JP4470794B2 - エンジンの始動時噴射制御装置 - Google Patents

Description

この発明はエンジンの始動時噴射制御装置に係り、特に４サイクル直噴ガソリンエンジンの燃料噴射制御、またはポート噴射エンジンの燃料噴射制御を行う装置において、低温及び極低温始動時においても、燃料の霧化を促進させ、かつ始動性を向上させるエンジンの始動時噴射制御装置に関するものである。

エンジンにおいては、エンジン水温を検出可能なエンジン水温検出手段を設けるとともに、エンジン回転数を検出可能なエンジン回転数検出手段を設け、エンジン水温検出手段により検出されたエンジン水温に応じて、始動時の燃料噴射量を複数回に分割して噴射する噴射制御手段を備えた始動時噴射制御装置を設けたものがある。

特許第３５１８３６６号公報 特開平４−１８３９４８号公報 特開２０００−７３８２３号公報

ところで、従来のエンジンには、始動時のインジェクタ駆動の際に、極低温から完暖時まで、１工程で要求量を１回で燃料噴射している直噴エンジンがある。

この直噴エンジンにおいては、１工程の燃料噴射を行う場合に、シリンダ内に直接噴射することにより、噴射に要する時間がポート噴射エンジンよりも短くなり、燃料が霧化し難いという不都合がある。

また、燃料の霧化が低下すると、燃料が液滴状態となり、この液滴状態の燃料がシリンダ壁やピストン上部に付着すると、燃焼が悪化し、煤の発生が多くなってしまうという不都合がある。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、エンジン水温を検出可能なエンジン水温検出手段と、エンジン回転数を検出可能なエンジン回転数検出手段と、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジン水温に応じて始動時の燃料噴射量を複数回に分割して噴射する噴射制御手段とを備えたエンジンの始動時噴射制御装置において、前記噴射制御手段は、検出された前記エンジン水温に応じて分割噴射をすると判断した後、低温領域では噴射回数設定の多分割噴射を行う一方、常温領域では２分割噴射を行い、前記多分割噴射では、分割数をエンジン水温が低いほど多く設定するとともに、分割噴射による噴射回数をエンジンの全気筒数の整数倍で増加する回数にセットすべく制御する機能を有し、前記２分割噴射では、１回目噴射量と２回目噴射量とインターバル時間との関係をエンジン水温が低いほど１回目噴射量の比率を２回目噴射量に対して少なくするとともにインターバル時間を短く設定すべく制御する機能を有することを特徴とする。

以上詳細に説明した如くこの本発明によれば、低温及び極低温始動時においても、燃料の霧化を促進させ、かつ始動性を向上させ、さらに煤を低減させることが可能である。
また、２分割噴射においても、低温時の始動性を向上させることができる。

上述の如く発明したことにより、噴射制御手段によって、分割数は、エンジン水温が低いほど多く設定するとともに、分割噴射による噴射回数は、エンジンの全気筒数の整数倍で増加する回数にセットすべく制御し、低温及び極低温始動時においても、燃料の霧化を促進させ、かつ始動性を向上させ、さらに煤を低減させている。
また、噴射制御手段によって、１回目噴射量と２回目噴射量とのインターバル時間の関係は、エンジン水温が低いほどインターバル時間を短く設定すべく制御し、２分割噴射においても、低温時の始動性を向上させている。

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図９はこの発明の実施例を示すものである。図５において、２は車両（図示せず）に搭載された直噴式ガソリンのエンジン、４はシリンダブロック、６はシリンダヘッド、８はシリンダヘッドカバー、１０は燃焼室である。

前記エンジン２には、吸気系において、エアクリーナ１２とこのエアクリーナ１２からエンジン２に吸入空気を導く吸気管１４とスロットルボディ１６とサージタンク１８が一体の吸気マニホルド２０とを順次に接続し、燃焼室１０に連通する吸気通路２２が形成されている。

そして、前記スロットルボディ１６内には、スロットルバルブ２４が設けられている。

また、排気系において、前記エンジン２からの排気を導く排気マニホルド２６と排気管２８と触媒コンバータ３０とを順次に接続し、燃焼室１０に連通する排気通路３２が形成されている。

更に、前記エンジン２には、エアクリーナ１２からの吸入空気を過給する過給機（ターボチャージャ）３４が設けられる。この過給機３４は、吸気管１４途中に設けられたコンプレッサ３６と排気管２８途中に設けられて該コンプレッサ３６を駆動するタービン３８とを備えるとともに、コンプレッサ３６とタービン３８とをターボ軸４０で連結し、タービン３８の上流側の排気管２８と下流側の排気管２８とを連通してタービン３８を迂回するように、バイパス通路４２を備えている。

前記コンプレッサ３６よりも下流側の吸気管１４の途中には、過給機３４で過給された吸入空気を冷却するインタクーラ４４が設けられている。

また、前記シリンダヘッド６には、燃料であるガソリンを燃焼室１０内に直接噴射する燃料噴射弁４６が取り付けられている。この燃料噴射弁４６は、燃料配管である燃料供給通路４８によって燃料タンク５０に連絡している。燃料供給通路４８の途中には、燃料フィルタ５２が設けられている。

更に、前記燃料タンク５０内には、電磁式の燃料ポンプ５４が設けられている。燃料タンク５０内の燃料は、電磁式の燃料ポンプ５４の作動により燃料供給通路４８に圧送され、燃料フィルタ５２により塵埃が除去されて燃料噴射弁４６に送給され、終りには、この燃料噴射弁４６から燃焼室１０内に直接噴射される。

前記燃料フィルタ５２と燃料噴射弁４６との間の燃料供給通路４８には、レギュレータ通路５６の一端側が燃料の圧力を調整するプレッシャレギュレータ５８を介して接続している。このレギュレータ通路５６の他端側は、燃料タンク５０内に配置されている。

また、前記燃料タンク５０には、２ウエイチェックバルブ６０を介装したエバポ通路６２の一端側が連通している。このエバポ通路６２の他端側は、キャニスタ６４に連通している。このキャニスタ６４には、１ウエイチェックバルブ６６を介装したパージ通路６８の一端側が連通している。このパージ通路６８の他端側は、スロットルボディ１６内に連通している。

前記スロットルバルブ２４を迂回してスロットルボディ１６内とサージタンク１８内とを連通するように、アイドル空気通路７０が設けられている。このアイドル空気通路７０の途中には、アイドル空気量を調整するＩＳＣバルブ（「アイドル・スピード・コントロールバルブ」または「アイドル空気量制御バルブ」ともいう。）７２が設けられている。

更に、前記シリンダヘッドカバー８には、イグニションコイル７４とＰＣＶバルブ７６とが取り付けられている。このＰＣＶバルブ７６には、サージタンク１８内に連通する第１ブローバイガス通路７８が接続されている。そして、前記シリンダヘッドカバー８内とエアクリーナ１２の直下流の吸気通路２２とを連通するように、第２ブローバイガス通路８０が設けられている。

また、前記エンジン２においては、エンジン回転数を検出可能なエンジン回転数検出手段、例えばエンジン回転数を検出するようにクランク角を検出するクランク角センサ８２と、スロットルバルブ２４のスロットル開度を検出するスロットルセンサ８４と、ノッキングを検出するノッキングセンサ８６と、吸入空気の温度を検出する吸気温検出手段である吸気温センサ８８と、エンジン水温を検出可能なエンジン水温検出手段である水温センサ９０と、過給機３４によって過給される吸入空気の圧力を過給圧として検出する圧力センサ９２と、排気中の酸素濃度を検出するＯ２センサ９４とが設けられている。

前記燃料噴射弁４６と電磁式の燃料ポンプ５４とＩＳＣバルブ７２とイグニションコイル７４とクランク角センサ８２とスロットルセンサ８４とノッキングセンサ８６と吸気温センサ８８と水温センサ９０と圧力センサ９２とＯ２センサ９４とは、制御手段（「エンジンコントロールモジュール」ともいう。）９６に連絡している。また、この制御手段９６には、メインスイッチ９８とフューズ１００とを介してバッテリ１０２が連絡している。

この制御手段９６は、前記エンジン水温検出手段である水温センサ９０により検出されたエンジン水温に応じて、始動時の燃料噴射量を複数回に分割して噴射する噴射制御手段１０４を、例えば内部に備え、この噴射制御手段１０４において、分割数は、エンジン水温が低いほど多く設定するとともに、分割噴射による噴射回数は、前記エンジン２の全気筒数の整数倍で増加する回数にセットすべく制御する構成とする。

詳述すれば、前記噴射制御手段１０４は、制御手段９６の一部としてこの制御手段９６に内蔵して設けることが可能であるが、制御手段９６に内蔵せず、外部接続状態とすることも可能である。

また、前記「整数倍」とは、Ｎ＝１、２、３…とした際のＮ倍を意味している。

更に、前記制御手段９６には、前記噴射制御手段１０４と同様に、始動開始から、分割噴射による噴射回数をカウントする累積分割噴射回数カウント手段１０６と、前記エンジン２が完全に始動完了したかどうかを判定する始動完了手段１０８とを設け、分割噴射が開始され、エンジン回転数検出手段である前記クランク角センサ８２により検出されたエンジン回転数が、始動完了手段１０８によりエンジン２が始動したと判定された場合でも、前記累積分割噴射回数カウント手段１０６によりカウントされた累積の分割噴射回数が、次のセットされた分割噴射による噴射回数に達するまでは始動時噴射量を噴射すべく動作するものである。

更にまた、前記噴射制御手段１０４により始動時の燃料噴射量を２分割して噴射する場合には、１回目噴射量と２回目噴射量とのインターバル時間の関係は、エンジン水温が低いほどインターバル時間を短く設定すべく制御する機能を付加して設ける構成とする。

つまり、この実施例においては、始動時噴射を分割噴射とすることで、極低温時の始動性の向上と煤の低減の効果を得るものであり、分割噴射は始動時の水温により任意の噴射回数設定の多分割噴射、２回噴射を切り換えて制御し、低温領域では多分割噴射、常温領域では通常又は２分割噴射を行う。

そして、図７に示す如く、多分割噴射では、噴射開始のディレイ、噴射回数、噴射間隔が設定でき、２分割噴射では、噴射開始ディレイ、噴射間隔、噴射比率（１回目噴射量と２回目噴射量との比率）の設定をする。

通常、Ｎ気筒の全気筒が爆発する前に回転が立ち上がり始動後噴射に移行するが、分割噴射に関しては、
噴射気筒＝Ｎ
を１セットとして、
噴射気筒＝Ｎ−１
で完爆判定回転数を上回った場合でも、最後の１気筒分も分割噴射を実施する。

例えば、完爆判定回転を上回った時の噴射気筒が「Ｎ−１」のときは、残り１気筒を分割噴射し、噴射気筒が「Ｎ＋１」のときは、残りＮ−１気筒を分割噴射する。

３気筒の場合には、図６に示す如く、点火順序が＃１気筒、＃３気筒、＃２気筒で噴射開始が＃１気筒からの時＃１気筒、＃３気筒で完爆判定した場合は、残りの＃２気筒も始動時噴射又は始動時分割噴射を実施し、＃１気筒、＃３気筒、＃２気筒、＃１気筒で完爆判定した場合は、残りの＃３気筒、＃２気筒を始動時噴射又は始動時分割噴射する。
すなわち、完爆判定されても、直ちに始動後噴射制御ならない場合もある。
従って、各気筒１回ずつを１セットとして始動時の噴射を行う。
ただし、回転上昇が早く、ある値を超えた場合には、分割をやめ、通常の始動時噴射を行う。

低温時は要求量を１回で噴射するより、複数回で噴射する方が霧化が促進され、始動性が向上するものである。霧化が良くなり、シリンダ壁面やピストンヘッド面の燃料付着が減り、煤の発生も抑制される。分割噴射回数は、できるだけ多くする。２分割噴射において、１回目噴射量の比率が多いときは噴射間隔を長くし、１回目噴射量の比率が少ないときは噴射間隔を短くする。始動時のエンジン水温により温度が低い場合には、噴射間隔を短くした方が始動性は安定するものである。

次に作用を説明する。

図１の噴射方法選択について説明すると、噴射方法選択用のプログラムがスタート（２０２）すると、水温判定Ｉ（２０４）に移行する。

この水温判定Ｉ（２０４）においては、分割噴射を行うか否かの判断を行うものであり、この水温判定Ｉ（２０４）で分割噴射する場合には、水温判定ＩＩ（２０６）に移行し、水温判定Ｉ（２０４）で分割噴射しない場合には、通常噴射（２０８）に移行する。

そして、水温判定ＩＩ（２０６）おいては、低温あるいは常温判定を行うものであり、この水温判定ＩＩ（２０６）が低温判定の場合には、多分割噴射（２１０）に移行し、水温判定ＩＩ（２０６）が常温判定の場合には、２分割噴射（２１２）に移行する。

上述の通常噴射（２０８）及び多分割噴射（２１０）、２分割噴射（２１２）の後には、完爆判定（２１４）に移行し、この完爆判定（２１４）においては、残りの気筒の噴射状態を、通常噴射（２０８）、あるいは多分割噴射（２１０）、２分割噴射（２１２）に振り分け、完爆判定（２１４）後には、始動後噴射（２１６）に移行する。

図２の噴射気筒数の確認について説明すると、分割噴射開始の処理（３０２）の後に、完爆判定（３０４）に移行し、この完爆判定（３０４）がＮＯの場合には、分割噴射開始の処理（３０２）に戻り、完爆判定（３０４）がＹＥＳの場合には、気筒カウンタの判断（３０６）に移行する。

この気筒カウンタの判断（３０６）は、Ｎ気筒セットで噴射したか否かを判定するものであり、この気筒カウンタの判断（３０６）がＮＯの場合には、上述した分割噴射開始の処理（３０２）に戻り、気筒カウンタの判断（３０６）がＹＥＳの場合には、始動後噴射（３０８）に移行する。

図３の１工程の噴射量について説明すると、分割噴射と分割回数の設定の処理（４０２）の後に、分割噴射開始の処理（４０４）を行い、燃圧読み込みの処理（４０６）を行う。

この燃圧読み込みの処理（４０６）を行った後には、式
噴射量＝ベースＸ燃圧補正
により噴射量を求め（４０８）、式
噴射量＝１／ｎ
より分割した噴射量を求め（４１０）、噴射回数が、
噴射回数＝Ｎ
であるか否かの判断（４１２）に移行する。

この噴射回数が、
噴射回数＝Ｎ
であるか否かの判断（４１２）において、判断（４１２）がＮＯの場合には、式
噴射量＝ベースＸ燃圧補正
により噴射量を求める処理（４０８）に戻り、判断（４１２）がＹＥＳの場合には、プログラムの終了（４１４）に移行する。

図４のセット噴射中の分割選定について説明すると、セット噴射中に、このセット噴射中の分割選定用のプログラムがスタート（５０２）し、式
エンジン回転数＞閾値
が成立するか否かの判断（５０４）に移行する。なお、閾値は、任意のエンジン回転数であるが、完爆判定値をそのまま利用することも可能である。

そして、上述の式
エンジン回転数＞閾値
が成立するか否かの判断（５０４）において、エンジン回転数が閾値を越え、判断（５０４）がＹＥＳの場合には、分割噴射の停止の処理（５０６）に移行し、エンジン回転数が閾値以下、つまり判断（５０４）がＮＯの場合には、分割噴射の継続の処理（５０８）に移行する。

分割噴射の停止の処理（５０６）及び分割噴射の継続の処理（５０８）の後には、気筒カウンタの判断（５１０）に移行する。

この気筒カウンタの判断（５１０）は、Ｎ気筒セットで噴射したか否かを判定するものであり、この気筒カウンタの判断（５１０）がＮＯの場合には、上述した式
エンジン回転数＞閾値
が成立するか否かの判断（５０４）に戻り、気筒カウンタの判断（５１０）がＹＥＳの場合には、始動後噴射（４１２）に移行する。

これにより、前記エンジン水温検出手段である水温センサ９０により検出されたエンジン水温に応じて、始動時の燃料噴射量を複数回に分割して噴射する噴射制御手段１０４において、分割数は、エンジン水温が低いほど多く設定するとともに、分割噴射による噴射回数は、前記エンジン２の全気筒数の整数倍で増加する回数にセットすべく制御する構成によって、低温及び極低温始動時においても、燃料の霧化を促進させ、かつ始動性を向上させ、さらに煤を低減させることが可能である。

また、始動開始から、分割噴射による噴射回数をカウントする累積分割噴射回数カウント手段１０６と、前記エンジン２が完全に始動完了したかどうかを判定する始動完了手段１０８とを設け、分割噴射が開始され、エンジン回転数検出手段である前記クランク角センサ８２により検出されたエンジン回転数が、始動完了手段１０８によりエンジン２が始動したと判定された場合でも、前記累積分割噴射回数カウント手段１０６によりカウントされた累積の分割噴射回数が、次のセットされた分割噴射による噴射回数に達するまでは始動時噴射量を噴射すべく動作する構成としたことにより、完爆判定直後も、始動時噴射量により制御されるため、始動時の安定性を向上させることができるものである。

更に、前記噴射制御手段１０４により始動時の燃料噴射量を２分割して噴射する場合には、１回目噴射量と２回目噴射量とのインターバル時間の関係は、エンジン水温が低いほどインターバル時間を短く設定すべく制御する機能を付加して設ける構成としたことにより、２分割噴射においても、低温時の始動性を向上させることができる。

なお、この発明は上述実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。

例えば、この発明の実施例においては、２分割噴射の場合に、図７からも明らかなように、１回目噴射量Ａと２回目噴射量Ｂとを実施する構成としたが、図１０に示す如く、１回目噴射量Ａと２回目噴射量Ｂとの大小関係を、
Ａ＞Ｂ
以外にも、
Ａ＜Ｂ
とするとともに、１回目噴射量Ａと２回目噴射量Ｂとの噴射間隔Ｔにおいては、
Ａ＞Ｂ
の場合の噴射間隔Ｔをαとした際に、
Ａ＜Ｂ
の場合には、噴射間隔Ｔをαよりも小なるβとする構成とすることも可能である。
尚、エンジン水温が低くなるほど、α、βともより小さな値をとるものとする。

さすれば、低温及び極低温始動時における燃料の霧化促進、かつ始動性の向上、さらに煤の低減に寄与し得るものである。

また、この発明の実施例においては、始動時の燃料噴射量の分割数や、２分割噴射の場合の１回目噴射量と２回目噴射量との噴射間隔を設定する際に、エンジン水温を利用する構成としたが、エンジン水温以外にも、吸気温度や外気温度等の雰囲気温度を利用する特別構成とすることも可能である。

さすれば、吸気温度や外気温度等からなる雰囲気温度を利用して、始動時の燃料噴射量の分割数や、２分割噴射の場合の１回目噴射量と２回目噴射量との噴射間隔を設定することにより、現状に合致した正確な設定が可能となり、実用上有利である。

この発明の実施例を示すエンジンの始動時噴射制御装置の噴射方法選択用フローチャートである。 エンジンの始動時噴射制御装置の噴射気筒数の確認用フローチャートである。 エンジンの始動時噴射制御装置の１工程の噴射量用フローチャートである。 エンジンの始動時噴射制御装置のセット噴射中の分割選定用フローチャートである。 エンジンの始動時噴射制御装置のシステム図である。 クランク角信号のタイムチャートである。 始動時分割噴射のタイムチャートである。 完爆判定時の噴射方法（完爆判定が途中気筒に引っかからないとき）を示すタイムチャートである。 完爆判定時の噴射方法（完爆判定が途中気筒に引っかかったとき）を示すタイムチャートである。 この発明の他の第１の実施例を示す２分割噴射におけるタイムチャートの概略説明図である。

２ エンジン
１０ 燃焼室
１２ エアクリーナ
１４ 吸気管
１６ スロットルボディ
１８ サージタンク
２０ 吸気マニホルド
２４ スロットルバルブ
２６ 排気マニホルド
３０ 触媒コンバータ
３２ 排気通路
３４ 過給機（ターボチャージャ）
４２ バイパス通路
４４ インタクーラ
４６ 燃料噴射弁
４８ 燃料供給通路
５０ 燃料タンク
５２ 燃料フィルタ
５４ 燃料ポンプ
５６ レギュレータ通路
５８ プレッシャレギュレータ
６０ ２ウエイチェックバルブ
６２ エバポ通路
６４ キャニスタ
６６ １ウエイチェックバルブ
６８ パージ通路
７０ アイドル空気通路
７２ ＩＳＣバルブ
７４ イグニションコイル
７６ ＰＣＶバルブ
７８ 第１ブローバイガス通路
８０ 第２ブローバイガス通路
８２ クランク角センサ
８４ スロットルセンサ
８６ ノッキングセンサ
８８ 吸気温センサ
９０ 水温センサ
９２ 圧力センサ
９４ Ｏ２センサ
９６ 制御手段（「エンジンコントロールモジュール」ともいう。）
９８ メインスイッチ
１００ フューズ
１０２ バッテリ
１０４ 噴射制御手段
１０６ 累積分割噴射回数カウント手段
１０８ 始動完了手段

Claims (1)

1. エンジン水温を検出可能なエンジン水温検出手段と、エンジン回転数を検出可能なエンジン回転数検出手段と、前記エンジン水温検出手段により検出されたエンジン水温に応じて始動時の燃料噴射量を複数回に分割して噴射する噴射制御手段とを備えたエンジンの始動時噴射制御装置において、前記噴射制御手段は、検出された前記エンジン水温に応じて分割噴射をすると判断した後、低温領域では噴射回数設定の多分割噴射を行う一方、常温領域では２分割噴射を行い、前記多分割噴射では、分割数をエンジン水温が低いほど多く設定するとともに、分割噴射による噴射回数をエンジンの全気筒数の整数倍で増加する回数にセットすべく制御する機能を有し、前記２分割噴射では、１回目噴射量と２回目噴射量とインターバル時間との関係をエンジン水温が低いほど１回目噴射量の比率を２回目噴射量に対して少なくするとともにインターバル時間を短く設定すべく制御する機能を有することを特徴とするエンジンの始動時噴射制御装置。

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