JP2000265877A

JP2000265877A - 直噴エンジン

Info

Publication number: JP2000265877A
Application number: JP11068567A
Authority: JP
Inventors: Jun Iwade; 純岩出; Kimitaka Saito; 公孝斎藤; Tatsushi Nakajima; 樹志中島; Hironao Kishi; 宏尚岸; Suehiro Kubo; 末広久保; Yukio Yoshioka; 幸生吉岡
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-09-26
Anticipated expiration: 2019-03-15
Also published as: JP4197791B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼室に空気を供給する吸気通路内に始動用
のインジェクタを備えた直噴エンジンにおいて、始動性
を向上することである。【解決手段】始動時にスロットルバルブ１９を全閉と
するスロットルバルブ制御手段６１を設けて、インジェ
クタ２２から吸気通路１０１内に噴射された燃料の微粒
化を制限し、燃焼室１００において吸気バルブ１６が開
弁するまで続く緩慢燃焼が生じても、吸気通路１０１か
ら燃焼室１００に供給される混合気が、点火プラグ１５
の点火作動前に着火しないようにして、始動性を向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は直噴エンジンに関
し、特に吸気通路に始動用のインジェクタを備えた直噴
エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、車両等の動力用のガソリンエンジ
ンの分野でも、ディーゼルエンジンのように燃焼室内に
直接、燃料を噴射する直噴エンジンが実用化されてい
る。燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタでは始動時
に電動ポンプによる昇圧のみとなるので、供給燃料圧が
低い。そこで、直噴エンジンにおいて、燃焼室内に燃料
を直接噴射する第１のインジェクタに加えて、吸気通路
内に燃料を噴射する第２のインジェクタを設け、始動時
には、吸気通路内に噴射された燃料を空気とともに燃焼
室に供給し、燃料を補うようにしたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、始動時には
上記のごとく燃料の昇圧が十分ではなくピストン等に付
着する燃料ウェットが多くなる。その上、冷間始動時の
ようにエンジン温度が低い場合には燃料ウェットが気化
しにくいので、燃焼室内における混合気の形成が難しく
燃焼空燃比のリーン化に拍車をかける。この結果、燃焼
室内における燃焼が長びき、吸気通路から燃焼室に供給
される混合気が、点火プラグが作動して着火する前に着
火してしまうおそれがあり、スムーズな始動が困難にな
る。

【０００４】本発明は上記実情に鑑みなされたもので、
吸気通路から供給される混合気が点火プラグ作動前に着
火するのを防止して始動性のよい直噴エンジンを提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、燃焼室内に燃料を直接噴射する第１のインジェクタ
と、燃焼室に空気を供給する吸気通路内に燃料を噴射す
る第２のインジェクタとを備えた直噴エンジンに、第２
のインジェクタから吸気通路内に噴射された燃料と空気
との混合気中の燃料の濃度を制限する混合気濃度制限手
段を具備せしめる。

【０００６】吸気通路内の混合気中の燃料の濃度（混合
気濃度）を制限することにより吸気通路内からの混合気
が点火プラグが作動する前に着火するのを防止し、スム
ーズに始動を行うことができる。

【０００７】請求項２記載の発明では、上記混合気濃度
制限手段を、上記吸気通路内における空気流を制限する
空気流制限手段により構成する。

【０００８】吸気通路内における空気流を制限すること
により、空気流による燃料の微粒化作用を抑制し、吸気
通路内における混合気濃度を制限することができる。

【０００９】請求項３記載の発明では、上記空気流制限
手段を、上記吸気通路の上記第２のインジェクタよりも
上流位置に設けたスロットルバルブと、該スロットルバ
ルブを制御するスロットルバルブ制御手段とで構成し、
該制御手段を、スロットルバルブを始動時に全閉に切り
換えるように設定する。

【００１０】既存のスロットルバルブを用いることでエ
ンジンの基本的な構造をそのままに、吸気通路内におけ
る空気流を制限することができる。

【００１１】請求項４記載の発明では、上記混合気濃度
制限手段を、始動がやり直しの始動であるか否かを判定
するやり直し判定手段と、上記第２のインジェクタを制
御するインジェクタ制御手段とで構成し、該インジェク
タ制御手段を、やり直しの始動の場合に第２のインジェ
クタの燃料噴射量を減じるように設定する。

【００１２】２回目以降の始動における第２のインジェ
クタの燃料噴射量を減じることで、吸気通路内に残留し
ている燃料ウェットが気化しても、混合気濃度の上昇を
抑制することができ、やり直し始動において吸気通路か
ら燃焼室に供給される混合気の着火性が高くなるのを防
止することができる。

【００１３】請求項５記載の発明では、燃焼室内に燃料
を直接噴射する第１のインジェクタと、燃焼室に空気を
供給する吸気通路内に燃料を噴射する第２のインジェク
タとを備えた直噴エンジンに、第２のインジェクタから
吸気通路内に噴射された燃料と空気とが燃焼室内に供給
される始動時に、上記燃焼室における燃焼終了時期に対
して吸気バルブの開弁時期を相対的に遅延するタイミン
グ調整手段を具備せしめる。

【００１４】燃焼室における燃焼終了時期に対して吸気
バルブの開弁時期を相対的に遅延せしめることで、吸気
バルブの開弁とともに吸気通路から燃焼室に供給される
混合気が点火プラグが作動する前に着火するのを防止
し、スムーズに始動を行うことができる。

【００１５】請求項６記載の発明では、上記タイミング
調整手段は、クランキング回転数を切り換え自在に構成
したスタータと、エンジン温度を検出する温度検出手段
と、スタータを制御するスタータ制御手段とで構成し、
該スタータ制御手段を、エンジン温度が低いほどクラン
キング回転数を下げるように設定する。

【００１６】エンジン温度が低く燃焼室内における燃料
ウェットの付着や燃焼空燃比のリーン化により燃焼が長
引きやすいときにクランキング回転数を下げることで、
膨張行程から排気行程を経て、吸気バルブが開く吸気行
程に到る時間が長くなり、燃焼室における燃焼終了時期
に対して吸気バルブの開弁時期を遅延することができ
る。しかもクランキング回転数をエンジン温度が低いほ
ど下げることで、不必要にクランキング回転数が下がる
のを回避することができる。

【００１７】請求項７記載の発明では、上記タイミング
調整手段を、上記第１のインジェクタの噴射を始動時に
禁止する噴射禁止手段により構成する。

【００１８】始動時には上記第１のインジェクタの噴射
を禁止して、吸気通路から燃焼室に空気とともに供給さ
れる燃料によってのみ燃焼室内の混合気を生成する。第
２のインジェクタから吸気通路内に噴射された燃料のう
ち、燃料ウェットとなるものは吸気通路内に残存し、燃
焼室において混合気を生成するのは微粒化された燃料で
ある。したがって、燃焼室における燃焼は長引かず、燃
焼終了時期に対して吸気バルブの開弁時期を相対的に遅
延することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１に本発明の
直噴エンジンを示す。本直噴エンジンは以下の説明にお
いて車両の動力用のエンジンとして説明する。エンジン
本体１は、シリンダブロック１０の上方にシリンダヘッ
ド１１が覆着されてなり、シリンダブロック１０に形成
されたシリンダ１０ａ内にピストン１２が摺動自在に保
持されている。シリンダ１０ａ内におけるピストン１２
の上下往復動がクランク軸１３の回転運動に変換され、
図略のトランスミッション等へと伝達されるようになっ
ている。クランク軸１３は、エンジン始動時にはフライ
ホイール１４を介してスタータ３と接続される。

【００２０】ピストン１２の上方にはシリンダブロック
１０、シリンダヘッド１１を室壁として燃焼室１００が
形成され、燃焼室１００において燃料と空気との混合気
の燃焼が行われ、その爆発力によりピストン１２を上下
往復動せしめる。混合気への点火はシリンダヘッド１１
を貫通し燃焼室１００内に突出して設けられた点火プラ
グ１５により行われる。

【００２１】混合気を構成する空気の供給は、シリンダ
ヘッド１１およびこれと接続された吸気管１８内部に形
成された吸気通路１０１により行われる。また、燃焼室
１００からの排気は排気通路１０２により行われる。シ
リンダヘッド１１には、吸気通路１０１と燃焼室１００
との間の連通と遮断とを切り換える吸気バルブ１６、排
気通路１０２と燃焼室１００との間の連通と遮断とを切
り換える排気バルブ１７が取り付けられている。

【００２２】吸気管１８内にはフラップ状のスロットル
バルブ１９が設けられ、その開度に応じて吸気通路１０
１内の空気流を調整する。

【００２３】混合気を構成する燃料の供給は２つの電磁
式のインジェクタ２１，２２により行われる。第１のイ
ンジェクタ（以下、適宜、筒内インジェクタという）２
１はシリンダヘッド１１を貫通して設けられ、先端ノズ
ル部から燃焼室１００内に燃料を噴射するようになって
いる。第２のインジェクタ（以下、適宜、吸気管インジ
ェクタという）２２は吸気通路１０１のスロットルバル
ブ１９よりも下流位置に、吸気管１８を貫通して設けら
れ、先端ノズル部から吸気通路１０１内に燃料を噴射す
るようになっている。

【００２４】インジェクタ２１，２２への燃料供給は、
筒内インジェクタ２１の方が、燃料タンク２５から吸い
上げた燃料を低圧ポンプ２４および高圧ポンプ２３によ
り２段階に昇圧して供給し、吸気管インジェクタ２２の
方が、低圧ポンプ２４により昇圧された、筒内インジェ
クタ２１への供給燃料よりも低い燃料圧で供給する。高
圧ポンプ２３はエンジン本体１のクランク軸１３からベ
ルト等を介して伝達される動力で駆動される。一方、低
圧ポンプ２４は電動駆動のもので、始動時には、いずれ
のインジェクタ２１，２２も低圧ポンプ２４から燃料が
供給される。

【００２５】また、上記点火プラグ１５、スロットルバ
ルブ１９、インジェクタ２１，２２等のエンジン各部を
制御するエンジンコントロールコンピュータ６が付設さ
れている。エンジンコントロールコンピュータ６は、Ｃ
ＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなる一般的な構成のもの
で、各種センサからの検出信号等に基づいて、点火プラ
グ１５を作動せしめ、スロットルバルブ１９に制御信号
を出力してスロットルバルブ１９の開度（スロットル開
度）を調整し、インジェクタ２１，２２に、制御信号に
より通電し所定のタイミングで所定時間、インジェクタ
２１，２２のノズルを開く。

【００２６】また、エンジンコントロールコンピュータ
６は、スロットルバルブ制御手段６１を備えている。ス
ロットルバルブ制御手段６１はスロットルバルブ１９と
ともに混合気濃度制限手段である空気流制限手段７を構
成し、エンジンコントロールコンピュータ６の、エンジ
ン各部を制御するソフトウェア上で実現される。

【００２７】エンジンコントロールコンピュータ６に入
力するセンサには、吸気通路１０１内を流通する空気流
量を測定するマスフローメータ５１、クランク角センサ
５２、Ａ／Ｆセンサ５３、エンジン温度を代表するエン
ジン冷却水温を検出する冷却水温センサ５４等がある。
また、エンジンコントロールコンピュータ６には、始動
時に運転者がキー４１を操作すると、そのイグニッショ
ン（ＩＧ）オン信号およびスタータオン信号が入力し、
運転者がアクセルペダル４２を踏み込むと、その踏み込
み量が入力するようになっている。

【００２８】図２により、エンジン始動時におけるエン
ジンコントロールコンピュータ６における制御を説明す
る。なお、以下の手順中、ステップＳ１０１，Ｓ１０４
以外の手順がエンジンコントロールコンピュータ６にお
いて実行される。

【００２９】先ず、運転者がキー４１をＩＧオンまで回
動する（ステップＳ１０１）と、ステップＳ１０２に進
み、始動時に筒内インジェクタ２１が燃焼室１００内に
噴射する噴射量（以下、筒内噴射量という）と、吸気管
インジェクタ２２が吸気通路１０１内に噴射する噴射量
（以下、吸気管内噴射量という）とを演算する。筒内噴
射量と吸気管内噴射量とは、公知の方法により、予め記
憶した初期値に冷却水温センサ５４の検出温度に応じた
補正を行って求められ、燃料が気化しにくい低温ほど噴
射量は大きな値に設定される。

【００３０】続くステップＳ１０３はスロットルバルブ
制御手段６１としての手順で、アクセルペダル４２の踏
み込み量に応じたスロットルバルブの制御を禁止すると
ともに、スロットルバルブ開度を全閉（スロットルバル
ブ開度最小）に切り換える。

【００３１】ステップＳ１０４で運転者がキー４１をス
タータオンまで回動すると、ステップＳ１０５にて吸気
管インジェクタ２２により吸気通路１０１内に上記吸気
管内噴射量の燃料を噴射し、続くステップＳ１０６にて
通常の始動制御を行う。すなわち所定のタイミングで筒
内インジェクタ２１から燃焼室１００内に上記筒内噴射
量の燃料が噴射され、その後、点火プラグ１５により燃
焼室１００内の混合気に点火する。

【００３２】続くステップＳ１０７ではその始動が成功
したか否か、完爆に移行したか否かを判定する。判定
は、例えばエンジン回転数Ｎe が所定の回転数（例えば
４００ｒｐｍ）以上か否かを見、エンジン回転数Ｎe が
上記所定の回転数を越えていれば始動成功と判定する。
始動成功の場合はステップＳ１０８に進む。

【００３３】ステップＳ１０８では、アクセルペダル４
２によるスロットルバルブ１９の制御の禁止を解除し、
始動後の通常の制御に移行する（ステップＳ１０９）。

【００３４】ステップＳ１０７において始動失敗と判定
されると再び、ステップＳ１０１またはステップＳ１０
４に進む。すなわち、運転者により再びキー４１がＩＧ
オンまで回動される（ステップＳ１０１）とステップＳ
１０２から実行され、再びスタータオンまで回動される
（ステップＳ１０４）とステップＳ１０５から実行され
る。

【００３５】本実施形態ではスタータ３による始動時に
はスロットル開度が全閉となり、スロットル開度を大き
くして始動を行う可能性のある従来の直噴エンジンに対
して次の効果を奏する。図３は、吸気管インジェクタ２
２の作動、吸気通路１０１の最下流部（吸気バルブ１６
近傍位置）における混合気濃度の挙動を示すもので、本
実施形態の直噴エンジン（本発明）と従来の直噴エンジ
ンでスロットル開度が全開の場合（従来例）とを併せ示
している。吸気管インジェクタ２２の燃料噴射開始後、
従来例では混合気濃度が速やかに急上昇して高い値をと
り、この状態が１秒以上の長きにわたって続くのに対し
て、本実施形態では混合気濃度が従来例よりもきわめて
低い値しかとらない。したがって、吸気通路１０１内の
混合気濃度が、吸気バルブ１６が開くときに従来例では
高くなっているのに対し、本発明では低い値に抑えられ
る。

【００３６】これは、従来例では、吸気通路１０１内の
強い空気流により、吸気通路１０１内に噴射された燃料
の微粒化を促進するのに対して、本発明では、スロット
ルバルブ１９が全閉なので吸気通路１０１内の空気流が
弱く、吸気管インジェクタ２２から噴射された燃料を微
粒化する作用が弱いためと認められる。

【００３７】このように、本実施形態の直噴エンジンで
は、燃焼室１００における燃焼が吸気バルブ１６が開く
まで続いても、吸気通路１０１内からの混合気が点火プ
ラグ１５の作動前に着火するのを防止できる。

【００３８】（第２実施形態）図４に本発明の直噴エン
ジンの第２の実施形態を示す。第１実施形態においてエ
ンジンコントロールコンピュータ６に代えて別のエンジ
ンコントロールコンピュータ６Ａとしたものである。な
お、図中、実質的に第１実施形態と同じ作動をする部分
には図１と同じ番号を付している。

【００３９】エンジンコントロールコンピュータ６Ａ
は、基本的には第１実施形態のエンジンコントロールコ
ンピュータ６と同じ構成のもので、混合気濃度制限手段
７Ａを構成する、やり直し判定手段６２とインジェクタ
制御手段６３とを備えており、これらやり直し判定手段
６２およびインジェクタ制御手段６３はエンジンコント
ロールコンピュータ６Ａのソフトウェア上で実現され
る。

【００４０】図５により、エンジン始動時におけるエン
ジンコントロールコンピュータ６Ａにおける制御を説明
する。なお、以下の手順中、ステップＳ２０１，Ｓ２０
３以外の手順がエンジンコントロールコンピュータ６Ａ
において実行される。

【００４１】先ず、運転者がキー４１をＩＧオンまで回
動すると（ステップＳ２０１）、第１実施形態と同様に
（ステップＳ１０２）筒内噴射量および吸気管内噴射量
を演算し（ステップＳ２０２）、次いで、スタータオン
まで回動する（ステップＳ２０３）と、ステップＳ２０
４に進む。

【００４２】ステップＳ２０４，Ｓ２０５，Ｓ２１０は
やり直し判定手段６２としての作動手順で、先ず、ステ
ップＳ２０４では始動回数パラメータｉを１、インクリ
メントする。ここで、始動回数パラメータｉは後述する
ように、エンジンコントロールコンピュータ６Ａの起動
時すなわち最初の始動時には０に設定されている。続く
ステップＳ２０５では始動回数パラメータｉが１または
２以上のいずれであるかを判定する。

【００４３】始動回数パラメータｉが１であれば最初の
始動ということであり、ステップＳ２０６に進み、吸気
管インジェクタ２２により吸気通路１０１内に、上記ス
テップＳ２０２で演算された吸気管内噴射量の燃料を噴
射し、続くステップＳ２０８にて第１実施形態と同様
（ステップＳ１０６）に通常の始動制御を行う。

【００４４】ステップＳ２０９では、第１実施形態と同
様（ステップＳ１０７）にその始動が成功したか否かを
判定する。始動成功の場合はステップＳ２１０に進み、
始動回数パラメータｉを０にセットして、エンジン停止
後、再びエンジンコントロールコンピュータ６Ａが起動
する時に備える。次いで、ステップＳ２１１に進み、第
１実施形態と同様（ステップＳ１０９）に通常の制御に
移行する。

【００４５】ステップＳ２０９において始動失敗と判定
されると再び、ステップＳ２０１またはステップＳ２０
３に進み、進んだステップからの手順を運転者のキー４
１操作を待って実行する。

【００４６】その途中のステップＳ２０５では、ステッ
プＳ２０４にて始動回数パラメータｉがインクリメント
されて２以上となるので、始動のやり直しと判定し、ス
テップＳ２０５からステップＳ２０７に進む。

【００４７】ステップＳ２０７はインジェクタ制御手段
６３としての作動手順で、吸気管インジェクタ２２を作
動せしめる手順であるが、吸気管インジェクタ２２への
通電時間を最初の始動の場合（ステップＳ２０６）より
も短縮して吸気管インジェクタ２２のノズル開時間を短
縮する。しかして、吸気通路１０１内に最初の始動時よ
りも減量した噴射量にて燃料が噴射される。減量噴射量
は、ステップＳ２０２にて演算された吸気管内噴射量に
一定割合を乗じて設定する。

【００４８】図６は、やり直し始動の場合に吸気管内減
量噴射を行う構成とはなっていない従来の直噴エンジン
において、吸気管インジェクタ２２から燃料が噴射され
た時の、吸気通路１０１の最下流部（吸気バルブ１６近
傍位置）における混合気濃度の挙動を示すもので、始動
を合計３回（やり直し始動２回）行った場合の、１回目
（最初の始動）と、３回目（２回目のやり直し始動）と
を併せて示している。図からは、やり直し始動では混合
気濃度が高くなることが知られる。これは吸気通路１０
１内に噴射された燃料の一部が、吸気通路１０１壁面等
に付着した燃料ウェット等の形態で残留し、これがやり
直し始動時において気化し、吸気通路１０１内の混合気
濃度が上昇するものと認められる。

【００４９】したがって、従来の直噴エンジンではやり
直し始動時に吸気通路１０１内の混合気濃度が高くなっ
て、吸気通路１０１内の混合気が点火プラグ１５の作動
前に着火しやすくなるのに対して、本実施形態の直噴エ
ンジンでは、やり直し始動では吸気管インジェクタ２２
の燃料噴射量を減量するので吸気通路１０１内の混合気
濃度が上昇するのを抑制し、燃焼室１００における燃焼
が吸気バルブ１６が開くまで長引いても、吸気通路１０
１内から燃焼室１００に供給される混合気が点火プラグ
１５の作動前に着火するのを防止することができる。

【００５０】なお、吸気管インジェクタ２２の燃料噴射
量の減量は、適当な混合気濃度を維持するように予め実
験等で決定する。勿論、燃料噴射量を０、すなわちやり
直し始動の場合には吸気管インジェクタ２２から燃料を
噴射しないように設定してもよい。

【００５１】（第３実施形態）図７に本発明の直噴エン
ジンの第３の実施形態を示す。第１実施形態においてス
タータ３に代えて別のスタータ３Ａとし、エンジンコン
トロールコンピュータ６に代えて別のエンジンコントロ
ールコンピュータ６Ｂとしたものである。なお、図中、
実質的に第１実施形態と同じ作動をする部分には図１と
同じ番号を付している。

【００５２】スタータ３Ａは、クランキング回転数を切
り換え自在に構成してある。切り換えは、例えば、スタ
ータ３Ａのモータとその電源の間に可変抵抗器を設け
て、モータの駆動電圧を変更する構成とする。

【００５３】エンジンコントロールコンピュータ６Ｂ
は、基本的には第１実施形態のエンジンコントロールコ
ンピュータと同じ構成のもので、スタータ３Ａのクラン
キング回転数（具体的には上記可変抵抗器の抵抗値）の
切り換え制御を行うスタータ制御手段６４を備えてい
る。スタータ制御手段６４はエンジンコントロールコン
ピュータ６Ａのソフトウェア上で実現され、温度検出手
段たる冷却水温センサ５４およびスタータ３Ａとともに
タイミング調整手段７Ｂを構成する。

【００５４】図８により、エンジン始動時におけるエン
ジンコントロールコンピュータ６Ｂにおける制御を説明
する。なお、以下の手順中、ステップＳ３０１，Ｓ３０
４以外の手順がエンジンコントロールコンピュータ６Ｂ
において実行される。

【００５５】先ず、運転者がキー４１をＩＧオンまで回
動すると（ステップＳ３０１）、第１実施形態と同様に
（ステップＳ１０２）筒内噴射量および吸気管内噴射量
を演算し（ステップＳ３０２）、ステップＳ３０３に進
む。

【００５６】ステップＳ３０３はスタータ制御手段６４
としての手順で、冷却水温センサ５４の検出温度に基づ
いてクランキング回転数を演算する。クランキング回転
数の演算は冷却水温に対する単調減少型の関数に基づい
て行い、冷却水温が低いほどクランキング回転数が低い
値に設定される。演算したクランキング回転数に対応し
てスタータ３Ａの可変抵抗器を設定する。

【００５７】次いで、運転者がキー４１をスタータオン
まで回動する（ステップＳ３０４）と、第１実施形態と
同様（ステップＳ１０５，Ｓ１０６）に吸気管インジェ
クタ２２により吸気通路１０１内に燃料を噴射し（ステ
ップＳ３０５）、通常の始動制御を行う（ステップＳ３
０６）。このとき、エンジンサイクルはステップＳ３０
３にて演算されたクランキング回転数に対応した速度で
進行する。

【００５８】ステップＳ３０７では、第１実施形態と同
様（ステップＳ１０７）にその始動が成功したか否かを
判定する。始動成功の場合は第１実施形態と同様（ステ
ップＳ１０９）に通常の制御に移行する（ステップＳ３
０８）。ステップＳ３０７において始動失敗と判定され
ると再び、ステップＳ３０１またはステップＳ３０４に
進み、運転者のキー４１操作を待って始動のやり直しを
行う。

【００５９】図９は、冷却水温等を同一条件としクラン
キング回転数のみを違えて燃焼室における燃焼状態を調
査した結果を示すもので、（Ａ）が高回転数域（２６０
ｒｐｍ）、（Ｂ）が低回転数域（１８０ｒｐｍ）であ
る。なお、図中、「緩慢燃焼」は吸気バルブが開くまで
続く燃焼を示し、「正常燃焼」は吸気バルブが開く前に
は終了している燃焼を示す。また、横軸は筒内燃料噴射
量にとりリーン化傾向を示している。リーン化傾向が高
いほど点火後の燃焼時間は長引くが、図では高回転数域
では緩慢燃焼となる場合があるのに対して、低回転数域
では緩慢燃焼となる場合がない。これは、燃焼時間が同
じであっても、低回転数域では膨張行程から圧縮行程を
経て吸入行程に到るエンジンサイクルの速度が遅く吸気
バルブが開くまでの時間が長いので、燃焼終了時期に対
して吸気バルブが開く時期が遅延せしめられるためと認
められる。

【００６０】また、エンジン温度が低いとリーン化傾向
が高く、より上記緩慢燃焼となりやすくなるから、緩慢
燃焼を回避できるクランキング回転数は低くなる。

【００６１】したがって、予め上記のごとく燃焼状態を
調査しておき、上記ステップＳ３０３においてクランキ
ング回転数の演算に用いる関数として、それにより得ら
れるクランキング回転数が、緩慢燃焼を回避できる程度
に低い回転数であり、かつ、冷却水温が低いほど低い回
転数となるように求めておく。

【００６２】このように、本実施形態では、燃焼終了時
期に対して吸気バルブが開く時期が遅延し、吸気通路１
０１内から燃焼室１００に供給される混合気が点火プラ
グ１５の作動前に着火するのを防止するとともに、エン
ジン温度が低く燃焼時間が長引きやすい低温時ほどクラ
ンキング回転数を低くすることで、比較的高温側で不必
要にクランキング回転数が下がるのを回避することがで
きる。

【００６３】なお、クランキング回転数は、冷却水温に
対する関数により得るのではなく、冷却水温に対する一
次元マップを予め記憶しておき、このマップを参照して
設定するのでもよい。また、スタータはクランキング回
転数が連続可変な切り換え式ではなく、不連続な切り換
え式でもよい。この場合、スタータは、クランキング回
転数の切り換えを駆動電圧の切り換えではなく、ギア比
の切り換え等により行う構成とすることもできる。

【００６４】（第４実施形態）図１０に本発明の直噴エ
ンジンの第４の実施形態を示す。第１実施形態において
エンジンコントロールコンピュータ６に代えて別のエン
ジンコントロールコンピュータ６Ｃとしたものである。
なお、図中、実質的に第１実施形態と同じ作動をする部
分には図１と同じ番号を付している。

【００６５】エンジンコントロールコンピュータ６Ｃ
は、基本的には第１実施形態のエンジンコントロールコ
ンピュータと同じ構成のもので、タイミング調整手段で
あるインジェクタ制御手段７Ｃを備えており、これはエ
ンジンコントロールコンピュータ６Ｃのソフトウェア上
で実現される。

【００６６】図１１により、エンジン始動時におけるエ
ンジンコントロールコンピュータ６Ｃにおける制御を説
明する。なお、以下の手順中、ステップＳ４０１，Ｓ４
０４以外の手順がエンジンコントロールコンピュータ６
Ｃにおいて実行される。

【００６７】先ず、運転者がキー４１をＩＧオンまで回
動する（ステップＳ４０１）と、ステップＳ４０２に進
み、吸気管内噴射量を演算する。吸気管内噴射量は上記
各実施形態とは異なり、燃焼室１００での燃焼に供する
燃料をすべて供給可能な量に設定する。また、吸気管内
噴射量は、予め記憶した初期値に冷却水温センサ５４の
検出温度に応じた補正を行って設定され、燃料が気化し
にくい低温ほど噴射量は大きな値となる。

【００６８】続くステップＳ４０３はインジェクタ制御
手段７Ｃとしての手順で、筒内インジェクタ２１による
筒内噴射制御を禁止するように設定する。

【００６９】ステップＳ４０４で運転者がキー４１をス
タータオンまで回動すると、ステップＳ４０５にて吸気
管インジェクタ２２により吸気通路１０１内に燃料を噴
射し、続くステップＳ４０６にて始動制御を行う。すな
わち所定のタイミングで点火プラグ１５により燃焼室１
００内の混合気に点火する。この時、燃焼するのは、吸
気管インジェクタ２２から吸気通路１０１内に噴射され
た燃料だけである。

【００７０】ステップＳ４０７では、第１実施形態と同
様（ステップＳ１０７）に、その始動が成功したか否か
を判定する。始動成功の場合はステップＳ４０８に進
む。

【００７１】ステップＳ４０８では、筒内インジェクタ
２１による筒内噴射制御の禁止を解除し、第１実施形態
と同様（ステップＳ１０９）に通常の制御に移行する
（ステップＳ４０９）。

【００７２】ステップＳ４０７において始動失敗と判定
されると、再びステップＳ４０１またはステップＳ４０
４に進み、運転者のキー４１操作を待って始動のやり直
しを行う。

【００７３】本実施形態では、始動時には、筒内インジ
ェクタ２１による噴射制御が禁止されるとともに、燃焼
室１００へは吸気通路１０１内に噴射された燃料のみが
供給される。吸気通路１０１内に噴射された燃料のう
ち、燃料ウェットとなるものは殆どが吸気通路１０１内
に残存し、燃焼室１００へ供給されるのは吸気バルブ１
６が開いた後に気流に乗って燃焼室１００内に移動する
微粒化された燃料である。したがって燃焼室１００には
燃料ウェットは殆ど存在しない。したがって燃焼室１０
０における燃焼が長引くのを回避することができる。

【００７４】このように、本実施形態の直噴エンジンで
は、燃焼室１００内の燃料ウェットを低減することで緩
慢燃焼を回避して燃焼終了時期に対して吸気バルブ１６
が開く時期を相対的に遅延し、吸気通路１０１内から燃
焼室１００に供給される混合気が点火プラグ１５の作動
前に着火するのを防止することができる。

【００７５】（第５実施形態）図１２に本発明の直噴エ
ンジンの第５の実施形態を示す。第１実施形態において
エンジンコントロールコンピュータ６に代えて別のエン
ジンコントロールコンピュータ６Ｄとしたものである。
なお、図中、実質的に第１、第２実施形態と同じ作動を
する部分には図１、図４と同じ番号を付している。

【００７６】エンジンコントロールコンピュータ６Ｄ
は、基本的には第１実施形態のエンジンコントロールコ
ンピュータと同じ構成のもので、スロットルバルブ１９
とともに空気流制限手段７を構成するスロットルバルブ
制御手段６１と、混合気濃度制限手段７Ａを構成するや
り直し判定手段６２およびインジェクタ制御手段６３と
を備えており、これらはエンジンコントロールコンピュ
ータ６Ｄのソフトウェア上で実現される。

【００７７】図１３により、エンジン始動時におけるエ
ンジンコントロールコンピュータ６Ｄにおける制御を説
明する。なお、以下の手順中、ステップＳ５０１，Ｓ５
０４以外の手順がエンジンコントロールコンピュータ６
Ｄにおいて実行される。

【００７８】先ず、運転者がキー４１をＩＧオンまで回
動すると（ステップＳ５０１）、第１実施形態と同様に
（ステップＳ１０２，Ｓ１０３）筒内噴射量および吸気
管内噴射量を演算し（ステップＳ５０２）、アクセルペ
ダル４２の踏み込み量に応じたスロットルバルブの制御
を禁止するとともにスロットル開度を全閉に切り換える
（ステップＳ５０３）。ステップＳ５０３はスロットル
バルブ制御手段６１としての作動手順である。

【００７９】次いで、運転者がキー４１をスタータオン
まで回動する（ステップＳ５０４）と、ステップＳ５０
５に進む。

【００８０】ステップＳ５０５，Ｓ５０６，Ｓ５１２は
やり直し判定手段６２としての作動手順で、第２実施形
態と同様の手順（ステップＳ２０４，Ｓ２０５，Ｓ２１
０）を実行する。先ず、始動回数パラメータｉを１、イ
ンクリメントし（ステップＳ５０５）、始動回数パラメ
ータｉが１または２以上のいずれであるかを判定する
（ステップＳ５０６）。

【００８１】始動回数パラメータｉが１であれば最初の
始動ということであり、ステップＳ５０７に進み、第２
実施形態と同様（ステップＳ２０６）に吸気管インジェ
クタ２２により吸気通路１０１内に、上記ステップＳ５
０２で演算された吸気管内噴射量の燃料を噴射する。一
方、始動回数パラメータｉが２以上であればやり直し始
動ということであり、ステップＳ５０８に進み、第２実
施形態と同様（ステップＳ２０７）に吸気管インジェク
タ２２により吸気通路１０１内に、減量した噴射量にて
燃料を噴射する。

【００８２】吸気管内噴射（ステップＳ５０７またはス
テップＳ５０８）の後は、第１実施形態と同様（ステッ
プＳ１０６）に通常の始動制御を行う（ステップＳ５０
９）。

【００８３】続くステップＳ５１０では、第１実施形態
と同様（ステップＳ１０７）にその始動が成功したか否
かを判定する。始動成功の場合は第１実施形態と同様
（ステップＳ１０８）にアクセルペダル４２によるスロ
ットルバルブ１９の制御の禁止を解除し（ステップＳ５
１１）、第２実施形態と同様（ステップＳ２１０）に始
動回数パラメータｉを０にセットし（ステップＳ５１
２）て、始動後の通常の制御に移行する（ステップＳ５
１３）。

【００８４】ステップＳ５１０において始動失敗と判定
されると再び、ステップＳ５０１またはステップＳ５０
４に進み、進んだステップからの手順を運転者のキー４
１操作を待って実行する。

【００８５】本実施形態によれば、始動時には、ストッ
トルバルブ開度を全閉として吸気通路１０１内の混合気
濃度が制限され、しかも、やり直し始動の場合には、吸
気通路内噴射の噴射量が減じられるから、やり直し始動
における吸気通路１０１内の混合気濃度の上昇を回避で
きる。しかして、より吸気通路１０１内から燃焼室１０
０に供給される混合気が点火プラグ１５の作動前に着火
するのを防止することができる。

【００８６】（第６実施形態）図１４に本発明の直噴エ
ンジンの第６の実施形態を示す。第１実施形態において
スタータ３に代えて第３実施形態のスタータ３Ａとし、
エンジンコントロールコンピュータ６に代えて別のエン
ジンコントロールコンピュータ６Ｅとしたものである。
なお、図中、実質的に第１、第２、第３実施形態と同じ
作動をする部分には図１、図４、図７と同じ番号を付し
ている。

【００８７】エンジンコントロールコンピュータ６Ｅ
は、基本的には第１実施形態のエンジンコントロールコ
ンピュータと同じ構成のもので、スロットルバルブ１９
とともに空気流制限手段７を構成するスロットルバルブ
制御手段６１と、混合気濃度制限手段７Ａを構成するや
り直し判定手段６２およびインジェクタ制御手段６３
と、さらにスタータ３Ａおよび冷却水温センサ５４とと
もにタイミング調整手段７Ｂを構成するスタータ制御手
段７Ｂを備えており、これらはエンジンコントロールコ
ンピュータ６Ｅのソフトウェア上で実現される。

【００８８】図１５により、エンジン始動時におけるエ
ンジンコントロールコンピュータ６Ｅにおける制御を説
明する。なお、以下の手順中、ステップＳ６０１，Ｓ６
０５以外の手順がエンジンコントロールコンピュータ６
Ｅにおいて実行される。

【００８９】先ず、運転者がキー４１をＩＧオンまで回
動すると（ステップＳ６０１）、第１実施形態と同様に
（ステップＳ１０２，Ｓ１０３）、筒内噴射量および吸
気管内噴射量を演算し（ステップＳ５０２）、アクセル
ペダル４２の踏み込み量に応じたスロットルバルブの制
御を禁止するとともにスロットルバルブ開度を全閉に切
り換える（ステップＳ６０３）。ステップＳ６０３はス
ロットルバルブ制御手段６１としての作動手順である。

【００９０】次いで、第３実施形態と同様（ステップＳ
３０３）にクランキング回転数を演算する（ステップＳ
６０４）。ステップＳ６０４はスタータ制御手段６４と
しての作動手順である。

【００９１】その後、運転者がキー４１をスタータオン
まで回動する（ステップＳ６０５）と、ステップＳ６０
６に進む。

【００９２】ステップＳ６０６，Ｓ６０７，Ｓ６１３は
やり直し判定手段６２としての作動手順で、第２実施形
態と同様の手順（ステップＳ２０４，Ｓ２０５，Ｓ２１
０）を実行する。先ず、始動回数パラメータｉを１、イ
ンクリメントし（ステップＳ６０６）、始動回数パラメ
ータｉが１または２以上のいずれであるかを判定する
（ステップＳ６０７）。

【００９３】始動回数パラメータｉが１であれば最初の
始動ということであり、ステップＳ６０８に進み、第２
実施形態と同様（ステップＳ２０６）に吸気管インジェ
クタ２２により吸気通路１０１内に、上記ステップＳ６
０２で演算された吸気管内噴射量の燃料を噴射する。一
方、始動回数パラメータｉが２以上であればやり直し始
動ということであり、ステップＳ６０９に進み、第２実
施形態と同様（ステップＳ２０７）に吸気管インジェク
タ２２により吸気通路１０１内に、減量した噴射量にて
燃料を噴射する。

【００９４】吸気管内噴射（ステップＳ６０８またはス
テップＳ６０９）の後は、第１実施形態と同様（ステッ
プＳ１０６）に通常の始動制御を行う（ステップＳ６１
０）。このときエンジンサイクルの速度はステップＳ６
０４で設定されたクランキング回転数に応じた速度とな
る。

【００９５】続くステップＳ６１１では、第１実施形態
と同様（ステップＳ１０７）にその始動が成功したか否
かを判定する。始動成功の場合は第１実施形態と同様
（ステップＳ１０８）にアクセルペダル４２によるスロ
ットルバルブ１９の制御の禁止を解除し（ステップＳ６
１２）、第２実施形態と同様（ステップＳ２１０）に始
動回数パラメータｉを０にセットし（ステップＳ６１
３）て、始動後の通常の制御に移行する（ステップＳ６
１４）。

【００９６】ステップＳ６１１において始動失敗と判定
されると再び、ステップＳ６０１またはステップＳ６０
５に進み、進んだステップからの手順を運転者のキー４
１操作を待って実行する。

【００９７】本実施形態によれば、始動時には、スロッ
トル開度を全閉として吸気通路１０１内の混合気濃度が
制限され、しかも、やり直し始動の場合には、吸気管内
噴射の噴射量が減じられるから、やり直し始動時におけ
る吸気通路１０１内の混合気濃度の上昇を回避できる。
さらに、クランキング回転数が冷却水温が低くなるに応
じて小さくなり、燃焼終了時期に対して吸気バルブ１６
が開く時期が相対的に遅延し、吸気バルブ１６が開くま
で続く緩慢燃焼を防止しつつ比較的高温側で不必要にク
ランキング回転数が下がるのを回避することができる。
しかして、より、吸気通路１０１内から燃焼室１００に
供給される混合気が点火プラグ１５の作動前に着火する
のを防止することができる。

【００９８】なお、上記各実施形態は車両の動力用のガ
ソリン直噴エンジンに適用したものを示したが、必ずし
もこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨に反し
ない限り任意である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の直噴エンジンの構成を示す図で
ある。

【図２】本発明の第１の直噴エンジンの作動を示すフロ
ーチャートである。

【図３】本発明の第１の直噴エンジンの作動を示すタイ
ムチャートである。

【図４】本発明の第２の直噴エンジンの構成を示す図で
ある。

【図５】本発明の第２の直噴エンジンの作動を示すフロ
ーチャートである。

【図６】本発明の第２の直噴エンジンの作動を示すタイ
ムチャートである。

【図７】本発明の第３の直噴エンジンの構成を示す図で
ある。

【図８】本発明の第３の直噴エンジンの作動を示すフロ
ーチャートである。

【図９】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ本発明の第３の直噴
エンジンの作動を説明するグラフである。

【図１０】本発明の第４の直噴エンジンの構成を示す図
である。

【図１１】本発明の第４の直噴エンジンの作動を示すフ
ローチャートである。

【図１２】本発明の第５の直噴エンジンの構成を示す図
である。

【図１３】本発明の第５の直噴エンジンの作動を示すフ
ローチャートである。

【図１４】本発明の第６の直噴エンジンの構成を示す図
である。

【図１５】本発明の第６の直噴エンジンの作動を示すフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１エンジン本体１５点火プラグ１６吸気バルブ１７排気バルブ１９スロットルバルブ１００燃焼室１０１吸気通路１０２排気通路２１，２２インジェクタ３，３Ａスタータ５４冷却水温センサ（温度検出手段）６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅエンジンコントロ
ールコンピュータ６１スロットルバルブ制御手段６２やり直し判定手段６３インジェクタ制御手段６４スタータ制御手段７空気流制限手段（混合気濃度制限手段）７Ａ混合気濃度制限手段７Ｂタイミング調整手段７Ｃ噴射禁止手段（タイミング調整手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｈ３Ｇ３０１Ｊ 41/02 ３０１ 41/02 ３０１Ａ３１０３１０Ａ３２０３２０ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ３０１Ｚ３０１Ｕ３０１Ｋ 45/00 ３１０ 45/00 ３１０ＢＦ０２Ｍ 63/00 Ｆ０２Ｍ 63/00 ＰＦ０２Ｎ 17/08 Ｆ０２Ｎ 17/08 Ｚ (72)発明者斎藤公孝愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者中島樹志愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者岸宏尚愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者久保末広愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者吉岡幸生愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G023 AA08 AA17 AB03 AC02 AC05 AD03 AD09 3G065 CA00 DA04 EA01 GA07 GA10 KA02 3G066 AA01 AA02 AB02 AD10 AD12 BA14 CC01 CD26 DB01 DC04 DC05 DC09 DC14 DC24 3G084 BA05 BA13 BA23 BA28 CA01 DA09 FA20 FA33 FA36 3G092 AA01 AA05 AA06 AA11 BA01 BA04 BB01 BB06 DA01 DA08 DC03 DE02S DE03S EA02 EA04 EA09 EA14 EA15 EB04 FA16 FA31 GA01 HA01Z HA09X HB01X HD05Z HE03Z HE08Z HF05X HF08Z HF19Z 3G301 HA01 HA04 JA03 KA01 LA01 LA07 LB04 LB05 LC01 MA11 MA23 PE01Z PE08Z PF16Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内に燃料を直接噴射する第１のイ
ンジェクタと、燃焼室に空気を供給する吸気通路内に燃
料を噴射する第２のインジェクタとを備えた直噴エンジ
ンであって、第２のインジェクタから吸気通路内に噴射
された燃料と空気とを始動時に燃焼室内に供給するよう
になした直噴エンジンにおいて、第２のインジェクタか
ら吸気通路内に噴射された燃料により生成された混合気
中の燃料の濃度を制限する混合気濃度制限手段を具備せ
しめたことを特徴とする直噴エンジン。
【請求項２】請求項１記載の直噴エンジンにおいて、
上記混合気濃度制限手段を、上記吸気通路内における空
気流を制限する空気流制限手段により構成した直噴エン
ジン。
【請求項３】請求項２記載の直噴エンジンにおいて、
上記空気流制限手段を、上記吸気通路の上記第２のイン
ジェクタよりも上流位置に設けたスロットルバルブと、
該スロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御手
段とで構成し、該スロットルバルブ制御手段を、スロッ
トルバルブを始動時に全閉に切り換えるように設定した
直噴エンジン。
【請求項４】請求項１記載の直噴エンジンにおいて、
上記混合気濃度制限手段は、始動がやり直しの始動であ
るか否かを判定するやり直し判定手段と、上記第２のイ
ンジェクタを制御するインジェクタ制御手段とで構成
し、該インジェクタ制御手段を、やり直しの始動の場合
に第２のインジェクタの燃料噴射量を減じるように設定
した直噴エンジン。
【請求項５】燃焼室内に燃料を直接噴射する第１のイ
ンジェクタと、燃焼室に空気を供給する吸気通路内に燃
料を噴射する第２のインジェクタとを備えた直噴エンジ
ンであって、第２のインジェクタから吸気通路内に噴射
された燃料と空気とを始動時に燃焼室内に供給するよう
になした直噴エンジンにおいて、始動時に、上記燃焼室
における燃焼終了時期に対して吸気バルブの開弁時期を
相対的に遅延せしめるタイミング調整手段を具備せしめ
たことを特徴とする直噴エンジン。
【請求項６】請求項５記載の直噴エンジンにおいて、
上記タイミング調整手段を、クランキング回転数を切り
換え自在に構成したスタータと、エンジン温度を検出す
る温度検出手段と、スタータを制御するスタータ制御手
段とで構成し、該スタータ制御手段を、エンジン温度が
低いほどクランキング回転数を下げるように設定した直
噴エンジン。
【請求項７】請求項５記載の直噴エンジンにおいて、
上記タイミング調整手段を、上記第１のインジェクタの
噴射を始動時に禁止する噴射禁止手段により構成した直
噴エンジン。