JP4501108B2

JP4501108B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP4501108B2
Application number: JP2004145296A
Authority: JP
Inventors: 茂樹宮下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2024-05-14
Also published as: JP2005325782A

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、より詳しくは、筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタとを備えると共に、バルブタイミング変更手段を備える内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

一般に、機関の冷機時における始動、特に寒冷時における始動では、燃料の気化が充分に行なわれずに始動性が低下することが知られている。これに対処すべく種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、吸気通路内に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタを有するエンジンの制御装置において、バルブタイミング変更手段により、排気バルブの閉弁時期を排気上死点前、吸気バルブの開弁時期を排気上死点後とし、排気バルブの閉弁時期から排気上死点までのクランク角度を、排気上死点から吸気バルブの開弁時期までのクランク角度より大きく設定し、かつ、燃料噴射弁からの燃料噴射時期を吸気バルブの開弁時期とすることにより、燃焼ガスの吹き返しでの燃料噴射場の温度上昇と、その後の急激な負圧の成長とを利用しての燃料の気化促進を図ることで、始動性を向上させるようにした技術が開示されている。

また、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタと吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタとを備え，機関の運転状態に応じてこれらのインジェクタを切替え使用することにより、低負荷運転領域での成層燃焼や高負荷運転領域での均質燃焼を実現させ、燃費特性や出力特性の改善を図った、いわゆるデュアル噴射型の内燃機関も知られている。

特開２００２−１４７２７２号公報

しかしながら、かかる特許文献１に記載の技術は、吸気通路内に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタのみを有するエンジンの制御装置についてのもので、しかも主に初爆が完了した後の制御に関する技術あり、上述の如きデュアル噴射型の内燃機関の場合にはさらに改良の余地が存する。

すなわち、機関の冷機時における始動、特に寒冷時における始動において、筒内に始動可能な混合気を形成するためには、筒内やポートを含む吸気通路壁に一定量の燃料付着を発生させておく必要があるが、特許文献１に記載の技術のように、バルブタイミング変更手段により動弁系を所定の開閉時期に設定するのに合わせて燃料噴射を行なっても、上述のように燃料付着がないことから始動可能な混合気の形成に時間がかかり、この結果、クランキング時間が長引いて始動に時間がかかるという問題がある。

また、特に機械式バルブタイミング変更手段を備える機関においては、上述のように始動に最適なバルブタイミング位置に動弁系を設定する必要があるが、始動の際のクランキング時には駆動油圧の発生が充分ではないことから、その設定までに時間を要すが、その遅れを考慮せずに燃料を噴射するとその間の燃費やエミッションが悪化するという問題があった。

そこで、本発明の目的は、機関の始動性を良好にすると共に、燃費やエミッションの悪化を軽減することのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の一形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタまたは吸気通路内に向けて燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタのいずれか一方、またはこれらの両者を備える内燃機関において、前記筒内噴射用インジェクタまたは吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射形態を変更する燃料噴射形態変更手段と、少なくとも吸気バルブの開閉タイミングを変更するバルブタイミング変更手段と、を備え、機関の始動時には、前記吸気バルブの少なくとも作用角を含む開閉タイミングが前記バルブタイミング変更手段により所定のタイミングに変更された後に、燃料噴射形態が前記燃料噴射形態変更手段によって前記所定タイミングへの変更前後で変更されることを特徴とする。

また、前記筒内噴射用インジェクタまたは吸気通路噴射用インジェクタのいずれか一方のみを備えるときは、前記所定タイミングへの変更前の燃料噴射形態は、無燃料噴射であり、所定タイミングへの変更後の燃料噴射形態が前記いずれか一方の燃料噴射開始であってもよい。

さらに、前記筒内噴射用インジェクタおよび吸気通路噴射用インジェクタの両者を備えるときは、前記燃料噴射形態の変更は、前記筒内噴射用インジェクタのみによる筒内燃料噴射、吸気通路噴射用インジェクタのみによる吸気通路内燃料噴射、および前記筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとの両者による燃料噴射を含む燃料噴射源のいずれかへの変更、または同一燃料噴射源による燃料噴射量、燃料噴射タイミングおよび分担率を含む燃料噴射制御値のいずれかの変更であってもよい。

本発明の一形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置によると、筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタまたは吸気通路内に向けて燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタのいずれか一方、またはこれらの両者を備える内燃機関において、機関の始動時には、バルブタイミング変更手段により吸気バルブの少なくとも作用角を含む開閉タイミングが所定のタイミングに変更された後に、燃料噴射形態変更手段により筒内噴射用インジェクタまたは吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射形態が変更される。従って、始動に最適なバルブタイミング位置に吸気バルブの少なくとも作用角を含む開閉タイミングが設定されたときにその開閉タイミングに合った燃料噴射形態に変更され得るので、良好な混合気形成が行なわれる為、過大な燃料噴射を行なうことなく、始動が失敗なく短時間で良好に行なわれる。

また、前記筒内噴射用インジェクタまたは吸気通路噴射用インジェクタのいずれか一方のみを備えるときに、前記所定タイミングへの変更前の燃料噴射形態が、無燃料噴射であり、所定タイミングへの変更後の燃料噴射形態が燃料噴射開始である形態によれば、クランキング中における不着火未燃ガスの排出が抑制されるので、燃費やエミッションの悪化を軽減することができる。

さらに、前記筒内噴射用インジェクタおよび吸気通路噴射用インジェクタの両者を備えるときに、前記燃料噴射形態の変更が、前記筒内噴射用インジェクタのみによる筒内燃料噴射、吸気通路噴射用インジェクタのみによる吸気通路内燃料噴射、および前記筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとの両者による燃料噴射を含む燃料噴射源のいずれかへの変更、または同一燃料噴射源による燃料噴射量、燃料噴射タイミングおよび分担率を含む燃料噴射制御値のいずれかの変更である形態によれば、開閉タイミングに合った燃料噴射源または燃料噴射制御値に変更され得るので、始動が失敗なく短時間で良好に行なわれる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
まず、本発明に係るデュアル噴射型の内燃機関の燃料噴射制御装置の概略構成図が示されている図１を参照するに、機関１は４つの気筒１ａを備えている。各気筒１ａはそれぞれ対応する吸気枝管２を介して共通のサージタンク３に接続されている。サージタンク３は吸気ダクト４を介してエアフローメータ４ａに接続され、エアフローメータ４ａはエアクリーナ５に接続されている。吸気ダクト４内にはステップモータ６によって駆動されるスロットル弁７が配置されている。一方、各気筒１ａは共通の排気マニホルド８に連結され、この排気マニホルド８は三元触媒コンバータ９に連結されている。

各気筒１ａには、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１１と吸気ポート内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ１２とがそれぞれ取り付けられている。これらインジェクタ１１、１２は電子制御ユニット３０の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。また、各筒内噴射用インジェクタ１１は共通の燃料分配管１３に接続されており、この燃料分配管１３は燃料分配管１３に向けて流通可能な逆止弁１４を介して、機関駆動式の高圧燃料ポンプ１５に接続されている。

図１に示すように、高圧燃料ポンプ１５の吐出側はスピル電磁弁１５ａを介して高圧燃料ポンプ１５の吸入側に連結されており、このスピル電磁弁１５ａの開度が小さいとき程、高圧燃料ポンプ１５から燃料分配管１３内に供給される燃料量が増大され、スピル電磁弁１５ａが全開にされると、高圧燃料ポンプ１５から燃料分配管１３への燃料供給が停止されるように構成されている。なお、スピル電磁弁１５ａは電子制御ユニット３０の出力信号に基づいて制御される。

一方、各吸気通路噴射用インジェクタ１２は共通の燃料分配管１６に接続されており、燃料分配管１６および高圧燃料ポンプ１５は共通の燃料圧レギュレータ１７を介して、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ１８に接続されている。さらに、低圧燃料ポンプ１８は燃料フィルタ１９を介して燃料タンク２０に接続されている。燃料圧レギュレータ１７は低圧燃料ポンプ１８から吐出された燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、低圧燃料ポンプ１８から吐出された燃料の一部を燃料タンク２０に戻すように構成されており、したがって吸気通路噴射用インジェクタ１２に供給されている燃料圧および高圧燃料ポンプ１５に供給されている燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを阻止している。さらに、図１に示すように、高圧燃料ポンプ１５と燃料圧レギュレータ１７との間には流通弁２１が設けられている。この流通弁２１は通常開弁されており、この流通弁２１が閉弁されると低圧燃料ポンプ１８から高圧燃料ポンプ１５への燃料供給が停止される。なお、この流通弁２１の開閉は電子制御ユニット３０の出力信号に基づいて制御される。

また、電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備している。エアフローメータ４ａは吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ４ａの出力電圧はＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。機関１には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８が取付けられ、この水温センサ３８の出力電圧はＡＤ変換器３９を介して入力ポート３５に入力される。

燃料分配管１３には燃料分配管１３内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４０が取付けられ、この燃料圧センサ４０の出力電圧はＡＤ変換器４１を介して入力ポート３５に入力される。触媒９上流の排気マニホルド８には排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生する酸素濃度センサ４２が取付けられ、この酸素濃度センサ４２の出力電圧はＡＤ変換器４３を介して入力ポート３５に入力される。アクセルペダル１０はアクセルペダル１０の踏込み量に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ４４に接続され、アクセル開度センサ４４の出力電圧はＡＤ変換器４５を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５には機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数センサ４６が接続されている。さらに、入力ポート３５にはスタータのオン・オフ信号を検出するスタータスイッチ４９が接続されている。電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２には、上述のアクセル開度センサ４４および回転数センサ４６により得られる機関負荷および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値や機関冷却水温に基づく補正値等が予めマップ化されて記憶されている。

さらに、図２には気筒１ａの側断面図が示されている。図２を参照するに、６１はシリンダブロック、６２は頂面上に凹部６２ａが形成されたピストン、６３はシリンダブロック６１上に固締されたシリンダヘッド、６４はピストン６２とシリンダヘッド６３間に形成された燃焼室、６５は吸気バルブ、６６は排気バルブ、６７は吸気ポート、６８は排気ポート、６９は点火プラグをそれぞれ示している。吸気ポート６７は燃焼室６４内に流入した空気がシリンダ軸線周りの旋回流を発生するように形成されている。凹部６２ａは筒内噴射用インジェクタ１１側に位置するピストン６２の周縁部からピストン６２中央部に向かって延び、また点火プラグ６９の下方において上方に延びるように形成されている。

ここで、エンジン１の可変バルブタイミング機構について説明する。エンジン１のクランクシャフトの回転は、周知の如く、シリンダヘッド６３内にそれぞれ配設された吸気カムシャフト及び排気カムシャフトに、クランクシャフトに固設されたクランクプーリ、タイミングベルト、吸気カムプーリ、排気カムプーリ等を介して伝達され、クランクシャフトとカムシャフトとが２対１の回転角度となるよう設定されている。そして、吸気カムシャフトに設けられた吸気カム及び排気カムシャフトに設けられた排気カム（いずれも図示せず）は、それぞれクランクシャフトと２対１の回転角度に維持される各カムシャフトの回転に基づいて、吸気バルブ６５、排気バルブ６６を開閉駆動する。

吸気カムシャフトと吸気カムプーリとの間には、吸気カムプーリと吸気カムシャフトとを相対回動させてクランクシャフトに対する吸気カムシャフトの回転位相（変位角）および吸気バルブ６５のリフト量を連続的に変更する油圧駆動式の吸気可変バルブタイミング機構７０が配設されている。この吸気可変バルブタイミング機構７０は、周知のように、リニアソレノイド弁或いはデューティソレノイド弁等からなるオイルコントロールバルブによって油圧が切換えられるものであり、前述のエンジン制御用のＥＣＵ３０からの駆動信号により作動する。

同様に、排気カムシャフトと排気カムプーリとの間には、排気カムプーリと排気カムシャフトとを相対回動させてクランクシャフトに対する排気カムシャフトの回転位相（変位角）を連続的に変更する油圧駆動式の排気可変バルブタイミング機構７１が配設されている。この排気可変バルブタイミング機構７１は、吸気側の吸気可変バルブタイミング機構７０と同様に、オイルコントロールバルブによって油圧が切換えられるものであり、前述のエンジン制御用のＥＣＵ３０からの駆動信号により作動する。

上述の吸気側の吸気可変バルブタイミング機構７０及び排気側の排気可変バルブタイミング機構７１には、その作動位置を検出するセンサとして、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトに固設されて同期回転するカムロータの外周に形成された等角度毎の複数の突起を検出し、カム位置を表すカム位置パルスを出力する吸気側のカムポジションセンサ７２及び排気側のカムポジションセンサ７３がそれぞれ設けられている。なお、吸気側には、必要に応じて、吸気カムシャフトのスライド量により吸気バルブ６５のリフト量を検出するリフトセンサ７４が設けられている。

また、吸気可変バルブタイミング機構７０及び排気可変バルブタイミング機構７１としては、上述の油圧による機械式のものに代え、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して、それぞれ、吸気バルブ６５と排気バルブ６６とを進退駆動する電磁駆動機構から構成されてもよく、この場合には、電子制御ユニット３０の信号に基づき、開閉のタイミングおよびリフト量が任意に制御可能に構成される。従って、例えば電子制御ユニット３０からの信号に基づいて作動されると、吸気バルブ６５および／または排気バルブ６６の開閉タイミング、延いては開期間（作用角）が長く或いは短く、さらにはリフト量が可変制御されることになる。

ここで、電子制御ユニット３０の出力ポート３６は対応する駆動回路４７を介して、ステップモータ６、各筒内噴射用インジェクタ１１、各吸気通路噴射用インジェクタ１２、スピル電磁弁１５ａ、流通弁２１、吸気可変バルブタイミング機構７０及び排気可変バルブタイミング機構７１のオイルコントロールバルブに接続されている。

次に、上記構成を有する本発明の実施形態の始動時の制御の一例について、以下、図３に示すフローチャートを参照して説明する。まず、不図示のアクセサリスイッチのオンにより制御が開始されると、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ１８が駆動開始され、流通弁２１が開、スピル電磁弁１５ａが閉に維持される。そこで、ステップＳ３０１において、始動時か否かの判断が行なわれる。この始動時か否かの判断は、スタータスイッチ４９がオンのとき、または後述するように、初爆から所定の条件を満たすときに該当するか否かにより行なわれる。始動時の場合は、ステップＳ３０２に進み、水温センサ３８からの検出値であるエンジン１の冷却水温が読み込まれる。そして、ステップＳ３０３に進み、この冷却水温に基づき、マップ化されてＲＯＭ３２に記憶されている吸気バルブ６５の最適な作用角を含む開閉タイミングが目標値として求められる。そして、ステップＳ３０４において吸気可変バルブタイミング機構７０のオイルコントロールバルブが制御され、吸気バルブ６５の開閉タイミングの目標値への設定に向けての変更が開始される。

次に、ステップＳ３０５においては、カムポジションセンサ７２の出力が読み込まれ、その出力値からカム位置が算出される。そして、ステップＳ３０６に進み、このカム位置がステップＳ３０３で求められた目標開閉タイミングを満たすか否かにより、目標開閉タイミングへの設定が完了したか否かが判断される。判断の結果、設定が完了、換言すると、所定の目標開閉タイミングに変更されたときには、ステップＳ３０７に進み、後述するように燃料噴射が開始される。一方、ステップＳ３０１の判断で始動時でないときは、このルーチンを終了し、また、ステップＳ３０６の判断で、所定の目標開閉タイミングへ変更されていないときには、ステップＳ３０８に進み、燃料噴射は禁止される。

ここで、吸気バルブ６５の開閉タイミングの変更および燃料噴射の開始についての、第１および第２の実施形態を図４のタイムチャートをも含めてさらに説明する。これらの実施形態では、筒内噴射用インジェクタ１１による筒内直噴が開始される例が示されている。図４の下側には、エンジンの回転数と筒内直噴のタイミングとが示され、上側には吸気バルブ６５の作用角を含む開閉タイミングが示されている。図４（Ａ）には、始動前の初期位置としてエンジン１の定常運転時における吸気バルブ６５の作用角を含む開閉タイミングが示されており、図４（Ｂ）には、変更後の吸気バルブ６５の開閉タイミングと噴射タイミングとの第１の実施形態、図４（Ｃ）には、変更後の吸気バルブ６５の開閉タイミングと噴射タイミングとの第２の実施形態がそれぞれ示されている。

第１の実施形態においては、吸気バルブ６５が排気上死点（ＴＤＣ）後約４５°で開かれ、ほぼ下死点（ＢＤＣ）で閉じられるのに対し、筒内噴射用インジェクタ１１による筒内の燃焼室６４に向けての噴射は、吸気バルブ６５が開く直前に開始される。かくて、吸気バルブ６５が閉じられた状態で、下降開始直後のピストン６２の頂面に対し筒内噴射用インジェクタ１１から燃料が噴射され、このとき筒内の負圧が大きい為噴射燃料の微粒化が良好に行なわれる。かかる状態で、更にピストン６２のさらなる下降に伴い吸気バルブ６５が開かれるので、急激な筒内への吸い込み流により筒内での混合が促進されることで点火プラグ６９による着火に適した混合気が形成されることになる。

また、第２の実施形態においては、吸気バルブ６５がほぼ排気上死点（ＴＤＣ）で開かれ、下死点（ＢＤＣ）前約４５°で閉じられるのに対し、筒内噴射用インジェクタ１１による筒内の燃焼室６４に向けての噴射は、下死点（ＢＤＣ）に開始される。かくて、吸気バルブ６５が閉じられた後の筒内での負圧の成長状態で、筒内噴射用インジェクタ１１から筒内に燃料が噴射されるが、ピストン６２が下死点位置にあるので、その噴霧はピストン６２の頂面に当たることなく空間に広がり得るので、減圧沸騰を伴って霧化または気化が促進され、前実施形態と同様に、点火プラグ６９による着火に適した混合気が形成されることになる。

さらに、第３ないし第５の実施形態として、吸気バルブ６５および排気バルブ６６の開閉タイミングの変更および燃料噴射の開始について、図５を参照して説明する。これらの実施形態では、吸気通路噴射用インジェクタ１２による吸気通路内噴射が開始される例が示されている。図５（Ａ）には、始動前の初期位置としてエンジン１の定常運転時における吸気バルブ６５および排気バルブ６６の作用角を含む開閉タイミングが示されており、図５（Ｂ）には、第３の実施形態における変更後の吸気バルブ６５の開閉タイミングと噴射タイミング、図５（Ｃ）および（Ｄ）には、第４および５の実施形態における変更後の吸気バルブ６５および排気バルブ６６の開閉タイミングと噴射タイミングとがそれぞれ示されている。

図５（Ｂ）に示す第３の実施形態においては、排気バルブ６６の作用角は変更されずに、吸気バルブ６５のみが変更されて排気上死点（ＴＤＣ）後約４５°で開かれ、ほぼ下死点（ＢＤＣ）で閉じられるのに対し、吸気通路噴射用インジェクタ１２による吸気通路内噴射が、吸気バルブ６５が開く直前に開始される。かくて、吸気バルブ６５が閉じられた状態で吸気通路内に燃料が噴射され、その噴射燃料の大半は吸気通路壁面に付着する。かかる状態で、ピストン６２の下降に伴い吸気バルブ６５が開かれるので、急激な筒内への吸い込み流により吸気通路壁面への付着燃料の霧化または気化が促進され、点火プラグ６９による着火に適した混合気が形成されることになる。

また、図５（Ｃ）に示す第４の実施形態においては、排気バルブ６６の作用角を含む開閉タイミングが、排気上死点（ＴＤＣ）前約３０°で閉じられるように変更され、吸気バルブ６５が排気上死点（ＴＤＣ）前約４５°で開かれ、下死点（ＢＤＣ）前約１５°で閉じられるのに対し、吸気通路噴射用インジェクタ１２による吸気通路内噴射が、吸気バルブ６５が開かれた後で排気バルブ６６が閉じられるのとほぼ同時に開始される。かくて、吸気バルブ６５が開いた状態で吸気通路内に燃料が噴射され、その噴射燃料の大半は吸気通路壁面に付着するが、かかる状態では、ピストン６２は上昇中であるので、筒内の空気の吸気通路内への逆流すなわち噴出し流と、その後のピストン６２の下降による吸入流とにより霧化または気化が促進され、点火プラグ６９による着火に適した混合気が形成されることになる。

さらに、図５（Ｄ）に示す第５の実施形態においては、排気バルブ６６の作用角を含む開閉タイミングが、第４の実施形態と同様に、排気上死点（ＴＤＣ）前約３０°で閉じられるように変更されると共に、吸気バルブ６５がほぼ排気上死点（ＴＤＣ）で開かれ、下死点（ＢＤＣ）後約４５°で閉じられるのに対し、吸気通路噴射用インジェクタ１２による吸気通路内噴射が、ほぼ上死点（ＴＤＣ）で開始される。かくて、吸気バルブ６５が開いた状態で吸気通路内に燃料が噴射されるが、かかる状態では、排気バルブ６６が排気上死点（ＴＤＣ）前約３０°で閉じられた後のピストン６２の上昇により、筒内で圧縮された空気が吸気通路内へ逆流すなわち噴出し流となり、その後のピストン６２の下降による吸入流と相俟って噴射された燃料の霧化または気化が促進され、点火プラグ６９による着火に適した混合気が形成されることになる。

ここで、上述の始動時燃料噴射制御ルーチンにおけるステップＳ３０１の判断で、エンジン１が始動時であるか否かが判断されたが、この始動時であるか否かの判断は、スタータスイッチ４９がオンのときでエンジン１の回転数Ｎｅがクランキング回転数Ｎｅｃにあるとき、およびエンジン１の回転数Ｎｅが所定値Ｎｅ１を超え、且つ回転数Ｎｅがこの所定値Ｎｅ１を超えた時刻ｔ１後の経過時間ｔが所定値ｔｓを超えたか否かにより行なうことができる（図４参照）。この回転数の所定値Ｎｅ１としては、完爆が行なわれた目安として、Ｎｅ１＝３００〜４００ｒｐｍとし、また経過時間の所定値ｔｓとしては、完爆後の回転数上昇および安定化期間として、ｔｓ＝１〜１０secとしてもよく、また、水温センサ３８からの検出値であるエンジン１の冷却水温が所定温度に到達したかによってもよい。

上述した始動時における本発明の制御について、再度、図４に示すタイムチャートを参照してさらに説明すると、まず、時点ｔｃにおいて、スタータスイッチ４９がオンとされスタータによるクランキングが行われ、目標開閉タイミングへの設定が完了した時点ｔ０において、上述の第１および第２の実施形態においては筒内噴射用インジェクタ１１による筒内への燃料噴射が開始され、第３ないし第５の実施形態においては吸気通路噴射用インジェクタ１２による吸気通路への燃料噴射が開始されるのである。

次に、本発明のさらに他の実施形態の始動時の制御の一例について、以下、図６に示すフローチャートを参照して説明する。以下に説明する実施形態と既に第１ないし第５の実施形態として説明した実施形態との相違は、燃料噴射形態の相違のみであるから、共通する部分については前の説明を援用し、以下はその相違点について重点的に説明し、重複説明を避ける。

すなわち、始動時か否かの判断が行なわれるステップＳ６０１から目標開閉タイミングへの設定が完了したか否かが判断されるステップＳ６０６までは、ステップＳ３０１ないしステップＳ３０６とそれぞれ同じであるので、説明を繰り返さない。そこで、ステップＳ６０６での判断において、目標開閉タイミングへの設定が完了していないときには、ステップＳ３０８に進み、噴射形態１による燃料噴射が実行される。一方、ステップＳ６０６での判断の結果、設定が完了、換言すると、所定の目標開閉タイミングに変更されたときには、ステップＳ６０７に進み、噴射形態２による燃料噴射に変更される。なお、ステップＳ６０１の判断で始動時でないときは、このルーチンを終了すること前述の実施形態と同じである。

ここで、吸気バルブ６５の開閉タイミングの変更および燃料噴射形態の変更についての実施形態を第６および第７の実施形態として、図７のタイムチャートをも含めてさらに説明する。これらの実施形態では、吸気通路噴射用インジェクタ１２による吸気通路ないしはポートへの燃料噴射が開始されて目標開閉タイミングへの設定が完了した後、筒内噴射用インジェクタ１１による筒内直噴に変更される例が示されている。図７の下側には、図４の場合とほぼ同様に、エンジンの回転数と吸気通路噴射またはポート噴射および筒内直噴の時期とが示され、上側には吸気バルブ６５の作用角を含む開閉タイミングが示されている。図７（Ａ）には、始動前の初期位置としてエンジン１の定常運転時における吸気バルブ６５の作用角を含む開閉タイミングが示されており、図７（Ｂ）には、変更後の吸気バルブ６５の開閉タイミングと噴射タイミングとの第６の実施形態、図７（Ｃ）には、変更後の吸気バルブ６５の開閉タイミングと噴射タイミングとの第７の実施形態がそれぞれ示されている。

第６の実施形態においては、吸気バルブ６５が排気上死点（ＴＤＣ）後約４５°で開かれ、ほぼ下死点（ＢＤＣ）で閉じられるのに対し、筒内噴射用インジェクタ１１による筒内の燃焼室６４に向けての噴射は、吸気バルブ６５が開く直前に開始される。この第６の実施形態では、まず、時点ｔｃにおいて、スタータスイッチ４９がオンとされスタータによるクランキングが行われるのとほぼ同時に、吸気通路噴射用インジェクタ１２による吸気通路への燃料噴射が開始される。そして、目標開閉タイミングへの設定が完了した時点ｔ０において、筒内噴射用インジェクタ１１による筒内への燃料噴射へ変更される。

かくて、吸気バルブ６５が閉じられている状態で、吸気通路噴射用インジェクタ１２により吸気通路またはポートへ噴射された燃料により、予備的にポートを含む吸気通路壁への一定量の燃料付着が発生する。そして、吸気バルブ６５が開く直前に、下降開始後のピストン６２の頂面に対し筒内噴射用インジェクタ１１から燃料が噴射され、その噴射燃料の大半はピストン６２の頂面に付着する。かかる状態で、ピストン６２の下降に伴い吸気バルブ６５が開かれるので、ポート内で気化された燃料を含む吸気の急激な筒内への吸い込み流により霧化または気化が促進され、点火プラグ６９による着火に適した均質な混合気が形成されることになる。

また、第７の実施形態においても、時点ｔｃにおいて、スタータスイッチ４９がオンとされスタータによるクランキングが行われるのとほぼ同時に、吸気通路噴射用インジェクタ１２による吸気通路への燃料噴射が開始される。そして、目標開閉タイミングへの設定が完了した時点ｔ０において、筒内噴射用インジェクタ１１による筒内への燃料噴射へ変更される。かくて、吸気バルブ６５が閉じられた状態で、吸気通路噴射用インジェクタ１２により吸気通路またはポートへ噴射された燃料により、予備的にポートを含む吸気通路壁への一定量の燃料付着が発生する。そして、吸気バルブ６５がほぼ排気上死点（ＴＤＣ）で開かれ、ほぼ下死点（ＢＤＣ）前約４５°で閉じられるのに対し、筒内噴射用インジェクタ１１による筒内の燃焼室６４に向けての噴射は、下死点（ＢＤＣ）に開始される。かくて、吸気バルブ６５が閉じられた後の筒内での負圧の成長状態で、筒内噴射用インジェクタ１１から筒内に燃料が噴射されるが、ピストン６２が下死点位置にあるので、その噴霧はピストン６２の頂面に当たることなく空間に広がり得るので、減圧沸騰を伴って霧化または気化が促進され、前実施形態と同様に、ポート内で気化された燃料を含む吸気と相俟って点火プラグ６９による着火に適した均質な混合気が形成されることになる。

なお、上述した本発明の実施形態では、燃料噴射形態の変更として吸気通路噴射用インジェクタ１２による吸気通路内燃料噴射から筒内噴射用インジェクタ１１による筒内燃料噴射へ変更する例（aとする）につき説明したが、これは、吸気通路内燃料噴射から筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとの両者によるデュアル燃料噴射への変更（ｂとする）、筒内燃料噴射からデュアル燃料噴射への変更（ｃとする）、さらには、デュアル燃料噴射から筒内燃料噴射への変更（ｄとする）を含む燃料噴射源のいずれかへの変更であってもよい。

また、燃料噴射形態の変更は、燃料噴射量、燃料噴射タイミングおよび分担率を含む燃料噴射制御値のいずれかが変更の前後で異ならされた、吸気通路内燃料噴射から吸気通路内燃料噴射への変更（eとする）、筒内燃料噴射から筒内燃料噴射への変更（ｆとする）およびデュアル燃料噴射からデュアル燃料噴射への変更（ｇとする）を含む同一燃料噴射源による変更であってもよい。

上記の（a）および（ｂ）は、いずれも予備的に吸気通路（ポート）付着燃料を発生させ、増量化された筒内噴射で霧化を向上させて着火に適した均質な混合気を形成することができる。（ｃ）および（ｆ）は、いずれも吸気行程噴射等で予備的に筒内付着燃料を安定的に発生させ、増量化かつ噴射タイミングが変更された筒内噴射で霧化を向上させて着火に適した均質な混合気を形成することができる。（ｄ）および（ｇ）は、いずれも予備的に吸気通路（ポート）付着燃料と筒内付着燃料を安定的に発生させ、分担率が変更されて増量化された筒内噴射で霧化を向上させて着火に適した均質な混合気を形成することができる。また、（e）は、吸気非同期噴射により予備的に吸気通路（ポート）付着燃料を発生させ、増量化かつ第３ないし第５の実施形態に示した噴射タイミングに変更されたポート噴射で霧化ないしは気化を向上させて着火に適した均質な混合気を形成することができる。いずれの場合も、設定された動弁系の開閉タイミングに適合する最適変更形態を選定することにより、始動時間の短縮や燃費、エミッションの向上を図ることができる。

また、上述の実施形態では、動弁系の開閉タイミングを変更する例のみについて説明したが、これはリフト量をも変更するものであってもよいことは云うまでもない。

本発明に係るデュアル噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置の概略構成図を示す模式図である。図１に示す機関の側断面図である。本発明の実施形態における始動時燃料噴射制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。本発明の実施形態における始動時タイムチャートであり、（Ａ）は、始動前の初期位置としての吸気バルブの作用角を含む開閉タイミング、（Ｂ）は、変更後の吸気バルブの開閉タイミングと噴射タイミングとの第１の実施形態、（Ｃ）は、変更後の吸気バルブの開閉タイミングと噴射タイミングとの第２の実施形態を示す。本発明の実施形態における吸気バルブおよび排気バルブの作用角を含む開閉タイミングと噴射タイミングとを示し、（Ａ）は、始動前の初期位置として吸気バルブおよび排気バルブの作用角を含む開閉タイミング、（Ｂ）は、変更後の吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングと噴射タイミングとの第３の実施形態、（Ｃ）および（Ｄは、変更後の吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングと噴射タイミングとの第４および５の実施形態をそれぞれ示す。本発明の実施形態における始動時燃料噴射制御ルーチンの他の例を示すフローチャートである。本発明の実施形態における始動時タイムチャートであり、（Ａ）は、始動前の初期位置としての吸気バルブの作用角を含む開閉タイミング、（Ｂ）は、変更後の吸気バルブの開閉タイミングと噴射タイミングとの第６の実施形態、（Ｃ）は、変更後の吸気バルブの開閉タイミングと噴射タイミングとの第７の実施形態を示す。

符号の説明

１１筒内噴射用インジェクタ
１２吸気通路噴射用インジェクタ
３０電子制御ユニット
３８水温センサ
４４アクセル開度センサ
４６回転数センサ
４９スタータスイッチ

Claims

筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタおよび吸気通路内に向けて燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタの両者を備える内燃機関において、
前記筒内噴射用インジェクタおよび前記吸気通路噴射用インジェクタによる燃料噴射形態を変更する燃料噴射形態変更手段と、
少なくとも吸気バルブの開閉タイミングを変更するバルブタイミング変更手段と、を備え、
機関の始動時には、前記吸気バルブの少なくとも作用角を含む開閉タイミングが前記バルブタイミング変更手段により所定のタイミングに変更され、燃料噴射形態が前記燃料噴射形態変更手段によって前記所定タイミングへの変更の前と変更の後とで異なるように変更され、
前記燃料噴射形態の変更は、前記筒内噴射用インジェクタのみによる筒内燃料噴射、吸気通路噴射用インジェクタのみによる吸気通路内燃料噴射、および前記筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとの両者による燃料噴射を含む燃料噴射源のいずれかへの変更、または同一燃料噴射源による燃料噴射量、燃料噴射タイミングおよび分担率を含む燃料噴射制御値のいずれかの変更であることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記バルブタイミング変更手段による少なくとも吸気バルブの開閉タイミングの変更は、定常運転時における開閉タイミングから、吸気バルブが排気上死点後約４５°で開かれ、ほぼ下死点で閉じられる開閉タイミングへの変更であり、
前記燃料噴射形態変更手段による燃料噴射形態の変更は、前記開閉タイミングへの変更の前の前記吸気通路噴射用インジェクタによる吸気通路内燃料噴射から、前記開閉タイミングへの変更の後の、前記吸気バルブが開く直前の燃料噴射タイミングでの前記筒内噴射用インジェクタによる筒内燃料噴射への燃料噴射形態の変更であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記バルブタイミング変更手段による少なくとも吸気バルブの開閉タイミングの変更は、定常運転時における開閉タイミングから、吸気バルブがほぼ排気上死点で開かれ、下死点の前約４５°で閉じられる開閉タイミングへの変更であり、
前記燃料噴射形態変更手段による燃料噴射形態の変更は、前記開閉タイミングへの変更の前の前記吸気通路噴射用インジェクタによる吸気通路内燃料噴射から、前記開閉タイミングへの変更の後の、下死点での燃料噴射タイミングでの前記筒内噴射用インジェクタによる筒内燃料噴射への燃料噴射形態の変更であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。