JP2013213439A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス燃料によるエンジン始動性を向上させる。
【解決手段】エンジン１０には、ガスタンク２７からガス通路２６を通じて供給されるガス燃料をエンジン１０に噴射するガス噴射手段としてガス噴射弁１４が設けられている。ＥＣＵ６０のマイコン６１は、エンジン１０の始動開始から始動完了までの所定の始動期間内において、エンジン１０の温度である始動時温度を検出する。また、マイコン６１は、所定の始動期間内においてガス噴射弁１４によるガス燃料の噴射を実施する場合に、始動時温度が低いほど、吸気行程内の遅い時期にガス燃料の噴射を実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料噴射制御装置に関し、詳しくはガス燃料を使用する車載エンジンの燃料供給システムに適用される燃料噴射制御装置に関する。

近年、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）や液化天然ガス等のガス燃料が、ガソリンなどの液体燃料に代わる代替燃料として注目されており、ガス燃料を単独で又はガソリン等の液体燃料と共に使用する車両が実用化されている。例えばＣＮＧ燃料を使用する車両では一般に、ＣＮＧ燃料がガスタンク内に高圧状態で貯蔵されており、ガスタンク内の高圧燃料が、ガス通路を介してエンジンの燃料噴射弁（ガス噴射弁）に供給されるシステムとなっている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、ガス燃料と液体燃料とを選択的に使用するバイフューエルエンジンの燃料供給システムについて開示されている。この特許文献１に記載のシステムでは、冷間始動時に液体燃料の残存量が所定値未満である場合には、クランキング開始からエンジンの行程判別が完了するまでの期間、ガス通路に設けられた遮断弁を閉じ、通常よりも駆動電流を大きくしてガス噴射弁を駆動する空打ち制御を実施するようにしている。これにより、ガス噴射弁において低温が原因で貼り付きが生じた場合にも、その貼り付きを解消できるようにし、ガス燃料を用いてのエンジン始動を確実に実施できるようにしている。

特開２００５−２１４０７９号公報

ガス燃料によるエンジン冷間始動時において、始動性が低下する要因としては、ガス噴射弁の貼り付き以外にもあると考えられる。例えば、他の一つの要因として、ガス燃料の着火温度や発熱量などの燃料性状が挙げられる。ガス燃料を用いてのエンジン始動時において、その始動性を良好にするには、ガス燃料の性状をも考慮して燃料噴射を実施することが望ましい。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ガス燃料をエンジンに供給可能な燃料供給システムにおいて、ガス燃料によるエンジン始動性を向上させることができる燃料噴射制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、ガスタンクからガス通路を通じて供給されるガス燃料をエンジンに噴射するガス噴射手段を備える燃料供給システムに適用され、前記エンジンの吸気行程で前記ガス噴射手段によるガス燃料の噴射を実施する燃料噴射制御装置に関する。また、請求項１に記載の発明は、前記エンジンの始動開始から始動完了までの所定の始動期間内において、前記エンジンの温度である始動時温度を検出する温度検出手段と、前記所定の始動期間内において前記ガス噴射手段によるガス燃料の噴射を実施する場合に、前記温度検出手段により検出した始動時温度が低いほど、前記吸気行程内の遅い時期にガス燃料の噴射を実施する噴射制御手段と、を備えることを特徴とする。

ガス燃料では、燃焼下限界が比較的高く自然着火温度が高いことから安全性が高い反面、他の燃料に比べて火がつきにくいといった特性や、エネルギ密度が小さく、１回の燃料噴射あたりに噴射すべき燃料の体積が大きくなりやすいといった特性を有している。これらの特性に鑑みると、ガス燃料を用いてエンジンを始動する場合、低温環境下での始動性が必ずしも良好であるとは言えない。その点、本発明では、エンジン始動期間内において検出されるエンジン温度（始動時温度）が低いほど、吸気行程内の遅い時期にガス燃料を噴射する構成としたため、燃料の噴射終了から点火までの時間を短くすることができる。また、燃料の噴射終了から点火までの時間が短いことにより、ガス噴流による混合気の筒内流動を点火の実施時まで維持させることができる。このような状態で点火を実施することにより、燃焼トルクを増大させることができ、その結果、ガス燃料を用いる場合のエンジン始動性を向上させることができる。

エンジンの燃料供給制御システムの全体概略構成図。 燃料噴射制御を示す機能ブロック図。 エンジン始動時の燃料噴射制御を示すフローチャート。 目標圧設定用マップの一例を示す図。 噴射時期設定用マップの一例を示す図。 エンジン始動時の燃料噴射制御の具体的態様を示すタイムチャート。 暖機後始動時と冷間始動時との噴射時期の違いを示す図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、ガス燃料である圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と、液体燃料であるガソリンとをエンジンの燃料として選択的に切り替えて使用する車載多気筒（例えば４気筒）のエンジン（バイフューエルエンジン）の燃料供給システムに具体化している。当該システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢としてエンジンの運転状態を制御する。本システムの全体概略図を図１に示す。

図１に示すエンジン１０において、吸気通路１１には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１２によって開度調節される空気量調整手段としてのスロットルバルブ１３が設けられている。スロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１２に内蔵されたスロットル開度センサ（図示略）により検出される。

エンジン１０には、エンジン１０の各気筒に燃料を噴射供給する燃料噴射手段として、ガス燃料（ＣＮＧ燃料）を噴射するガス噴射弁１４と、液体燃料（ガソリン燃料）を噴射するガソリン噴射弁１５とが設けられている。本実施形態では、吸気ポート噴射式エンジンを採用しており、ガス噴射弁１４及びガソリン噴射弁１５が、共に吸気ポート近傍に設けられる構成としている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気バルブ１６及び排気バルブ１７が設けられている。吸気バルブ１６の開動作により、空気と燃料との混合気が燃焼室２１内に導入され、排気バルブ１７の開動作により、燃焼後の排ガスが排気通路１８に排出される。また、エンジン１０のシリンダヘッドには、気筒毎に点火プラグ１９が取り付けられている。点火プラグ１９には、点火コイル等よりなる点火装置を通じて、所望とする点火時期に高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ１９の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２１内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。

エンジン１０の排気通路１８には、排気中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための触媒２２が設けられており、本実施形態では触媒２２として三元触媒が用いられている。触媒２２の上流側には、排気を検出対象として混合気の空燃比（酸素濃度）を検出する空燃比センサ（図示略）が設けられている。

次に、エンジン１０に燃料を供給する燃料供給系について詳しく説明する。図１において、ガソリン噴射弁１５は、ガソリン配管２３を介してガソリンタンク２４に接続されている。ガソリンタンク２４内に貯留されているガソリン燃料は、フィードポンプ２５により汲み上げられた後、ガソリン配管２３内に形成された燃料通路を通ってガソリン噴射弁１５に供給されるとともに、ガソリン噴射弁１５からエンジン１０の筒内に供給される。

一方、ガス噴射弁１４は、ガス配管２６を介してガスタンク２７に接続されている。ガスタンク２７内には、高圧状態（例えば２０ＭＰａ）のガス燃料が充填されており、この高圧ガスが、ガス配管２６内を通ってガス噴射弁１４に供給される。また、ガスタンク２７からのガス燃料がガス噴射弁１４から噴射されることで、エンジン１０の気筒内にガス燃料が供給される。

ガス配管２６内に形成されたガス通路には、ガス燃料の圧力を減圧調整するレギュレータ（減圧弁）２８が設けられている。レギュレータ２８は電磁駆動式であり、通電制御により、ガス噴射弁１４に供給されるガス燃料の圧力である噴射供給圧を可変制御できるようになっている。本実施形態では、噴射供給圧の目標値である目標供給圧が、エンジン１０の運転状態に基づいて、上限値Ｔ１と下限値Ｔ２との間の調圧範囲（例えば０．３〜１．３ＭＰａ）で可変に設定され、その設定された目標供給圧に基づいて、レギュレータ２８の通電制御が行われることで噴射供給圧が調整される。

また、ガス配管２６には、ガス通路におけるガス燃料の流通を許容又は遮断する遮断弁が設けられている。本実施形態では、ガス通路において複数の遮断弁が設けられている。具体的には、ガス配管２６には、ガスタンク２７の近傍に配置されたタンク主止弁３１と、タンク主止弁３１とレギュレータ２８との間に配置された第１遮断弁３２と、レギュレータ２８とガス噴射弁１４との間に配置された第２遮断弁３３と、が設けられている。これらの遮断弁は電磁駆動式であり、非通電時においてガス通路におけるガス燃料の流通を遮断し、通電時においてガス通路におけるガス燃料の流通を許容する常閉式となっている。

ガス配管２６には更に、ガス配管２６内のガス燃料の圧力を検出するセンサとして、レギュレータ２８の上流側に配置された第１圧力センサ３４と、レギュレータ２８の下流側に配置された第２圧力センサ３５と、が設けられている。本システムでは、第１圧力センサ３４の検出値に基づいて、ガスタンク２７内のガス燃料の圧力であるタンク元圧が算出され、第２圧力センサ３５の検出値に基づいて、噴射供給圧が算出される。また、ガス配管２６には、ガス配管２６内のガス燃料の温度を検出するセンサとして温度センサ３６が設けられている。

本システムには、所定クランク角毎に矩形状のクランク角信号を出力するクランク角センサ３７や、所定カム角毎に矩形状のカム角信号を出力するカム角センサ３８が設けられている。クランク角センサ３７は、クランク軸３９と一体に回転するパルサ（回転円板）４１と、その外周部近傍に設けられた電磁ピックアップ部４２とを備える。パルサ４１の外周部には、所定のクランク角間隔（例えば１５°ＣＡ間隔）に突起４３が設けられるとともに、その一部に複数の突起（例えば２歯分の突起）を欠落させた欠歯部４４が設けられている。クランク軸３９の回転に伴いパルサ４１が回転すると、突起４３が電磁ピックアップ部４２に近づく毎（基本的には１５°ＣＡ毎）に、電磁ピックアップ部４２から検出信号（ＮＥ信号）が出力される。

カム角センサ３８は、カム軸４５と一体に回転するパルサ（回転円板）４６と、その外周部近傍に設けられた電磁ピックアップ部４７とを備える。パルサ４６の外周部には、１箇所に突起４８が設けられている。カム軸４５の回転に伴いパルサ４６が回転すると、突起４８が電磁ピックアップ部４７に近づく毎（７２０°ＣＡ毎）に、電磁ピックアップ部４７から検出信号（Ｇ信号）が出力される。

その他、本システムには、エンジン冷却水の温度（冷却水温度）を検出する冷却水温センサ４９、エンジン１０の吸入空気量を検出する吸気量センサ５０、ガソリンタンク２４内のガソリン燃料の残存量Ｖ２を検出するガソリン残量センサ５３などの各種センサや、クランク軸３９に初期回転を付与する始動装置としてのスタータ５１、エンジン１０の始動スイッチとしてのイグニッションスイッチ５２等が設けられている。

ＥＣＵ６０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコン６１という）を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、その都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。具体的には、マイコン６１は、前述した各種センサ等から各々検出信号を入力し、ガス噴射弁１４やガソリン噴射弁１５、点火装置などに各々指令信号を出力する。

また、マイコン６１は、アイドルストップ制御を実施する。アイドルストップ制御は、概略として、エンジン１０のアイドル運転時に所定のエンジン停止条件が成立した場合にエンジン１０を自動停止させ、その後、所定の再始動条件が成立した場合にエンジン１０を再始動させるものであり、同制御により、燃料消費量の低減を図っている。エンジン停止条件としては、例えば車速が所定速度以下まで低下したこと、アクセル操作量がゼロになったこと、ブレーキ操作量が判定値よりも大きくなったこと等が挙げられる。また、再始動条件としては、例えばエンジン停止状態においてアクセル操作が行われたこと、ブレーキ操作が解除されたこと等が挙げられる。

マイコン６１は、エンジン運転状態やタンク内の燃料残量等に応じて、エンジン１０の燃焼に使用する燃料を選択的に切り替えている。例えばエンジン始動時では、ガソリン燃料を用いた場合には、シリンダ壁面等に付着した燃料が未燃ガスとしてエンジン１０から排出されやすいことを考慮し、基本的にはガス燃料を優先的に使用する。また、エンジン始動時において、ガスタンク２７内におけるガス燃料の残存量Ｖ１が所定値を下回った場合には、エンジン１０の始動を確実に行うべく、ガソリン燃料を使用してエンジン１０を始動する。なお、本システムにおいて、エンジン１０の燃焼に使用すべき燃料をドライバが選択可能なスイッチを設け、該スイッチにより選択された燃料を用いてエンジン１０の燃焼を実施する構成としてもよい。

燃料噴射制御について、マイコン６１は、随時入力される各種の検出信号等に基づいて、都度の燃料噴射における燃料噴射量及び燃料噴射時期を演算し、それらの演算の結果を用いてガス噴射弁１４及びガソリン噴射弁１５の駆動を制御する。

図２に、本実施形態における燃料噴射制御を示す機能ブロック図を示す。図２に示すように、マイコン６１は、基本噴射量ＴＰを算出する基本噴射量算出部６２と、噴射時間ＴＲを算出する噴射時間算出部６３と、使用燃料を選択する使用燃料選択部６４と、噴射時間ＴＲを使用燃料に応じて補正する燃料補正部６５と、を備える。

基本噴射量算出部６２は、クランク角センサ３７からのＮＥ信号や、吸気量センサ５０からの検出信号Ｑ、冷却水温センサ４９からの冷却水温ＴＷなどを入力し、その入力した各信号に基づいて基本噴射量ＴＰを算出する。基本噴射量算出部６２では、冷却水温と基本噴射量ＴＰとの関係を示す始動時の噴射量設定用マップを予め記憶しており、エンジン始動時では、同マップを用いて、冷却水温センサ４９からの冷却水温ＴＷに応じた基本噴射量ＴＰを算出する。また、エンジン運転状態においては、基本噴射量算出部６２では、エンジン回転速度と吸入空気量と基本噴射量ＴＰとの関係を示す運転時の噴射量設定用マップを予め記憶しており、同マップを用いて、クランク角センサ３７からのＮＥ信号及び吸気量センサ５０からの検出信号Ｑに応じた基本噴射量ＴＰを算出する。これらの噴射量設定用マップでは、ガソリン燃料を基準にして、エンジン運転状態毎の基本噴射量ＴＰが定めてある。

噴射時間算出部６３では、基本噴射量算出部６２で算出した基本噴射量ＴＰを入力するとともに、冷却水温センサ４９からの冷却水温ＴＷやアクセル操作量等の各種補正（例えば、暖機増量補正や出力増量補正など）に関する信号を入力し、それらの各種信号に基づいて基本噴射量ＴＰを補正することにより、噴射時間ＴＲを算出する。なお、ここで算出される噴射時間ＴＲは、ガソリン燃料を使用する場合の値である。噴射時間算出部６３では、各種補正ごとの補正係数Ｋｍにおける設定用マップを予め記憶しており、同マップを用いて各種補正についての補正係数Ｋｍを算出する。また、その補正係数Ｋｍを基本噴射量ＴＰに乗算することにより噴射時間ＴＲを算出する。

使用燃料選択部６４では、イグニッションスイッチ５２からの検出信号や、冷却水温センサ４９からの冷却水温ＴＷ、第１圧力センサ３４及びガソリン残量センサ５３からの燃料残存量Ｖ１，Ｖ２などを入力し、それら各信号に基づいて、エンジン１０の燃焼に使用する燃料をガソリン燃料とするか、それともＣＮＧ燃料とするかを選択する。そして、その使用燃料に応じた信号Ｓ１を燃料補正部６５に出力する。

燃料補正部６５では、噴射時間算出部６３からの噴射時間ＴＲと、使用燃料選択部６４からの信号Ｓ１とを入力し、それら入力信号を用いて、各燃料噴射弁（ガス噴射弁１４及びガソリン噴射弁１５）に出力する噴射信号ＴＳを作成する。具体的には、燃料補正部６５ではまず、信号Ｓ１に基づいて燃料補正係数Ｋαを算出する。燃料補正係数Ｋαとして、本実施形態では、ＣＮＧ燃料ではガソリン燃料に比べてエネルギ密度が小さい点を考慮して予め定めてあり、ガソリン燃料では「１」、ＣＮＧ燃料では所定の定数（＞１）に設定されている。また、燃料補正部６５では、その算出した燃料補正係数Ｋαを噴射時間ＴＲに乗算することにより、噴射量指令値を算出するとともに、燃料の噴射終了時期がエンジン１０の吸気行程内になるように、噴射量指令値に応じた噴射信号ＴＳを生成する。そして、燃料補正部６５では、その噴射信号ＴＳを、使用燃料選択部６４で選択した燃料の噴射弁に対して出力する。

本実施形態では、エンジン１０の通常運転時（例えばエンジン１０の始動完了後）では、各気筒に対し所定の点火順序で行程に同期した点火を行うとともに、同点火順序に従い、行程に同期した燃料定時噴射（同期噴射）を実施する。例えば４気筒エンジンでは、１気筒あたりの噴射周期を７２０°ＣＡ周期として、各気筒間で異なるタイミングで（１８０℃Ａ毎に）燃料を噴射する。

行程に同期した燃料噴射を行うには、エンジン１０の行程判別を行う必要がある。本実施形態では、エンジン始動時において、クランク角センサ３７からのＮＥ信号及びカム角センサ３８からのＧ信号に基づいて、エンジン１０の行程判別を実施する（行程判別手段）。具体的には、クランク軸３９には、例えば第１気筒の圧縮行程にてＮＥ信号の欠歯が検出されるようにしてパルサ４１が取り付けられている。また、カム軸４５には、第１気筒の圧縮行程で検出されるＮＥ信号の欠歯位置にてＧ信号のパルス出力がなされるようにしてパルサ４６が取り付けられている。マイコン６１は、ＮＥ信号の欠歯位置にてＧ信号のパルス出力が検出された場合に、現時点が第１気筒の圧縮行程である旨を判定することで、各気筒の行程判別を実施している。

ここで、エンジン始動直後に行程判別を実施する場合、始動開始から行程判別が完了するまでの期間では、各気筒がいずれの行程にあるかを特定することができない。そこで、本システムでは、エンジン１０の始動開始から始動完了までの期間（エンジン始動期間）において、行程判別が完了する前後で異なる態様で燃料噴射を実施することとしている。ここでは、まず、ガソリン燃料を用いたエンジン始動制御について説明し、その後、ＣＮＧ燃料を用いたエンジン始動制御について説明する。

（ガソリン燃料による始動）
エンジン１０の始動要求があった場合、より具体的には、イグニッションスイッチ５２がオンに切り替えられたり、エンジン自動停止後において再始動条件が成立したりした場合、マイコン６１は、スタータ５１への通電を開始してエンジン１０のクランキングを開始する。また、クランキング開始とともに、クランク角センサ３７のＮＥ信号及びカム角センサ３８のＧ信号に基づいて、エンジン１０の行程判別を実行する。エンジン始動要求があってから、行程判別が完了するまでの期間では、各気筒がいずれの行程にあるかを特定できていない。この場合、ガソリン燃料によるエンジン始動時には、エンジン始動性を確保するべく、噴射量指令値（噴射時間算出部６３で算出した燃料量（液体燃料量）に相当）を用いて、クランク角に同期しない燃料噴射制御、より具体的には、複数気筒に対して同時に燃料を噴射する非同期噴射を実施する。そして、行程判別が完了した後では、マイコン６１は、非同期噴射から同期噴射に切り替える。

（ＣＮＧ燃料による始動）
これに対し、ＣＮＧ燃料によるエンジン始動の場合、エンジン始動要求があってから、行程判別が完了するまでの期間に、噴射量指令値に基づく非同期噴射を実施すると、燃焼気筒でない気筒に対して噴射した気体の燃料（ＣＮＧ燃料）が吸気管内に滞留し、その滞留したガス燃料によりバックファイヤが生じるおそれがある。また、燃焼気筒でない気筒に対して噴射したＣＮＧ燃料が、吸気マニホールドを介して他の気筒に吸引されるとともに、その吸引された燃料が燃焼に供されることで、空燃比の悪化を招くおそれもある。そこで本実施形態では、こうした不都合が生じるのを回避するべく、ＣＮＧ燃料を使用してエンジン１０を始動する場合には、始動開始から（エンジン始動要求があってから）行程判別が完了するまでの期間では燃料噴射を禁止し、行程判別が完了した後に、ＣＮＧ燃料を用いてのガス噴射弁１４による同期噴射を実施することとしている。

また、ＣＮＧ燃料では、燃焼下限界が比較的高く自然着火温度が高いことから安全性が高い反面、他の燃料に比べて火がつきにくいといった特性や、エネルギ密度が小さく、１回の燃料噴射あたりに噴射すべき燃料の体積が大きくなりやすいといった特性を有している。そのため、ＣＮＧ燃料では低温環境下での始動性が良好であるとは言い難く、エンジン１０の冷間始動時においてトルク不足が生じやすい。かかる場合、エンジン１０を確実に始動できないといった不都合が生じやすい。

そこで本実施形態では、ＣＮＧ燃料を使用してエンジン始動を実施する場合、エンジン始動期間内においてエンジン１０の温度（始動時温度）を検出し、その検出した始動時温度に応じて、エンジン始動期間での燃料噴射時期を可変に制御している。より具体的には、マイコン６１は、始動時温度が低いほど、吸気行程内の遅い時期にＣＮＧ燃料の噴射を実施することとしている。ガス噴射弁１４から気体の燃料を噴射した場合、その噴射に伴い生じるガス噴流によって、気筒内において混合気の流動（筒内流動）が生じるが、その際、燃料噴射時期を遅くするほど、燃料の噴射終了から点火までの時間が短くなり、これにより、ガス噴流による筒内流動を点火の実施時まで維持させることができる。また、ガス噴流による混合気の筒内流動が気筒内で発生している状態で点火を実施することにより、燃焼トルクが増大し、その結果、低温始動時におけるエンジン始動性を向上させることができる。

次に、本実施形態におけるエンジン始動時の燃料噴射制御について、図３のフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ６０のマイコン６１により所定周期毎に実行される。

図３において、ステップＳ１００では、エンジン１０の始動要求があったか否かを判定する。ここでは、イグニッションスイッチ５２がオフからオンに切り替えられた場合、又はエンジン自動停止後において再始動条件が成立した場合に、その後の所定期間内において肯定判定される。ステップＳ１００がＹｅｓの場合、ステップＳ１０１へ進み、使用燃料の選択が完了したか否かを判定する。使用燃料を未選択である場合、ステップＳ１０２へ進み、エンジン１０の始動要求タイミングでのエンジン温度としての始動時温度を検出する（温度検出手段）。本実施形態では、冷却水温センサ４９により検出される冷却水温度に基づいて始動時温度を検出するが、エンジン油温やシリンダ温度等に基づいて始動時温度を検出してもよい。

続くステップＳ１０３では、今回のエンジン燃焼に使用する使用燃料を選択する。例えば、イグニッションスイッチ５２のオン切替があり、かつ第１圧力センサ３４により検出されるタンク元圧（燃料残存量Ｖ１）が所定値以上である場合には、ＣＮＧ燃料を使用燃料として選択し、燃料残存量Ｖ１が所定値未満である場合には、ガソリン燃料を使用燃料として選択する。また、ステップＳ１０４では、スタータ５１への通電を開始し、エンジン１０のクランキングを開始する。

続くステップＳ１０５では、エンジン１０の始動完了前か否かを判定し、始動完了前である場合にはステップＳ１０６へ進み、行程判別の完了前か否かを判定する。行程判別の完了前である場合にはステップＳ１０７へ進み、使用燃料としてＣＮＧ燃料が選択されているか否かを判定する。使用燃料がガソリン燃料である場合には、ステップＳ１０８へ進み、燃料噴射制御として、ガソリン燃料を用いての非同期噴射制御を実施する。なお、非同期噴射制御については、図示しない別ルーチンにより、噴射量指令値に基づいて実行される。

一方、使用燃料がＣＮＧ燃料である場合には、ステップＳ１０９へ進み、エンジン１０への燃料噴射を禁止する。つまり、使用燃料がＣＮＧ燃料である場合、行程判別の完了前では、ガソリン燃料の場合とは異なり、噴射量指令値に基づく非同期噴射を実施しない。

さて、行程判別が完了すると、ステップＳ１０６がＮｏとなり、ステップＳ１０９へ進む。ステップＳ１１０では使用燃料がＣＮＧ燃料か否かを判定し、ガソリン燃料の使用時であれば、ステップＳ１１１へ進み、燃料噴射制御として、ガソリン燃料を用いての同期噴射制御を実施する。なお、同期噴射制御については、図示しない別ルーチンにより、噴射量指令値に基づいて実行される。一方、ＣＮＧ燃料の使用時であれば、ステップＳ１１２へ進み、ステップＳ１０２で検出したエンジン１０の始動時温度に基づいて、目標供給圧を算出する。具体的には、始動時温度と目標供給圧との関係が目標圧設定用マップとして予め記憶してあり、同マップを用いて、今回の始動時温度に対応する目標供給圧を読み出すことにより、今回のエンジン始動時における目標供給圧を算出する。

この目標圧設定用マップでは、始動時温度が低いほど、ガス噴流による筒内流動を強化するために、目標供給圧が高圧側に設定されるようになっている。より詳しくは、本実施形態の目標圧設定用マップによれば、図４に例示するように、始動時温度が第１温度Ｔ１よりも高温側では、アイドル運転時の目標供給圧Ｐｔｉよりも若干高圧側の所定の低圧値Ｐｔ１に目標供給圧が設定される。なお、第１温度Ｔ１として本実施形態では、エンジン暖機状態とされるエンジン温度の下限値（例えば７０〜８０℃）が設定されている。また、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２（Ｔ２＜Ｔ１）との間の温度範囲では、始動時温度が低くなるにつれて、所定の低圧値Ｐｔ１よりも高圧側になるように目標供給圧が設定され、第２温度Ｔ２よりも低温側では、所定の高圧値Ｐｔ２に目標供給圧が設定される。なお、所定の高圧値Ｐｔ２としては、例えばエンジン始動時に許容される圧力範囲の上限値が設定されている。

また、ステップＳ１１３では、ステップＳ１０２で検出した始動時温度と、クランク角センサ３７により検出されるエンジン回転速度とに基づいて、噴射時期（噴射終了時期）を算出する（噴射制御手段）。本実施形態では、始動時温度と噴射終了時期との関係が噴射時期設定用マップとして予め記憶してあり、同マップを用いて、始動時温度に対応する噴射終了時期を読み出すとともに、その読み出した噴射終了時期を、エンジン回転速度に応じた補正係数Ｋｎｅを用いて補正することにより、今回のエンジン始動時における噴射終了時期を算出する。

噴射時期設定用マップによれば、図５に例示するように、始動時温度が第３温度Ｔ３よりも高温側では、噴射時期が吸気行程前半になるように噴射終了時期が設定され、より具体的には、吸気行程前半のうち、アイドル運転時での噴射終了時期θｉよりも遅角側の所定角度θ１（例えば、吸気上死点後５０〜８０℃Ａ）に噴射終了時期が設定される。なお、第３温度Ｔ３について本実施形態では、エンジン暖機状態とされるエンジン温度の下限値（例えば７０〜８０℃）が設定されている。また、第３温度Ｔ３と第４温度Ｔ４（Ｔ４＜Ｔ３）との間の温度範囲では、始動時温度が低くなるにつれて、噴射終了時期が所定角度θ１よりも遅角側に設定され（噴射時期が遅角側に設定され）、第４温度Ｔ４よりも低温側では、噴射時期が吸気行程後半から終了までの間になるように、例えば吸気下死点（ＡＴＤＣ１８０℃Ａ）近傍の所定角度θ２（例えば吸気上死点後１４０〜１６０℃Ａ）に噴射終了時期が設定される。

また、補正係数Ｋｎｅについて本実施形態では、エンジン回転速度と補正係数Ｋｎｅとの関係が予め補正係数設定用マップとして記憶されている。マイコン６１は、同マップから、都度のエンジン回転速度に対応する補正係数Ｋｎｅを読み出して、その読み出した補正係数Ｋｎｅにより噴射終了時期のマップ値を補正する。補正係数設定用マップによれば、エンジン回転速度が高くなるにつれて、噴射終了時期が進角側に設定されるようになっている。

なお、マイコン６１は、ステップＳ１１１で算出した目標供給圧に基づいて、図示しない別ルーチンによりレギュレータ２８を駆動するとともに、燃料噴射制御として、ステップＳ１１３で算出した噴射終了時期と、燃料補正部６５で算出した噴射指令値とを用いて、図示しない別ルーチンによりガス噴射弁１４を駆動する。そして、エンジン回転速度が所定の始動判定値ＮＥ１を超え、エンジン始動が完了したと判定されると、ステップＳ１０５がＮｏとなり、ステップＳ１１４へ進み、燃料噴射制御として始動後制御を実施する。この始動後制御では、使用燃料に関わらず、吸気行程前半に噴射終了時期が設定され、吸気行程前半で燃料噴射が実施される。

次に、本実施形態におけるエンジン始動時の燃料噴射制御の具体的態様を、図６を用いて説明する。図６中、実線は、冷間始動時の場合（例えば、始動時温度が第２温度Ｔ２及び第４温度Ｔ４よりも低温である場合）を示し、一点鎖線は、暖機後始動時の場合（例えば、始動時温度が第１温度Ｔ１及び第３温度Ｔ３よりも高温である場合）を示している。なお、図６では、ＣＮＧ燃料を使用してエンジン始動を行う場合を想定している。

タイミングｔ１０で、例えばイグニッションスイッチ５２がオンされてスタータ５１の駆動が開始された場合、行程判別が完了するまでの期間ｔ１０〜ｔ１１では、ガス噴射弁１４からの燃料の噴射が禁止される。そして、行程判別が完了した場合、暖機後始動時では、図６に一点鎖線で示すように、吸気行程前半であって、アイドル運転時での噴射終了時期θｉよりも遅角側の角度（始動時温度＞Ｔ３の場合であれば所定角度θ１）を噴射終了時期にして、ガス噴射弁１４から燃料が噴射される。また、噴射供給圧については、始動時温度＞Ｔ１であれば、アイドル運転時の目標供給圧Ｐｔｉよりも僅かに高圧側の圧力値Ｐｔ１にされる。この場合、図７（ａ）に示すように、吸気行程前半で燃料の噴射が実施される。なお、図７中、「Ｅｘ」は排気バルブ１７の開弁期間を示し、「Ｉｎ」は吸気バルブ１６の開弁期間を示す。

これに対し、冷間始動時では、実線で示すように、吸気行程後半から吸気行程終了までのタイミング（始動時温度＜Ｔ４の場合であれば所定角度θ２）を噴射終了時期にして、燃料噴射が実施される。この場合、図７（ｂ）に示すように、吸気行程後半で燃料の噴射が実施されるが、その際、暖機後始動時の場合に比べて噴射供給圧が高いことから、ガス噴射弁１４による燃料の噴射期間が短くなる。なお、本実施形態では、エンジン回転速度がクランキング回転速度ＮＥ０で一定の状態では、噴射終了時期も一定のままで保持される。

その後、タイミングｔ１２でエンジン１０の初爆が起こり、エンジン回転速度が上昇すると、その回転上昇に伴い、噴射終了時期が徐々に進角側に変更される。また、タイミングｔ１３で、エンジン回転速度が始動判定値ＮＥ１を超え、エンジン１０の始動が完了すると、目標供給圧が低圧側に変更されて噴射供給圧が徐々に低くなり、アイドル運転状態では供給圧θｔｉまで減圧される。

以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

ガス燃料を用いてエンジン１０を始動する場合、エンジン始動期間内において検出されるエンジン温度である始動時温度が低いほど、吸気行程内の遅い時期にガス燃料を噴射する構成とした。この構成によれば、燃料の噴射終了から点火までの時間を短くすることができる。また、燃料の噴射終了から点火までの時間が短いことにより、ガス噴流による混合気の筒内流動を点火の実施時まで維持させることができる。エンジン気筒内の混合気の流動が継続されている状態で点火を実施することにより、燃焼トルクを増大させることができ、その結果、ガス燃料を用いる場合のエンジン始動性を向上させることができる。

また、エンジン１０の暖機後始動時には、冷間始動時よりもエンジン１０の始動性が良好であり、上記のような燃料噴射時期の遅角化を実施すると、却って燃焼トルクが過大になり、ドライバビリティの低下を招くおそれがある。この点、本実施形態では、始動時温度が高いほど、吸気行程内の早い時期にガス燃料を噴射することから、燃焼トルクが過大になるのを回避することができ、その結果、ドライバビリティ確保を図ることができる。

ガス燃料の使用時において、行程判別が完了した後の同期噴射では、噴射供給圧を、アイドル運転時での噴射供給圧Ｐｔｉよりも高圧に設定する構成としたため、ガス噴流による気筒内の混合気の流動を強化させることができ、エンジン始動性の向上を好適に行うことができる。また特に、始動時温度が低いほど、噴射供給圧を高圧側にする構成としたため、冷間始動時にもエンジン始動を確実に実施することができる。

ＣＮＧ燃料の使用時において、ガソリン燃料での燃料噴射制御をそのまま適用して、行程判別の完了前に非同期噴射を行った場合、燃焼気筒でない気筒に対して噴射したＣＮＧ燃料が他の気筒に吸い込まれることで、空燃比の悪化を招くおそれがある。その点、本構成では、ＣＮＧ燃料を使用してエンジン１０を始動する場合、始動開始から行程判別が完了する前までの期間では燃料噴射を禁止する構成とした。この構成によれば、燃料噴射を実施することに伴う空燃比の悪化を抑制することができる。

アイドルストップ制御を実施するエンジンでは、エンジン停止及び再始動が繰り返し行われる。本実施形態では、ガス燃料によるエンジン始動時（再始動時）には、噴射終了時期を、アイドル運転時での噴射終了時期よりも遅角側に設定するとともに、噴射供給圧を、アイドル運転時での噴射供給圧よりも高めにする構成とした。これにより、エンジン再始動時において、筒内のミキシング効果を高めることができ、エンジン再始動性を確保することができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・上記実施形態では、エンジン始動期間のうち、エンジン１０の始動開始のタイミングで検出したエンジン温度を始動時温度とし、その始動時温度に基づいて、エンジン始動期間内（行程判別の完了後）での燃料の噴射終了時期を可変に設定したが、エンジン温度を検出するタイミングは上記に限定せず、エンジン始動期間内のうち、エンジン始動開始から行程判別の完了時までの期間内（図６の期間ｔ１０〜ｔ１１内）において検出したエンジン温度を始動時温度とし、その始動時温度に基づいて上記制御を実施してもよい。例えば、エンジン１０の行程判別が完了したタイミング（図６のｔ１１）で検出したエンジン温度を始動時温度とし、その始動時温度に基づいて、エンジン始動期間内での燃料の噴射終了時期を可変に設定する。

・エンジン始動開始のタイミングで検出したエンジン温度に応じて、エンジン始動期間内における燃料の噴射終了時期を可変にする構成に代えて、エンジン始動期間内において都度検出したエンジン温度に応じて、エンジン始動期間内における燃料の噴射終了時期を可変にする構成としてもよい。

・上記実施形態では、始動時温度と都度のエンジン回転速度とに基づいて噴射終了時期を可変にしたが、エンジン回転速度を考慮せずに、始動時温度のみに基づいて噴射終了時期を可変にしてもよい。具体的には、図６において、例えば行程判別が完了したタイミングｔ１１から、エンジン回転速度が始動判定値ＮＥ１まで上昇するタイミングｔ１３までの期間ｔ１１〜ｔ１３では、噴射終了時期を、始動時温度に応じた噴射終了時期とし、タイミングｔ１３で、アイドル運転時での噴射終了時期θｉへ切り替える構成とする。

・上記実施形態では、ＣＮＧ燃料でエンジン１０を始動する際、図５に示す噴射時期設定用マップを用いて噴射終了時期を設定することにより、始動時温度が低いほど、吸気行程内の遅い時期にガス燃料の噴射を実施する構成とした。これに対し、本実施形態では、上記の噴射時期設定用マップを用いる構成に代えて、始動時温度が判定値Ｔαよりも高い場合に、吸気行程前半で燃料の噴射を実施し、始動時温度が判定値Ｔαよりも低い場合に、吸気行程後半から吸気行程終了までの期間内に燃料の噴射を実施することにより、始動時温度が低いほど、吸気行程内の遅い時期にガス燃料の噴射を実施する構成とする。

・上記実施形態では、エンジン始動期間内における噴射供給圧を始動時温度に応じて可変にしたが、噴射供給圧については、始動時温度にかかわらず一定値としてもよい。例えば、エンジン始動期間内では、噴射供給圧を、アイドル運転時での噴射供給圧（目標供給圧Ｐｔｉ）よりも高圧側の所定値で一定にする構成としてもよい。あるいは、アイドル運転時での噴射供給圧で制御する構成としてもよい。

・上記実施形態では、ガス配管２６に電磁駆動式のレギュレータ２８が配置されており、ＣＮＧ燃料によりエンジン始動する場合に、始動時温度に応じて噴射終了時期を可変にするとともに、始動時温度に応じて噴射供給圧を可変にする構成について説明したが、ガス配管２６に機械駆動式のレギュレータが配置されている燃料供給システムに適用してもよい。この場合、ＣＮＧ燃料によりエンジン始動する場合には、始動時温度に応じて噴射終了時期を可変にする一方、噴射供給圧については一定値のままにして燃料噴射制御を実施する。

・上記実施形態では、始動時温度が第３温度Ｔ３よりも高い温度域では、アイドル運転時での噴射終了時期θｉよりも遅角側の所定角度θ１を噴射終了時期としたが、同温度域での噴射終了時期を、アイドル運転時での噴射終了時期θｉと同じにしてもよい。

・上記実施形態では、ガス燃料としてＣＮＧを使用し、液体燃料としてガソリンを使用する場合について説明したが、ガス燃料及び液体燃料の種類はこれらに限定しない。例えば、ガス燃料としては、ＣＮＧの他、液化石油ガスや水素ガスなどを使用でき、液体燃料としては、ガソリンの他、軽油やアルコールなどを使用することができる。

・上記実施形態では、燃料としてガス燃料と液体燃料とを切り替えて使用するバイフューエル車用のエンジンに適用する場合について説明したが、燃料としてガス燃料を単独で使用するガス専用のエンジンに本発明を適用してもよい。

１０…エンジン、１４…ガス噴射弁（ガス噴射手段）、１５…ガソリン噴射弁（液体噴射手段）、２３…ガソリン配管、２４…ガソリンタンク、２６…ガス配管、２７…ガスタンク、２８…レギュレータ（圧力調整手段）、３７…クランク角センサ、３８…カム角センサ、３９…クランク軸、４９…冷却水温センサ（温度検出手段）、５１…スタータ、６０…ＥＣＵ、６１…マイコン（噴射制御手段、圧力制御手段、行程判別手段）、６２…基本噴射量算出部、６３…噴射時間算出部（第１算出手段）、６４…使用燃料選択部（燃料選択手段）、６５…燃料補正部（第２算出手段）。

Claims (5)

1. ガスタンク（２７）からガス通路（２６）を通じて供給されるガス燃料をエンジン（１０）に噴射するガス噴射手段（１４）を備える燃料供給システムに適用され、前記エンジンの吸気行程で前記ガス噴射手段によるガス燃料の噴射を実施する燃料噴射制御装置であって、
   前記エンジンの始動開始から始動完了までの所定の始動期間内において、前記エンジンの温度である始動時温度を検出する温度検出手段と、
   前記所定の始動期間内において前記ガス噴射手段によるガス燃料の噴射を実施する場合に、前記温度検出手段により検出した始動時温度が低いほど、前記吸気行程内の遅い時期にガス燃料の噴射を実施する噴射制御手段と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 前記ガス通路に設けられ、前記ガス噴射手段に供給するガス燃料の圧力である噴射供給圧を調整する圧力調整手段（２８）を備える燃料供給システムに適用され、
   前記ガス噴射手段によるガス燃料の噴射を実施して前記エンジンを始動する場合に、前記所定の始動期間内において、前記噴射供給圧が、前記エンジンのアイドル運転時での噴射供給圧よりも高圧になるように前記圧力調整手段の駆動を制御する圧力制御手段を備える請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記圧力制御手段は、前記温度検出手段により検出した始動時温度が低いほど、前記所定の始動期間内における前記噴射供給圧が高圧になるように前記圧力調整手段の駆動を制御する請求項２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記所定の始動期間内に前記エンジンの行程判別を実施する行程判別手段を備え、
   前記噴射制御手段は、前記所定の始動期間内のうち、前記行程判別が完了するまでの期間では、前記ガス噴射手段による燃料噴射を禁止し、前記行程判別が完了した後の期間では、前記エンジンのクランク角に同期して燃料噴射を行う同期噴射制御により前記ガス噴射手段によるガス燃料の噴射を実施する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記エンジンに燃料を噴射する手段として、前記ガス噴射手段に加えて、液体燃料を噴射する液体噴射手段を備える燃料噴射システムに適用され、
   エンジン運転状態に基づいて、１燃焼サイクル毎の燃料噴射量を、前記液体噴射手段から噴射する液体燃料量として算出する第１算出手段と、
   前記エンジンの燃焼に使用する燃料を選択する燃料選択手段と、
   前記燃料選択手段により選択されている燃料がガス燃料である場合に、前記算出手段により算出した液体燃料量を補正することにより、１燃焼サイクル毎の燃料噴射量を、前記ガス噴射手段から噴射するガス燃料量として算出する第２算出手段と、
   前記燃料選択手段により選択されている燃料が液体燃料である場合に、前記所定の始動期間内のうち、前記行程判別が完了するまでの期間では、前記第１算出手段により算出した液体燃料量に基づいて、前記エンジンのクランク角に同期せずに燃料噴射を行う非同期噴射制御を実施し、前記行程判別が完了した後の期間では、前記第１算出手段により算出した液体燃料量に基づいて前記同期噴射制御を実施する手段と、
   を備え、
   前記噴射制御手段は、前記燃料選択手段により選択されている燃料がガス燃料である場合に、前記所定の始動期間内のうち、前記行程判別が完了するまでの期間では、前記第２算出手段により算出したガス燃料量に基づく燃料噴射を禁止し、前記行程判別が完了した後の期間では、前記第２算出手段により算出したガス燃料量に基づいて前記同期噴射制御を実施する請求項４に記載の燃料噴射制御装置。

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