジン暖機状態に応じて設定される判定閾値との加算値を超えたか否かにより初回燃焼が生じたか否かを検出し、行程平均回転数が算出された後は、瞬時回転数が、行程平均回転数と判定閾値との加算値を超えたか否かにより初回燃焼が生じたか否かを検出することが好ましい。

このようにすれば、行程平均回転数が算出される前も算出され出した後も、初回燃焼を遅れなくかつ確実に検出することができる。また、上記クランキング回転数及び判定閾値がエンジン暖機状態に応じて設定されるため、エンジン始動時のフリクションを考慮して、より精度よく初回燃焼を検出することが可能となる。

本発明に係るエンジンの始動制御装置では、点火時期制御手段が、エンジン始動時における補正前の基準点火時期をＭＢＴよりリタードした設定とすることが好ましい。

このようにすれば、基準点火時期に対して点火時期を進角補正又は遅角補正することにより、出力トルクを増加又は減少させることができる。よって、点火時期を進角させることにより出力トルクを増大して回転上昇量を増大側に調整すること、及び、点火時期を遅角させることにより出力トルクを減少して回転上昇量を減少側に調整することが可能となる。

本発明によれば、エンジンフリクションのエンジン間ばらつきや燃料性状のばらつきに起因するエンジン始動初期の回転上昇ばらつきを低減でき、始動安定性の向上、及び始動時のエミッションを改善することが可能となる。

実施形態に係るエンジンの始動制御装置が適用されたエンジンの構成を示す図である。 クランキング行程平均回転数初期値テーブル、及び、燃焼判定閾値テーブルの例を示す図である。 目標上昇回転数マップの例を示す図である。 予測回転数マップの例を示す図である。 点火時期補正量マップの例を示す図である。 エンジン始動時の瞬時回転数、行程平均回転数、予測回転数、目標回転数、及び、点火時期補正値等の変化の一例を示すタイミングチャートである。 各気筒の点火タイミング、及びエンジン回転数を算出する区間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好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

まず、図１を用いて、実施形態に係るエンジンの始動制御装置が適用されたエンジン１０の構成について説明する。図１は、エンジンの始動制御装置が適用されたエンジン１０の構成を示す図である。

エンジン１０は、例えば水平対向型の４気筒ガソリンエンジンである。エンジン１０では、エアクリーナ１６から吸入された空気が、吸気管１５に設けられた電子制御式スロットルバルブ（以下、単に「スロットルバルブ」ともいう）１３により絞られ、インテークマニホールド１１を通り、エンジン１０に形成された各気筒に吸入される。ここで、エアクリーナ１６から吸入された空気の量は、エアクリーナ１６とスロットルバルブ１３との間に配置されたエアフローメータ１４により検出される。また、インテークマニホールド１１を構成するコレクター部（サージタンク）の内部には、インテークマニホールド１１内の圧力（吸気管負圧）を検出するバキュームセンサ３０が配設されている。さらに、スロットルバルブ１３には、該スロットルバルブ１３の開度を検出するスロットル開度センサ３１が配設されている。

インテークマニホールド１１と連通する吸気ポート２２近傍には、各気筒毎に、燃料を噴射するインジェクタ１２が取り付けられている。インジェクタ１２は、燃料タンクからフィードポンプにより吸い上げられて送出された燃料を吸気ポート２２内に噴射する。また、各気筒のシリンダヘッドには混合気に点火する点火プラグ１７、及び該点火プラグ１７に高電圧を印加するイグナイタ内蔵型コイル２１が取り付けられている。エンジン１０の各気筒では、吸入された空気とインジェクタ１２によって噴射された燃料との混合気が点火プラグ１７により点火されて燃焼する。燃焼後の排気ガスは排気管１８を通して排出される。

排気管１８には、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサ１９が取り付けられている。空燃比センサ１９としては、排気空燃比をオン−オフ的に検出するＯ_２センサが用いられる。なお、空燃比センサ１９として、排気空燃比をリニアに検出することのできるリニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）を用いてもよい。

また、空燃比センサ１９の下流には排気浄化触媒２０が配設されている。排気浄化触媒２０は三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行い、排気ガス中の有害ガス成分を無害な二酸化炭素（ＣＯ_２）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）及び窒素（Ｎ_２）に清浄化するものである。

排気管１８には、エンジン１０から排出された排気ガスの一部を、エンジン１０の吸気管１５に再循環させる排気ガス再循環装置（以下「ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置」という）４０が設けられている。ＥＧＲ装置４０は、エンジン１０の排気管１８と吸気管１５とを連通するＥＧＲ配管４１、及びＥＧＲ配管４１上に介装され、排気ガス還流量（ＥＧＲ流量）を調節するＥＧＲバルブ４２を有している。ＥＧＲバルブ４２は、エンジン１０の運転状態に応じて、後述する電子制御装置５０によって開度が制御される。

上述したエアフローメータ１４、空燃比センサ１９、バキュームセンサ３０、スロットル開度センサ３１に加え、エンジン１０のカムシャフト近傍には、エンジン１０の気筒判別を行うためのカム角センサ３２が取り付けられている。また、エンジン１０のクランクシャフト１０ａ近傍には、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出するクランク角センサ３３が取り付けられている。ここで、クランクシャフト１０ａの端部には、例えば、２歯欠歯した３４歯の突起が１０°間隔で形成されたタイミングロータ３３ａが取り付けられており、クランク角センサ３３は、タイミングロータ３３ａの突起の有無を検出することにより、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出する。すなわち、クランク角センサ３３は、特許請求の範囲に記載の回転位置検出手段に相当する。カム角センサ３２及びクランク角センサ３３としては、例えば電磁ピックアップ式のものなどが用いられる。

これらのセンサは、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）５０に接続されている。さらに、ＥＣＵ５０には、エンジン１０の冷却水の温度を検出する水温センサ３４、潤滑油の温度を検出する油温センサ３５、及び、アクセルペダルの踏み込み量すなわちアクセルペダルの開度を検出するアクセルペダル開度センサ３６等の各種センサも接続されている。

ＥＣＵ５０は、演算を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ、１２Ｖバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、及び入出力Ｉ／Ｆ等を有して構成されている。また、ＥＣＵ５０は、インジェクタ１２を駆動するインジェクタドライバ、点火信号を出力する出力回路、及び、電子制御式スロットルバルブ１３を開閉する電動モータを駆動するモータドライバ等を備えている。

ＥＣＵ５０では、カム角センサ３２の出力から気筒が判別され、クランク角センサ３３の出力からエンジン回転数が求められる。また、ＥＣＵ５０では、上述した各種センサから入力される検出信号に基づいて、吸入空気量、吸気管負圧、アクセルペダル開度、混合気の空燃比、及びエンジン１０の水温や油温等の各種情報が取得される。そして、ＥＣＵ５０は、取得したこれらの各種情報に基づいて、燃料噴射量や点火時期、及び、スロットルバルブ１３等の各種デバイスを制御することによりエンジン１０を総合的に制御する。

また、ＥＣＵ５０は、エンジン１０がスタータモータでクランキングされているクランキング状態から、初回燃焼（初爆）が生じて完爆に移行し、エンジン回転数が急激に立ち上がる間（すなわちエンジン始動初期）の点火時期を調節してエンジン回転数を制御することにより、予め設定された目標回転上昇プロフィールに沿ってエンジン回転数を上昇させる。そのため、ＥＣＵ５０は、回転数取得部５１、記憶部５２、初回燃焼検出部５３、計数部５４、目標回転数設定部５５、予測回転数演算部５６、及び点火時期制御部５７を機能的に備えている。ＥＣＵ５０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムがマイクロプロセッサによって実行されることにより、回転数取得部５１、初回燃焼検出部５３、計数部５４、目標回転数設定部５５、予測回転数演算部５６、及び点火時期制御部５７の各機能が実現される。

回転数取得部５１は、クランク角センサ３３により検出されたクランクシャフト１０ａの回転位置の時間変化に基づいて、任意のクランク角におけるエンジン回転数である瞬時回転数Ｎｒｅａｌを求める。すなわち、回転数取得部５１は、特許請求の範囲に記載の回転数取得手段として機能する。本実施形態では、クランクパルス毎（例えば１０°毎）に、クランクパルス間の時間から瞬時回転数Ｎｒｅａｌを算出する構成とした。なお、例えば、ハイブリッド車などにおいて、レゾルバを備えている場合には、該レゾルバを用いて、瞬時回転数Ｎｒｅａｌを取得する構成としてもよい。

また、回転数取得部５１は、瞬時回転数に加えて、クランク角センサ３３により検出されたクランクシャフト１０ａの回転位置の時間変化に基づいて、予め定められた所定クランク角度間における平均エンジン回転数である行程平均回転数を求める。本実施形態では、燃焼行程（膨張行程）終了下死点ＢＤＣ（４気筒エンジンの場合には点火順序が一つ後の気筒の圧縮行程上死点ＴＤＣと同じ一致）に対してＢＢＤＣ１０°のクランク信号入力時に、該信号入力前１８０°期間（すなわち、ＢＴＤＣ１０°ＣＡ〜ＢＢＤＣ１０°ＣＡ）の行程時間Ｔ１８０に基づいて、行程平均回転数ＮａｖｅＴ１８０＿ＢＢＤＣ１０を算出する構成とした。

なお、ここで、図７に示されるように、エンジン１０の点火順序は、１番気筒（＃１）、３番気筒（＃３）、２番気筒（＃２）、４番気筒（＃４）の順になっている。よって、行程平均回転数ＮａｖｅＴ１８０＿ＢＢＤＣ１０は、例えば、１番気筒（＃１）のＢＴＤＣ１０°ＣＡからＢＢＤＣ１０°ＣＡまでの区間において（すなわち、１番気筒（＃１）のＢＴＤＣ１０°ＣＡから３番気筒（＃３）のＢＴＤＣ１０°ＣＡまで回転するのに要する時間に基づいて）、求められる。なお、回転数取得部５１により取得された瞬時回転数Ｎｒｅａｌ及び行程平均回転数ＮａｖｅＴ１８０＿ＢＢＤＣ１０は、初回燃焼検出部５３、予測回転数演算部５６、及び点火時期制御部５７に出力される。

記憶部５２は、例えば、上述したＲＯＭ等からなり、上述したプログラムに加えて、予め設定されたエンジン始動時の目標回転上昇プロフィールを記憶する。すなわち、記憶部５２は、特許請求の範囲に記載の記憶手段として機能する。ここで、上記目標回転上昇プロフィールは、エンジン１０の暖機状態を示すエンジン冷却水温度（以下、単に「水温」という）と、計数部５４により計数された初回燃焼後の点火回数（詳細は後述する）と、エンジン回転数の回転上昇量との関係を規定した目標上昇回転数マップとして設定され記憶される。記憶部５２は、また、クランキング行程平均回転数初期値テーブル、燃焼判定閾値テーブル、予測回転数マップ、目標上昇回転数マップ、及び、点火時期補正量マップなどの各種テーブルやマップも記憶している。なお、これらのテーブルやマップの詳細については後述する。

初回燃焼検出部５３は、クランキング状態から初回燃焼が生じたか否かを検出する。すなわち、初回燃焼検出部５３は、特許請求の範囲に記載の初回燃焼検出手段として機能する。

より具体的には、初回燃焼検出部５３は、行程平均回転数が算出される前、すなわち、クランキング開始から初回の行程平均回転数が算出されるまでの間は、エンジン暖機状態（水温）に応じて設定されるクランキング行程平均回転数初期値（クランキング行程平均回転数）と、同じくエンジン暖機状態（水温）に応じて設定される燃焼判定閾値（判定閾値）との加算値を初回燃焼判定回転数（閾値）とし、瞬時回転数が初回燃焼判定回転数（閾値）を超えた場合に初回燃焼が検出されたと判断する。

ここで、初回燃焼判定回転数（閾値）の設定の仕方についてより詳細に説明する。ＥＣＵ５０のＲＯＭには、エンジン１０の水温とクランキング行程平均回転数初期値との関係を定めたテーブル（クランキング行程平均回転数初期値テーブル）が記憶されており、エンジン１０の水温に基づいてこのクランキング行程平均回転数初期値テーブルが検索されることにより、クランキング行程平均回転数初期値が取得される。

ここで、クランキング行程平均回転数初期値テーブルの一例を図２に実線で示す。図２において、横軸はエンジン１０の水温（℃）であり、縦軸はクランキング行程平均回転数初期値（ｒｐｍ）である。ここで、クランキング行程平均回転数初期値は、始動時水温における標準的なエンジンフリクション及びバッテリやスタータの状態でのクランキング中の行程平均回転数を考慮して設定される。そのため、クランキング行程平均回転数初期値テーブルは、図２に実線で示されるように、水温が高くなるほど、クランキング行程平均回転数初期値が徐々に高くなるように設定されている。

同様に、ＥＣＵ５０のＲＯＭには、エンジン１０の水温と燃焼判定閾値との関係を定めたテーブル（燃焼判定閾値テーブル）が記憶されており、エンジン１０の水温に基づいてこの燃焼判定閾値テーブルが検索されることにより、燃焼判定閾値が取得される。ここで、燃焼判定閾値テーブルの一例を図２に破線で示す。図２において、横軸はエンジン１０の水温（℃）であり、縦軸は燃焼判定閾値（ｒｐｍ）である。燃焼判定閾値テーブルは、図２に破線で示されるように、水温が高くなるほど、燃焼判定閾値が徐々に高くなるように設定されている。

そして、取得されたクランキング行程平均回転数初期値と、燃焼判定閾値とが加算されて初回燃焼判定回転数（閾値）が設定される。なお、クランキング行程平均回転数初期値及び燃焼判定閾値それぞれを規定するパタメータは、エンジンの暖機状態の指標となるものであればよく、水温に代えて、例えば油温等を用いてもよい。

一方、初回燃焼検出部５３は、行程平均回転数の算出が開始された後は、当該行程平均回転数をクランキング行程平均回転数とし、行程平均回転数（クランキング行程平均回転数）と燃焼判定閾値との加算値を初回燃焼判定回転数（閾値）として、瞬時回転数が該初回燃焼判定回転数（閾値）を超えた場合に初回燃焼が検出されたと判断する。ここで、行程平均回転数及び燃焼判定閾値それぞれの算出方法は、上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。なお、初回燃焼が検出された後は、クランキング行程平均回転数の更新が停止される。初回燃焼検出部５３の検出結果は、計数部５４に出力される。

計数部５４は、初回燃焼検出部５３により初回燃焼が検出された後の点火回数（燃焼回数）を計数（カウント）するカウンタである。すなわち、計数部５４は、特許請求の範囲に記載の計数手段として機能する。

より具体的には、計数部５４は、初回燃焼検出部５３により初回燃焼が検出されたときに、膨張行程（次点火気筒の圧縮行程）途中基準点（本実施形態ではＢＴＤＣ７０°）において、計数値（カウンタ値）を１とする。そして、初回燃焼検出後は、膨張行程（次点火気筒の圧縮行程）途中基準点毎、すなわち、点火毎（燃焼毎）に計数値をインクリメントする。なお、計数部５４により計数された計数値、すなわち初回燃焼検出後の点火回数は、目標回転数設定部５５に出力される。

目標回転数設定部５５は、記憶部５２により記憶されている目標回転上昇プロフィール（目標上昇回転数マップ）、及び、計数部５４により計数された初回燃焼検出後の点火回数（燃焼回数）に基づいて、所定タイミング（本実施形態では膨張行程終了時（次点火気筒の圧縮上死点））における目標回転数を設定する。すなわち、目標回転数設定部５５は、特許請求の範囲に記載の目標回転数設定手段として機能する。

ここで、目標回転数の設定の仕方について説明する。ＥＣＵ５０のＲＯＭには、エンジン１０の水温（℃）と、初回燃焼検出後の点火回数（燃焼回数）と、点火回数毎の目標上昇回転数との関係を定めたマップ（目標上昇回転数マップ）が記憶されており、エンジン１０の水温と点火回数とに基づいてこの目標上昇回転数マップが検索されることにより点火毎の目標上昇回転数が求められる。

ここで、目標上昇回転数マップの一例を図３に示す。図３において、横軸はエンジン１０の水温（℃）であり、縦軸は初回燃焼検出後の点火回数（燃焼回数）（回）である。目標上昇回転数マップでは、エンジン水温と点火回数との組み合わせ（格子点）毎に目標上昇回転数が与えられている。なお、目標上昇回転数マップ（目標回転上昇プロフィール）は、適用されるエンジンの標準的なエンジンフリクション、及び使用される燃料の標準的な燃料性状（蒸発性状）を考慮して設定される。換言すると、目標上昇回転数マップは、標準的な状態のエンジンの回転上昇パターンを、エンジン水温と点火回数（燃焼回数）とで定義したマップとして設定される。

目標回転数設定部５５は、エンジン１０の水温、及び、計数部５４により計数された点火回数に基づき目標上昇回転数マップを検索して目標上昇回転数を取得するとともに、初回燃焼が検出される一つ前の行程のクランキング行程平均回転数を初期値として、点火回数（燃焼回数）毎に、取得した目標上昇回転数を加算することで点火回数（燃焼回数）に対する目標回転数（目標回転上昇プロフィール）を設定する。なお、目標回転数設定部５５により設定された目標回転数は、点火時期制御部５７に出力される。

予測回転数演算部５６は、次に点火される気筒（次点火気筒）の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも所定角度前（本実施形態ではＢＴＤＣ７０°（燃焼気筒の膨張行程途中）に設定）における瞬時回転数に基づいて、所定タイミング（本実施形態では、次点火気筒の圧縮上死点（今回点火した気筒の燃焼行程終了時）のエンジン回転数（すなわち予測回転数）を予測する。すなわち、予測回転数演算部５６は、燃焼により瞬時回転数が上昇する途中で、次に点火される気筒の圧縮行程終了時（すなわち点火時期近傍）の回転数を予測する。予測回転数演算部５６は、特許請求の範囲に記載の予測回転数演算手段として機能する。

より具体的には、ＥＣＵ５０のＲＯＭには、予め、エンジン１０の水温と、ＢＴＤＣ７０°における瞬時回転数と、次点火気筒の圧縮上死点での予測回転数との関係を定めたマップ（予測回転数マップ）が記憶されており、予測回転数演算部５６は、取得したエンジン１０の水温と瞬時回転数とに基づいて、予測回転数マップを検索して、次点火気筒の圧縮上死点での予測回転数を取得する。

ここで、予測回転数マップの一例を図４に示す。図４において、横軸はエンジン１０の水温（℃）であり、縦軸はエンジン１０の瞬時回転数（ｒｐｍ）である。予測回転数マップでは、エンジン水温と瞬時回転数との組み合わせ（格子点）毎に予測回転数データが与えられている。この予測回転数データは、例えば、エンジン回転数と、機関回転部イナーシャによる回転エネルギと、圧縮仕事量と、フリクションによる仕事量との関係から、行程終了時期の瞬時回転数の回転低下量を推定することによって得ることができる。なお、予測回転数演算部５６により算出された予測回転数は点火時期制御部５７に出力される。

点火時期制御部５７は、エンジン１０の点火時期を制御する。より詳細には、点火時期制御部５７は、基準点（例えばＢＴＤＣ７０°）において、エンジン１０の運転状態（例えばエンジン回転数と空気量等）に応じて最適な点火時期と通電時間を演算し、当該点火時期が来たときに点火信号をイグナイタ内蔵型コイル２１に出力する。イグナイタ内蔵型コイル２１は点火信号に基づいて高電圧を発生させ、これを点火プラグ１７の電極に印加する。点火プラグ１７は、印加された高電圧で火花を飛ばし、燃焼室内の混合気を燃焼させる。

また、点火時期制御部５７は、エンジン１０を始動する際に、予測回転数演算部５２により求められた予測回転数が、目標回転数設定部５４により設定された目標回転数と一致するように点火時期を制御する。すなわち、点火時期制御部５７は、エンジン始動時における補正前の基準点火時期をＭＢＴよりリタードした設定（例えば７０％トルク点火時期）にするとともに、予測回転数と目標回転数との差に基づいて、点火時期補正量を算出し、次点火気筒の点火時期を補正する。点火時期制御部５７は、特許請求の範囲に記載の点火時期制御手段として機能する。

ここで、点火時期補正量の取得の仕方について説明する。ＥＣＵ５０のＲＯＭには、予測回転数（ｒｐｍ）と、予測回転数と目標回転数との差分（ｒｐｍ）と、点火時期補正量との関係を定めたマップ（点火時期補正量マップ）が記憶されており、予測回転数と、予測回転数と目標回転数との差分とに基づいてこの点火時期補正量マップが検索されることにより次点火気筒の点火時期補正量が取得される。

ここで、点火時期補正量マップの一例を図５に示す。図５において、横軸は予測回転数（ｒｐｍ）であり、縦軸は予測回転数と目標回転数との差分（ｒｐｍ）である。点火時期補正量マップでは、予測回転数と、予測回転数と目標回転数との差分との組み合わせ（格子点）毎に点火時期補正量データが与えられている。点火時期補正量マップでは、予測回転数が目標回転数よりも低い場合には点火時期が進角されるように点火時期補正量が設定されており、予測回転数が目標回転数よりも高い場合には点火時期が遅角されるように点火時期補正量が設定されている。

すなわち、点火時期制御部５７は、例えば、フリクションが高く回転上昇が若干遅れる場合には、点火時期を進角して回転上昇を補償する。また、点火時期制御部５７は、燃料が少し重質（蒸発し難い）傾向にありトルクが出難い状態のときにも、点火時期を進角して回転上昇を補償する。このように、点火時期制御部５７は、一回一回の燃焼（点火）に対して、エンジン回転数が目標回転上昇プロフィール通りに上昇したか否かを判断して、次の点火気筒の点火時期を補正するように逐次制御することにより、予測回転数と目標回転数とを一致させる。その結果、目標回転上昇プロフィールに沿ってエンジン回転数が上昇する。

次に、図６を参照しつつ、エンジンの始動制御装置の動作について説明する。図６は、エンジン始動時の瞬時回転数、行程平均回転数、予測回転数、目標回転数、及び、点火時期補正値等の変化の一例を示すタイミングチャートである。なお、図６の横軸は、クランク角度（°）であり、縦軸は、瞬時回転数（ｒｐｍ：中間の実線）、行程平均回転数（ｒｐｍ：中間の実線）、クランキング行程平均回転数（ｒｐｍ：破線）、初回燃焼判定回転数（ｒｐｍ：点線）、目標回転数（ｒｐｍ：一点鎖線）、予測回転数（ｒｐｍ：二点差線）、初回燃焼検出後の点火（燃焼）回数（回：細い実線）、点火時期補正値（°：太い実線）である。

まず、スタータモータが駆動されてクランキングが開始されると、クランク角９０°において、瞬時回転数の出力が開始される。その後、瞬時回転数は、混合気が燃焼し筒内圧力が増大することによる回転上昇と、排気バルブが開き筒内圧力が低下した後のエンジンフリクションと次点火気筒の圧縮による回転低下とを繰り返す。

クランク角１８０°において、気筒の判別が完了するとともに、クランキング行程平均回転数、及び初回燃焼判定回転数の出力が開始される。なお、クランキング行程平均回転数及び初回燃焼判定回転数の算出方法は、上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。その後、クランク角３５０°において、行程平均回転数の出力が開始される。ここで、行程平均回転数は、瞬時回転数に対して、算出タイミングが遅れるとともに、算出期間にエンジン回転が上昇する膨張行程が含まれる為、回転数（算出結果）が低くなる。

クランク角３６０°において、初回燃焼気筒の吸気が開始され、クランク角７２０°において、初回燃焼気筒に点火が行われ、混合気が燃焼（初回燃焼）し、瞬時回転数が急激に立ち上がる。

そして、クランク角８３０°（ＢＴＤＣ７０°）のタイミングにおいて、点火回数（燃焼回数）が１にセットされる。このタイミングでは、予測回転数（膨張行程終了時回転予測値）＞目標回転数であるため、点火時期補正量として−３°（遅角）が設定され、次点火気筒の点火時期が遅角側に補正される。よって、出力トルクが減少され、回転上昇量が抑制される。なお、クランク角８９０°において、行程平均回転数が遅れて上昇する。

次に、クランク角１０１０°（ＢＴＤＣ７０°）のタイミングにおいて、点火回数（燃焼回数）がインクリメントされて２にアップする。このタイミングでは、予測回転数（膨張行程終了時回転予測値）＜目標回転数であるため、点火時期補正量として＋４．５°（進角）が設定され、次点火気筒の点火時期が進角側に補正される。よって、出力トルクが増大され、回転上昇量が増大される。

次に、クランク角１１９０°（ＢＴＤＣ７０°）のタイミングにおいて、点火回数（燃焼回数）がインクリメントされて３にアップする。このタイミングでも、予測回転数（膨張行程終了時回転予測値）＜目標回転数であるため、点火時期補正量として＋５．５°（進角）が設定され、次点火気筒の点火時期が進角側に補正される。よって、出力トルクが増大され、回転上昇量が増大される。

次に、クランク角１３７０°（ＢＴＤＣ７０°）のタイミングにおいて、点火回数（燃焼回数）がインクリメントされて４にアップする。このタイミングでも、予測回転数（膨張行程終了時回転予測値）＜目標回転数であるため、点火時期補正量として＋５°（進角）が設定され、次点火気筒の点火時期が進角側に補正される。よって、出力トルクが増大され、回転上昇量が増大される。

次に、クランク角１５５０°（ＢＴＤＣ７０°）のタイミングにおいて、点火回数（燃焼回数）がインクリメントされて５にアップする。このタイミングでは、予測回転数（膨張行程終了時回転予測値）と目標回転数とが一致しているため、点火時期補正量として±０°（遅角）が設定される。

以上のように、膨張行程（次点火気筒の圧縮行程）終了前に各演算をスタートさせて、次点火気筒の点火時期に補正を反映させることにより、予測回転数と目標回転数とが一致され、目標回転上昇プロフィールに沿ってエンジン回転数が上昇する。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、エンジン１０が始動される際に、瞬時回転数に基づいて予測される予測回転数と、目標回転上昇プロフィールに基づいて設定される目標回転数とが一致するように点火時期が制御される。そのため、エンジン始動初期において、予め設定された目標回転上昇プロフィールに沿ってエンジン回転数を上昇させることができる。その結果、エンジンフリクションのエンジン間ばらつき（個体差）や燃料性状のばらつきに起因する、エンジン始動初期（クランキング〜初爆〜完爆）の回転上昇ばらつきを低減でき、始動安定性の向上、及び始動時のエミッションを改善することが可能となる。

本実施形態によれば、予測回転数と目標回転数との差に基づいて点火時期が補正されるため、遅れなくエンジン回転数を目標回転数と一致させることができる。よって、エンジン回転数を、遅れなく、目標回転上昇プロフィールに沿って上昇させることが可能となる。

また、本実施形態によれば、初回燃焼が検出された後、点火（燃焼）毎に目標回転数が設定される。よって、点火毎に、エンジン回転数を目標回転数と一致するように制御することができる。よって、エンジン回転数を、遅れなくかつ精度よく、目標回転上昇プロフィールに沿って上昇させることができる。

本実施形態によれば、目標上昇回転数マップ（目標回転上昇プロフィール）が、適用されるエンジンの標準的なエンジンフリクション、及び使用される燃料の標準的な燃料性状を考慮して設定されるため、目標上昇回転数マップ（目標回転上昇プロフィール）を適切に設定することができる。

また、本実施形態によれば、行程平均回転数が算出される前は、瞬時回転数が、エンジン水温に応じて設定されるクランキング回転数と、エンジン水温に応じて設定される燃焼判定閾値との加算値を超えたか否かにより初回燃焼が生じたか否かが検出され、行程平均回転数が算出された後は、瞬時回転数が、行程平均回転数と燃焼判定閾値との加算値を超えたか否かにより初回燃焼が生じたか否かが検出される。よって、行程平均回転数が算出される前も算出され出した後も、初回燃焼を遅れなくかつ確実に検出することができる。また、上記クランキング回転数及び燃焼判定閾値がエンジン水温（暖機状態）に応じて設定されるため、エンジン始動時のフリクションを考慮して、より精度よく初回燃焼を検出することが可能となる。

また、本実施形態によれば、エンジン始動時における補正前の基準点火時期がＭＢＴよりリタードした設定とされるため、基準点火時期に対して点火時期を進角補正又は遅角補正することにより、出力トルクを増加又は減少させることができる。よって、点火時期を進角させることにより出力トルクを増大して回転上昇量を増大側に調整すること、及び、点火時期を遅角させることにより出力トルクを減少して回転上昇量を減少側に調整することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、目標回転数（目標回転上昇プロフィール）を瞬時回転数（予測回転数）と比較したが、行程平均回転数と比較する構成としてもよい。また、行程平均回転数を検出する区間は、上記実施形態（ＢＴＤＣ１０°ＣＡ〜ＢＢＤＣ１０°ＣＡ）には限られない。

上記実施形態では、エンジン１０として４気筒エンジンを例にして説明したが、本発明は４気筒以外のエンジンにも適用することができる。また、上記実施形態では、本発明をポート噴射式のエンジンに適用した場合を例にして説明したが、本発明は、筒内噴射式のエンジン、及び、筒内噴射とポート噴射とを組み合わせたエンジンにも適用することができる。

上記実施形態では、予測回転数を求める際に、瞬時回転数とエンジン水温に基づいて、予測回転数マップを検索したが、現象を物理モデルに落して演算することで予測精度を高める構成としてもよい。同様に、点火時期とエンジントルクとの関係や、機関回転部イナーシャ等を物理モデルに落して演算することにより、点火時期補正量を求める構成としてもよい。

１０ エンジン
１０ａ クランクシャフト
１３ 電子制御式スロットルバルブ
１７ 点火プラグ
２１ イグナイタ内蔵型コイル
３１ スロットル開度センサ
３２ カム角センサ
３３ クランク角センサ
３３ａ タイミングロータ
３４ 水温センサ
３５ 油温センサ
３６ アクセルペダル開度センサ
５０ ＥＣＵ
５１ 回転数取得部
５２ 記憶部
５３ 初回燃焼検出部
５４ 計数部
５５ 目標回転数設定部
５６ 予測回転数演算部
５７ 点火時期制御部

Claims (4)

1. エンジンのクランクシャフトの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
   前記回転位置検出手段により検出されたクランクシャフトの回転位置に基づいて、任意のクランク角におけるエンジン回転数である瞬時回転数を求める回転数取得手段と、
   次に点火される次点火気筒の圧縮上死点よりも所定角度前における瞬時回転数に基づいて、所定タイミングにおけるエンジン回転数を予測して予測回転数を求める予測回転数演算手段と、
   予め設定されたエンジン始動時の目標回転上昇プロフィールを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段により記憶されている目標回転上昇プロフィールに基づいて、前記所定タイミングにおける目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、
   前記エンジンの点火時期を制御する点火時期制御手段と、
   クランキング状態から初回燃焼が生じたか否かを検出する初回燃焼検出手段と、
   前記初回燃焼検出手段により初回燃焼が検出された後の点火回数を計数する計数手段と、を備え、
   前記回転数取得手段は、前記瞬時回転数に加えて、前記回転位置検出手段により検出されたクランクシャフトの回転位置に基づいて、所定クランク角度間の平均エンジン回転数である行程平均回転数を求め、
   前記初回燃焼検出手段は、
   前記行程平均回転数が算出される前は、前記瞬時回転数が、エンジン暖機状態に応じて設定されるクランキング回転数と、エンジン暖機状態に応じて設定される判定閾値との加算値を超えたか否かにより初回燃焼が生じたか否かを検出し、
   前記行程平均回転数が算出された後は、前記瞬時回転数が、前記行程平均回転数と、前記判定閾値との加算値を超えたか否かにより初回燃焼が生じたか否かを検出し、
   前記目標回転上昇プロフィールは、エンジン暖機状態と、前記計数手段により計数された点火回数と、エンジン回転数の回転上昇量との関係を規定した目標上昇回転数マップとして設定され、
   前記目標回転数設定手段は、前記計数手段により計数された点火回数に基づいて前記目標上昇回転数マップを検索し、取得した回転上昇量に応じて、前記目標回転数を設定し、
   前記点火時期制御手段は、前記エンジンが始動される際に、前記予測回転数演算手段により求められた予測回転数が、前記目標回転数設定手段により設定された目標回転数と一致するように点火時期を制御することを特徴とするエンジンの始動制御装置。
2. 前記点火時期制御手段は、前記予測回転数と前記目標回転数との差に基づいて、点火時期補正量を算出し、次点火気筒の点火時期を補正することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動制御装置。
3. 前記目標上昇回転数マップは、標準的なエンジンフリクション、及び標準的な燃料性状を考慮して設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの始動制御装置。
4. 前記点火時期制御手段は、エンジン始動時における補正前の基準点火時期をＭＢＴよりリタードした設定とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの始動制御装置。
   

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