JP7113647B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の始動時制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

ガソリンエンジンを始動する際に制御装置はスタータモータ等の駆動により内燃機関のクランキングを開始し、さらに各気筒への燃料供給と混合気への点火を開始する。通常内燃機関の始動時において内燃機関の温度は低く燃料が気化しにくい。このため内燃機関の始動時の燃料（以下「始動燃料」ともいう）の噴射量は通常運転状態の燃料噴射量に比べて多くなるように設定されている。

一方で内燃機関において燃焼が開始した後には燃焼室内の温度が急激に上昇し、供給された始動燃料のうちの揮発する燃料の割合が急激に増加する。このため混合気の濃度が適正範囲に保たれるように燃料噴射量を減少する必要がある。したがって内燃機関の制御装置は内燃機関における燃焼開始と同時に燃料噴射量を速やかに減少させる制御を行う。

ここで内燃機関の低温始動時において内燃機関の燃料として重質燃料が使用されている場合、軽質燃料が使用されている場合に比べて燃焼が開始するまでに数サイクル長く始動燃料を供給し続ける必要がある。このような例をはじめとして燃料噴射量や内燃機関の温度が同一の条件下であっても燃焼開始タイミングが始動試行ごとにばらつくことが知られている。

これに対して特許文献１には内燃機関で燃焼が発生すると予測される燃料の噴射回数に依存して燃料噴射量を減少させる技術が開示されている。また特許文献２には内燃機関で燃焼が発生すると予測される内燃機関の回転速度に依存して燃料噴射量を減少させる技術が開示されている。

特開２０１７－００８８６５号公報 特開２００９－２８１３６４号公報

しかしながら特許文献１に記載のように燃料の噴射回数に依存してあらかじめ定めた方法により燃料噴射量を減少させる方法では始動試行ごとに燃焼開始タイミングが異なる状況に対応することができない。

また特許文献２に記載のように内燃機関の回転速度に依存してあらかじめ定めた方法により燃料噴射量を減少させる方法ではスタータモータ等によりクランキングされている状態の内燃機関の回転速度のばらつきにより燃焼が開始したと判断し得る回転速度の閾値を設置することが困難である。

例えば低温始動時の内燃機関の回転速度は内燃機関で使用される作動油の粘性、油温、内燃機関の冷却水温又はスタータモータ等に電力を供給するバッテリの状態等の条件によってばらつきを生じる。このため燃焼開始時の内燃機関の回転速度の閾値を一定の値に設定することは困難である。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、内燃機関の始動時における燃焼開始タイミングの検出精度を向上可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明のある観点によれば、モータを駆動して内燃機関のクランクシャフトを回転させるクランキング制御部と、内燃機関の気筒への燃料噴射制御を行う燃料噴射制御部と、内燃機関の始動時の燃焼開始を検出する初爆判定部とを備える制御装置において、初爆判定部は、内燃機関のクランキング中、第１の期間におけるクランクシャフトの平均回転速度である第１の回転速度から、第１の期間よりも長い第２の期間におけるクランクシャフトの平均回転速度である第２の回転速度を引いた差分が燃焼開始閾値以上になったときに内燃機関の始動時の燃焼開始と判定することを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。

以上説明したように本発明によれば内燃機関の始動時における燃焼開始タイミングの検出精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を適用可能な内燃機関の構成例を示す模式図である。 内燃機関の定常状態におけるピストンのストローク量とクランクシャフトの回転速度の変化を示す説明図である。 同実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成例を示すブロック図である。 同実施形態に係る内燃機関の制御装置による始動制御を示すフローチャートである。 第１の回転速度及び第２の回転速度の推移を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．内燃機関の構成例＞
図１を参照して本実施形態に係る内燃機関の制御装置１００を適用可能な内燃機関１０の構成例を説明する。

図１に示した内燃機関１０は直列３気筒のガソリンエンジンの例である。なお内燃機関１０の気筒数は３気筒に限られるものではない。

内燃機関１０は３つの気筒１１ａ～１１ｃを有している。それぞれの気筒１１ａ～１１ｃはピストン１３ａ～１３ｃと当該ピストン１３ａ～１３ｃをクランクシャフト４３に連結するコンロッド１５ａ～１５ｃを備えている。

コンロッド１５ａ～１５ｃを介してクランクシャフト４３に連結されたピストン１３ａ～１３ｃはクランクシャフト４３の回転に伴って気筒１１ａ～１１ｃ内を往復動する。それぞれのコンロッド１５ａ～１５ｃは１２０度の位相間隔でクランクシャフト４３に接続されている。

それぞれの気筒１１ａ～１１ｃには吸気通路１７ａ～１７ｃ及び排気通路１９ａ～１９ｃが接続されている。吸気通路１７ａ～１７ｃは図示しない吸気弁により開閉される。排気通路１９ａ～１９ｃは図示しない排気弁により開閉される。

吸気通路１７ａ～１７ｃには燃料噴射弁２１ａ～２１ｃが備えられている。燃料噴射弁２１ａ～２１ｃの駆動は制御装置１００により制御される。図示した内燃機関１０では燃料噴射弁２１ａ～２１ｃは吸気通路１７ａ～１７ｃに燃料を噴射するように備えられているが燃料噴射弁２１ａ～２１ｃは気筒１１ａ～１１ｃ内に直接燃料を噴射するように備えられていてもよい。

またそれぞれの気筒１１ａ～１１ｃには図示しない点火プラグが備えられている。点火プラグの駆動は制御装置１００により制御される。制御装置１００はそれぞれの気筒１１ａ～１１ｃへの燃料噴射時期に合わせて点火プラグを駆動し気筒１１ａ～１１ｃ内の混合気に点火する。

また内燃機関１０はスタータモータ５１を備えている。スタータモータ５１の第１のギヤ５３はクランクシャフト４３に固定された第２のギヤ４１に噛み合っている。スタータモータ５１は内燃機関１０の始動時に駆動されてクランクシャフト４３を強制的に回転させるクランキングを行う。スタータモータ５１の駆動は制御装置１００により制御される。

クランクシャフト４３の端部には回転数（回転速度）検出用の検出ギヤ３７が固定されている。検出ギヤ３７はクランクシャフト４３に同期して回転する。検出ギヤ３７の外周部に対向する位置にはクランク角センサ３５が設けられている。クランク角センサ３５のセンサ信号は制御装置１００に出力される。クランク角センサ３５としては例えば電磁ピックアップ式のセンサを用いることができるがこの例に限定されるものではない。

以下クランク角センサ３５として電磁ピックアップ式のセンサを用いる例を説明する。電磁ピックアップ式のクランク角センサ３５は、検出ギヤ３７の歯面がクランク角センサ３５に近づいたり離れたりを繰り返すことによる磁束の変化に伴って発生する誘導起電力を検出する。検出される誘導起電力は検出ギヤ３７の歯面がクランク角センサ３５に近づいたり離れたりを繰り返すことに対応して増減する。クランク角センサ３５の出力信号のパルス列の繰り返し周波数はクランクシャフト４３の回転速度に比例する。

また内燃機関１０は冷却水温センサ３１及び油温センサ３３を備えている。冷却水温センサ３１は図示しない冷却回路に設けられて冷却回路内を循環する冷却水の温度を検出する。油温センサ３３は図示しない油圧回路に設けられて油圧回路内を循環する作動油の温度を検出する。冷却水温センサ３１及び油温センサ３３のセンサ信号は制御装置１００に出力される。

図２は内燃機関１０の定常運転状態における３つの気筒１１ａ～１１ｃのピストン１３ａ～１３ｃのストローク量Ｓｔ１～Ｓｔ３とクランクシャフト４３の回転速度ＣＳ（ＣＳ１）とを示す説明図である。横軸はクランク角（ＣＡ）を示している。

それぞれのピストン１３ａ～１３ｃのストローク量Ｓｔ１～Ｓｔ３の波形における頂部はピストン１３ａ～１３ｃの上死点を示し、底部はピストン１３ａ～１３ｃの下死点を示す。それぞれの気筒１１ａ～１１ｃはクランクシャフト４３が２回転するごとに吸気行程（Ａ）、圧縮行程（Ｂ）、膨張行程（Ｃ）及び排気行程（Ｄ）を繰り返す。

膨張行程（Ｃ）は気筒１１ａ～１１ｃ内で混合気の燃焼が生じる行程でありいずれかの気筒１１ａ～１１ｃが膨張行程（Ｃ）にある場合にクランクシャフト４３の回転速度ＣＳは上昇する。

図１に示した内燃機関１０では３つの気筒１１ａ～１１ｃのピストン１３ａ～１３ｃをクランクシャフト４３に連結するコンロッド１５ａ～１５ｃは１２０度の位相間隔でクランクシャフト４３に接続されている。これにより内燃機関１０ではクランク角が２４０度ごとに、それぞれの気筒１１ａ～１１ｃでの膨張行程（Ｃ）が繰り返される。このためクランクシャフト４３の回転速度ＣＳはクランク角が２４０度周期で増減している。

＜２．制御装置の構成例＞
図３を参照して本実施形態に係る内燃機関の制御装置１００の構成例を説明する。

図３は制御装置１００の構成例を機能的に示したブロック図である。制御装置１００は冷却水温検出部１０３、油温検出部１０５、回転速度検出部１０７、第１の回転速度算出部１０９、第２の回転速度算出部１１１、クランキング制御部１０１、初爆判定部１１３、点火制御部１１５及び燃料噴射制御部１１７を有している。

制御装置１００の一部又は全部は例えばマイクロコンピュータ又はマイクロプロセッサユニット等で構成されていてもよい。この場合制御装置１００を構成する上記の各部の一部又は全部はマイクロコンピュータ等によるプログラムの実行により実現される機能であってよい。

また制御装置１００の一部又は全部はファームウェア等の更新可能なもので構成されていてもよく、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。

制御装置１００はＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等の図示しない記憶素子あるいは記憶装置を備えている。さらに制御装置１００はスタータモータ５１又は燃料噴射弁２１ａ～２１ｃを駆動するための図示しない駆動回路を備えている。

（クランキング制御部）
クランキング制御部１０１は内燃機関１０の始動時にスタータモータ５１を駆動して内燃機関１０のクランクシャフト４３を回転させる。例えばクランキング制御部１０１は内燃機関１０のスタートスイッチあるいはイグニッションスイッチがオンにされた後、内燃機関１０の始動が完了したと判定されるまでの期間にスタータモータ５１を駆動する。

（冷却水温検出部）
冷却水温検出部１０３は冷却水温センサ３１のセンサ信号に基づいて冷却回路を循環する冷却水の温度を検出する。

（油温検出部）
油温検出部１０５は油温センサ３３のセンサ信号に基づいて油圧回路を循環する作動油の温度を検出する。

（回転速度検出部）
回転速度検出部１０７はクランク角センサ３５のセンサ信号に基づいてクランクシャフト４３の回転速度（回転数）ＣＳを検出する。例えば回転速度検出部１０７はあらかじめ設定されたサンプリング周期ごとにクランク角センサ３５のセンサ信号を取得しクランクシャフト４３の回転速度ＣＳを検出する。

電磁ピックアップ式のクランク角センサ３５の場合、回転速度検出部１０７はサンプリング周期ごとに回転角度（度）を３６０（度）で割るとともにさらにサンプリング周期（分）で割ることによりクランクシャフト４３の回転速度ＣＳ（ｒｐｍ）を検出する。

（第１の回転速度算出部）
第１の回転速度算出部１０９はクランク角センサ３５のセンサ信号に基づいてあらかじめ設定された第１の期間におけるクランクシャフト４３の平均回転速度（ｒｐｍ）である第１の回転速度ＣＳ１を算出する。

第１の期間は第２の回転速度ＣＳ２を算出するための第２の期間よりも短い任意の時間に設定することができる。第１の期間はクランク角により規定される期間であってもよく時間により規定される期間であってもよい。第１の回転速度算出部１０９は第１の期間において回転速度検出部１０７により検出された１つ又は複数の回転速度ＣＳの和を検出されたサンプル数で割ることにより第１の回転速度ＣＳ１を算出することができる。

ただしクランクシャフト４３の瞬時の回転速度を検出できるように第１の期間は極短い時間であることが好ましい。かかる第１の回転速度ＣＳ１は回転速度検出部１０７により検出される瞬時の回転速度も含む。回転速度検出部１０７により検出される回転速度ＣＳの値も有限のサンプリング周期における平均速度を示している。この場合サンプリング周期が第１の期間に相当する。

また電磁ピックアップ式のクランク角センサ３５の場合、第１の期間は検出ギヤ３７の歯ごとに現れる出力信号の増減の周期であってよい。この場合第１の回転速度算出部１０９は検出ギヤ３７の歯の間隔（度）を３６０（度）で割るとともにさらに出力信号の波形の周期（分）で割ることにより第１の回転速度ＣＳ１（ｒｐｍ）を算出することができる。

第１の回転速度算出部１０９は第１の期間の経過ごとに第１の回転速度ＣＳ１を更新してもよい。あるいは第１の回転速度算出部１０９は第１の期間よりも短く設定された時間間隔で第１の回転速度ＣＳ１を更新してもよい。

なお第１の回転速度ＣＳ１の算出方法は上記の例に限定されるものではない。

（第２の回転速度算出部）
第２の回転速度算出部１１１はクランク角センサ３５のセンサ信号に基づいてあらかじめ設定された第２の期間におけるクランクシャフト４３の平均回転速度（ｒｐｍ）である第２の回転速度ＣＳ２を算出する。

第２の期間はいずれかの気筒１１ａ～１１ｃにおける膨張行程を含み、かつ、第１の回転速度ＣＳ１を算出するための第１の期間よりも長い任意の時間に設定することができる。第２の期間はクランク角により規定される期間であってもよく時間により規定される期間であってもよい。第２の回転速度算出部１１１は第２の期間において回転速度検出部１０７により検出された１つ又は複数の回転速度ＣＳの和を検出されたサンプル数で割ることにより第２の回転速度ＣＳ２を算出することができる。

第２の期間は第１の回転速度ＣＳ１を算出するための第１の期間よりも長ければよいが、内燃機関１０の燃焼間隔あるいはその整数倍に相当する期間であることが好ましい。

レシプロエンジンのクランクシャフト４３の回転速度は常に一定ではなく、圧縮行程で減速し膨張行程で加速するという微視的な加減速を繰り返している。この加減速の周期は気筒数つまり気筒間の位相差に依存する。本実施形態で例示する３気筒の内燃機関１０の場合、クランク角が２４０度の周期でクランクシャフト４３は加減速を繰り返す。

したがって第２の期間が内燃機関１０の燃焼間隔あるいはその整数倍に相当する期間（回転角度）であることによりクランクシャフト４３の平均回転速度をより的確に算出することができる。

本実施形態において例示した内燃機関１０は３つの気筒１１ａ～１１ｃを有する内燃機関であり燃焼間隔は２４０度である。この場合に第２の期間は２４０度、４８０度、７２０度・・・等に設定することができる。第２の回転速度算出部１１１は第２の期間に検出された複数（サンプリング数＝Ｎ）の回転速度ＣＳ（ｒｐｍ）の平均値を求めることにより第２の回転速度ＣＳ２を算出することができる。

第２の回転速度算出部１１１は第２の期間の経過ごとに第２の回転速度ＣＳ２を更新してもよい。あるいは第２の回転速度算出部１１１は第２の期間よりも短く設定された時間間隔で第２の回転速度ＣＳ２を更新してもよい。

なお第２の回転速度ＣＳ２の算出方法は上記の例に限定されない。

（初爆判定部）
初爆判定部１１３は第１の回転速度ＣＳ１から第２の回転速度ＣＳ２を引いた差分ΔＣＳに基づいて内燃機関１０の始動時の燃焼開始を検出する。例えば初爆判定部１１３は差分ΔＣＳを燃焼開始閾値ｔｈｒｅ＿ｃｏｍと比較して差分ΔＣＳが燃焼開始閾値ｔｈｒｅ＿ｃｏｍ以上になったときに燃焼開始と判定する。初爆判定部１１３は燃焼開始を検出した場合には始動時制御を終了させる。

上述のとおり第１の回転速度ＣＳ１にはクランクシャフト４３の瞬時の回転速度が反映されやすくなっている一方で第２の回転速度ＣＳ２には燃焼間隔ごとの平均回転速度が反映されやすくなっている。

内燃機関１０の始動時におけるクランキング中のクランクシャフト４３の回転速度ＣＳには内燃機関１０内の様々な摺動部分の摩擦抵抗が影響する。この摩擦抵抗は作動油の粘度や温度に依存するため内燃機関１０の始動試行ごとにクランクシャフト４３の回転速度ＣＳが異なる場合がある。

またクランキング中のクランクシャフト４３の回転速度ＣＳにはスタータモータ５１に電力を供給するバッテリの能力やスタータモータ５１の特性が影響する。バッテリの能力やスタータモータ５１の特性により内燃機関１０の始動試行ごとにクランクシャフト４３の回転速度ＣＳが異なる場合がある。

第１の回転速度ＣＳ１及び第２の回転速度ＣＳ２はいずれも上記の摩擦抵抗やバッテリの能力、スタータモータ５１の特性の影響を受ける。

さらにそれぞれの気筒１１ａ～１１ｃの筒内圧は燃焼開始前であっても気筒１１ａ～１１ｃ内の気体の圧縮及び膨張に起因して周期的に変動する。ピストン１３ａ～１３ｃが上昇する圧縮行程では筒内圧が上昇しクランクシャフト４３の回転速度ＣＳは低下する。ピストン１３ａ～１３ｃが下降する膨張行程では筒内圧が低下してクランクシャフト４３の回転速度ＣＳは上昇する。

この筒内圧の変動によるクランクシャフト４３の回転速度ＣＳへの影響はある程度長い期間のクランクシャフト４３の平均回転速度を求めることにより一部又は全部が相殺される。つまり第１の回転速度ＣＳ１及び第２の回転速度ＣＳ２のうち第２の回転速度ＣＳ２は筒内圧の変動の影響が低減された値となっている。

ここで気筒１１ａ～１１ｃ内で燃焼が発生すると気体の圧縮及び膨張による筒内圧の変動だけでなく燃焼による筒内圧のさらなる上昇が生じる。この現象は膨張行程における瞬時の回転速度の上昇として現れる。つまり燃焼によるクランクシャフト４３の回転速度ＣＳの上昇は第２の回転速度ＣＳ２に比べて第１の回転速度ＣＳ１により反映されやすい。

このため第１の回転速度ＣＳ１から第２の回転速度ＣＳ２を引いた差分ΔＣＳを監視することにより燃焼が開始した直後に燃焼開始による筒内圧の上昇を遅滞なく検出することができる。

上述のとおり第２の回転速度ＣＳ２は内燃機関１０の摩擦抵抗やバッテリの能力、スタータモータ５１の特性に起因する回転速度ＣＳの変動の影響が反映されている。

したがって第１の回転速度ＣＳ１から第２の回転速度ＣＳ２を引くことで燃焼以外の要因によるクランクシャフト４３の回転速度ＣＳの変動の影響が抑制されている。これにより燃焼開始の検出精度を向上させることができる。

なお初爆判定部１１３は内燃機関１０の始動時の温度が所定範囲内の場合にのみ第１の回転速度ＣＳ１から第２の回転速度ＣＳ２を引いた差分ΔＣＳに基づいて燃焼開始を検出してもよい。例えば初爆判定部１１３は内燃機関１０の始動時の温度があらかじめ設定された制御開始閾値よりも低い冷間始動時に差分ΔＣＳに基づいて燃焼開始を検出してもよい。

この場合内燃機関１０の始動時の温度が制御開始閾値以上のときには初爆判定部１１３による燃焼開始の検出は行われず、燃料噴射制御部１１７は例えばクランクシャフト４３の回転速度ＣＳ及び内燃機関１０の温度に依存して燃料噴射量を減量させてもよい。

（燃料噴射制御部）
燃料噴射制御部１１７は燃料噴射弁２１ａ～２１ｃを駆動して内燃機関１０のそれぞれの気筒１１ａ～１１ｃへの燃料噴射制御を行う。燃料噴射制御部１１７は内燃機関１０の始動時にクランキングが開始されるとあらかじめ設定された量（以下、「始動時噴射量」ともいう）の燃料の噴射を行う。

燃料噴射制御部１１７は初爆判定部１１３により内燃機関１０の燃焼開始が検出されたときには燃料噴射量を減量し、さらに内燃機関１０の始動時制御の完了後には通常運転時の燃料噴射制御を開始する。

なお初爆判定部１１３が内燃機関１０の冷間始動時にのみ第１の回転速度ＣＳ１から第２の回転速度ＣＳ２を引いた差分ΔＣＳに基づいて燃焼開始を検出する場合、燃料噴射制御部１１７は例えばクランクシャフト４３の回転速度ＣＳ及び内燃機関１０の始動時の温度に基づいて燃料噴射量を減量してもよい。

（点火制御部）
点火制御部１１５はそれぞれの気筒１１ａ～１１ｃに備えられた点火プラグを駆動して気筒１１ａ～１１ｃ内に生成された混合気に点火する。点火制御部１１５は運転条件に応じて点火時期を制御する。

＜３．制御装置の動作例＞
（３．１．フローチャート）
図４を参照して本実施形態に係る制御装置１００による制御処理の一例を詳細に説明する。図４は制御装置１００により実行される始動時制御のフローチャートを示している。

内燃機関１０の始動時において制御装置１００のクランキング制御部１０１はスタータモータ５１を駆動してクランキングを開始する（ステップＳ１１）。

次いで制御装置１００の初爆判定部１１３は内燃機関１０の始動時温度Ｔｅがあらかじめ設定した所定範囲を外れているか否かを判定する（ステップＳ１３）。本実施形態において初爆判定部１１３は始動時温度Ｔｅがあらかじめ設定した制御開始閾値Ｔｅ＿０以上であるか否かを判定する。制御開始閾値Ｔｅ＿０は内燃機関１０の始動試行が冷間始動であるか否かを判別するための閾値であり適宜の値に設定されてよい。

内燃機関１０の始動時温度Ｔｅは例えば冷却水温検出部１０３により検出される冷却水温Ｔｃに基づいて推定することができる。ただし内燃機関１０の始動時温度Ｔｅの検出方法は特に限定されるものではない。

内燃機関１０の始動時温度Ｔｅが制御開始閾値Ｔｅ＿０以上の場合（Ｓ１３／ｙｅｓ）、初爆判定部１１３は燃焼開始検出フラグを０（＝ｆａｌｓｅ）に設定する（ステップＳ１５）。

次いで制御装置１００の燃料噴射制御部１１７は始動時噴射量Ｑ＿ｉｎｉｔを基本噴射量（＝１００％）に設定して燃料噴射弁２１ａ～２１ｃを駆動し燃料噴射を行う。併せて制御装置１００の点火制御部１１５は点火プラグを駆動して気筒１１ａ～１１ｃ内に生成された混合気への点火を試みる（ステップＳ１７）。

一方内燃機関１０の始動時温度Ｔｅが制御開始閾値Ｔｅ＿０未満の場合（Ｓ１３／ｎｏ）、制御装置１００の第１の回転速度算出部１０９及び第２の回転速度算出部１１１は第１の回転速度ＣＳ１及び第２の回転速度ＣＳ２を算出する（ステップＳ１９）。

次いで初爆判定部１１３は第１の回転速度ＣＳ１から第２の回転速度ＣＳ２を引いた差分ΔＣＳがあらかじめ設定された燃焼開始閾値ｔｈｒｅ＿ｃｏｍ以上であるか否かを判別する（ステップＳ２１）。燃焼開始閾値ｔｈｒｅ＿ｃｏｍは例えば内燃機関１０の始動時温度Ｔｅに基づいて設定される可変値であってもよい。

上述のとおり燃焼によるクランクシャフト４３の回転速度ＣＳの上昇は第２の回転速度ＣＳ２に比べて第１の回転速度ＣＳ１により反映されやすい。このため第１の回転速度ＣＳ１から第２の回転速度ＣＳ２を引いた差分ΔＣＳを監視することにより燃焼が開始した直後に燃焼開始による筒内圧の上昇を遅滞なく検出することができる。

また第２の回転速度ＣＳ２は内燃機関１０の摩擦抵抗やバッテリの能力、スタータモータ５１の特性、さらには燃焼によらない気体の圧縮及び膨張に起因する回転速度ＣＳの変動の影響が反映されている。このため第１の回転速度ＣＳ１から第２の回転速度ＣＳ２を引くことで燃焼以外の要因によるクランクシャフト４３の回転速度ＣＳの変動の影響が抑制されて燃焼開始の検出精度を向上させることができる。

差分ΔＣＳが燃焼開始閾値ｔｈｒｅ＿ｃｏｍ未満である場合（Ｓ２１／ｎｏ）、燃焼が開始されたとは判定できないために初爆判定部１１３は燃焼開始検出フラグを現在の状態のままで保持する（ステップＳ３３）。この場合に燃料噴射制御部１１７は現在設定されている始動時噴射量Ｑ＿ｉｎｉｔを維持しつつ燃料噴射制御を継続する。その後にステップＳ１９に戻る。

一方差分ΔＣＳが燃焼開始閾値ｔｈｒｅ＿ｃｏｍ以上である場合（Ｓ２１／ｙｅｓ）、初爆判定部１１３は十分な燃焼強度の初爆が生じたと判定して燃焼開始検出フラグを１（＝ｔｒｕｅ）に設定する（ステップＳ２３）。

次いで燃料噴射制御部１１７は始動時噴射量Ｑ＿ｉｎｉｔを減少させる（ステップＳ２５）。つまり始動時噴射量Ｑ＿ｉｎｉｔは基本噴射量（＝１００％）よりも少ない噴射量（＜１００％）に設定される。このとき燃焼開始後の始動時噴射量Ｑ＿ｉｎｉｔはクランクシャフト４３の回転速度ＣＳ及び内燃機関１０の始動時温度Ｔｅに基づいて燃焼を継続できるような噴射量に設定されてもよい。

例えば内燃機関１０の始動時温度Ｔｅが低い状態では始動時温度Ｔｅが高い状態に比べて燃焼が生じにくい。このため燃料噴射制御部１１７は始動時温度Ｔｅが高いほど噴射量が少なくなるように始動時噴射量Ｑ＿ｉｎｉｔを設定してもよい。

また燃焼開始後のクランクシャフト４３の回転速度ＣＳが速い状態では回転速度ＣＳが遅い状態に比べて正常な燃焼状態に近づいているといえる。このため燃料噴射制御部１１７はクランクシャフト４３の回転速度ＣＳが速いほど噴射量が少なくなるように始動時噴射量Ｑ＿ｉｎｉｔを設定してもよい。

ステップＳ１７及びステップＳ２５で設定された始動時噴射量Ｑ＿ｉｎｉｔに基づく燃料噴射制御が継続された状態で、初爆判定部１１３は内燃機関１０の始動時制御を終了させるか否かを判別する（ステップＳ２７）。

内燃機関１０の始動時制御を終了させるか否かの判定方法は特に限定されない。例えば初爆判定部１１３はより長い期間の平均回転速度である第２の回転速度ＣＳ２があらかじめ設定された制御終了閾値ｔｈｒｅ＿ｅｎｄに到達したときに安定燃焼状態になったと判定して始動時制御を終了させてもよい。

第２の回転速度ＣＳ２は筒内圧の変動によるクランクシャフト４３の回転速度ＣＳの変動への影響が低減された値である。このため第２の回転速度ＣＳ２を用いることにより内燃機関１０の安定燃焼状態の判定精度を向上させることができる。

内燃機関１０の始動時制御を終了させない場合（Ｓ２７／ｎｏ）、ステップＳ１３に戻ってここまでに説明した各ステップの処理が繰り返し行われる。

一方内燃機関１０の始動時制御を終了させる場合（Ｓ２７／ｙｅｓ）、初爆判定部１１３は内燃機関１０の制御モードを始動時モードから通常運転モードに切り換えて燃焼開始検出フラグを０（＝ｆａｌｓｅ）に設定する（ステップＳ２９）。

次いでクランキング制御部１０１はスタータモータ５１の駆動を停止してクランキングを停止させる（ステップＳ３１）。これにより内燃機関１０の始動時制御が完了する。

（３．２．タイムチャート）
図５のタイムチャートを参照して本実施形態に係る制御装置１００による始動時制御について説明する。図５に示す例において第１の回転速度ＣＳ１は回転速度検出部１０７により検出されるサンプリング周期ごとの瞬時回転速度を示している。

時刻ｔ０においてスタータモータ５１の駆動要求（Ｓ／Ｒ）がオンになると内燃機関１０のステータス（Ｅ／Ｓ）はクランキング状態になる。また時刻ｔ０において始動時噴射量Ｑ＿ｉｎｉｔは基本噴射量（＝１００％）に設定される。

時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間において第１の回転速度ＣＳ１から第２の回転速度ＣＳ２を引いた差分ΔＣＳが燃焼開始閾値ｔｈｒｅ＿ｃｏｍを常時下回っている。したがって時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間において燃焼開始検出フラグ（Ｉ／Ｃ）は０（＝ｆａｌｓｅ）に維持されている。またこの期間において始動時噴射量Ｑ＿ｉｎｉｔは基本噴射量（＝１００％）に維持されている。

時刻ｔ１の直前に内燃機関１０で燃焼が開始された場合、時刻ｔ１において第１の回転速度ＣＳ１から第２の回転速度ＣＳ２を引いた差分ΔＣＳが燃焼開始閾値ｔｈｒｅ＿ｃｏｍに到達する。したがって時刻ｔ１において燃焼開始検出フラグ（Ｉ／Ｃ）が１（＝ｔｒｕｅ）に設定されている。また時刻ｔ１において始動時噴射量Ｑ＿ｉｎｉｔは基本噴射量に対して５０％に設定される。

時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間において基本噴射量に対して５０％に設定された始動時噴射量Ｑ＿ｉｎｉｔで燃料噴射が継続される。この期間に内燃機関１０のステータス（Ｅ／Ｓ）は引き続きクランキング状態で維持されるとともに燃焼開始検出フラグ（Ｉ／Ｃ）は１（＝ｔｒｕｅ）で維持される。

時刻ｔ２において第２の回転速度ＣＳ２が制御終了閾値ｔｈｒｅ＿ｅｎｄに到達すると始動時制御完了ステータス（ＥＮＤ＿Ｓ／Ｏ）が１（＝ｔｒｕｅ）に設定される。これにより内燃機関１０の制御モードが始動時モードから通常運転モードに切り換えられて始動時制御は終了する。

また内燃機関１０の始動時制御が完了した場合、燃焼開始検出フラグ（Ｉ／Ｃ）は０（＝ｆａｌｓｅ）に設定され内燃機関１０のステータス（Ｅ／Ｓ）は運転状態（ｒｕｎｎｉｎｇ）となる。また燃料噴射量はさらに減量されて基本噴射量（＝１００％）に対して２５％に設定されている。

そして時刻ｔ３においてスタータモータ５１の駆動要求（Ｓ／Ｒ）がオフになり、スタータモータ５１の駆動が停止される。

第１の回転速度ＣＳ１から第２の回転速度ＣＳ２を引いた差分ΔＣＳが燃焼開始閾値ｔｈｒｅ＿ｃｏｍを超えたときに燃焼開始と判定することにより燃焼による筒内圧の上昇に起因したクランクシャフト４３の回転速度ＣＳの上昇を的確に検出することができる。

かかる差分ΔＣＳは内燃機関１０の摩擦抵抗やスタータモータ５１に電力を供給するバッテリの状態、スタータモータ５１の特性に起因するクランクシャフト４３の回転速度ＣＳへの影響が低減されている。

このために内燃機関１０の始動試行ごとに始動条件が異なり燃焼開始タイミングがばらつく場合であっても内燃機関１０の燃焼開始タイミングの検出精度を向上させることができる。これにより燃料噴射量を適切に減量させることができ燃料消費量を低減することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関１０の制御装置１００は第１の期間におけるクランクシャフト４３の平均回転速度である第１の回転速度ＣＳ１から、第１の期間よりも長い第２の期間におけるクランクシャフト４３の平均回転速度である第２の回転速度ＣＳ２を引いた差分ΔＣＳに基づいて内燃機関１０の燃焼開始を検出する。

このため燃焼による筒内圧の上昇に起因したクランクシャフト４３の回転速度ＣＳの上昇が的確に検出され内燃機関１０の燃焼開始の検出精度を向上させることができる。したがって燃焼開始後に燃料噴射量を適切に減量させることができ燃料消費量を低減することができる。

また上記差分ΔＣＳは内燃機関１０の摩擦抵抗やスタータモータ５１に電力を供給するバッテリの状態、スタータモータ５１の特性に起因するクランクシャフト４３の回転速度ＣＳへの影響が低減された値である。したがって本実施形態に係る内燃機関１０の制御装置１００によれば燃焼開始閾値ｔｈｒｅ＿ｃｏｍを適切に設定することにより回転速度ＣＳの上昇が僅かであっても燃焼開始を検出することができる。

さらに上記差分ΔＣＳを用いて燃焼開始を検出することにより始動試行ごとに平均回転速度が異なる場合であっても燃焼開始を検出することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば上記実施形態に係る内燃機関の制御装置１００はガソリンエンジンに適用されていたが本発明はかかる例に限定されない。本実施形態に係る内燃機関の制御装置１００はディーゼルエンジン等の他の内燃機関に適用されてもよい。内燃機関がディーゼルエンジンである場合には点火制御部１１５が省略されていてもよい。

１０・・・内燃機関、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ・・・気筒、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ・・・ピストン、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ・・・燃料噴射弁、３５・・・クランク角センサ、３７・・・検出ギヤ、４３・・・クランクシャフト、５１・・・スタータモータ、１００・・・制御装置、１０１・・・クランキング制御部、１０７・・・回転速度検出部、１０９・・・第１の回転速度算出部、１１１・・・第２の回転速度算出部、１１３・・・初爆判定部、１１７・・・燃料噴射制御部

Claims (6)

1. モータ（５１）を駆動して内燃機関（１０）のクランクシャフト（４３）を回転させるクランキング制御部（１０１）と、前記内燃機関（１０）の気筒（１１）への燃料噴射制御を行う燃料噴射制御部（１１７）と、前記内燃機関（１０）の始動時の燃焼開始を検出する初爆判定部（１１３）とを備える制御装置（１００）において、
   前記初爆判定部（１１３）は、
   前記内燃機関（１０）のクランキング中、第１の期間における前記クランクシャフト（４３）の平均回転速度である第１の回転速度（ＣＳ１）から、前記第１の期間よりも長い第２の期間における前記クランクシャフト（４３）の平均回転速度である第２の回転速度（ＣＳ２）を引いた差分（ΔＣＳ）が燃焼開始閾値（ｔｈｒｅ＿ｃｏｍ）以上になったときに前記内燃機関（１０）の始動時の燃焼開始と判定する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置（１００）。
2. 前記第２の期間は、前記内燃機関（１０）の燃焼間隔あるいはその整数倍に相当する期間である
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記第１の期間は、前記クランクシャフト（４３）の回転速度を検出するセンサ（３５）のサンプリング周期である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記初爆判定部（１１３）は、前記内燃機関（１０）の低温始動時に前記差分（ΔＣＳ）に基づいて前記燃焼開始を検出する
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記燃料噴射制御部（１１７）は、クランキング開始後に燃料噴射を開始し、前記初爆判定部（１１３）により前記燃焼開始が検出されたときに燃料噴射量を減少させる
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記燃料噴射制御部（１１７）は、前記燃焼開始が検出されたあと、前記内燃機関（１０）の始動時の温度（Ｔｅ）及び前記クランクシャフト（４３）の回転速度（ＣＳ）に基づいて燃料噴射量を設定する
   ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。

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