JP2000097071A

JP2000097071A - 筒内直噴エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP2000097071A
Application number: JP10269784A
Authority: JP
Inventors: Akinori Harada; 原田　　明典; Nobuo Imatake; 信夫今竹; Kimitaka Saito; 公孝斎藤; Nobuhiko Koga; 伸彦古賀
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2000-04-04

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】筒内直噴エンジンを極低温状態において円滑
に始動する。【解決手段】エンジン始動のクランキング時に、少く
とも１以上のサイクル数の点火をカットして初爆の発生
時期を制御し、カットの間に全ての気筒に対して着火に
必要な燃料量を予め供給する。点火をカットするサイク
ル数は、冷却水温、クランキング回転数等に基づき、初
爆発生前に算出される必要燃料量からその燃料量を供給
するために必要なサイクル数として算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火花点火装置のよ
うな点火装置を備えていると共に、ガソリンのような揮
発性の燃料を筒内へ直接に噴射する所謂「筒内直噴エン
ジン」において、燃料噴射と点火を制御する制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】筒内直噴エンジンにおいては圧縮行程に
おいて筒内へ直接に燃料を噴射する点に特徴があるが、
圧縮行程のみにおいて筒内へ燃料噴射を行うと、機関の
始動時のように筒内温度が未だ低い時には、噴射されて
ピストンの頂部のキャビティの内壁面のような筒内の壁
面に付着した燃料が圧縮行程の終りまでに十分に蒸発し
ないので、始動時には良好な着火が得られない結果、通
常の筒内直噴エンジンには始動性が悪いという問題があ
る。この問題を解決するために特開昭６４−８７８３５
号公報に、始動時には吸気行程において燃料を筒内噴射
するように制御を行う筒内直噴エンジンが記載されてい
る。

【０００３】しかしながら、このような燃料噴射制御を
行っても、エンジンの回転数を急上昇させる必要がある
始動時においては十分に長い燃料噴射期間（大きな噴射
量）が得られないので、その対策として、筒内直噴用イ
ンジェクタの他に、吸気管に別のコールドスタート用イ
ンジェクタを装着して、低温の始動時には吸気管内へも
燃料噴射を行うことにより、始動に必要な噴射量を充足
させている。

【０００４】この対策は、筒内直噴用インジェクタの他
に、吸気管にコールドスタート用インジェクタを装着す
る必要があるので、今後、筒内直噴エンジンのコスト低
減、もしくはエンジンへの搭載上の問題等からこのコー
ルドスタート用インジェクタを廃止した場合には、極低
温（−２５〜−３５℃相当）において、従来の燃料噴射
及び点火の制御方法によっては始動不能に陥る恐れがあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述のよう
な従来技術が有する問題点に鑑み、従来の噴射制御及び
点火のための制御装置を改良することによって、筒内直
噴エンジンにおいてコールドスタート用インジェクタを
廃止した場合でも、極低温時において始動不良状態を回
避することができるような、筒内直噴エンジン用の燃料
噴射及び点火のための新規な制御装置を提供することを
解決課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載された燃料噴射制御装置を提供する。

【０００７】請求項１に記載したように、本発明は、極
低温時における筒内直噴エンジンの始動のためのクラン
キング時に、少なくとも１サイクル以上のサイクル数の
点火をカットすることにより初爆の発生時期を制御し、
点火カットを行っている間に全ての気筒に対して着火に
必要な燃料量を予め供給する点に特徴を有するものであ
る。ここで、点火カットするサイクル数は、冷却水温や
クランキング回転数等に基づいて初爆発生前に算出され
る必要な燃料量から、その燃料量を供給するために必要
なサイクル数として算出される。

【０００８】点火カットを行うことによって初爆の発生
は遅くなるが、その間に全ての気筒に対して着火に必要
な燃料が噴射されて一時的に筒内に蓄えられ、その一部
は気化するから、点火を開始すると全ての気筒において
着火が生じ、失火する気筒が生じない。従って、点火が
開始されて最初の気筒に初爆が生じることによって回転
数が上昇した時に、その回転数上昇が原因になって他の
気筒への噴射量が減少しても、他の気筒では点火カット
中に蓄えられた燃料が着火するから、従来のように他の
気筒が失火するというような望ましくない結果を生じる
ことがなく、全ての気筒が着火して回転数が順調に上昇
する。

【０００９】請求項１に記載された制御装置の作動によ
って全ての気筒において着火が得られてエンジン回転数
が順調に上昇したとき、始動モードの制御から始動後モ
ードの制御に切り換える時期の望ましい判定基準として
は、請求項２によれば、制御の対象が極低温始動である
ことを考慮して、通常の始動制御モードの場合の２倍程
度の、十分に高い回転数に達した時を基準とすることが
できる。

【００１０】また、請求項３の発明によれば、筒内への
燃料噴射を開始する時期は、吸気行程の前半という早い
時期に設定して、圧縮行程の後半のように筒内圧が高く
なる前に噴射を終了するようにする。それによって、筒
内直噴エンジンに共通する問題である始動直後の燃圧の
不足による噴射量の減少を避けることができる。

【００１１】また、極低温において始動に失敗して再び
始動操作を繰り返す際の再始動性を改善するために、請
求項４の発明のように、再始動操作を行う前に既に１度
は着火したことがある気筒への燃料噴射もしくは点火を
カットすることにより、未着火の気筒に対する燃料噴射
を抑制する作動が生じるのを妨げて、失火の可能性があ
る未着火の気筒への噴射量を確保することができる。そ
れによって全ての気筒における着火が可能になり、円滑
な再始動が行われるようになる。

【００１２】さらに、請求項５記載の発明のように、回
転数の上昇の度合い等を検出することによって揮発性の
ような燃料の性状を推定し、その燃料性状に応じて点火
カット中に噴射する筒内への燃料量を決定するのが望ま
しい。

【００１３】本発明の筒内直噴エンジンの制御装置はこ
のように構成されるので、吸気管にコールドスタート用
インジェクタを装着していない場合に、従来の噴射シス
テムをそのまま用いることによって、極低温時に始動不
良に陥ることを防止し、良好な始動性を確保することが
可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した第１の
実施形態を図面に従って説明する。第１実施形態の筒内
直噴エンジンの制御装置は、極低温始動時における直噴
ガソリンエンジンの燃料噴射量を最適に制御すると共
に、最適の時期に点火を行うように制御するものであ
り、各気筒に燃料を噴射供給するためのインジェクタ
は、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置に
よってその開閉動作が制御されるようになっている。

【００１５】図１は、本発明の各実施形態において共通
に使用されるエンジンと、その制御装置を詳細に示す構
成図である。図１において、筒内直噴型のガソリンエン
ジン１には吸気管２と排気管３が接続されている。吸気
管２には、アクセルペダル４の開度により制御するスロ
ットル弁５が設けられ、同スロットル弁５の開度は、ス
ロットル開度センサ６により検出されるようになってい
る。また、吸気管２のサージタンク７には吸気圧センサ
８が配設されている。

【００１６】エンジン１を構成する各シリンダ９内には
図の上下方向に往復動するピストン１０が配設されてお
り、各ピストン１０はそれぞれコンロッド１１を介して
クランク軸１２に連結されている。ピストン１０の上方
にはシリンダ９及びシリンダヘッド１３によって区画さ
れた燃焼室２６が形成されており、燃焼室２６は吸気弁
１４及び排気弁１５が開弁した時に吸気管２及び排気管
３と連通する。排気管３には排気ガス中の酸素濃度に応
じて異なる電圧信号を出力する空燃比センサ１６が設け
られている。なお、通常のエンジンと同様に、クランク
シャフト１２に取り付けられた歯車２１にはクランキン
グ時にスタータ２２の歯車２４が係合し得るようになっ
ている。また、シリンダ９のウォータジャケット２５に
は、冷却水温を検出する水温センサ２３が配設されてい
る。

【００１７】直噴エンジン１には筒内へ直接に燃料を噴
射するインジェクタ１８が設けられており、このインジ
ェクタ１８には、燃料タンク１９から燃料（ガソリン）
が、電動ポンプ５３及びクランクシャフト１２によって
駆動される機械式ポンプ５２によって高圧に加圧された
状態で、デリバリパイプ５１を介して供給される。ま
た、デリバリパイプ５１には、デリバリパイプ内の燃料
圧力を検出する燃圧センサ５９が配設されている。この
場合、吸気弁１４の開弁動作に伴って、吸気管の上流側
から供給される新気と、インジェクタ１８によって噴射
された燃料が燃焼室２６内において混合され、点火プラ
グ６０によって火花点火された時に燃焼する。

【００１８】一方、燃料噴射と点火を制御する電子式制
御装置（ＥＣＵ）３０は、例えば、マイクロコンピュー
タシステムを中心として構成され、Ａ／Ｄコンバータ３
１、入出力インターフェース３２、ＣＰＵ３３、ＲＯＭ
３４、ＲＡＭ３５、バックアップＲＡＭ３６、クロック
発生回路３７等を備える。前記吸気圧センサ８の検出信
号、空燃比センサ１６の検出信号及び水温センサ２３等
の検出したアナログ信号はＡ／Ｄコンバータ３１に入力
され、デジタル信号に変換された後にバス３８を介して
ＣＰＵ３３に入力される。また、スロットル開度センサ
６の検出信号、クランク角センサ２０等のパルス信号
（デジタル信号）は、入出力インターフェース３２及び
バス３８を介してＣＰＵ３３に入力される。ＣＰＵ３３
は、各検出信号に基づいて吸気圧（ＰＭ）、空燃比（Ａ
／Ｆ）、冷却水温（Ｔｗ）、スロットル開度、基準クラ
ンク位置及び機関回転数（Ｎｅ）等を検知する。

【００１９】さらに、ＥＣＵ３０には、前記インジェク
タ１８の駆動を制御するためのダウンカウンタ３９、フ
リップフロップ４０及びインジェクタ駆動回路４１が設
けられている。すなわち、後述する燃料噴射量制御ルー
チンによって燃料噴射量が演算されると、その演算結果
がダウンカウンタ３９に設定され、同時にフリップフロ
ップ４０もセット状態とされる。その結果、インジェク
タ駆動回路４１によりインジェクタ１８に通電が行われ
て燃料噴射が開始される。また、ダウンカウンタ３９が
クロックパルスの計数を開始し、ダウンカウンタ３９の
値が「０」になるとフリップフロップ４０がリセットさ
れる。そして、インジェクタ駆動回路４１によりインジ
ェクタ１８への通電が遮断されると、燃料噴射が停止さ
れる。すなわち、ＥＣＵ３０において演算された期間だ
けインジェクタ１８へ通電が行われ、演算結果に応じた
量の燃料がエンジン１の各気筒に供給される。

【００２０】また、ＥＣＵ３０は、点火プラグ６０の点
火時期を各検出信号に基づいて計算し、コイル部５７に
信号を通電することによって点火制御を行う。

【００２１】このように構成された筒内直噴エンジン１
のための制御装置において、極低温下における始動時の
燃料噴射及び点火の制御と、筒内へ噴射された燃料の挙
動について説明する。図２及び図３は、従来技術におけ
る極低温始動時の＃１〜＃４の各気筒における燃料噴射
及び点火の制御と、筒内へ噴射された燃料の挙動を示し
たものである。図２及び図３に示すように、スタータに
よってクランキングを開始した後、＃１気筒において初
爆が発生した場合（図２中のａ参照）に、その時点にお
いて＃３気筒は既に吸気行程終了時期になるため噴射期
間が短くなることはなく、十分な噴射量が得られるので
＃３気筒は圧縮上死点付近で正常に着火する（図２中の
ｂ参照）が、＃４気筒の噴射時期には、＃１気筒の初爆
によってエンジン１の回転数が上昇するため、回転数上
昇に伴って噴射期間が短くなって燃圧が低い間は噴射量
が減少する結果、望ましくない失火が発生する（図２中
のｃ参照）。同様に、回転数が上昇した時に噴射時期を
迎える＃２気筒においても、噴射量の不足によって失火
が発生する（図２中のｄ参照）。

【００２２】＃４及び＃２気筒の失火によってエンジン
回転数が低下するため、この時点で＃１及び＃３気筒の
噴射期間が長くなって着火するが（図２中のｅ，ｆ参
照）、再び回転数が上昇することによって、＃４及び＃
２気筒は失火することになる（図２中のｇ，ｈ参照）。
このような一連の作動が繰り返される結果、従来の筒内
直噴エンジンにおいてコールドスタート用インジェクが
設けられていない場合には、極低温始動時において始動
不良に陥ることになる。

【００２３】この問題の対策として、直噴エンジンの始
動時の噴射制御においては、前述のように、噴射期間の
一部が圧縮行程の前の吸気行程にかかるようにインジェ
クタ１８による燃料噴射を実行する、いわゆる「吸気同
期噴射制御」が採用されている。この制御においては、
噴射期間は吸気行程の前半から圧縮行程の中頃までに限
定される。これは、直噴エンジンの場合、始動時のよう
に機械式の高圧燃料噴射ポンプの回転数が未だ十分に上
昇していなくて燃圧が低い状態では、エンジンの圧縮行
程において筒内圧が上昇してインジェクタの噴射圧より
高くなると燃料噴射が不可能となるため、筒内への燃料
噴射の可能な期間は吸気行程前半から圧縮行程中の筒内
圧力が燃圧を超える時期までとなるためである。このよ
うな噴射制御においては噴射終了時期が限定されるた
め、エンジンの回転数が低い場合は噴射時間を長く確保
することが可能となって多量の燃料を筒内へ噴射するこ
とができるが、回転数が上昇すると噴射可能な時間が短
くなって噴射量を増加させることができなくなるため、
コールドスタート用インジェクタなしの極低温始動にお
いては、前述のような始動不良状態が発生することにな
る。

【００２４】さらに、直噴エンジンにおいては、通常、
エンジン回転数が高い領域では機械式の高圧燃料ポンプ
５２により高圧（１２ＭＰａ程度）に加圧された燃料を
筒内へ噴射するため、インジェクタ１８の噴射率（単位
時間当りの噴射量）は高圧時に要求される値に設定され
ているので、燃圧が低い始動時には、通常の吸気管噴射
エンジンの場合と比較して著しく噴射率が低くなる。極
低温始動時のクランキング回転数が低い場合は、クラン
クシャフト１２によって回転駆動される高圧燃料ポンプ
の吐出量に対して噴射量が多いために燃圧が低くなり、
必要噴射量を確保するためには長い噴射時間が必要とな
る。このため、初爆による回転数上昇時に噴射可能な時
間が短かくなると、必要な噴射量の確保が不可能とな
り、それが始動不良の原因となる。

【００２５】本発明では、従来技術における上記のよう
な問題点に鑑み、極低温時においてコールドスタート用
インジェクタが設けられていなくても始動を可能にした
ものである。

【００２６】本発明の第１実施形態の作動を、始動時の
点火操作と筒内燃料の挙動（着火もしくは失火）をまと
めた表１を用いて説明する。

【００２７】

【表１】

【００２８】前述のように、極低温時における始動不良
の最大の原因は、初爆発生後の回転数上昇により噴射量
が減少することである。そこで、第１実施形態において
は、回転数上昇時の噴射量の不足分を補うために、初爆
が発生する前に筒内に一定量の筒内ウェットを形成す
る。

【００２９】表１に示すように、始動時に任意のサイク
ル数（表１の場合は２回）だけ点火をカットすることに
よって、初爆前に各気筒に一定量の燃料を供給し、その
後に点火制御を開始することにより、回転上昇時に噴射
量が減少しても、それによる燃料量の不足分は筒内ウェ
ットの気化成分によって補われるため、失火が発生しな
いで全気筒について着火が得られて始動が可能となる。

【００３０】図４は、上述の燃料噴射量制御と点火制御
を実現するための制御の手順を示すフローチャートであ
って、この処理は各気筒のインジェクタ１８の燃料噴射
時期毎にＥＣＵ３０内のＣＰＵ３３により実行される。
図４に示すルーチンがスタートすると、ＣＰＵ３３は、
先ずステップ１０１において水温センサ２３によりエン
ジン冷却水の温度を検出する。そして、ステップ１０２
においてその水温の値により、極低温始動モードを選択
するか否かを判定する。例えば、水温が所定値としての
−２０ないし−２５℃以下であれば、ステップ１０４へ
進み、それよりも高ければ極低温始動ではないと判断し
てステップ１０３へ進む。ステップ１０３では通常の始
動制御ルーチンに入るものとする。

【００３１】ステップ１０４では、クランク角センサ２
０の信号によってエンジン回転数を検出し、ステップ１
０５においてその回転数の値により始動モードを選択す
べきか否かを判定する。例えば、回転数が所定値として
の８００rpm 未満ならば始動モードと判断してステップ
１０７に進むが、８００rpm 以上ならばエンジン１が既
に始動状態を終わったものと判断し、ステップ１０６へ
進んで始動後の噴射制御を実行するルーチンに移る。

【００３２】常温における始動制御では、通常、エンジ
ン回転数が約４００rpm 以上になると完爆したものと判
断し、始動モードから始動後モードに切り換えることに
よってエンジンが良好なアイドル状態となるため、噴射
量を始動モードよりも減少させる制御が行なわれてい
る。しかし、極低温における始動においては、回転数が
４００rpm 付近の時に始動後モードに切り換えることに
よって噴射量を減少させると、噴射量不足となって失火
が発生し、始動不良となる場合がある。そこで第１実施
形態においては、極低温始動モードとして、「始動」と
「始動後」との判定回転数を、ステップ１０３の通常始
動モードにおける判定回転数（４００rpm付近）のほぼ
２倍の回転数（８００rpm 付近）とする。

【００３３】ステップ１０７では、燃圧センサ５９と吸
気圧センサ８の信号により、デリバリパイプ５１の燃圧
及び吸気管負圧の値を検出する。そして、ステップ１０
８において、エンジンの冷却水温Ｔｗ、燃圧Ｐｆ、吸気
管負圧ＰＭ、エンジン回転数Ｎｅの値に基づいて、各気
筒毎のインジェクタ１８の１サイクルあたりの噴射量及
び噴射時期を決定する。即ち、噴射量τ_stは、Ｋ₁を定
数として、 τ_st＝ｆ（Ｔｗ，Ｐｆ，ＰＭ，Ｎｅ，…）×Ｋ₁（ｍｓ
ｅｃ）として算出され、さらにステップ１０９において、初爆
発生前に各気筒において必要な筒内供給燃料量Ｑｓを、
ＥＣＵ３０に内蔵されたマップから例えば１０００ｍｍ
³のように読み取る。供給燃料量Ｑｓもまた、エンジン
の冷却水温Ｔｗ、燃圧Ｐｆ、回転数Ｎｅ、吸気管負圧Ｐ
Ｍの値に応じて決定される値である。

【００３４】次に、その筒内供給燃料量Ｑｓとインジェ
クタ１８の噴射量τ_stから、点火カットサイクル数Ｎ_IG
を、ステップ１１０において、Ｎ_IG＝Ｑｓ／（τ_st・Ｑ）から算出し、ステップ１１１に進んで、点火カットが何
サイクル実行されたかを判断し、現状の経過サイクル数
Ｎｓが点火カットサイクル数Ｎ_IGよりも少ないか或いは
同じ数であればステップ１１２へ進み、そうでなければ
ステップ１１３へ進む。ステップ１１２では所定量の噴
射を実行し、点火制御は行わないで再びステップ１０１
に戻る。

【００３５】ステップ１１３においては、ステップ１１
２と同様に所定量の噴射を実行した後にステップ１１４
へ進み、通常の始動時と同様の点火制御を行なってステ
ップ１０１へ戻る。ここで、ステップ１０９においてマ
ップ値により決定された筒内供給燃料量Ｑ_Sが０mm³と
なった場合には点火カット制御はなしとする。以上のス
テップ１０１〜１１４の処理によれば、極低温始動時の
始動性を向上させる噴射制御が適正に実施されるように
なる。

【００３６】なお、第１実施形態では、ステップ１０８
において噴射量τ_stを決定する他に噴射時期を決定する
が、この噴射時期は、筒内に燃料を溜めることを目的と
する場合には、吸気行程の後半（吸気上死点後９０℃Ａ
以降）に噴射を開始する場合と比較して、吸気行程の前
半、例えば、吸気上死点後１０℃Ａ付近において噴射を
開始した方が、より有効であることが実験により判明し
ている。そのため、ステップ１０８における噴射時期
は、吸気行程前半（吸気上死点後１０℃Ａ付近）におい
て噴射開始とする。また、この噴射時期は、キャビティ
７１を形成されたピストン１０を有する直噴エンジンに
おいて特に効果的である。

【００３７】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図２に示すような従来技術による噴射パターン
においては、初爆等によって回転数が上昇した時に、前
述のように、燃料噴射量を減少させることによって始動
不能となるが、この時に運転者が始動不能と判断して、
クランキングを停止させた後に再始動した場合でも、従
来の制御においては同様の理由で始動不能となる可能性
がある。そこで、このような極低温における再始動時の
始動不良を防止するための噴射制御を図２及び図５を用
いて説明する。

【００３８】従来の制御結果を示す図２において、＃１
及び＃３気筒は必要噴射量が得られて着火するが、＃４
及び＃２気筒は回転数の上昇に伴う噴射量の減少により
着火に至らない。この状態でクランキングを停止させて
から再始動を試みた場合に、＃１気筒から再び燃料の噴
射が開始されたとすると、＃１気筒と＃３気筒は既に着
火した前歴があるため筒内の温度が上昇していると共
に、再始動時に充分な量の燃料が筒内に供給されるため
＃１及び＃３気筒は確実に着火するが、それに伴う回転
数の上昇によって＃４及び＃２気筒は再び失火するた
め、最初の始動時と同じ理由で始動不能となる。また、
この状態で噴射を続けた場合には噴射量過多となって、
着火した気筒に所謂プラグかぶりが生じるため、完全に
始動不能となる可能性がある。

【００３９】その対策として、図５に示すように、＃１
気筒から噴射を開始する場合には、最初の始動操作によ
って着火が得られた気筒、つまり、＃１及び＃３気筒に
ついては再始動の始めに燃料の噴射をカットすると共
に、最初は失火した気筒、つまり、＃４及び＃２気筒に
対しては所定の燃料量を噴射する。そして、＃４及び＃
２気筒において着火が得られるまで、＃１及び＃３気筒
への燃料噴射はカットされ、＃４及び＃２気筒において
着火が得られた後に、＃１及び＃３気筒へ所定量の燃料
の噴射を開始する。なお、＃４気筒から噴射を開始した
場合は、＃４及び＃２気筒については第１サイクルから
所定量の噴射を開始するものとし、＃１及び＃３気筒に
ついては、＃４及び＃２気筒において着火が得られる時
まで燃料の噴射をカットするものとする。

【００４０】図６は、第２実施形態の前述のような燃料
の噴射制御を実現するための手順を示すフローチャート
であって、この処理は各気筒の燃料噴射時期毎にＥＣＵ
３０内に設けられたＣＰＵ３３によって実行される。

【００４１】図６において、ステップ２０１〜２０６ま
での制御は、第１実施形態の制御を示す図４のフローチ
ャートにおけるステップ１０１〜１０６までの部分と同
じであるから、これらの重複部分についての説明は省略
する。ステップ２０５において、回転数Ｎｅが所定値以
下であったときは、始動モードであると判断してステッ
プ２０７へ進み、ＥＣＵ３０の記憶装置に記憶されてい
る噴射パターンにより、ＩＧ_ON後に噴射がなされたか否
かによって再始動であるか否かを判断し、未だ噴射が行
われていない場合はステップ２０８に進み、例えば第１
実施形態の場合と同様に、図４のフローチャートにおけ
るステップ１０７以下のような、通常の極低温始動モー
ドに入る。

【００４２】ステップ２０７において、既に噴射が行わ
れていることにより再始動であると判断した場合はステ
ップ２０９へ進む。ステップ２０９の判定においては、
エンジン回転数Ｎｅの検出値により判断する。例えば、
回転数Ｎｅが３００rpm 以上であれば着火したと判断
し、それ以下であれば未だ着火していないと判断する。
そして、着火したと判断した場合はステップ２１１へ進
むが、着火していないと判断した場合はステップ２１０
へ進む。ステップ２１０においては再始動前に実行した
噴射パターンを読み出し、噴射時間が所定の噴射量とほ
ぼ同等の長さとなっている気筒は着火したものと判断す
るが、それよりも噴射時間が短い気筒は未着火（失火）
の気筒と判断する。そして次に噴射する気筒が着火気筒
であれば噴射カットと判断してステップ２１５へ進み、
未着火の気筒であれば噴射と判断してステップ２１１へ
進む。

【００４３】ステップ２１１及び２１２では、第１実施
形態について図４に示すフローチャートのステップ１０
７及び１０８と同じ処理を行い、ステップ２１３におい
て所定量の燃料噴射を実行し、ステップ２１４において
点火制御を行い、ステップ２１５において噴射パターン
の読み込みをした後にステップ２０１へ戻る。

【００４４】ここで、図５及び図６によって説明した第
２実施形態の制御の変形として、図７及び図８に示すよ
うに、ステップ２１０において噴射カットと判定した場
合、ステップ２１５へ進む前にステップ２１６ないし２
１８の処理を行って、所定量もしくはそれ以下の量の燃
料噴射を実行し、点火をカットして、ステップ２１５へ
進むように変更してもよい。以上のようなステップ２０
１〜２１５の処理によれば、極低温における再始動時に
おける噴射制御が適正に実施される結果、始動性が向上
する。

【００４５】次に、本発明の第３実施形態について説明
する。極低温始動時においては、燃料の性状、特に燃料
の揮発性によって始動性が大きく変化するため、燃料の
性状によって燃料の噴射制御を変える必要がある。図９
は、極低温の始動時において、燃料性状が異なる３種類
の燃料Ａ、Ｂ、Ｃを使用して、同じ第１実施形態の点火
カット制御によって始動を行った場合の結果を示したも
のである。燃料の性状によって回転数の上昇の度合が大
きく違うことがわかる。これは、燃料Ａは燃料Ｂと比較
して揮発性が高いため、回転上昇時に筒内の燃料が多く
蒸発してオーバーリッチとなる結果、トルクが出ないた
めである。また、燃料Ｃは燃料Ｂと比較して揮発性が良
くないために初爆の発生は遅れるが、その分だけ回転の
立ち上がりが良くなる。そこで、第３実施形態では、初
爆発生後の回転数の上昇の度合によって燃料の性状を判
断し、それを極低温始動時の噴射制御に反映させるもの
である。

【００４６】第３実施形態としての噴射制御を実現する
手順を示すフローチャートの図示は省略しているが、第
３実施形態のフローチャートは、図４に示す第１実施形
態のフローチャートにおいて、ステップ１０４とステッ
プ１０５との間に燃料の性状を判定するためのステップ
が挿入されている点が異なっているだけで、その他の手
順は図４と同じである。第３実施形態の特徴として挿入
されるステップにおいては、例えば、回転数が３００rp
m から８００rpm(始動後モード）まで上昇するのに要す
る時間を読み込み、その時間の長短によって燃料の性状
を判断する。

【００４７】燃料性状の判断は、例えば、一般的によく
使用される燃料の性状をベースとして噴射量を設定した
場合に、そのベース燃料によって回転数が３００rpm か
ら８００rpm まで上昇するのに要した時間を基準とし
て、それよりも長い場合は揮発性の良い燃料、短かい場
合は揮発性の悪い燃料と判断する。そして、その燃料の
性状を考慮して、次の極低温の始動時においてステップ
１０８及び１０９における筒内供給燃料量を決定する。

【００４８】筒内供給燃料量の決定は、ベース燃料に対
してその燃料の揮発性が良いと判断した場合は、筒内供
給量をベース燃料のそれよりも少なめに設定し、揮発性
が悪いと判断した場合には、ベース燃料よりも多めに設
定するものとする。ただし、この場合に、揮発性が良い
とか悪いとかいう燃料性状に関係なく、第１実施形態に
ついての図４のフローチャートのステップ１０８におい
て決定する噴射量及び噴射時期は変えないものとし、ス
テップ１０９において決定する筒内供給燃料量の値だけ
を変化させるものとする。

【００４９】さらに、燃料性状を判定する他の手段とし
て、エンジン運転中における図１に示すＡ／Ｆセンサ１
６の出力による判定を用いてもよい。通常、エンジン運
転中の加減速時等においては、筒内のＡ／Ｆを適正な値
にするために、Ａ／Ｆセンサの出力をもとにしてフィー
ドバック制御が行われている。この場合にフィードバッ
ク制御のパラメータとして燃料性状が重要な因子となる
が、この制御において予め設定された燃料性状のパラメ
ータにおいて制御が実行された時に、Ａ／Ｆセンサの出
力値が大きくずれた場合は燃料性状が変化したものと判
断して、Ａ／Ｆセンサの出力により燃料性状のパラメー
タを補正する。

【００５０】補正方法としては、例えば、加速時には燃
料の増量制御が入るが、この時に特に始動直後から半暖
機時にかけては、ベース燃料の燃料性状に対して揮発性
の良い燃料ならばＡ／Ｆセンサの出力はリッチ側にずれ
るし、揮発性の悪い燃料ならばリーン側にずれることに
なる。従って、この出力値のずれの状態によって燃料性
状のパラメータを補正する。そこで、この判定値を用い
て、第１実施形態における極低温始動前において、前述
の補正と同じように燃料性状により、初爆前の筒内燃料
供給量の補正を行うものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の各実施形態に共通の筒内直噴エンジン
本体の断面図と、制御装置のブロック図とを結合したシ
ステム構成図である。

【図２】従来の燃料噴射と点火の制御パターンを示すタ
イムチャートである。

【図３】従来の制御システムによる筒内直噴エンジンに
おいて、各気筒の膨張（燃焼）行程初期の状態を比較し
て示す縦断面図である。

【図４】本発明の第１実施形態における制御ルーチンを
示すフローチャートである。

【図５】本発明の第２実施形態における燃料噴射と点火
の制御パターンを示すタイムチャートである。

【図６】第２実施形態における制御ルーチンを示すフロ
ーチャートである。

【図７】第２実施形態の変形例における燃料噴射と点火
の制御パターンを示すタイムチャートである。

【図８】図７に示す第２実施形態の変形例における制御
ルーチンの要部を示すフローチャートである。

【図９】第３実施形態の前提のとして、揮発性の異なる
３種の燃料Ａ，Ｂ，Ｃについてエンジン回転数の立ち上
がり方を調べた結果を比較して示す線図である。

【符号の説明】

１…筒内直噴エンジン６…スロットル開度センサ８…吸気圧センサ１８…インジェクタ２０…クランク角センサ２３…冷却水温センサ２６…燃焼室（筒内）３０…電子式制御装置（ＥＣＵ）５２…機械式高圧燃料ポンプ５３…電動式燃料ポンプ５９…燃圧センサ６０…点火プラグ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｅ (72)発明者今竹信夫愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者斎藤公孝愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者古賀伸彦愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G022 AA00 AA03 CA01 EA00 FA03 FA08 GA00 GA02 GA05 GA07 GA08 GA09 GA12 3G084 AA00 AA03 BA13 BA15 BA16 CA01 DA09 DA13 EA11 EB02 EB24 EC02 EC03 FA14 FA29 FA33 FA34 FA36 FA38 FA39 3G301 HA01 HA04 HA06 JA03 KA02 KA04 LA00 LA03 LB04 MA11 MA19 MA24 NA08 NB02 NB06 NB11 NE23 PA07Z PA11Z PB02Z PB08Z PD02Z PE01Z PE02Z PE04Z PE05Z PE08Z PF16Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気管に燃料を供給するインジェクタを
装着していない筒内直噴エンジンにおいて、筒内へ直接
に燃料を噴射するインジェクタの燃料噴射量と、燃料を
着火させるための点火とを制御する制御装置であって、
通常の始動制御とは異なる極低温時の始動噴射及び点火
のための制御として、クランキングの際に、初爆発生前
の少なくとも１サイクルの間は点火を禁止すると共に、
その間に各気筒の筒内へ燃料噴射のみを実行し、点火カ
ットサイクルが終了した後は燃料噴射と点火を併せて実
行するように設定したことを特徴とする筒内直噴エンジ
ンの制御装置。
【請求項２】請求項１において、始動モードと始動後
モードのいずれを実行するかを判定するための基準とな
る判定回転数を、極低温時の始動のために、通常の始動
制御モードにおける判定回転数の略２倍の回転数として
設定されていることを特徴とする筒内直噴エンジンの制
御装置。
【請求項３】請求項１において、燃料の噴射開始時期
を吸気行程の前半とすることを特徴とする筒内直噴エン
ジンの制御装置。
【請求項４】請求項１において、始動に失敗した後の
再始動時には、始動に失敗した時に着火した気筒への噴
射もしくは点火の少なくとも一方をカットすることを特
徴とする筒内直噴エンジンの制御装置。
【請求項５】請求項１において、初爆後の回転数の上
昇、もしくはエンジン運転中のＡ／Ｆセンサの出力値に
よって燃料性状を判定し、その判定値に基づいて点火カ
ットによる初爆発生前の気筒に対する筒内噴射量を変化
させることを特徴とする筒内直噴エンジンの制御装置。