JP4085901B2 - 筒内噴射式内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に燃料を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。
【０００２】
【従来の技術】
従来から筒内噴射型内燃機関の冷間時の始動時に吸気行程噴射による均質燃焼をさせた場合に、三元触媒が活性化していないことにより、ＨＣが還元されないままで排出されることを防止するため、内燃機関の温度を検出し、検出した温度が所定温度を下回る場合には圧縮行程において理論空燃比より多少リーン側に空燃比を調整して燃料を噴射することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これにより、冷間始動時において、吸気行程噴射による均質燃焼に対して、燃料がシリンダ壁面に付着するのを低減することができ、成層燃焼により、クエンチゾーンヘの混合気の流入を低減できる。加えて、排気温が上昇するので、膨張行程においてＨＣ酸化反応を促進させることもでき、総合的にＨＣ低減が可能となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１４５５１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、機関始動時、特に機関温度が低いときには、燃料が気化しにくく、キャビティ外部のピストン頂面やシリンダ壁面に付着する燃料量が多くなることから、圧縮行程噴射による成層燃焼で安定した始動性を確保することが難しく、特に、成層燃焼の場合の始動性は、実際のエンジン始動時の環境状態やバッテリ電圧の状況などにより大きく影響を受け、始動条件によってはなかなか始動できず、始動性に改善の余地が残される。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、始動時の未燃焼燃料の排出を抑制しつつ始動温度等の始動条件によらず安定した始動性を確保する筒内噴射式内燃機関の始動制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃焼室内に燃料を直接噴射して点火プラグにより点火する筒内噴射式内燃機関の始動制御装置であり、機関始動時に圧縮行程燃料噴射による成層始動を実行する期間を設定する成層始動期間設定手段と、機関始動時のクランキング開始から成層始動期間設定手段で設定した成層始動期間までは圧縮行程噴射により機関を成層始動させ、成層始動期間中に機関回転数が予め設定した所定回転数を超える場合には機関が完爆始動されたとして暖機運転に移行させ、成層始動期間中に機関回転数が予め設定した前記所定回転数に達しない場合には、吸気行程噴射に切換えて機関を均質始動して完爆始動させる始動制御手段と、を備えるようにした。
【０００８】
【発明の効果】
したがって、本発明では、筒内噴射式内燃機関の始動時のクランキング開始から成層始動期間設定手段で設定した成層始動期間までは圧縮行程噴射により機関を成層始動させ、成層始動期間中に機関回転数が予め設定した所定回転数を超える場合には機関が完爆始動されたとして暖機運転に移行させ、成層始動期間中に機関回転数が予め設定した前記所定回転数に達しない場合には、吸気行程噴射に切換えて機関を均質始動して完爆始動させるため、成層始動が可能である場合にはクランキング開始直後の未燃焼燃料の排出を効果的に抑制し、成層混合気生成が適切に行われずに始動不良となる場合には、均質始動により始動性を確保することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の筒内噴射式内燃機関の始動制御装置を各実施形態に基づいて説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる筒内噴射式内燃機関の始動制御装置および同装置が適用されるエンジン１の概略構成を示している。図１に示されるように、エンジン１は、シリンダヘッド２と複数のシリンダ４（図１ではその一つのみを図示）が形成されたシリンダブロック３とを備えている。各シリンダ４内にはピストン５が往復動可能に設けられている。このピストン５と、シリンダ４の内壁およびシリンダヘッド２とによって燃焼室６が形成されている。また、ピストン頂部には、噴射した燃料および吸気が圧縮行程時にタンブル流を生じさせて成層燃焼させるピストンキャビティ５Ａを形成している。燃焼室６には、吸気弁７および排気弁８を介して吸気ポート９および排気ポート１０が接続されている。
【００１１】
吸気ポート９は、その上流部分に接続してインテークマニホールド１１およびコレクタ１２が接続され、さらにその上流にはエンジン１の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ１３、吸入空気量を測定するエアフローメータ１４、およびエアクリーナ１５が設けられている。このスロットルバルブ１３の開度は、アクセルペダル１６の踏込操作に応じてスロットル用モータ１７を駆動することによって調節される。即ち、アクセルペダル１６の踏込操作に応じて変化するアクセル踏込量がアクセルポジションセンサ１８によって検出され、この検出されるアクセル踏込量に応じてスロットル用モータ１７が制御されることによりスロットルバルブ１３の開度が調節される。このスロットルバルブ１３の開度は図示しないスロットルポジションセンサによって検出される。また、排気ポート１０の下流には、エギゾーストマニホールド１９を介して排気ガスを浄化するための触媒装置２０が設けられ、排気管２１に接続されている。
【００１２】
シリンダヘッド２には、この燃焼室６内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２３と、燃焼室６内の混合気に点火する点火プラグ２４とが、各気筒に対応してそれぞれ設けられている。燃料噴射弁２３は供給通路２５を介してデリバリパイプ２６に接続されており、同パイプ２６から燃料が供給される。また、このデリバリパイプ２６には高圧燃料ポンプ２７を通じて燃料タンク２８の燃料が供給される。デリバリパイプ２６には同パイプ２６内の燃料圧力を検出するための燃料圧センサ２９が設けられている。
【００１３】
エンジン１には、機関運転状態を検出するための各種センサが設けられている。クランクシャフト３１の近傍には、クランクシャフト３１の回転速度（エンジン回転速度＝スタータ回転速度）とその回転位相（クランク角ＣＡ）を検出するためのクランク角センサ３２が設けられている。また、シリンダブロック３には、エンジン１の冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）を検出する水温センサ３３が設けられている。また、スタータモータの電源であるバッテリ電圧を検出するバッテリ電圧センサ３４が設けられている。また、キースイッチ３５のオン信号、スタータ信号も入力されている。これら各センサ２９，３２〜３５から出力される検出信号はいずれも、エンジン１のエンジン制御装置３０に入力される。このエンジン制御装置３０はこれら各センサ２９，３２〜３５を含む各種センサからの検出信号に基づいて各燃料噴射弁２３を駆動することにより燃料噴射に係る制御を実行するとともに、所定の点火制御を実行する。また、エンジン制御装置３０は、こうした燃料噴射制御及び点火制御を実行するためのプログラムや演算用マップ、制御の実行に際して算出されるデータ等を記憶保持するメモリを備えている。
【００１４】
エンジン制御装置３０はエンジン１の運転状態に応じて、吸気行程において燃料噴射を実行する吸気行程噴射モードと、圧縮行程において燃料噴射を実行する圧縮行程噴射モードとを切換えるよう機能する。
【００１５】
また、エンジン制御装置３０はエンジン１のキースイッチ３５がオフからオンに切換えられてクランキングを開始するに際に、その時点での、冷却水温Ｔｗ（または、クランキング回転数Ｎｓｔ、バッテリ電圧Ｖｂ、燃圧Ｐｆ）に対応する始動時の圧縮行程噴射による成層始動を実行する期間、この場合には、成層始動を実行する時間ＴＳＴ−ｍ（始動判定まで待つ時間でもある）を制御マップ（図４〜図７）より参照し、成層始動時間ＴＳＴとして設定するようにしている。クランキング回転数Ｎｓｔ、燃圧Ｐｆに対応する始動時の成層始動を実行する時間ＴＳＴ−ｍ（始動判定まで待つ時間）を制御マップ（図６、図７）より参照する場合には、キースイッチ３５がスタータ位置に切換えられてクランキングが開始された段階で、成層始動時間ＴＳＴとして設定するようにしている。
【００１６】
これは、クランキング開始直後の段階における未燃焼燃料（ＨＣ）の排出を抑えるために行う低温始動時の圧縮行程噴射による成層始動時間を、冷却水温Ｔｗ（または、クランキング回転数Ｎｓｔ、バッテリ電圧Ｖｂ、燃圧Ｐｆ）に対応した可変時間とし、エンジン１が圧縮行程噴射によっても機関回転数が予め設定した所定回転数Ｎｅ−ｓｔに達しない場合に、それ以上の時間を費やして成層始動させる時間の無駄を無くし、その後の吸気行程噴射モードでの均質始動へ速やかに移行させるためである。即ち、図４に示すように、冷却水温Ｔｗが低い場合（例えば、摂氏０℃〜１０℃）には、成層始動が成立し難いために成層始動が実現するかどうかを判定するのに比較的長い時間に亘り圧縮行程噴射を実行する必要があるが、冷却水温Ｔｗが高くなるに連れて成層始動の可能性が高くなるため、成層始動が実現するかどうかを判定するに必要となる時間は短くなる。即ち、冷却水温Ｔｗが高温だと短時間で始動し易いことから、ある時間（短い時間）成層始動により機関始動させ、始動しなかったら成層始動を早めに諦め、均質始動に切換えて機関始動させる。そして、暖機終了温度Ｔｗ−ｓｔ（例えば、摂氏８０℃近辺）である場合には、圧縮行程噴射の必要性がない（ＴＳＴ＝０）。このことによって、常に一定時間だけ圧縮行程噴射することにより始動時間が長くなる不具合を解消できる。図５および図６に示すように、スタータ回転数Ｎｓｔやバッテリ電圧Ｖｂが高い場合においても、また、図７に示すように、燃圧Ｐｆが高い場合にでも同様である。なお、冷却水温Ｔｗに代えて、エンジンオイルの油温を検出して、この油温に基づいて成層始動時間（成層始動による始動判定まで待つ時間）ＴＳＴとして設定することもできる。
【００１７】
圧縮行程噴射による成層始動では、点火プラグ２４周りに、安定した着火が得られる空燃比の混合気塊（リッチ）が形成され、燃焼室６内全体としての平均空燃比はストイキよりも若干リーンとなる。
【００１８】
なお、エンジン制御装置３０はエンジンの圧縮行程噴射モードによる始動時（成層始動時）において、燃圧Ｐｆが所定値である始動時燃料噴射許可の燃圧Ｐｆ−ｓｔより低い場合、若しくは、クランキング回転数Ｎｓｔが所定値である始動時燃料噴射許可のスタータ回転数Ｎｓｔ−ｓｔより低い場合、または、バッテリ電圧Ｖｂが所定値である始動時燃料噴射許可のバッテリ電圧Ｖｂ−ｓｔより低い場合、のいずれかにおいて、燃料噴射を禁止するようにしている。
【００１９】
そして、エンジン制御装置３０は、成層始動時間（始動判定まで待つ時間）ＴＳＴとして設定した時間の経過後は吸気行程噴射モードを設定し、燃料噴射弁２３により吸気行程噴射を行わせてエンジン１を始動させるようにしている。エンジン１は吸気行程噴射が行われることによって、燃焼室６内に噴射された燃料が気化するための時間が確保され、その結果、安定して着火燃焼が行われてエンジン１が確実に始動される。
【００２０】
また、エンジン制御装置３０は成層始動中において、エンジン回転数Ｎｅが完爆回転数Ｎｅ−ｓｔより大きくなった場合には、着火燃焼が行われてエンジン１が確実に始動したと判断でき、キースイッチ３５のオン時に成層始動時間（始動判定まで待つ時間）ＴＳＴとして設定した時間の経過を待つことなく、暖機運転（この実施形態では、吸気行程噴射モードによる均質燃焼を設定し、燃料噴射弁２３により吸気行程噴射を行わせている）に移行させるようにしている。
【００２１】
なお、着火燃焼が行われてエンジン１が確実に始動されると、エンジン制御装置３０はエンジン１の暖機運転のために、燃料噴射モードを吸気行程噴射モードに圧縮行程噴射モードから変更するようにしている。このときの吸気行程噴射モードでの空燃比は、ストイキ近傍であり、これにより安定したファーストアイドルの維持とエミッション、特にＮＯｘの改善が図られる。また、エンジン１の始動後の暖機運転において、エンジン制御装置３０は冷却水温Ｔｗが暖機終了温度Ｔｗ−ｓｔを超えた場合には、エンジン制御装置３０は暖機完了として、運転条件に応じて吸気行程において燃料噴射を実行する吸気行程噴射モードと、圧縮行程において燃料噴射を実行する圧縮行程噴射モードとを切換え可能としている。
【００２２】
以上の構成を備えた本実施形態の筒内噴射式内燃機関の始動制御装置による機関始動時における始動制御について説明する。図２は、この始動制御における処理手順を示すフローチャートである。エンジン制御装置３０は、機関始動時において、このフローチャートに示される処理を定期的に割込処理として実行する。
【００２３】
この処理では、機関始動時の冷却水温に基づいて始動時の成層始動を実行する時間ＴＳＴ−ｍを参照し、成層始動時間（始動判定まで待つ時間）ＴＳＴとして設定して、その圧縮行程噴射モードにより燃料噴射弁２３による燃料噴射をクランキング時実行するようにしている。図３は、図２の処理手順による制御結果の時間的変化を示すタイムチャートであり、併せて説明する。なお、上記冷却水温Ｔｗに基づく成層始動時間ＴＳＴに代えて、クランキング回転数Ｎｓｔ、バッテリ電圧Ｖｂ、燃圧Ｐｆに基づいて、対応する始動時の成層始動を実行する時間ＴＳＴ−ｍ（始動判定まで待つ時間〉を制御マップ（図５〜図７）より参照し、成層始動時間（始動判定まで待つ時間）ＴＳＴとして設定するものについても、併せて説明する。
【００２４】
この処理に際して、まず、ステップＳ１において、キースイッチ３５がオフからオンへ変化したか否かを判断する。キースイッチ３５がオフの状態では、本フローチャートは処理を開始されない。キースイッチ３５がオフからオンへ変化したことにより、エンジン１の始動操作が開始されたと判断する（図３の時点ｔ１参照）。キースイッチ３５がオフからオンに変化した場合には、ステップＳ２へ進み、次回の割込処理では、キースイッチ３５のオンの状態が継続されるため、ステップＳ１からステップＳ４へ進む。
【００２５】
ステップＳ２では、その時点での、冷却水温Ｔｗ（または、バッテリ電圧Ｖｂ）に基づき、始動時の成層始動を実行する時間ＴＳＴ−ｍ（始動判定まで待つ時間）を、図４に示す制御マップより冷却水温ＴＷ（図５に示す制御マップよりバッテリ電圧Ｖｂ）に対応する成層始動を実行する時間ＴＳＴ−ｍ値を参照して算出し、ステップＳ３で、ステップＳ２の時間ＴＳＴ−ｍを実際の始動時の成層始動時間ＴＳＴの初期値として設定する。図４に示す制御マップでは、冷却水温が略０℃〜Ｔｗ−ｓｔ（例えば、８０℃）までの間で、冷間時には長く、冷却水温の上昇に連れて短くなる成層始動時間ＴＳＴが設定されている。なお、低温側の設定温度は略０℃からとしているが、例えば、摂氏５℃ないし１０℃以下では、成層始動時間ＴＳＴ＝０として、成層始動時間を経過することなく吸気行程噴射モードによる均質始動を開始するように設定することもできる。
【００２６】
バッテリ電圧Ｖｂに基づき、始動時の成層始動を実行する時間ＴＳＴ−ｍ（始動判定まで待つ時間）を算出する場合には、図５に示す制御マップよりバッテリ電圧Ｖｂに対応する成層始動を実行する時間ＴＳＴ−ｍ値を参照し、ステップＳ３で、ステップＳ２の時間ＴＳＴ−ｍを実際の始動時の成層始動時間ＴＳＴの初期値として設定する。図５に示す制御マップでは、バッテリ電圧が高いほど良好な着火および燃焼が補償されるため、成層始動時間ＴＳＴは短縮される特性となっている。
【００２７】
クランキング回転数Ｎｓｔ若しくは燃圧Ｐｆに基づき、始動時の成層始動を実行する時間ＴＳＴ−ｍ（始動判定まで待つ時間〉を、図６若しくは図７に示す制御マップよりクランキング回転数Ｎｓｔ若しくは燃圧Ｐｆに対応する成層始動を実行する時間ＴＳＴ−ｍ値を参照して算出する場合には、キースイッチ３５がスタータ位置に切換えられてクランキングが開始された段階（図３の時点ｔ２以降）で、成層始動時間（始動判定まで待つ時間）ＴＳＴとして設定する。図６の制御マップは、クランキング回転数により筒内温度等が異なり圧縮行程噴射時の成層混合気形成の度合いが異なることに着目したものであり、クランキング回転数が高いほど、成層始動が不能となる可能性が小さいので、成層始動時間ＴＳＴ（待ち時間）を短くするよう設定している。図７の制御マップは、クランキング時の燃圧により噴霧特性が異なり圧縮行程噴射時の成層混合気形成の度合いが異なることに着目したものであり、クランキング時の燃圧が高いほど、成層始動が不能となる可能性が小さいので、成層始動時間ＴＳＴ（待ち時間）を短くするよう設定している。
【００２８】
ステップＳ４では、燃圧Ｐｆ（または、クランキング回転数Ｎｓｔ、バッテリ電圧Ｖｂ）が所定値（始動時燃料噴射許可の燃圧）Ｐｆ−ｓｔ（または、始動時燃料噴射許可のスタータ回転数Ｎｓｔ−ｓｔ、始動時燃料噴射許可のバッテリ電圧Ｖｂ−ｓｔ）より小さいか否かを判断し、小さい場合にはステップＳ５に進み、燃料噴射を禁止して今回の処理を終了する。始動時の燃料噴射許可の燃圧Ｐｆ−ｓｔ（または、始動時燃料噴射許可のスタータ回転数Ｎｓｔ−ｓｔ、始動時燃料噴射許可のバッテリ電圧Ｖｂ−ｓｔ）が満足されるものである場合には、ステップＳ６へ進む。まだスタータ（イグニッション）オン（スタータ位置）としていない段階では、燃圧Ｐｆ、または、クランキング回転数Ｎｓｔは上昇されないので、ステップＳ５を経由して今回の割込処理は終了される。
【００２９】
スタータ（イグニッション）がオンとされる（図３の時点ｔ２）と、図示しないスタータモータによりクランキングが開始され、クランキング時燃圧Ｐｆおよびクランキング回転数Ｎｓｔが上昇される。これらがステップＳ４で設定した始動時燃料噴射許可の燃圧Ｐｆ−ｓｔ（または、始動時燃料噴射許可のスタータ回転数Ｎｓｔ−ｓｔ）を超える場合には、燃料噴射禁止が解除され、ステップＳ６へ進む。
【００３０】
ステップＳ６では、エンジン１の冷却水温Ｔｗが暖機完了温度Ｔｗ−ｓｔより低いか否かを判断し、低い場合にはステップＳ７へ進み、高い場合にはステップＳ１２へ進む。ここでは、クランキング開始直後の段階であるため、エンジン１の冷却水温Ｔｗが暖機完了温度Ｔｗ−ｓｔより低くステップＳ７へ進む。
【００３１】
ステップＳ７では、始動時の成層始動時間ＴＳＴが０より大きいか否かを判断し、成層始動時間ＴＳＴが残っていればステップＳ８へ進み、成層始動時間ＴＳＴが零であればステップＳ１１へ進む。クランキング中の成層始動時間ＴＳＴが経過すると、成層始動時間ＴＳＴの値が０となって、このステップの判断はＮＯとなる。ここでは、クランキング開始直後の段階であるため成層始動時間ＴＳＴは０より大きく、ステップＳ８へ進む。
【００３２】
また、冷却水温Ｔｗが極低温（例えば、摂氏０℃〜１０℃以下）等の理由により、クランキングの初期段階から吸気行程噴射モードによる均質始動とするために、成層始動時間ＴＳＴ＝０と設定されている場合には、ステップＳ１１へ進む。この場合には、図３において、鎖線図示のように、吸気行程噴射モードが選択され（図３（Ａ）鎖線参照）、空燃比も比較的リッチとされ（図３（Ｃ）鎖線参照）、冷却水温も極低温状態となっている（図３（Ｄ）参照）。
【００３３】
ステップＳ８では、圧縮行程中だけで燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードを選定してステップＳ９へ進む。燃料は、図３（Ａ）に示すように、燃料噴射弁２３より圧縮行程噴射モードで燃焼室に、図３（Ｃ）に示す弱リーン状態の空燃比で噴霧される。空燃比が弱リーン領域に設定されるため、燃料がクエンチゾーンへ流入したりシリンダ４壁面に付着することが低減され、成層燃焼が促進される。この場合、膨張行程において未燃焼燃料の酸化反応が促進され、排気温が上昇するので燃料の燃え残りやその外部への排出が抑制でき、且つ触媒２０の迅速な活性化が可能となる。
【００３４】
ステップＳ９では、クランキング中のエンジン回転数Ｎｅが完爆回転数Ｎｅ−ｓｔより大きいか否かを判断し、完爆回転数Ｎｅ−ｓｔを超えている場合には、ステップＳ１０へ進み、完爆回転数Ｎｅ−ｓｔに達していない場合にはステップＳ１３へ進んで成層始動時間ＴＳＴを減算処理して今回の処理を終了する。ここでは、クランキング開始直後の段階であるためエンジン回転数Ｎｅが完爆回転数Ｎｅ−ｓｔに達しておらずステップＳ１３へ進んで成層始動時間ＴＳＴを減算処理して今回の処理が終了される。
【００３５】
以後、ステップＳ１、Ｓ４、Ｓ６〜Ｓ９、Ｓ１３からなるサイクルが繰り返されることで、クランキング中の圧縮行程噴射による成層燃焼が促進されて、エンジン回転数が上昇されると、図３（Ａ）に示すように、圧縮行程噴射の噴射時期がエンジン回転数の上昇に連れて進角側に進められ、図３（Ｂ）に示すように、点火時期が遅角側に遅らせられ、噴射した燃料が確実に点火プラグ２４回りに達するタイミングの調整がなされ、確実に成層燃焼させる（図３中の時点ｔ２〜時点ｔ４）。
【００３６】
上記サイクル中に、クランキング中のエンジン回転数Ｎｅが完爆回転数Ｎｅ−ｓｔを超えると、ステップＳ９においてエンジン回転数Ｎｅが完爆回転数Ｎｅ−ｓｔを超えていると判断されてステップＳ１０へ進み、ステップＳ１０で、成層始動時間ＴＳＴが残っていても、成層始動時間ＴＳＴを０とし、今回の処理を終了する。このため、次回の割込処理時に、ステップＳ７からステップＳ１１へ進み、暖機運転のための吸気行程噴射モードとされる。図３（Ａ）の実線で示すように、時点ｔ３で暖機運転のための吸気行程噴射に切換り、図３（Ｃ）の実線で示すように、時点ｔ３で空燃比が理論空燃比となるように、すなわち、吸入空気量に対してストイキ噴射が行われるようにその燃料噴射量を設定する。
【００３７】
また、上記サイクル（成層始動時間）中に、完爆状態に至らない場合には、ステップＳ１、Ｓ４、Ｓ６〜Ｓ９、Ｓ１３からなるサイクルが繰り返され（図３（Ａ）〜（Ｅ）の破線参照）、成層始動時間ＴＳＴが０となった時点（図３の時点ｔ４）で、ステップＳ７の判断時に成層始動時間ＴＳＴが零であるためステップＳ１１へ進み、吸気行程噴射モードによる均質始動が開始される。図３（Ａ）の破線で示すように、時点ｔ４で吸気行程噴射に切換り、図３（Ｃ）の破線で示すように、時点ｔ４で空燃比が理論空燃比となるように、すなわち、吸入空気量に対してストイキ噴射が行われるようにその燃料噴射量を設定する。
【００３８】
吸気行程噴射モードによる均質始動に切換えられると、燃焼室６内に噴射された燃料が気化するための時間が確保されるため、安定して着火燃焼させることができる。このため、成層始動で始動できなかった場合においても、吸気行程噴射モードによる均質始動では、確実にエンジン１を始動（完爆状態）させることができる（図３の時点ｔ５参照）。
【００３９】
暖機運転（吸気行程噴射モードのアイドリング運転）の継続により、冷却水温Ｔｗが暖機終了温度Ｔｗ−ｓｔを超えて上昇すると、ステップＳ６の判断時に冷却水温Ｔｗ＜暖機終了温度Ｔｗ−ｓｔの条件を満足しない、即ち暖機完了であるためステップＳ１２へ進み、運転条件に応じて吸気行程において燃料噴射を実行する吸気行程噴射モードと、圧縮行程において燃料噴射を実行する圧縮行程噴射モードとを切換え可能となる（図３の時点ｔ６参照）。
【００４０】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００４１】
（ア）筒内噴射式内燃機関１において、機関始動時に圧縮行程燃料噴射による成層始動を実行する期間（時間、サイクル）ＴＳＴを設定する成層始動期間設定手段（ステップＳ１０２、Ｓ１０３）と、機関始動時のクランキング開始から成層始動期間設定手段で設定した成層始動期間ＴＳＴまでは圧縮行程噴射により機関１を成層始動させ、成層始動期間ＴＳＴ中に機関回転数Ｎｅが予め設定した所定回転数Ｎｅ−ｓｔを超える場合には機関１が完爆始動されたとして暖機運転に移行させ、成層始動期間ＴＳＴ中に機関回転数Ｎｅが予め設定した所定回転数Ｎｅ−ｓｔに達しない場合には、吸気行程噴射に切換えて機関を均質始動して完爆始動させる始動制御手段（ステップＳ７〜Ｓ１１、Ｓ１３）と、を備えるため、成層始動が可能である場合にはクランキング開始直後の未燃焼燃料の排出を効果的に抑制し、実際のエンジン１始動時の環境状態やバッテリ電圧Ｖｂの状況等により始動不良となる場合には、均質始動により始動性を確保することができる。
【００４２】
（イ）始動時の油水温Ｔｗ、クランキング回転数Ｎｓｔ、燃圧Ｐｆ、バッテリ電圧Ｖｂ等エンジン１の各種状態による圧縮行程噴射による成層混合気形成の度合い（成層始動が成立する可能性）に応じて始動時の成層始動期間（時間、サイクル）ＴＳＴを可変とするため、エンジン１の各種状態に応じて成層始動による可否の判定を早めることができ、エンジン始動時間を短縮化できる。
【００４３】
（ウ）始動時の成層始動時間ＴＳＴをエンジン始動時の油温若しくは水温Ｔｗに応じて設定するため、油水温Ｔｗが暖機状態に近いほど成層始動の可能性が大きく、成層始動時間ＴＳＴ（成層始動による可否の判定の待ち時間）を短くでき、始動時間を短縮化できる。
【００４４】
（エ）始動時の成層始動時間ＴＳＴをエンジン始動時のクランキング回転数Ｎｓｔに応じて設定する場合であっても、クランキング回転数Ｎｓｔが高いほど筒内温度が上昇するので成層始動の可能性が大きく、成層始動時間ＴＳＴ（成層始動による可否の判定の待ち時間）を短くでき、始動時間を短縮化できる。
【００４５】
（オ）始動時の成層始動時間ＴＳＴをエンジン始動クランキング時の燃圧Ｐｆに応じて設定する場合であっても、クランキング時燃圧Ｐｆが高いほど噴霧特性が良好となり着火性が向上するので成層始動の可能性が大きく、成層始動時間ＴＳＴ（成層始動による可否の判定の待ち時間）を短くでき、始動時間を短縮化できる。
【００４６】
（カ）始動時の成層始動時間ＴＳＴをエンジン始動時のバッテリ電圧Ｖｂに応じて設定する場合であっても、バッテリ電圧Ｖｂが高いほど着火性能が向上するので成層始動の可能性が大きく、成層始動時間ＴＳＴ（成層始動による可否の判定の待ち時間）を短くでき、始動時間を短縮化できる。
【００４７】
（第２実施形態）
図８は、本発明を適用した筒内噴射式内燃機関の始動制御装置の第２実施形態の始動制御における処理手順を示すフローチャートである。本実施形態においては、始動時の圧縮行程噴射を実行する期間（成層始動期間）ＴＳＴを経過時間で設定することに代えてエンジンのサイクル数Ｔｃｙｃｌｅにより設定するようにしたもので、成層始動を実行する時間をクランキング回転数Ｎｓｔの違いによらず設定できる特徴を備える。なお、第１実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００４８】
本実施形態にかかる筒内噴射式内燃機関の始動制御装置及び同装置が適用されるエンジン１の概略構成は第１実施形態と同様であり、エンジン制御装置３０で定期的に割込処理により実行される始動制御における処理手順（フローチャート）の一部が、図８に示すように、若干相違する。
【００４９】
即ち、第１実施形態の処理手順（フローチャート）で、始動時の成層始動期間ＴＳＴを設定するステップＳ２およびステップＳ３に代えてステップ２２およびステップ２３を用い、期間ＴＳＴの経過を判定するステップＳ７に代えてステップＳ２７を用い、期間ＴＳＴを減算処理するステップＳ１３を削除し、期間ＴＳＴをリセットするステップＳ１０に代えてステップＳ３０を用いる構成で相違している。
【００５０】
まず、ステップＳ２２では、その時点での、冷却水温Ｔｗ（または、バッテリ電圧Ｖｂ）に基づき、始動時の成層始動を実行するサイクル数Ｔｃｙｃｌｅ−ｍ（成層始動による始動可否の判定まで待つサイクル数）を、図９に示す制御マップより冷却水温ＴＷ（図１０に示す制御マップよりバッテリ電圧Ｖｂ）に対応する圧縮行程噴射サイクル数Ｔｃｙｃｌｅ−ｍ値を参照して算出し、ステップＳ２３で、ステップＳ２２のサイクル数Ｔｃｙｃｌｅ−ｍを実際の始動時の成層始動サイクル数Ｔｃｙｃｌｅの初期値として設定する。サイクル数Ｔｃｙｃｌｅは、始動時回転サイクル数Ｎｅ／ｃｙｃｌｅ−ｓｔ、始動時点火回数ＡＤＶ−ｓｔ、始動時圧縮行程噴射回数ＩＮＪ−ｓｔのいずれかによりカウントアップするようにしてもよい。
【００５１】
図９に示す制御マップでは、略０℃〜Ｔｗ−ｓｔ（例えば、８０℃）までの間で、冷間時には長く、冷却水温Ｔｗの上昇に連れて短くなる（成層始動が成立する）成層始動を実行するサイクル数Ｔｃｙｃｌｅが設定されている。なお、低温側の設定温度は略０℃からとしているが、例えば、摂氏５℃ないし１０℃以下では、成層始動サイクル数Ｔｃｙｃｌｅ＝０として、成層始動を経由することなく吸気行程噴射モードによる均質始動が開始されるようにすることもできる。
【００５２】
バッテリ電圧Ｖｂに基づき、始動時の圧縮行程噴射を実行するサイクル数Ｔｃｙｃｌｅ−ｍ（始動判定まで待つ時間）を算出する場合には、図１０に示す制御マップよりバッテリ電圧Ｖｂに対応する圧縮行程噴射実行サイクル数Ｔｃｙｃｌｅ−ｍ値を参照し、ステップＳ２３で、ステップＳ２２のサイクル数Ｔｃｙｃｌｅ−ｍを実際の始動時の成層始動サイクル数Ｔｃｙｃｌｅの初期値として設定する。図１０に示す制御マップでは、バッテリ電圧Ｖｂが高いほど良好な着火および燃焼が補償されるため、成層始動サイクル数Ｔｃｙｃｌｅは短縮される特性となっている。
【００５３】
クランキング回転数Ｎｓｔ若しくは燃圧Ｐｆに基づき、始動時の圧縮行程噴射を許可するサイクル数Ｔｃｙｃｌｅ−ｍ（始動判定まで待つ時間〉を、図１１若しくは図１２に示す制御マップよりクランキング回転数Ｎｓｔ若しくは燃圧Ｐｆに対応する圧縮行程噴射許可サイクル数Ｔｃｙｃｌｅ−ｍ値を参照して算出する場合には、キースイッチ３５がスタート位置に切換えられてクランキングが開始された段階（図３の時点ｔ２以降）で、成層始動サイクル数（成層始動による始動可否の判定まで待つ時間）Ｔｃｙｃｌｅとして設定する。図１１の制御マップは、クランキング回転数Ｎｓｔにより筒内温度等が異なり圧縮行程噴射時の成層混合気形成の度合いが異なることに着目したものであり、クランキング回転数Ｎｓｔが高いほど、成層始動が不能となる可能性が小さいので、成層始動サイクル数Ｔｃｙｃｌｅ（待ちサイクル数）を短くするよう設定している。図１２の制御マップは、クランキング時の燃圧Ｐｆにより噴霧特性が異なり圧縮行程噴射時の成層混合気形成の度合いが異なることに着目したものであり、クランキング時燃圧Ｐｆが高いほど、成層始動が不能となる可能性が小さいので、成層始動サイクル数Ｔｃｙｃｌｅ（待ちサイクル数）を短くするよう設定している。
【００５４】
また、ステップＳ２７では、始動時の成層始動サイクル数Ｔｃｙｃｌｅより現在のサイクル数Ｔｃｙｃｌｅ−ｓｔが小さいか否かを判断し、成層始動サイクル数Ｔｃｙｃｌｅが大きければ（Ｔｃｙｌｅ−ｓｔ＜Ｔｃｙｃｌｅ）ステップＳ８へ進み、成層始動サイクル数Ｔｃｙｃｌｅが小さければ（Ｔｃｙｃｌｅ−ｓｔ＞Ｔｃｙｃｌｅ）ステップＳ１１へ進む。クランキング中の圧縮行程噴射がサイクル数Ｔｃｙｃｌｅだけ実行されると、現在のサイクル数Ｔｃｙｃｌｅ−ｓｔが成層始動サイクル数Ｔｃｙｃｌｅと等しくなって、このステップの判断はＮＯとなる。
【００５５】
また、冷却水温Ｔｗが極低温（例えば、摂氏０℃〜１０℃以下）等の理由により、クランキングの初期段階から吸気行程噴射モードによる均質始動を選定するために、成層始動サイクル数Ｔｃｙｃｌｅ＝０と設定されている場合には、ステップＳ１１へ進む。この場合にも、第１実施形態の図３において、鎖線図示のように、吸気行程噴射モードによる均質始動が選択され（図３（Ａ）鎖線参照）、空燃比も比較的リッチとされ（図３（Ｃ）鎖線参照）、冷却水温Ｔｗは極低温状態となっている（図３（Ｄ）参照）。
【００５６】
また、ステップＳ９においてエンジン回転数Ｎｅが完爆回転数Ｎｅ−ｓｔを超えていると判断されてステップＳ１０へ進み、ステップＳ３０で、成層始動サイクル数Ｔｃｙｃｌｅが現在のサイクル数Ｔｃｙｃｌｅ−ｓｔよりも大きくても、成層始動サイクル数Ｔｃｙｃｌｅを０とし、今回の処理を終了する。このため、次回の割込処理時に、ステップＳ２７からステップＳ１１へ進み、暖機運転のための吸気行程噴射モードによる均質燃焼がなされる。これは、第１実施形態の図３（Ａ）の実線で示すように、時点ｔ３で暖機運転のための吸気行程噴射に切換り、図３（Ｃ）の実線で示すように、時点ｔ３で空燃比が理論空燃比となるように、すなわち、吸入空気量に対してストイキ噴射が行われるようにその燃料噴射量を設定する。
【００５７】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（カ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
【００５８】
（キ）始動時の成層始動期間ＴＳＴを始動時のエンジン１のサイクル数Ｔｃｙｃｌｅ、例えば、圧縮行程噴射の回数、圧縮行程噴射後の点火回数、クランキング中の回転サイクル数等の圧縮行程噴射許可サイクル数として設定するため、クランキング回転速度Ｎｓｔの違いによらず、成層始動回数を設定できる。
【００５９】
なお、上記実施形態において、エンジン１の暖機運転として、吸気行程噴射モードによる均質燃焼させるものについて説明したが、図示はしないが、圧縮行程噴射モードによる成層燃焼させるものであってもよく、また、冷却水温の上昇に連れて、圧縮行程噴射モードによる成層燃焼から吸気行程噴射モードによる均質燃焼へ移行させるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す筒内噴射式内燃機関の始動制御装置および同装置が適用されるエンジンの概略構成図。
【図２】同じく始動制御における処理手順を示すフローチャート。
【図３】同じく始動制御における処理結果を示すタイムチャート。
【図４】同じく冷却水温に基づく制御マップの一例を示す特性図。
【図５】同じくバッテリ電圧に基づく制御マップの一例を示す特性図。
【図６】同じくスタータ回転数に基づく制御マップの一例を示す特性図。
【図７】同じくクランキング時の燃圧に基づく制御マップの一例を示す特性図。
【図８】本発明の第２実施形態を示す筒内噴射式内燃機関の始動制御装置における処理手順を示すフローチャート。
【図９】同じく冷却水温に基づく制御マップの一例を示す特性図。
【図１０】同じくバッテリ電圧に基づく制御マップの一例を示す特性図。
【図１１】同じくスタータ回転数に基づく制御マップの一例を示す特性図。
【図１２】同じくクランキング時の燃圧に基づく制御マップの一例を示す特性図。
【符号の説明】
１ エンジン、機関
２ シリンダヘッド
３ シリンダブロック
４ シリンダ
５ ピストン
６ 燃焼室
７ 吸気弁
８ 排気弁
２３ 燃料噴射弁
２４ 点火プラグ
２９ 燃圧センサ
３０ エンジン制御装置
３２ クランク角センサ
３３ 水温センサ
３４ バッテリ電圧センサ
３５ キースイッチ

Claims (7)

1. 燃焼室内に燃料を直接噴射して点火プラグにより点火する筒内噴射式内燃機関の始動制御装置において、
   機関始動時に圧縮行程燃料噴射による成層始動を実行する期間を設定する成層始動期間設定手段と、
   機関始動時のクランキング開始から成層始動期間設定手段で設定した成層始動期間までは圧縮行程噴射により機関を成層始動させ、成層始動期間中に機関回転数が予め設定した所定回転数を超える場合には機関が完爆始動されたとして暖機運転に移行させ、成層始動期間中に機関回転数が予め設定した前記所定回転数に達しない場合には、吸気行程噴射に切換えて機関を均質始動して完爆始動させる始動制御手段と、を備え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. 前記成層始動期間は、始動時のクランキング開始からの経過時間により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. 前記成層始動期間は、始動時のクランキング開始からのエンジンサイクル数により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。
4. 前記成層始動期間は、エンジン始動時の油水温に応じて設定するものであ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。
5. 前記圧縮行程噴射を実行する許可期間は、エンジン始動時のクランキング回転数に応じて設定するものであ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。
6. 前記成層始動期間は、エンジン始動クランキング時の燃圧に応じて設定するものであ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。
7. 前記成層始動期間は、エンジン始動時のバッテリ電圧に応じて設定するものであ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。

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