JP4541500B2

JP4541500B2 - 筒内燃料噴射エンジンの燃料噴射制御装置

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Publication number: JP4541500B2
Application number: JP2000153467A
Authority: JP
Inventors: 真哉工藤
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2020-05-24
Also published as: JP2001336439A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気筒内に燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタと吸気管内に燃料を噴射するための筒外噴射用インジェクタとを備えた筒内燃料噴射エンジンの燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、筒内燃料噴射エンジンにおいては、気筒内に燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタに加え、補助的に吸気管内に燃料を噴射するための筒外噴射用インジェクタを備えている。そして、燃料の霧化特性が悪化する冷態時に、筒内噴射用インジェクタと筒外噴射用インジェクタとを併用することで、エンジン始動性を向上する。
【０００３】
例えば、特開２０００−８９１６号公報には、機関始動時の噴射量を、主燃料噴射弁（筒内噴射用インジェクタ）と補助燃料噴射弁（筒外噴射用インジェクタ）とで分担させ、その分担率を機関冷却水温に応じて可変設定する技術が開示されている。また、特開平１０−１８８８４号公報には、エンジンの低温始動時、主燃料噴射弁（筒内噴射用インジェクタ）と補助燃料噴射弁（筒外噴射用インジェクタ）とを併用し、主燃料噴射弁の供給燃料量を、補助燃料噴射弁の供給燃料量に基づいて減量補正する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジン始動時には、筒内噴射用インジェクタへ燃料を供給する高圧燃料系の燃料圧力が高圧ポンプによる昇圧が不充分で規定の設定圧力に達しない場合が多い。この点、上述の先行技術では、いずれも高圧燃料系の圧力低下については考慮されておらず、エンジン始動時に筒内噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとで分担して燃料を供給すると、筒内噴射用インジェクタからは、クランキング直後の高圧燃料系の圧力が極めて低い状態で、微粒化が劣悪な燃料が噴射されてしまう。
【０００５】
エンジン始動時の燃料の微粒化の不足は、ある一定の燃料の供給量を考えた場合に空気とのミキシングが効率良く行なわれなくなることを意味し、点火プラグ近傍の可燃混合気濃度が低下して点火不良すなわち始動不良に至る場合がある。これを補うため、燃料供給量を増大させると、潤滑オイルの燃料による希釈、局所的過濃混合気及び液滴の燃焼による煤（粒状物質）の発生等を招き、排気ガスエミッションが悪化（特に、ＨＣ及びＣＯが増加）する虞がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エンジン始動時、気筒内への燃料噴射の微粒化状態を考慮して気筒内への燃料噴射量と吸気管内への燃料噴射量との分担率を適切に設定し、エンジン始動性の向上及び排気ガスエミッションの向上を図ることのできる筒内燃料噴射エンジンの燃料噴射制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、気筒内に燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタと、吸気管内に燃料を噴射するための筒外噴射用インジェクタとを備え、エンジン始動時に、両インジェクタを併用して燃料を供給する筒内燃料噴射エンジンの燃料噴射制御装置において、エンジン始動時に要求される全要求燃料噴射量に対し、上記筒内噴射用インジェクタへ燃料を供給する高圧燃料系の燃料圧力が所定値以下の領域では、上記筒内噴射用インジェクタを停止させて上記筒外噴射用インジェクタに全要求燃料噴射量を分担させ、上記燃料圧力が上記所定値を超える領域においては、上記筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射量と上記筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量とで分担する分担率を、上記高圧燃料系の燃料圧力を主パラメータとして可変設定する燃料分担率設定手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記燃料分担率設定手段は、上記高圧燃料系の燃料圧力が低い程、上記筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量の分担率を大きくすることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記燃料分担率設定手段は、上記高圧燃料系の燃料圧力が上昇するに伴い、上記筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量の分担率を連続的に小さくすることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、上記燃料分担率設定手段は、上記高圧燃料系の燃料圧力をエンジン回転数により予測し、エンジン回転数が低い程、上記筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量の分担率を大きくすることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項３記載の発明において、上記燃料分担率設定手段は、上記高圧燃料系の燃料圧力をエンジン回転数により予測し、エンジン回転数の上昇に伴い、上記筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量の分担率を連続的に小さくすることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記燃料分担率設定手段は、上記高圧燃料系の燃料圧力に加えて気筒内への燃料噴射における温度状態をパラメータとして用い、上記高圧燃料系の燃料圧力が低く且つ上記温度状態が低温側である程、上記筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量の分担率を大きくすることを特徴とする。
【００１３】
すなわち、請求項１記載の発明は、エンジン始動時、全要求燃料噴射量に対し、筒内噴射用インジェクタへ燃料を供給する高圧燃料系の燃料圧力が所定値以下の領域では、筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射を停止させて筒外噴射用インジェクタに全要求燃料噴射量を分担させ、燃料圧力が所定値を超える領域においては、全要求燃料噴射量に対する筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射量と筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量との分担率を、高圧燃料系の燃料圧力を主パラメータとして可変設定し、設定した分担率に従って両インジェクタから燃料を供給することで、高圧燃料系の燃料圧力の上昇が不充分な状態で筒内噴射用インジェクタから微粒化が劣悪なままの燃料が噴射されることを防止してエンジン始動性を向上する。
【００１４】
その際、請求項２記載の発明は、高圧燃料系の燃料圧力が低い程、筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量の分担率を大きくすることにより、微粒化の状態が良好な燃料を確実に供給し、エンジン始動性をより向上する。また、請求項３記載の発明は、高圧燃料系の燃料圧力が上昇するに伴い、筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量の分担率を連続的に小さくすることにより、燃料供給量のステップ的な変化を抑制し、エンジン安定性を向上すると共に排気ガスエミッションの悪化を防止する。
【００１５】
高圧燃料系の燃料圧力は、エンジン回転数により予測することが可能であり、請求項４記載の発明は、エンジン回転数が低い程、筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量の分担率を大きくし、請求項５記載の発明は、エンジン回転数の上昇に伴い、筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量の分担率を連続的に小さくする。
【００１６】
また、請求項６記載の発明は、高圧燃料系の燃料圧力に加えて気筒内への燃料噴射における温度状態をパラメータとして用い、高圧燃料系の燃料圧力が低く且つ温度状態が低温側である程、筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量の分担率を大きくすることにより、低温始動時の筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量を抑制して高圧燃料系の燃料圧力を迅速に上昇させ、筒内噴射用インジェクタからの噴射燃料の微粒化を短時間で実現する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図６は本発明の実施の一形態に係わり、図１はエンジン制御系の概略構成図、図２は燃料供給系の系統図、図３は燃料噴射制御ルーチンのフローチャート、図４は燃料圧力と噴霧粒径との関係を示す説明図、図５は分担率マップの説明図、図６は高圧燃料系の燃料圧力、筒内燃料噴射量、筒外燃料噴射量、及び分担率の変化を示すタイムチャートである。
【００１８】
図１において、符号１は、気筒内に燃料を直接噴射して火花点火により混合気を燃焼させる筒内燃料噴射エンジンであり、図においては水平対向型４気筒ガソリンエンジンを示す。エンジン１のシリンダブロック１ａの左右両バンクには、シリンダヘッド２がそれぞれ設けられ、各シリンダヘッド２の気筒毎に、吸気ポート３と排気ポート４とが形成されている。本形態のエンジン１は、各気筒毎に２個の吸気弁と２個の排気弁とを有する４バルブエンジンであり、２つの吸気ポート３のそれぞれに連通するインテークマニホルド５の一方の分岐管に、低・中負荷の運転領域で燃焼室内にスワール流を生成してエンジンの燃焼効率を向上させるためのスワール制御弁６が介装されている。
【００１９】
また、インテークマニホルド５の各分岐管の上流側集合部であるエアチャンバ７にスロットル弁８が介装され、エアチャンバ７の上流側がスロットル弁８とスロットル弁８を駆動するスロットルアクチュエータ９とを備えた電子制御スロットルボディを介して吸気管１０に連通されている。吸気管１０の上流側には、エアクリーナを格納するエアボックス１２が連通され、エアインテークチャンバ１３を介して新気が取り入れられる。
【００２０】
更に、エンジン１の各気筒毎の各排気ポート４には、エキゾーストマニホルド１４を介して排気管１５が連通され、左右両バンクからの排気管１５の合流部に三元触媒を有する触媒コンバータ１６が介装されている。さらに、この触媒コンバータ１６下流側にＮＯｘ吸蔵触媒を有する触媒コンバータ１７が介装されてマフラ１８に連通されている。
【００２１】
一方、エンジン１のクランク室に連通するブローバイガス通路２３がシリンダブロック１ａ側から延出され、中途で分岐されて一方がスロットル弁８上流の吸気管１０に連通されると共に、他方がブローバイガス制御弁２４を介してスロットル弁８下流に連通されている。更に、新気をクランクケース内に導入するための新気導入通路２５がスロットル弁８上流の吸気管１０から延出され、各バンクのシリンダヘッド２内へ連通されている。エアチャンバ７と排気ポート４とを連通する排気ガス還流（ＥＧＲ）通路２６の中途には、電子制御ユニット１００からの制御信号によってＥＧＲ量を制御するための電子制御式ＥＧＲ制御弁２７が介装されている。
【００２２】
次に、エンジン１の各気筒の燃焼室１ｂには、筒内噴射用インジェクタ２８が臨まされ、更に、筒内噴射用インジェクタ２８に対して補助的に使用する筒外噴射インジェクタとして、各バンク毎のインテークマニホルド５のスワール制御弁６上流に、筒外の吸気管内に燃料を噴射する筒外噴射用インジェクタ２９が配設されている。筒内噴射用インジェクタ２８及び筒外噴射用インジェクタ２９への燃料を貯留する燃料タンク３０には、インタンク式の燃料ポンプ３１が備えられ、この燃料ポンプ３１の吐出口から延出される燃料ライン３２が燃料フィルタ３３を経て二方に分岐され、一方が各バンク毎の筒外噴射用インジェクタ２９に接続されると共に、他方が高圧燃料ポンプユニット３５に接続されている。
【００２３】
高圧燃料ポンプユニット３５は、小型且つ軽量で、エンジン１の特性に応じた必要最小限のポンプ容量の仕様で構成され、エンジン１のカム軸を介して駆動される高圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプの吐出圧を筒内噴射用の高圧の噴射圧に調圧する高圧レギュレータ等が内蔵されている。高圧燃料ポンプユニット３５からは、燃料タンク３０への燃料リターンライン３６と、各気筒の筒内噴射用インジェクタ２８へ燃料を分配する各バンク毎の燃料分配管３８へ連通する高圧ライン３７とが延出されている。高圧ライン３７には、ライン内エアパージのため、燃料圧力切換バルブアッセンブリ３９が接続されており、この燃料圧力切換バルブアッセンブリ３９に連通される圧力レギュレータ４０の燃料リターンライン４１が高圧燃料ポンプユニット３５からの燃料リターンライン３６と合流されて燃料タンク３０に接続されている。
【００２４】
詳細には、図２に示すように、低圧燃料系の主要部を構成する燃料ポンプ３１は、燃料タンク３０内のモータ駆動式フィードポンプ３１ａ、該フィードポンプ３１ａの吸入側に接続される燃料フィルタ３１ｂ及び低圧レギュレータ３１ｃ、フィードポンプ３１ａの吐出側に接続されるダンパ３１ｄを備えたユニットとして構成されている。そして、外部の燃料フィルタ３３を介して高圧燃料ポンプユニット３５と各バンクの筒外噴射用インジェクタ２９とに燃料を供給する。
【００２５】
また、高圧燃料系の主要部を構成する高圧燃料ポンプユニット３５は、エンジン１によって駆動される高圧フィードポンプ３５ｃ、高圧フィードポンプ３５ｃの吐出圧を調圧する高圧レギュレータ３５ｄを主として構成されている。そして、高圧フィードポンプ３５ｃの吸入側に、燃料フィルタ３５ａ及び低圧ダンパ３５ｂが介装されると共に、高圧フィードポンプ３５ｃの吐出側に、高圧ダンパ３５ｅ、オリフィス３５ｆ、ワンウェイバルブ３５ｇが介装されている。高圧フィードポンプ３５ｃの吐出側は、ワンウェイバルブ３５ｇを介して一方のバンクの燃料分配管３８に接続されると共に、ワンウェイバルブ３５ｇから燃料フィルタ３５ｈを介して高圧レギュレータ３５ｄに接続されており、この高圧レギュレータ３５ｄのリターン通路がオリフィス３５ｉを介して燃料タンク３０に連通されている。尚、リターン通路には、ワンウェイバルブ３５ｊを介して高圧フィードポンプ３５ｃのドレイン通路が接続されている。
【００２６】
また、エンジン駆動式の高圧フィードポンプ３５ｃではエンジン始動のクランキング時に吐出圧（吐出流量）が確保できないことから、高圧フィードポンプ３５ｃの吐出側と吸入側とをバイパスする通路にワンウエイバルブ３５ｋが介装されている。すなわち、エンジン始動時、燃料タンク３０内のモータ駆動式のフィードポンプ３１ａからの燃料圧力によってワンウェイバルブ３５ｋが開弁し、高圧フィードポンプ３５ｃをバイパスして燃料分配管３８に燃料を供給する。
【００２７】
更に、他方のバンクの燃料分配管３８に接続される燃料圧力切換バルブアッセンブリ３９は、燃料圧力切換ソレノイド弁３９ａの入力ポート側が燃料フィルタ３９ｂを介して燃料分配管３８に接続されると共に、燃料フィルタ３９ｂの入口側にオリフィス３９ｃを介してレゾネータ３９ｄが接続される構成となっている。エンジン始動時等には、電子制御ユニット１００によって燃料圧力切換ソレノイド弁３９ａが開弁され、高圧ライン３７を圧力レギュレータ４０を介して燃料タンク３０へバイパスさせることで高圧ライン３７の燃料圧力を下げて燃料流量を増大させ、高圧ライン３７内のエア或いは蒸発ガスを迅速に排出する。
【００２８】
一方、燃料タンク３０内の蒸発ガスを放出するため、燃料タンク３０の上部からは、図１中、破線で示すように、パージ通路４２が延出され、万一の車両横転による燃料漏れを防止するためのロールオーババルブ４３及び２方向弁４４を経て活性炭等からなる吸着部を備えたキャニスタ４５に連通されている。パージ通路４２のキャニスタ４５下流側は、キャニスタ４５からの蒸発燃料のパージ量を制御するためのキャニスタパージ制御弁４６を介してエアチャンバ７に連通されている。
【００２９】
また、エンジン１のシリンダヘッド２の各気筒毎に、先端の放電電極を燃焼室に露呈する点火プラグ４７が配設され、各気筒毎の点火プラグ４７に、イグナイタを内蔵する点火コイル４８が連設されている。また、各シリンダヘッド２内の各吸気カム軸を駆動するカムスプロケット内に、吸気カムプーリと吸気カム軸とを相対回動してクランク軸に対する吸気カム軸の回転位相を連続的に可変する周知の油圧駆動式可変バルブタイミングアクチュエータ４９が備えられている。この可変バルブタイミングアクチュエータ４９は、電子制御ユニット１００からの駆動信号で作動するオイルフロー制御弁５０を介した油圧によって駆動制御される。
【００３０】
次に、運転状態を検出するためのセンサ類の配置について説明する。エアクリーナを格納するエアボックス１２に吸気温センサ５１が臨まされ、吸気管１０のエアボックス１２の直下流には、ホットワイヤ或いはホットフィルム等を用いた熱式の吸入空気量センサ５２が介装されている。また、スロットルボディに内設されるスロットル弁８にスロットルセンサ５３が連設されており、エンジン１を制御する上での運転者の出力要求としてアクセルペダル５４の踏み込み量を検出するため、アクセルセンサ５５がケーブルを介してアクセルペダル５４に連設されている。
【００３１】
また、一方のバンクの燃料分配管３８に、高圧燃料系の燃料圧力を検出する燃料圧力センサ５６が取り付けられ、三元触媒を有する触媒コンバータ１６の上下流側に、それぞれ、全運転域で排気ガス中の空燃比を検出するための空燃比センサ５７、排気温センサ５８が配設されている。さらに、触媒コンバータ１６の下流側に、ＮＯｘ吸蔵触媒を有する触媒コンバータ１７が介装され、この触媒コンバータ１７の下流側に、ＮＯｘ吸蔵触媒を通過した排気ガス中の酸素濃度を検出するためのＯ2センサ５９が配設されている。
【００３２】
一方、エンジン１のシリンダブロック１ａにノックセンサ６０が取付けられ、シリンダブロック１ａの左右両バンクを連通する冷却水通路６１には、冷却水温センサ６２が臨まされている。また、エンジン１のクランク軸に軸着するクランクロータ６３の外周にクランク角センサ６４が対設され、クランク軸に対して１／２回転する吸気カムプーリの裏面に気筒判別センサ６５が対設されている。さらに、吸気カム軸の後端に固設されたカムロータの外周に、バルブタイミング制御情報である吸気カム位置を検出するためのカム位置センサ６６が対設されている。尚、本実施の形態においては、気筒判別センサ６５は一方のバンクのみに設けられる。
【００３３】
以上のエンジン１におけるセンサ・アクチュエータ類は、マイクロコンピュータ及び周辺回路からなる電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００に接続されており、各センサ類からの信号をＥＣＵ１００で処理して各アクチュエータ類を駆動し、エンジン１を電子的に制御する。本形態のＥＣＵ１００は、エンジン１の始動・走行時のエンジン制御を行うメイン制御ユニット部１００ａと、運転者の出力要求としてのアクセル開度に係わるスロットル制御を行うＥＴＣ制御ユニット部１００ｂとから構成され、メイン制御ユニット部１００ａでは、燃料噴射制御を含む空燃比制御、点火時期制御、ＥＧＲ制御、可変バルブタイミング制御等を実行し、ＥＴＣ制御ユニット部１００ｂでは、スロットルアクチュエータ９を介したスロットル弁８の電子制御を専用に実行する。
【００３４】
メイン制御ユニット部１００ａには、筒内噴射用インジェクタ２８を駆動するための専用のインジェクタ駆動ユニット１０１が接続されており、インジェクタ駆動ユニット１０１への電源をＯＮ，ＯＦＦするためのインジェクタドライバリレー１０２のリレーコイル、燃料ポンプ３１への電源をＯＮ，ＯＦＦするための燃料ポンプリレー１０３のリレーコイルが接続され、イグニッションリレー１０４のリレー接点を介してイグニッション電源が供給される。
【００３５】
また、メイン制御ユニット部１００ａに接続されるセンサ類としては、前述の各センサ、すなわち、吸気温センサ５１、吸入空気量センサ５２、アクセルセンサ５５、燃料圧力センサ５６、空燃比センサ５７、排気温センサ５８、Ｏ2センサ５９、ノックセンサ６０、冷却水温センサ６２、クランク角センサ６４、気筒判別センサ６５、カム位置センサ６６、及び、マスターバッグ圧力センサ６７等がある。更に、メイン制御ユニット部１００ａに接続されるアクチュエータ類としては、前述の各アクチュエータ類、すなわち、スワール制御弁６、ＥＧＲ制御弁２７、筒外噴射用インジェクタ２９、燃料圧力切換ソレノイド弁３９ａ、キャニスタパージ制御弁４６、点火コイル４８に内蔵されるイグナイタ、可変バルブタイミングアクチュエータ４９を油圧駆動するためのオイルフロー制御弁５０等がある。但し、筒内噴射用インジェクタ２８は、専用のインジェクタ駆動ユニット１０１に接続され、メイン制御ユニット部１００ａからインジェクタ駆動ユニット１０１への制御指令によって駆動制御される。
【００３６】
一方、ＥＴＣ制御ユニット部１００ｂには、ＥＴＣ電源をＯＮ，ＯＦＦするため、ＥＴＣ電源リレー１０５のリレーコイル及びリレー接点が接続されると共に、スロットルアクチュエータ９、スロットルセンサ５３が接続されている。ＥＴＣ制御ユニット部１００ｂは、メイン制御ユニット部１００ａからの制御指令に応じたスロットル開度となるよう、スロットルセンサ５３からの信号に基づいてスロットルアクチュエータ９を駆動する。
【００３７】
ＥＣＵ１００では、各種センサ・スイッチ類からの信号を処理して得られる運転状態に基づいて各種制御量を演算し、制御量に対応する駆動信号を各種アクチュエータ類に出力して運転状態に応じた燃焼形態での空燃比が常に適正な空燃比となるよう制御する。例えば、運転者の出力要求としてのアクセル開度とエンジン回転数とからエンジンの目標トルクを算出し、この目標トルクを実現するに最適な吸入空気量と燃料噴射量とを設定し、筒内噴射用インジェクタ２８へ対応する駆動信号を出力すると共に、スロットルアクチュエータ９を介してスロットル弁８の開度を制御する。
【００３８】
この場合、燃料噴射制御においては、燃料の霧化特性が悪化するエンジン始動時、筒内噴射用インジェクタ２８による気筒内への燃料噴射に加えて筒外噴射用インジェクタ２９による吸気管内への補助的な燃料噴射を併用し、始動性の向上を図っているが、筒内噴射用インジェクタ２８の燃料噴射量と筒外噴射用インジェクタ２９の燃料噴射量との分担率をエンジンの冷却水温等に基づいて一義的に設定すると、高圧燃料系の燃料圧力が低い状態で筒内噴射用インジェクタ２８から微粒化の劣悪な燃料が噴射されてしまい、始動性の悪化、排気エミッションの悪化を招く虞がある。
【００３９】
このため、ＥＣＵ１００では、エンジン始動時に要求される全要求燃料噴射量に対し、筒内噴射用インジェクタ２８による燃料噴射量と筒外噴射用インジェクタ２９による燃料噴射量とで分担する分担率を、高圧燃料系の燃料圧力を主パラメータとして可変設定することで、最終的に燃焼室内に微粒化の良好化な燃料を供給し、エンジン始動性及び排気ガスエミッションを向上する。すなわち、ＥＣＵ１００は、本発明に係る燃料分担率設定手段の機能を有し、具体的には、図３に示すルーチンにより、その機能を実現する。
【００４０】
以下、ＥＣＵ１００による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。図３の燃料噴射制御ルーチンは、システムに電源が投入されてイニシャライズ（バックアップメモリのデータを除くフラグや変数値のクリア）された後、所定周期毎に実行されるルーチンである。
【００４１】
この燃料噴射制御ルーチンでは、先ず、ステップＳ１で、エンジン１がクランキングされてから完爆回転数（例えば、５００〜６００ｒｐｍ）に達するまでの始動時制御を実行中であるか否かを調べる。その結果、既にエンジンが完爆しており、始動時制御が終了している場合には、ステップＳ１からステップＳ１０へ分岐し、筒内噴射用インジェクタ２８のみを用いた筒内噴射の通常制御を実行してルーチンを抜ける。
【００４２】
一方、ステップＳ１において、エンジン１が始動時制御中である場合には、ステップＳ２へ進んで、冷却水温センサ６２からの信号に基づくエンジンの冷却水温（エンジン水温）Ｔを読込み、ステップＳ３で、エンジン水温Ｔに基づいて始動時の全要求燃料噴射量Ｇｆを設定する。全要求燃料噴射量Ｇｆは、筒内噴射用インジェクタ２８により気筒内に直接噴射される燃料噴射量（筒内燃料噴射量）Ｇｉと、筒外噴射用インジェクタ２９により吸気管内に噴射される燃料噴射量（筒外燃料噴射量）Ｇｏとの合計燃料噴射量である。
【００４３】
次いで、ステップＳ４へ進み、燃料分配管３８に取付けられた燃料圧力センサ５６からの信号に基づく高圧燃料系の燃料圧力Ｐを読込む。この燃料圧力Ｐは、燃料分配管３８内の圧力脈動に対して所定区間で平均化処理等を施した圧力値である。尚、高圧燃料系の燃料圧力Ｐは、燃料圧力センサ５６を用いることなく、高圧フィードポンプ３５ｃの回転数を等価に表すエンジン回転数や要求燃料噴射量等のエンジン運転状態から予測するようにしても良い。
【００４４】
続くステップＳ５では、高圧燃料系の燃料圧力Ｐに基づいて分担率マップを参照し、全要求燃料噴射量Ｇｆに対する筒内噴射用インジェクタ２８による筒内燃料噴射量Ｇｉの割合すなわち分担率ＫＲを補間計算等により設定する。分担率マップは、エンジン始動時の筒内噴射用インジェクタ２８からの噴射燃料の微粒化の程度を高圧燃料系の燃料圧力に基づいて予測し、良好な微粒化を得ることのできる筒内燃料噴射量Ｇｉを設定するためのものであり、予めシミュレーション或いは実験等により求めた最適値を全要求燃料噴射量Ｇｆに対する筒内燃料噴射量Ｇｉの割合としてデータマップ化し、ＥＣＵ１００内のメモリに固定データとして記憶しておく。
【００４５】
すなわち、筒内噴射用インジェクタ２８は、高圧の燃料圧力を前提としているため、エンジン始動時等の高圧フィードポンプ３５ｃによる昇圧が不充分な場合、図４に示すように、噴霧粒径が粗くなり、微粒化状態が悪化する傾向にある。エンジン始動時の燃料の微粒化の不足は、ある一定の燃料の供給量を考えた場合に空気とのミキシングが効率良く行なわれなくなることを意味し、点火プラグ近傍の可燃混合気濃度が低下して点火不良すなわち始動不良に至る場合がある。これを補うため、燃料供給量を増大させると、潤滑オイルの燃料による希釈、局所的過濃混合気及び液滴の燃焼による煤（粒状物質）の発生等を招き、排気ガスエミッションが悪化（特に、ＨＣ及びＣＯが増加）する虞がある。
【００４６】
一方、筒外噴射用インジェクタ２９は、低圧の燃料圧力（高圧フィードポンプ３５ｃへの供給燃料圧力）を前提としており、吸気管内に燃料を噴射するため、噴射された燃料が燃焼室内に到達するまでに空気とのミキシングや燃料の気化のための時間的余裕が比較的大きく、高圧燃料系の燃料圧力が低下している状況下では、筒内噴射用インジェクタ２８に対して燃料の微粒化の点で有利である。従って、高圧燃料系の燃料圧力が低下するエンジン始動時、分担率ＫＲにより燃料微粒化の程度を予測し、微粒化の悪化が予想される状況では全要求燃料噴射量Ｇｆに対して筒内噴射用インジェクタ２８による筒内燃料噴射量Ｇｉを相対的に減らし、その不足分を筒外噴射用インジェクタ２９による吸気管内への筒外燃料噴射量Ｇｏで補うことにより、最終的にエンジン始動に必要な燃料量と微粒化のレベルとを確保し、エンジン始動性を向上させる。
【００４７】
図５（ａ）に示すように、分担率マップは、高圧燃料系の燃料圧力Ｐが低い程、筒内噴射用インジェクタ２８による筒内燃料噴射量Ｇｉの分担率が小さくなる特性を有し、この筒内燃料噴射量Ｇｉの分担率が小さくなるに従って筒外噴射用インジェクタ２９による筒外燃料噴射量Ｇｏの分担率が大きくなる。すなわち、高圧燃料系の燃料圧力Ｐが低い程、筒内噴射用インジェクタ２８から噴射される燃料量を減少させて燃料の微粒化の悪化による影響を防止すると共に、筒外噴射用インジェクタ２９から微粒化の良好な燃料を供給する。尚、前述したように、高圧燃料系の燃料圧力Ｐをエンジン回転数或いは要求燃料噴射量等で予測する場合には、例えば、エンジン回転数が低い程、筒内噴射用インジェクタ２８による筒内燃料噴射量Ｇｉの分担率を小さくすることで、筒外噴射用インジェクタ２９による筒外燃料噴射量Ｇｏの分担率を大きくする。
【００４８】
更に、噴射燃料の微粒化の程度は、筒内への燃料噴射における温度状態にも依存することから、より緻密な制御を行なうためには、高圧燃料系の燃料圧力Ｐに加えて筒内への燃料噴射における温度状態をパラメータとして用いることが望ましい。筒内への燃料噴射における温度状態は、燃料温度や噴射雰囲気の温度で代表することができ、噴射雰囲気の温度としては、エンジン水温や潤滑オイル温度によって示されるエンジン温度、或いは吸入空気温度を採用することができる。
【００４９】
図５（ｂ）は、筒内への燃料噴射における温度状態としてエンジン水温Ｔを採用し、高圧燃料系の燃料圧力Ｐとエンジン水温Ｔとに基づいて作成した分担率マップの特性を示す例であり、エンジン水温Ｔが低い程、噴射燃料の微粒化が悪化することから、同じ燃料圧力Ｐに対し、エンジン水温Ｔが低くなる程、分担率ＫＲを小さくして筒内噴射用インジェクタ２８による筒内燃料噴射量Ｇｉを減少させて燃料の微粒化の悪化による影響を防止し、筒外噴射用インジェクタ２９による筒外燃料噴射量Ｇｏを増加させて微粒化の良好な燃料を補う。
【００５０】
そして、以上の分担率ＫＲを設定した後は、ステップＳ５からステップＳ６へ進み、先に設定した全要求燃料噴射量Ｇｆに分担率ＫＲを乗算して筒内噴射用インジェクタ２８による筒内燃料噴射量Ｇｉを求める（Ｇｉ←Ｇｆ×ＫＲ）。次に、ステップＳ７で、筒内噴射用インジェクタ２８の噴射時間を定める燃料噴射パルス幅Ｔｉｉを設定し、噴射タイマにセットする。筒内噴射用インジェクタ２８に対する燃料噴射パルス幅Ｔｉｉは、例えば、筒内燃料噴射量Ｇｉを、周知のように高圧燃料系の燃料圧力、筒内噴射用インジェクタ２８のインジェクタ特性及びバッテリ電圧に依存する無効噴射時間等により補正して設定することができる。
【００５１】
その後、ステップＳ８へ進み、全要求燃料噴射量Ｇｆに、筒外噴射用インジェクタ２９による筒外燃料噴射量Ｇｏの分担率すなわちマップ設定の分担率ＫＲの補数（１−ＫＲ）を乗算し、筒外噴射用インジェクタ２９による筒外燃料噴射量Ｇｏを求める（Ｇｏ←Ｇｆ×（１−ＫＲ））。そして、ステップＳ９で、筒外噴射用インジェクタ２９の噴射時間を定める燃料噴射パルス幅Ｔｉｏを設定し、噴射タイマにセットしてルーチンを抜ける。筒外噴射用インジェクタ２９に対する燃料噴射パルス幅Ｔｉｏは、例えば、筒外燃料噴射量Ｇｏを、筒外噴射用インジェクタ２９のインジェクタ特性及びバッテリ電圧に依存する無効噴射時間等により補正して設定することができる。
【００５２】
例えば、図４に示すように、筒内噴射用インジェクタ２８による噴射燃料の噴霧粒径が筒外噴射用インジェクタ２９による噴射燃料の噴霧粒径に対して明らかに悪化する燃料圧力Ｐ0以下の範囲において、分担率マップの設定値をＫＲ＝０．０に設定した場合、図６（ａ）に示すように、エンジンクランキング開始後、高圧燃料系の燃料圧力がＰ0に達するまでの間、全要求燃料噴射量Ｇｆの全量が筒外噴射用インジェクタ２９からの筒外燃料噴射量Ｇｏに割り当てられる。すなわち、従来のように、図６（ｂ）に示すように、クランキング直後から筒内噴射用インジェクタ２８と筒外噴射用インジェクタ２９とで分担して燃料を噴射する場合、図６（ｂ）の斜線で示す領域では、高圧燃料系の燃料圧力が低いため、筒内噴射用インジェクタ２８からの噴霧燃料の微粒化が劣悪な状態で燃料が供給されることになるが、本形態による制御では、高圧燃料系の燃料圧力がＰ0以下の領域では筒内噴射用インジェクタ２８による燃料噴射を停止し、相対的に燃料微粒化が良好な筒外噴射用インジェクタ２９から吸気管内に燃料を噴射することで、エンジン始動性を向上させる。
【００５３】
その後、時間の経過と共にエンジン回転数が上昇し、このエンジン回転数の上昇に伴って高圧フィードポンプ３５ｃの回転数が上昇して高圧燃料系の燃料圧力が上昇すると、通常制御での設定圧力に達するまでの間、分配率マップによって設定される分担率ＫＲが燃料圧力の上昇に伴って連続的に大きくなる。その結果、筒外噴射用インジェクタ２９からの筒外燃料噴射量Ｇｏが徐々に減少する一方、筒内噴射用インジェクタ２８からの筒内燃料噴射量Ｇｉが徐々に増加し、最終的に分担率ＫＲ＝１．０となったとき、要求燃料噴射量Ｇｆの全量が筒内噴射用インジェクタ２８からの筒内燃料噴射量Ｇｉとなる。すなわち、筒外噴射用インジェクタ２９による吸気管内への燃料噴射から筒内噴射用インジェクタ２８による筒内への燃料噴射へ徐々に切換えることにより、燃料供給量のステップ的な変化を抑制し、エンジン安定性を向上すると共に排気ガスエミッションの悪化を防止することができる。
【００５４】
この場合、極低温時のエンジン始動において、燃料の気化が著しく低下し、多大な燃料供給量を必要とする状況下では、筒内噴射用インジェクタ２８のみによる燃料供給が困難となる場合がある。このような問題が予測される場合、高圧燃料系の燃料圧力とエンジン水温とに基づく分担率マップを用い、筒内噴射用インジェクタ２８のみによる燃料供給が困難となる燃料圧力範囲及びエンジン水温範囲では、全要求燃料噴射量Ｇｆの全量を筒外噴射用インジェクタ２９からの筒外燃料噴射量Ｇｏとすることにより、容易に対処することができる。
【００５５】
更に、上述のような極低温下では、筒内噴射用インジェクタ２８からの燃料噴射量不足に至らないまでも、高圧フィードポンプ３５ｃの吐出能力に対して筒内噴射用インジェクタ２８の燃料噴射量が過大となることから、高圧燃料系の圧力上昇に遅延が発生する場合がある。このような場合においても、燃焼への寄与度が低い低燃料圧力時の筒内噴射用インジェクタ２８からの燃料噴射量を抑制することにより、高圧燃料系の燃料圧力を迅速に上昇させて筒内噴射用インジェクタ２８からの噴射燃料の微粒化を短時間で実現することができ、燃焼への寄与度が低い無駄燃料を抑制して、潤滑オイルの燃料による希釈、局所的過濃混合気及び液滴の燃焼による煤（粒状物質）の発生等を未然に防止し、排気ガスエミッションの向上を図ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、エンジン始動時、気筒内への燃料噴射の微粒化状態を考慮して気筒内への燃料噴射量と吸気管内への燃料噴射量との分担率を適切に設定し、エンジン始動性の向上及び排気ガスエミッションの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン制御系の概略構成図
【図２】燃料供給系の系統図
【図３】燃料噴射制御ルーチンのフローチャート
【図４】燃料圧力と噴霧粒径との関係を示す説明図
【図５】分担率マップの説明図
【図６】高圧燃料系の燃料圧力、筒内燃料噴射量、筒外燃料噴射量、及び分担率の変化を示すタイムチャート
【符号の説明】
１筒内燃料噴射エンジン
２８筒内噴射用インジェクタ
２９筒外噴射用インジェクタ
１００電子制御装置（燃料分担率設定手段）
Ｐ高圧燃料系の燃料圧力
ＫＲ分担率

Claims

気筒内に燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタと、吸気管内に燃料を噴射するための筒外噴射用インジェクタとを備え、エンジン始動時に、両インジェクタを併用して燃料を供給する筒内燃料噴射エンジンの燃料噴射制御装置において、
エンジン始動時に要求される全要求燃料噴射量に対し、上記筒内噴射用インジェクタへ燃料を供給する高圧燃料系の燃料圧力が所定値以下の領域では、上記筒内噴射用インジェクタを停止させて上記筒外噴射用インジェクタに全要求燃料噴射量を分担させ、上記燃料圧力が上記所定値を超える領域においては、上記筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射量と上記筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量とで分担する分担率を、上記高圧燃料系の燃料圧力を主パラメータとして可変設定する燃料分担率設定手段を備えたことを特徴とする筒内燃料噴射エンジンの燃料噴射制御装置。
上記燃料分担率設定手段は、上記高圧燃料系の燃料圧力が低い程、上記筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量の分担率を大きくすることを特徴とする請求項１記載の筒内燃料噴射エンジンの燃料噴射制御装置。
上記燃料分担率設定手段は、上記高圧燃料系の燃料圧力が上昇するに伴い、上記筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量の分担率を連続的に小さくすることを特徴とする請求項１記載の筒内燃料噴射エンジンの燃料噴射制御装置。
上記燃料分担率設定手段は、上記高圧燃料系の燃料圧力をエンジン回転数により予測し、エンジン回転数が低い程、上記筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量の分担率を大きくすることを特徴とする請求項２記載の筒内燃料噴射エンジンの燃料噴射制御装置。
上記燃料分担率設定手段は、上記高圧燃料系の燃料圧力をエンジン回転数により予測し、エンジン回転数の上昇に伴い、上記筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量の分担率を連続的に小さくすることを特徴とする請求項３記載の筒内燃料噴射エンジンの燃料噴射制御装置。
上記燃料分担率設定手段は、上記高圧燃料系の燃料圧力に加えて気筒内への燃料噴射における温度状態をパラメータとして用い、上記高圧燃料系の燃料圧力が低く且つ上記温度状態が低温側である程、上記筒外噴射用インジェクタによる燃料噴射量の分担率を大きくすることを特徴とする請求項１記載の筒内燃料噴射エンジンの燃料噴射制御装置。