JP2008291697A - 直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関を早期に始動させることができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】エンジン１０を始動させるために圧縮行程中の各気筒内に直接燃料を噴射して成層燃焼を実現する直噴式内燃機関のＥＣＵ３０は、エンジン１０始動時に高圧ポンプ２２の作用によって燃圧がエンジン１０の始動が可能な噴射可能燃圧にまで至った際に所定の気筒が成層燃焼可能な圧縮行程中である場合に、所定気筒が成層燃焼可能な圧縮行程中であって燃圧が噴射可能燃圧に至った後に、所定気筒に対して、エンジン１０を始動させるための最初の燃料噴射を実行する。
【選択図】図４

Description

本発明は、直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来から、気筒内に直接燃料を噴射する直噴式内燃機関が知られている。特許文献１及び２には、機関始動時に黒煙等の発生を抑制する直噴式内燃機関に関する技術が開示されている。

特開２００３−３２８８１６号公報 特開２００５−２０１１８６号公報

ところで、直噴式内燃機関の始動時には、燃料ポンプの作用によって燃圧が上昇し、この燃圧が機関を始動させるために十分な燃圧にまで至った後に、所定の気筒に対して、最初の燃料噴射を実行される。また、直噴式内燃機関の始動時には、所定の気筒が圧縮行程後期に燃料噴射を実行することにより、成層燃焼が実現されている。

始動時に成層燃焼を実現するための燃料噴射時期は、点火時期との関係等を考慮して、例えば上死点よりも３０°進角した時期に設定されている。しかしながら、始動時の燃料噴射時期を、上死点よりも３０°進角した時期に設定することにより、所定の気筒が上死点から上死点よりも３０°進角した時期との間に、燃圧が機関を始動させることができる燃圧に至った場合であっても、所定の気筒に後続する気筒に対して、最初の燃料噴射が実行されることとなる。このように、機関始動時の燃料噴射時期を一律に設定すると、機関を早期に始動させることができないおそれがある。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、機関を早期に始動させることができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、機関を始動させるために圧縮行程中の各気筒内に直接燃料を噴射して成層燃焼を実現する直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関始動時に燃料ポンプの作用によって燃圧が機関の始動が可能な噴射可能燃圧にまで至った際に所定の気筒が成層燃焼可能な圧縮行程中である場合に、前記所定気筒が成層燃焼可能な圧縮行程中であって前記燃圧が前記噴射可能燃圧に至った後に、前記所定気筒に対して、機関を始動させるための最初の燃料噴射を実行する、ことを特徴とする直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置によって達成できる。
上記構成によれば、燃圧が機関の始動が可能な噴射可能燃圧にまで至った際に所定の気筒が成層燃焼可能な圧縮行程中である場合には、早期に機関を始動させることができる。また、成層燃焼可能な圧縮行程中に最初の燃料噴射を実行するため、エミッションの悪化を抑制できる。

上記構成において、前記最初の燃料噴射は、該最初の燃料噴射時期を前記所定気筒に続く後続の気筒への燃料噴射時期よりも遅角させて実行する、構成を採用できる。
上記構成によれば、機関を始動させるための最初の燃料噴射が実行される所定気筒への燃料噴射時期が、所定気筒に続く後続の気筒への燃料噴射時期よりも遅角されるので、後続の気筒に関しては、最適な成層燃焼を実現することができる。これにより、機関を早期に始動させることができると共に、機関始動時のエミッションの低減を図ることができる。

上記構成において、前記遅角量は、クランキング回転数及び機関冷却水の水温のうち少なくとも一つに基づいて算出する、構成を採用できる。
クランキング回転数や機関冷却水の水温に基づいて、遅角量を算出することにより、最初の燃料噴射時期を、燃料霧化に適した時期とすることができる。

本発明によれば、機関を早期に始動させることができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。図１は、本発明に係る燃料噴射制御装置の全体構成を概略的に示している。図１を参照して、噴射式内燃機関としてのエンジン１０の概要並びに燃料噴射制御装置の基本構成について説明する。

エンジン１０は、シリンダヘッド１１と、６つのシリンダ１３（図１ではその１つのみを図示）が形成されたシリンダブロック１２とを備えている。各シリンダ１３内にはピストン１４が往復運動可能に設けられており、このピストン１４の頂面と、シリンダ１３の内周壁面及びシリンダヘッド１１の下面とによって燃焼室１５が区画形成されている。この燃焼室１５には、吸気通路１７及び排気通路１８がそれぞれ接続されている。

シリンダヘッド１１には、燃焼室１５内に燃料を直接噴射するインジェクタ２０と、燃焼室１５内の混合気の点火を行う点火プラグ１６とが、各気筒毎に設けられている。各気筒のインジェクタ２０はデリバリパイプ２１に接続されており、同パイプ２１から各気筒のインジェクタ２０に燃料がそれぞれ供給される。また、デリバリパイプ２１は、高圧ポンプ２２（燃料ポンプ）に接続されている。

高圧ポンプ２２は低圧ポンプ２３に接続されており、同ポンプ２３で燃料タンク２４から汲み上げた燃料を高圧ポンプ２２により高圧にしてデリバリパイプ２１、さらには各気筒のインジェクタ２０に圧送するようになっている。低圧ポンプ２３は、電動式のポンプであり、高圧ポンプ２２はエンジン１０のカムシャフト（図示略）により駆動される機関駆動式のポンプである。

次に始動時制御装置の基本構成について説明する。この始動時制御装置は、電子制御装置（以下，ＥＣＵという。）３０を備える。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、機関運転状態を検出するクランク角センサ３１、水温センサ３２等の各種センサの出力信号を取り込んで燃料噴射量と噴射時期を演算し、その演算結果に応じた噴射パルスを各気筒のインジェクタ２０に出力して燃料噴射を実行する。また、ＥＣＵ３０には、デリバリパイプ２１に設けられ、同パイプ２１内の上記燃圧（燃料圧力）を検出する燃料圧センサ３３の出力信号が入力される。

クランク角センサ３１は、クランクシャフト（図示略）の近傍に設けられており、同クランクシャフトの３０°毎の回転に同期した信号を出力する。ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３１の出力信号に基づいてクランクシャフトの回転速度（エンジン回転数）とクランク角を算出する。水温センサ３２は、シリンダブロック１２に設けられ、機関冷却水の温度（冷却水温）に応じた信号を出力する。これらクランク角センサ３１、水温センサ３２、燃料圧センサ３３等の各種センサの出力信号は、ＥＣＵ３０にてＡ／Ｄ変換されて取り込まれる。

また、ＥＣＵ３０は、始動時噴射制御として、内蔵のＲＯＭ（記録媒体）に記憶された図２に示す「始動時噴射時期算出ルーチン」を実行する。以下、この始動時噴射時期算出ルーチンの処理内容を図２に基づいて説明する。図２は、始動時噴射時期算出ルーチンの一例を示したフローチャートであり、本処理は、イグニッションスイッチ（図示略）のオン後に噴射タイミング毎に実行される。

本処理が開始されると、エンジン始動時におけるベース噴射時期を算出する（ステップＳ１）。例えば、ピストン１４が上死点の位置におけるクランク角よりも３０°進角した、圧縮行程終期にベース噴射時期を設定する。このベース噴射時期が、エンジン始動時の、最初の噴射が実行される気筒に後続して噴射される後続の気筒への噴射時期として設定される。圧縮行程終期に燃料が噴射されることにより成層燃焼が実現される。

次に、ＥＣＵ３０は、始動時の燃料噴射のうち、次回の燃料噴射が最初の燃料噴射であるか否かを判定する（ステップＳ２）。否定判定の場合、即ち、既に最初の燃料噴射が実行されている場合には、上記で算出したベース噴射時期を、最終的な噴射時期として設定する（ステップＳ３）。

次に、ＥＣＵ３０は、高圧ポンプ２２が作動中であるか否かを判定する（ステップＳ４）。高圧ポンプ２２が作動中とは、クランキングによりカムシャフト（不図示）が回転し、この回転によって高圧ポンプ２２が作動して、燃圧が上昇中である場合をいう。具体的には、燃料圧センサ３３からの検出値に基づいて、高圧ポンプ２２が作動中であるか否かを判定する。否定判定の場合、即ち、高圧ポンプ２２が作動中ではない場合についても、ステップＳ３の処理を実行する。

次に、ＥＣＵ３０は、ベース噴射時期に対する、最初の燃料噴射時期の遅角量を算出する（ステップＳ５）。具体的には、クランキング回転数と、エンジン冷却水の水温とから算出する。
図３は、クランキング回転数、エンジン冷却水の水温と、遅角量との関係を示したマップである。クランキング回転数とは、エンジン始動時に、スターターモータ（不図示）によって、クランクシャフトが回転されるときの回転数である。

クランキング回転数と遅角量との関係は、図３（ａ）に示すように、クランキング回転数が上昇するにつれ、遅角量が小さくなるように設定されている。これは、クランキング回転数が上昇するにつれて、燃料噴射が開始されてから混合気が形成され点火プラグ１６によって混合気に点火されるまでの期間が短くなるからである。この期間が短いと、燃料を適切に霧化することができずに、失火するおそれがある。

また、図３（ｂ）に示すように、エンジン冷却水の水温と、遅角量との関係は、エンジン冷却水の水温が上昇するにつれ、遅角量が大きくなるように設定されている。これは、エンジン冷却水の水温が上昇は、燃料の温度上昇を示しており、燃料が上昇するにつれて、燃料が霧化しやすくなるからである。燃料の温度が高いと、遅角量を大きく設定しても、燃料の霧化が適切に行われるからである。

次に、ＥＣＵ３０は、エンジン始動時の最初の燃料噴射時期を算出する（ステップＳ６）。具体的には、ＥＣＵ３０は、前述したベース噴射時期から、ステップＳ５において算出した遅角量を減算することにより、算出する。以上のように、クランキング回転数や機関冷却水の水温に基づいて、遅角量を算出することにより、最初の燃料噴射時期を、燃料霧化に適した時期とすることができる。

次に、図４は、上記ルーチンの説明に用いるタイミングチャートである。
図４において説明するタイミングチャートにおいては、第２気筒が圧縮行程中に、燃圧が、エンジン１０の始動が可能な噴射可能燃圧にまで至る場合を示している。クランクカウンタは、クランクシャフトが３０°回転する毎にインクリメントされる。また、前述したように、始動時の成層燃焼を実現するための噴射時期（ベース噴射時期）を、上死点から３０°進角した時期と設定されていることを前提とする。また、図４においては、本実施例に係る燃料噴射の方式のみならず、従来の燃料噴射の方式でのクランクカウンタについて図示している。

まず、従来の方式による燃料噴射について説明する。
イグニッションオンによりエンジン１０がクランキングされると、まず、第１気筒が上死点（図４において「ＴＤＣ」と称する）に位置する状態から、クランクシャフトが回転し始める。クランクシャフトが回転し始めると、高圧ポンプ２２が作動して燃料がインジェクタ２０へと圧送される。

最初に燃料が圧送されている最中に、燃圧は、噴射可能な燃圧に至る。このときに、第２気筒は、圧縮行程後期であり、燃圧は、第２気筒が上死点から１５°進角した位置で、噴射可能燃圧に至る。

このときに、従来の燃料噴射時期のように、上死点より３０°進角したときに（図４において、「Ｂ３０°」と称する）で燃料噴射を実行しようとすると、燃圧は、まだ噴射可能な燃圧にまで至っていないため（※１）、第２気筒に対しては、エンジン１０を始動させるための最初の燃料噴射を実行することはできない。従って、第２気筒に続く後続の第３気筒に対して、エンジン１０を始動させるための最初の燃料噴射を実行することになる（※２）。

次に、本実施例の方式による燃料噴射について説明する。
本実施例の場合、例えば、ベース噴射の噴射時期を上死点よりも３０°進角した時期に設定し、このベース噴射時期に対して、最初の燃料噴射時期のみを１５°遅角させた場合を想定する。このベース噴射時期に対して、最初の燃料噴射時期のみを１５°遅角されるので、燃圧は、第２気筒の上死点よりも１５°進角した時に、噴射可能な燃圧に至る（※３）。従って、最初に燃料噴射を実行する気筒として、この第２気筒を対象とすることができる。第２気筒に対して最初に燃料噴射を実行することができるので、従来の方式による燃料噴射よりも、早期にエンジン１０を始動させることができる。

従って、最初に燃料噴射を実行する気筒に対してのみ、成層燃焼可能な範囲で、燃料噴射時期を、ベース噴射時期に対して、遅角させることにより、早期にエンジン１０を始動させることがでる。また、成層燃焼可能な範囲で、最初の燃料噴射時期が設定されるので、エミッションの悪化を抑制できる。

また、第２気筒から燃料噴射を実行することができるので、第３気筒以降の後続気筒に対して燃料噴射が実行されるときには、既にエンジン１０の回転数が上昇しており、この場合には、ベース噴射時期に戻すことによって、最適な成層燃焼を実現することができる。従って、後続気筒に対しては、通常のベース噴射時期に応じて成層燃焼を実現することができるので、エンジン１０始動時のエミッションの低減を維持することができる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

上記実施例において、最初の燃料噴射が実行される気筒は、第２気筒であったが、これに限定されず、燃圧が噴射可能な燃圧にまで至った際に、所定の気筒が成層燃焼可能な圧縮行程中である場合に、この所定の気筒に対して、最初の燃料噴射を実行すればよい。

また、上記実施例において、図４に示したように、高圧ポンプ２２によって最初に燃圧が上昇する期間には、第２気筒のみが圧縮行程を経るが、高圧ポンプによる圧送期間が長い場合、即ち、高圧ポンプによって燃圧が上昇し続ける期間が長い場合であり、燃圧の上昇期間中に、複数の気筒が圧縮行程を経る場合であっても、上記実施例と同様に、燃圧が噴射可能燃圧に至った際に、成層燃焼可能な圧縮行程中の気筒に対して、最初の燃料噴射を実行する。

本発明に係る燃料噴射制御装置の全体構成を概略的に示している。 始動時噴射時期算出ルーチンの一例を示したフローチャートである。 クランキング回転数、エンジン冷却水の水温と、遅角量との関係を示したマップである。 ルーチンの説明に用いるタイミングチャートである。

符号の説明

１０ エンジン
１１ シリンダヘッド
１２ シリンダブロック
１３ シリンダ
１４ ピストン
１５ 燃焼室
１６ 点火プラグ
２２ 高圧ポンプ
３０ ＥＣＵ（燃料噴射制御装置）
３１ クランク角センサ
３２ 水温センサ
３３ 燃料圧センサ

Claims (3)

1. 機関を始動させるために圧縮行程中の各気筒内に直接燃料を噴射して成層燃焼を実現する直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   機関始動時に燃料ポンプの作用によって燃圧が機関の始動が可能な噴射可能燃圧にまで至った際に所定の気筒が成層燃焼可能な圧縮行程中である場合に、
   前記所定気筒が成層燃焼可能な圧縮行程中であって前記燃圧が前記噴射可能燃圧に至った後に、前記所定気筒に対して、機関を始動させるための最初の燃料噴射を実行する、ことを特徴とする直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記最初の燃料噴射は、該最初の燃料噴射時期を前記所定気筒に続く後続の気筒への燃料噴射時期よりも遅角させて実行する、ことを特徴とする請求項１に記載の直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記遅角量は、クランキング回転数及び機関冷却水の水温のうち少なくとも一つに基づいて算出する、ことを特徴とする請求項２に記載の直噴式内燃機関の燃料噴射制御装置。

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