JP5900150B2 - 筒内噴射式内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関で駆動される高圧ポンプにより供給される燃料を筒内に直接噴射する筒内噴射式内燃機関の始動制御装置に関する発明である。

気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式エンジンは、吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート噴射式エンジンと比較して、噴射から燃焼までの時間が短く、噴射燃料を霧化させる時間を十分に稼ぐことができないため、噴射圧力を高圧にして噴射燃料を微粒化する必要がある。そのため、筒内噴射式エンジンでは、電動式の低圧ポンプで燃料タンクから汲み上げた燃料を、エンジンの動力で駆動される高圧ポンプに供給し、この高圧ポンプから吐出される高圧の燃料を燃料噴射弁へ圧送するようにしている。

このような筒内噴射式エンジンでは、低温始動時に燃料が気化し難くなって燃料の霧化状態が悪くなるため、低温時の始動性が悪化する傾向がある。この対策として、例えば、特許文献１（特開２００９−２１６０５０号公報）に記載されているように、排気バルブのリフト動作を停止させて排気バルブを閉弁状態にする弁停止機構を備え、低温始動時に排気バルブのリフト動作を停止させた状態でクランキングを行うポンピング制御を所定期間実行して吸気温度を上昇させた後に、燃料噴射及び点火を開始することで、燃料の霧化を促進するようにしたものがある。

特開２００９−２１６０５０号公報

筒内噴射式エンジンの始動時には、バッテリの電力でスタータを駆動してエンジンをクランキングすると共に、バッテリの電力でクランキングされたエンジンの動力で高圧ポンプも駆動して燃圧（燃料の圧力）を上昇させる技術が採用される場合がある。低温始動時（特に極低温始動時）に前述したポンピング制御（排気バルブのリフト動作を停止させた状態でクランキングを行う制御）を実行する場合、低温時のエンジンオイル（潤滑油）の粘度上昇によるフリクションの増加や、排気行程での筒内空気圧縮による負荷トルクの増加によってクランキングトルクが増加するため、バッテリ負荷が増大する。

しかし、上記特許文献１の技術では、低温始動時に、クランキング開始当初からポンピング制御を実行するため、バッテリ負荷の増大によるバッテリ電圧不足によって、燃圧を所定の目標燃圧に上昇させるまでクランキングを継続することが困難になり、燃圧を目標燃圧まで上昇させることができない可能性がある。このため、燃圧不足により噴射燃料の微粒化不足や噴射量不足が発生して、低温始動時（特に極低温始動時）の始動性が悪化する可能性がある。

また、上記特許文献１の技術では、低温始動時に、クランキング開始当初からポンピング制御を実行するため、前回のエンジン停止時に予め排気バルブのリフト動作を停止させた状態に切り換えておく必要がある。このため、温間始動時でポンピング制御を実行しない場合には、始動時に排気バルブのリフト動作を停止させた状態から排気バルブをリフト動作させる状態に戻す時間が必要となり、その分、始動制御の開始が遅れて始動完了が遅くなるという欠点がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、温間始動時の始動性を確保しながら、低温始動時の始動性を向上させることができる筒内噴射式内燃機関の始動制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関（１１）で駆動される高圧ポンプ（４２）により供給される燃料を筒内に直接噴射する筒内噴射式内燃機関に適用され、内燃機関（１１）の排気バルブ（３４）の開閉動作を停止させて該排気バルブ（３４）を閉弁状態に維持する排気バルブ停止機構（３６）を備えた筒内噴射式内燃機関の始動制御装置において、内燃機関（１１）の始動時に所定の低温条件が成立したときに、高圧ポンプ（４２）により供給される燃料の圧力が目標燃圧に上昇するまで燃料噴射及び点火を停止すると共に排気バルブ（３４）を開閉動作させて内燃機関（１１）をクランキングする燃圧上昇制御と、該燃圧上昇制御後に所定期間が経過するまで燃料噴射及び点火を停止すると共に排気バルブ（３４）の開閉動作を停止させて該排気バルブ（３４）を閉弁状態に維持して内燃機関（１１）をクランキングする筒内温度上昇制御とを実行した後に、燃料噴射及び点火を実行すると共に排気バルブ（３４）を開閉動作させて内燃機関（１１）をクランキングする始動制御手段（３０）を備えた構成としたものである。

低温始動時（特に極低温始動時）に、排気バルブを閉弁状態に維持して内燃機関をクランキングする筒内温度上昇制御を実行する場合、低温時のエンジンオイル（潤滑油）の粘度上昇によるフリクションの増加や、排気行程での筒内空気圧縮による負荷トルクの増加によってクランキングトルクが増加するため、バッテリ負荷が増大する。

このような事情を考慮して、本発明では、内燃機関の始動時に低温条件が成立したときには、筒内温度上昇制御を実行する前に、まず、燃圧上昇制御を実行する。排気バルブを開閉動作させて内燃機関をクランキングする燃圧上昇制御は、排気バルブを閉弁状態に維持して内燃機関をクランキングする筒内温度上昇制御と比較して、バッテリ負荷を低減することができるため、筒内温度上昇制御を実行する前に、燃圧上昇制御を実行することで、バッテリ電圧不足を招くことなく、燃圧が目標燃圧に上昇するまで燃圧上昇制御を継続して、燃圧を確実に目標燃圧まで上昇させることができる。

この燃圧上昇制御の実行後に、筒内温度上昇制御を実行する。排気バルブを閉弁状態に維持して内燃機関をクランキングする筒内温度上昇制御では、排気行程でも筒内の空気を圧縮して筒内の空気の温度を上昇させることができる。そして、次の吸気行程で吸気バルブが開弁したときに筒内の昇温された空気が一旦吸気ポートへ拭き戻された後に再び筒内に吸入されるため、筒内温度（筒内の吸気温度）を上昇させることができ、これにより、同じ圧縮比でも着火性に大きく影響する圧縮端温度（圧縮上死点付近での筒内温度）を高くすることができる。

このようにして、燃圧上昇制御によって燃圧を目標燃圧に上昇させることで、噴射燃料の微粒化を促進することができると共に必要な噴射量を確保することができ、更に、筒内温度上昇制御によって筒内温度を上昇させることで、圧縮端温度上昇及び燃料霧化促進効果により、混合気の着火性を向上させることができるため、低温始動時の始動性を向上させることができ、極低温始動時でも始動性を確保することができる。

また、排気バルブを開閉動作させて内燃機関をクランキングする燃圧上昇制御を実行した後に、排気バルブを閉弁状態に維持して内燃機関をクランキングする筒内温度上昇制御を実行するため、前回のエンジン停止時に予め排気バルブを閉弁状態に維持する状態に切り換えておく必要がない。このため、温間始動時で筒内温度上昇制御を実行しない場合でも、速やかに通常の始動制御を開始することができ、温間始動時の始動性を確保することができる。

図１は本発明の実施例１におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。 図２は燃料供給システムの概略構成を示す図である。 図３は冷間始動時の始動制御の実行例を示すタイムチャートである。 図４は実施例１の始動制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図５は外気温度に応じた目標燃圧のマップの一例を概念的に示す図である。 図６は吸気温度に応じた目標燃圧のマップの一例を概念的に示す図である。 図７は燃料温度に応じた目標燃圧のマップの一例を概念的に示す図である。 図８はシリンダ壁面温度に応じた目標燃圧のマップの一例を概念的に示す図である。 図９は外気温度に応じた所定期間のマップの一例を概念的に示す図である。 図１０は吸気温度に応じた所定期間のマップの一例を概念的に示す図である。 図１１は燃料温度に応じた所定期間のマップの一例を概念的に示す図である。 図１２はシリンダ壁面温度に応じた所定期間のマップの一例を概念的に示す図である。 図１３は実施例２の始動制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図１４は実施例２の筒内温度上昇制御の際の吸気バルブ制御を説明する図である。 図１５は実施例３の始動制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図１６は実施例３の筒内温度上昇制御の際の吸気バルブ制御を説明する図である。 図１７は実施例４の始動制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図１８は実施例４の筒内温度上昇制御の際の吸気バルブ制御を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図１２に基づいて説明する。
筒内噴射式の内燃機関である筒内噴射式エンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、エンジン１１の各気筒には、それぞれ筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各気筒の点火プラグ２２の火花放電によって各気筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキングを検出するノックセンサ２７が取り付けられている。また、クランク軸２８の外周側には、クランク軸２８が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２９が取り付けられ、このクランク角センサ２９の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

更に、吸気温センサ３１によって吸気温度が検出され、外気温センサ３２によって外気温度が検出される。吸気温センサ３１は、エアフローメータ１４と一体化したタイプのものを用いても良いし、エアフローメータ１４とは別体で吸気管１２に配置するタイプのものを用いても良い。

また、エンジン１１には、吸気バルブ３３のバルブタイミング（開閉タイミング）を変化させる可変バルブタイミング機構３５（可変バルブ機構）と、排気バルブ３４のリフト量を変化させる可変バルブリフト機構３６とが設けられ、この可変バルブリフト機構３６によって排気バルブ３４のリフト量を「０」にすることで、排気バルブ３４の開閉動作を停止させて排気バルブ３４を閉弁状態に維持することができるようになっている。この可変バルブリフト機構３６が特許請求の範囲でいう排気バルブ停止機構としての役割を果たす。更に、エンジン１１には、吸気カム軸の回転に同期してカム角信号を出力する吸気カム角センサ３７と、排気カム軸の回転に同期してカム角信号を出力する排気カム角センサ３８が設けられている。

次に、図２を用いて燃料供給システムの構成を説明する。
燃料を貯溜する燃料タンク３９内には、燃料を汲み上げる低圧ポンプ４０が設置されている。この低圧ポンプ４０は、バッテリ（図示せず）を電源とする電動モータ（図示せず）によって駆動される。この低圧ポンプ４０から吐出される燃料は、燃料配管４１を通して高圧ポンプ４２に供給される。燃料配管４１には、プレッシャレギュレータ４３が接続され、このプレッシャレギュレータ４３によって低圧ポンプ４０の吐出圧力（高圧ポンプ４２への燃料供給圧力）が所定圧力に調圧され、その圧力を越える燃料の余剰分が燃料戻し配管４４により燃料タンク３９内に戻されるようになっている。

高圧ポンプ４２は、円筒状のポンプ室４５内でピストン４６を往復運動させて燃料を吸入／吐出するピストンポンプであり、ピストン４６は、エンジン１１のカム軸４７（吸気カム軸又は排気カム軸）に嵌着されたカム４８の回転運動によって駆動される。

この高圧ポンプ４２の吸入口４９側には、燃圧制御弁５０が設けられている。この燃圧制御弁５０は、常開型の電磁弁であり、吸入口４９を開閉する弁体５１と、この弁体５１を開弁方向に付勢するスプリング５２と、弁体５１を閉弁方向に電磁駆動するソレノイド５３とから構成されている。

高圧ポンプ４２の吸入行程（ピストン４６の下降時）において燃圧制御弁５０の弁体５１が開弁してポンプ室４５内に燃料が吸入され、高圧ポンプ４２の吐出行程（ピストン４６の上昇時）において燃圧制御弁５０の弁体５１が閉弁してポンプ室４５内の燃料が吐出されるようにソレノイド５３の通電を制御する。その際、ソレノイド５３の通電開始時期を制御して燃圧制御弁５０の閉弁期間（閉弁開始時期からピストン４６の上死点までの閉弁状態のクランク角区間）を制御することで、高圧ポンプ４２の吐出量を制御して燃圧（燃料圧力）を制御する。

例えば、燃圧を上昇させるときには、ソレノイド５３の通電開始時期を進角させて燃圧制御弁５０の閉弁開始時期を進角させることで、燃圧制御弁５０の閉弁期間を長くして高圧ポンプ４２の吐出量を増加させる。逆に、燃圧を低下させるときには、ソレノイド５３の通電開始時期を遅角させて燃圧制御弁５０の閉弁開始時期を遅角させることで、燃圧制御弁５０の閉弁期間を短くして高圧ポンプ４２の吐出量を減少させる。

一方、高圧ポンプ４２の吐出口５４側には、吐出した燃料の逆流を防止する逆止弁５５が設けられている。高圧ポンプ４２から吐出される燃料は、高圧燃料配管５６を通してデリバリパイプ５７に送られ、このデリバリパイプ５７からエンジン１１の各気筒に取り付けられた燃料噴射弁２１に高圧の燃料が分配される。デリバリパイプ５７（又は高圧燃料配管５６）には、高圧燃料配管５６やデリバリパイプ５７等の高圧燃料通路内の燃圧を検出する燃圧センサ５８が設けられている。また、デリバリパイプ５７には、リリーフ弁５９が設けられ、このリリーフ弁５９の排出ポートがリリーフ配管６０を介して燃料タンク３９（又は低圧側の燃料配管４１）に接続されている。

エンジン１１は、クランク軸２８の動力がタイミングチェーン等（図示せず）によりカム軸４７に伝達されるようになっている。エンジン１１の始動時には、バッテリ（図示せず）の電力でスタータ６１（図１参照）を駆動してエンジン１１をクランキングすると共に、バッテリの電力でクランキングされたエンジン１１のクランク軸２８の動力をカム軸４７に伝達することで高圧ポンプ４２を駆動して燃圧を上昇させるようにしている。

上述した各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。

また、ＥＣＵ３０は、後述する図４の始動制御ルーチンを実行することで、図３に示すように、エンジン１１の始動時に所定の低温条件が成立したときには、まず、燃圧が目標燃圧に上昇するまで燃料噴射及び点火を停止すると共に排気バルブ３４を開閉動作させてエンジン１１をクランキングする燃圧上昇制御を実行し、この燃圧上昇制御後に所定期間が経過するまで燃料噴射及び点火を停止すると共に排気バルブ３４の開閉動作を停止させて排気バルブ３４を閉弁状態に維持してエンジン１１をクランキングする筒内温度上昇制御を実行する。この後、燃料噴射及び点火を実行すると共に排気バルブ３４を開閉動作させてエンジン１１をクランキングすることで、エンジン１１を始動させる。

低温始動時（特に極低温始動時）に、排気バルブ３４を閉弁状態に維持してエンジン１１をクランキングする筒内温度上昇制御を実行する場合、低温時のエンジンオイル（潤滑油）の粘度上昇によるフリクションの増加や、排気行程での筒内空気圧縮による負荷トルクの増加によってクランキングトルクが増加するため、バッテリ負荷が増大する。

このような事情を考慮して、本実施例では、エンジン１１の始動時に低温条件が成立したときには、筒内温度上昇制御を実行する前に、まず、燃圧上昇制御を実行する。排気バルブ３４を開閉動作させてエンジン１１をクランキングする燃圧上昇制御は、排気バルブ３４を閉弁状態に維持してエンジン１１をクランキングする筒内温度上昇制御と比較して、バッテリ負荷を低減することができるため、筒内温度上昇制御を実行する前に、燃圧上昇制御を実行することで、バッテリ電圧不足を招くことなく、燃圧が目標燃圧に上昇するまで燃圧上昇制御を継続して、燃圧を確実に目標燃圧まで上昇させることができる。

この燃圧上昇制御の実行後に、筒内温度上昇制御を実行する。排気バルブ３４を閉弁状態に維持してエンジン１１をクランキングする筒内温度上昇制御では、排気行程でも筒内の空気を圧縮して筒内の空気の温度を上昇させることができる。そして、次の吸気行程で吸気バルブ３３が開弁したときに筒内の昇温された空気が一旦吸気ポートへ拭き戻された後に再び筒内に吸入されるため、筒内温度（筒内の吸気温度）を上昇させることができ、これにより、同じ圧縮比でも着火性に大きく影響する圧縮端温度（圧縮上死点付近での筒内温度）を高くすることができる。

以下、ＥＣＵ３０が実行する図４の始動制御ルーチンの処理内容を説明する。
図４に示す始動制御ルーチンは、例えばスタータスイッチ（図示せず）がオンされたときに実行され、特許請求の範囲でいう始動制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、所定の低温条件が成立しているか否かを判定する。この場合、例えば、外気温センサ３２で検出した外気温度が所定値以下であるか否かによって低温条件が成立しているか否かを判定する。

尚、低温条件が成立しているか否かの判定方法は、これに限定されず、適宜変更しても良く、例えば、吸気温センサ３１で検出した吸気温度が所定値以下であるか否かによって低温条件が成立しているか否かを判定するようにしても良い。

また、燃料温度を検出する燃温センサを備えたシステムの場合には、燃温センサで検出した燃料温度が所定値以下であるか否かによって低温条件が成立しているか否かを判定するようにしても良い。

或は、所定の温度情報（例えば、外気温度、吸気温度、燃料温度、冷却水温、油温等のうちの少なくとも一つ）に基づいてシリンダ壁面温度を推定し、このシリンダ壁面温度が所定値以下であるか否かによって低温条件が成立しているか否かを判定するようにしても良い。

また、外気温度と吸気温度と燃料温度とシリンダ壁面温度のうちの二つ又は三つ以上の温度情報が所定値以下であるか否かによって低温条件が成立しているか否かを判定するようにしても良い。

このステップ１０１で、低温条件が不成立であると判定された場合には、低温始動時ではないと判断して、ステップ１０９に進み、燃料噴射及び点火を実行すると共に排気バルブ３４を開閉動作させてエンジン１１をクランキングする通常始動制御を実行する。

これに対して、上記ステップ１０１で、低温条件が成立していると判定された場合には、低温始動時であると判断して、ステップ１０２以降の低温始動時の始動制御に関する処理を次のようにして実行する。

まず、ステップ１０２で、燃料霧化状態と相関関係を有する温度情報に応じて目標燃圧を設定する。例えば、燃料霧化状態と相関関係を有する温度情報として外気温度を用いる場合には、図５に示す外気温度に応じた目標燃圧のマップを参照して、外気温センサ３２で検出した外気温度に応じた目標燃圧を算出する。一般に外気温度が低くなるほど燃料霧化状態が悪くなる傾向があるため、図５の目標燃圧のマップは、外気温度が低くなるほど目標燃圧が高くなるように設定されている。これにより、外気温度が低くなるほど目標燃圧を高くして噴射燃料の微粒化を促進することができ、燃料霧化状態の悪化を防止することができる。図５の目標燃圧のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成してＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶しておく。

尚、目標燃圧の設定方法は、これに限定されず、適宜変更しても良く、例えば、燃料霧化状態と相関関係を有する温度情報として吸気温度を用いるようにしても良い。この場合、図６に示す吸気温度に応じた目標燃圧のマップを参照して、吸気温センサ３１で検出した吸気温度に応じた目標燃圧を算出する。一般に吸気温度が低くなるほど燃料霧化状態が悪くなる傾向があるため、図６の目標燃圧のマップは、吸気温度が低くなるほど目標燃圧が高くなるように設定されている。これにより、吸気温度が低くなるほど目標燃圧を高くして噴射燃料の微粒化を促進することができ、燃料霧化状態の悪化を防止することができる。図６の目標燃圧のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成してＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶しておく。

また、燃料温度を検出する燃温センサを備えたシステムの場合には、燃料霧化状態と相関関係を有する温度情報として燃料温度を用いるようにしても良い。この場合、図７に示す燃料温度に応じた目標燃圧のマップを参照して、燃温センサで検出した燃料温度に応じた目標燃圧を算出する。一般に燃料温度が低くなるほど燃料霧化状態が悪くなる傾向があるため、図７の目標燃圧のマップは、燃料温度が低くなるほど目標燃圧が高くなるように設定されている。これにより、燃料温度が低くなるほど目標燃圧を高くして噴射燃料の微粒化を促進することができ、燃料霧化状態の悪化を防止することができる。図７の目標燃圧のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成してＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶しておく。

或は、燃料霧化状態と相関関係を有する温度情報としてシリンダ壁面温度を用いるようにしても良い。この場合、図８に示すシリンダ壁面温度に応じた目標燃圧のマップを参照して、所定の温度情報（例えば、外気温度、吸気温度、燃料温度、冷却水温、油温等のうちの少なくとも一つ）に基づいて推定したシリンダ壁面温度に応じた目標燃圧を算出する。一般にシリンダ壁面温度が低くなるほど燃料霧化状態が悪くなる傾向があるため、図８の目標燃圧のマップは、シリンダ壁面温度が低くなるほど目標燃圧が高くなるように設定されている。これにより、シリンダ壁面温度が低くなるほど目標燃圧を高くして噴射燃料の微粒化を促進することができ、燃料霧化状態の悪化を防止することができる。図８の目標燃圧のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成してＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶しておく。

また、外気温度と吸気温度と燃料温度とシリンダ壁面温度のうちの二つ又は三つ以上の温度情報に応じて目標燃圧を算出するようにしても良い。
このようにして目標燃圧を設定した後、ステップ１０３に進み、燃料噴射及び点火を停止すると共に排気バルブ３４を開閉動作させてエンジン１１をクランキングする燃圧上昇制御を実行する。この後、ステップ１０４に進み、燃圧センサ５８で検出した燃圧が目標燃圧以上であるか否かを判定し、燃圧が目標燃圧よりも低いと判定されれば、上記ステップ１０３に戻り、燃圧上昇制御を継続する。

その後、上記ステップ１０４で、燃圧が目標燃圧以上であると判定された時点で、ステップ１０５に進み、筒内温度と相関関係を有する温度情報に応じて所定期間（筒内温度上昇制御を実行する期間）を設定する。尚、所定期間は、時間で設定しても良いが、クランク角やサイクル数等で設定しても良い。

例えば、筒内温度と相関関係を有する温度情報として外気温度を用いる場合には、図９に示す外気温度に応じた所定期間のマップを参照して、外気温センサ３２で検出した外気温度に応じた所定期間を算出する。一般に外気温度が低くなるほど筒内温度が低くなる傾向があるため、図９の所定期間のマップは、外気温度が低くなるほど所定期間が長くなるように設定されている。これにより、外気温度が低くなるほど所定期間（筒内温度上昇制御を実行する期間）を長くして、筒内温度上昇制御により筒内温度を上昇させ、圧縮端温度上昇および燃料霧化促進効果により、着火性を向上させることができる。図９の所定期間のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成してＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶しておく。

尚、所定期間の設定方法は、これに限定されず、適宜変更しても良く、例えば、筒内温度と相関関係を有する温度情報として吸気温度を用いるようにしても良い。この場合、図１０に示す吸気温度に応じた所定期間のマップを参照して、吸気温センサ３１で検出した吸気温度に応じた所定期間を算出する。一般に吸気温度が低くなるほど筒内温度が低くなる傾向があるため、図１０の所定期間のマップは、吸気温度が低くなるほど所定期間が長くなるように設定されている。これにより、吸気温度が低くなるほど所定期間（筒内温度上昇制御を実行する期間）を長くして、筒内温度上昇制御により筒内温度を燃料霧化を促進可能な温度まで上昇させることができる。図１０の所定期間のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成してＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶しておく。

また、燃料温度を検出する燃温センサを備えたシステムの場合には、筒内温度と相関関係を有する温度情報として燃料温度を用いるようにしても良い。この場合、図１１に示す燃料温度に応じた所定期間のマップを参照して、燃温センサで検出した燃料温度に応じた所定期間を算出する。一般に燃料温度が低くなるほど筒内温度が低くなる傾向があるため、図１１の所定期間のマップは、燃料温度が低くなるほど所定期間が長くなるように設定されている。これにより、燃料温度が低くなるほど所定期間（筒内温度上昇制御を実行する期間）を長くして、筒内温度上昇制御により筒内温度を上昇させ、圧縮端温度上昇および燃料霧化促進効果により、着火性を向上させることができる。図１１の所定期間のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成してＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶しておく。

或は、筒内温度と相関関係を有する温度情報としてシリンダ壁面温度を用いるようにしても良い。この場合、図１２に示すシリンダ壁面温度に応じた所定期間のマップを参照して、所定の温度情報（例えば、外気温度、吸気温度、燃料温度、冷却水温、油温等のうちの少なくとも一つ）に基づいて推定したシリンダ壁面温度に応じた所定期間を算出する。一般にシリンダ壁面温度が低くなるほど筒内温度が低くなる傾向があるため、図１２の所定期間のマップは、シリンダ壁面温度が低くなるほど所定期間が長くなるように設定されている。これにより、シリンダ壁面温度が低くなるほど所定期間（筒内温度上昇制御を実行する期間）を長くして、筒内温度上昇制御により筒内温度を上昇させ、圧縮端温度上昇および燃料霧化促進効果により、着火性を向上させることができる。図１２の所定期間のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成してＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶しておく。

また、外気温度と吸気温度と燃料温度とシリンダ壁面温度のうちの二つ又は三つ以上の温度情報に応じて所定期間を算出するようにしても良い。
このようにして所定期間を設定した後、ステップ１０６に進み、燃料噴射及び点火を停止すると共に可変バルブリフト機構３６によって排気バルブ３４のリフト量を「０」にすることで排気バルブ３４の開閉動作を停止させて排気バルブ３４を閉弁状態に維持してエンジン１１をクランキングする筒内温度上昇制御を実行する。この後、ステップ１０７に進み、筒内温度上昇制御を開始してから所定期間が経過したか否かを判定し、所定期間が経過していないと判定されれば、上記ステップ１０６に戻り、筒内温度上昇制御を継続する。

その後、上記ステップ１０７で、筒内温度上昇制御を開始してから所定期間が経過したと判定された時点で、ステップ１０８に進み、燃料噴射及び点火を実行すると共に排気バルブ３４を開閉動作させてエンジン１１をクランキングすることで、エンジン１１を始動させる。この際、エンジン１１の吸気行程と圧縮行程でそれぞれ燃料を噴射する分割噴射を実行する。

以上説明した本実施例１では、エンジン１１の始動時に低温条件が成立したときには、筒内温度上昇制御を実行する前に、まず、燃圧上昇制御を実行するようにしたので、バッテリ電圧不足を招くことなく、燃圧が目標燃圧に上昇するまで燃圧上昇制御を継続して、燃圧を確実に目標燃圧まで上昇させることができ、この燃圧上昇制御の実行後に、筒内温度上昇制御を実行することで、筒内温度を上昇させて圧縮端温度を高くすることができる。このようにして、燃圧上昇制御によって燃圧を目標燃圧に上昇させることで、噴射燃料の微粒化を促進することができると共に必要な噴射量を確保することができ、更に、筒内温度上昇制御によって筒内温度を上昇させることで、圧縮端温度上昇及び燃料霧化促進効果により、混合気の着火性を向上させることができるため、低温始動時の始動性を向上させることができ、極低温始動時でも始動性を確保することができる。

また、排気バルブ３４を開閉動作させてエンジン１１をクランキングする燃圧上昇制御を実行した後に、排気バルブ３４を閉弁状態に維持してエンジン１１をクランキングする筒内温度上昇制御を実行するため、前回のエンジン停止時に予め排気バルブ３４を閉弁状態に維持する状態に切り換えておく必要がない。このため、温間始動時で筒内温度上昇制御を実行しない場合でも、速やかに通常の始動制御を開始することができ、温間始動時の始動性を確保することができる。

次に、図１３及び図１４を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例２では、ＥＣＵ３０により後述する図１３の始動制御ルーチンを実行することで、図１４に示すように、筒内温度上昇制御の際に、吸気バルブ３３の閉弁タイミングを下死点付近（下死点又は下死点から所定範囲内）に制御するようにしている。

本実施例２で実行する図１３のルーチンは、前記実施例１で説明した図４のルーチンのステップ１０５の処理とステップ１０６の処理との間に、ステップ１０５ａの処理を追加したものであり、それ以外の各ステップの処理は図４と同じである。

図１３の始動制御ルーチンでは、低温条件が成立していると判定された場合には、燃料霧化状態と相関関係を有する温度情報（例えば外気温度等）に応じて目標燃圧を設定した後、燃圧が目標燃圧に上昇するまで燃料噴射及び点火を停止すると共に排気バルブ３４を開閉動作させてエンジン１１をクランキングする燃圧上昇制御を実行する（ステップ１０１〜１０４）。

この後、ステップ１０５に進み、筒内温度と相関関係を有する温度情報（例えば外気温度等）に応じて所定期間を設定した後、ステップ１０５ａに進み、可変バルブタイミング機構３５によって吸気バルブ３３の閉弁タイミングを下死点付近に制御する。

この後、ステップ１０６に進み、燃料噴射及び点火を停止すると共に排気バルブ３４の開閉動作を停止させて排気バルブ３４を閉弁状態に維持してエンジン１１をクランキングする筒内温度上昇制御を実行する。この後、ステップ１０７に進み、筒内温度上昇制御を開始してから所定期間が経過したか否かを判定し、所定期間が経過していないと判定されれば、上記ステップ１０５ａに戻り、吸気バルブ３３の閉弁タイミングを下死点付近に制御した状態で、筒内温度上昇制御を継続する。

その後、上記ステップ１０７で、筒内温度上昇制御を開始してから所定期間が経過したと判定された時点で、ステップ１０８に進み、燃料噴射（分割噴射）及び点火を実行すると共に排気バルブ３４を開閉動作させてエンジン１１をクランキングすることで、エンジン１１を始動させる。

以上説明した本実施例２では、筒内温度上昇制御の際に、吸気バルブ３３の閉弁タイミングを下死点付近に制御するようにしたので、実圧縮比を大きくして筒内温度上昇制御による筒内温度上昇効果を高めることができ、機械圧縮比が同じ場合、圧縮端温度を最も高くすることができ、低温始動時の始動性を更に向上させることができる。

尚、上記実施例２では、筒内温度上昇制御の際に、吸気バルブ３３の閉弁タイミングを下死点付近に制御するようにしたが、これに限定されず、例えば、吸気バルブ３３の閉弁タイミングを通常始動制御時よりも下死点に近付く方向に制御するようにしても良い。

次に、図１５及び図１６を用いて本発明の実施例３を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例３では、ＥＣＵ３０により後述する図１５の始動制御ルーチンを実行することで、図１６に示すように、筒内温度上昇制御の際に、吸気バルブ３３の開弁タイミングを上死点付近（上死点又は上死点から所定範囲内）に制御するようにしている。

本実施例３で実行する図１５のルーチンは、前記実施例１で説明した図４のルーチンのステップ１０５の処理とステップ１０６の処理との間に、ステップ１０５ｂの処理を追加したものであり、それ以外の各ステップの処理は図４と同じである。

図１５の始動制御ルーチンでは、低温条件が成立していると判定された場合には、燃料霧化状態と相関関係を有する温度情報（例えば外気温度等）に応じて目標燃圧を設定した後、燃圧が目標燃圧に上昇するまで燃料噴射及び点火を停止すると共に排気バルブ３４を開閉動作させてエンジン１１をクランキングする燃圧上昇制御を実行する（ステップ１０１〜１０４）。

この後、ステップ１０５に進み、筒内温度と相関関係を有する温度情報（例えば外気温度等）に応じて所定期間を設定した後、ステップ１０５ｂに進み、可変バルブタイミング機構３５によって吸気バルブ３３の開弁タイミングを上死点付近に制御する。

この後、ステップ１０６に進み、燃料噴射及び点火を停止すると共に排気バルブ３４の開閉動作を停止させて排気バルブ３４を閉弁状態に維持してエンジン１１をクランキングする筒内温度上昇制御を実行する。この後、ステップ１０７に進み、筒内温度上昇制御を開始してから所定期間が経過したか否かを判定し、所定期間が経過していないと判定されれば、上記ステップ１０５ｂに戻り、吸気バルブ３３の開弁タイミングを上死点付近に制御した状態で、筒内温度上昇制御を継続する。

その後、上記ステップ１０７で、筒内温度上昇制御を開始してから所定期間が経過したと判定された時点で、ステップ１０８に進み、燃料噴射（分割噴射）及び点火を実行すると共に排気バルブ３４を開閉動作させてエンジン１１をクランキングすることで、エンジン１１を始動させる。

以上説明した本実施例３では、筒内温度上昇制御の際に、吸気バルブ３３の開弁タイミングを上死点付近に制御するようにしたので、排気行程上死点で最も昇温された筒内の空気を、吸気行程で膨張させることなく吸気ポートに拭き戻した後に再び筒内に吸入することができ、筒内温度上昇制御による筒内温度上昇効果を高めることができ、低温始動時の始動性を更に向上させることができる。

尚、上記実施例３では、筒内温度上昇制御の際に、吸気バルブ３３の開弁タイミングを上死点付近に制御するようにしたが、これに限定されず、例えば、吸気バルブ３３の開弁タイミングを通常始動制御時よりも上死点に近付く方向に制御するようにしても良い。

次に、図１７及び図１８を用いて本発明の実施例４を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例４では、吸気バルブ３３のリフト量とバルブタイミングを変化させる可変バルブ機構（図示せず）を備え、ＥＣＵ３０により後述する図１７の始動制御ルーチンを実行することで、図１８に示すように、筒内温度上昇制御の際に、吸気バルブ３３の開弁タイミングを上死点付近（上死点又は上死点から所定範囲内）に制御すると共に閉弁タイミングを下死点付近（下死点又は下死点から所定範囲内）に制御するようにしている。

本実施例４で実行する図１７のルーチンは、前記実施例１で説明した図４のルーチンのステップ１０５の処理とステップ１０６の処理との間に、ステップ１０５ｃの処理を追加したものであり、それ以外の各ステップの処理は図４と同じである。

図１７の始動制御ルーチンでは、低温条件が成立していると判定された場合には、燃料霧化状態と相関関係を有する温度情報（例えば外気温度等）に応じて目標燃圧を設定した後、燃圧が目標燃圧に上昇するまで燃料噴射及び点火を停止すると共に排気バルブ３４を開閉動作させてエンジン１１をクランキングする燃圧上昇制御を実行する（ステップ１０１〜１０４）。

この後、ステップ１０５に進み、筒内温度と相関関係を有する温度情報（例えば外気温度等）に応じて所定期間を設定した後、ステップ１０５ｃに進み、可変バルブ機構によって吸気バルブ３３の開弁タイミングを上死点付近に制御すると共に閉弁タイミングを下死点付近に制御する。

この後、ステップ１０６に進み、燃料噴射及び点火を停止すると共に排気バルブ３４の開閉動作を停止させて排気バルブ３４を閉弁状態に維持してエンジン１１をクランキングする筒内温度上昇制御を実行する。この後、ステップ１０７に進み、筒内温度上昇制御を開始してから所定期間が経過したか否かを判定し、所定期間が経過していないと判定されれば、上記ステップ１０５ｃに戻り、吸気バルブ３３の開弁タイミングを上死点付近に制御すると共に閉弁タイミングを下死点付近に制御した状態で、筒内温度上昇制御を継続する。

その後、上記ステップ１０７で、筒内温度上昇制御を開始してから所定期間が経過したと判定された時点で、ステップ１０８に進み、燃料噴射（分割噴射）及び点火を実行すると共に排気バルブ３４を開閉動作させてエンジン１１をクランキングすることで、エンジン１１を始動させる。

以上説明した本実施例４では、筒内温度上昇制御の際に、吸気バルブ３３の開弁タイミングを上死点付近に制御すると共に閉弁タイミングを下死点付近に制御するようにしたので、前記実施例２と前記実施例３の両方の効果を得ることができ、筒内温度上昇制御による筒内温度上昇効果を更に高めることができる。

尚、上記実施例４では、筒内温度上昇制御の際に、吸気バルブ３３の開弁タイミングを上死点付近に制御すると共に閉弁タイミングを下死点付近に制御するようにしたが、これに限定されず、例えば、吸気バルブ３３の開弁タイミングを通常始動制御時よりも上死点に近付く方向に制御したり、吸気バルブ３３の閉弁タイミングを通常始動制御時よりも下死点に近付く方向に制御したりするようにしても良い。

尚、上記各実施例１〜４では、燃圧上昇制御の際に、燃料霧化状態と相関関係を有する温度情報に応じて目標燃圧を設定するようにしたが、これに限定されず、目標燃圧を予め設定した固定値としても良い。

また、上記各実施例１〜４では、筒内温度上昇制御の際に、筒内温度と相関関係を有する温度情報に応じて所定期間を設定するようにしたが、これに限定されず、所定期間を予め設定した固定値としても良い。

また、上記各実施例１〜４では、可変バルブリフト機構３６によって排気バルブ３４のリフト量を「０」にすることで、排気バルブ３４の開閉動作を停止させて排気バルブ３４を閉弁状態に維持するようにしたが、排気バルブ停止機構は、これに限定されず、適宜変更しても良く、例えば、排気バルブ３４と該排気バルブを駆動するカム軸との間の動力伝達を切り離すことで、排気バルブ３４の開閉動作を停止させて排気バルブ３４を閉弁状態に維持する構成としても良い。

１１…エンジン（内燃機関）、３０…ＥＣＵ（始動制御手段）、３３…吸気バルブ、３４…排気バルブ、３５…可変バルブタイミング機構（可変バルブ機構）、３６…可変バルブリフト機構（排気バルブ停止機構）、４２…高圧ポンプ

Claims (9)

1. 内燃機関（１１）で駆動される高圧ポンプ（４２）により供給される燃料を筒内に直接噴射する筒内噴射式内燃機関に適用され、前記内燃機関（１１）の排気バルブ（３４）の開閉動作を停止させて該排気バルブ（３４）を閉弁状態に維持する排気バルブ停止機構（３６）を備えた筒内噴射式内燃機関の始動制御装置において、
   前記内燃機関（１１）の始動時に所定の低温条件が成立したときに、前記高圧ポンプ（４２）により供給される燃料の圧力が目標燃圧に上昇するまで燃料噴射及び点火を停止すると共に前記排気バルブ（３４）を開閉動作させて前記内燃機関（１１）をクランキングする燃圧上昇制御と、該燃圧上昇制御後に所定期間が経過するまで前記燃料噴射及び点火を停止すると共に前記排気バルブ（３４）の開閉動作を停止させて該排気バルブ（３４）を閉弁状態に維持して前記内燃機関（１１）をクランキングする筒内温度上昇制御とを実行した後に、前記燃料噴射及び点火を実行すると共に前記排気バルブ（３４）を開閉動作させて前記内燃機関（１１）をクランキングする始動制御手段（３０）を備えていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の始動制御装置。
2. 前記始動制御手段（３０）は、前記燃圧上昇制御の際に、燃料霧化状態と相関関係を有する温度情報に応じて前記目標燃圧を設定することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の始動制御装置。
3. 前記燃料霧化状態と相関関係を有する温度情報として、外気温度、吸気温度、シリンダ壁面温度、燃料温度のうちの少なくとも一つを用いることを特徴とする請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関の始動制御装置。
4. 前記内燃機関（１１）の吸気バルブ（３３）の閉弁タイミングを変化させる可変バルブ機構（３５）を備え、
   前記始動制御手段（３０）は、前記筒内温度上昇制御の際に、前記吸気バルブ（３３）の閉弁タイミングを下死点又は該下死点に近付く方向に制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の始動制御装置。
5. 前記内燃機関（１１）の吸気バルブ（３３）の開弁タイミングを変化させる可変バルブ機構（３５）を備え、
   前記始動制御手段（３０）は、前記筒内温度上昇制御の際に、前記吸気バルブ（３３）の開弁タイミングを上死点又は該上死点に近付く方向に制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の始動制御装置。
6. 前記始動制御手段（３０）は、前記筒内温度上昇制御の際に、筒内温度と相関関係を有する温度情報に応じて前記所定期間を設定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の始動制御装置。
7. 前記筒内温度と相関関係を有する温度情報として、外気温度、吸気温度、シリンダ壁面温度、燃料温度のうちの少なくとも一つを用いることを特徴とする請求項６に記載の筒内噴射式内燃機関の始動制御装置。
8. 前記始動制御手段（３０）は、前記筒内温度上昇制御の実行後に前記燃料噴射及び点火を実行する際に、前記内燃機関（１１）の吸気行程と圧縮行程でそれぞれ燃料を噴射する分割噴射を実行することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の始動制御装置。
9. 前記始動制御手段（３０）は、前記内燃機関（１１）の始動時に、外気温度、吸気温度、シリンダ壁面温度、燃料温度のうちの少なくとも一つが所定値以下の場合に前記低温条件が成立していると判定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の始動制御装置。

Images