JP2001303987A

JP2001303987A - 筒内噴射式内燃機関のスロットル制御装置

Info

Publication number: JP2001303987A
Application number: JP2000120698A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Takahashi; 淳高橋; Senji Katou; 千詞加藤; Hironao Kishi; 宏尚岸; Noboru Takagi; 登高木; Koichi Yonezawa; 幸一米澤; Osamu Hosokawa; 修細川; Takayuki Demura; 隆行出村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2001-10-31
Also published as: US6520148B2; EP1148224B1; DE60107138T2; EP1148224A3; DE60107138D1; EP1148224A2; US20010032615A1

Abstract

(57)【要約】【課題】機関始動にあたって、内燃機関を安定して動作
させることのできる筒内噴射式内燃機関のスロットル制
御装置を提供する。【解決手段】内燃機関１０は、気筒内の燃焼室１１に燃
料を直接噴射するインジェクタ１４を備える筒内噴射式
内燃機関として構成されている。燃焼室１１に吸入され
る吸入空気量を調整するスロットルバルブ１６の開度制
御を司る電子制御装置３０は、機関始動時には、スロッ
トルバルブ１６の開度を機関始動後の目標開度よりも閉
弁側に設定して同スロットルバルブ１６を閉弁状態とし
ている。そして、機関始動がなされたと判定されたとき
には、スロットルバルブ１６の開度を閉弁状態での開度
から前記機関始動後の目標開度へと徐々に増大させるよ
うにして、同スロットルバルブ１６を開弁させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気筒内に燃料を直
接噴射する筒内噴射式内燃機関に適用されて、気筒内に
吸入される吸入空気量を調整するスロットルバルブの開
度を制御する筒内噴射式内燃機関のスロットル制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、気筒内に燃料を直接噴射する
筒内噴射式内燃機関が知られている。この種の内燃機関
では、気筒内が高圧となった圧縮行程中に燃料を噴射可
能なように、燃料の圧力（燃圧）を十分に高める必要が
ある。そこで、こうした筒内噴射式内燃機関では、例え
ば特開平８−３１２４０１号公報にみられるように、内
燃機関により駆動される機械式の高圧燃料ポンプによっ
て、噴射に必要な燃圧を確保するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、こうした筒
内噴射式内燃機関では、機関始動時に燃焼室内が低温状
態にあることで、噴射された燃料が燃焼室内に付着し、
実際に燃焼に寄与する燃料の量が不足して、燃焼状態が
悪化することがある。そこで、そうした不足分を補うべ
く燃料噴射量を増量するようにしているが、機関始動時
には、上記文献にも記載されているように、高圧燃料ポ
ンプの発生する燃圧が低く、それによって噴射可能な燃
料量も自ずと制限されてしまう。このため、機関始動時
には、点火プラグ周囲の空燃比がリーンとなって失火が
発生し、回転変動を招くなど内燃機関の安定した動作が
妨げられるようになる。

【０００４】本発明は、こうした実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、機関始動にあたって、内燃
機関を安定して動作させることのできる筒内噴射式内燃
機関のスロットル制御装置を提供することにある。

【０００５】

【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、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴
射式内燃機関に適用されて、筒内に吸入される吸入空気
量を調整するスロットルバルブの開度を制御する筒内噴
射式内燃機関のスロットル制御装置において、機関始動
時には、前記スロットルバルブの開度を機関始動後の目
標開度よりも閉弁側に設定して同スロットルバルブを閉
弁状態とする閉弁手段と、機関始動がなされたと判定さ
れたときには、前記スロットルバルブの開度を前記閉弁
状態での開度から前記機関始動後の目標開度へと徐々に
増大させて同スロットルバルブを開弁させる開弁手段
と、を備えるようにしたものである。

【０００６】この構成では、筒内（シリンダ内）が低温
状態となっている機関始動時には、スロットルバルブの
開度が機関始動後の目標開度よりも閉弁側に設定され、
同スロットルバルブが閉弁状態となって、シリンダ内が
低圧に保持される。これにより、燃料の噴射圧とシリン
ダ内の圧力との差圧が大となって、噴射燃料が微粒化さ
れ、燃料の霧化が促進されるようになる。このため、霧
化されずに燃焼室内に付着する燃料の量が低減されるよ
うになり、実際に燃焼に寄与する燃料量が増やされるよ
うになる。したがって、たとえ燃料噴射量を十分に多く
することができない状態にあっても、点火プラグの周囲
がリーンとなって失火が発生することが好適に回避され
るようになる。

【０００７】ただし、機関始動時にスロットルバルブを
閉弁状態とすれば、機関始動がなされたときには、スロ
ットルバルブの開度は、その閉弁状態での開度から機関
始動後の目標開度へと切り替わるようになる。そしてこ
のときのスロットルバルブを上記目標開度の変化に併せ
て成り行きで開度制御すれば、吸入空気量が一時に増大
して噴射燃料の霧化が悪化するようになり、そしてこれ
に起因して燃焼状態が悪化して機関回転の変動を招くお
それがある。その点、上記構成では、機関始動がなされ
たと判定されると、閉弁状態から機関始動後の目標開度
へと徐々に増大させるようにスロットルバルブが開弁さ
れるようになる。これにより、吸入空気量の急変が抑え
られて、内燃機関の回転変動が抑制されるようになる。
したがって、この構成によれば、機関始動にあたって、
筒内噴射式内燃機関を安定して動作させることができる
ようになる。

【０００８】また請求項２記載の発明では、請求項１記
載の筒内噴射式内燃機関のスロットル制御装置におい
て、前記開弁手段を、機関回転数が所定回転数を超えた
か否かを条件に機関始動がなされたものと判定するもの
としたものである。

【０００９】この構成では、機関回転数を判定に用いる
ことで、機関始動がなされたことを適切に判定すること
ができるようになる。そしてこれにより、スロットルバ
ルブが必要以上に閉弁状態に保持されることを防止し、
機関回転数を適切に上昇させることができるようにな
る。

【００１０】また請求項３記載の発明は、請求項２記載
の筒内噴射式内燃機関のスロットル制御装置において、
前記所定回転数を、前記内燃機関の機関温度に応じて可
変設定するようにしたものである。

【００１１】噴射燃料の霧化は、機関温度に応じてその
され易さが変化し、例えば機関温度が低くて、燃料が吹
き付けられるシリンダ周壁やピストン頂面の温度が低温
なほど悪化する。そのため、上記所定回転数を低めに設
定すれば、機関が極低温にあるときなどには、機関始動
が適切になされていないにも拘わらず機関始動がなされ
たと判定され、吸入空気量の増大によって噴射燃料の霧
化が悪化し、失火を招くこととなる。その点、上記構成
によれば、機関始動がなされたとの判定に用いる機関回
転数の判定値（所定回転数）を機関温度に応じて可変設
定しているため、機関温度の高低に拘わらず機関始動が
なされたことを適切に判定して、機関回転数を適切に上
昇させることができるようになる。

【００１２】また請求項４記載の発明では、請求項２ま
たは３記載の筒内噴射式内燃機関のスロットル制御装置
において、前記開弁手段を、機関始動がなされたものと
判定した後、所定期間遅延した後、前記スロットルバル
ブを前記閉弁状態から前記機関始動後の目標開度へと徐
々に増大させるものとしている。

【００１３】多気筒内燃機関では、各気筒が間隔をおい
て順次に爆発行程を迎えるため、機関始動がなされたと
判定された直後には、一部の気筒では未だ燃焼による燃
焼室内の昇温が十分に図られていないことがある。この
ため、機関始動がなされたと判定されたときに直ちにス
ロットルバルブを機関始動後の目標開度に増大させる
と、一部の気筒では燃焼室内が十分に昇温されていない
にも拘わらず、吸入空気量が増大されるようになって、
霧化が悪化して燃焼状態が悪化するという事態を招くお
それがある。

【００１４】その点、上記構成では、機関始動がなされ
たとの判定がなされてから所定期間遅延された後にスロ
ットルバルブを開弁させているため、各気筒の燃焼室内
が確実に昇温された状態で吸入空気量を増大させるよう
にすることができる。したがって、上記のような燃焼状
態の悪化を抑制することができるようになる。

【００１５】また請求項５記載の発明では、請求項１〜
４のいずれか記載の筒内噴射式内燃機関のスロットル制
御装置において、前記開弁手段を、吸気管負圧、吸入空
気量、機関回転数のうちの少なくとも１つの推移に応じ
て、機関始動がなされたときにおける前記スロットルバ
ルブの目標開度を徐々に増大させて同スロットルバルブ
を開弁させるものとしている。

【００１６】この構成によれば、機関始動がなされたと
きに、より機関運転状態に即した態様でスロットルバル
ブを機関始動後の目標開度へと開弁させられるようにな
り、機関始動にあたっての筒内噴射式内燃機関の動作の
更なる安定化を図ることができるようになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明に
かかる筒内噴射式内燃機関のスロットル制御装置を具体
化した第１実施形態について、図１〜図３を参照して詳
細に説明する。

【００１８】図１に示すように、筒内噴射式内燃機関１
０は大きくは、気筒内に設けられた燃焼室１１、その燃
焼室１１へと吸入空気を送るための吸気通路１２及び燃
焼室１１から排気を排出するための排気通路１３を備え
て構成されている。燃焼室１１には、気筒内に燃料を直
接噴射するインジェクタ１４と、これにより噴射された
燃料と気筒内に吸入された空気との混合気を点火する点
火プラグ１５とが設けられている。

【００１９】吸気通路１２には、同通路１２を通じて気
筒内に吸入される吸入空気量を調整するスロットルバル
ブ１６が設けられている。スロットルバルブ１６は、内
燃機関１０の各種制御を司る電子制御装置（ＥＣＵ）３
０によって制御された電動モータ１７によって開閉駆動
されており、アクセルペダルの開度に拘わらず、任意の
開度に制御可能に構成されている。

【００２０】また、この内燃機関１０において、インジ
ェクタ１４へと高圧の燃料を供給する燃料供給系には、
低圧燃料ポンプ２０及び高圧燃料ポンプ２１の２つの燃
料ポンプが設けられている。低圧燃料ポンプ２０は、電
動式のフィードポンプであり、燃料タンク２２の燃料を
吸引し、高圧燃料ポンプ２１へと送り出している。

【００２１】高圧燃料ポンプ２１は、シリンダ２４と、
そのシリンダ２４内を往復動するプランジャ２５と、シ
リンダ２４の内周壁及びプランジャ２５の先端面により
区画形成された加圧室２６とを備えている。また高圧燃
料ポンプ２１は、内燃機関１０のクランクシャフト１８
に駆動連結されたカムシャフト１９の上方に設けられて
おり、プランジャ２５は、カムシャフト１９に設けられ
たカム１９ａの押圧を受けて往復動されるように構成さ
れている。この高圧燃料ポンプ２１では、低圧燃料ポン
プ２０から加圧室２６内に送られた燃料を、そうしたプ
ランジャ２５の往復動に応じて、高圧に加圧し、蓄圧配
管（デリバリパイプ）２３へと圧送している。そして、
デリバリパイプ２３に接続されたインジェクタ１４は、
ＥＣＵ３０の指令信号に基づき、同デリバリパイプ２３
に蓄圧された燃料を燃焼室１１内に噴射する。

【００２２】なお、ＥＣＵ３０には、機関回転数ＮＥを
検出するＮＥセンサ３１や冷却水温ｔｈｗを検出する水
温センサ３２をはじめとする各種センサ類からの出力信
号が入力されるようになっている。そしてそれらの出力
信号に基づき把握される内燃機関１０の運転状態に応じ
て、上記スロットルバルブ１６の開度制御やインジェク
タ１４の噴射時期制御などの各種制御を実施している。

【００２３】さて、以上のように構成された内燃機関１
０では、図示しないイグニッションスイッチがオンとさ
れて機関始動が開始されると、図示しないスタータモー
タがクランクシャフト１８にクランキングされて、同ス
タータモータによって内燃機関１０が回転されるように
なる。そして、初爆が完了することで機関始動がなさ
れ、さらに内燃機関１０が自立して安定して回転する完
爆状態となった時点で通常運転に移行する。

【００２４】図２は、こうした機関始動の開始から通常
運転に移行する迄の期間におけるＩＳＣ総補正量ｇｔｏ
ｔａｌの算出にかかるＥＣＵ３０の処理手順を示してい
る。ＩＳＣ総補正量ｇｔｏｔａｌは、スロットルバルブ
１６の目標開度の算出に用いられるパラメータの一つで
あり、機関始動の開始から通常運転に移行するまでの期
間では、その値がそのままスロットルバルブ１６の目標
開度に直接的に対応付けられている。すなわち、上記期
間では、ＩＳＣ総補正量ｇｔｏｔａｌの値が、スロット
ルバルブ１６の目標開度に相当する値となっている。ま
た、このフローチャートに示される一連の処理（ルーチ
ン）は、上記期間中にＥＣＵ３０によって周期的に実行
される。

【００２５】さて、処理が本ルーチンに移行すると、Ｅ
ＣＵ３０はまずステップ１００において、上記スタータ
モータがオンとされているか否かを判定する。ここで否
定判定がなされれば（ステップ１００：Ｎ）、処理をそ
のままステップ１２０に移行する。

【００２６】一方、ここで肯定判定がなされれば（ステ
ップ１００：Ｙ）、ＥＣＵ３０はステップ１１０におい
て、次式（ａ）に基づき上記ＩＳＣ総補正量ｇｔｏｔａ
ｌを算出する。

【００２７】ｇｔｏｔａｌ←ｇｃｎｋＡ＋ｑｇ … 式（ａ）ここで、ｇｃｎｋＡはクランキング中のＩＳＣ補正量
を、ｑｇはＩＳＣ学習値をそれぞれ示している。

【００２８】クランキング中のＩＳＣ補正量ｇｃｎｋＡ
は、例えば同図２に併せ示される冷却水温ｔｈｗに応じ
た算出マップに基づいてその値が算出されるようになっ
ている。

【００２９】またＩＳＣ学習値ｑｇは、機関回転数が所
定のアイドル回転数に維持すべく行われるアイドル回転
数制御（ＩＳＣ制御）の実施中に、スロットルバルブ１
６の開度を調整するため用いられる補正値であり、機関
温間運転時の上記ＩＳＣ制御実施中に記憶更新される学
習値となっている。

【００３０】この式（ａ）によって算出されるＩＳＣ総
補正量ｇｔｏｔａｌは、後述する機関始動後のＩＳＣ総
補正量の目標値ｇｔｒｇｔよりも閉弁側の値となってい
る。すなわち、この式（ａ）の算出結果に基づくスロッ
トルバルブ１６の目標開度は、初爆が完了して機関始動
がなされた後の目標開度よりも閉弁側の開度となってい
る。

【００３１】さて続くステップ１２０では、初爆が完了
して機関始動がなされているか否かの判定を行ってい
る。ここでは、機関回転数ＮＥが所定回転数αを超えた
ことを条件に、上記機関始動がなされたものと判定する
ようにしている。ここで、否定判定（Ｎ）がなされる
と、ＥＣＵ３０はここで処理を一旦終了する。

【００３２】一方、このステップ１２０において肯定判
定（Ｙ）がなされたとき、すなわち機関始動がなされた
ものと判定されたときには、ＥＣＵ３０は続くステップ
１３０において、次式（ｂ）に基づき上記ＩＳＣ総補正
量ｇｔｏｔａｌを求めている。

【００３３】ｇｔｏｔａｌ←ｇｃｎｋＡ＋ｇｃｎｋＢ＋ｑｇ … 式（ｂ）ここで、ｇｃｎｋＢは、始動判定後のＩＳＣ補正量を示
している。始動判定後のＩＳＣ補正量は、例えば同図２
に併せ示される機関回転数ＮＥに応じた算出マップに基
づいてその値が算出されるようになっており、機関回転
数の増大に伴ってその値が大きくなるように設定され
る。これにより、この式（ｂ）の算出結果は、機関回転
数ＮＥが増大するほど、その値が開弁側に設定されるよ
うになる。

【００３４】続くステップ１４０では、上式（ｂ）から
求められたＩＳＣ総補正量ｇｔｏｔａｌが機関始動後の
ＩＳＣ総補正量の目標値ｇｔｒｇｔを上回っているか否
かが判定される。この機関始動後のＩＳＣ総補正量の目
標値ｇｔｒｇｔは、例えば次式（ｃ）によって求められ
る。

【００３５】ｇｔｒｇｔ←ｑｇ＋ｇｔｈｗ＋ｇｓｔ … 式（ｃ）ここで、ｇｔｈｗはＩＳＣ総補正量ｇｔｏｔａｌの水温
補正値を、ｇｓｔは同じく始動補正値をそれぞれ示して
いる。

【００３６】暖機完了前の機関冷間運転中には、機関回
転数を高めて昇温を促進するようにスロットルバルブ１
６の目標開度を開弁側に補正し、吸入空気量を増大させ
るようにしている。上記水温補正値ｇｔｈｗは、こうし
た補正に用いられる補正値であり、冷却水温ｔｈｗが低
温なほど、その値が開弁側に設定される。

【００３７】また機関始動がなされた直後には、機関回
転の安定化のため、スロットルバルブ１６の目標開度を
開弁側に補正して、吸入空気量を増大させるようにして
いる。上記始動補正値ｇｓｔは、こうした補正に用いら
れる補正値であり、機関回転数ＮＥが低速なほど、その
値が開弁側に設定され、且つ機関始動がなされてからの
時間の経過に応じてその値がゼロに収束されるように設
定される。

【００３８】ここで、上式（ｂ）の算出結果がこの機関
始動後の目標値ｇｔｒｇｔ以下であって、上記ステップ
１４０において否定判定がなされれば、上式（ｂ）の算
出結果をそのままＩＳＣ総補正量ｇｔｏｔａｌに設定
し、処理を一旦終了する。また上式（ｂ）の算出結果が
上記目標値ｇｔｒｇｔを上回っていれば（ステップ１４
０：Ｙ）、同目標値ｇｔｒｇｔをＩＳＣ総補正量ｇｔｏ
ｔａｌに設定して、処理を一旦終了する。

【００３９】図３は、こうした本実施形態の制御態様の
一例を示している。この図３に示される例では、時刻ｔ
１においてクランキングがなされて機関始動が開始され
ている。この時刻ｔ１においては、上記スタータモータ
がオンとされ（図２のステップ１００：Ｙ）、また同図
３（ａ）に示されるように機関回転数ＮＥが所定回転数
αに達しておらず、未だ機関始動がなされていない状態
にある（図２のステップ１２０：Ｎ）。これにより、同
図３（ｂ）に示されるように、上式（ａ）の算出結果、
すなわちクランキング中のＩＳＣ補正量ｇｃｎｋＡとＩ
ＳＣ学習値ｑｇとの和がＩＳＣ総補正量ｇｔｏｔａｌの
値として設定される。上述したように、この式（ａ）の
算出結果は、上記機関始動後のＩＳＣ総補正量の目標値
ｇｔｒｇｔよりも閉弁側の値となっている。したがっ
て、時刻ｔ１におけるスロットルバルブ１６の目標開度
は、機関始動後の目標開度よりも閉弁側に設定されて閉
弁状態となっている。

【００４０】その後しばらくの間、機関回転数ＮＥが上
記所定回転数αに達する迄は、上記スタータモータのオ
ン／オフに拘わらず、上式（ａ）の算出結果（ｇｃｎｋ
Ａ＋ｑｇ）がＩＳＣ総補正量ｇｔｏｔａｌの値となって
おり、スロットルバルブ１６は上記閉弁状態に保持され
ている。

【００４１】このときの燃焼室１１内は低温となってお
り、インジェクタ１４から噴射された燃料は霧化され難
い状態となっている。また、上記のような機械式の高圧
燃料ポンプ２１を採用する本実施形態の内燃機関１０で
は、機関始動の開始直後には、十分な噴射圧を確保する
ことが困難となっている。

【００４２】こうした状態で、スロットルバルブ１６を
閉弁状態として燃焼室１１内を低圧とすれば、燃料の噴
射圧と燃焼室１１内の圧力との差圧が大となって、噴射
燃料の微粒化が促され、燃料の霧化が促進されるように
なる。これにより、霧化されずに燃焼室１１内に付着す
る燃料の量が低減され、実際に燃焼に寄与する燃料量が
増やされるようになる。このため、上記の如く噴射圧を
十分に高くすることができずに、燃料噴射量を十分に多
くすることができない状態であれ、点火プラグ１５の周
囲がリーンとなって失火が発生することを好適に回避す
ることができるようになる。

【００４３】その後、時刻ｔ２において、機関回転数Ｎ
Ｅが上記所定回転数αを超え、機関始動がなされたと判
定されると（図２のステップ１２０：Ｙ）、上式（ｂ）
の算出結果（ｇｃｎｋＡ＋ｇｃｎｋＢ＋ｑｇ）がＩＳＣ
総補正量ｇｔｏｔａｌの値として設定されるようにな
る。このとき、上式（ｂ）の算出結果に基づくＩＳＣ総
補正量ｇｔｏｔａｌの値は、機関回転数ＮＥの増大に応
じて開弁側へと徐々に移行し、スロットルバルブ１６の
目標開度も同様に、機関回転数ＮＥの増大に応じて上記
閉弁状態での開度から増大されるようになる。

【００４４】そして同図３（ａ）に示されるように、ス
ロットルバルブ１６の開度が増大して吸入空気量が増加
することで機関回転数ＮＥが高まるようになり、またそ
れに応じてスロットルバルブ１６の開度が更に増大され
るようになる。こうして、機関始動がなされた時刻ｔ２
以降、スロットルバルブ１６の開度が上記閉弁状態での
開度から徐々に増大され、同スロットルバルブ１６が徐
々に開弁されるようになる。

【００４５】その後、時刻ｔ３において、上式（ｂ）の
算出結果が機関始動後のＩＳＣ総補正量の目標値ｇｔｒ
ｇｔを超えると（ステップ１４０：Ｙ）、以降その目標
値ｇｔｒｇｔの値がＩＳＣ総補正量ｇｔｏｔａｌとして
設定されるようになる。これにより、スロットルバルブ
１６の開度は、機関始動後の目標開度に設定されるよう
になる。

【００４６】以上のように本実施形態では、機関始動が
なされると、スロットルバルブ１６の開度を、閉弁状態
での開度から機関始動後の目標開度へと徐々に増加し
て、同スロットルバルブ１６を開弁させるようにしてい
る。これにより、吸入空気量の急変が抑えられて、内燃
機関１０の回転変動が抑制されるようになる。

【００４７】以上説明した本実施形態の筒内噴射式内燃
機関のスロットル制御装置によれば、以下の効果を得ら
れるようになる。（１）本実施形態では、燃焼室１１内が低温状態となっ
ている機関始動時には、スロットルバルブ１６の開度を
機関始動後の目標開度よりも閉弁側に設定して、同スロ
ットルバルブ１６を閉弁状態としている。これにより、
燃焼室１１内が低圧に保持されるようになり、インジェ
クタ１４からの燃料の噴射圧と燃焼室１１内の圧力との
差圧が大となって、噴射燃料の微粒化が促され、燃料の
霧化が促進されるようになる。このため、霧化されずに
燃焼室１１内に付着する燃料の量が低減され、実際に燃
焼に寄与する燃料量が増やされるようになる。したがっ
て、点火プラグ１５の周囲がリーンとなって失火が発生
することを好適に回避することができるようになる。

【００４８】（２）本実施形態では、機関始動がなされ
たと判定されると、スロットルバルブ１６の開度を上記
閉弁状態での開度から機関始動後の目標開度へと徐々に
増加して、同スロットルバルブ１６を開弁させるように
している。これにより、上記閉弁状態での開度から機関
始動後の目標開度へのスロットルバルブ１６の開度変更
にあたって、吸入空気量の急変を抑えて、内燃機関１０
の回転変動を抑制することができるようになる。

【００４９】（３）本実施形態では、機関回転数ＮＥが
所定回転数αを超えることを条件として、上記機関始動
がなされたとの判定を行うようにしている。こうして機
関回転数ＮＥを判定に用いることで、機関始動がなされ
たことの判定を適切に行うことができるようになる。そ
してこれにより、スロットルバルブ１６が必要以上に閉
弁状態に保持されることを防止し、機関回転数ＮＥを適
切に上昇させることができるようになる。

【００５０】（４）本実施形態では、機関始動がなされ
たと判定されてからのスロットルバルブ１６の目標開度
を、機関回転数ＮＥの推移に応じて徐々に増大させるよ
うにしている。このため、より機関運転状態に即した態
様でスロットルバルブ１６を機関始動後の目標開度へと
開弁させられるようになり、機関回転の更なる安定化を
図ることができるようになる。

【００５１】（５）本実施形態では、クランクシャフト
１８の回転に応じて駆動されることで噴射燃料を加圧す
る機械式の高圧燃料ポンプ２１が採用された内燃機関１
０に対して、上記機関始動にあたってのスロットルバル
ブ１６の開度制御を適用している。こうした機械式の高
圧燃料ポンプ２１を備える内燃機関１０では、機関始動
時に燃料噴射圧を十分に確保することが困難となり、そ
れに応じて機関始動時に噴射可能な燃料の量も自ずと制
限されてしまう。このため、噴射燃料の霧化の悪化によ
って実際の燃焼に寄与する燃料の量の低減分を、燃料噴
射量の増量によって補うことが困難なことがある。その
点、本実施形態では、スロットルバルブ１６の開度制御
によって霧化の悪化を抑えており、機関始動時に燃料噴
射量を十分に増量できない機械式の燃料ポンプ２１を備
える内燃機関１０にあっても、燃焼の悪化を適切に抑制
することができるようになる。

【００５２】（第２実施形態）続いて、本発明を具体化
した第２実施形態について、上記第１実施形態と異なる
点を中心に説明する。

【００５３】上述したように、先の第１実施形態では、
機関始動時にスロットルバルブ１６の開度を機関始動後
の目標開度よりも閉弁側に設定して同スロットルバルブ
１６を閉弁状態とするようにしている。そして、機関始
動がなされた判定されたと判定されたときには、スロッ
トルバルブ１６の開度を上記閉弁状態での開度から機関
始動後の目標開度へと徐々に増加させて、同スロットル
バルブ１６を開弁させるようにしている。

【００５４】ところで、多気筒内燃機関では、各気筒が
間隔をおいて順次に爆発行程を迎えるため、初爆が完了
して機関始動がなされたと判定された直後には、一部の
気筒では未だ爆発が行われておらず、燃焼による燃焼室
内の昇温が十分に図られていないことがある。このた
め、機関始動がなされたと判定されたときに直ちにスロ
ットルバルブ１６を上記機関始動後の目標開度に増大さ
せると、そうした一部の気筒では燃焼室内が十分に昇温
されていないにも拘わらず、吸入空気量が増大されるよ
うになって、霧化が悪化して燃焼状態が悪化するという
事態を招くおそれがある。

【００５５】そこで、本実施形態では、例えば図４に示
されるように、機関始動がなされたと判定された時刻ｔ
１２以降も、それより所定期間Δｔが経過した時刻ｔ１
３迄は、スロットルバルブ１６を閉弁状態から開弁させ
ることを遅延することで、全気筒が燃焼によって昇温さ
れた状態となってから、スロットルバルブ１６を開弁さ
せるようにしている。

【００５６】図５は、こうした本実施形態での、機関始
動にあたっての上記ＩＳＣ総補正量ｇｔｏｔａｌの算出
にかかるＥＣＵ３０の処理手順を示すフローチャートで
ある。このフローチャートに示される一連の処理も、先
の図２に示すフローチャートの処理と同様に、機関始動
が開始されてから通常運転に移行する迄の期間中、ＥＣ
Ｕ３０によって周期的に実行される。

【００５７】さて、処理が本ルーチンに移行すると、Ｅ
ＣＵ３０はまずステップ２００において、上記スタータ
モータがオンとされているか否かを判定し、肯定判定が
なされれば（Ｙ）、続くステップ２１０において、先の
ステップ１１０の処理と同様に、上式（ａ）に基づき上
記ＩＳＣ総補正量ｇｔｏｔａｌを算出する。そして続く
ステップ２２０において、初爆が完了して機関始動がな
されているか否かの判定を行う。なお、ここ迄の処理
は、先の図２におけるステップ１００〜ステップ１２０
の処理と同様である。

【００５８】ただし、本実施形態では、ステップ２２０
において否定判定（Ｎ）がなされれば、ステップ２３０
において、カウンタＣの値をゼロとし、また、同ステッ
プ２２０において肯定判定（Ｙ）がなされてとき、すな
わち機関始動がなされたと判定されたときには、続くス
テップ２４０において、そのカウンタＣの値に１を加算
するようにしている。したがって、カウンタＣの値は、
機関始動がなされたと判定されるまではゼロに保持さ
れ、同判定がなされた以降は、本ルーチンの処理が実行
される毎に１ずつインクリメントされるようになる。す
なわち、このカウンタＣの値は、機関始動がなされたと
判定されてからの経過時間に対応している。

【００５９】上記ステップ２４０に続くステップ２５０
においては、カウンタＣの値が所定値βを超えているか
否かが判定されている。ここで、カウンタＣの値が所定
値βを超えていなければ（Ｎ）、機関始動がなされた判
定されているにも拘わらず、上式（ａ）の算出結果をＩ
ＳＣ総補正量ｇｔｏｔａｌの値に保持したまま、本ルー
チンの処理を一旦終了する。

【００６０】そして、本実施形態では、上記ステップ２
５０において、カウンタＣの値が所定値βを超えたと判
定されることをもって（Ｙ）、先の図２のステップ１３
０以降の処理と同様の処理であるステップ２６０以降の
処理が実施される。すなわち、ステップ２６０におい
て、上式（ｂ）をもとにＩＳＣ総補正量ｇｔｏｔａｌを
算出し、ステップ２７０において同式（ｂ）の算出結果
が機関始動後のＩＳＣ総補正量の目標値ｇｔｒｇｔを超
えていなければ（Ｎ）、その算出結果をＩＳＣ総補正量
ｇｔｏｔａｌの値に設定して本ルーチンの処理を一旦終
了する。また、上式（ｂ）の算出結果が上記機関始動後
のＩＳＣ総補正量の目標値ｇｔｒｇｔを超えていれば
（ステップ２７０：Ｙ）、ステップ２８０においてその
目標値ｇｔｒｇｔの値をＩＳＣ総補正量ｇｔｏｔａｌに
設定して処理を一旦終了する。

【００６１】こうした本実施形態においても、図４に示
されるように、機関始動が開始される時刻ｔ１１から始
動がなされたと判定される時刻ｔ１２迄は、先の第１実
施形態と同様に、ＩＳＣ総補正量ｇｔｏｔａｌの値に上
式（ａ）の算出結果（ｇｃｎｋＡ＋ｑｇ）が設定され、
スロットルバルブ１６が閉弁状態とされている。

【００６２】ただし本実施形態では、機関始動がなされ
と判定された時刻ｔ１２以降も、同図４（ｃ）に示され
るように、ＩＳＣ総補正量ｇｔｏｔａｌの値は上式
（ａ）の算出結果のまま保持されている。また同図４
（ｂ）に示されるように、この時刻ｔ１２からは、カウ
ンタＣのカウントが開始される。

【００６３】そして時刻ｔ１３において、カウンタＣの
値が上記所定値βを超えると、その時点から上式（ｂ）
の算出結果（ｇｃｎｋＡ＋ｇｃｎｋＢ＋ｑｇ）がＩＳＣ
総補正量ｇｔｏｔａｌの値として設定されるようにな
り、スロットルバルブ１６の開度が上記閉弁状態での開
度から機関始動後の目標開度へと徐々に増加されるよう
になる。その後、時刻ｔ１４において、上式（ｂ）の算
出結果が機関始動後のＩＳＣ総補正量の目標値ｇｔｒｇ
ｔを超えると、その目標値ｇｔｒｇｔの値がＩＳＣ総補
正量ｇｔｏｔａｌに設定されて、スロットルバルブ１６
の開度が機関始動後の目標開度に設定されるようにな
る。

【００６４】このように本実施形態では、機関始動がな
されたものと判定した後、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３迄
の所定期間Δｔ遅延した後、スロットルバルブ１６の開
度を閉弁状態での開度から機関始動後の目標開度へと徐
々に増大させるようにしている。これにより、全ての気
筒が爆発行程を迎え、燃焼によって各気筒の燃焼室１１
内が確実に昇温された状態で吸入空気量を増大させるよ
うにしている。

【００６５】なお、上記遅延する所定期間Δｔは、少な
くとも全ての気筒で一度ずつ、燃焼が行われるだけの時
間以上に設定することが好ましい。本実施形態では、初
爆完了後、全気筒で確実に燃焼が行われるように、上記
所定期間Δｔが内燃機関１０の数サイクル分に相当する
時間となるように上記所定値βが設定されている。

【００６６】以上説明した本実施形態によれば、上記
（１）〜（５）に加え、更に次の効果を得ることができ
るようになる。（６）本実施形態では、初爆が完了して機関始動がなさ
れたものと判定した後、所定期間Δｔだけ遅延した後、
スロットルバルブ１６の開度を閉弁状態での開度から機
関始動後の目標開度へと徐々に増大させるようにしてい
る。これにより、各気筒で燃焼が行われ、燃焼室１１内
が確実に昇温された状態で吸入空気量を増大させるよう
にすることができる。したがって、一部の気筒では未だ
燃焼による燃焼室１１内の昇温が十分に図られていない
にも拘わらず、吸入空気量が増大されて霧化が悪化して
燃焼状態が悪化するという事態の発生を抑制することが
できるようになる。

【００６７】以上説明した各実施形態は、次のように変
更することもできる。・上記各実施形態では、機関回転数ＮＥが所定回転数α
を超えたことをもって、機関始動がなされたと判定する
ようにしている。この判定に用いられる所定回転数α
を、例えば冷却水温ｔｈｗなどから把握される機関温度
状態に応じて可変設定するようにしてもよい。噴射燃料
の霧化は機関温度状態に応じて、そのされ易さが変化
し、例えば機関温度が低くて、燃料が吹き付けられるシ
リンダ周壁やピストン頂面の温度が低温なほど悪化す
る。そのため、上記所定回転数αを低めに設定すれば、
機関１０が極低温にあるときなどには、機関始動が適切
になされていないにも拘わらず機関始動がなされたと判
定され、吸入空気量の増大によって噴射燃料の霧化が悪
化し、失火を招くこととなる。その点、こうして機関温
度状態に応じて上記所定回転数αを可変設定するように
すれば、機関温度の高低に拘わらず機関始動がなされた
ことを適切に判定して、機関回転数ＮＥを適切に上昇さ
せることができるようになる。

【００６８】・上記各実施形態では、機関回転数ＮＥが
所定回転数αを超えることを条件に機関始動がなされた
との判定を行うようにしているが、こうした判定の条件
は任意であり、機関回転数ＮＥ以外のパラメータを判定
基準として用いるようにしてもよい。

【００６９】・上記各実施形態では、機関始動がなされ
たと判定されてからのスロットルバルブ１６の開度を、
機関回転数ＮＥの推移に応じて徐々に増加させるように
している。このときのスロットルバルブ１６の開度を、
例えば吸気管負圧、吸入空気量などの他の機関運転状態
を示すパラメータの推移に応じて、徐々に増加させるよ
うにしてもよい。そうした場合であれ、機関回転数ＮＥ
を用いる場合と同様に、機関運転状態に即した好ましい
態様でスロットルバルブ１６を開弁させることができる
ようになる。

【００７０】・また、機関始動がなされたと判定されて
からのスロットルバルブ１６の開度を、単に時間の経過
とともに徐増させるようにしてもよい。そうした場合に
も、機関始動がなされたときのスロットルバルブ１６の
目標開度の変化に伴う吸入空気量の急増が防止され、霧
化の悪化による燃焼状態の悪化を抑え、機関回転変動を
抑制することができる。

【００７１】・上記各実施形態では、機関駆動されて噴
射燃料を加圧する機械式の高圧燃料ポンプ２１を備える
内燃機関１０について説明したが、こうした機械式以外
の燃料ポンプによって噴射燃料を加圧する構成の内燃機
関であれ、上記機関始動にあたってのスロットルバルブ
１６の開度制御を適用することができる。

【００７２】以上説明した実施形態から把握される技術
的思想を以下に記載する。（イ）当該スロットル制御装置の適用される筒内噴射式
内燃機関は、同内燃機関によって駆動される機械式の高
圧燃料ポンプによって噴射される燃料を加圧するもので
ある請求項１〜５のいずれか記載の筒内噴射式内燃機関
のスロットル制御装置。この構成では、機関始動時に燃
料噴射圧を十分に確保することが困難な機関駆動される
機械式の高圧燃料ポンプを用いる筒内噴射式内燃機関で
あれ、機関始動時及び機関始動がなされた直後における
同内燃機関を安定して動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態についてその全体構造を模式的に
示す略図。

【図２】同実施形態でのスロットルバルブの開度設定に
かかる処理手順を示すフローチャート。

【図３】同実施形態の制御態様例を示す略図。

【図４】第２実施形態についてその制御態様例を示す略
図。

【図５】同実施形態でのスロットルバルブの開度設定に
かかる処理手順を示すフローチャート。

【符号の説明】

１０…内燃機関、１１…燃焼室、１２…吸気通路、１３
…排気通路、１４…インジェクタ、１５…点火プラグ、
１６…スロットルバルブ、１７…電動モータ、１８…ク
ランクシャフト、１９…カムシャフト、１９ａ…カム、
２０…低圧燃料ポンプ、２１…高圧燃料ポンプ、２２…
燃料タンク、２３…デリバリパイプ（蓄圧配管）、２４
…シリンダ、２５…プランジャ、２６…加圧室、３０…
電子制御装置（ＥＣＵ：閉弁手段、開弁手段）、３１…
ＮＥセンサ、３２…水温センサ。

フロントページの続き (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)発明者高木登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)発明者米澤幸一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)発明者細川修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)発明者出村隆行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） 3G065 CA22 DA05 DA06 EA01 FA02 FA04 GA01 GA05 GA09 GA10 KA02 3G301 HA01 HA04 HA16 JA03 KA01 LA03 LB04 LC03 NA08 NC02 ND25 NE03 NE21 PE01Z PE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内
燃機関に適用されて、筒内に吸入される吸入空気量を調
整するスロットルバルブの開度を制御する筒内噴射式内
燃機関のスロットル制御装置において、機関始動時には、前記スロットルバルブの開度を機関始
動後の目標開度よりも閉弁側に設定して同スロットルバ
ルブを閉弁状態とする閉弁手段と、機関始動がなされたと判定されたときには、前記スロッ
トルバルブの開度を前記閉弁状態での開度から前記機関
始動後の目標開度へと徐々に増大させて同スロットルバ
ルブを開弁させる開弁手段と、を備えることを特徴とする筒内噴射式内燃機関のスロッ
トル制御装置。
【請求項２】前記開弁手段は、機関回転数が所定回転数
を超えたか否かを条件に機関始動がなされたものと判定
するものである請求項１記載の筒内噴射式内燃機関のス
ロットル制御装置。
【請求項３】前記所定回転数は、内燃機関の機関温度に
応じて可変設定されるものである請求項２記載の筒内噴
射式内燃機関のスロットル制御装置。
【請求項４】前記開弁手段は、機関始動がなされたもの
と判定した後、所定期間遅延した後、前記スロットルバ
ルブの開度を前記閉弁状態での開度から前記機関始動後
の目標開度へと徐々に増大させるものである請求項２ま
たは３記載の筒内噴射式内燃機関のスロットル制御装
置。
【請求項５】前記開弁手段は、吸気管負圧、吸入空気
量、機関回転数のうちの少なくとも１つの推移に応じて
前記スロットルバルブの目標開度を設定することで、機
関始動がなされたときにおける前記スロットルバルブの
開度を徐々に増大させて同スロットルバルブを開弁させ
るものである請求項１〜４のいずれか記載の筒内噴射式
内燃機関のスロットル制御装置。