JP3772824B2 - 筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に同機関の始動時における燃料噴射制御構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の燃料噴射制御装置としては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載の装置では、機関始動時において、運転状態に応じて逐次設定される噴射終了時期から必要な噴射期間を確保するよう噴射開始時期を求めるようにしている。また、内燃機関の低温始動時には、噴射開始時期を排気行程に設定可能とすることで、始動に必要な燃料を筒内に噴射するようにしている。
【０００３】
更に、同特許文献１に記載の装置では、例えば機関回転速度の上昇に伴い燃料噴射終了時期が燃料噴射の許容されるクランク角範囲から逸脱したときは、燃料噴射弁を強制的に閉弁して燃料噴射を強制的にカットするようにしてもいる。このように燃料噴射を強制的にカットすることで、筒内のガスが燃料噴射弁を逆流するなどの事態を回避することができるようになる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３１９８６５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の装置では上述のように、内燃機関の低温始動時には、噴射開始時期を排気行程に設定可能とすることで、始動に必要な燃料を筒内に噴射するようにしている。ただし、こうした場合であれ、燃料噴射の許容されるクランク角範囲から逸脱したときには、燃料噴射が強制的にカットされるために、要求される量の燃料を噴射できないという事態を招くことともなる。すなわちこの場合、たとえ低温始動時において噴射開始時期を排気行程に設定可能としたとしても、始動時に要求される量の燃料を噴射することができなくなる。
【０００６】
また、この場合には、低温時における機関始動が完了しにくくなるため、該始動のための燃料噴射が繰り返されることともなるが、特に機関始動時には、筒内に噴射される燃料のうち、実際に燃焼に供される燃料の割合が小さいため、内燃機関の筒内において燃焼に供されない燃料濃度が高くなる。そしてその結果、点火プラグのかぶりやくすぶり等が生じやすくなり、機関始動が益々困難となる。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関始動性を良好に確保することのできる筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１記載の発明は、筒内に直接燃料が噴射される筒内噴射式内燃機関の始動時の燃料噴射量を制御する筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射の許容されるクランク角範囲である許容クランク角範囲を前記始動時に噴射される燃料の最初の燃焼の後の所定期間よりも該所定期間の経過後において拡大する制御手段を備えることをその要旨とする。
【０００９】
上記構成では、所定期間においては許容クランク角範囲が同所定期間経過後と比較して縮小されたものとなる。このように、所定期間において許容クランク角範囲を縮小すると燃料噴射量も制限されるようになるため、筒内の燃料濃度の過度の上昇を回避することができるとともに、かぶりやくすぶりの生じやすいクランク角度における燃料噴射を回避することができる。
【００１０】
また、この所定期間においては燃料の燃焼に伴って筒内の温度が上昇することとなる。このため、所定期間の経過後には、燃料が霧化しやすくなり、点火プラグのかぶりやくすぶりが生じ難くなる。ここで、上記構成では、所定期間の経過の後に許容クランク角範囲を拡大することで、当該機関の始動に十分な燃料の噴射を促すことができるようになる。このため、上記構成によれば、機関始動性を良好に確保することができるようになる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記所定期間における燃料噴射期間を該所定期間での許容クランク角範囲に設定することをその要旨とする。
【００１２】
上記構成によれば、所定期間における燃料噴射期間が上記許容クランク角範囲とされるために、同許容クランク角範囲の制限の下に燃料噴射量の逐次の算出に基づき燃料噴射期間を設定する場合と比較して燃料噴射制御を簡易化することができるようになる。しかも、許容クランク角範囲の全てを有効利用することもできる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記制御手段は、前記所定期間の経過の後における燃料噴射期間を前記拡大する許容クランク角範囲に設定することをその要旨とする。
【００１４】
上記構成によれば、所定期間が経過した後の燃料噴射期間として、許容される最長の期間が設定されることとなり、許容クランク角範囲を有効利用することができるようなる。また、所定期間が経過した後の燃料噴射期間を上記許容クランク角範囲とするために、同許容クランク角範囲の制限の下に燃料噴射量の逐次の算出に基づき燃料噴射期間を設定する場合と比較して燃料噴射制御を簡易化することもできるようになる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、前記所定期間を、当該機関の回転速度が所定の回転速度を上回るまでの期間として設定することをその要旨とする。
【００１６】
最初の燃焼の後に筒内の温度が上昇すれば当該機関の回転速度も上昇するため、最初の燃焼の後の内燃機関の回転速度は、筒内の温度を把握するパラメータとなる。
【００１７】
この点、上記構成によれば、筒内の温度を直接的に検出することなく、筒内の温度がかぶりやくすぶりの生じにくい温度へと上昇したと想定されるまでの期間を把握しこれを上記所定期間として設定することができるようになる。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、前記所定期間において設定する許容クランク角範囲を前記始動時における当該機関の運転環境及び運転状態の少なくとも一方に応じて可変設定することをその要旨とする。
【００１９】
上記構成によれば、所定期間において設定される許容クランク角範囲を、始動時における当該機関の運転環境及び運転状態の少なくとも一方に応じてそれぞれ適切な範囲に設定することができるようになる。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、前記拡大する許容クランク角範囲を前記始動時における当該機関の運転環境及び運転状態の少なくとも一方に応じて可変設定することをその要旨とする。
【００２１】
上記構成によれば、拡大する許容クランク角範囲を、始動時における運転環境及び運転状態の少なくとも一方に応じてそれぞれ適切な範囲に設定することができるようになる。
【００２２】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は更に、前記所定期間において設定する許容クランク角範囲に比べて、該所定期間以前の許容クランク角範囲を拡大設定することをその要旨とする。
【００２３】
上記構成では、所定期間以前における許容クランク角範囲が所定期間において設定される許容クランク角範囲よりも拡大されるため、始動に際して噴射燃料の確実な燃焼を促すことができるようになる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置を火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置に適用した一実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
図１に、本実施形態にかかる燃料噴射制御装置の全体構成を示す。図１に示す内燃機関１は、６気筒からなるとともに、それら各燃焼室（図示略）に燃料を直接噴射供給する火花点火式内燃機関である（図中、これら各気筒を、＃１、＃２、…と表記）。そして、燃料を供給する機構として、燃料タンク１０と、燃料タンク１０から汲み上げられた燃料を昇圧する高圧燃料ポンプ２０と、高圧燃料ポンプ２０によって昇圧された燃料を備蓄するデリバリパイプ３０と、デリバリパイプ３０に備蓄された燃料を上記燃焼室に噴射供給するインジェクタ４０とを備えている。
【００２９】
ここで、燃料タンク１０は、低圧側燃料通路１１を通じて上記高圧燃料ポンプ２０と接続されている。またこの燃料タンク１０には、フィードポンプ１０ｆ及びプレッシャレギュレータ１０ｐが備えられている。そして、フィードポンプ１０ｆによって燃料タンク１０内から汲み上げられた燃料は、プレッシャレギュレータ１０ｐを介して所定の圧力を維持しつつ上記高圧燃料ポンプ２０に低圧燃料として供給される。すなわち、低圧側燃料通路１１内の燃料圧力が所定の圧力を超えると、プレッシャレギュレータ１０ｐによってその内部の低圧燃料が燃料タンク１０内にリリーフされるため、低圧側燃料通路１１へ吐出される燃料の燃圧は所定の圧力に維持される。
【００３０】
一方、高圧燃料ポンプ２０は、シリンダ２１とプランジャ２２とを備えている。高圧燃料ポンプ２０において、これらシリンダ２１とプランジャ２２とによって昇圧室２３が区画形成されている。そして、この昇圧室２３及び上記低圧側燃料通路１１間は、高圧燃料ポンプ２０に備えられた電磁スピル弁２４によって連通及び遮断制御される。この電磁スピル弁２４は、電磁ソレノイド２４ｓとコイルスプリング２４ｃと弁体２４ｖとを備えている。このコイルスプリング２４ｃは、電磁スピル弁２４の弁体２４ｖを開弁方向に付勢するものである。このコイルスプリング２４ｃの付勢力のために、電磁ソレノイド２４ｓに通電がなされないときには、同弁体２４ｖは開弁状態となり、上記低圧側燃料通路１１と昇圧室２３とが連通される。これに対し、上記電磁ソレノイド２４ｓに通電がなされると、上記弁体２４ｖは閉弁状態となり、上記低圧側燃料通路１１と昇圧室２３とが遮断される。
【００３１】
また、上記高圧燃料ポンプ２０の昇圧室２３は、高圧側燃料通路１２を通じて上記デリバリパイプ３０と接続されている。この高圧側燃料通路１２の途中には逆止弁１３が設けられている。この逆止弁１３は、上記デリバリパイプ３０から昇圧室２３への燃料の逆流を阻止するためのものである。
【００３２】
更に、上記デリバリパイプ３０内の燃料圧力の過剰な上昇を防ぐべく、図１に示すように、デリバリパイプ３０は、リリーフ弁１４及びリリーフ通路１５を介して上記低圧側燃料通路１１と接続されている。このリリーフ弁１４は、デリバリパイプ３０内の燃料圧力が設定開弁圧を超えると開弁するものであり、このリリーフ弁１４の開弁によってデリバリパイプ３０内の燃料がリリーフ通路１５、低圧側燃料通路１１を介して燃料タンク１０に戻される。
【００３３】
なお、上記高圧燃料ポンプ２０は、上記内燃機関１の出力軸であるクランクシャフト２と機械的に接続され、この内燃機関１の動力によって駆動される機関駆動式のポンプである。詳しくは、上記クランクシャフト２と機械的に接続された排気側カムシャフト２６にカム２５が取り付けられており、このカム２５の回転によって、上記プランジャ２２がシリンダ２１内を往復移動する。
【００３４】
次に、上記内燃機関１や高圧燃料ポンプ２０の各種制御を行う制御系について説明する。
この制御系は、電子制御装置５０を備えて構成されている。この電子制御装置５０には、内燃機関１の運転状態を検出する各種センサの検出信号が入力されるようになっている。こうした各種センサとしては、同図１に例示するように、内燃機関１の冷却水温を検出する水温センサ６１や、クランクシャフト２の回転速度を検出するクランク角センサ６２、カムシャフトの回転角度を検出するカム角センサ６３などがある。
【００３５】
そして、電子制御装置５０では、こうした各種センサの検出信号に基づき、上記高圧燃料ポンプ２０を通じての燃料の昇圧制御やインジェクタ４０の開弁制御等を行う。
【００３６】
ここで、電子制御装置５０による上記高圧燃料ポンプ２０を通じての燃料の昇圧制御、並びに同昇圧された燃料の内燃機関１への噴射制御について説明する。この電子制御装置５０は、上記内燃機関１の稼働に伴い上記シリンダ２１内をプランジャ２２が往復移動することで昇圧室２３の容積が伸縮する高圧燃料ポンプ２０において、電磁スピル弁２４を制御することで、上記デリバリパイプ３０に供給される燃料を昇圧制御する。すなわち、カム２５の回転によりプランジャ２２が昇圧室２３の容積を大きくする方向に移動するときに電磁スピル弁２４を開弁制御することで、上記燃料タンク１０内から汲み上げられた燃料が昇圧室２３内に吸入される。これに対し、プランジャ２２が昇圧室２３の容積を小さくする方向に移動する際、所定のタイミングで電磁スピル弁２４を閉弁制御する。これにより、昇圧室２３と低圧側燃料通路１１とが遮断され、昇圧室２３内の燃料が昇圧されることとなる。そして、この昇圧された燃料は逆止弁１３を通じて上記デリバリパイプ３０に供給される。
【００３７】
そして、設定された燃圧を維持してデリバリパイプ３０に備蓄される燃料は、インジェクタ４０の開弁を通じて内燃機関１の各気筒（＃１、＃２、…）に直接噴射供給される。
【００３８】
次に、本実施形態にかかる始動時の燃料噴射制御について説明する。
本実施形態では、内燃機関１の始動の開始から始動完了までの期間を、初燃期間、暖機期間、及び始動促進期間の３つの期間に分割し、これら各期間において各別の制御を行うようにしている。ここで初燃期間とは、内燃機関１の筒内に噴射された燃料が最初に燃焼する直前までの期間のことをいう。また、暖機期間とは、内燃機関１の筒内に噴射された燃料が最初に燃焼したときから、同内燃機関１が所定以上暖機されるまでの期間のことをいう。更に、始動促進期間とは、内燃機関１が所定以上暖機されたときから始動が完了するまでの期間のことをいう。
【００３９】
以下では、まず図２を用いて、内燃機関１の運転状態に応じて上述したいずれかの期間を設定する処理について説明する。図２は、この処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、上記電子制御装置５０において、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００４０】
この一連の処理においては、まずステップ１００において、内燃機関１の始動時であるか否かを判断する。ここで、始動時とは、図示しないイグニッションスイッチを通じてスタータが起動されることによる内燃機関１のクランキングが開始されてから、同内燃機関１の自立運転が可能となるまでの期間とする。なお、内燃機関１の自立運転が可能となる時期とは、例えば上記クランク角センサ６２によって検出されるクランクシャフト２の回転速度が所定の回転速度に達する時期とする。
【００４１】
そして、ステップ１００において、始動時であると判断されると、ステップ１１０に移行する。このステップ１１０では、上記クランク角センサ６２によって検出されるクランクシャフト２の回転速度が、クランキングの開始から、一旦、回転速度ＮＥ１よりも大きくなったか否かを判断する。
【００４２】
ここで、回転速度ＮＥ１は、内燃機関１の筒内に噴射された燃料が最初に燃焼したことを検出するための値である。この値は、例えば上記スタータを通じた内燃機関１のクランキングによるクランクシャフト２の回転速度よりも所定量大きな値に設定すればよい。
【００４３】
そして、上記ステップ１１０においてクランクシャフト２の回転速度が、回転速度ＮＥ１よりも大きくなったと判断されると、ステップ１２０に移行する。このステップ１２０では、初燃検出フラグｆ１を論理「１」に設定する。この初燃検出フラグｆ１は、内燃機関１の始動時に噴射される燃料の最初の燃焼が検出されると論理「１」に設定されるものである。
【００４４】
次に、ステップ１３０では、クランクシャフト２の回転速度が、クランキングの開始から、一旦、回転速度ＮＥ２よりも大きくなったか否かを判断する。なお、回転速度ＮＥ２は、燃料噴射期間を拡大しても点火プラグのかぶりやくすぶりが生じない程度に内燃機関１が十分に暖機されたか否かを判断するための値に設定される。そして、ステップ１３０において、クランクシャフト２の回転速度が、回転速度ＮＥ２よりも大きくなったと判断されると、始動促進期間にあるとしてステップ１４０に移行する。
【００４５】
このステップ１４０では、始動促進フラグｆ２を論理「１」に設定する。この始動促進フラグｆ２は、クランクシャフト２の回転速度が回転速度ＮＥ２を上回ったことが検出されると論理「１」となるものである。
【００４６】
これに対し、上記ステップ１００において、始動時でないと判断されると、ステップ１５０において、上記初燃検出フラグｆ１及び始動促進フラグｆ２を共に論理「０」とする。
【００４７】
なお、上記ステップ１４０、１５０の各処理を行った後や、ステップ１１０、１３０で否定と判断されたときには、この一連の処理を一旦終了する。
上記一連の処理により初燃検出フラグｆ１及び始動促進フラグｆ２の論理値に応じて上記３つの期間が設定されることとなる。すなわち、初燃検出フラグｆ１が論理「０」、且つ始動促進フラグｆ２が論理「０」であるときは、初燃期間、又は始動時でないときである。また、初燃検出フラグｆ１が論理「１」、且つ始動促進フラグｆ２が論理「０」であるときは、暖機期間である。更に、始動促進フラグｆ２が論理「１」であるときは、始動促進期間である。
【００４８】
次に、上記態様にて設定された期間毎に各別の態様にて内燃機関１を制御する始動制御の処理手順について、図３を用いて説明する。図３は、上記処理の手順を示すフローチャートである。この処理も、上記電子制御装置５０において、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００４９】
この一連の処理においては、まずステップ２００において、先の図３に示したステップ１００と同様、内燃機関１の始動時であるか否かを判断する。そして、ステップ２００において、始動時と判断されると、ステップ２１０に移行する。
【００５０】
このステップ２１０では、内燃機関１の燃料噴射制御に先立ち、まず高圧燃料ポンプ２０の制御態様を決定する。すなわち、上記水温センサ６１の検出結果に基づき、内燃機関１の始動に際して、上記電磁スピル弁２４の制御を通じた燃料の昇圧制御を行うか否かを決定する。換言すれば、上記フィードポンプ１０ｆによって昇圧された燃料を上記デリバリパイプ３０へ直接供給するか、高圧燃料ポンプ２０を通じて昇圧された燃料を上記デリバリパイプ３０へ供給するかを選択する。
【００５１】
こうした決定は、冷却水の温度が所定の温度以下であるか否かを判定基準とする。そして、同所定の温度以下であるときに電磁スピル弁２４の制御を行わないようにする。これは、電磁スピル弁２４の制御が行われると弁体２４ｖの閉弁期間においては燃料タンク１０からデリバリパイプ３０に燃料の供給が行えないため、所定クランク角回転当たりの上記デリバリパイプ３０への燃料の供給量が、電磁スピル弁２４の制御を行わない方が多くなることによる。
【００５２】
こうした決定の下、ステップ２２０以降において、内燃機関１の始動時の燃料噴射制御が行われる。
まず、ステップ２２０においては、上記初燃検出フラグｆ１及び始動促進フラグｆ２が共に論理「０」であるか否かを判断する。そして、ステップ２２０において上記初燃検出フラグｆ１及び始動促進フラグｆ２が共に論理「０」であると判断されると、内燃機関１の始動時に噴射される燃料の最初の燃焼が未だ検出されていない初燃期間にあるとしてステップ２３０に移行する。
【００５３】
このステップ２３０では、始動時の燃料噴射量及び燃料噴射時期を設定する。これは、図４に示す態様にて行われる。ここではまず、上記クランク角センサ６２及びカム角センサ６３の検出信号に基づいて各気筒でのピストン（図示略）上死点（ＴＤＣ）を基準としたクランク角度を把握する。そして、燃料噴射の対象となる気筒において、ピストンが上死点に対して４５０°ＣＡ進角した時点で燃料噴射量及び燃料噴射時期の算出が行われる。
【００５４】
ここで、燃料噴射量は、内燃機関１の暖機態様（冷間始動の度合い）に応じて算出される。具体的には、燃料噴射量は、上記水温センサ６１の検出信号に応じて算出される。ただし、この燃料噴射量の算出については、噴射の対象となる各気筒において４５０°ＣＡ進角した時点毎に都度算出されるようにする代わりに、始動に際して一度算出されるようにしてもよい。
【００５５】
一方、燃料噴射時期は、予め設定された燃料噴射の許容されるクランク角範囲である許容クランク角範囲において、上記算出された燃料噴射量を極力満たすように設定される。ここで、許容クランク角範囲のうち進角側の端点は、例えば噴射燃料のうちの所定以上が燃焼前に内燃機関１の排気系へと排出されることのない限界点として排気行程の後期に設定される。一方、許容クランク角範囲のうち遅角側の端点は、例えば内燃機関１の各気筒への燃料噴射を行うことのできなくなることのない限界点として圧縮行程の前期に設定される。なお、ここでは一例として「３９０°ＣＡ進角〜６０°ＣＡ進角」が想定されているが、この許容クランク角範囲は、上記水温センサ６１の検出信号に基づいて可変設定してもよい。
【００５６】
そして、この許容クランク角範囲内において、上記クランク角センサ６２によるクランクシャフト２の回転速度に基づき、燃料噴射時期が設定される。ここで、クランクシャフト２の回転速度を参照するのは、同一のクランク角範囲であっても、これに対応する時間はクランクシャフト２の回転速度に応じて変化することによる。なお、この燃料噴射時期の設定に際しては、点火プラグのかぶりやくすぶりを回避すべく、許容クランク角範囲の中央の領域を優先して利用するようにし、最進角側及び最遅角側を避けることが望ましい。
【００５７】
こうして燃料噴射量や燃料噴射時期が設定されると、これに基づいて燃料噴射制御が行われる。そして、所定のタイミングで内燃機関１の点火プラグ（図示略）を通じて点火制御が行われる。
【００５８】
一方、ステップ２４０では、上記初燃検出フラグｆ１が論理「１」であって且つ上記始動促進フラグｆ２が論理「０」であるか否かを判断する。そして、上記初燃検出フラグｆ１が論理「１」であって且つ上記始動促進フラグｆ２が論理「０」であると判断されると、暖機期間にあるとして、ステップ２５０に移行する。
【００５９】
このステップ２５０では、図５に示す態様にて、燃料噴射期間を縮小する制御を行う。ここで、図５（ａ）は本実施形態にかかるクランク回転速度の推移を実線にて例示するものであり、図５（ｂ）は燃料噴射開始時期を示すものであり、図５（ｃ）は燃料噴射終了時期を示すものである。
【００６０】
すなわち、図５（ｂ）に示すように、燃料噴射開始時期を先の図４に示した許容クランク角範囲の進角限界に対し遅角させるとともに、図５（ｃ）に示すように、燃料噴射終了時期を先の図４に示した許容クランク角範囲の遅角限界に対し進角させる。そして、この制御がなされる間は、燃料噴射量の算出は行わず、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に設定された燃料噴射開始時期から燃料噴射終了時期までの期間を燃料噴射期間とする。
【００６１】
このように燃料噴射期間を縮小することで、点火プラグのかぶりやくすぶりの生じやすい期間を避けて燃料噴射制御を行うことが可能となる。なお、図５（ｂ）及び図５（ｃ）においては、この燃料噴射期間として「３００°ＣＡ進角〜９０°ＣＡ進角」までの期間が例示されているが、この期間は、上記水温センサ６１の検出信号等に基づいて可変設定してもよい。この際、この可変設定は、内燃機関１の暖機態様（冷間始動の度合い）に応じて点火プラグのかぶりやくすぶりの発生のしやすさが異なることや、内燃機関１の暖機態様（冷間始動の度合い）に応じて始動に必要とされる燃料量が異なることの少なくとも一方を考慮して行うことが望ましい。
【００６２】
なお、クランクシャフト２の回転速度が所定の回転速度ＮＥ１となる以前における燃料噴射開始時期や燃料噴射終了時期は、クランクシャフト２の回転速度に応じて可変設定されるため、図５（ｂ）や図５（ｃ）では許容クランク角範囲を便宜上一点鎖線にて示してある。また、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に実線で示す燃料噴射開始時期及び燃料噴射終了時期は指令値であり、実際の燃料噴射期間とは必ずしも一致しない。すなわち、時刻ｔ１に燃料噴射期間を「３００°ＣＡ〜９０°ＣＡ」に設定する指令が出されたとしても、時刻ｔ１以前に先の図４に示した態様にて算出された燃料噴射時期による噴射の指令が出されているものについてはその燃料噴射時期にて燃料噴射制御が行われる。
【００６３】
一方、ステップ２６０では、上記始動促進フラグｆ２が論理「１」であるか否かを判断する。そして、上記始動促進フラグｆ２が論理「１」であると判断されると、始動促進期間にあるとして、ステップ２７０に移行する。
【００６４】
このステップ２７０では、燃料噴射時期を図５に示す態様にて拡大する制御を行う。すなわち、図５（ｂ）に示すように、燃料噴射開始時期を進角側にシフトさせるとともに、図５（ｃ）に示すように、燃料噴射終了時期を遅角側にシフトさせる。そして、この制御がなされる間においても燃料噴射量の算出は行わず、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に設定された燃料噴射開始時期から燃料噴射終了時期までの期間を燃料噴射期間とする。
【００６５】
このように、点火プラグのかぶりやくすぶりが生じない程度に内燃機関１が十分に暖機されたと判断された後に燃料噴射期間を拡大することで、点火プラグのかぶりやくすぶりを回避しつつも十分な燃料噴射を行うことが可能となる。
【００６６】
なお、図５（ｂ）及び図５（ｃ）においては、この燃料噴射期間として「３９０°ＣＡ進角〜６０°ＣＡ進角」までの期間が例示されているが、この期間は、上記水温センサ６１の検出信号に基づいて可変設定してもよい。この際、この可変設定は、内燃機関１の暖機態様（冷間始動の度合い）に応じて点火プラグのかぶりやくすぶりの発生のしやすさが異なること及び内燃機関１の暖機態様（冷間始動の度合い）に応じて始動に必要とされる燃料量が異なることの少なくとも一方を考慮して行うことが望ましい。
【００６７】
なお、上記ステップ２００において始動時ではないと判断されたときや、上記ステップ２３０、２５０、２７０の処理が終了したときには、この一連の処理を一旦終了する。
【００６８】
このように、本実施形態では、内燃機関１の筒内に噴射された燃料が最初に燃焼したことが検出されると、燃料噴射期間を縮小する制御を行う（図５、時刻ｔ１）。これにより、筒内の燃料濃度の過度の上昇を回避することができるとともに、かぶりやくすぶりの生じやすいクランク角度における燃料噴射を回避することができる。そして、こうして燃料噴射期間を縮小しつつ燃料噴射制御を行うことで、内燃機関１を暖機することができる。そして、クランク回転速度が回転速度ＮＥ２を上回ることで内燃機関１が暖機され、燃料が霧化しやすくなり、点火プラグのかぶりやくすぶりが生じ難くなったと判断されると、燃料噴射期間を拡大する（図５、時刻ｔ２）。このため、これ以降においては、内燃機関１の始動に十分な燃料の噴射を促すことができるようになる。
【００６９】
これに対し、燃料噴射期間を縮小せずに例えば先の図４に示した態様にて一様に燃料噴射制御を行った場合には、クランク回転速度は図５（ａ）に一点鎖線にて例示するようになり始動が行えないことがある。特に外気温が例えば「−１５°Ｃ」以下等、極低温における始動時には始動が行えない事態を招きやすい。すなわちこの場合、内燃機関１の筒内に噴射される燃料の最初の燃焼が生じた時刻ｔ１以降において、クランクシャフト２の回転速度の上昇に伴い、許容クランク角範囲（３９０°ＣＡ〜６０°ＣＡ）に対応した実際の時間間隔が短くなる。そして、このように実際の時間間隔が短くなると許容クランク角範囲の全てにわたって燃料の噴射制御を行うこととなる。そしてこの場合、点火プラグのかぶりやくすぶりが生じやすいクランク角度においても燃料噴射が行われ続けることなどから、内燃機関１において燃焼に供されない燃料濃度が上昇する。これにより、内燃機関１においては失火が生じやすくなり始動が困難となるのである。
【００７０】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）内燃機関１の筒内に噴射された燃料が最初に燃焼したことが検出されると、燃料噴射期間を縮小する制御を行うことで、筒内の燃料濃度の過度の上昇を回避することができるとともに、かぶりやくすぶりの生じやすいクランク角度における燃料噴射を回避することができる。
【００７１】
（２）クランク回転速度が所定の回転速度ＮＥ２を上回ることで内燃機関１が暖機され、燃料が霧化しやすくなり、点火プラグのかぶりやくすぶりが生じ難くなったと判断されると、燃料噴射期間を拡大した。このため、これ以降においては、内燃機関１の始動に十分な燃料の噴射を促すことができるようになる。
【００７２】
（３）始動に際して、内燃機関１の筒内に噴射される燃料の最初の燃焼が生じるまでは、許容クランク角範囲内においてクランク回転速度に応じて燃料噴射時期を設定するようにした。これにより、適切な量の燃料をクランク回転速度に応じてそれぞれ適切な時期に噴射することができる。
【００７３】
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施形態では、内燃機関１の筒内に噴射される燃料が最初に燃焼したことが検出されてから、クランク回転速度が所定の回転速度ＮＥ２を上回るまでの所定期間（暖機期間）、燃料噴射期間を縮小する制御を行った。しかし、この燃料噴射期間を縮小する所定期間の開始時点としてはこれに限らず、内燃機関１の筒内に噴射された燃料が最初に燃焼したことが検出された後の適宜の時点に設定してもよい。すなわち例えば、内燃機関１の筒内に噴射された燃料が最初に燃焼したことが検出された後であって、且つ全ての気筒において一旦先の図４に示した態様にて燃料噴射時期が設定される時点を上記開始時点としてもよい。
【００７４】
・上記実施形態では、クランク回転速度が所定の回転速度ＮＥ２を上回った後に燃料噴射期間の拡大制御を行ったがこれに限らない。例えば内燃機関１の各気筒において燃焼が生じた回数をクランク回転速度の監視を通じて把握し、この燃焼が生じた回数が所定以上となることで上記燃料噴射期間の拡大制御を行ってもよい。要は、燃料噴射期間の拡大制御を行っても点火プラグのかぶりやくすぶりが生じない程度に内燃機関１が暖機されたことを適宜のパラメータにて判断するようにすればよい。
【００７５】
・はじめの噴射から直ちに（所定期間の経過後と比較して）燃料噴射期間を縮小する制御を行っても、点火プラグのかぶりやくすぶりを抑制することはできる。
【００７６】
・内燃機関１の筒内に噴射された燃料が最初に燃焼したことが検出されるまでの期間の燃料噴射制御態様としては、先の図４に例示したものに限らず、例えば同図４に例示した許容クランク角範囲を燃料噴射時期そのものとしてもよい。この場合、クランク角度「４５０°ＣＡ」進角において、燃料噴射量を算出しなくてよい。
【００７７】
・上記実施形態では、所定期間（暖機期間）、燃料噴射期間を縮小する制御を行ったが、同燃料噴射期間に代えて燃料噴射の許容される許容クランク角範囲を縮小するようにしてもよい。この際、燃料噴射量の算出は、例えば先の図４に示した態様にて行えばよい。
【００７８】
・上記実施形態では、燃料噴射期間を縮小する制御を行う所定期間（暖機期間）の経過後、燃料噴射期間を拡大する制御を行ったが、同燃料噴射期間に代えて燃料噴射の許容される許容クランク角範囲を拡大するようにしてもよい。この際、燃料噴射量の算出は、例えば先の図４に示した態様にて行えばよい。
【００７９】
・上記実施形態では、始動に際して先の図２及び図３に示した燃料噴射処理を必ず行うこととしたが、この処理は、例えば冷却水の温度が所定の温度以下であるとき等、内燃機関の運転環境及び運転状態の少なくとも一方が所定の条件となるときに行うようにしてもよい。
【００８０】
・縮小される燃料噴射期間や拡大される燃料噴射期間を可変設定する処理は、これを冷却水温に基づいて行うものに限らない。要は、内燃機関の運転状態や運転環境の少なくとも一方に基づいて行うようにすればよい。
【００８１】
・上記実施形態においては、始動制御に際し、冷却水の温度に基づき高圧燃料ポンプ２０の制御を行うか否かを決定するようにしたがこれに限らず、適宜のパラメータから把握される内燃機関１の運転状態や運転環境に基づいて高圧燃料ポンプ２０の制御を行うか否かを決定するようにしてもよい。更に、こうした決定を下す処理そのものを排除して、例えば始動制御に際しては、内燃機関１の運転状態や運転環境にかかわらず、高圧燃料ポンプ２０の制御を行わないようにしてもよい。
【００８３】
・所定期間（暖機期間）が経過した後に許容クランク角範囲を拡大する制御手段や、燃料噴射量を算出する算出手段としては、上記電子制御装置５０を備えて構成されるものに限らず、例えばこれら各制御に特化した専用のハードウェアであってもよい。
【００８４】
・その他、上記燃料噴射期間や燃料噴射時期の算出時期等は上記実施形態で例示したものに限らない。更に、高圧燃料ポンプや内燃機関の構成等も先の図１に例示したものに限らない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置の一実施形態の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態における始動時の燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態における始動時の燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート。
【図４】同実施形態における始動時の燃料噴射時期の設定態様を示す図。
【図５】同実施形態における始動時の燃料噴射時期の設定態様を示す図。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…クランクシャフト、１０…燃料タンク、１０ｆ…フィードポンプ、１０ｐ…プレッシャレギュレータ、１１…低圧側燃料通路、１２…高圧側燃料通路、１３…逆止弁、２０…高圧燃料ポンプ、２１…シリンダ、２２…プランジャ、２３…昇圧室、２４…電磁スピル弁、２４ｃ…コイルスプリング、２４ｓ…電磁ソレノイド、２４ｖ…弁体、２５…カム、２６…排気側カムシャフト、３０…デリバリパイプ、４０…インジェクタ、５０…電子制御装置、６１…水温センサ、６２…クランク角センサ、６３…カム角センサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に同機関の始動時における燃料噴射制御構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の燃料噴射制御装置としては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載の装置では、機関始動時において、運転状態に応じて逐次設定される噴射終了時期から必要な噴射期間を確保するよう噴射開始時期を求めるようにしている。また、内燃機関の低温始動時には、噴射開始時期を排気行程に設定可能とすることで、始動に必要な燃料を筒内に噴射するようにしている。
【０００３】
更に、同特許文献１に記載の装置では、例えば機関回転速度の上昇に伴い燃料噴射終了時期が燃料噴射の許容されるクランク角範囲から逸脱したときは、燃料噴射弁を強制的に閉弁して燃料噴射を強制的にカットするようにしてもいる。このように燃料噴射を強制的にカットすることで、筒内のガスが燃料噴射弁を逆流するなどの事態を回避することができるようになる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３１９８６５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の装置では上述のように、内燃機関の低温始動時には、噴射開始時期を排気行程に設定可能とすることで、始動に必要な燃料を筒内に噴射するようにしている。ただし、こうした場合であれ、燃料噴射の許容されるクランク角範囲から逸脱したときには、燃料噴射が強制的にカットされるために、要求される量の燃料を噴射できないという事態を招くことともなる。すなわちこの場合、たとえ低温始動時において噴射開始時期を排気行程に設定可能としたとしても、始動時に要求される量の燃料を噴射することができなくなる。
【０００６】
また、この場合には、低温時における機関始動が完了しにくくなるため、該始動のための燃料噴射が繰り返されることともなるが、特に機関始動時には、筒内に噴射される燃料のうち、実際に燃焼に供される燃料の割合が小さいため、内燃機関の筒内において燃焼に供されない燃料濃度が高くなる。そしてその結果、点火プラグのかぶりやくすぶり等が生じやすくなり、機関始動が益々困難となる。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関始動性を良好に確保することのできる筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１記載の発明は、筒内に直接燃料が噴射される筒内噴射式内燃機関の始動時の燃料噴射量を制御する筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射の許容されるクランク角範囲である許容クランク角範囲を前記始動時に噴射される燃料の最初の燃焼の後の所定期間よりも該所定期間の経過後において拡大する制御手段を備えることをその要旨とする。
【０００９】
上記構成では、所定期間においては許容クランク角範囲が同所定期間経過後と比較して縮小されたものとなる。このように、所定期間において許容クランク角範囲を縮小すると燃料噴射量も制限されるようになるため、筒内の燃料濃度の過度の上昇を回避することができるとともに、かぶりやくすぶりの生じやすいクランク角度における燃料噴射を回避することができる。
【００１０】
また、この所定期間においては燃料の燃焼に伴って筒内の温度が上昇することとなる。このため、所定期間の経過後には、燃料が霧化しやすくなり、点火プラグのかぶりやくすぶりが生じ難くなる。ここで、上記構成では、所定期間の経過の後に許容クランク角範囲を拡大することで、当該機関の始動に十分な燃料の噴射を促すことができるようになる。このため、上記構成によれば、機関始動性を良好に確保することができるようになる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記所定期間における燃料噴射期間を該所定期間での許容クランク角範囲に設定することをその要旨とする。
【００１２】
上記構成によれば、所定期間における燃料噴射期間が上記許容クランク角範囲とされるために、同許容クランク角範囲の制限の下に燃料噴射量の逐次の算出に基づき燃料噴射期間を設定する場合と比較して燃料噴射制御を簡易化することができるようになる。しかも、許容クランク角範囲の全てを有効利用することもできる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記制御手段は、前記所定期間の経過の後における燃料噴射期間を前記拡大する許容クランク角範囲に設定することをその要旨とする。
【００１４】
上記構成によれば、所定期間が経過した後の燃料噴射期間として、許容される最長の期間が設定されることとなり、許容クランク角範囲を有効利用することができるようなる。また、所定期間が経過した後の燃料噴射期間を上記許容クランク角範囲とするために、同許容クランク角範囲の制限の下に燃料噴射量の逐次の算出に基づき燃料噴射期間を設定する場合と比較して燃料噴射制御を簡易化することもできるようになる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、前記所定期間を、当該機関の回転速度が所定の回転速度を上回るまでの期間として設定することをその要旨とする。
【００１６】
最初の燃焼の後に筒内の温度が上昇すれば当該機関の回転速度も上昇するため、最初の燃焼の後の内燃機関の回転速度は、筒内の温度を把握するパラメータとなる。
【００１７】
この点、上記構成によれば、筒内の温度を直接的に検出することなく、筒内の温度がかぶりやくすぶりの生じにくい温度へと上昇したと想定されるまでの期間を把握しこれを上記所定期間として設定することができるようになる。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、前記所定期間において設定する許容クランク角範囲を前記始動時における当該機関の運転環境及び運転状態の少なくとも一方に応じて可変設定することをその要旨とする。
【００１９】
上記構成によれば、所定期間において設定される許容クランク角範囲を、始動時における当該機関の運転環境及び運転状態の少なくとも一方に応じてそれぞれ適切な範囲に設定することができるようになる。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、前記拡大する許容クランク角範囲を前記始動時における当該機関の運転環境及び運転状態の少なくとも一方に応じて可変設定することをその要旨とする。
【００２１】
上記構成によれば、拡大する許容クランク角範囲を、始動時における運転環境及び運転状態の少なくとも一方に応じてそれぞれ適切な範囲に設定することができるようになる。
【００２２】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は更に、前記所定期間において設定する許容クランク角範囲に比べて、該所定期間以前の許容クランク角範囲を拡大設定することをその要旨とする。
【００２３】
上記構成では、所定期間以前における許容クランク角範囲が所定期間において設定される許容クランク角範囲よりも拡大されるため、始動に際して噴射燃料の確実な燃焼を促すことができるようになる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置を火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置に適用した一実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
図１に、本実施形態にかかる燃料噴射制御装置の全体構成を示す。図１に示す内燃機関１は、６気筒からなるとともに、それら各燃焼室（図示略）に燃料を直接噴射供給する火花点火式内燃機関である（図中、これら各気筒を、＃１、＃２、…と表記）。そして、燃料を供給する機構として、燃料タンク１０と、燃料タンク１０から汲み上げられた燃料を昇圧する高圧燃料ポンプ２０と、高圧燃料ポンプ２０によって昇圧された燃料を備蓄するデリバリパイプ３０と、デリバリパイプ３０に備蓄された燃料を上記燃焼室に噴射供給するインジェクタ４０とを備えている。
【００２９】
ここで、燃料タンク１０は、低圧側燃料通路１１を通じて上記高圧燃料ポンプ２０と接続されている。またこの燃料タンク１０には、フィードポンプ１０ｆ及びプレッシャレギュレータ１０ｐが備えられている。そして、フィードポンプ１０ｆによって燃料タンク１０内から汲み上げられた燃料は、プレッシャレギュレータ１０ｐを介して所定の圧力を維持しつつ上記高圧燃料ポンプ２０に低圧燃料として供給される。すなわち、低圧側燃料通路１１内の燃料圧力が所定の圧力を超えると、プレッシャレギュレータ１０ｐによってその内部の低圧燃料が燃料タンク１０内にリリーフされるため、低圧側燃料通路１１へ吐出される燃料の燃圧は所定の圧力に維持される。
【００３０】
一方、高圧燃料ポンプ２０は、シリンダ２１とプランジャ２２とを備えている。高圧燃料ポンプ２０において、これらシリンダ２１とプランジャ２２とによって昇圧室２３が区画形成されている。そして、この昇圧室２３及び上記低圧側燃料通路１１間は、高圧燃料ポンプ２０に備えられた電磁スピル弁２４によって連通及び遮断制御される。この電磁スピル弁２４は、電磁ソレノイド２４ｓとコイルスプリング２４ｃと弁体２４ｖとを備えている。このコイルスプリング２４ｃは、電磁スピル弁２４の弁体２４ｖを開弁方向に付勢するものである。このコイルスプリング２４ｃの付勢力のために、電磁ソレノイド２４ｓに通電がなされないときには、同弁体２４ｖは開弁状態となり、上記低圧側燃料通路１１と昇圧室２３とが連通される。これに対し、上記電磁ソレノイド２４ｓに通電がなされると、上記弁体２４ｖは閉弁状態となり、上記低圧側燃料通路１１と昇圧室２３とが遮断される。
【００３１】
また、上記高圧燃料ポンプ２０の昇圧室２３は、高圧側燃料通路１２を通じて上記デリバリパイプ３０と接続されている。この高圧側燃料通路１２の途中には逆止弁１３が設けられている。この逆止弁１３は、上記デリバリパイプ３０から昇圧室２３への燃料の逆流を阻止するためのものである。
【００３２】
更に、上記デリバリパイプ３０内の燃料圧力の過剰な上昇を防ぐべく、図１に示すように、デリバリパイプ３０は、リリーフ弁１４及びリリーフ通路１５を介して上記低圧側燃料通路１１と接続されている。このリリーフ弁１４は、デリバリパイプ３０内の燃料圧力が設定開弁圧を超えると開弁するものであり、このリリーフ弁１４の開弁によってデリバリパイプ３０内の燃料がリリーフ通路１５、低圧側燃料通路１１を介して燃料タンク１０に戻される。
【００３３】
なお、上記高圧燃料ポンプ２０は、上記内燃機関１の出力軸であるクランクシャフト２と機械的に接続され、この内燃機関１の動力によって駆動される機関駆動式のポンプである。詳しくは、上記クランクシャフト２と機械的に接続された排気側カムシャフト２６にカム２５が取り付けられており、このカム２５の回転によって、上記プランジャ２２がシリンダ２１内を往復移動する。
【００３４】
次に、上記内燃機関１や高圧燃料ポンプ２０の各種制御を行う制御系について説明する。
この制御系は、電子制御装置５０を備えて構成されている。この電子制御装置５０には、内燃機関１の運転状態を検出する各種センサの検出信号が入力されるようになっている。こうした各種センサとしては、同図１に例示するように、内燃機関１の冷却水温を検出する水温センサ６１や、クランクシャフト２の回転速度を検出するクランク角センサ６２、カムシャフトの回転角度を検出するカム角センサ６３などがある。
【００３５】
そして、電子制御装置５０では、こうした各種センサの検出信号に基づき、上記高圧燃料ポンプ２０を通じての燃料の昇圧制御やインジェクタ４０の開弁制御等を行う。
【００３６】
ここで、電子制御装置５０による上記高圧燃料ポンプ２０を通じての燃料の昇圧制御、並びに同昇圧された燃料の内燃機関１への噴射制御について説明する。この電子制御装置５０は、上記内燃機関１の稼働に伴い上記シリンダ２１内をプランジャ２２が往復移動することで昇圧室２３の容積が伸縮する高圧燃料ポンプ２０において、電磁スピル弁２４を制御することで、上記デリバリパイプ３０に供給される燃料を昇圧制御する。すなわち、カム２５の回転によりプランジャ２２が昇圧室２３の容積を大きくする方向に移動するときに電磁スピル弁２４を開弁制御することで、上記燃料タンク１０内から汲み上げられた燃料が昇圧室２３内に吸入される。これに対し、プランジャ２２が昇圧室２３の容積を小さくする方向に移動する際、所定のタイミングで電磁スピル弁２４を閉弁制御する。これにより、昇圧室２３と低圧側燃料通路１１とが遮断され、昇圧室２３内の燃料が昇圧されることとなる。そして、この昇圧された燃料は逆止弁１３を通じて上記デリバリパイプ３０に供給される。
【００３７】
そして、設定された燃圧を維持してデリバリパイプ３０に備蓄される燃料は、インジェクタ４０の開弁を通じて内燃機関１の各気筒（＃１、＃２、…）に直接噴射供給される。
【００３８】
次に、本実施形態にかかる始動時の燃料噴射制御について説明する。
本実施形態では、内燃機関１の始動の開始から始動完了までの期間を、初燃期間、暖機期間、及び始動促進期間の３つの期間に分割し、これら各期間において各別の制御を行うようにしている。ここで初燃期間とは、内燃機関１の筒内に噴射された燃料が最初に燃焼する直前までの期間のことをいう。また、暖機期間とは、内燃機関１の筒内に噴射された燃料が最初に燃焼したときから、同内燃機関１が所定以上暖機されるまでの期間のことをいう。更に、始動促進期間とは、内燃機関１が所定以上暖機されたときから始動が完了するまでの期間のことをいう。
【００３９】
以下では、まず図２を用いて、内燃機関１の運転状態に応じて上述したいずれかの期間を設定する処理について説明する。図２は、この処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、上記電子制御装置５０において、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００４０】
この一連の処理においては、まずステップ１００において、内燃機関１の始動時であるか否かを判断する。ここで、始動時とは、図示しないイグニッションスイッチを通じてスタータが起動されることによる内燃機関１のクランキングが開始されてから、同内燃機関１の自立運転が可能となるまでの期間とする。なお、内燃機関１の自立運転が可能となる時期とは、例えば上記クランク角センサ６２によって検出されるクランクシャフト２の回転速度が所定の回転速度に達する時期とする。
【００４１】
そして、ステップ１００において、始動時であると判断されると、ステップ１１０に移行する。このステップ１１０では、上記クランク角センサ６２によって検出されるクランクシャフト２の回転速度が、クランキングの開始から、一旦、回転速度ＮＥ１よりも大きくなったか否かを判断する。
【００４２】
ここで、回転速度ＮＥ１は、内燃機関１の筒内に噴射された燃料が最初に燃焼したことを検出するための値である。この値は、例えば上記スタータを通じた内燃機関１のクランキングによるクランクシャフト２の回転速度よりも所定量大きな値に設定すればよい。
【００４３】
そして、上記ステップ１１０においてクランクシャフト２の回転速度が、回転速度ＮＥ１よりも大きくなったと判断されると、ステップ１２０に移行する。このステップ１２０では、初燃検出フラグｆ１を論理「１」に設定する。この初燃検出フラグｆ１は、内燃機関１の始動時に噴射される燃料の最初の燃焼が検出されると論理「１」に設定されるものである。
【００４４】
次に、ステップ１３０では、クランクシャフト２の回転速度が、クランキングの開始から、一旦、回転速度ＮＥ２よりも大きくなったか否かを判断する。なお、回転速度ＮＥ２は、燃料噴射期間を拡大しても点火プラグのかぶりやくすぶりが生じない程度に内燃機関１が十分に暖機されたか否かを判断するための値に設定される。そして、ステップ１３０において、クランクシャフト２の回転速度が、回転速度ＮＥ２よりも大きくなったと判断されると、始動促進期間にあるとしてステップ１４０に移行する。
【００４５】
このステップ１４０では、始動促進フラグｆ２を論理「１」に設定する。この始動促進フラグｆ２は、クランクシャフト２の回転速度が回転速度ＮＥ２を上回ったことが検出されると論理「１」となるものである。
【００４６】
これに対し、上記ステップ１００において、始動時でないと判断されると、ステップ１５０において、上記初燃検出フラグｆ１及び始動促進フラグｆ２を共に論理「０」とする。
【００４７】
なお、上記ステップ１４０、１５０の各処理を行った後や、ステップ１１０、１３０で否定と判断されたときには、この一連の処理を一旦終了する。
上記一連の処理により初燃検出フラグｆ１及び始動促進フラグｆ２の論理値に応じて上記３つの期間が設定されることとなる。すなわち、初燃検出フラグｆ１が論理「０」、且つ始動促進フラグｆ２が論理「０」であるときは、初燃期間、又は始動時でないときである。また、初燃検出フラグｆ１が論理「１」、且つ始動促進フラグｆ２が論理「０」であるときは、暖機期間である。更に、始動促進フラグｆ２が論理「１」であるときは、始動促進期間である。
【００４８】
次に、上記態様にて設定された期間毎に各別の態様にて内燃機関１を制御する始動制御の処理手順について、図３を用いて説明する。図３は、上記処理の手順を示すフローチャートである。この処理も、上記電子制御装置５０において、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００４９】
この一連の処理においては、まずステップ２００において、先の図３に示したステップ１００と同様、内燃機関１の始動時であるか否かを判断する。そして、ステップ２００において、始動時と判断されると、ステップ２１０に移行する。
【００５０】
このステップ２１０では、内燃機関１の燃料噴射制御に先立ち、まず高圧燃料ポンプ２０の制御態様を決定する。すなわち、上記水温センサ６１の検出結果に基づき、内燃機関１の始動に際して、上記電磁スピル弁２４の制御を通じた燃料の昇圧制御を行うか否かを決定する。換言すれば、上記フィードポンプ１０ｆによって昇圧された燃料を上記デリバリパイプ３０へ直接供給するか、高圧燃料ポンプ２０を通じて昇圧された燃料を上記デリバリパイプ３０へ供給するかを選択する。
【００５１】
こうした決定は、冷却水の温度が所定の温度以下であるか否かを判定基準とする。そして、同所定の温度以下であるときに電磁スピル弁２４の制御を行わないようにする。これは、電磁スピル弁２４の制御が行われると弁体２４ｖの閉弁期間においては燃料タンク１０からデリバリパイプ３０に燃料の供給が行えないため、所定クランク角回転当たりの上記デリバリパイプ３０への燃料の供給量が、電磁スピル弁２４の制御を行わない方が多くなることによる。
【００５２】
こうした決定の下、ステップ２２０以降において、内燃機関１の始動時の燃料噴射制御が行われる。
まず、ステップ２２０においては、上記初燃検出フラグｆ１及び始動促進フラグｆ２が共に論理「０」であるか否かを判断する。そして、ステップ２２０において上記初燃検出フラグｆ１及び始動促進フラグｆ２が共に論理「０」であると判断されると、内燃機関１の始動時に噴射される燃料の最初の燃焼が未だ検出されていない初燃期間にあるとしてステップ２３０に移行する。
【００５３】
このステップ２３０では、始動時の燃料噴射量及び燃料噴射時期を設定する。これは、図４に示す態様にて行われる。ここではまず、上記クランク角センサ６２及びカム角センサ６３の検出信号に基づいて各気筒でのピストン（図示略）上死点（ＴＤＣ）を基準としたクランク角度を把握する。そして、燃料噴射の対象となる気筒において、ピストンが上死点に対して４５０°ＣＡ進角した時点で燃料噴射量及び燃料噴射時期の算出が行われる。
【００５４】
ここで、燃料噴射量は、内燃機関１の暖機態様（冷間始動の度合い）に応じて算出される。具体的には、燃料噴射量は、上記水温センサ６１の検出信号に応じて算出される。ただし、この燃料噴射量の算出については、噴射の対象となる各気筒において４５０°ＣＡ進角した時点毎に都度算出されるようにする代わりに、始動に際して一度算出されるようにしてもよい。
【００５５】
一方、燃料噴射時期は、予め設定された燃料噴射の許容されるクランク角範囲である許容クランク角範囲において、上記算出された燃料噴射量を極力満たすように設定される。ここで、許容クランク角範囲のうち進角側の端点は、例えば噴射燃料のうちの所定以上が燃焼前に内燃機関１の排気系へと排出されることのない限界点として排気行程の後期に設定される。一方、許容クランク角範囲のうち遅角側の端点は、例えば内燃機関１の各気筒への燃料噴射を行うことのできなくなることのない限界点として圧縮行程の前期に設定される。なお、ここでは一例として「３９０°ＣＡ進角〜６０°ＣＡ進角」が想定されているが、この許容クランク角範囲は、上記水温センサ６１の検出信号に基づいて可変設定してもよい。
【００５６】
そして、この許容クランク角範囲内において、上記クランク角センサ６２によるクランクシャフト２の回転速度に基づき、燃料噴射時期が設定される。ここで、クランクシャフト２の回転速度を参照するのは、同一のクランク角範囲であっても、これに対応する時間はクランクシャフト２の回転速度に応じて変化することによる。なお、この燃料噴射時期の設定に際しては、点火プラグのかぶりやくすぶりを回避すべく、許容クランク角範囲の中央の領域を優先して利用するようにし、最進角側及び最遅角側を避けることが望ましい。
【００５７】
こうして燃料噴射量や燃料噴射時期が設定されると、これに基づいて燃料噴射制御が行われる。そして、所定のタイミングで内燃機関１の点火プラグ（図示略）を通じて点火制御が行われる。
【００５８】
一方、ステップ２４０では、上記初燃検出フラグｆ１が論理「１」であって且つ上記始動促進フラグｆ２が論理「０」であるか否かを判断する。そして、上記初燃検出フラグｆ１が論理「１」であって且つ上記始動促進フラグｆ２が論理「０」であると判断されると、暖機期間にあるとして、ステップ２５０に移行する。
【００５９】
このステップ２５０では、図５に示す態様にて、燃料噴射期間を縮小する制御を行う。ここで、図５（ａ）は本実施形態にかかるクランク回転速度の推移を実線にて例示するものであり、図５（ｂ）は燃料噴射開始時期を示すものであり、図５（ｃ）は燃料噴射終了時期を示すものである。
【００６０】
すなわち、図５（ｂ）に示すように、燃料噴射開始時期を先の図４に示した許容クランク角範囲の進角限界に対し遅角させるとともに、図５（ｃ）に示すように、燃料噴射終了時期を先の図４に示した許容クランク角範囲の遅角限界に対し進角させる。そして、この制御がなされる間は、燃料噴射量の算出は行わず、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に設定された燃料噴射開始時期から燃料噴射終了時期までの期間を燃料噴射期間とする。
【００６１】
このように燃料噴射期間を縮小することで、点火プラグのかぶりやくすぶりの生じやすい期間を避けて燃料噴射制御を行うことが可能となる。なお、図５（ｂ）及び図５（ｃ）においては、この燃料噴射期間として「３００°ＣＡ進角〜９０°ＣＡ進角」までの期間が例示されているが、この期間は、上記水温センサ６１の検出信号等に基づいて可変設定してもよい。この際、この可変設定は、内燃機関１の暖機態様（冷間始動の度合い）に応じて点火プラグのかぶりやくすぶりの発生のしやすさが異なることや、内燃機関１の暖機態様（冷間始動の度合い）に応じて始動に必要とされる燃料量が異なることの少なくとも一方を考慮して行うことが望ましい。
【００６２】
なお、クランクシャフト２の回転速度が所定の回転速度ＮＥ１となる以前における燃料噴射開始時期や燃料噴射終了時期は、クランクシャフト２の回転速度に応じて可変設定されるため、図５（ｂ）や図５（ｃ）では許容クランク角範囲を便宜上一点鎖線にて示してある。また、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に実線で示す燃料噴射開始時期及び燃料噴射終了時期は指令値であり、実際の燃料噴射期間とは必ずしも一致しない。すなわち、時刻ｔ１に燃料噴射期間を「３００°ＣＡ〜９０°ＣＡ」に設定する指令が出されたとしても、時刻ｔ１以前に先の図４に示した態様にて算出された燃料噴射時期による噴射の指令が出されているものについてはその燃料噴射時期にて燃料噴射制御が行われる。
【００６３】
一方、ステップ２６０では、上記始動促進フラグｆ２が論理「１」であるか否かを判断する。そして、上記始動促進フラグｆ２が論理「１」であると判断されると、始動促進期間にあるとして、ステップ２７０に移行する。
【００６４】
このステップ２７０では、燃料噴射時期を図５に示す態様にて拡大する制御を行う。すなわち、図５（ｂ）に示すように、燃料噴射開始時期を進角側にシフトさせるとともに、図５（ｃ）に示すように、燃料噴射終了時期を遅角側にシフトさせる。そして、この制御がなされる間においても燃料噴射量の算出は行わず、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に設定された燃料噴射開始時期から燃料噴射終了時期までの期間を燃料噴射期間とする。
【００６５】
このように、点火プラグのかぶりやくすぶりが生じない程度に内燃機関１が十分に暖機されたと判断された後に燃料噴射期間を拡大することで、点火プラグのかぶりやくすぶりを回避しつつも十分な燃料噴射を行うことが可能となる。
【００６６】
なお、図５（ｂ）及び図５（ｃ）においては、この燃料噴射期間として「３９０°ＣＡ進角〜６０°ＣＡ進角」までの期間が例示されているが、この期間は、上記水温センサ６１の検出信号に基づいて可変設定してもよい。この際、この可変設定は、内燃機関１の暖機態様（冷間始動の度合い）に応じて点火プラグのかぶりやくすぶりの発生のしやすさが異なること及び内燃機関１の暖機態様（冷間始動の度合い）に応じて始動に必要とされる燃料量が異なることの少なくとも一方を考慮して行うことが望ましい。
【００６７】
なお、上記ステップ２００において始動時ではないと判断されたときや、上記ステップ２３０、２５０、２７０の処理が終了したときには、この一連の処理を一旦終了する。
【００６８】
このように、本実施形態では、内燃機関１の筒内に噴射された燃料が最初に燃焼したことが検出されると、燃料噴射期間を縮小する制御を行う（図５、時刻ｔ１）。これにより、筒内の燃料濃度の過度の上昇を回避することができるとともに、かぶりやくすぶりの生じやすいクランク角度における燃料噴射を回避することができる。そして、こうして燃料噴射期間を縮小しつつ燃料噴射制御を行うことで、内燃機関１を暖機することができる。そして、クランク回転速度が回転速度ＮＥ２を上回ることで内燃機関１が暖機され、燃料が霧化しやすくなり、点火プラグのかぶりやくすぶりが生じ難くなったと判断されると、燃料噴射期間を拡大する（図５、時刻ｔ２）。このため、これ以降においては、内燃機関１の始動に十分な燃料の噴射を促すことができるようになる。
【００６９】
これに対し、燃料噴射期間を縮小せずに例えば先の図４に示した態様にて一様に燃料噴射制御を行った場合には、クランク回転速度は図５（ａ）に一点鎖線にて例示するようになり始動が行えないことがある。特に外気温が例えば「−１５°Ｃ」以下等、極低温における始動時には始動が行えない事態を招きやすい。すなわちこの場合、内燃機関１の筒内に噴射される燃料の最初の燃焼が生じた時刻ｔ１以降において、クランクシャフト２の回転速度の上昇に伴い、許容クランク角範囲（３９０°ＣＡ〜６０°ＣＡ）に対応した実際の時間間隔が短くなる。そして、このように実際の時間間隔が短くなると許容クランク角範囲の全てにわたって燃料の噴射制御を行うこととなる。そしてこの場合、点火プラグのかぶりやくすぶりが生じやすいクランク角度においても燃料噴射が行われ続けることなどから、内燃機関１において燃焼に供されない燃料濃度が上昇する。これにより、内燃機関１においては失火が生じやすくなり始動が困難となるのである。
【００７０】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）内燃機関１の筒内に噴射された燃料が最初に燃焼したことが検出されると、燃料噴射期間を縮小する制御を行うことで、筒内の燃料濃度の過度の上昇を回避することができるとともに、かぶりやくすぶりの生じやすいクランク角度における燃料噴射を回避することができる。
【００７１】
（２）クランク回転速度が所定の回転速度ＮＥ２を上回ることで内燃機関１が暖機され、燃料が霧化しやすくなり、点火プラグのかぶりやくすぶりが生じ難くなったと判断されると、燃料噴射期間を拡大した。このため、これ以降においては、内燃機関１の始動に十分な燃料の噴射を促すことができるようになる。
【００７２】
（３）始動に際して、内燃機関１の筒内に噴射される燃料の最初の燃焼が生じるまでは、許容クランク角範囲内においてクランク回転速度に応じて燃料噴射時期を設定するようにした。これにより、適切な量の燃料をクランク回転速度に応じてそれぞれ適切な時期に噴射することができる。
【００７３】
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施形態では、内燃機関１の筒内に噴射される燃料が最初に燃焼したことが検出されてから、クランク回転速度が所定の回転速度ＮＥ２を上回るまでの所定期間（暖機期間）、燃料噴射期間を縮小する制御を行った。しかし、この燃料噴射期間を縮小する所定期間の開始時点としてはこれに限らず、内燃機関１の筒内に噴射された燃料が最初に燃焼したことが検出された後の適宜の時点に設定してもよい。すなわち例えば、内燃機関１の筒内に噴射された燃料が最初に燃焼したことが検出された後であって、且つ全ての気筒において一旦先の図４に示した態様にて燃料噴射時期が設定される時点を上記開始時点としてもよい。
【００７４】
・上記実施形態では、クランク回転速度が所定の回転速度ＮＥ２を上回った後に燃料噴射期間の拡大制御を行ったがこれに限らない。例えば内燃機関１の各気筒において燃焼が生じた回数をクランク回転速度の監視を通じて把握し、この燃焼が生じた回数が所定以上となることで上記燃料噴射期間の拡大制御を行ってもよい。要は、燃料噴射期間の拡大制御を行っても点火プラグのかぶりやくすぶりが生じない程度に内燃機関１が暖機されたことを適宜のパラメータにて判断するようにすればよい。
【００７５】
・はじめの噴射から直ちに（所定期間の経過後と比較して）燃料噴射期間を縮小する制御を行っても、点火プラグのかぶりやくすぶりを抑制することはできる。
【００７６】
・内燃機関１の筒内に噴射された燃料が最初に燃焼したことが検出されるまでの期間の燃料噴射制御態様としては、先の図４に例示したものに限らず、例えば同図４に例示した許容クランク角範囲を燃料噴射時期そのものとしてもよい。この場合、クランク角度「４５０°ＣＡ」進角において、燃料噴射量を算出しなくてよい。
【００７７】
・上記実施形態では、所定期間（暖機期間）、燃料噴射期間を縮小する制御を行ったが、同燃料噴射期間に代えて燃料噴射の許容される許容クランク角範囲を縮小するようにしてもよい。この際、燃料噴射量の算出は、例えば先の図４に示した態様にて行えばよい。
【００７８】
・上記実施形態では、燃料噴射期間を縮小する制御を行う所定期間（暖機期間）の経過後、燃料噴射期間を拡大する制御を行ったが、同燃料噴射期間に代えて燃料噴射の許容される許容クランク角範囲を拡大するようにしてもよい。この際、燃料噴射量の算出は、例えば先の図４に示した態様にて行えばよい。
【００７９】
・上記実施形態では、始動に際して先の図２及び図３に示した燃料噴射処理を必ず行うこととしたが、この処理は、例えば冷却水の温度が所定の温度以下であるとき等、内燃機関の運転環境及び運転状態の少なくとも一方が所定の条件となるときに行うようにしてもよい。
【００８０】
・縮小される燃料噴射期間や拡大される燃料噴射期間を可変設定する処理は、これを冷却水温に基づいて行うものに限らない。要は、内燃機関の運転状態や運転環境の少なくとも一方に基づいて行うようにすればよい。
【００８１】
・上記実施形態においては、始動制御に際し、冷却水の温度に基づき高圧燃料ポンプ２０の制御を行うか否かを決定するようにしたがこれに限らず、適宜のパラメータから把握される内燃機関１の運転状態や運転環境に基づいて高圧燃料ポンプ２０の制御を行うか否かを決定するようにしてもよい。更に、こうした決定を下す処理そのものを排除して、例えば始動制御に際しては、内燃機関１の運転状態や運転環境にかかわらず、高圧燃料ポンプ２０の制御を行わないようにしてもよい。
【００８３】
・所定期間（暖機期間）が経過した後に許容クランク角範囲を拡大する制御手段や、燃料噴射量を算出する算出手段としては、上記電子制御装置５０を備えて構成されるものに限らず、例えばこれら各制御に特化した専用のハードウェアであってもよい。
【００８４】
・その他、上記燃料噴射期間や燃料噴射時期の算出時期等は上記実施形態で例示したものに限らない。更に、高圧燃料ポンプや内燃機関の構成等も先の図１に例示したものに限らない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置の一実施形態の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態における始動時の燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態における始動時の燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート。
【図４】同実施形態における始動時の燃料噴射時期の設定態様を示す図。
【図５】同実施形態における始動時の燃料噴射時期の設定態様を示す図。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…クランクシャフト、１０…燃料タンク、１０ｆ…フィードポンプ、１０ｐ…プレッシャレギュレータ、１１…低圧側燃料通路、１２…高圧側燃料通路、１３…逆止弁、２０…高圧燃料ポンプ、２１…シリンダ、２２…プランジャ、２３…昇圧室、２４…電磁スピル弁、２４ｃ…コイルスプリング、２４ｓ…電磁ソレノイド、２４ｖ…弁体、２５…カム、２６…排気側カムシャフト、３０…デリバリパイプ、４０…インジェクタ、５０…電子制御装置、６１…水温センサ、６２…クランク角センサ、６３…カム角センサ。
Claims (7)
- 筒内に直接燃料が噴射される筒内噴射式内燃機関の始動時の燃料噴射量を制御する筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射の許容されるクランク角範囲である許容クランク角範囲を前記始動時に噴射される燃料の最初の燃焼の後の所定期間よりも該所定期間の経過後において拡大する制御手段を備える
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記制御手段は、前記所定期間における燃料噴射期間を該所定期間での許容クランク角範囲に設定する
請求項１記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記制御手段は、前記所定期間の経過の後における燃料噴射期間を前記拡大する許容クランク角範囲に設定する
請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記制御手段は、前記所定期間を、当該機関の回転速度が所定の回転速度を上回るまでの期間として設定する
請求項１〜３のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記制御手段は、前記所定期間において設定する許容クランク角範囲を前記始動時における当該機関の運転環境及び運転状態の少なくとも一方に応じて可変設定する
請求項１〜４のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 前記制御手段は、前記拡大する許容クランク角範囲を前記始動時における当該機関の運転環境及び運転状態の少なくとも一方に応じて可変設定する
請求項１〜５のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。 - 請求項１〜６のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記制御手段は更に、前記所定期間において設定する許容クランク角範囲に比べて、該所定期間以前の許容クランク角範囲を拡大設定する
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
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