(57)【要約】【課題】  低温時のフリクションが大きい条件でも、圧縮行程噴射を利用した確実な始動を可能とし、これにより燃費の低減、ＣＯ２排出量の削減、ＨＣの低減が図れる筒内噴射型内燃機関を提供する。【解決手段】  始動時の機関への燃料供給力を参照し、圧縮行程中に燃料を噴射する圧縮行程噴射形態で始動を開始する。この始動開始後、所定の運転条件に基づいて圧縮行程噴射形態から、少なくとも吸気行程中に燃料を噴射する吸気行程噴射形態（または吸気行程中と圧縮行程中に燃料を噴射する吸気・圧縮行程噴射形態）に移行する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮行程中に燃料を噴射する圧縮行程噴射形態での始動を行う圧縮行程スタートモードと、吸気行程中に燃料を噴射する吸気行程噴射形態での始動を行う吸気行程スタートモードを備え、始動時の機関への燃料供給力が所定値に達している場合に前記圧縮行程スタートモードを実施する第１制御手段と、
前記第１制御手段による前記圧縮行程噴射形態での始動開始後、所定の運転条件に基づいて燃料噴射形態の切り換えを制御する第２制御手段と、
を備える、
ことを特徴とする筒内噴射型内燃機関。
【請求項２】
回転数を検出する回転数検出手段と、
をさらに備え、
前記所定の運転条件は、前記回転数検出手段で検出される回転数であって、
前記第２制御手段は、前記第１制御手段による圧縮行程噴射形態での始動開始後、前記回転数検出手段で検出される回転数が設定値に達したとき、該圧縮行程噴射形態から、少なくとも吸気行程での燃料噴射を含む噴射形態へ切り換える、
ことを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射型内燃機関。  
【請求項３】
冷却水温度を検知する温度検知手段と、
をさらに備え、
前記所定の運転条件は、前記温度検知手段で検知される冷却水温度であって、
前記第２制御手段は、前記第１制御手段による圧縮行程噴射形態での始動開始後、前記温度検知手段で検知される冷却水温度が設定値を超えているとき、該圧縮行程噴射形態を維持する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の筒内噴射型内燃機関。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シリンダ内に直接的に燃料を噴射する筒内噴射型内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダ内に直接的に燃料を噴射する筒内噴射型内燃機関の例として、圧縮行程中に燃料を噴射する圧縮行程噴射の運転、および吸気行程中に燃料を噴射する吸気行程噴射の運転をそれぞれ可能とするものがある（例えば特許文献１）。
【０００３】
圧縮行程噴射は、燃料が少なくても火が着き易いため、燃料の消費量が少なくてすむという利点がある。すなわち、燃料の消費量が少ないので、燃費の低減、ＣＯ２排出量の削減、ＨＣの低減が図れる。
【特許文献１】特開２００６−２７４９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ただし、低温時のフリクションが大きい条件で圧縮行程噴射による始動を行うと、図４に示すように、クランキングにより火が着いて爆発が始まるが、フリクションの影響で“ブス”“ブス”“ブス”“ブス”という弱い爆発が繰り返され、回転数がなかなか上昇せず、始動完了が困難となることがある。
【０００５】
回転数を上昇させるため、圧縮行程噴射の燃料噴射量を増やすと、点火プラグ付近の燃料が非常に濃い状態となり、燃料が燃え難くなって、回転数がますます上昇し難くなる。
【０００６】
この発明は、上記事情を考慮したもので、その目的は、低温時のフリクションが大きい条件でも、圧縮行程噴射を利用した確実な始動を可能とし、これにより燃費の低減、ＣＯ２排出量の削減、ＨＣの低減が図れる筒内噴射型内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明の筒内噴射型内燃機関は、圧縮行程中に燃料を噴射する圧縮行程噴射形態での始動を行う圧縮行程スタートモードと、吸気行程中に燃料を噴射する吸気行程噴射形態での始動を行う吸気行程スタートモードを備え、始動時の機関への燃料供給力が所定値に達している場合に前記圧縮行程スタートモードを実施する第１制御手段と、前記第１制御手段による前記圧縮行程噴射形態での始動開始後、所定の運転条件に基づいて燃料噴射形態の切り換えを制御する第２制御手段と、を備える。
【０００８】
請求項２に係る発明の筒内噴射型内燃機関は、回転数を検出する回転数検出手段と、をさらに備え、前記所定の運転条件は、前記回転数検出手段で検出される回転数であって、前記第２制御手段は、前記第１制御手段による圧縮行程噴射形態での始動開始後、前記回転数検出手段で検出される回転数が設定値に達したとき、該圧縮行程噴射形態から、少なくとも吸気行程での燃料噴射を含む噴射形態へ切り換える。
【０００９】
請求項３に係る発明の筒内噴射型内燃機関は、冷却水温度を検知する温度検知手段と、をさらに備え、前記所定の運転条件は、前記温度検知手段で検知される冷却水温度であって、前記第２制御手段は、前記第１制御手段による圧縮行程噴射形態での始動開始後、前記温度検知手段で検知される冷却水温度が設定値を超えているとき、該圧縮行程噴射形態を維持する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の筒内噴射型内燃機関によれば、低温時のフリクションが大きい条件でも、圧縮行程噴射を利用した確実な始動が可能となる。これにより、燃費の低減、ＣＯ２排出量の削減、ＨＣの低減が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では始動時における機関への燃料供給力の指標として燃料圧力を用いて説明をおこなう。
【００１２】
図１において、１は筒内噴射型内燃機関で、シリンダ２、ピストン３、インジェクタ４、点火プラグ５、吸気弁６、排気弁７などを有し、ピストン３の下降により、そのシリンダ２内の燃焼室に、吸気ポート１１および吸気弁６を介して空気を吸込む（吸気行程）。そして、燃焼室にインジェクタ４から燃料を噴射し、噴射した燃料と吸込み空気との混合気をピストン３の上昇によって圧縮し（圧縮行程）、この圧縮混合気を点火プラグ５の火花により着火して燃焼・爆発させる（燃焼行程）。この燃焼・爆発によってピストン３が再び下降し、上記動作が繰り返される。燃焼・爆発によって生じるガスは、排気弁７から排気ポート１２を通って排出される（排気行程）。
【００１３】
一方、制御部であるＥＣＵ２０に、点火コイル２１、クランク角センサ２２、冷却水温度センサ２３、燃料圧力センサ２４、スタータモータ駆動回路２５、スタータスイッチ２７などが接続される。
【００１４】
点火コイル２１は、上記点火プラグ５に点火用の駆動電圧を供給する。クランク角センサ２２は、上記ピストン３の上下動に連動するクランクの角度を検知する。冷却水温度センサ２３は、筒内噴射型内燃機関１の冷却水温度Ｔｗを検知する。燃料圧力センサ２４は、インジェクタ４に供給される燃料の圧力Ｐｆを検知する。スタータモータ駆動回路２５は、筒内噴射型内燃機関１を始動するためのスタータモータ２６を駆動する。
【００１５】
そして、ＥＣＵ２０は、筒内噴射型内燃機関１の制御に関する主要な機能として、次の（１）〜（３）の手段を有する。  
（１）クランク角センサ２２の検知角度から筒内噴射型内燃機関１の回転数Ｎｅを検出（算出）する検出手段。
【００１６】
（２）圧縮行程中に燃料を噴射する圧縮行程噴射形態での始動を行う圧縮行程スタートモードと、吸気行程中に燃料を噴射する吸気行程噴射形態での始動を行う吸気行程スタートモードを備え、スタータモータ２６の動作に伴い、始動時の機関への燃料供給力が所定値に達している場合に圧縮行程スタートモードを実施する第１制御手段。
【００１７】
（３）上記第１制御手段による圧縮行程噴射形態での始動開始後、所定の運転条件に基づいて燃料噴射形態の切り換えを制御する第２制御手段。
【００１８】
つぎに、図２のフローチャートを参照しながら作用について説明する。  
スタータスイッチ２７が押圧操作されている間、スタータモータ２６が動作して筒内噴射型内燃機関１がクランキングされる。
【００１９】
このとき、燃料圧力センサ２４で検知される圧力Ｐｆが圧縮行程噴射形態に必要な所定値Ｐｆｓに達していれば（ステップ１０１のＹＥＳ）、圧縮行程スタートモードによる始動が開始される（ステップ１０２）。
【００２０】
すなわち、クランキングによってピストン３が下降し、シリンダ２内の燃焼室に吸気弁６を介して空気が吸込まれる。この吸込み空気がピストン３の上昇によって圧縮され、その圧縮中にインジェクタ４から燃料が噴射される。噴射された燃料は吸込み空気と共に圧縮され、その圧縮混合気が点火プラグ５の火花により着火して燃焼・爆発する。この燃焼・爆発によってピストン３が再び下降し、上記動作が繰り返される。燃焼・爆発により生じるガスは排気弁７から排出される。
【００２１】
この圧縮行程噴射形態による始動の開始に伴い、筒内噴射型内燃機関１の冷却水温度Ｔｗが冷却水温度センサ２３によって検知される。また、ピストン３の上下動に連動するクランクの角度がクランク角センサ２２によって検知され、その検知角度から筒内噴射型内燃機関１の回転数Ｎｅが検出（算出）される。
【００２２】
検知された冷却水温度Ｔｗが設定値Ｔｗｓ未満であれば（ステップ１０３のＹＥＳ）、周囲の環境が例えば−２０℃〜−３０℃の極低温でフリクションが大きい条件であるとの判断の下に、上記検出された回転数Ｎｅが設定値Ｎｅｓに達しているかどうか判定される（ステップ１０４）。
【００２３】
回転数Ｎｅが設定値Ｎｅｓに達していなければ（ステップ１０４のＮＯ）、圧縮行程噴射形態がそのまま継続される（ステップ１０２）。
【００２４】
回転数Ｎｅが設定値Ｎｅｓに達すると（ステップ１０４のＹＥＳ）、圧縮行程噴射形態が解除されて、吸気行程噴射形態への移行が行われる（ステップ１０５）。
【００２５】
すなわち、吸気行程噴射形態では、ピストン３の下降によりシリンダ２内の燃焼室に吸気弁６を介して空気が吸込まれ、この吸込みにタイミングを合せて、インジェクタ４から燃料が噴射される。この噴射された燃料と吸込み空気と混合気がピストン３の上昇によって圧縮され、その圧縮混合気が点火プラグ５の火花により着火して燃焼・爆発する。この燃焼・爆発によってピストン３が再び下降し、上記動作が繰り返される。燃焼・爆発により生じるガスは排気弁７から排出される。
【００２６】
回転数Ｎｅの変化を図３に示す。  
極低温時のフリクションが大きい条件で圧縮行程噴射形態による始動が開始されると、クランキングにより火が着いて爆発が始まり、フリクションの影響で“ブス”“ブス”“ブス”“ブス”という弱い爆発が繰り返される。このとき、弱い爆発ながらも、回転数Ｎｅは少しずつ上昇し、回転数Ｎｅが設定値Ｎｅｓに達したところで、圧縮行程噴射形態から吸気行程噴射形態への移行が行われる。
【００２７】
この吸気行程噴射形態は、圧縮行程噴射形態よりも燃料の噴射量が多く、しかも圧縮行程噴射の燃料噴射量を増やす場合のように点火プラグ付近の燃料が非常に濃くなる事態を生じることもなく、始動を継続するのに必要十分な量の燃料を燃焼室に供給することができる。
【００２８】
したがって、吸気行程噴射形態に移行してからは、燃焼室内で強い爆発が起こり、回転数Ｎｅが大きく上昇して、早期に始動が完了する。
【００２９】
このように、圧縮行程噴射形態による始動を開始した後、吸気行程噴射形態に移行することにより、極低温時のフリクションが大きい条件でも、圧縮行程噴射形態を利用した確実な始動が可能となる。圧縮行程噴射形態は燃料の消費量が少ないので、燃費の低減、ＣＯ２排出量の削減、ＨＣの低減が図れる。
【００３０】
燃料圧力センサ２４で検知される圧力Ｐｆが圧縮行程噴射形態に必要な所定値Ｐｆｓに達していない場合には（ステップ１０１のＮＯ）、圧縮行程噴射形態による始動開始は不可能であるとの判断の下に、初めから吸気行程スタートモードによる始動が開始される（ステップ１０６）。
【００３１】
冷却水温度Ｔｗが設定値Ｔｗｓ以上の場合は（ステップ１０３のＮＯ）、フリクションが大きくないため圧縮行程噴射形態でも回転数Ｎｅを十分に上昇させることが可能であるとの判断の下に、圧縮行程噴射形態による始動がそのまま継続される。
【００３２】
なお、上記実施形態では、始動に影響を及ぼすフリクションの大きさを判断するために冷却水温度Ｔｗが設定値Ｔｗｓ未満であるかどうかの判定を行ったが、この判定を行うことなく、回転数Ｎｗが設定値Ｎｅｓに達したかどうかの判定だけで、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへの移行を制御する構成としてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、圧縮行程噴射形態から吸気行程噴射形態に移行したが、圧縮行程噴射形態から吸気・圧縮行程噴射形態に移行してもよい。吸気・圧縮行程噴射形態は、吸気行程噴射形態と圧縮行程噴射形態とを組合せたもので、吸気行程中と圧縮行程中に燃料を噴射する。
【００３４】
その他、この発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。そして、上述した実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の一実施形態の構成を示す図。
【図２】一実施形態の作用を説明するためのフローチャート。
【図３】一実施形態における回転数Ｎｅの変化を示す図。
【図４】従来における回転数Ｎｅの変化を示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１…筒内噴射型内燃機関、２…シリンダ、３…ピストン、４…インジェクタ、５…点火プラグ、６…吸気弁、７…排気弁、１１…吸気ポート、１２…排気ポート、２０…ＥＣＵ（制御部）、２１…点火コイル、２２…クランク角センサ、２３…冷却水温度センサ、２４…燃料圧力センサ、２５…スタータモータ駆動回路、２６…スタータモータ、２７…スタータスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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