内燃機関の始動時制御装置
【課題】 振動レベルやＮＯｘの悪化を最小限に抑えつつ、始動直後より排温を上昇っせて、触媒の早期活性化を図る。
【解決手段】 クランキング中で、二次空気供給用のエアポンプを作動させることができない第１の期間、クランキングの終了後にバッテリ電圧が安定するまでの、エアポンプを作動させることができない第２の期間（Ｔｂｔｈ）、及び、エアポンプの作動開始後、吐出量が安定するまでの第３の期間、多サイクル運転（１２サイクル運転）に切換える。１２サイクル運転中、通常の燃焼を行わせる膨張行程以外の他の膨張行程にて燃料カット又は点火カットにより非燃焼とし、直後の排気行程にて、空気又は未燃混合気を排出させ、これを二次空気の代わりにする。その後は、４サイクル運転に切換え、エアポンプからの二次空気で、排温を上昇させる。
【解決手段】 クランキング中で、二次空気供給用のエアポンプを作動させることができない第１の期間、クランキングの終了後にバッテリ電圧が安定するまでの、エアポンプを作動させることができない第２の期間（Ｔｂｔｈ）、及び、エアポンプの作動開始後、吐出量が安定するまでの第３の期間、多サイクル運転（１２サイクル運転）に切換える。１２サイクル運転中、通常の燃焼を行わせる膨張行程以外の他の膨張行程にて燃料カット又は点火カットにより非燃焼とし、直後の排気行程にて、空気又は未燃混合気を排出させ、これを二次空気の代わりにする。その後は、４サイクル運転に切換え、エアポンプからの二次空気で、排温を上昇させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、始動直後にエアポンプを作動させて排気通路に二次空気を供給し、排気温度を上昇させて、排気浄化触媒の早期活性化を図る内燃機関の始動時制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の技術では、始動直後にエアポンプを作動させて排気通路に二次空気を供給している。また、一部の気筒について燃料カットを行うことで、運転気筒の仕事を増大させて、その排気熱量を増大させると共に、休止気筒の排気弁を閉じることで、低温空気の排出を防止することにより、排気通路での二次空気供給による再燃焼を促進している。
【０００３】
また、特許文献２に記載の技術では、二次空気を供給する専用のエアポンプを不要とするため、一部の気筒について燃料カットを行うことで、当該気筒からの排気（空気）を二次空気として触媒上流に供給している。
【特許文献１】特開２００４−１２４８２３号公報
【特許文献２】特開平１１−３１１１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のように、エアポンプを用いる場合、クランキング中はスタータモータの作動を優先させるため、クランキング終了直後もバッテリ電圧の変動防止のため、エアポンプを作動させることができず、二次空気を供給できない。また、エアポンプの作動開始後も吐出量が安定するまでの間は、十分な二次空気の供給が困難である。従って、二次空気の供給は、始動直後の触媒の早期活性化やＨＣ低減を目的とするものでありながら、肝心の期間に、二次空気を供給できず、再燃焼効果が得られない。
【０００５】
また、特許文献２のように、一部の気筒について燃料カットを行って、当該気筒の排気（空気）を二次空気として用いる技術は、確かに始動直後の排温向上、ＨＣ低減に効果があるが、部分気筒運転中は、エンジンの振動レベルが増大し、また運転気筒の燃焼圧が上昇することでＮＯｘ排出量が大となるので、長時間の部分気筒運転により、振動レベル及びＮＯｘの悪化が顕著となる。この点は、二次空気供給中に部分気筒運転する特許文献１についても同様である。
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑み、振動レベルやＮＯｘの悪化を最小限に抑えつつ、始動直後より排温を上昇させて、触媒の早期活性化を図ることのできる内燃機関の始動時制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このため、本発明では、エアポンプによる排気通路への二次空気の供給が可能となるまでの期間、通常の４サイクル運転から、これよりサイクル数が多い多サイクル運転に切換え、多サイクル運転中、通常の燃焼を行わせる膨張行程以外の他の膨張行程にて非燃焼とし、非燃焼の膨張行程の直後の排気行程にて、空気又は未燃混合気を排気通路に排出させる構成とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エアポンプによる排気通路への二次空気の供給が可能となるまでという限られた期間、多サイクル運転を行って、空気又は未燃混合気を排出させ、これを二次空気の代わりとすることで、始動直後より排温を上昇させて、触媒の早期活性化を図ることができる。そして、この期間の後は、エアポンプからの二次空気を用いることで、多サイクル運転の時間を短くして、振動レベルやＮＯｘの悪化を最小限に抑えることができる。また、多サイクル運転は、これを燃料カットにより実現する場合でも、各気筒を所定の順序で燃料カットするようなものであることから、一部気筒の燃料カットより、振動レベルの悪化が少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図である。
エンジン１の吸気通路２には、吸気マニホールド３の入口側に位置させて、吸入空気量を制御する電制スロットル弁４が設置されている。電制スロットル弁４は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）２０からの信号により作動するステップモータ等により開度制御される。
【００１０】
吸気マニホールド３の出口側のブランチ部には、各気筒の吸気ポート５に（吸気弁７傘部を指向して）燃料を噴射する燃料噴射弁６が取付けられている。燃料噴射弁６は、ＥＣＵ２０からエンジン回転に同期して出力される噴射パルス信号により、そのパルス幅によって定められる時間、ソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射する。
【００１１】
電制スロットル弁４の制御を受けた空気と、燃料噴射弁６から噴射された燃料は、吸気弁７が開いたときに、エンジン１の燃焼室１０に吸入される。
燃焼室１０内に吸入された空気と燃料は、混合気を形成し、ＥＣＵ２０により制御される点火時期にて、点火プラグ１１により点火されて燃焼する。燃焼後の排気は、排気弁１２を介して、排気通路１３へ排出される。排気通路１３には排気浄化触媒１４が設けられている。
【００１２】
ここで、排気通路１３の排気浄化触媒１４上流、特に排気の高温部であるシリンダヘッド内の各気筒の排気ポート１５に（排気弁１２傘部を指向して）二次空気を供給し得るように、シリンダヘッド内に二次空気供給通路１６が設けられている。そして、二次空気供給用の電動式エアポンプ１７が設けられ、その吐出側は、遮断弁１８、及び配管（ギャラリ）１９を介して、各気筒への二次空気供給通路１６に接続されている。尚、図１中のＢはエアポンプ１７の電源となるバッテリを示している。
【００１３】
ＥＣＵ２０には、アクセルペダルセンサ２１により検出されるアクセル開度ＡＰＯ、クランク角センサ２２により検出されるエンジン回転数Ｎｅ、エアフローメータ２３により検出される吸入空気量Ｑａ、水温センサ２４により検出されるエンジン冷却水温Ｔｗ、空燃比センサ２５により検出される排気空燃比、触媒温度センサ２６により検出される触媒温度Ｔｃなどが入力されている。また、エアポンプ１７の吐出側の圧力（二次空気圧）２Ａｐを検出する圧力センサ２７が設けられ、これからも信号が入力されている。この他、図示しないが、イグニッションスイッチ及びスタートスイッチを有するエンジンキースイッチからも信号が入力されている。
【００１４】
ＥＣＵ２０は、これらの入力信号より検出されるエンジン運転条件に基づいて、電制スロットル弁４の開度、燃料噴射弁６の燃料噴射時期及び燃料噴射量、点火プラグ１１の点火時期などを制御する。また、エアポンプ１７、遮断弁１８の作動を制御する。尚、遮断弁１８はエアポンプ１７のＯＮ時に開、ＯＦＦ時に閉とするもので、エアポンプ１７自体がＯＦＦ時の遮断機能を有しているときは省略できる。
【００１５】
次に、始動直後の排気浄化触媒１４の早期活性化（暖機）のための制御について、図２のタイムチャートにより説明する。
始動時のクランキング中は、スタータモータの駆動を優先させるため、エアポンプをＯＦＦとする。
クランキング終了後は、バッテリ電圧が安定するまでの間、電圧変動を防止するために、エアポンプをＯＦＦとする。従って、クランキング終了時点より、タイマＴｂをスタートさせ、タイマＴｂの値が、予め定めた時間Ｔｂｔｈに達した時点で、エアポンプをＯＮとする。但し、エアポンプをＯＮにしても、その動作遅れにより、ポンプ吐出量が安定する（二次空気圧が規定の圧力に到達する）までには、遅れを有する。
【００１６】
その後、触媒の暖機が完了した時点でエアポンプを再びＯＦＦとする。
一方、通常（常温始動の場合）は、クランキング中で、エアポンプをＯＮにすることができない第１の期間、クランキングの終了後にバッテリ電圧が安定するまでの、エアポンプをＯＮにすることができない第２の期間（Ｔｂｔｈ）、及び、エアポンプのＯＮ後、吐出量が安定する（二次空気圧が規定の圧力に到達する）までの第３の期間、通常の４サイクル運転から、４×Ｎint （Ｎint は２以上の整数）で、かつ、気筒間の燃焼が等間隔となるようなサイクル数の多サイクル運転、４気筒エンジンの場合、１２サイクル運転に切換える。そして、１２サイクル運転中、通常の燃焼を行わせる膨張行程以外の他の膨張行程にて非燃焼とし、非燃焼の膨張行程の直後の排気行程にて、空気又は未燃混合気（生ガス）を排気通路に排出させ、これを二次空気の代わりにする。尚、燃料カットにより非燃焼とする場合に、空気を排出でき、点火カットにより非燃焼とする場合に、未燃混合気を排出できる。
【００１７】
このため、クランキング開始より１２サイクル運転を行い（常温始動の場合）、エアポンプのＯＮ時点より、圧力センサにより検出される二次空気圧を監視して、二次空気圧が規定の圧力に到達した時点で、１２サイクル運転を終了し、４サイクル運転に切換える。
低温始動の場合（特に寒冷地での始動の場合）は、始動性能を優先させるため、クランキングから完爆まで、４サイクル運転し、完爆後に１２サイクル運転を開始する。
【００１８】
尚、クランキング後にバッテリ電圧が安定するまでの第２の期間は、ここでは、時間Ｔｂｔｈにより管理したが、バッテリ電圧を検出するセンサを設けて管理してもよい。また、エアポンプのＯＮ後、吐出量が安定するまでの第３の期間は、ここでは、エアポンプの吐出側に圧力センサを設けて管理したが、エアポンプのＯＮ時点よりタイマＴｐをスタートさせて、時間により管理してもよい。
【００１９】
次に、始動直後の排気浄化触媒１４の早期活性化（暖機）のための制御について、図３のエアポンプのＯＮ・ＯＦＦ制御のフローチャートと、図４の４サイクル運転・１２サイクル運転の切換制御のフローチャートとにより説明する。尚、これらのフローはクランキングの開始と共に時間同期又は回転同期で実行される。
先ず、図３のエアポンプのＯＮ／ＯＦＦ制御のフローチャートについて説明する。
【００２０】
Ｓ１では、触媒昇温要求があるか否かを判定する。具体的には、触媒温度センサ２６により触媒温度Ｔｃを検出し、所定の活性温度より低いか否かを判定する。運転条件から触媒温度を予測して、活性・非活性を判定してもよい。触媒昇温要求がある場合、すなわち触媒１４が非活性の場合は、Ｓ２へ進む。
Ｓ２では、クランキング中、すなわちスタートスイッチがＯＮか否かを判定し、クランキング中の場合は、Ｓ３の処理へ進む。
【００２１】
Ｓ３では、二次空気供給用のエアポンプ１７をＯＦＦ状態に保持し、遮断弁１８も閉状態に保持して、リターンする。スタータモータによるクランキング中であるので、スタータモータの電源となるバッテリＢの消費を抑えるためである。
Ｓ２での判定で、クランキング中でない場合（すなわちクランキング後の場合）は、Ｓ４へ進む。
【００２２】
Ｓ４では、クランキング終了後の経過時間を計時するタイマＴｂの値を、バッテリ電圧が安定するまでの所定時間Ｔｂｔｈと比較して、タイマＴｂ＜Ｔｂｔｈか否かを判定し、タイマＴｂ＜Ｔｂｔｈの場合、すなわち、バッテリ電圧が安定するまでの間は、前記同様、Ｓ３の処理へ進み、二次空気供給用のエアポンプ１７をＯＦＦ状態に保持し、遮断弁１８も閉状態に保持して、リターンする。
【００２３】
Ｓ４での判定で、タイマＴｂ≧Ｔｂｔｈの場合、すなわち、バッテリ電圧が安定した後は、Ｓ５の処理へ進む。
Ｓ５では、二次空気供給用のエアポンプ１７をＯＮにし、遮断弁１８を開いて、リターンする。但し、エアポンプ１７をＯＮにしても、エアポンプ１７の吐出量が安定する（二次空気圧が規定の圧力に到達する）までには、所定期間の遅れがある。
【００２４】
Ｓ１での判定で、触媒昇温要求がなくなった場合、すなわち触媒の暖機が終了した場合は、Ｓ６の処理へ進み、二次空気供給用のエアポンプ１７をＯＦＦにし、遮断弁１８を閉じて、リターンする。
次に、図４の４サイクル運転・１２サイクル運転の切換制御のフローチャートについて説明する。
【００２５】
Ｓ１０では、前記Ｓ１と同様、触媒昇温要求があるか否かを判定する。触媒昇温要求がある場合、すなわち触媒１４が非活性の場合は、Ｓ１１へ進む。
Ｓ１１では、完爆判定未了か否かを判定する。完爆判定はエンジン回転数Ｎｅなどから行う。完爆判定未了の場合は、Ｓ１２へ進む。
Ｓ１２では、１２サイクル運転での始動を禁止する条件（１２サイクル始動禁止）か否か、具体的には、エンジン冷却水温Ｔｗが所定値以下である寒冷地での低温始動か否かを判定する。１２サイクル始動禁止（低温始動）の場合は、Ｓ１３の処理へ進む。
【００２６】
Ｓ１３では、通常の４サイクル運転として、リターンする。
Ｓ１２での判定で、１２サイクル始動禁止（低温始動）でない場合、すなわち常温始動の場合は、Ｓ１５の処理へ進む。
Ｓ１５では、１２サイクル運転に切換えて、リターンする。
Ｓ１１での判定で、完爆判定未了でない場合、すなわち完爆判定後の場合は、Ｓ１４へ進む。
【００２７】
Ｓ１４では、圧力センサ２７により検出される二次空気圧２Ａｐを読込み、所定値２Ａｐｔｈと比較して、２Ａｐ＜２Ａｐｔｈか否かを判定し、２Ａｐ＜２Ａｐｔｈの場合、すなわち、エアポンプ１７の吐出量が安定する（二次空気圧が規定の圧力に到達する）までの間は、前記同様、Ｓ１５の処理へ進み、１２サイクル運転を行う。
Ｓ１４での判定で、２Ａｐ≧２Ａｐｔｈの場合、すなわち、エアポンプ１７の吐出量が安定した後は、Ｓ１６の処理へ進む。
【００２８】
Ｓ１６では、通常の４サイクル運転に戻して、リターンする。但し、空燃比は、排気通路にてエアポンプ１７からの二次空気によって未燃分を燃焼させて、排温を上昇させるために、必要十分な未燃分を排出できるようなリッチ設定である。
Ｓ１０での判定で、触媒昇温要求がなくなった場合、すなわち触媒の暖機が終了した場合は、Ｓ１７の処理へ進む。
【００２９】
Ｓ１７では、通常運転のため、４サイクル運転として、リターンする。
次に、４気筒エンジンの場合に、通常の４サイクル運転から、１２サイクル運転に切換えることにより、二次空気の代わりに、排気通路に空気又は未燃混合気を供給する態様について、詳細に説明する。
〔第１の態様〕
図５は第１の態様（燃料カットにより空気を排出させる態様）を示している。
【００３０】
４サイクル運転は、吸気（混合気）→圧縮（点火）→膨張（燃焼）→排気（既燃ガス）の４サイクルであり、点火順序は、＃１→＃３→＃４→＃２である。
１２サイクル運転は、吸気→圧縮→膨張→排気のパターンを３回繰り返すものであり、吸気→圧縮→膨張→排気の１パターンでは、吸気行程にて直前の排気行程にて吸気通路内に噴射された燃料と空気との混合気を吸入し、圧縮行程の後期に混合気に点火して、膨張行程にて燃焼させ、排気行程にて既燃ガスを排出させる。残りの２パターンでは、直前の排気行程噴射を行わず（燃料カット）、吸気行程にて空気のみを吸入し、圧縮行程後の膨張行程にて非燃焼とし、排気行程にて空気を排出させる。
【００３１】
従って、１２サイクル運転は、吸気（混合気）→圧縮（点火）→膨張（燃焼）→排気（既燃ガス）→吸気（空気）→圧縮→膨張（非燃焼）→排気（空気）→吸気（空気）→圧縮→膨張（非燃焼）→排気（空気）となる。
尚、吸気行程にて空気のみを吸入した後の圧縮行程での点火は、カットしても、しなくてもよい。
【００３２】
点火と燃焼の順序は、＃１（燃焼）→＃３→＃４→＃２（燃焼）→＃１→＃３→＃４（燃焼）→＃２→＃１→＃３（燃焼）→＃４→＃２であり、気筒間の燃焼を等間隔にすることができる。
この場合、燃焼気筒の空燃比はリッチに設定する（燃料噴射量を増量する）。燃焼気筒から排出される既燃ガス中の未燃燃料を非燃焼気筒から排出される空気で燃焼させるためである。
【００３３】
また、多サイクル運転ではトルクが低下するため、スロットル開度増大による空気量アップが前提となる。
〔第２の態様〕
図６は第２の態様（点火カットにより未燃混合気を排出させる態様）を示している。異なる点について説明する。
【００３４】
１２サイクル運転は、吸気→圧縮→膨張→排気のパターンを３回繰り返すものであり、吸気→圧縮→膨張→排気の１パターンでは、吸気行程にて直前の排気行程にて吸気通路内に噴射された燃料と空気との混合気を吸入し、圧縮行程の後期に混合気に点火して、膨張行程にて燃焼させ、排気行程にて既燃ガスを排出させる。残りの２パターンでは、直前の排気行程噴射を行い、吸気行程にて混合気を吸入し、圧縮行程にて点火をカットすることで、膨張行程にて非燃焼とし、排気行程にて未燃混合気を排出させる。
【００３５】
従って、１２サイクル運転は、吸気（混合気）→圧縮（点火）→膨張（燃焼）→排気（既燃ガス）→吸気（混合気）→圧縮（非点火）→膨張（非燃焼）→排気（混合気）→吸気（混合気）→圧縮（非点火）→膨張（非燃焼）→排気（混合気）となる。
この場合、燃焼気筒の空燃比はストイキ〜リッチに設定し、非燃焼気筒の空燃比はストイキ〜リーンに設定する。非燃焼気筒から混合気を排出し、燃焼気筒から排出される既燃ガスの熱でその混合気を燃焼させる（既燃ガス中の未燃分も一緒に燃焼させる）ためである。
【００３６】
〔第３の態様〕
図７は第３の態様（点火カットによる未燃混合気の排出と燃料カットによる空気の排出とを併用する態様）を示している。異なる点について説明する。
１２サイクル運転は、吸気→圧縮→膨張→排気のパターンを３回繰り返すものであり、吸気→圧縮→膨張→排気の１パターンでは、吸気行程にて直前の排気行程にて吸気通路内に噴射された燃料と空気との混合気を吸入し、圧縮行程の後期に混合気に点火して、膨張行程にて燃焼させ、排気行程にて既燃ガスを排出させる。残りの２パターンのうち、１パターンでは、直前の排気行程噴射を行い、吸気行程にて混合気を吸入し、圧縮行程にて点火をカットすることで、膨張行程にて非燃焼とし、排気行程にて未燃混合気を排出させる。もう１パターンでは、直前の排気行程噴射を行わず（燃料カット）、吸気行程にて空気のみを吸入し、圧縮行程後の膨張行程にて非燃焼とし、排気行程にて空気を排出させる。
【００３７】
従って、１２サイクル運転は、吸気（混合気）→圧縮（点火）→膨張（燃焼）→排気（既燃ガス）→吸気（混合気）→圧縮（非点火）→膨張（非燃焼）→排気（混合気）→吸気（空気）→圧縮→膨張（非燃焼）→排気（空気）となる。
この場合、燃焼気筒の空燃比はストイキ〜リッチに設定し、非燃焼気筒の空燃比はストイキ〜リーンに設定する。
【００３８】
パターン順は、燃焼パターン→点火カットによる非燃焼パターン→燃料カットによる非燃焼パターンの順とする。燃焼パターンの直前を、燃料カットによる非燃焼パターンとすることで、筒内に残留する非燃焼時混合気を追い出すことができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、始動直後にエアポンプ１７を作動させて排気通路１３（排気ポート１５）に二次空気を供給し、排温を上昇させる場合に、エアポンプ１７による排気通路１３への二次空気の供給が可能となるまでという限られた期間、多サイクル運転を行って、空気又は未燃混合気を排出させ、これを二次空気の代わりとすることで、始動直後より排温を上昇させて、触媒１４の早期活性化を図ることができる。そして、この期間の後は、エアポンプ１７からの二次空気を用いることで、多サイクル運転の時間を短くして、振動レベルやＮＯｘの悪化を最小限に抑えることができる。
【００３９】
また、多サイクル運転は、これを燃料カットにより実現する場合でも、各気筒を所定の順序で燃料カットするようなものであることから、一部気筒の燃料カットより、振動レベルの悪化が少ない。
また、前記多サイクル運転のサイクル数を、４×Ｎint （Ｎint は２以上の整数）とすることで、可変動弁装置が不要となり、かつ、サイクル数を、気筒数に応じ、気筒間の燃焼が等間隔となるように定めることで、可変サイクルでの安定性を向上させることができる。具体的には、４気筒（又は８気筒）エンジンの場合、１２サイクル運転とすることで、実用的なものとなる。
【００４０】
また、前記期間に、クランキング中で、エアポンプ１７を作動させることができない第１の期間を含むことにより、クランキング中の消費電力の低減（スタータモータによる始動性の向上）と、触媒暖機性能とを両立させることができる。
また、前記期間に、クランキングの終了後にバッテリ電圧が安定するまでの、エアポンプ１７を作動させることができない第２の期間を含むことにより、バッテリ電圧変動による誤動作の防止と、触媒暖機性能とを両立させることができる。
【００４１】
また、前記期間に、エアポンプ１７の作動開始後、吐出量が安定するまでの第３の期間を含むことにより、応答性の良くない安価なエアポンプ１７でも使用でき、コストアップを防止できる。
また、前記期間のうち、クランキング開始から完爆までは、４サイクル運転し、完爆後に多サイクル運転することにより、始動性を優先させることも可能である。
【００４２】
また、多サイクル運転での始動を禁止する条件を予め設定し、禁止条件の場合に、前記期間のうち、クランキング開始から完爆までは、４サイクル運転し、完爆後に多サイクル運転することにより、低温始動時などに、始動性を優先させることも可能である。
尚、以上の説明では、４気筒エンジンの例で１２サイクル運転としたが、８気筒エンジンの場合も１２サイクル運転で対応できる。
【００４３】
８気筒エンジンの場合、４気筒エンジンと同様、各気筒について、吸気→圧縮→膨張（燃焼）→排気→吸気→圧縮→膨張（非燃焼）→排気→吸気→圧縮→膨張（非燃焼）→排気の１２サイクル運転とすると、
点火順序が＃１→＃８→＃７→＃３→＃６→＃５→＃４→＃２のとき、
＃１（燃焼）→＃８→＃７→＃３（燃焼）→＃６→＃５→＃４（燃焼）→＃２→＃１→＃８（燃焼）→＃７→＃３→＃６（燃焼）→＃５→＃４→＃２（燃焼）→＃１→＃８→＃７（燃焼）→＃３→＃６→＃５（燃焼）→＃４→＃２で、等爆となる。
【００４４】
また、６気筒エンジンにも適用できる。
６気筒エンジンの場合、各気筒について、吸気→圧縮→膨張（燃焼）→排気→吸気→圧縮→膨張（非燃焼）→排気→吸気→圧縮→膨張（非燃焼）→排気→吸気→圧縮→膨張（非燃焼）→排気→吸気→圧縮→膨張（非燃焼）→排気の２０サイクル運転とすると、
点火順序が、＃１→＃５→＃３→＃６→＃２→＃４のとき、
＃１（燃焼）→＃５→＃３→＃６→＃２→＃４（燃焼）→＃１→＃５→＃３→＃６→＃２（燃焼）→＃４→＃１→＃５→＃３→＃６（燃焼）→＃２→＃４→＃１→＃５→＃３（燃焼）→＃６→＃２→＃４→＃１→＃５（燃焼）→＃３→＃６→＃２→＃４で、等爆となる。
【００４５】
また、以上の説明では、吸気通路内に燃料を噴射供給する場合について示したが、燃焼室内に直接燃料を噴射供給する直噴式のものに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】始動直後の触媒の早期活性化のための制御のタイムチャート
【図３】エアポンプのＯＮ／ＯＦＦ制御のフローチャート
【図４】４サイクル運転・１２サイクル運転の切換制御のフローチャート
【図５】１２サイクル運転の第１の態様を示す図
【図６】１２サイクル運転の第２の態様を示す図
【図７】１２サイクル運転の第３の態様を示す図
【符号の説明】
【００４７】
１ エンジン
２ 吸気通路
３ 吸気マニホールド
４ 電制スロットル弁
５ 吸気ポート
６ 燃料噴射弁
７ 吸気弁
１０ 燃焼室
１１ 点火プラグ
１２ 排気弁
１３ 排気通路
１４ 排気浄化触媒
１５ 排気ポート
１６ 二次空気供給通路
１７ 電動式エアポンプ
１８ 遮断弁
１９ 配管（ギャラリ）
２０ ＥＣＵ
２１ アクセルペダルセンサ
２２ クランク角センサ
２３ エアフローメータ
２４ 水温センサ
２５ 空燃比センサ
２６ 触媒温度センサ
２７ 圧力センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、始動直後にエアポンプを作動させて排気通路に二次空気を供給し、排気温度を上昇させて、排気浄化触媒の早期活性化を図る内燃機関の始動時制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の技術では、始動直後にエアポンプを作動させて排気通路に二次空気を供給している。また、一部の気筒について燃料カットを行うことで、運転気筒の仕事を増大させて、その排気熱量を増大させると共に、休止気筒の排気弁を閉じることで、低温空気の排出を防止することにより、排気通路での二次空気供給による再燃焼を促進している。
【０００３】
また、特許文献２に記載の技術では、二次空気を供給する専用のエアポンプを不要とするため、一部の気筒について燃料カットを行うことで、当該気筒からの排気（空気）を二次空気として触媒上流に供給している。
【特許文献１】特開２００４−１２４８２３号公報
【特許文献２】特開平１１−３１１１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のように、エアポンプを用いる場合、クランキング中はスタータモータの作動を優先させるため、クランキング終了直後もバッテリ電圧の変動防止のため、エアポンプを作動させることができず、二次空気を供給できない。また、エアポンプの作動開始後も吐出量が安定するまでの間は、十分な二次空気の供給が困難である。従って、二次空気の供給は、始動直後の触媒の早期活性化やＨＣ低減を目的とするものでありながら、肝心の期間に、二次空気を供給できず、再燃焼効果が得られない。
【０００５】
また、特許文献２のように、一部の気筒について燃料カットを行って、当該気筒の排気（空気）を二次空気として用いる技術は、確かに始動直後の排温向上、ＨＣ低減に効果があるが、部分気筒運転中は、エンジンの振動レベルが増大し、また運転気筒の燃焼圧が上昇することでＮＯｘ排出量が大となるので、長時間の部分気筒運転により、振動レベル及びＮＯｘの悪化が顕著となる。この点は、二次空気供給中に部分気筒運転する特許文献１についても同様である。
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑み、振動レベルやＮＯｘの悪化を最小限に抑えつつ、始動直後より排温を上昇させて、触媒の早期活性化を図ることのできる内燃機関の始動時制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このため、本発明では、エアポンプによる排気通路への二次空気の供給が可能となるまでの期間、通常の４サイクル運転から、これよりサイクル数が多い多サイクル運転に切換え、多サイクル運転中、通常の燃焼を行わせる膨張行程以外の他の膨張行程にて非燃焼とし、非燃焼の膨張行程の直後の排気行程にて、空気又は未燃混合気を排気通路に排出させる構成とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エアポンプによる排気通路への二次空気の供給が可能となるまでという限られた期間、多サイクル運転を行って、空気又は未燃混合気を排出させ、これを二次空気の代わりとすることで、始動直後より排温を上昇させて、触媒の早期活性化を図ることができる。そして、この期間の後は、エアポンプからの二次空気を用いることで、多サイクル運転の時間を短くして、振動レベルやＮＯｘの悪化を最小限に抑えることができる。また、多サイクル運転は、これを燃料カットにより実現する場合でも、各気筒を所定の順序で燃料カットするようなものであることから、一部気筒の燃料カットより、振動レベルの悪化が少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図である。
エンジン１の吸気通路２には、吸気マニホールド３の入口側に位置させて、吸入空気量を制御する電制スロットル弁４が設置されている。電制スロットル弁４は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）２０からの信号により作動するステップモータ等により開度制御される。
【００１０】
吸気マニホールド３の出口側のブランチ部には、各気筒の吸気ポート５に（吸気弁７傘部を指向して）燃料を噴射する燃料噴射弁６が取付けられている。燃料噴射弁６は、ＥＣＵ２０からエンジン回転に同期して出力される噴射パルス信号により、そのパルス幅によって定められる時間、ソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射する。
【００１１】
電制スロットル弁４の制御を受けた空気と、燃料噴射弁６から噴射された燃料は、吸気弁７が開いたときに、エンジン１の燃焼室１０に吸入される。
燃焼室１０内に吸入された空気と燃料は、混合気を形成し、ＥＣＵ２０により制御される点火時期にて、点火プラグ１１により点火されて燃焼する。燃焼後の排気は、排気弁１２を介して、排気通路１３へ排出される。排気通路１３には排気浄化触媒１４が設けられている。
【００１２】
ここで、排気通路１３の排気浄化触媒１４上流、特に排気の高温部であるシリンダヘッド内の各気筒の排気ポート１５に（排気弁１２傘部を指向して）二次空気を供給し得るように、シリンダヘッド内に二次空気供給通路１６が設けられている。そして、二次空気供給用の電動式エアポンプ１７が設けられ、その吐出側は、遮断弁１８、及び配管（ギャラリ）１９を介して、各気筒への二次空気供給通路１６に接続されている。尚、図１中のＢはエアポンプ１７の電源となるバッテリを示している。
【００１３】
ＥＣＵ２０には、アクセルペダルセンサ２１により検出されるアクセル開度ＡＰＯ、クランク角センサ２２により検出されるエンジン回転数Ｎｅ、エアフローメータ２３により検出される吸入空気量Ｑａ、水温センサ２４により検出されるエンジン冷却水温Ｔｗ、空燃比センサ２５により検出される排気空燃比、触媒温度センサ２６により検出される触媒温度Ｔｃなどが入力されている。また、エアポンプ１７の吐出側の圧力（二次空気圧）２Ａｐを検出する圧力センサ２７が設けられ、これからも信号が入力されている。この他、図示しないが、イグニッションスイッチ及びスタートスイッチを有するエンジンキースイッチからも信号が入力されている。
【００１４】
ＥＣＵ２０は、これらの入力信号より検出されるエンジン運転条件に基づいて、電制スロットル弁４の開度、燃料噴射弁６の燃料噴射時期及び燃料噴射量、点火プラグ１１の点火時期などを制御する。また、エアポンプ１７、遮断弁１８の作動を制御する。尚、遮断弁１８はエアポンプ１７のＯＮ時に開、ＯＦＦ時に閉とするもので、エアポンプ１７自体がＯＦＦ時の遮断機能を有しているときは省略できる。
【００１５】
次に、始動直後の排気浄化触媒１４の早期活性化（暖機）のための制御について、図２のタイムチャートにより説明する。
始動時のクランキング中は、スタータモータの駆動を優先させるため、エアポンプをＯＦＦとする。
クランキング終了後は、バッテリ電圧が安定するまでの間、電圧変動を防止するために、エアポンプをＯＦＦとする。従って、クランキング終了時点より、タイマＴｂをスタートさせ、タイマＴｂの値が、予め定めた時間Ｔｂｔｈに達した時点で、エアポンプをＯＮとする。但し、エアポンプをＯＮにしても、その動作遅れにより、ポンプ吐出量が安定する（二次空気圧が規定の圧力に到達する）までには、遅れを有する。
【００１６】
その後、触媒の暖機が完了した時点でエアポンプを再びＯＦＦとする。
一方、通常（常温始動の場合）は、クランキング中で、エアポンプをＯＮにすることができない第１の期間、クランキングの終了後にバッテリ電圧が安定するまでの、エアポンプをＯＮにすることができない第２の期間（Ｔｂｔｈ）、及び、エアポンプのＯＮ後、吐出量が安定する（二次空気圧が規定の圧力に到達する）までの第３の期間、通常の４サイクル運転から、４×Ｎint （Ｎint は２以上の整数）で、かつ、気筒間の燃焼が等間隔となるようなサイクル数の多サイクル運転、４気筒エンジンの場合、１２サイクル運転に切換える。そして、１２サイクル運転中、通常の燃焼を行わせる膨張行程以外の他の膨張行程にて非燃焼とし、非燃焼の膨張行程の直後の排気行程にて、空気又は未燃混合気（生ガス）を排気通路に排出させ、これを二次空気の代わりにする。尚、燃料カットにより非燃焼とする場合に、空気を排出でき、点火カットにより非燃焼とする場合に、未燃混合気を排出できる。
【００１７】
このため、クランキング開始より１２サイクル運転を行い（常温始動の場合）、エアポンプのＯＮ時点より、圧力センサにより検出される二次空気圧を監視して、二次空気圧が規定の圧力に到達した時点で、１２サイクル運転を終了し、４サイクル運転に切換える。
低温始動の場合（特に寒冷地での始動の場合）は、始動性能を優先させるため、クランキングから完爆まで、４サイクル運転し、完爆後に１２サイクル運転を開始する。
【００１８】
尚、クランキング後にバッテリ電圧が安定するまでの第２の期間は、ここでは、時間Ｔｂｔｈにより管理したが、バッテリ電圧を検出するセンサを設けて管理してもよい。また、エアポンプのＯＮ後、吐出量が安定するまでの第３の期間は、ここでは、エアポンプの吐出側に圧力センサを設けて管理したが、エアポンプのＯＮ時点よりタイマＴｐをスタートさせて、時間により管理してもよい。
【００１９】
次に、始動直後の排気浄化触媒１４の早期活性化（暖機）のための制御について、図３のエアポンプのＯＮ・ＯＦＦ制御のフローチャートと、図４の４サイクル運転・１２サイクル運転の切換制御のフローチャートとにより説明する。尚、これらのフローはクランキングの開始と共に時間同期又は回転同期で実行される。
先ず、図３のエアポンプのＯＮ／ＯＦＦ制御のフローチャートについて説明する。
【００２０】
Ｓ１では、触媒昇温要求があるか否かを判定する。具体的には、触媒温度センサ２６により触媒温度Ｔｃを検出し、所定の活性温度より低いか否かを判定する。運転条件から触媒温度を予測して、活性・非活性を判定してもよい。触媒昇温要求がある場合、すなわち触媒１４が非活性の場合は、Ｓ２へ進む。
Ｓ２では、クランキング中、すなわちスタートスイッチがＯＮか否かを判定し、クランキング中の場合は、Ｓ３の処理へ進む。
【００２１】
Ｓ３では、二次空気供給用のエアポンプ１７をＯＦＦ状態に保持し、遮断弁１８も閉状態に保持して、リターンする。スタータモータによるクランキング中であるので、スタータモータの電源となるバッテリＢの消費を抑えるためである。
Ｓ２での判定で、クランキング中でない場合（すなわちクランキング後の場合）は、Ｓ４へ進む。
【００２２】
Ｓ４では、クランキング終了後の経過時間を計時するタイマＴｂの値を、バッテリ電圧が安定するまでの所定時間Ｔｂｔｈと比較して、タイマＴｂ＜Ｔｂｔｈか否かを判定し、タイマＴｂ＜Ｔｂｔｈの場合、すなわち、バッテリ電圧が安定するまでの間は、前記同様、Ｓ３の処理へ進み、二次空気供給用のエアポンプ１７をＯＦＦ状態に保持し、遮断弁１８も閉状態に保持して、リターンする。
【００２３】
Ｓ４での判定で、タイマＴｂ≧Ｔｂｔｈの場合、すなわち、バッテリ電圧が安定した後は、Ｓ５の処理へ進む。
Ｓ５では、二次空気供給用のエアポンプ１７をＯＮにし、遮断弁１８を開いて、リターンする。但し、エアポンプ１７をＯＮにしても、エアポンプ１７の吐出量が安定する（二次空気圧が規定の圧力に到達する）までには、所定期間の遅れがある。
【００２４】
Ｓ１での判定で、触媒昇温要求がなくなった場合、すなわち触媒の暖機が終了した場合は、Ｓ６の処理へ進み、二次空気供給用のエアポンプ１７をＯＦＦにし、遮断弁１８を閉じて、リターンする。
次に、図４の４サイクル運転・１２サイクル運転の切換制御のフローチャートについて説明する。
【００２５】
Ｓ１０では、前記Ｓ１と同様、触媒昇温要求があるか否かを判定する。触媒昇温要求がある場合、すなわち触媒１４が非活性の場合は、Ｓ１１へ進む。
Ｓ１１では、完爆判定未了か否かを判定する。完爆判定はエンジン回転数Ｎｅなどから行う。完爆判定未了の場合は、Ｓ１２へ進む。
Ｓ１２では、１２サイクル運転での始動を禁止する条件（１２サイクル始動禁止）か否か、具体的には、エンジン冷却水温Ｔｗが所定値以下である寒冷地での低温始動か否かを判定する。１２サイクル始動禁止（低温始動）の場合は、Ｓ１３の処理へ進む。
【００２６】
Ｓ１３では、通常の４サイクル運転として、リターンする。
Ｓ１２での判定で、１２サイクル始動禁止（低温始動）でない場合、すなわち常温始動の場合は、Ｓ１５の処理へ進む。
Ｓ１５では、１２サイクル運転に切換えて、リターンする。
Ｓ１１での判定で、完爆判定未了でない場合、すなわち完爆判定後の場合は、Ｓ１４へ進む。
【００２７】
Ｓ１４では、圧力センサ２７により検出される二次空気圧２Ａｐを読込み、所定値２Ａｐｔｈと比較して、２Ａｐ＜２Ａｐｔｈか否かを判定し、２Ａｐ＜２Ａｐｔｈの場合、すなわち、エアポンプ１７の吐出量が安定する（二次空気圧が規定の圧力に到達する）までの間は、前記同様、Ｓ１５の処理へ進み、１２サイクル運転を行う。
Ｓ１４での判定で、２Ａｐ≧２Ａｐｔｈの場合、すなわち、エアポンプ１７の吐出量が安定した後は、Ｓ１６の処理へ進む。
【００２８】
Ｓ１６では、通常の４サイクル運転に戻して、リターンする。但し、空燃比は、排気通路にてエアポンプ１７からの二次空気によって未燃分を燃焼させて、排温を上昇させるために、必要十分な未燃分を排出できるようなリッチ設定である。
Ｓ１０での判定で、触媒昇温要求がなくなった場合、すなわち触媒の暖機が終了した場合は、Ｓ１７の処理へ進む。
【００２９】
Ｓ１７では、通常運転のため、４サイクル運転として、リターンする。
次に、４気筒エンジンの場合に、通常の４サイクル運転から、１２サイクル運転に切換えることにより、二次空気の代わりに、排気通路に空気又は未燃混合気を供給する態様について、詳細に説明する。
〔第１の態様〕
図５は第１の態様（燃料カットにより空気を排出させる態様）を示している。
【００３０】
４サイクル運転は、吸気（混合気）→圧縮（点火）→膨張（燃焼）→排気（既燃ガス）の４サイクルであり、点火順序は、＃１→＃３→＃４→＃２である。
１２サイクル運転は、吸気→圧縮→膨張→排気のパターンを３回繰り返すものであり、吸気→圧縮→膨張→排気の１パターンでは、吸気行程にて直前の排気行程にて吸気通路内に噴射された燃料と空気との混合気を吸入し、圧縮行程の後期に混合気に点火して、膨張行程にて燃焼させ、排気行程にて既燃ガスを排出させる。残りの２パターンでは、直前の排気行程噴射を行わず（燃料カット）、吸気行程にて空気のみを吸入し、圧縮行程後の膨張行程にて非燃焼とし、排気行程にて空気を排出させる。
【００３１】
従って、１２サイクル運転は、吸気（混合気）→圧縮（点火）→膨張（燃焼）→排気（既燃ガス）→吸気（空気）→圧縮→膨張（非燃焼）→排気（空気）→吸気（空気）→圧縮→膨張（非燃焼）→排気（空気）となる。
尚、吸気行程にて空気のみを吸入した後の圧縮行程での点火は、カットしても、しなくてもよい。
【００３２】
点火と燃焼の順序は、＃１（燃焼）→＃３→＃４→＃２（燃焼）→＃１→＃３→＃４（燃焼）→＃２→＃１→＃３（燃焼）→＃４→＃２であり、気筒間の燃焼を等間隔にすることができる。
この場合、燃焼気筒の空燃比はリッチに設定する（燃料噴射量を増量する）。燃焼気筒から排出される既燃ガス中の未燃燃料を非燃焼気筒から排出される空気で燃焼させるためである。
【００３３】
また、多サイクル運転ではトルクが低下するため、スロットル開度増大による空気量アップが前提となる。
〔第２の態様〕
図６は第２の態様（点火カットにより未燃混合気を排出させる態様）を示している。異なる点について説明する。
【００３４】
１２サイクル運転は、吸気→圧縮→膨張→排気のパターンを３回繰り返すものであり、吸気→圧縮→膨張→排気の１パターンでは、吸気行程にて直前の排気行程にて吸気通路内に噴射された燃料と空気との混合気を吸入し、圧縮行程の後期に混合気に点火して、膨張行程にて燃焼させ、排気行程にて既燃ガスを排出させる。残りの２パターンでは、直前の排気行程噴射を行い、吸気行程にて混合気を吸入し、圧縮行程にて点火をカットすることで、膨張行程にて非燃焼とし、排気行程にて未燃混合気を排出させる。
【００３５】
従って、１２サイクル運転は、吸気（混合気）→圧縮（点火）→膨張（燃焼）→排気（既燃ガス）→吸気（混合気）→圧縮（非点火）→膨張（非燃焼）→排気（混合気）→吸気（混合気）→圧縮（非点火）→膨張（非燃焼）→排気（混合気）となる。
この場合、燃焼気筒の空燃比はストイキ〜リッチに設定し、非燃焼気筒の空燃比はストイキ〜リーンに設定する。非燃焼気筒から混合気を排出し、燃焼気筒から排出される既燃ガスの熱でその混合気を燃焼させる（既燃ガス中の未燃分も一緒に燃焼させる）ためである。
【００３６】
〔第３の態様〕
図７は第３の態様（点火カットによる未燃混合気の排出と燃料カットによる空気の排出とを併用する態様）を示している。異なる点について説明する。
１２サイクル運転は、吸気→圧縮→膨張→排気のパターンを３回繰り返すものであり、吸気→圧縮→膨張→排気の１パターンでは、吸気行程にて直前の排気行程にて吸気通路内に噴射された燃料と空気との混合気を吸入し、圧縮行程の後期に混合気に点火して、膨張行程にて燃焼させ、排気行程にて既燃ガスを排出させる。残りの２パターンのうち、１パターンでは、直前の排気行程噴射を行い、吸気行程にて混合気を吸入し、圧縮行程にて点火をカットすることで、膨張行程にて非燃焼とし、排気行程にて未燃混合気を排出させる。もう１パターンでは、直前の排気行程噴射を行わず（燃料カット）、吸気行程にて空気のみを吸入し、圧縮行程後の膨張行程にて非燃焼とし、排気行程にて空気を排出させる。
【００３７】
従って、１２サイクル運転は、吸気（混合気）→圧縮（点火）→膨張（燃焼）→排気（既燃ガス）→吸気（混合気）→圧縮（非点火）→膨張（非燃焼）→排気（混合気）→吸気（空気）→圧縮→膨張（非燃焼）→排気（空気）となる。
この場合、燃焼気筒の空燃比はストイキ〜リッチに設定し、非燃焼気筒の空燃比はストイキ〜リーンに設定する。
【００３８】
パターン順は、燃焼パターン→点火カットによる非燃焼パターン→燃料カットによる非燃焼パターンの順とする。燃焼パターンの直前を、燃料カットによる非燃焼パターンとすることで、筒内に残留する非燃焼時混合気を追い出すことができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、始動直後にエアポンプ１７を作動させて排気通路１３（排気ポート１５）に二次空気を供給し、排温を上昇させる場合に、エアポンプ１７による排気通路１３への二次空気の供給が可能となるまでという限られた期間、多サイクル運転を行って、空気又は未燃混合気を排出させ、これを二次空気の代わりとすることで、始動直後より排温を上昇させて、触媒１４の早期活性化を図ることができる。そして、この期間の後は、エアポンプ１７からの二次空気を用いることで、多サイクル運転の時間を短くして、振動レベルやＮＯｘの悪化を最小限に抑えることができる。
【００３９】
また、多サイクル運転は、これを燃料カットにより実現する場合でも、各気筒を所定の順序で燃料カットするようなものであることから、一部気筒の燃料カットより、振動レベルの悪化が少ない。
また、前記多サイクル運転のサイクル数を、４×Ｎint （Ｎint は２以上の整数）とすることで、可変動弁装置が不要となり、かつ、サイクル数を、気筒数に応じ、気筒間の燃焼が等間隔となるように定めることで、可変サイクルでの安定性を向上させることができる。具体的には、４気筒（又は８気筒）エンジンの場合、１２サイクル運転とすることで、実用的なものとなる。
【００４０】
また、前記期間に、クランキング中で、エアポンプ１７を作動させることができない第１の期間を含むことにより、クランキング中の消費電力の低減（スタータモータによる始動性の向上）と、触媒暖機性能とを両立させることができる。
また、前記期間に、クランキングの終了後にバッテリ電圧が安定するまでの、エアポンプ１７を作動させることができない第２の期間を含むことにより、バッテリ電圧変動による誤動作の防止と、触媒暖機性能とを両立させることができる。
【００４１】
また、前記期間に、エアポンプ１７の作動開始後、吐出量が安定するまでの第３の期間を含むことにより、応答性の良くない安価なエアポンプ１７でも使用でき、コストアップを防止できる。
また、前記期間のうち、クランキング開始から完爆までは、４サイクル運転し、完爆後に多サイクル運転することにより、始動性を優先させることも可能である。
【００４２】
また、多サイクル運転での始動を禁止する条件を予め設定し、禁止条件の場合に、前記期間のうち、クランキング開始から完爆までは、４サイクル運転し、完爆後に多サイクル運転することにより、低温始動時などに、始動性を優先させることも可能である。
尚、以上の説明では、４気筒エンジンの例で１２サイクル運転としたが、８気筒エンジンの場合も１２サイクル運転で対応できる。
【００４３】
８気筒エンジンの場合、４気筒エンジンと同様、各気筒について、吸気→圧縮→膨張（燃焼）→排気→吸気→圧縮→膨張（非燃焼）→排気→吸気→圧縮→膨張（非燃焼）→排気の１２サイクル運転とすると、
点火順序が＃１→＃８→＃７→＃３→＃６→＃５→＃４→＃２のとき、
＃１（燃焼）→＃８→＃７→＃３（燃焼）→＃６→＃５→＃４（燃焼）→＃２→＃１→＃８（燃焼）→＃７→＃３→＃６（燃焼）→＃５→＃４→＃２（燃焼）→＃１→＃８→＃７（燃焼）→＃３→＃６→＃５（燃焼）→＃４→＃２で、等爆となる。
【００４４】
また、６気筒エンジンにも適用できる。
６気筒エンジンの場合、各気筒について、吸気→圧縮→膨張（燃焼）→排気→吸気→圧縮→膨張（非燃焼）→排気→吸気→圧縮→膨張（非燃焼）→排気→吸気→圧縮→膨張（非燃焼）→排気→吸気→圧縮→膨張（非燃焼）→排気の２０サイクル運転とすると、
点火順序が、＃１→＃５→＃３→＃６→＃２→＃４のとき、
＃１（燃焼）→＃５→＃３→＃６→＃２→＃４（燃焼）→＃１→＃５→＃３→＃６→＃２（燃焼）→＃４→＃１→＃５→＃３→＃６（燃焼）→＃２→＃４→＃１→＃５→＃３（燃焼）→＃６→＃２→＃４→＃１→＃５（燃焼）→＃３→＃６→＃２→＃４で、等爆となる。
【００４５】
また、以上の説明では、吸気通路内に燃料を噴射供給する場合について示したが、燃焼室内に直接燃料を噴射供給する直噴式のものに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】始動直後の触媒の早期活性化のための制御のタイムチャート
【図３】エアポンプのＯＮ／ＯＦＦ制御のフローチャート
【図４】４サイクル運転・１２サイクル運転の切換制御のフローチャート
【図５】１２サイクル運転の第１の態様を示す図
【図６】１２サイクル運転の第２の態様を示す図
【図７】１２サイクル運転の第３の態様を示す図
【符号の説明】
【００４７】
１ エンジン
２ 吸気通路
３ 吸気マニホールド
４ 電制スロットル弁
５ 吸気ポート
６ 燃料噴射弁
７ 吸気弁
１０ 燃焼室
１１ 点火プラグ
１２ 排気弁
１３ 排気通路
１４ 排気浄化触媒
１５ 排気ポート
１６ 二次空気供給通路
１７ 電動式エアポンプ
１８ 遮断弁
１９ 配管（ギャラリ）
２０ ＥＣＵ
２１ アクセルペダルセンサ
２２ クランク角センサ
２３ エアフローメータ
２４ 水温センサ
２５ 空燃比センサ
２６ 触媒温度センサ
２７ 圧力センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動直後にエアポンプを作動させて排気通路に二次空気を供給し、排気温度を上昇させる内燃機関の始動時制御装置において、
前記エアポンプによる排気通路への二次空気の供給が可能となるまでの期間、通常の４サイクル運転から、これよりサイクル数が多い多サイクル運転に切換え、多サイクル運転中、通常の燃焼を行わせる膨張行程以外の他の膨張行程にて非燃焼とし、非燃焼の膨張行程の直後の排気行程にて、空気又は未燃混合気を排気通路に排出させることを特徴とする内燃機関の始動時制御装置。
【請求項２】
前記多サイクル運転のサイクル数は、４×Ｎint （Ｎint は２以上の整数）であり、かつ、気筒数に応じ、気筒間の燃焼が等間隔となるように定められることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項３】
前記多サイクル運転は、４気筒又は８気筒エンジンの場合、１２サイクル運転であることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項４】
前記多サイクル運転は、吸気→圧縮→膨張→排気のパターンを複数回繰り返すものであり、吸気→圧縮→膨張→排気の１パターンでは、燃料供給により形成された混合気に点火することで、その膨張行程にて燃焼させ、残りのパターンでは、燃料カットにより、その膨張行程にて非燃焼とし、直後の排気行程にて空気を排出させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項５】
前記多サイクル運転は、吸気→圧縮→膨張→排気のパターンを複数回繰り返すものであり、吸気→圧縮→膨張→排気の１パターンでは、燃料供給により形成された混合気に点火することで、その膨張行程にて燃焼させ、残りのパターンでは、点火カットにより、その膨張行程にて非燃焼とし、直後の排気行程にて未燃混合気を排出させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項６】
前記多サイクル運転は、吸気→圧縮→膨張→排気のパターンを複数回繰り返すものであり、吸気→圧縮→膨張→排気の１パターンでは、燃料供給により形成された混合気に点火することで、その膨張行程にて燃焼させ、残りの少なくとも１つのパターンでは、点火カットにより、その膨張行程にて非燃焼とし、直後の排気行程にて未燃混合気を排出させ、残りの他のパターンでは、燃料カットにより、その膨張行程にて非燃焼とし、直後の排気行程にて空気を排出させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項７】
燃焼を行わせる吸気→圧縮→膨張→排気の１パターンの直前は、燃料カットによる非燃焼パターンとすることを特徴とする請求項６記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項８】
前記期間は、クランキング中で、前記エアポンプを作動させることができない第１の期間を含むことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項９】
前記期間は、クランキングの終了後にバッテリ電圧が安定するまでの、前記エアポンプを作動させることができない第２の期間を含むことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項１０】
前記期間は、前記エアポンプの作動開始後、吐出量が安定するまでの第３の期間を含むことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項１１】
前記期間のうち、クランキング開始から完爆までは、４サイクル運転し、完爆後に多サイクル運転することを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項１２】
多サイクル運転での始動を禁止する条件を予め設定し、禁止条件の場合に、前記期間のうち、クランキング開始から完爆までは、４サイクル運転し、完爆後に多サイクル運転することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項１】
始動直後にエアポンプを作動させて排気通路に二次空気を供給し、排気温度を上昇させる内燃機関の始動時制御装置において、
前記エアポンプによる排気通路への二次空気の供給が可能となるまでの期間、通常の４サイクル運転から、これよりサイクル数が多い多サイクル運転に切換え、多サイクル運転中、通常の燃焼を行わせる膨張行程以外の他の膨張行程にて非燃焼とし、非燃焼の膨張行程の直後の排気行程にて、空気又は未燃混合気を排気通路に排出させることを特徴とする内燃機関の始動時制御装置。
【請求項２】
前記多サイクル運転のサイクル数は、４×Ｎint （Ｎint は２以上の整数）であり、かつ、気筒数に応じ、気筒間の燃焼が等間隔となるように定められることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項３】
前記多サイクル運転は、４気筒又は８気筒エンジンの場合、１２サイクル運転であることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項４】
前記多サイクル運転は、吸気→圧縮→膨張→排気のパターンを複数回繰り返すものであり、吸気→圧縮→膨張→排気の１パターンでは、燃料供給により形成された混合気に点火することで、その膨張行程にて燃焼させ、残りのパターンでは、燃料カットにより、その膨張行程にて非燃焼とし、直後の排気行程にて空気を排出させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項５】
前記多サイクル運転は、吸気→圧縮→膨張→排気のパターンを複数回繰り返すものであり、吸気→圧縮→膨張→排気の１パターンでは、燃料供給により形成された混合気に点火することで、その膨張行程にて燃焼させ、残りのパターンでは、点火カットにより、その膨張行程にて非燃焼とし、直後の排気行程にて未燃混合気を排出させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項６】
前記多サイクル運転は、吸気→圧縮→膨張→排気のパターンを複数回繰り返すものであり、吸気→圧縮→膨張→排気の１パターンでは、燃料供給により形成された混合気に点火することで、その膨張行程にて燃焼させ、残りの少なくとも１つのパターンでは、点火カットにより、その膨張行程にて非燃焼とし、直後の排気行程にて未燃混合気を排出させ、残りの他のパターンでは、燃料カットにより、その膨張行程にて非燃焼とし、直後の排気行程にて空気を排出させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項７】
燃焼を行わせる吸気→圧縮→膨張→排気の１パターンの直前は、燃料カットによる非燃焼パターンとすることを特徴とする請求項６記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項８】
前記期間は、クランキング中で、前記エアポンプを作動させることができない第１の期間を含むことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項９】
前記期間は、クランキングの終了後にバッテリ電圧が安定するまでの、前記エアポンプを作動させることができない第２の期間を含むことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項１０】
前記期間は、前記エアポンプの作動開始後、吐出量が安定するまでの第３の期間を含むことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項１１】
前記期間のうち、クランキング開始から完爆までは、４サイクル運転し、完爆後に多サイクル運転することを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関の始動時制御装置。
【請求項１２】
多サイクル運転での始動を禁止する条件を予め設定し、禁止条件の場合に、前記期間のうち、クランキング開始から完爆までは、４サイクル運転し、完爆後に多サイクル運転することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載の内燃機関の始動時制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２１４２７２（Ｐ２００６−２１４２７２Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４６４０（Ｐ２００５−２４６４０）
【出願日】平成１７年２月１日（２００５．２．１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１日（２００５．２．１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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