JP5981592B1 - 筒内噴射エンジンの制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジン始動時に、エアの噛み込みによる燃料圧力の昇圧不良が生じた場合であっても、エンジンが始動不能になることを防止することが可能な筒内噴射エンジンの制御装置を提供する。【解決手段】筒内噴射エンジンの制御装置１を構成するＥＣＵ５０は、エンジン始動時に、燃料圧力が所定圧未満の場合には、吸気行程で燃料噴射を行うエアパージ制御を実行する燃料噴射制御部５１を備える。燃料噴射制御部５１は、エアパージ制御の実行中には、燃料圧力が所定圧以上の場合よりも、インジェクタ１２の燃料噴射時間を長くする。一方、燃料噴射制御部５１は、エアパージ制御の実行中に、燃料タンク６３内の燃料量が所定量以上であり、かつ燃料噴射が開始されてからの燃料噴射量の積算値（積算噴射量）が所定値以上となった場合にエアパージ制御を停止する。【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンのシリンダ内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジンの制御装置に関する。
近年、エンジンのシリンダ内に燃料を直接噴射することにより、例えば、充填効率や耐ノック性の向上を図ることができる筒内噴射エンジンが広く実用化されている。このような、筒内噴射エンジンでは、圧縮行程の高圧になった燃焼室内に燃料を直接噴射する必要があるため、高圧燃料ポンプを用いてインジェクタに供給する燃料の圧力（以下「燃圧」ともいう）を昇圧している。
また、筒内噴射エンジンでは、エンジンを始動する際に、始動性や排気エミッションなどを考慮して圧縮行程に燃料を噴射するように燃料噴射タイミングを制御することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−７１０９５号公報
ところで、例えば、エンジン製造時（車両製造時）、及び、高圧燃料ポンプや燃料配管等の燃料供給系部品の交換時には、燃料供給系にエアが混入することがある。そのため、ラインエンド（ライン検査工程）でエンジンを始動する場合や、部品交換後にエンジンを始動するときに、エアの噛み込みにより燃料圧力の昇圧不良が生じ、エンジンが始動不能になる状況が生じ得る。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、エンジン始動時に、エアの噛み込みによる燃料圧力の昇圧不良が生じた場合であっても、エンジンが始動不能になることを防止することが可能な筒内噴射エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係る筒内噴射エンジンの制御装置は、エンジンの筒内に燃料を噴射するインジェクタに供給される燃料の圧力を検出する燃圧検出手段と、エンジン始動時に、燃圧検出手段により検出された燃料圧力が所定圧未満の場合に、エンジンの吸気行程で燃料噴射を行うエアパージ制御を実行する燃料噴射制御手段とを備えることを特徴とする。
本発明に係るエンジンの制御装置によれば、エンジン始動時に、燃料圧力が所定圧未満の場合には、エアパージ制御が実行され、筒内圧が圧縮行程よりも低い吸気行程で燃料噴射が行われる。そのため、エアの噛み込みにより、圧縮行程で燃料を噴射する際に要求される程度まで燃料圧力が昇圧されない状況においても（すなわち、燃料圧力の昇圧不良が生じた場合であっても）、燃料を筒内に噴射することができる。その結果、エンジン始動時に、エアの噛み込みによる燃料圧力の昇圧不良が生じた場合であっても、エンジンが始動不能になることを防止することが可能となる。
また、本発明に係る筒内噴射エンジンの制御装置では、燃料噴射制御手段が、エアパージ制御の実行中には、燃料圧力が所定圧以上の場合よりも、インジェクタの燃料噴射時間を長くすることが好ましい。
このようにすれば、燃料中にエアが混入することによって減少する燃料噴射量が補填されるため、空燃比がリーンになって失火することを防止することができる。また、エアの排出（パージ）を促進でき、エアを早期に排出することが可能となる。
なお、本発明に係る筒内噴射エンジンの制御装置では、エアパージ制御の実行中には、燃料噴射制御手段が、吸気行程での一段噴射を行う（すなわち、複数回に分割して燃料を噴射するのではなく、一度の開弁で燃料を噴射する）ことが好ましい。
本発明に係る筒内噴射エンジンの制御装置では、エンジンがクランキングされて初爆から完爆に移った後、燃料圧力が所定圧未満になった場合に、燃料噴射制御手段が、エアパージ制御を実行することが好ましい。
ところで、例えば、インジェクタから遠い箇所（例えば低圧燃料ポンプ近傍）でエアが混入していた場合には、クランキング時には燃料が昇圧されてエンジンが完爆に至ったとしても、エンジンが、完爆に移った直後にストールしてしまう状況が生じ得る。ここで、本発明に係るエンジンの制御装置によれば、エンジンが完爆に移った後、燃料圧力が所定圧未満になった場合には、エアパージ制御が実行され、筒内圧の低い吸気行程で燃料噴射が行われる。そのため、完爆後に、エアの噛み込みによって燃圧の昇圧不良が生じたとしても、燃料を筒内に噴射することができる。よって、エンジン始動時において、初爆から完爆に移った後のエンジンストールをも防止することが可能となる。
本発明に係る筒内噴射エンジンの制御装置は、燃料タンクに貯留されている燃料の量を検出する燃料量検出手段と、燃料噴射が開始されてからの燃料噴射量を積算する燃料噴射量積算手段とをさらに備え、エアパージ制御の実行中に、燃料量検出手段により検出された燃料の量が所定量以上であり、かつ、燃料噴射量積算手段により積算された燃料噴射量の積算値が所定値以上となった場合に、燃料噴射制御手段が、エアパージ制御を停止することが好ましい。
このようにすれば、燃料の量が所定量以上であり（例えば、低圧燃料ポンプ（フィードポンプ）が燃料を吸い上げることができない状態（いわゆるガス欠状態）ではなく）、かつ燃料噴射量の積算値が所定値以上となった場合には、燃料中に混入したエアが排出（パージ）されたと判断し、エアパージ制御を適切に停止（終了）することができる。
その際に、本発明に係る筒内噴射エンジンの制御装置では、上記所定値が、燃料タンクに貯留されている燃料を吸い上げる低圧燃料ポンプから筒内に燃料を噴射するインジェクタに至るまでの燃料供給系を構成する各部品及び配管の容積に応じて設定されることが好ましい。
このようにすれば、例えば、燃料噴射量の積算値が、低圧燃料ポンプからインジェクタに至るまでの燃料供給系を構成する各部品及び配管の容積以上になった場合には、燃料中に混入したエアが完全に排出（パージ）されたと判断することができる。
本発明に係る筒内噴射エンジンの制御装置では、エアパージ制御の実行中に、燃圧検出手段により検出された実際の燃料圧力と燃料圧力の制御目標値との偏差が所定の公差内に収まっている状態が、所定時間以上継続した場合に、燃料噴射制御手段が、エアパージ制御を停止することが好ましい。
このようにすれば、実際の燃料圧力（実燃圧）と、燃料圧力の制御目標値（目標燃圧）との偏差が所定の公差内に収まっている状態（すなわち正常に昇圧が行われている状態）が、所定時間以上継続した場合には、燃料中に混入したエアが排出（パージ）されたと判断し、エアパージ制御を適切に停止（終了）することができる。
本発明によれば、エンジン始動時に、エアの噛み込みによる燃圧の昇圧不良が生じた場合であっても、エンジンが始動不能になることを防止することが可能となる。
実施形態に係る筒内噴射エンジンの制御装置、及び該制御装置が適用された筒内噴射エンジンの構成を示す図である。 高圧燃料ポンプの一例を模式的に示した縦断面図である。 実施形態に係る筒内噴射エンジンの制御装置によるエアパージ制御（クランキング時エアパージ制御実行判定処理）の処理手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る筒内噴射エンジンの制御装置によるエアパージ制御（完爆後エアパージ制御実行判定処理及び停止判定処理）の処理手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る筒内噴射エンジンの制御装置によるエアパージ制御（完爆後エアパージ制御実行判定処理及び停止判定処理）の処理手順を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
まず、図１を用いて、実施形態に係る筒内噴射エンジンの制御装置１、及び該制御装置１が適用された筒内噴射エンジン１０の構成について説明する。図１は、筒内噴射エンジンの制御装置１、及び、該制御装置１が適用された筒内噴射エンジン（以下、単に「エンジン」ともいう）１０の構成の構成を示す図である。
エンジン１０は、例えば水平対向型の４気筒ガソリンエンジンである。また、エンジン１０は、シリンダ内（筒内）に燃料を直接噴射する筒内噴射式のエンジンである。エンジン１０では、エアクリーナ１６から吸入された空気が、吸気管１５に設けられた電子制御式スロットルバルブ（以下、単に「スロットルバルブ」ともいう）１３により絞られ、インテークマニホールド１１を通り、エンジン１０に形成された各気筒に吸入される。ここで、エアクリーナ１６から吸入された空気の量（エンジン１０に吸入される空気量）は、エアクリーナ１６とスロットルバルブ１３との間に配置されたエアフローメータ１４により検出される。また、インテークマニホールド１１を構成するコレクター部（サージタンク）の内部には、インテークマニホールド１１内の圧力を検出するバキュームセンサ３０が配設されている。さらに、スロットルバルブ１３には、該スロットルバルブ１３の開度を検出するスロットル開度センサ３１が配設されている。
シリンダヘッドには、気筒毎に吸気ポート２２と排気ポート２３とが形成されている（図１では片バンクのみ示した）。各吸気ポート２２、排気ポート２３それぞれには、該吸気ポート２２、排気ポート２３を開閉する吸気バルブ２４、排気バルブ２５が設けられている。吸気バルブ２４を駆動する吸気カムシャフト２８と吸気カムプーリとの間には、吸気カムプーリと吸気カムシャフト２８とを相対回動してクランク軸１０ａに対する吸気カムシャフト２８の回転位相（変位角）を連続的に変更して、吸気バルブ２４のバルブタイミング（開閉タイミング）を進遅角する可変バルブタイミング機構２６が配設されている。この可変バルブタイミング機構２６により吸気バルブ２４の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。
同様に、排気カムシャフト２９と排気カムプーリとの間には、排気カムプーリと排気カムシャフト２９とを相対回動してクランク軸１０ａに対する排気カムシャフト２９の回転位相（変位角）を連続的に変更して、排気バルブ２５のバルブタイミング（開閉タイミング）を進遅角する可変バルブタイミング機構２７が配設されている。この可変バルブタイミング機構２７により排気バルブ２５の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。
エンジン１０の各気筒には、シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタ１２が取り付けられている。インジェクタ１２は、高圧燃料ポンプ６０により加圧された燃料を各気筒の燃焼室内へ直接噴射する。
インジェクタ１２は、デリバリーパイプ（コモンレール）６１に接続されている。デリバリーパイプ６１は、高圧燃料ポンプ６０から高圧燃料配管６２を通じて圧送されてきた燃料を各インジェクタ１２に分配するものである。高圧燃料ポンプ６０は、燃料タンク６３からフィードポンプ（低圧燃料ポンプ）６４により吸い上げられ、低圧燃料配管６５を通して供給される燃料を、運転状態に応じて高圧（例えば、８〜１３ＭＰａ）に昇圧してデリバリーパイプ６１へ供給する。なお、本実施形態では、高圧燃料ポンプ６０として、エンジン１０のカムシャフト２８によって駆動される形式のものを用いた。
ここで、図２を用いて、高圧燃料ポンプ６０の構成について説明する。高圧燃料ポンプ６０は、主として、ポンプ駆動カム６０１、リフタ６０２、プランジャ６０３、吸入弁６０５を司る電磁弁６０６、及び、吐出弁６０７を有して構成されている。ポンプ駆動カム６０１はエンジン１０のカムシャフト２８の回転動力によって駆動され、リフタ６０２及びプランジャ６０３を往復運動させる。プランジャ６０３が下降するときに吸入弁６０５が開かれ、加圧室６０４に燃料が流入する。プランジャ６０３が上昇するときには、吸入弁６０５が閉じられ、加圧室内６０４の燃料が圧縮される。その圧力によって吐出弁６０７が開き、高圧燃料が吐出される。
なお、図２に示されるように、ポンプ駆動カム６０１は、カムシャフト２８の回転方向に沿って等間隔に形成された３つのカム山を有している。ここで、カムシャフト２８は、クランクシャフト１０ａが２回転する間に１回転するため、クランクシャフト１０ａ２回転に対して、プランジャ６０３が３往復し、高圧燃料ポンプ６０から燃料が吐出される。
上記吸入弁６０５は電磁弁６０６によって閉弁動作を電気的に制御できる構造となっている。プランジャ６０３下降時に加圧室６０４に流入した燃料は、プランジャ６０３上昇時に、吸入弁６０５が開弁保持されていれば吸入側へ戻され、吸入弁６０５が閉弁されれば、加圧室６０４内で加圧されて吐出される。プランジャ６０３上昇時に吸入弁６０５が閉弁されるタイミングを制御して、吸入側へ戻される燃料と加圧される燃料の割合を変えることによって、高圧吐出される流量を制御することができる。なお、電磁弁６０６は、後述するエンジン制御装置（以下「ＥＣＵ」という）５０に接続されており、該ＥＣＵ５０により駆動が制御される。
図１に戻り、各気筒のシリンダヘッドには、混合気に点火する点火プラグ１７、及び該点火プラグ１７に高電圧を印加するイグナイタ内蔵型コイル２１が取り付けられている。エンジン１０の各気筒では、吸入された空気とインジェクタ１２によって噴射された燃料との混合気が点火プラグ１７により点火されて燃焼する。燃焼後の排気ガスは排気管１８を通して排出される。
排気管１８には、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサ１９Ａが取り付けられている。空燃比センサ１９Ａとしては、排気空燃比をリニアに検出することのできるリニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）が用いられる。なお、空燃比センサ１９Ａとして、排気空燃比をオン−オフ的に検出するＯ２センサを用いてもよい。
また、空燃比センサ１９Ａの下流には排気浄化触媒（ＣＡＴ）２０が配設されている。排気浄化触媒２０は三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行い、排気ガス中の有害ガス成分を無害な二酸化炭素（ＣＯ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）及び窒素（Ｎ２）に清浄化するものである。排気浄化触媒２０の下流には、排気空燃比をオン−オフ的に検出するリヤ（ＣＡＴ後）Ｏ２センサ１９Ｂが設けられている。
上述したエアフローメータ１４、ＬＡＦセンサ１９Ａ、Ｏ２センサ１９Ｂ、バキュームセンサ３０、スロットル開度センサ３１に加え、エンジン１０のカムシャフト２８近傍には、エンジン１０の気筒判別を行うためのカム角センサ３２が取り付けられている。ここで、カム角センサ３２は、カムシャフト２８の回転位置を表す電気信号を出力するとともに、カムシャフト２８の回転に伴って回転する高圧燃料ポンプ６０のポンプ駆動カム６０１の回転位置を表す電気信号も出力する。
また、エンジン１０のクランクシャフト１０ａ近傍には、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出するクランク角センサ３３が取り付けられている。ここで、クランクシャフト１０ａの端部には、例えば、２歯欠歯した３４歯の突起が１０°間隔で形成されたタイミングロータ３３ａが取り付けられており、クランク角センサ３３は、タイミングロータ３３ａの突起の有無を検出することにより、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出する。カム角センサ３２及びクランク角センサ３３としては、例えば電磁ピックアップ式のものなどが用いられる。
これらのセンサは、ＥＣＵ５０に接続されている。また、ＥＣＵ５０には、エンジン１０の冷却水の温度を検出する水温センサ３４、潤滑油の温度を検出する油温センサ３５、アクセルペダルの踏み込み量すなわちアクセルペダルの開度（操作量）を検出するアクセル開度センサ３６、および吸入空気温度を検出する吸気温センサ３７等の各種センサも接続されている。さらに、ＥＣＵ５０には、例えば、デリバリーパイプ６１に取り付けられ、インジェクタ１２に供給される燃料の圧力（高圧燃料ポンプ６０により昇圧された燃圧）を検出する燃圧センサ３８、及び、燃料タンク６３に貯留されている燃料の量（燃料レベル）を検出する燃料計３９が接続されている。燃圧センサ３８は、特許請求の範囲に記載の燃圧検出手段に相当し、燃料計３９は、特許請求の範囲に記載の燃料量検出手段に相当する。なお、燃料計３９としては、例えば、燃料タンク６３に浮かべたフロートにアームを付け、該フロートの位置（すなわち燃料量）を電気抵抗の変化として検出する形式のものを用いることができる。また、燃料計３９としては、電気容量式のセンサなどを用いてもよい。
ＥＣＵ５０は、演算を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ、１２Ｖバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、及び入出力Ｉ／Ｆ等を有して構成されている。また、ＥＣＵ５０は、インジェクタ１２を駆動するインジェクタドライバ、点火信号を出力する出力回路、及び、電子制御式スロットルバルブ１３を開閉する電動モータ１３ａを駆動するモータドライバ等を備えている。さらに、ＥＣＵ５０は、高圧燃料ポンプ６０を構成する電磁弁６０６を駆動するドライバ等も備えている。
ＥＣＵ５０では、カム角センサ３２の出力から気筒が判別され、クランク角センサ３３の出力からエンジン回転数が求められる。また、ＥＣＵ５０では、上述した各種センサから入力される検出信号に基づいて、吸入空気量、吸気管負圧、アクセルペダル開度、混合気の空燃比、吸入空気温度、及びエンジン１０の水温や油温等の各種情報が取得される。そして、ＥＣＵ５０は、取得したこれらの各種情報に基づいて、燃料噴射量や燃料噴射時期、点火時期、及び、スロットルバルブ１３等の各種デバイスを制御することによりエンジン１０を総合的に制御する。
特に、ＥＣＵ５０は、エンジン始動時に、エアの噛み込みによる燃料圧力の昇圧不良が生じた場合であっても、エンジン１０が始動不能になることを防止する機能を有している。そのため、ＥＣＵ５０は、燃料噴射制御部５１、及び燃料噴射量積算部５２を機能的に備えている。ＥＣＵ５０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムがマイクロプロセッサによって実行されることにより、燃料噴射制御部５１、及び燃料噴射量積算部５２の各機能が実現される。
燃料噴射制御部５１は、エンジン１０がクランキングされて始動されるときに、燃圧センサ３８により検出された燃料圧力が所定圧未満の場合（昇圧不良の場合）に、筒内圧が低いエンジン１０の吸気行程で燃料噴射を行うエアパージ制御を実行する。すなわち、燃料噴射制御部５１は、特許請求の範囲に記載の燃料噴射制御手段として機能する。なお、燃料噴射制御部５１は、エンジン始動時に、燃料圧力が所定圧以上の場合（正常に昇圧されている場合）には、通常モードによる燃料噴射制御、すなわち圧縮行程における燃料噴射を実行する。
燃料噴射制御部５１は、エアパージ制御の実行中には、空燃比のリーン化を防止するとともに混入したエアの排出（パージ）を促進するために、燃料圧力が所定圧以上の場合（すなわち通常制御の場合）よりも、燃料噴射時間が長くなるようにインジェクタ１２の駆動制御を行う。また、その際に、燃料噴射制御部５１は、吸気行程において一段噴射を行う（すなわち、複数回に分割して燃料を噴射するのではなく、一度の開弁で燃料を噴射する）ことが好ましい。
また、燃料噴射制御部５１は、エンジン１０がクランキングされて初爆から完爆に移った後も、燃料圧力が所定圧未満になった場合には、上述したエアパージ制御を実行する。これにより、完爆後にエンジン１０がストールすることが防止される。
燃料噴射量積算部５２は、クランキングが開始され、インジェクタ１２による燃料噴射が開始されてからの燃料噴射量を積算して積算噴射量を算出する。すなわち、燃料噴射量積算部５２は、特許請求の範囲に記載の燃料噴射量積算手段として機能する。より具体的には、燃料噴射量積算部５２は、インジェクタ１２に印加される噴射パルス幅（すなわちインジェクタ１２の開弁時間）、燃料圧力、及び燃料噴射回数等に基づいて、積算噴射量を算出する。なお、燃料噴射量積算部５２により算出された積算噴射量は、上述した燃料噴射制御部５１に出力される。
燃料噴射制御部５１は、エアパージ制御を実行しているときに、燃料計３９によって検出された燃料の量（すなわち燃料タンク６３に貯留されている燃料量）が所定量以上であり（つまり、フィードポンプ６４が燃料を吸い上げることができない状態（いわゆるガス欠状態）ではなく）、かつ、燃料噴射量積算部５２により算出された積算噴射量が所定値以上となった場合には、エアが排出（パージ）されたと判断し、エアパージ制御を停止（終了）し、以後、通常モードによる燃料噴射制御、すなわち圧縮行程における燃料噴射を実行する。
ここで、上記所定値は、燃料タンク６３に貯留されている燃料を吸い上げるフィードポンプ（低圧燃料ポンプ）６４から、インジェクタ１２に至るまでの燃料供給系を構成する各部品及び配管、すなわち、フィードポンプ６４、低圧燃料配管６５、高圧燃料ポンプ６０、高圧燃料配管６２、デリバリーパイプ６１、及びインジェクタ１２等の容積（以下「燃料配管容積」ともいう）に応じて設定されることが好ましい。
また、燃料噴射制御部５１は、エアパージ制御を実行しているときに、燃圧センサ３８により検出された実際の燃料圧力（以下「実燃圧」ともいう）と、エンジン運転状態に基づいて設定される燃料圧力の制御目標値（以下「目標燃圧」ともいう）との偏差が所定の公差（すなわち、高圧燃料ポンプ６０の燃圧フィードバックの制御公差）内に収まっている状態が所定時間（例えば十数秒程度）以上継続した場合に、エアパージ制御を停止（終了）し、以後、通常モードによる燃料噴射制御、すなわち圧縮行程における燃料噴射を実行する。
次に、図３〜図５を併せて用いて、筒内噴射エンジンの制御装置１の動作について説明する。図３は、筒内噴射エンジンの制御装置１によるエアパージ制御（クランキング時エアパージ制御実行判定処理）の処理手順を示すフローチャートである。図４は、筒内噴射エンジンの制御装置１によるエアパージ制御（完爆後エアパージ制御実行判定処理及び停止判定処理（積算噴射量と燃料配管容積とに基づく停止判定））の処理手順を示すフローチャートである。また、図５は、筒内噴射エンジンの制御装置１によるエアパージ制御（完爆後エアパージ制御実行判定処理及び停止判定処理（高圧燃料ポンプ６０の燃圧制御状態に基づく停止判定））の処理手順を示すフローチャートである。なお、これらの処理は、ＥＣＵ５０において、所定のタイミングで繰り返して実行される。
まず、図３を参照しつつ、筒内噴射エンジンの制御装置１によるエアパージ制御（クランキング時エアパージ制御実行判定処理）について説明する。
ステップＳ１００では、スタータ（図示省略）が起動されてクランキングが開始される。これにより、エンジン１０が駆動されて回転し、高圧燃料ポンプ６０により燃料が昇圧される。
次に、ステップＳ１０２では、燃圧が所定圧以上であるか否かについての判断が行われる。ここで、燃圧が所定圧以上である場合（すなわち正常に昇圧されている場合）には、ステップＳ１０４に処理が移行する。一方、燃圧が所定圧未満のとき（すなわち昇圧不良のとき）には、ステップＳ１０６に処理が移行する。
ステップＳ１０４では、通常の圧縮行程における燃料噴射が実行されて、エンジン１０が始動される。その後、本処理から一旦抜ける。
一方、ステップＳ１０６では、エアパージ制御が実行される。すなわち、筒内圧の低い吸気行程において燃料が噴射される。なお、その際に、インジェクタ１２に印加される燃料噴射パルス幅が広げられることにより、インジェクタ１２の燃料噴射時間が、通常時（燃圧が所定圧以上のとき）よりも長くされ、空燃比のリーン化防止とエア排出の促進とが図られる。これによって、エンジン１０が始動される。その後、本処理から一旦抜ける。
次に、図４を参照しつつ、筒内噴射エンジンの制御装置１によるエアパージ制御（完爆後エアパージ制御実行判定処理及び停止判定処理（積算噴射量と燃料配管容積とに基づく停止判定））について説明する。なお、本処理は、エンジン１０がクランキングされ、初爆がきて完爆に移った後に実行される。
ステップＳ２００では、燃圧が所定圧以上であるか否かについての判断が行われる。ここで、燃圧が所定圧以上である場合（すなわち正常に昇圧されている場合）には、ステップＳ２０２に処理が移行する。一方、燃圧が所定圧未満のとき（すなわち昇圧不良のとき）には、ステップＳ２０４に処理が移行する。
ステップＳ２０２では、通常モードによる燃料噴射、すなわち圧縮行程における燃料噴射が実行される。その後、本処理から一旦抜ける。
ステップＳ２０４では、燃料タンク６３の燃料量（燃料レベル）が所定量以上であるか否かについての判断が行われる。ここで、燃料量が所定量以上である場合には、ステップＳ２０６に処理が移行する。一方、燃料量が所定量未満のとき（いわゆるガス欠状態のとき）には、上述したステップＳ２０２に処理が移行し、通常モードによる燃料噴射、すなわち圧縮行程における燃料噴射が実行された後、本処理から一旦抜ける。
ステップＳ２０６では、エアパージ制御が実行される。すなわち、筒内圧の低い吸気行程において燃料が噴射される。なお、その際に、インジェクタ１２に印加される燃料噴射パルス幅が広げられることにより、インジェクタ１２の燃料噴射時間が、通常時（燃圧が所定圧以上のとき）よりも長くされる。
続いて、ステップＳ２０８では、燃料噴射量が積算されて燃料噴射が開始されてからの積算噴射量が算出される。なお、積算噴射量の算出方法については、上述したとおりであるので、ここでは詳細な説明を省略する。
次に、ステップＳ２１０では、ステップＳ２０８で算出された積算噴射量が、燃料配管容積以上であるか否か（すなわちエアが完全に排出されたか否か）についての判断が行われる。ここで、積算噴射量が燃料配管容積未満の場合には、ステップＳ２０６に処理が移行し、積算噴射量が燃料配管容積以上となるまで、上述したステップＳ２０６〜Ｓ２１０の処理（エアパージ制御）が繰り返して実行される。
一方、積算噴射量が燃料配管容積以上のとき（すなわちエアが完全に排出されたと判断されるとき）には、上述したステップＳ２０２に処理が移行し、通常モードによる燃料噴射、すなわち圧縮行程における燃料噴射が実行される（すなわち、エアパージ制御が終了される）。
続いて、図５を参照しつつ、筒内噴射エンジンの制御装置１によるエアパージ制御（完爆後エアパージ制御実行判定処理及び停止判定処理（高圧燃料ポンプ６０の燃圧制御状態に基づく停止判定））について説明する。なお、本処理も、エンジン１０がクランキングされ、初爆がきて完爆に移った後に実行される。
ステップＳ３００では、燃圧が所定圧以上であるか否かについての判断が行われる。ここで、燃圧が所定圧以上である場合（すなわち正常に昇圧されている場合）には、ステップＳ３０２に処理が移行する。一方、燃圧が所定圧未満のとき（すなわち昇圧不良のとき）には、ステップＳ３０４に処理が移行する。
ステップＳ３０２では、通常モードによる燃料噴射、すなわち圧縮行程における燃料噴射が実行される。その後、本処理から一旦抜ける。
ステップＳ３０４では、エアパージ制御が実行される。すなわち、エンジン１０の吸気行程における一段噴射が実行される。なお、その際に、インジェクタ１２に印加される燃料噴射パルス幅が広げられることにより、インジェクタ１２の燃料噴射時間が、通常時（燃圧が所定圧以上のとき）よりも長くされる。
次に、ステップＳ３０６では、実燃圧が、目標燃圧から所定の公差を減算した値以上であり、かつ、目標燃圧に所定の公差を加算した値以下であるか否かの判断、すなわち、実燃圧と目標燃圧との偏差が所定の公差内に収まっているか否かの判断が行われる。ここで、実燃圧と目標燃圧との偏差が所定の公差内に収まっている場合（すなわち正常に昇圧が行われている場合）には、ステップＳ３１２に処理が移行する。一方、実燃圧と目標燃圧との偏差が所定の公差内に収まっていないときには、ステップＳ３０８に処理が移行する。
ステップＳ３０８では、経験フラグ（詳細は後述する）がセットされている否かについての判断が行われる。ここで、経験フラグがセットされている場合には、ステップＳ３１０において、実燃圧と目標燃圧との偏差が所定の公差内に収まってからの経過時間をカウントするカウンタの値がクリア（ゼロにセット）された後、ステップＳ３０４に処理が移行し、上述したステップＳ３０４以降の処理が再度実行される。一方、経験フラグがセットされていないときには、そのまま（カウンタ値がクリアされることなく）ステップＳ３０４に処理が移行し、上述したステップＳ３０４以降の処理が再度実行される。
一方、ステップＳ３１２では、実燃圧と目標燃圧との偏差が所定の公差内に収まってからの経過時間をカウントするカウンタの値がインクリメントされる（すなわち、１が加算される）。そして、続くステップＳ３１４において、カウンタ値がカウントアップされたことを示す経験フラグに「１」がセットされる。
続いて、ステップＳ３１６では、カウント値が所定値以上であるか否か（すなわち、実燃圧と目標燃圧との偏差が所定の公差内に収まっている状態（すなわち正常に昇圧が行われている状態）が、所定時間以上継続しているか否か）についての判断が行われる。ここで、カウント値が所定値以上である場合には、ステップＳ３１８に処理が移行する。一方、カウント値が所定値未満のときには、ステップＳ３０４に処理が移行し、上述したステップＳ３０４以降の処理が再度実行される。
ステップＳ３１８では、実燃圧と目標燃圧との偏差が所定の公差内に収まってからの経過時間をカウントするカウンタの値がクリア（「０」がセット）されるとともに、カウンタの値がカウントアップされたことを示す経験フラグがリセット（「０」がセット）される。その後、上述したステップＳ３０２に処理が移行し、通常モードによる燃料噴射、すなわち圧縮行程における燃料噴射が実行される（すなわち、エアパージ制御が終了される）。
以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、エンジン始動時に、燃料圧力が所定圧未満の場合には、エアパージ制御が実行され、筒内圧が圧縮行程よりも低い吸気行程で燃料噴射が行われる。そのため、エアの噛み込みにより、圧縮行程で燃料を噴射する際に要求される程度まで燃料圧力が昇圧されない状況においても（すなわち、燃圧の昇圧不良が生じた場合であっても）、燃料を筒内に噴射することができる。その結果、エンジン始動時に、エアの噛み込みによる燃圧の昇圧不良が生じた場合であっても、エンジン１０が始動不能になることを防止することが可能となる。
本実施形態によれば、エアパージ制御の実行中には、通常制御時よりもインジェクタ１２の燃料噴射時間が長くされる。それにより、燃料中にエアが混入することによって減少する燃料噴射量が補填されるため、空燃比がリーンになって失火することを防止することができる。また、エアの排出（パージ）を促進でき、エアを早期に排出することが可能となる。
また、本実施形態によれば、エンジン１０が完爆に移った後、燃料圧力が所定圧未満になった場合にも、エアパージ制御が実行され、エンジン１０の吸気行程で燃料噴射が行われる。そのため、完爆後に、エアの噛み込みによって燃圧の昇圧不良が生じたとしても、燃料を筒内に噴射することができる。よって、エンジン始動時において、初爆から完爆に移った後のエンジンストールをも防止することが可能となる。
本実施形態によれば、エアパージ制御の実行中に、燃料タンク６３内の燃料量が所定量以上であり（いわゆるガス欠状態ではなく）、かつ燃料噴射量の積算値（積算噴射量）が所定値以上となった場合には、燃料中に混入したエアが排出（パージ）されたと判断し、エアパージ制御を適切に停止（終了）することができる。
なお、その際に、上記所定値が、フィードポンプ６４からインジェクタ１２に至るまでの燃料供給系を構成する各部品及び配管の容積（燃料配管容積）に応じて設定される。そのため、燃料中に混入したエアが完全に排出（パージ）されたか否かを的確に判断することができる。
また、本実施形態によれば、実燃圧と目標燃圧とが所定の公差内に収まっている状態（すなわち正常に昇圧が行われている状態）が所定時間以上継続した場合には、燃料中に混入したエアが排出されたと判断し、エアパージ制御を適切に停止（終了）することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、エアパージ制御の停止判定処理として、２つの方式、すなわち、積算噴射量と燃料配管容積とに基づく停止判定方法（図４のフローチャート参照）と、高圧燃料ポンプ６０の燃圧制御状態に基づく停止判定方法（図５のフローチャート参照）とについて説明したが、２つの方式のうち、いずれか一方のみを実行する構成としてもよい。
また、上記実施形態では、実燃圧と目標燃圧との偏差が所定の公差内に収まってからの経過時間をカウンタを用いて計時したが、カウンタに代えて、タイマを用いてもよい。
また、上記実施形態では、３つのカム山が形成されたポンプ駆動カム６０１を有する高圧燃料ポンプ６０を例にして説明したが、ポンプ駆動カム６０１のカム山の数は３山には限られない。
１ 筒内噴射エンジンの制御装置
１０ エンジン
１２ インジェクタ
３８ 燃圧センサ
３９ 燃料計
５０ ＥＣＵ
５１ 燃料噴射制御部
５２ 燃料噴射量積算部
６０ 高圧燃料ポンプ
６１ デリバリーパイプ
６２ 高圧燃料配管
６３ 燃料タンク
６４ フィードポンプ
６５ 低圧燃料配管

Claims (7)

  1. エンジンの筒内に燃料を噴射するインジェクタに供給される燃料の圧力を検出する燃圧検出手段と、
    エンジン始動時に、前記燃圧検出手段により検出された燃料圧力が所定圧未満の場合に、前記エンジンの吸気行程で燃料噴射を行うエアパージ制御を実行する燃料噴射制御手段と、を備えることを特徴とする筒内噴射エンジンの制御装置。
  2. 前記燃料噴射制御手段は、前記エアパージ制御の実行中には、前記燃料圧力が前記所定圧以上の場合よりも、前記インジェクタの燃料噴射時間を長くすることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射エンジンの制御装置。
  3. 前記燃料噴射制御手段は、前記エアパージ制御の実行中には、前記吸気行程での一段噴射を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴射エンジンの制御装置。
  4. 前記燃料噴射制御手段は、前記エンジンがクランキングされて初爆から完爆に移った後、前記燃料圧力が前記所定圧未満になった場合に、前記エアパージ制御を実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の筒内噴射エンジンの制御装置。
  5. 燃料タンクに貯留されている燃料の量を検出する燃料量検出手段と、
    燃料噴射が開始されてからの燃料噴射量を積算する燃料噴射量積算手段と、をさらに備え、
    前記燃料噴射制御手段は、前記エアパージ制御の実行中に、前記燃料量検出手段により検出された燃料の量が所定量以上であり、かつ、前記燃料噴射量積算手段により積算された燃料噴射量の積算値が所定値以上となった場合に、前記エアパージ制御を停止することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の筒内噴射エンジンの制御装置。
  6. 前記所定値は、前記燃料タンクに貯留されている燃料を吸い上げる低圧燃料ポンプから前記インジェクタに至るまでの燃料供給系を構成する各部品及び配管の容積に応じて設定されることを特徴とする請求項５に記載の筒内噴射エンジンの制御装置。
  7. 前記燃料噴射制御手段は、前記エアパージ制御の実行中に、前記燃圧検出手段により検出された実際の燃料圧力と燃料圧力の制御目標値との偏差が所定の公差内に収まっている状態が、所定時間以上継続した場合に、前記エアパージ制御を停止することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の筒内噴射エンジンの制御装置。
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