JP4618281B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、噴射前の燃料を加熱させることの可能な内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

近年、自動車業界においては、自動車を取り巻く環境の変化に対応させる為に様々な取り組みが行われている。例えば、内燃機関の分野では、異なる燃料性状の燃料を用いても運転を行うことのできる所謂多種燃料内燃機関についての取り組みが為されている。この種の多種燃料内燃機関が搭載された車輌は、一般にフレキシブル燃料車（ＦＦＶ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｕｅｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）と呼ばれており、その一例としては、ガソリン燃料，アルコール燃料又はこれらの混合燃料の何れを利用しても運転を可能にし、埋蔵量の限界が謳われ続けているガソリン燃料等の化石燃料の消費抑制などのような環境性能の向上を図らんとするものが知られている。例えば、下記の特許文献１には、ガソリン燃料とアルコール燃料からなるアルコール混合燃料を使用して運転させる多種燃料内燃機関について開示されている。

ところで、一般に、ガソリン燃料に比べるとアルコール燃料の方が蒸発特性に劣る（つまり、蒸発潜熱が大きい）ので、外気温、機関冷却水の温度や機関潤滑油の温度が低い状態での低温始動時には、アルコール濃度が高いほど始動性が悪化してしまう。これが為、従来においては、噴射前の燃料をヒータ等の加熱手段で加熱することによって蒸発特性を向上させ、これにより低温始動性の向上を図らんとする技術について知られている。例えば、かかる技術については、下記の特許文献２に開示されている。

尚、下記の特許文献３には、ピストンの停止位置の制御を行う技術について開示されている。この特許文献３に記載の技術は、燃料カット後にクランクシャフトに対してモータジェネレータの駆動力を付与することによって機関回転数を一定にし、そのときの慣性エネルギを利用してクランク角度を最適なクランク角度停止位置に停止させる、というものである。

特開平２−３０５３３５号公報 特開平５−２０９５７９号公報 特開２００４−２６３５６９号公報

ここで、そのような燃料の加熱により低温始動性の向上を図る技術においては、燃料が噴射されるに従って、加熱手段よりも上流側（つまり、燃料タンク側）の低温の燃料が加熱手段で暖められる前に燃料噴射弁側へと送り出される。従って、かかる技術においては、予め加熱手段で暖められていた燃料が燃料供給経路上で低温の燃料と混ざり合って温度を下げてしまい、せっかく向上していた蒸発特性を低下させてしまうので、低温始動性の改善が図れなくなる。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、加熱された燃料による低温始動性の改善効果を実効あるものにすることが可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成する為、請求項１記載の発明では、燃料ポンプからの送出後に加熱された燃料を燃料デリバリパイプに繋がれた気筒毎の燃料噴射弁に噴射させることの可能な内燃機関の燃料噴射制御装置において、低温始動時に内燃機関を安定始動させる上で最低限必要な前記加熱された燃料の着火回数に応じて、その各燃料噴射弁の中から低温始動性を高めるのに適した初動燃料噴射弁の設定を行う初動燃料噴射弁設定手段と、その設定された初動燃料噴射弁から燃料噴射を開始させるように制御を行う燃料噴射制御手段と、を設けている。

この請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、低温始動時に初動燃料噴射弁を始点にして燃料噴射を行うことができるので低温始動性が高まる。

例えば、その燃料噴射制御手段は、請求項２記載の発明の如く、低温始動させる際に前記設定された初動燃料噴射弁よりも先に別の燃料噴射弁の燃料噴射時期が来るならば、その先に燃料噴射時期の来る別の燃料噴射弁の燃料噴射動作を禁止させるよう構成すればよい。これにより、この請求項２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、設定された初動燃料噴射弁から燃料噴射を開始させることができる。

また、上記目的を達成する為、請求項３記載の発明では、燃料ポンプからの送出後に加熱された燃料を燃料デリバリパイプに繋がれた気筒毎の燃料噴射弁に噴射させることの可能な内燃機関の燃料噴射制御装置において、低温始動時に内燃機関を安定始動させる上で最低限必要な前記加熱された燃料の着火回数に応じて、前記各燃料噴射弁の中から低温始動性を高めるのに適した初動燃料噴射弁の設定を行う初動燃料噴射弁設定手段と、前記初動燃料噴射弁に係る気筒が機関始動時に吸気行程で始まるよう当該気筒のピストンの停止位置を機関停止時に制御する機関停止制御手段と、を設けている。

この請求項３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、上記請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置と同様に、低温始動時に初動燃料噴射弁を始点にして燃料噴射を行うことができるので低温始動性が高まる。

ここで、例えば、その初動燃料噴射弁としては、請求項４記載の発明の如く、燃料デリバリパイプにおける燃料ポンプからの燃料供給口の近くに配置された燃料噴射弁を設定することができる。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、低温始動時に低温始動性を高めるのに適した初動燃料噴射弁を始点にして燃料噴射を開始させることができるので、換言すれば、少なくとも低温始動性を高めるのに適した回数だけ連続して加熱された燃料の噴射を行うことができるので、その加熱燃料による低温始動時の始動性の改善効果を非加熱燃料によって阻害されることなく維持することができる。つまり、この内燃機関の燃料噴射制御装置は、非加熱燃料の噴射に伴う失火等を防ぐことができるので、その加熱燃料による低温始動性の改善効果が実効あるものとなる。

以下に、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施例１を図１から図７に基づいて説明する。以下においては、適用対象たる内燃機関の一例を説明しつつ本実施例１の燃料噴射制御装置について詳述する。

ここで例示する内燃機関とは、ガソリン燃料，アルコール燃料（エタノール、メタノール、ブタノール等）又はこれらの混合燃料等のように異なる燃料性状の燃料を用いても運転を行うことのできる所謂フレキシブル燃料車に搭載される多種燃料内燃機関であって、図１に示す電子制御装置（ＥＣＵ）１によって燃焼制御等の各種制御動作が実行されるものである。尚、その電子制御装置１は、図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置），所定の制御プログラム等を予め記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ），そのＣＰＵの演算結果を一時記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ），予め用意された情報等を記憶するバックアップＲＡＭ等で構成されている。

最初に、ここで例示する内燃機関の構成について図１に基づき説明を行う。尚、その図１においては、便宜上１気筒のみを図示しているが、実際には複数の気筒が具備されている。

この内燃機関には、燃焼室ＣＣを形成するシリンダヘッド１１，シリンダブロック１２及びピストン１３が備えられている。ここで、そのシリンダヘッド１１とシリンダブロック１２は図１に示すヘッドガスケット１４を介してボルト等で締結されており、これにより形成されるシリンダヘッド１１の下面の凹部１１ａとシリンダブロック１２のシリンダボア１２ａとの空間内にピストン１３が往復移動可能に配置される。そして、上述した燃焼室ＣＣは、そのシリンダヘッド１１の凹部１１ａの壁面とシリンダボア１２ａの壁面とピストン１３の頂面１３ａとで囲まれた空間によって構成される。

この内燃機関は、機関回転数や機関負荷等の運転条件に従って空気と燃料を燃焼室ＣＣに送り込み、その運転条件に応じた燃焼制御を実行する。その空気については、図１に示す吸気通路２１とシリンダヘッド１１の吸気ポート１１ｂを介して外部から吸入される。一方、その燃料については、図１に示す燃料供給装置５０を用いて供給される。

先ず、空気の供給経路について説明する。

この内燃機関の吸気通路２１上には、外部から導入した空気に含まれる塵埃等の異物を除去するエアクリーナ２２と、外部からの吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段２３と、が設けられている。その吸入空気量検出手段２３としては、吸入空気量を直接検出するエアフロメータ等の空気量検出センサ、吸気通路２１内の圧力（即ち、吸気圧）を検出する吸気管圧センサなどが考えられる。後者の吸気管圧センサを利用する場合、吸入空気量は、その吸気圧と機関回転数から間接的に求める。この内燃機関においては、その吸入空気量検出手段２３の検出信号が電子制御装置１へと送られ、その検出信号に基づいて電子制御装置１が吸入空気量や機関負荷等を算出する。尚、機関回転数については、クランクシャフト１５の回転角度の検出を行うクランク角センサ１６の検出信号から把握させることができる。

また、その吸気通路２１上における吸入空気量検出手段２３よりも下流側には、燃焼室ＣＣ内への吸入空気量を調節するスロットルバルブ２４と、このスロットルバルブ２４を開閉駆動するスロットルバルブアクチュエータ２５と、が設けられている。本実施例１の電子制御装置１には、そのスロットルバルブアクチュエータ２５を運転条件に従って駆動制御し、その運転条件に応じた弁開度（換言すれば、吸入空気量）となるようにスロットルバルブ２４の開弁角度を調節させるスロットルバルブ制御手段が用意されている。ここでは、そのスロットルバルブアクチュエータ２５とスロットルバルブ制御手段とでスロットルバルブ開度制御手段を構成する。例えば、そのスロットルバルブ２４については、運転条件に応じた空燃比を成す為に必要な吸入空気量の空気が燃焼室ＣＣへと吸入されるよう調節される。この内燃機関においては、そのスロットルバルブ２４の弁開度を検出し、その検出信号を電子制御装置１に送信するスロットル開度センサ２６が設けられている。

一方、吸気ポート１１ｂはその一端が燃焼室ＣＣに開口しており、その開口部分に当該開口を開閉させる吸気バルブ３１が配設されている。その開口の数量は１つでも複数でもよく、その開口毎に吸気バルブ３１が配備される。従って、この内燃機関においては、その吸気バルブ３１を開弁させることによって吸気ポート１１ｂから燃焼室ＣＣ内に空気が吸入される一方、その吸気バルブ３１を閉弁させることによって燃焼室ＣＣ内への空気の流入が遮断される。

ここで、その吸気バルブ３１としては、例えば、図示しない吸気側カムシャフトの回転と弾性部材（弦巻バネ）の弾発力に伴って開閉駆動されるものがある。この種の吸気バルブ３１においては、その吸気側カムシャフトとクランクシャフト１５の間にチェーンやスプロケット等からなる動力伝達機構を介在させることによってその吸気側カムシャフトをクランクシャフト１５の回転に連動させ、予め設定された開閉時期に開閉駆動させる。ここで例示する内燃機関においては、このようなクランクシャフト１５の回転に同期して開閉駆動される吸気バルブ３１を適用することができる。

但し、この内燃機関は、その吸気バルブ３１の開閉時期やリフト量を変更可能な所謂可変バルブタイミング＆リフト機構等の可変バルブ機構を具備してもよく、これにより、その吸気バルブ３１の開閉時期やリフト量を運転条件及び運転モードに応じた好適なものへと可変させることができるようになる。更にまた、この内燃機関においては、かかる可変バルブ機構と同様の作用効果を得るべく、電磁力を利用して吸気バルブ３１を開閉駆動させる所謂電磁駆動弁を利用してもよい。

続いて、燃料供給装置５０について説明する。

この燃料供給装置５０としては、１つの燃料タンク内の燃料を吸気ポート１１ｂ内又は／及び燃焼室ＣＣ内に噴射するもの，複数の燃料タンク内に貯留された燃料性状の異なる燃料を燃料混合装置等で混ぜ合わせて吸気ポート１１ｂ又は／及び燃焼室ＣＣ内に噴射するもの等が考えられる。本実施例１においては、１つの燃料タンク４１に貯留されている燃料Ｆを吸気ポート１１ｂに噴射し、吸入空気と共に燃焼室ＣＣへと導くポート噴射式のものを代表して例示する。

具体的に、この燃料供給装置５０は、その燃料Ｆを燃料タンク４１から吸い上げて燃料通路５１に送出する燃料ポンプとしてのフィードポンプ５２と、その燃料通路５１の燃料Ｆを夫々の気筒に分配する燃料デリバリパイプ５３と、この燃料デリバリパイプ５３から供給された燃料Ｆを夫々の吸気ポート１１ｂに噴射する各気筒の燃料噴射弁（燃料噴射手段）５４と、を備える。

この燃料供給装置５０は、そのフィードポンプ５２及び燃料噴射弁５４を運転条件に従って燃料噴射制御装置としても機能する電子制御装置１に駆動制御させ、これにより、その運転条件に対応させた燃料噴射量，燃料噴射時期及び燃料噴射期間等の燃料噴射条件で燃料Ｆが噴射されるように構成する。例えば、その電子制御装置１には、その燃料Ｆをフィードポンプ５２で燃料タンク４１から吸い上げさせ、運転条件に応じた燃料噴射条件で燃料噴射弁５４に噴射を実行させる。

このようにして吸気ポート１１ｂに供給された燃料Ｆは、その吸気ポート１１ｂ内で上述した空気と混ざり合いながら吸気バルブ３１の開弁と共に燃焼室ＣＣ内へと供給され、運転条件に応じた点火時期になると点火プラグ６１の着火動作によって燃焼させられる。そして、その燃焼された後の筒内ガス（燃焼ガス）は、燃焼室ＣＣから図１に示す排気ポート１１ｃへと排出され、排気通路８１を介して大気へと放出される。

その排気ポート１１ｃには、燃焼室ＣＣとの間の開口を開閉させる排気バルブ７１が配設されている。その開口の数量は１つでも複数でもよく、その開口毎に上述した排気バルブ７１が配備される。従って、この内燃機関においては、その排気バルブ７１を開弁させることによって燃焼室ＣＣ内から排気ポート１１ｃに燃焼ガスが排出され、その排気バルブ７１を閉弁させることによって燃焼ガスの排気ポート１１ｃへの排出が遮断される。

ここで、その排気バルブ７１としては、上述した吸気バルブ３１と同様に、動力伝達機構を介在させたもの、所謂可変バルブタイミング＆リフト機構等の可変バルブ機構を具備したものや所謂電磁駆動弁を適用することができる。

また、排気通路８１上には排気浄化装置８２が配設されており、排気ガス中の有害成分の浄化が行われる。

上述したが如く、本機関に使用可能な燃料Ｆとしては、主としてガソリン燃料，アルコール燃料又はアルコール混合燃料が考えられる。そのアルコール混合燃料とは、アルコール燃料とこれとは燃料性状の異なる少なくとも１種類の燃料との混合燃料であり、ここでは炭化水素系燃料（例えばガソリン燃料）と混合されているものとする。従って、純粋なガソリン燃料が使用されているならば問題は起こり難いが、純粋なアルコール燃料やアルコール混合燃料が低温始動時に使用された場合には、そのアルコール燃料やアルコール混合燃料はガソリン燃料よりも蒸発特性の点で劣っているので、点火プラグ６１で着火させることができなくなる又は着火したとしても直ぐに失火してしまう可能性がある。かかる不都合は、アルコール濃度が高くなるにつれて顕著に表れるようになる。

そこで、この内燃機関においては、アルコール燃料やアルコール混合燃料で運転する際の低温始動時における始動性の悪化に対処すべく、燃料供給装置５０上にヒータ等の加熱手段を設け、予め燃料Ｆを暖めて蒸発特性の改善を図っている。

例えば、ここでは、図２に示す如く、燃料デリバリパイプ５３に加熱手段５５を配設し、燃料通路５１から送られてきた燃料デリバリパイプ５３内の燃料Ｆを加熱させるように構成している。その加熱手段５５は、電子制御装置１の燃料加熱制御手段によってそのＯＮ／ＯＦＦ動作が制御される。

ここで、例えば暖機運転終了後やガソリン燃料で運転する際には燃料Ｆを暖めなくとも適切に着火動作が行われると考えられるので、この加熱手段５５は、主に低温始動性に劣るアルコール燃料又はアルコール混合燃料で機関始動させるときに加熱動作（ＯＮ動作）させればよい。その加熱動作は、例えば、イグニッションＯＮ信号が検出された際やドアロック解除信号が検出された際に機関冷却水温が所定よりも低ければ、機関始動動作（つまり、クランキング動作）が行われるよりも前から予め実行しておく。また、加熱動作は、暖機運転終了後であっても、機関冷却水温が所定よりも低くなったときに実行させてもよい。その機関冷却水温については、図１に示す水温センサ１７から検出することができる。

ところで、フィードポンプ５２は、フューエルカット等が行われない限り一般に常時駆動状態にある。このようなことから、燃料噴射弁５４から燃料Ｆが噴射された際には、燃料デリバリパイプ５３内にその噴射された分だけ燃料通路５１から燃料Ｆが補給される。図２には直列４気筒内燃機関用の燃料デリバリパイプ５３と＃１気筒から＃４気筒用の第１から第４の燃料噴射弁５４ａ〜５４ｄを図示しているが、例えば第１燃料噴射弁５４ａから燃料Ｆが噴射された際には、その噴射に使われた分の燃料Ｆがフィードポンプ５２の圧送動作によって燃料デリバリパイプ５３内に押し入ってくることになる。尚、ここでは、その燃料デリバリパイプ５３における燃料供給口（燃料デリバリパイプ５３と燃料通路５１の繋ぎ目部分）が第４燃料噴射弁５４ｄ側に設定されている。

ここで、その図２は機関始動前であって燃料Ｆの噴射開始前の状態を表しているので、アルコール燃料又はアルコール混合燃料で低温始動させる場合、その図２に示す状態の燃料デリバリパイプ５３内の燃料Ｆは、加熱手段５５によって暖められた状態にある。これが為、＃１気筒から＃４気筒の内のどの気筒が機関始動時における最初の燃料噴射対象の気筒（以下、「第１燃料噴射気筒」という。）であったとしても、この第１燃料噴射気筒に係る燃料噴射弁（第１から第４の燃料噴射弁５４ａ〜５４ｄの内の何れか１つ）からは、加熱された燃料（以下、「加熱燃料」という。）Ｆが噴射されることになる。

一方、低温始動時に２番目や３番目に噴射動作の行われる燃料噴射弁からは、夫々の燃料噴射弁（第１から第４の燃料噴射弁５４ａ〜５４ｄ）の燃料噴射順序にも依るが、燃料デリバリパイプ５３内に元から存在している加熱燃料Ｆが噴射される場合もあれば、加熱燃料Ｆの噴射に伴い燃料通路５１から補充された加熱されていない燃料（以下、「非加熱燃料」という。）Ｆが噴射される場合もある。

例えば、本実施例１で例示する内燃機関は、＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒の順に燃料噴射が行われるものとする。この場合、例えば＃１気筒が第１燃料噴射気筒のときには、＃３気筒が２番目に燃料噴射が行われる気筒（以下、「第２燃料噴射気筒」という。）となり、また、＃４気筒が３番目に燃料噴射が行われる気筒（以下、「第３燃料噴射気筒」という。）となり、その＃４気筒に対しては燃料通路５１から補充された非加熱燃料Ｆが供給される。その際、第２燃料噴射気筒たる＃３気筒に対しては、その＃１気筒に係る第１燃料噴射弁５４ａの燃料噴射量と燃料デリバリパイプ５３内の燃料貯留容積次第で、加熱燃料Ｆではなく非加熱燃料Ｆが供給されることもある。ここでは、この＃３気筒に加熱燃料Ｆが供給されるものとする。これが為、低温始動時に内燃機関を安定始動させる上で最低限必要な加熱燃料Ｆの着火回数（以下、「最低必要着火回数」という。）が３回の場合には、失火などの着火不良を引き起こす可能性が高い。一方、その最低必要着火回数が２回の場合には、安定した低温始動を行うことができる。

また、＃２気筒が第１燃料噴射気筒のときには第２燃料噴射気筒たる＃１気筒に対して加熱燃料Ｆが供給されるが、そのときの第３燃料噴射気筒たる＃３気筒に対しては、＃１気筒及び＃２気筒に係る第１及び第２の燃料噴射弁５４ａ，５４ｂの燃料噴射量と燃料デリバリパイプ５３内の燃料貯留容積にも依るが、非加熱燃料Ｆの供給される可能性が高くなる。ここでは、その＃３気筒に非加熱燃料Ｆが供給されるものとする。これが為、このときの内燃機関は、最低必要着火回数が２回であれば安定した低温始動を行うことができる一方、その最低必要着火回数が３回であれば失火などの着火不良を引き起こす可能性が高い。

また、＃３気筒が第１燃料噴射気筒のときには＃４気筒が第２燃料噴射気筒となり、この＃４気筒に係る第４燃料噴射弁５４ｄからは、＃３気筒を対象とした燃料噴射に伴い補充された燃料通路５１の非加熱燃料Ｆが噴射される。これが為、このときの内燃機関は、最低必要着火回数が２回であろうと３回であろうと、失火などの着火不良を引き起こす可能性が高い。

これらとは別に、＃４気筒が第１燃料噴射気筒のときには、＃２気筒及び＃１気筒が各々第２燃料噴射気筒及び第３燃料噴射気筒となり、これらの気筒に係る第１及び第２及び第４の燃料噴射弁５４ａ，５４ｂ，５４ｄの燃料噴射量と燃料デリバリパイプ５３内の燃料貯留容積にも依るが、その何れの気筒においても加熱燃料Ｆが噴射される可能性が高い。従って、このときの内燃機関は、最低必要着火回数が２回であろうと３回であろうと、安定した低温始動を行うことができる。

このように、低温始動性の善し悪しは、どの燃料噴射弁を第１燃料噴射気筒に係る燃料噴射弁（以下、「初動燃料噴射弁」という。）とするのかによって変化する。そして、その低温始動時における初動燃料噴射弁については、少なくとも夫々の燃料噴射弁（第１から第４の燃料噴射弁５４ａ〜５４ｄ）の燃料噴射順序，夫々の燃料噴射弁の燃料噴射量，燃料デリバリパイプ５３内の燃料貯留容積及び上述した最低必要着火回数に応じて異なるものとなる。

ここで、その燃料噴射順序や燃料噴射量、燃料デリバリパイプ５３内の燃料貯留容積については、機関固有の値として予め設定されている不変のものである。これとは異なり、最低必要着火回数については、低温始動時における外気温や吸気温、冷却水温や筒内温度の違い等によって変化するものである。従って、低温始動性を高める上で何れの燃料噴射弁を初動燃料噴射弁とすべきかについては、その際の最低必要着火回数に応じて変えればよい。

そこで、本実施例１の燃料噴射制御装置（電子制御装置１）には、外気温，吸気温，冷却水温又は筒内温度の内の少なくとも１つに基づいて最低必要着火回数を求める最低必要着火回数演算手段と、この最低必要着火回数に基づいて低温始動性を高めるのに適した初動燃料噴射弁を設定する初動燃料噴射弁設定手段と、を設ける。

また、本実施例１の燃料噴射制御装置（電子制御装置１）には、その設定された初動燃料噴射弁（以下、「設定初動燃料噴射弁」ともいう。）から低温始動時に燃料噴射を開始させるように制御を行う燃料噴射制御手段も設ける。例えば、本実施例１の燃料噴射制御手段は、その設定初動燃料噴射弁と噴射制御対象の燃料噴射弁とが一致するまで燃料噴射を禁止させ、これらが一致したときに燃料噴射を開始させるように構成する。つまり、この燃料噴射制御手段には、低温始動させる際にその設定初動燃料噴射弁よりも先に別の燃料噴射弁の燃料噴射時期が来るならば、その先に燃料噴射時期の来る別の燃料噴射弁の燃料噴射動作を禁止させる。

具体的に、本実施例１の電子制御装置１（燃料噴射制御装置）は、図３のフローチャートに示す如く、機関始動させる際に加熱手段５５による燃料Ｆへの加熱動作が実行されているのか否かについての判断を行う（ステップＳＴ１）。この判断は、その電子制御装置１の燃料加熱制御手段が加熱手段５５に対してＯＮ動作を指令しているのか、それともＯＦＦ動作を指令しているのかを観ることによって行うことができる。

ここで、この電子制御装置１の燃料噴射制御手段は、その加熱動作が行われていなければ後述するステップＳＴ６に進み、その際の初動燃料噴射弁（第１から第４の燃料噴射弁５４ａ〜５４ｄの内の何れか１つ）を駆動制御して燃料Ｆを噴射させる。尚、ここでは、フィードポンプ５２を予め駆動させておくものとする。

一方、加熱手段５５による加熱動作が実行中の場合、本実施例１の電子制御装置１は、その最低必要着火回数演算手段に対して今回の低温始動時における最低必要着火回数の演算を実行させる（ステップＳＴ２）。ここでは、例えば、図１に示す水温センサ１７によって検出された冷却水温を所定のマップデータに照らし合わせ、このマップデータから最低必要着火回数を導き出す。そのマップデータとは、冷却水温と最低必要着火回数との対応関係を予め実験やシミュレーションによって求めて用意しておいたものである。

そして、この電子制御装置１は、その初動燃料噴射弁設定手段に対して、低温始動性の向上に適している初動燃料噴射弁の設定を上記ステップＳＴ２で求めた最低必要着火回数に基づき実行させる（ステップＳＴ３）。

かかる設定は、最低必要着火回数と低温始動性の向上に適している初動燃料噴射弁とをパラメータにしたマップデータを参照して行う。このマップデータは、予め実験やシミュレーションを行って用意しておく。例えば、最低必要着火回数が２回の場合には、低温始動性を高める初動燃料噴射弁として、上述したが如く、＃１気筒に係る第１燃料噴射弁５４ａ，＃２気筒に係る第２燃料噴射弁５４ｂ又は＃４気筒に係る第４燃料噴射弁５４ｄの内の何れかがマップデータに適用される。また、そのマップデータには、最低必要着火回数が３回の場合の初動燃料噴射弁として＃４気筒に係る第４燃料噴射弁５４ｄが設定される。

しかる後、この電子制御装置１の燃料噴射制御手段は、自らが今現在で噴射制御対象としている燃料噴射弁が上記ステップＳＴ３の設定初動燃料噴射弁であるのか否かについての判定を行う（ステップＳＴ４）。

ここで、その噴射制御対象の燃料噴射弁と設定初動燃料噴射弁とが一致していないとの判定が為されたならば、この燃料噴射制御手段は、その噴射制御対象の燃料噴射弁からの燃料噴射を禁止させる（ステップＳＴ５）。ここで行う燃料噴射の禁止動作は、噴射制御対象の燃料噴射弁と設定初動燃料噴射弁とが一致するまで繰り返される。つまり、ここでは、図示しないスタータモータによるクランキング動作が行われてクランクシャフト１５を回転させてはいるが、噴射制御対象の燃料噴射弁が設定初動燃料噴射弁に到達するまでは一切燃料の供給を行わせない。

一方、上記ステップＳＴ４にて噴射制御対象の燃料噴射弁と設定初動燃料噴射弁とが一致しているとの判定が為されたならば、この燃料噴射制御手段は、その設定初動燃料噴射弁としての噴射制御対象の燃料噴射弁を起点として燃料噴射動作を開始させる（ステップＳＴ６）。

例えば、ここでは、最低必要着火回数が３回であり、図４に示す如く第４燃料噴射弁５４ｄが設定初動燃料噴射弁として設定されているものとする。そして、そのときの噴射制御対象の燃料噴射弁が第１燃料噴射弁５４ａである場合、燃料噴射制御手段は、ステップＳＴ４で否定判定を行ってステップＳＴ５に進み、図４に示す如くその第１燃料噴射弁５４ａの燃料噴射動作を禁止させる。その際、フィードポンプ５２については、駆動状態を保持させてもよく、一旦停止させてもよい。その後、次の噴射制御対象の燃料噴射弁は＃３気筒に係る第３燃料噴射弁５４ｃになるので、燃料噴射制御手段は、この第３燃料噴射弁５４ｃに対しても燃料噴射動作を禁止させる。

更にその次の噴射制御対象の燃料噴射弁は、燃料噴射順序が＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒なので、＃４気筒に係る第４燃料噴射弁５４ｄとなる。これが為、燃料噴射制御手段は、ステップＳＴ４で肯定判定を行ってステップＳＴ６に進み、その第４燃料噴射弁５４ｄを駆動制御して図５に示す如く加熱燃料Ｆを噴射させる。

ここで、その第４燃料噴射弁５４ｄの燃料噴射終了後には、図６に示す如く燃料デリバリパイプ５３内に燃料通路５１から非加熱燃料Ｆが補充されている。しかしながら、そのときには、図６に示す如く、その後に順次噴射制御対象となる第２燃料噴射弁５４ｂと第１燃料噴射弁５４ａとに対して燃料デリバリパイプ５３内の加熱燃料Ｆが供給される状態にあり、その第２燃料噴射弁５４ｂと第１燃料噴射弁５４ａから加熱燃料Ｆを噴射させることができる。つまり、かかる低温始動時の内燃機関においては、＃４気筒→＃２気筒→＃１気筒と３回連続で加熱燃料Ｆが供給される。従って、この内燃機関においては、低温始動時に最低必要着火回数を満たす３回連続での着火と燃焼が繰り返されるので、その後も安定した燃焼動作を続けることができるようになる。

以上示した如く、本実施例１の燃料噴射制御装置は、低温始動時に設定初動燃料噴射弁の噴射時期が来るまで全ての燃料噴射弁の噴射動作を停止させることによって、その設定初動燃料噴射弁を始点にした少なくとも最低必要着火回数分だけの加熱燃料Ｆの噴射を夫々の燃料噴射弁に実行させ、該当する気筒に対して加熱燃料Ｆの供給を行うことができる。従って、この燃料噴射制御装置は、低温始動時に少なくとも最低必要着火回数分だけ加熱燃料Ｆで内燃機関を運転させることができるので、アルコール燃料又はアルコール混合燃料を使用した際の低温始動時における始動性の改善を図ることができる。

ところで、ここで例示している内燃機関の＃４気筒に係る第４燃料噴射弁５４ｄについては、最低必要着火回数が２回の場合でも３回の場合でも初動燃料噴射弁として機能させることができる。これが為、本実施例１においては、その第４燃料噴射弁５４ｄ（つまり、燃料デリバリパイプ５３の燃料供給口に最も近い燃料噴射弁）を初動燃料噴射弁として予め設定しておいてもよい。

更に、上記においては直列４気筒の内燃機関を例として挙げたが、上述した本実施例１の燃料噴射制御装置は、それとは異なる型式の内燃機関に対しても適用可能である。例えば、ここでは、Ｖ型６気筒の内燃機関を例に挙げて説明する。この内燃機関は、＃１気筒→＃２気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃５気筒→＃６気筒の順に燃料噴射が行われるものとする。

このＶ型６気筒の内燃機関には、図７に示す燃料デリバリパイプ１５３と＃１気筒から＃６気筒用の第１から第６の燃料噴射弁１５４ａ〜１５４ｆが用意されている。その燃料デリバリパイプ１５３は、＃１気筒，＃３気筒及び＃５気筒を有する一方のバンク用の第１デリバリパイプ主体１５３ａと、＃２気筒，＃４気筒及び＃６気筒を有する他方のバンク用の第２デリバリパイプ主体１５３ｂと、これら第１及び第２のデリバリパイプ主体１５３ａ，１５３ｂ同士を連通させる燃料通路１５３ｃと、を備えている。また、その第１及び第２のデリバリパイプ主体１５３ａ，１５３ｂには各々にヒータ等の加熱手段１５５が用意されており、その各加熱手段１５５は、第１及び第２のデリバリパイプ主体１５３ａ，１５３ｂの中に供給されてきた燃料Ｆの加熱を行う。

ここで、その第１デリバリパイプ主体１５３ａには第１，第３及び第５の燃料噴射弁１５４ａ，１５４ｃ，１５４ｅが接続されており、第２デリバリパイプ主体１５３ｂには第２，第４及び第６の燃料噴射弁１５４ｂ，１５４ｄ，１５４ｆが接続されている。そして、この燃料デリバリパイプ１５３においては、その第２デリバリパイプ主体１５３ｂに燃料通路５１が接続されており、フィードポンプ５２から圧送されてきた燃料Ｆが第２デリバリパイプ主体１５３ｂに供給され、燃料通路５１を介して第１デリバリパイプ主体１５３ａへと供給される。ここでは、その燃料デリバリパイプ１５３における燃料供給口（燃料デリバリパイプ１５３と燃料通路５１の繋ぎ目部分）が第２デリバリパイプ主体１５３ｂの第６燃料噴射弁１５４ｆ側に設定されている。

このＶ型６気筒の内燃機関においても、電子制御装置１（燃料噴射制御装置）は、夫々の加熱手段１５５による燃料Ｆの加熱が行われているならば、設定初動燃料噴射弁の噴射時期が来るまで全ての燃料噴射弁の噴射動作を停止させ、加熱燃料Ｆへの着火動作が少なくとも最低必要着火回数分だけ連続して実行されるようにする。

例えば、このＶ型６気筒の内燃機関の設定初動燃料噴射弁については、以下に示す如く設定すればよい。尚、ここでは、第１から第６の燃料噴射弁１５４ａ〜１５４ｆによる総噴射量と燃料デリバリパイプ１５３内の燃料貯留容積とが略同等になっているものと仮定する。

先ず、＃１気筒が第１燃料噴射気筒のときには、少なくとも＃２気筒と＃３気筒に対してまで加熱燃料Ｆを供給することができる。これが為、その＃１気筒に係る第１燃料噴射弁１５４ａは、最低必要着火回数が２回の場合と３回の場合に設定初動燃料噴射弁として設定することができる。

また、＃２気筒が第１燃料噴射気筒のときには、少なくともその次の＃３気筒に対してまでしか加熱燃料Ｆを供給することができない。これが為、その＃２気筒に係る第２燃料噴射弁１５４ｂは、最低必要着火回数が２回の場合にのみ設定初動燃料噴射弁として設定することができる。

また、＃３気筒が第１燃料噴射気筒のときには、少なくとも＃４気筒と＃５気筒に対してまで加熱燃料Ｆを供給することができる。これが為、その＃３気筒に係る第３燃料噴射弁１５４ｃは、最低必要着火回数が２回の場合と３回の場合に設定初動燃料噴射弁として設定することができる。

また、＃４気筒が第１燃料噴射気筒のときには、少なくともその次の＃５気筒に対してまでしか加熱燃料Ｆを供給することができない。これが為、その＃４気筒に係る第４燃料噴射弁１５４ｄは、最低必要着火回数が２回の場合にのみ設定初動燃料噴射弁として設定することができる。

更に、＃６気筒が第１燃料噴射気筒のときには、少なくともその次の＃１気筒から＃３気筒に対してまで加熱燃料Ｆを供給することができる。これが為、その＃６気筒に係る第６燃料噴射弁１５４ｆは、最低必要着火回数が２回の場合と３回の場合、更には４回の場合に設定初動燃料噴射弁として設定することができる。

尚、＃５気筒が第１燃料噴射気筒のときには、その次の＃６気筒に係る第６燃料噴射弁１５４ｆから非加熱燃料Ｆが噴射されてしまう。従って、その＃５気筒に係る第５燃料噴射弁１５４ｅは、設定初動燃料噴射弁として設定できない。

ところで、このＶ型６気筒の内燃機関の＃６気筒に係る第６燃料噴射弁１５４ｆについては、最低必要着火回数が２回の場合でも３回の場合でも、そして、４回の場合でも初動燃料噴射弁として機能させることができる。これが為、本実施例１においては、その第６燃料噴射弁１５４ｆ（つまり、燃料デリバリパイプ１５３の燃料供給口に最も近い燃料噴射弁）を初動燃料噴射弁として予め設定しておいてもよい。

次に、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施例２について説明する。本実施例２の燃料噴射制御装置は、実施例１と同様に電子制御装置１の一機能として用意されているものとする。

前述した実施例１においては、低温始動時に設定初動燃料噴射弁を始点にして燃料噴射を開始させるべく、その設定初動燃料噴射弁が実際に噴射制御対象の燃料噴射弁となるまで他の燃料噴射弁の燃料噴射を禁止させている。

しかしながら、例えば、先の機関停止時に設定初動燃料噴射弁に係る気筒が吸気行程で終わった場合には、その設定初動燃料噴射弁が実際の噴射制御対象の燃料噴射弁になるまでに時間を要し、クランキング時間が長くなって図示しないバッテリの消費電力を増やしてしまう。このことは、内燃機関の気筒数が増えるほど顕著になる。

そこで、本実施例２においては、設定初動燃料噴射弁に係る気筒が機関始動時に吸気行程で始まるよう、その気筒のピストンの停止位置を機関停止時に制御させる。これが為、本実施例２の燃料噴射制御装置（電子制御装置１）には、そのような機関停止時におけるピストンの停止位置の制御を行う機関停止制御手段が用意されている。従って、本実施例２の燃料噴射制御手段は、低温始動時にその設定初動燃料噴射弁を始点とした燃料噴射を行うことができる。

ここで、本実施例２においては、設定初動燃料噴射弁を所定のものとして予め定めておく。例えば、実施例１で例示した直列４気筒の内燃機関の場合には、最低必要着火回数が２回の場合でも３回の場合でも初動燃料噴射弁として機能させることができるので、＃４気筒に係る第４燃料噴射弁５４ｄを初動燃料噴射弁として予め定めておけばよい。また、実施例１で例示したＶ型６気筒の内燃機関の場合には、最低必要着火回数が２回、３回、４回の場合にも初動燃料噴射弁として機能させることができるので、＃６気筒に係る第６燃料噴射弁１５４ｆを初動燃料噴射弁として予め定めておけばよい。つまり、ここでは、燃料デリバリパイプ５３，１５３の燃料供給口に最も近い燃料噴射弁（第４燃料噴射弁５４ｄ，第６燃料噴射弁１５４ｆ）を初動燃料噴射弁として設定する。

具体的に、本実施例１の機関停止制御手段は、予め設定された設定初動燃料噴射弁に係る気筒のピストン１３を排気行程（好ましくは排気行程の終わり近く）のときに停止させるように機関停止動作を行うものである。この機関停止制御手段は、この技術分野において周知の方法や機構により為されるものであって、例えば前述した特許文献３の技術の如きものを利用すればよい。

このように、本実施例２の燃料噴射制御装置は、設定初動燃料噴射弁に係る気筒が次の機関始動時に吸気行程で始まるよう予め機関停止制御を行っているので、低温始動時にその設定初動燃料噴射弁を始点にした少なくとも最低必要着火回数分だけの加熱燃料Ｆの噴射を夫々の燃料噴射弁に実行させ、該当する気筒に対して加熱燃料Ｆの供給を行うことができる。従って、この燃料噴射制御装置は、実施例１と同様に、低温始動時に少なくとも最低必要着火回数分だけ加熱燃料Ｆで内燃機関を運転させることができるので、アルコール燃料又はアルコール混合燃料を使用した際の低温始動時における始動性の改善を図ることができる。更に、本実施例２の燃料噴射制御装置は、低温始動時におけるクランキング動作の早い段階から加熱燃料Ｆの噴射を開始させることができるので、そのクランキング動作に伴うバッテリの消費電力の浪費を抑えることができる。

ところで、前述した実施例１，２においては、直列４気筒の内燃機関の場合には燃料デリバリパイプ５３に加熱手段５５を設けている。また、Ｖ型６気筒の内燃機関の場合には、燃料デリバリパイプ１５３に加熱手段１５５を設けている。しかしながら、その加熱手段５５，１５５は、フィードポンプ５２よりも下流の燃料通路５１上に配設してもよく、かかる構成であっても同様の効果を奏することができる。尚、その場合には、燃料通路５１における加熱手段５５，１５５よりも下流側に加熱燃料Ｆが存在することになる。

また、前述した実施例１，２では燃料Ｆのアルコール濃度が一定のものとして例示したが、異なるアルコール濃度の燃料Ｆが給油された場合を考慮に入れて、実施例１，２の燃料噴射制御装置（電子制御装置１）には、そのアルコール濃度の検出を行うアルコール濃度検出手段やアルコール濃度の推定を行うアルコール濃度推定手段を設けておくことが望ましい。そのアルコール濃度検出手段やアルコール濃度推定手段は、この技術分野において周知の技術により成されたものであり、アルコール濃度センサの検出値や給油時の燃焼性状情報、排気ガス中の酸素濃度等を利用する。

この場合には、そのアルコール濃度に応じて加熱手段５５（加熱手段１５５）による燃料Ｆの加熱動作の要否を判断させる。例えば、燃料Ｆは、そのアルコール濃度が濃くなるにつれて加熱手段５５による加熱動作が行われ易くなる。また、この場合には、そのアルコール濃度も考慮に入れて最低必要着火回数を設定させる。例えば、ここでは、アルコール濃度が濃くなるほどに最低必要着火回数を多く設定する。

以上のように、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、加熱された燃料による低温始動性の改善効果を実効あるものにする技術として有用である。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の適用対象となる内燃機関の一例について示す図である。 噴射開始前の直列４気筒内燃機関用の燃料デリバリパイプ内の状態について示す図である。 実施例１の燃料噴射制御装置による低温始動時の制御動作について説明するフローチャートである。 実施例１における低温始動時の燃料噴射制御動作の一例を示す図であって、燃料の噴射禁止状態について表した図である。 実施例１における低温始動時の燃料噴射制御動作の一例を示す図であって、初動燃料噴射弁による燃料の噴射開始時の状態について表した図である。 実施例１における低温始動時の燃料噴射制御動作の一例を示す図であって、初動燃料噴射弁による燃料の噴射終了後の状態について表した図である。 噴射開始前のＶ型６気筒内燃機関用の燃料デリバリパイプ内の状態について示す図である。

符号の説明

１ 電子制御装置
１１ｂ 吸気ポート
１３ ピストン
１７ 水温センサ
４１ 燃料タンク
５０ 燃料供給装置
５１ 燃料通路
５２ フィードポンプ（燃料ポンプ）
５３，１５３ 燃料デリバリパイプ
５４ 燃料噴射弁
５４ａ 第１燃料噴射弁
５４ｂ 第２燃料噴射弁
５４ｃ 第３燃料噴射弁
５４ｄ 第４燃料噴射弁
５５，１５５ 加熱手段
１５４ａ 第１燃料噴射弁
１５４ｂ 第２燃料噴射弁
１５４ｃ 第３燃料噴射弁
１５４ｄ 第４燃料噴射弁
１５４ｅ 第５燃料噴射弁
１５４ｆ 第６燃料噴射弁
ＣＣ 燃焼室
Ｆ 燃料（加熱燃料，非加熱燃料）

Claims (4)

1. 燃料ポンプからの送出後に加熱された燃料を燃料デリバリパイプに繋がれた気筒毎の燃料噴射弁に噴射させることの可能な内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   低温始動時に内燃機関を安定始動させる上で最低限必要な前記加熱された燃料の着火回数に応じて、前記各燃料噴射弁の中から低温始動性を高めるのに適した初動燃料噴射弁の設定を行う初動燃料噴射弁設定手段と、該設定された初動燃料噴射弁から燃料噴射を開始させるように制御を行う燃料噴射制御手段と、を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記燃料噴射制御手段は、低温始動させる際に前記設定された初動燃料噴射弁よりも先に別の燃料噴射弁の燃料噴射時期が来るならば、該先に燃料噴射時期の来る別の燃料噴射弁の燃料噴射動作を禁止させるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 燃料ポンプからの送出後に加熱された燃料を燃料デリバリパイプに繋がれた気筒毎の燃料噴射弁に噴射させることの可能な内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   低温始動時に内燃機関を安定始動させる上で最低限必要な前記加熱された燃料の着火回数に応じて、前記各燃料噴射弁の中から低温始動性を高めるのに適した初動燃料噴射弁の設定を行う初動燃料噴射弁設定手段と、前記初動燃料噴射弁に係る気筒が機関始動時に吸気行程で始まるよう当該気筒のピストンの停止位置を機関停止時に制御する機関停止制御手段と、を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記初動燃料噴射弁は、前記燃料デリバリパイプにおける前記燃料ポンプからの燃料の供給口の近くに配置された燃料噴射弁とすることを特徴とした請求項１，２又は３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

Images