JP2007071095A - 筒内噴射式の内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 筒内噴射エンジンの圧縮行程噴射モードで昇圧始動制御を実施しながら、圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射しきれなくなる不具合を防止できるようにする。
【解決手段】 エンジン始動時に、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量に応じて第１噴射開始燃圧Ｐ1 を設定することで、要求燃料噴射量の噴射時間が圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj よりも短くなるように第１噴射開始燃圧Ｐ1 を設定し、検出燃圧Ｐが第１噴射開始燃圧Ｐ1 以上になった時点ｔ1 で、燃料噴射を圧縮行程噴射モードで開始する。更に、第２回目以降の燃料噴射の際には、要求燃料噴射量の噴射時間θtau と圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj とを比較して、このクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量を噴射できないと判定された時点ｔ2 で、吸気行程と圧縮行程で燃料を分割して噴射する吸気圧縮行程噴射モードに切り換える。
【選択図】 図８

Description

本発明は、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式の内燃機関の始動制御装置に関するものである。

気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジンは、吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート噴射エンジンと比較して、噴射から燃焼までの時間が短く、噴射燃料を霧化させる時間を十分に稼ぐことができないため、噴射圧力を高圧にして噴射燃料を微粒化する必要がある。そのため、筒内噴射エンジンでは、燃料タンクから低圧ポンプで汲み上げた燃料を、エンジンのカム軸で駆動する高圧ポンプにより高圧にして燃料噴射弁へ圧送するようにしている。

エンジン停止中は、高圧ポンプや低圧ポンプも停止するため、時間の経過とともに燃料配管内の燃圧が低下する。このため、エンジン停止時間が長くなると、燃圧がほとんど０ＭＰａの状態まで低下するため、始動時に、燃圧が始動に適した高燃圧領域に上昇するまでに暫く時間がかかる。その結果、始動時には低燃圧で燃料を噴射することになるため、噴射燃料の微粒化が不十分となって燃焼性が悪化したり、筒内ウエットが増加して、始動性が悪くなると共に、始動時の排気エミッションも悪くなる。

この対策として、筒内噴射エンジンの始動制御では、特許文献１（特開平１１−２７０３８５号公報）や特許文献２（特開２００３−３２８８１６号公報）に記載されているように、始動初期の所定期間に噴射を停止させて、その噴射停止期間中に高圧ポンプによって燃圧を始動に適した高燃圧領域に上昇させてから噴射を開始させる昇圧始動を行うようにしたものがある。
特開平１１−２７０３８５号公報（第２頁等） 特開２００３−３２８８１６号公報（第２頁等）

本発明者らは、更なる排気エミッションの改善を目的として、圧縮行程で燃料を噴射する圧縮行程噴射モードで上述した昇圧始動制御を実施する（つまり、始動時に燃圧が所定の噴射開始燃圧以上になったときに圧縮行程噴射モードで燃料噴射を開始する）システムを研究しているが、その研究過程で、次のような新たな課題が判明した。

圧縮行程噴射モードでは、気筒内上部の点火プラグ近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させるために、圧縮行程噴射に適したクランク角区間（ピストンがある程度上昇したクランク角区間）内に燃料を噴射する必要があり、このクランク角区間内に燃料を噴射しないと、良好な成層燃焼を実現できずに、始動性や排気エミッションが悪化するおそれがある。

しかし、圧縮行程噴射モードで昇圧始動制御を実施する場合、要求燃料噴射量が多くなる低温始動時等には、通常よりも燃料噴射弁の噴射時間（噴射パルス）が長くなるため、始動時の第１回目の燃料噴射の際に圧縮行程噴射に適したクランク角区間よりも燃料噴射弁の噴射時間が長くなって、圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射しきれなくなる可能性がある。

更に、始動時の第１回目の燃料噴射の際に圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射できた場合でも、第１回目の燃料噴射の完了後は、燃焼が開始されてエンジン回転速度が急上昇して圧縮行程噴射に適したクランク角区間に相当する時間が急激に短くなっていくため、始動時の第２回目以降の燃料噴射の際に圧縮行程噴射に適したクランク角区間が燃料噴射弁の噴射時間よりも短くなって、圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射しきれなくなる可能性がある。

本発明は、これらの事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、圧縮行程噴射モードで昇圧始動制御を実施しながら、圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射しきれなくなる不具合を未然に防止することができて、始動性や排気エミッションを向上させることができる筒内噴射式の内燃機関の始動制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、高圧ポンプにより燃料を高圧にして燃料噴射弁に供給し、この燃料噴射弁から燃料を気筒内に直接噴射する筒内噴射式の内燃機関の始動制御装置において、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力（以下「燃圧」という）を検出する燃圧検出手段を設け、噴射開始燃圧設定手段によって内燃機関の始動時の第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量又はそれに相関する情報に応じて該第１回目の燃料噴射を開始する燃圧（以下「第１噴射開始燃圧」という）を設定し、始動時噴射制御手段によって内燃機関の始動時に燃圧検出手段の検出燃圧が第１噴射開始燃圧以上になったときに圧縮行程で燃料を噴射する圧縮行程噴射モードで燃料噴射を開始するようにしたものである。

一般に、要求燃料噴射量が多くなるほど燃料噴射弁の噴射時間（噴射パルス）が長くなるが、燃圧が高くなるほど燃料噴射弁の噴射時間が短くなるという関係があるため、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量（又はそれに相関する情報）に応じて第１噴射開始燃圧を設定すれば、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量に相当する噴射時間が圧縮行程噴射に適したクランク角区間よりも短くなるように第１噴射開始燃圧を設定することができる。これにより、要求燃料噴射量が多くなる低温始動時等でも、検出燃圧が第１噴射開始燃圧以上になって、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量に相当する噴射時間が圧縮行程噴射に適したクランク角区間よりも短くなるようになってから圧縮行程噴射モードで燃料噴射を開始することができ、圧縮行程噴射モードで昇圧始動制御を実施しながら、第１回目の燃料噴射の際に、圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射しきれなくなる不具合を未然に防止することができて、始動性や排気エミッションを向上させることができる。

この場合、請求項２のように、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量が多くなるほど第１噴射開始燃圧を高くするようにすると良い。このようにすれば、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量の増加による噴射時間の増加分を、第１噴射開始燃圧の増加による噴射時間の減少分で打ち消すことができ、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量に相当する噴射時間を圧縮行程噴射に適したクランク角区間よりも確実に短くすることができる。

前述したように、始動時の第１回目の燃料噴射の際に圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射できた場合でも、第１回目の燃料噴射の完了後は、燃焼が開始されて内燃機関の回転速度が急上昇して圧縮行程噴射に適したクランク角区間に相当する時間が急激に短くなっていくため、始動時の第２回目以降の燃料噴射の際に圧縮行程噴射に適したクランク角区間が燃料噴射弁の噴射時間よりも短くなって、圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射しきれなくなる可能性がある。

そこで、請求項３、４のように、内燃機関の始動時の第２回目以降の燃料噴射の際に、圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射できるか否かを判定し、圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射できないと判定されたときには吸気行程と圧縮行程とに分割して燃料を噴射する吸気圧縮行程噴射モード又は吸気行程で燃料を噴射する吸気行程噴射モードに切り換えるようにすると良い。

このようにすれば、始動時の第２回目以降の燃料噴射の際に、圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射しきれなくなる直前まで圧縮行程噴射モードを継続することができると共に、圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射しきれなくなったときには、吸気圧縮行程噴射モード（又は吸気行程噴射モード）に切り換えて、要求噴射量を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射する（又は吸気行程で噴射する）ことで、圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射しきれなくなる不具合を未然に防止することができ、始動性や排気エミッションを向上させることができる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。筒内噴射式の内燃機関である筒内噴射式エンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０に、筒内の気流強度（スワール流強度やタンブル流強度）を制御する気流制御弁３１が設けられている。

エンジン１１の各気筒の上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。また、エンジン１１の吸気バルブ３７と排気バルブ３８には、それぞれ開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング装置３９，４０が設けられている。

エンジン１１のシリンダブロックには、ノッキングを検出するノックセンサ３２と、冷却水温を検出する冷却水温センサ２３とが取り付けられている。また、クランク軸（図示せず）の外周側には、クランク軸が所定クランク角回転する毎にクランク角信号（パルス信号）を出力するクランク角センサ２４が取り付けられている。このクランク角センサ２４のクランク角信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

一方、エンジン１１の排気管２５には、排出ガスを浄化する上流側触媒２６と下流側触媒２７が設けられ、上流側触媒２６の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２８（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。本実施例では、上流側触媒２６として理論空燃比付近で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒が設けられ、下流側触媒２７としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒が設けられている。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒２７は、排出ガスの空燃比がリーンのときに排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比付近又はリッチになったときに吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出する特性を持っている。

また、排気管２５のうちの上流側触媒２６の下流側と吸気管１２のうちのスロットルバルブ１６の下流側のサージタンク１８との間に、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ配管３３が接続され、このＥＧＲ配管３３の途中に排出ガス還流量（ＥＧＲ量）を制御するＥＧＲ弁３４が設けられている。また、アクセルペダル３５の踏込量（アクセル開度）がアクセルセンサ３６によって検出される。

また、図２に示すように、燃料を貯溜する燃料タンク４１内には、燃料を汲み上げる低圧ポンプ４２が設置されている。この低圧ポンプ４２は、バッテリ（図示せず）を電源とする電動モータ（図示せず）によって駆動される。この低圧ポンプ４２から吐出される燃料は、燃料配管４３を通して高圧ポンプ４４に供給される。この燃料配管４３に接続されたプレッシャレギュレータ４５によって低圧ポンプ４２の吐出圧（高圧ポンプ４４への燃料供給圧力）が所定圧力に調圧され、その圧力を越える燃料の余剰分が燃料戻し管４６により燃料タンク４１内に戻されるようになっている。

高圧ポンプ４４は、ポンプ室内でピストン（図示せず）を往復運動させて燃料を吸入／吐出するピストンポンプであり、エンジン１１のカム軸によって駆動される。この高圧ポンプ４４の吸入口側には、燃圧制御弁４７が設けられ、この燃圧制御弁４７の閉弁時間を制御することで、高圧ポンプ４４の吐出量を制御して吐出圧力を制御するようになっている。高圧ポンプ４４の吐出口側には、吐出した燃料の逆流を防止する逆止弁４８が設けられている。高圧ポンプ４４から吐出された燃料は、高圧燃料配管４９を通してデリバリパイプ５０に送られ、このデリバリパイプ５０から各気筒の燃料噴射弁２１に高圧の燃料が分配される。また、高圧燃料配管４９には、燃料噴射弁２１に供給される燃料の圧力（以下「燃圧」という）を検出する燃圧センサ５１（燃圧検出手段）が設けられている。

前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。

また、ＥＣＵ３０は、後述する図３の第１の始動時噴射制御プログラムを実行することで、エンジン始動時に、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj に応じて第１噴射開始燃圧Ｐ1 （第１回目の燃料噴射を開始する燃圧）を設定し、燃圧検出センサ５１の検出燃圧Ｐが第１噴射開始燃圧Ｐ1 以上になったときに圧縮行程で燃料を噴射する圧縮行程噴射モードで燃料噴射を開始する。

一般に、要求燃料噴射量が多くなるほど燃料噴射弁２１の噴射時間（噴射パルス）が長くなるが、燃圧が高くなるほど燃料噴射弁２１の噴射時間が短くなるという関係があるため、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj に応じて第１噴射開始燃圧Ｐ1 を設定することで、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj に相当する噴射時間Ｔauが圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj よりも短くなるように第１噴射開始燃圧Ｐ1 を設定することができる。

これにより、要求燃料噴射量が多くなる低温始動時等でも、検出燃圧Ｐが第１噴射開始燃圧Ｐ1 以上になって、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj に相当する噴射時間Ｔauが圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj よりも短くなってから圧縮行程噴射モードで燃料噴射を開始して、圧縮行程噴射モードで昇圧始動制御を実施しながら、第１回目の燃料噴射の際に、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量Ｑinj を噴射しきれなくなる不具合を未然に防止する。

ここで、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj は、気筒内上部の点火プラグ２２近傍に良好な成層混合気を形成して良好な成層燃焼を実現できるクランク角区間（ピストンがある程度上昇したクランク角区間）であり、ピストン上面のキャビティ形状、噴霧形状、筒内の空気流動等によって決まる。

また、エンジン始動時の第１回目の燃料噴射の際に圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量Ｑinj を噴射できた場合でも、第１回目の燃料噴射の完了後は、燃焼が開始されてエンジン回転速度が急上昇して圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj に相当する時間が急激に短くなっていくため、エンジン始動時の第２回目以降の燃料噴射の際に圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj が燃料噴射弁２１の噴射時間Ｔauよりも短くなって、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量Ｑinj を噴射しきれなくなる可能性がある。

そこで、ＥＣＵ３０は、後述する図４の第２の始動時噴射制御プログラムを実行することで、エンジン始動時の第２回目以降の燃料噴射の際に、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量Ｑinj を噴射できるか否かを判定し、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量Ｑinj を噴射できると判定されたときには圧縮行程噴射モードを継続し、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量Ｑinj を噴射できないと判定されたときには吸気行程と圧縮行程で燃料を噴射する吸気圧縮行程噴射モードに切り換える。

これにより、エンジン始動時の第２回目以降の燃料噴射の際に、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量Ｑinj を噴射しきれなくなる直前まで圧縮行程噴射モードを継続し、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量Ｑinj を噴射しきれなくなったときには、吸気圧縮行程噴射モードに切り換えて、要求燃料噴射量Ｑinj を吸気行程と圧縮行程に分割して噴射することで、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量Ｑinj を噴射しきれなくなる不具合を未然に防止する。

これら図３の第１の始動時噴射制御プログラム及び図４の第２の始動時噴射制御プログラムが特許請求の範囲でいう始動時噴射制御手段としての役割を果たす。
以下、ＥＣＵ３０が実行する図３及び図４の始動時噴射制御用の各プログラムの処理内容を説明する。

［第１の始動時噴射制御プログラム］
図３に示す第１の始動時噴射制御プログラムは、エンジン１１のクランキング開始（高圧ポンプ４４の駆動開始）から第１回目の燃料噴射完了までの間に例えば各気筒の上死点毎に実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、冷却水温センサ２３で検出した冷却水温Ｔ1 を読み込む。

この後、ステップ１０２に進み、図５に示す要求燃料噴射量Ｑinj のテーブルを検索して、現在の冷却水温Ｔ1 に応じた第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj ［ｍｍ³ ］を算出する。一般に、冷却水温Ｔ1 （エンジン１１の温度）が低くなるほど筒内ウエット量（噴射燃料のうち筒内壁面やピストンに付着する燃料量）が多くなるため、図５に示す要求燃料噴射量Ｑinj のテーブルは、冷却水温Ｔ1 が低くなるほど要求燃料噴射量Ｑinj が多くなるように設定されている。尚、エンジン１１の温度情報として、冷却水温に代えてエンジン油温を用いて、エンジン油温に応じた要求燃料噴射量Ｑinj を算出するようにしても良い。

この後、ステップ１０３に進み、図６に示す第１噴射開始燃圧Ｐ1 のテーブルを検索して、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj に応じた第１噴射開始燃圧Ｐ1 ［ＭＰａ］を算出する。図６に示す噴射開始燃圧Ｐ1 のテーブルは、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj が多くなるほど噴射開始燃圧Ｐ1 が高くなるように設定されている。これにより、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj の増加による噴射時間の増加分を、第１噴射開始燃圧Ｐ1 の増加による噴射時間の減少分で打ち消して、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj に相当する噴射時間Ｔauを圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj よりも短くするようにしている。このステップ１０３の処理が特許請求の範囲でいう噴射開始燃圧設定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０４に進み、燃圧センサ５１で検出した検出燃圧Ｐ［ＭＰａ］を読み込んだ後、ステップ１０５に進み、検出燃圧Ｐが第１噴射開始燃圧Ｐ1 以上になったか否かを判定する。このステップ１０５で、検出燃圧Ｐが噴射開始燃圧Ｐ1 よりも低いと判定されれば、そのまま本ルーチンを終了する。これにより、燃料噴射を停止したまま高圧ポンプ４４を駆動して燃圧を昇圧させる。

その後、上記ステップ１０５で、検出燃圧Ｐが噴射開始燃圧Ｐ1 以上になったと判定された時点で、ステップ１０６に進み、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj に基づいて第１回目の燃料噴射の噴射時間（噴射パルス）Ｔau［μｓｅｃ］を下記（１）式により算出する。

ここで、ｋは補正係数、Ｐmax ［ＭＰａ］は燃圧上限値、Ｔv ［μｓｅｃ］は燃料噴射弁２１の無効噴射時間、Ｑ［ｍｍ³ ／μｓｅｃ］は燃料噴射弁２１の燃圧上限値Ｐmax における静的噴射量である。

この第１回目の燃料噴射の噴射時間Ｔauを圧縮行程でセットして、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj を噴射する。
［第２の始動時噴射制御プログラム］
図４に示す第２の始動時噴射制御プログラムは、第１回目の燃料噴射完了後に例えば各気筒の上死点毎に実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、図５に示す要求燃料噴射量Ｑinj のテーブルを検索して、現在の冷却水温Ｔ1 に応じた今回の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj を算出する。尚、筒内充填空気量Ｇn に基づいて要求燃料噴射量Ｑinj を次式により算出するようにしても良い。
Ｑinj ＝Ｇn ×ＡＦ×Ｋrich
ここで、ＡＦは目標空燃比（例えば１４．７）、Ｋrichは燃料の補正係数である。

この後、ステップ２０２に進み、燃圧センサ５１で検出した検出燃圧Ｐを読み込んだ後、ステップ２０３に進み、今回の燃料噴射の噴射時間Ｔau［μｓｅｃ］を上記（１）式により算出した後、ステップ２０４に進み、今回の燃料噴射の噴射時間Ｔau［μｓｅｃ］を次式により現在のエンジン回転速度Ｎe ［ｒｐｍ］におけるクランク角に変換することで、今回の燃料噴射の噴射時間Ｔau［μｓｅｃ］に相当する噴射クランク角θtau ［℃Ａ］を求める。
θtau ＝Ｎe ×３６０×Ｔau×１０^-6／６０

この後、ステップ２０５に進み、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj ［℃Ａ］を設定する。圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj は、予め設定した固定値としても良いが、冷却水温Ｔ1 が低くなると、噴射燃料の霧化性が悪くなるため、図７に示す圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj のテーブルを検索して、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj を冷却水温Ｔ1 に応じて変化させるようにしても良い。図７に示す圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj のテーブルは、冷却水温Ｔ1 が低くなるほど圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj が長くなるように設定されている。

この後、ステップ２０６に進み、今回の燃料噴射の噴射時間Ｔauに相当する噴射クランク角θtau が圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj よりも短いか否かによって、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に今回の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj を噴射できるか否かを判定する。

その結果、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に今回の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj を噴射できると判定された場合には、圧縮行程噴射モードに設定したまま、ステップ２０７に進み、今回の燃料噴射の噴射時間Ｔauを圧縮行程でセットして、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に今回の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj を噴射する。

一方、上記ステップ２０６で、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に今回の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj を噴射できないと判定された場合には、吸気圧縮行程噴射モードに設定して、次のステップ２０８で、吸気行程で噴射する吸気行程噴射時間Ｔau1 ［μｓｅｃ］を次式により算出する。
Ｔau1 ＝Ｔau−Ｔau×（θinj ／θtau ）
この吸気行程噴射時間Ｔau1 を吸気行程でセットして、吸気行程で当該噴射時間Ｔau1 分の燃料を噴射する。

この後、ステップ２０９に進み、圧縮行程で噴射する圧縮行程噴射時間Ｔau2 ［μｓｅｃ］を次式により算出する。
Ｔau2 ＝Ｔau×（θinj ／θtau ）

この圧縮行程噴射時間Ｔau2 を圧縮行程でセットして、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に圧縮行程噴射時間Ｔau2 分の燃料を噴射する。
これらのステップ２０８，２０９の処理により、今回の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj を吸気行程と圧縮行程に分割して噴射する。

以上説明した本実施例では、図８のタイムチャートに示すように、エンジン１１のクランキング開始（高圧ポンプ４４の駆動開始）後に、まず、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj に応じて第１噴射開始燃圧Ｐ1 を設定することで、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj に相当する噴射時間Ｔauが圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj よりも短くなるように第１噴射開始燃圧Ｐ1 を設定する。この後、燃圧検出センサ５１の検出燃圧Ｐが第１噴射開始燃圧Ｐ1 以上になった時点ｔ1 で、燃料噴射を圧縮行程噴射モードで開始する。

これにより、要求燃料噴射量が多くなる低温始動時等でも、検出燃圧Ｐが第１噴射開始燃圧Ｐ1 以上になって、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj に相当する噴射時間Ｔauが圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj よりも短くなってから圧縮行程噴射モードで燃料噴射を開始することができ、圧縮行程噴射モードで昇圧始動制御を実施しながら、第１回目の燃料噴射の際に、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量Ｑinj を噴射しきれなくなる不具合を未然に防止することができて、始動性や排気エミッションを向上させることができる。

更に、本実施例では、エンジン始動時の第２回目以降の燃料噴射の際に、噴射時間Ｔauに相当する噴射クランク角θtau が圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj よりも短いか否かによって、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量Ｑinj を噴射できるか否かを判定し、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量Ｑinj を噴射できないと判定された時点ｔ2 で、吸気圧縮行程噴射モードに切り換える。これにより、エンジン始動時の第２回目以降の燃料噴射の際に、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量Ｑinj を噴射しきれなくなる直前まで圧縮行程噴射モードを継続することができると共に、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量Ｑinj を噴射しきれなくなったときには、吸気圧縮行程噴射モードに切り換えて、要求燃料噴射量Ｑinj を吸気行程と圧縮行程に分割して噴射することで、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量Ｑinj を噴射しきれなくなる不具合を未然に防止することができ、始動性や排気エミッションを向上させることができる。

尚、上記実施例では、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj に応じて第１噴射開始燃圧Ｐ1 を設定するようにしたが、第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量Ｑinj に相関する情報（例えば、冷却水温、油温、吸気温、外気温、大気圧、クランキング回数等のうちのいずれか１つ又は２つ以上）に応じて第１噴射開始燃圧Ｐ1 を設定するようにしても良い。

また、上記実施例では、エンジン始動時の第２回目以降の燃料噴射の際に、圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj 内に要求燃料噴射量Ｑinj を噴射できないと判定されたときに、吸気圧縮行程噴射モードに切り換えるようにしたが、吸気行程噴射モードに切り換えるようにしても良い。

本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 燃料噴射システム全体の概略構成図である。 第１の始動時噴射制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 第２の始動時噴射制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 要求燃料噴射量Ｑinj のテーブルの一例を概念的に示す図である。 第１噴射開始燃圧Ｐ1 のテーブルの一例を概念的に示す図である。 圧縮行程噴射に適したクランク角区間θinj のテーブルの一例を概念的に示す図である。 始動時噴射制御の実行例を示すタイムチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…冷却水温センサ、２４…クランク角センサ、２５…排気管、３０…ＥＣＵ（噴射開始燃圧設定手段，始動時噴射制御手段）、４１…燃料タンク、４２…低圧ポンプ、４４…高圧ポンプ、５０…デリバリパイプ、５１…燃圧センサ（燃圧検出手段）

Claims (4)

1. 高圧ポンプにより燃料を高圧にして燃料噴射弁に供給し、この燃料噴射弁から燃料を気筒内に直接噴射する筒内噴射式の内燃機関の始動制御装置において、
   前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力（以下「燃圧」という）を検出する燃圧検出手段と、
   内燃機関の始動時の第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量又はそれに相関する情報に応じて該第１回目の燃料噴射を開始する燃圧（以下「第１噴射開始燃圧」という）を設定する噴射開始燃圧設定手段と、
   内燃機関の始動時に前記燃圧検出手段の検出燃圧が前記第１噴射開始燃圧以上になったときに圧縮行程で燃料を噴射する圧縮行程噴射モードで燃料噴射を開始する始動時噴射制御手段と
   を備えていることを特徴とする筒内噴射式の内燃機関の始動制御装置。
2. 前記噴射開始燃圧設定手段は、前記第１回目の燃料噴射の要求燃料噴射量が多くなるほど前記第１噴射開始燃圧を高くすることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式の内燃機関の始動制御装置。
3. 内燃機関の始動時の第２回目以降の燃料噴射の際に圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射できるか否かを判定する判定手段を備え、
   前記始動時噴射制御手段は、内燃機関の始動時の第２回目以降の燃料噴射の際に、前記判定手段により前記圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射できないと判定されたときには吸気行程と圧縮行程とに分割して燃料を噴射する吸気圧縮行程噴射モード又は吸気行程で燃料を噴射する吸気行程噴射モードに切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴射式の内燃機関の始動制御装置。
4. 高圧ポンプにより燃料を高圧にして燃料噴射弁に供給し、この燃料噴射弁から燃料を気筒内に直接噴射する筒内噴射式の内燃機関の始動制御装置において、
   前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力（以下「燃圧」という）を検出する燃圧検出手段と、
   内燃機関の始動時に前記燃圧検出手段の検出燃圧が所定の噴射開始燃圧以上になったときに圧縮行程で燃料を噴射する圧縮行程噴射モードで燃料噴射を開始する始動時噴射制御手段と、
   内燃機関の始動時の第２回目以降の燃料噴射の際に圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射できるか否かを判定する判定手段とを備え、
   前記始動時噴射制御手段は、内燃機関の始動時の第２回目以降の燃料噴射の際に、前記判定手段により前記圧縮行程噴射に適したクランク角区間内に要求燃料噴射量を噴射できないと判定されたときには吸気行程と圧縮行程とに分割して燃料を噴射する吸気圧縮行程噴射モード又は吸気行程で燃料を噴射する吸気行程噴射モードに切り換えることを特徴とする筒内噴射式の内燃機関の始動制御装置。

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