(57)【要約】【課題】始動前に燃料をプリヒートして燃料の気化を促進すると共に、これに基づくペネトレーションの増大による未燃ガスや粒子状物質の増大を抑制する筒内噴射式の内燃機関に使用される制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】内燃機関の始動前の燃料のプリヒートを行なうモードではコモンレール内の燃料圧力を計測、或いは推測し、内燃機関を始動する際はその燃料圧力に応じて燃料噴射タイミングを補正することで燃料噴射弁から噴射される燃料がピストン冠面に衝突するのを抑制するようにした。燃料圧力増加に伴う噴射燃料のペネトレーションの増大変化によるピストン冠面への燃料の衝突を低減でき、燃焼時における未燃ガスや粒子状物質の増大を抑制できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室へ噴射する燃料噴射弁に送られる燃料を加熱する燃料加熱手段を内燃機関の始動前に駆動する燃料のプリヒート手段と、
燃料のプリヒート中の燃料圧力を計測、或いは推定する燃料圧力計測手段と、
前記内燃機関の始動に際して基準燃料噴射タイミングを設定する燃料噴射タイミング設定手段と、
燃料のプリヒート中の前記燃料圧力に対応して前記基準燃料噴射タイミングを補正する燃料噴射タイミング補正手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射タイミング補正手段は、前記内燃機関の始動時の燃料圧力が予め定めた判定燃料圧力より高い場合は、前記基準燃料噴射タイミングからピストンの吸気下死点方向の遅れ側へ燃料噴射タイミングを補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射タイミング補正手段は、前記内燃機関の始動時の燃料圧力が予め定めた判定燃料圧力より高い場合は、その度合いに対応して前記基準燃料噴射タイミングからピストンの吸気下死点方向の遅れ側へ燃料噴射タイミングを補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射タイミング補正手段は、前記内燃機関の始動時の燃料圧力が予め定めた判定燃料圧力より高い場合は、前記基準燃料噴射タイミングからピストンの吸気下死点方向へ燃料噴射タイミングを補正すると共に、前記補正された燃料噴射タイミングが所定の遅れ側制限値を越えた場合には前記補正された燃料噴射タイミングを前記遅れ側制限値に置き換えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射タイミング補正手段は、前記内燃機関の始動中に燃料圧力が低下してきた場合は、その燃料圧力に対応して前記補正された燃料噴射タイミングを前記基準燃料噴射タイミング側に戻していくことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射タイミング補正手段は、前記内燃機関の始動時の燃料圧力が予め定めた判定燃料圧力より低い場合は、前記基準燃料噴射タイミングからピストンの吸気上死点方向の進み側へ燃料噴射タイミングを補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射タイミング補正手段は、前記内燃機関の始動時の燃料圧力が予め定めた判定燃料圧力より低い場合は、その度合いに対応して前記基準燃料噴射タイミングからピストンの吸気上死点方向の進み側へ燃料噴射タイミングを補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
請求項６或いは請求項７に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射タイミング補正手段は、前記内燃機関の始動時の燃料圧力が予め定めた判定燃料圧力より低い場合は、前記基準燃料噴射タイミングからピストンの吸気上死点方向へ燃料噴射タイミングを補正すると共に、前記補正された燃料噴射タイミングが所定の進み側制限値を越えた場合には前記補正された燃料噴射タイミングを進み側制限値に置き換えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記内燃機関の始動時の基準燃料噴射タイミングが圧縮下死点から圧縮上死点の間にある場合は、前記燃料噴射タイミング補正手段は、前記内燃機関の始動時の燃料圧力が予め定めた判定燃料圧力より高い場合は、前記基準燃料噴射タイミングからピストンの圧縮下死点方向の進み側へ燃料噴射タイミングを補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射タイミング補正手段は、前記内燃機関の始動時の燃料圧力が予め定めた判定燃料圧力より高い場合は、その度合いに対応して前記基準燃料噴射タイミングからピストンの圧縮下死点方向の進み側へ燃料噴射タイミングを補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射タイミング補正手段は、前記内燃機関の始動時の燃料圧力が予め定めた判定燃料圧力より高い場合は、前記基準燃料噴射タイミングからピストンの圧縮下死点方向へ燃料噴射タイミングを補正すると共に、前記補正された燃料噴射タイミングが所定の進み側制限値を越えた場合には前記補正された燃料噴射タイミングを前記進み側制限値に置き換えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射タイミング補正手段は、前記内燃機関の始動中に燃料圧力が低下してきた場合は、その燃料圧力に対応して前記補正された燃料噴射タイミングを前記基準燃料噴射タイミング側に戻していくことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射タイミング補正手段は、前記内燃機関の始動時の燃料圧力が予め定めた判定燃料圧力より低い場合は、前記基準燃料噴射タイミングからピストンの圧縮上死点方向の遅れ側へ燃料噴射タイミングを補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１４】
請求項９に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射タイミング補正手段は、前記内燃機関の始動時の燃料圧力が予め定めた判定燃料圧力より低い場合は、その度合いに対応して前記基準燃料噴射タイミングからピストンの圧縮上死点方向の進み側へ燃料噴射タイミングを補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１５】
請求項１３或いは請求項１４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射タイミング補正手段は、前記内燃機関の始動時の燃料圧力が予め定めた判定燃料圧力より低い場合は、前記基準燃料噴射タイミングからピストンの圧縮上死点方向へ燃料噴射タイミングを補正すると共に、前記補正された燃料噴射タイミングが所定の遅れ側制限値を越えた場合には前記補正された燃料噴射タイミングを前記遅れ側制限値に置き換えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の動作状態を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、特に内燃機関の気筒に直接的に燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の気筒内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射式の内燃機関では、燃料圧力を高圧の所定燃料圧力、例えば５〜２０ＭＰａに加圧して燃料噴射弁から気筒内に燃料を噴射することで、燃料の気化促進や均質な混合気形成を図って排気性能、燃費性能を向上させている。
【０００３】
このような筒内噴射式の内燃機関では、燃料の噴射タイミングによっては噴射された燃料がピストン冠面に付着する場合があり、これらの付着した燃料は点火プラグによって点火されるまでに充分気化していないと、燃焼時における未燃ガス（ＨＣ）や粒子状物質（ＰＭ/ＰＮ）が増大する要因となる。
【０００４】
また、ピストン冠面が充分に暖まっていない低水温時や始動時では未燃ガスや粒子状物質がさらに増大するようになる。
【０００５】
そこで、噴射する燃料をヒータ等の加熱手段で加熱することにより噴射された燃料の気化を促進させ、ピストン冠面に付着する燃料量を減らし、低水温時や始動時における未燃ガスや粒子状物質の増加を抑制することが重要となる。
【０００６】
更に、燃料を加熱した場合、加熱されない時に比べて噴射された燃料の気化時間が短く、かつ噴射燃料のペネトレーションが短くなる傾向があるため、燃料の温度に応じて燃料の噴射量や噴射タイミングを調整することも重要である。
【０００７】
そして、始動時の燃料の気化を促進して排気性能を向上する技術として特開２００５-２９１１３２号公報（特許文献１）では、燃料噴射弁により噴射される燃料をヒータで加熱して気化性能を向上すると共に、燃料温度によって燃料が吸気マニフォルドに滞在する気化時間を確保するために排気行程から吸気行程の範囲内で燃料の噴射タイミングを調整する技術を提案している。尚、この特許文献１で提案されている技術はポート噴射方式（吸気マニフォルドに燃料噴射弁を取り付けた方式）であるため、上述したような筒内噴射方式の内燃機関の課題等については考慮されていないものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５-２９１１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、筒内噴射式の内燃機関において燃料を加熱した場合、内燃機関の始動後の通常運転領域では燃料温度に応じた燃料の噴射量や噴射タイミングを変更することにより、燃焼時における未燃ガスや粒子状物質の生成を抑制することができ、これについての制御技術は確立されている。
【００１０】
また、内燃機関の始動後の通常運転領域では噴射される燃料圧力は高圧ポンプ制御により常に燃料圧力を目標値にフィードバック制御しているため、燃料圧力に対する更なる補正制御はそれほど要請されない。
【００１１】
しかしながら内燃機関の始動前に燃料をプリヒート（予熱）した場合は、高圧ポンプと燃料噴射弁の間のコモンレール内の燃料はコモンレールが密閉されている状態のため温度と共に圧力も上昇する。ここで、プリヒートとはコモンレールに電気的な加熱手段を設け、始動に先立ってコモンレール内の燃料を加熱する制御である。
【００１２】
このため、内燃機関の始動時に噴射される燃料圧力が高くなって燃料噴射弁から噴射される燃料のペネトレーション（燃料の貫通力による到達距離）が増大し、燃料がピストン冠面に衝突しやすくなり、始動時の未燃ガスや粒子状物質の増大を招く現象がある。
【００１３】
本発明の目的は始動前に燃料をプリヒートして燃料の気化を促進すると共に、これに基づくペネトレーションの増大による未燃ガスや粒子状物質の増大を抑制する内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の特徴は、内燃機関の始動前の燃料のプリヒートを行なうモードではコモンレール内の燃料圧力を計測、或いは推測し、内燃機関を始動する際はその燃料圧力に応じて燃料噴射タイミングを補正することで燃料噴射弁から噴射される燃料がピストン冠面に衝突するのを抑制するようにした、ところにある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、内燃機関の始動時の燃料圧力に応じて燃料の噴射タイミングを変更するため、燃料圧力増加に伴う噴射燃料のペネトレーションの増大変化によるピストン冠面への燃料の衝突を低減でき、燃焼時における未燃ガスや粒子状物質の増大を抑制できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の適用される筒内噴射式の内燃機関の制御システムの全体構成図である。
【図２】図１に示す内燃機関制御ユニット入出力信号関係を示すブロック線図である。
【図３】本発明の一実施例になる始動時の燃料噴射制御を説明する制御フローチャート図である。
【図４】本発明の一実施例になる燃料プリヒート開始から内燃機関の始動、完爆までの燃料圧力挙動を説明する特性図である。
【図５】燃料圧力と燃料温度に関する噴射燃料のペネトレーションの関係を説明する説明図である。
【図６】燃料圧力と燃料温度に関する燃料粒径の関係を説明する説明図である。
【図７】燃料圧力に対する内燃機関の始動時の未燃ガスや粒子状物質の排出挙動を説明する説明図である。
【図８】燃料噴射タイミングに対する内燃機関の始動時の未燃ガスや粒子状物質の排出挙動を説明する説明図である。
【図９】本発明の一実施例になる始動時の燃料噴射制御を説明する第１のタイムチャート図である。
【図１０】本発明の一実施例になる始動時の燃料噴射制御を説明する第２のタイムチャート図である。
【図１１】本発明の一実施例になる始動時の燃料噴射制御を説明する第３のタイムチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
【００１８】
本発明の一実施形態について以下に図面を用いて詳細に説明する。図１は筒内噴射式の内燃機関１の制御システムの全体構成図である。
【００１９】
図１において、エアクリーナ１０２の入口部から取り入れられた吸入空気は、吸入空気流量計（エアフロセンサ）１０３を通り、吸入空気流量を制御する電制スロットル弁１０４を通って各シリンダに接続された吸気管１０５に分配された後、各気筒の吸気弁１１９を通り燃焼室１０６に導入される。
【００２０】
また、吸入空気流量計１０３からは吸入空気流量を表す信号が内燃機関制御ユニット１０１に出力される。電制スロットル弁１０４にはこの開度を検出するスロットル開度センサ１０７が取り付けられており、その信号も内燃機関制御ユニット１０１に出力される。
【００２１】
燃料タンクに貯蔵された燃料は低圧燃料ポンプ（図示せず）により１次加圧された後、高圧燃料ポンプ１０８で更に高い圧力に２次加圧され、コモンレール１１７を介して各シリンダに設けられている燃料噴射弁１０９から燃焼室１０６に噴射される。
【００２２】
コモンレール１１７には燃料ヒータ１１２が取り付けられており、内燃機関制御ユニット１０１からの信号を基にコモンレール内の燃料を加熱する。また、コモンレール１１７には燃料温度センサ１１３と燃料圧力センサ１１４が取り付けられており、その信号は内燃機関制御ユニット１０１に出力される。
【００２３】
燃焼室１０６に噴射された燃料は吸入空気との混合気を生成し、点火コイル１１０からの点火エネルギにより点火プラグ１１１で着火されて燃焼室内１０６で燃焼する。
【００２４】
燃焼室１０６より排出する排気ガスは排気管１１８へ排出され、排気管１１８に取り付けられている空燃比センサ２０３により排気ガスの空燃比を計測し内燃機関制御ユニット１０１に出力される。
【００２５】
内燃機関のシリンダブロックの冷却水通路には水温センサ２０２が取り付けられ、この信号は内燃機関制御ユニット１０１に出力される。
【００２６】
内燃機関のクランク軸１１５に取り付けられたクランク角センサ１１６によりクランク軸の回転位置を表す信号が内燃機関制御ユニット１０１に出力される。
【００２７】
同様に、内燃機関のカム軸１２０に取り付けられたカム角センサ１２１によりカム軸の回転位置を表す信号が内燃機関制御ユニット１０１に出力される。
【００２８】
次に内燃機関制御ユニット１０１の構成を図２に基づき説明する。内燃機関制御ユニット１０１はＡ／Ｄ変換器を含むＩ/ＯＬＳＩ１０１ａ、ＣＰＵ１０１ｂ等から構成されている。
【００２９】
Ｉ/ＯＬＳＩ１０１ａには、エアフロセンサ１０３、スロットルセンサ１０７、カム角センサ１２１、クランク角センサ１１６、水温センサ２０２、空燃比センサ２０３、燃料温度センサ１１３、燃料圧力センサ１１４を含む各種センサ等からの信号が入力され、ＣＰＵ１０１ｂに取り込まれる。
【００３０】
ＣＰＵ１０１ｂは取り込まれたセンサ信号から所定の演算処理を実行し、演算結果として算出された各種の制御信号をＩ/ＯＬＳＩ１０１ａに出力する。
【００３１】
Ｉ/ＯＬＳＩ１０１ａはアクチュエータである電制スロットル弁１０４、高圧ポンプソレノイド２０６、点火コイル１１０、低圧燃料ポンプ２０７、各燃料噴射弁１０９、燃料ヒータ１１２に所定の制御信号を供給し、コモンレール内の燃料圧力制御、燃料噴射量制御及び点火時期制御等を実行するものである。
【００３２】
Ｉ／Ｏ ＬＳＩ１０１aには各燃料噴射弁を駆動する駆動回路が設けられており、バッテリから供給される電圧を昇圧回路（図示しない）にて昇圧して供給し、駆動ＩＣ（図示しない）によって電流制御することによって各燃料噴射弁を駆動する。
【００３３】
次に、本発明の一実施形態になる内燃機関の噴射制御の具体的内容について、図３に示す燃料噴射タイミングのフローチャートを用いて説明する。このフローチャートで示す制御は吸気工程において燃料噴射を行なう吸気工程噴射方式の場合である。
【００３４】
本フローチャートに記載してはいないが、内燃機関の始動時の燃料噴射量は基本的に内燃機関の回転数、水温、燃料温度、目標燃料圧力、クランキング経過時間、吸入空気量等の少なくとも一つ以上のパラメータにより算出される。
【００３５】
本実施形態では内燃機関の始動時の燃料噴射タイミングについては以下の実施方法で算出されるようになっている。
【００３６】
尚、燃料噴射タイミングについては、基本的に内燃機関回転数、水温、吸入空気量等の少なくとも一つ以上のパラメータにより算出され、燃料を加熱する場合では、更に燃料温度も燃料噴射タイミングの算出に用いられる。この燃料噴射タイミングが基準となる燃料噴射タイミングであり、この基準燃料噴射タイミングを始動時のプリヒートによって変動する燃料圧力で補正するものである。
【００３７】
また、上記したパラメータを使用しないで固定された時期の基準燃料噴射タイミングを設定し、この基準燃料噴射タイミングを始動時のプリヒートによって変動する燃料圧力で補正するようにしても良いものである。
【００３８】
要は基準燃料噴射タイミングを始動時のプリヒートによって変動する燃料圧力で補正してやって、燃料圧力増加に伴う噴射燃料のペネトレーションの増大変化によるピストン冠面への燃料の衝突を低減できれば良いものである。
【００３９】
図３において、内燃機関の始動前に燃料のプリヒート実行条件がステップ２００（以下、ステップを“Ｓ”と省略して表記する）で成立したらＳ２０１に進んで燃料プリヒートを実行してコモンレール１１７内の燃料の加熱を開始する。このコモンレール１１７内の燃料を加熱する条件としては代表的には始動前の燃料温度であり、始動前に温度が所定温度以下であると燃料を加熱し、所定温度以上であればＳ２０２に進んで通常の始動制御を行なうものである。
【００４０】
Ｓ２０１で燃料のプリヒートを実行してコモンレール１１７内の燃料の加熱を開始するとＳ２０２に進んで、内燃機関を始動するためスタータ（図示せず）を作動させる。
【００４１】
Ｓ２０２で内燃機関の始動が開始されたら、Ｓ２０３に進んでコモンレール１１７内の燃料圧力を燃料圧力センサ１１４で計測する。この場合、コモンレール１１７内の燃料圧力は加熱によって増大していくので、通常の始動時の燃料圧力の挙動とは異なった増大していく燃料圧力を常時検出しておくことが重要である。
【００４２】
次に、燃料圧力の計測が終了するとＳ２０４に進んで、この計測された燃料圧力に対応して燃料噴射タイミングの演算を実行する。この燃料噴射タイミングの算出では、Ｓ２００で燃料のプリヒート実行条件が成立しない場合は内燃機関の回転数、水温、吸入空気量、燃料温度等の一つ以上のパラメータを基に算出された基準燃料噴射タイミングを求めている。この場合でも燃料圧力は測定されているので、燃料噴射によって変化する燃料圧力の補正制御を行なうことができる。
【００４３】
一方、Ｓ２００で燃料のプリヒート実行条件が成立した場合は内燃機関の回転数、水温、吸入空気量、燃料温度等の一つ以上のパラメータを基に算出された基準燃料噴射タイミング、或いは所定の固定された基準燃料噴射タイミングを、Ｓ２０３で計測された燃料のプリヒートによって生じる燃料圧力の増大に対応して補正することで補正燃料噴射タイミングを求めている。
【００４４】
補正を実行する条件としては、測定された燃料圧力が予め定めた判定燃料圧力を越えた場合に上述した補正を行なうようにしている。このようにすると、同じ燃料圧力を比較するのでその制御ロジックや演算が簡略になるという効果がある。
【００４５】
この補正は傾向的には燃料圧力が高いほどピストンの吸気下死点側で噴射するように燃料噴射タイミングを補正する。つまり、ペネトレーションが長くなるにつれて燃料噴射弁１０９とピストン冠面の距離が長くなる方向の時点で燃料噴射を実行するものである。
【００４６】
これによって、ペネトレーションの増大変化に合わせて燃料噴射弁３とピストン冠面の距離も増大変化されるので燃料の衝突を効率よく低減できる。
【００４７】
尚、内燃機関が完爆するまでの始動中は高圧ポンプが完全に機能しておらず、且つ燃焼サイクル毎に燃料が燃料噴射弁１０９から噴射されるのでコモンレール１１７内の燃料圧力は徐々に低下していく傾向を示し、逆に燃料圧力は加熱によって増大していく傾向を示す。よって内燃機関の始動中は常に燃料圧力を計測しておき、燃料圧力の変化に対応して燃料噴射弁１０９からの燃料噴射毎に燃料噴射タイミングを算出しておくことが重要である。
【００４８】
Ｓ２０４で燃料噴射タイミングが求められるとＳ２０５に進んで燃料噴射弁１０９から燃料を噴射する処理を実行する。
【００４９】
この燃料噴射処理では、始動時の燃料噴射量が内燃機関の回転数、水温、燃料温度、目標燃料圧力、クランキング経過時間、吸入空気量等の少なくとも一つ以上のパラメータにより算出され、上記した燃得料噴射タイミングで燃料噴射量に対応した時間だけ燃料が噴射される。
【００５０】
そして、Ｓ２０５で燃料が噴射されるとＳ２０６に進んで内燃機関が完爆したかどうかを判断し、完爆していなければＳ２００に戻って同様の処理を繰り返して実行する。完爆の判定は回転数が所定の回転数以上になった時を完爆として判定している。
【００５１】
Ｓ２０６で完爆したと判断されると、このフローチャートによる始動噴射制御を終了して通常運転域の燃料噴射制御へと移行する。この場合は燃料圧力も充分確保されるので高圧ポンプによる目標燃料圧力フィードバック制御が開始されるようになる。
【００５２】
尚、プリヒートによる燃料圧力の増加に基づくペネトレーションの増加は始動初期の1回〜５回程度の噴射回数の時に問題となるので、基本的にはこの始動初期の燃料噴射タイミングを補正してやれば良い。もちろん、この後の噴射においても燃料圧力の補正を行なっても差し支えないものである。
【００５３】
次に、上記した内燃機関の噴射制御の具体的な内容を説明する。図４に基づいて内燃機関始動前に燃料を加熱する燃料のプリヒート時のコモンレール内の燃料圧力の挙動を説明する。
【００５４】
燃料のプリヒート開始前のコモンレール１１７内の燃料圧力は、図示しない低圧ポンプで加圧された圧力、または前回の内燃機関停止時のコモンレールに残留していた残圧になっている。
【００５５】
時点ｔ０で燃料のプリヒート条件が成立して燃料の加熱が開始されると、時間経過とともにコモンレール１１７内の燃料温度が上昇するが、コモンレール１１７内の燃料は密閉状態にあるため燃料圧力もこれに伴って上昇する。これら燃料温度や燃料圧力の上昇率はヒータの発熱特性やその制御方法、コモンレール内の燃料量や温度等によって変化する。
【００５６】
時点ｔ１で始動が開始されると、コモンレール１１７内の燃料が燃料噴射弁１０９によって燃焼サイクル毎に内燃機関の燃焼室へ噴射されため、コモンレール１１７内の燃料圧力は順次低下していき、時点ｔ２で示す内燃機関の完爆後は正規の作動を始めた高圧ポンプにより目標燃料圧力へフィードバック制御される。
【００５７】
このように始動前に燃料の加熱が開始されると、時間経過とともにコモンレール１１７内の燃料温度が上昇し、コモンレール１１７内の燃料は密閉状態にあるため燃料圧力もこれに伴って上昇する。したがって、時点ｔ０以降の燃料圧力の元では燃料噴射弁１０９から噴射される燃料のペネトレーションが増大するのでこれの補正が必要なことが理解できる。
【００５８】
次に図５と図６を用いて燃料圧力と燃料温度に関する噴射燃料のペネトレーションと噴射された燃料の粒径の関係を説明する。
【００５９】
図５は燃料圧力と燃料温度に対する噴射燃料のペネトレーションの関係を示している。噴射燃料のペネトレーションは燃料圧力を高くすると長くなる傾向にあり、更に燃料圧力が高くなるほどペネトレーションの距離の伸びが鈍っていく傾向にある。
【００６０】
逆に、燃料温度を高くすると噴射燃料のペネトレーションは短くなる傾向があり、更に燃料温度が高くなるほどペネトレーションの距離の伸びが鈍っていく傾向にある。これからわかるように噴射燃料のペネトレーションに対する影響度は燃料圧力のほうが高い。したがって、燃料圧力に関するペネトレーションの対応が重要であることが理解できる。
【００６１】
図６は燃料圧力と燃料温度に対する噴射燃料粒径の関係を示している。燃料圧力を高くすると噴射燃料の粒径は細かくなる傾向があるが、更に燃料圧力が高くなるほどその傾向は鈍っていく。
【００６２】
また、燃料温度を高くした場合も、燃料圧力と同様に噴射燃料の粒径は細かくなる傾向があり、更に燃料温度が高くなるほどその傾向は鈍っていく。これからわかるように噴射燃料の粒径に対する影響度は燃料圧力も燃料温度も高い。
【００６３】
したがって、コモンレール１１７を加熱することで燃料の粒径を細かくして気化を促進させ、且つこの加熱制御による燃料圧力の増大に対してペネトレーション増大に対する対応が重要であることが理解できる。
【００６４】
図４、図５、及び図６で説明したとおり、燃料のプリヒートを実行してコモンレール１１７内の燃料を加熱すると、コモンレール１１７内の燃料温度が上昇して噴射燃料の微粒化が促進されるが、同時に燃料圧力も上昇しているため内燃機関の始動時の噴射燃料のペネトレーションが長くなり噴射された燃料がピストン冠面に衝突しやすくなる。このため、燃料のプリヒートによる燃料圧力の増大に起因する噴射燃料のペネトレーションに対する対応が必要となる。
【００６５】
次に、図７乃至図１１に基づいて内燃機関の始動時の燃料圧力と燃料噴射タイミングに対する燃焼時の未燃ガス(ＨＣ)や粒子状物質(ＰＭ/ＰＮ)への影響について説明する。
【００６６】
尚、図７、及び図８では、本実施形態にあるような燃料のプリヒートによる燃料圧力の補正を行なわない場合の噴射制御システムでの例を示しており、基準となる燃料噴射タイミングが吸気上死点から吸気下死点の間にある、いわゆる吸気工程噴射方式の噴射制御システムである。
【００６７】
図７は同じ燃料噴射タイミングにおける内燃機関の始動時の燃料圧力に対する未燃ガスや粒子状物質の排出の挙動を示している。
【００６８】
図６での説明にあるように、燃料圧力が高いほど噴射燃料の粒径が細かくなるため燃料が気化しやすくなり、内燃機関始動時の未燃ガスや粒子状物質の排出が少なくなる傾向がある。したがって、高い燃料圧力の方が未燃ガス(ＨＣ)や粒子状物質(ＰＭ/ＰＮ)の低減効果が大きいことがわかる。
【００６９】
したがって、燃料のプリヒートによって燃料圧力が高められて燃料の粒径が細かくなると効果と、燃料温度が高いことによる気化効率向上の効果が得られる。
【００７０】
しかしながら、燃料のプリヒートによって燃料圧力が高められると、図５での説明にあるように燃料圧力が高くなるほど噴射燃料のペネトレーションが長くなってしまうため、噴射した燃料がピストン冠面に衝突しやすくなり未燃ガスや粒子状物質の低減効果が充分に得られない。このためには、燃料のプリヒートによって燃料圧力が高められて噴射燃料のペネトレーションが長くなっても、この影響を受けないようにすることが必要である。
【００７１】
図８は同じ高燃料圧力における内燃機関の始動時の燃料噴射タイミングに対する未燃ガスや粒子状物質の排出の挙動を示している。高い燃料圧力での噴射燃料のペネトレーション増加による燃料のピストン冠面への衝突量を低減させるため、内燃機関の始動時の燃料噴射タイミングを遅れ側（吸気下死点方向）に変更することにより対策できることがわかる。
【００７２】
つまり、噴射燃料のペネトレーションが長くなった分に対応して燃料噴射弁１０９とピストン冠面の間の距離を長くした時点で燃料の噴射を行なって燃料がピストン冠面に衝突する度合いを少なくしている。このために、未燃ガスや粒子状物質の排出量が低減され、燃料微粒化の効果を充分に発揮させることができる。
【００７３】
本実施例においては、内燃機関の始動時の燃料噴射タイミングは燃料圧力が高くなるほど遅れ側（吸気下死点方向に向けて）へ移行させるが、その制御のやり方を図９乃至図１１に基づいて説明する。
【００７４】
図９は燃料圧力が低い場合を示しており、イグニッションスイッチが投入されて内燃機関制御ユニット１０１は図９（ｅ）のように燃料圧力を取り込んで燃料噴射タイミングを演算するが、演算のみであって実際には燃料噴射は実行しない。
【００７５】
次に燃料のプリヒートが図９（ｃ）にあるように開始されると、燃料を加熱するためにコモンレール１１７内の燃料圧力は図９（ｄ）にあるように徐々に上昇していく。
【００７６】
この過程で図９（ｂ）にあるようにスタータスイッチによって始動が開始されるが、この始動時点では燃料圧力は判定燃料圧力を越えてはいるが加熱時間が少ないために燃料圧力の増加が少なく、図９（ｅ）に示すように燃料噴射タイミングの遅れ側への補正量は少ない。
【００７７】
そして、図９（ｄ）にあるように燃料噴射によって燃料が消費されていくのでコモンレール１１７内の燃料圧力は徐々に低下していく。
【００７８】
これに伴って、図９（e）にあるように燃料圧力の低下にしたがって燃料噴射タイミングが早められていき、完爆するに至ってコモンレール１１７内の燃料圧力は通常の燃料圧力に制御される。
【００７９】
この完爆に至る過程で、基準燃料噴射タイミングが吸気上死点から吸気下死点の間にあって、内燃機関始動時の燃料圧力が判定燃料圧力より低い場合は、基準燃料噴射タイミングを吸気上死点方向の進み側に補正することも可能である。尚、完爆が判定されると当然のことながら燃料噴射タイミングも通常の燃料噴射タイミングに制御されるようになる。
【００８０】
そして、これらの制御によって内燃機関の回転数は図９（a）のように変化することになる。
【００８１】
次に、図１０は燃料圧力が高い場合を示しており、イグニッションスイッチが投入されて内燃機関制御ユニット１０１は図１０（ｅ）のように燃料圧力を取り込んで燃料噴射タイミングを演算するが、演算のみであって実際には燃料噴射は実行しない。
【００８２】
次に燃料のプリヒートが図９（ｃ）にあるように早めに開始されると、燃料を加熱するためにコモンレール１１７内の燃料圧力は図１０（ｄ）にあるように徐々に上昇していく。
【００８３】
この過程で図１０（ｂ）にあるようにスタータスイッチによって始動が開始されるが、この始動時点ではヒータによる加熱時間が長いので燃料圧力の増加が大きくなる。
【００８４】
このため、図１０（ｅ）に示すように燃料噴射タイミングの遅れ側への補正量は多くなる。尚、このスタータスイッチが切断される時点まで燃料のプリヒート制御は継続されている。このように、燃料の加熱時間を多くとると燃料温度を高くできるので噴射燃料の粒径を小さくできて排気有害成分の現象に貢献できる効果がある。
【００８５】
そして、図１０（ｄ）にあるように始動時の燃料噴射によってコモンレール１１７内の燃料圧力は徐々に低下していく。
【００８６】
これに伴って、図１０（e）にあるように燃料圧力の低下にしたがって燃料噴射タイミングが早められていき、完爆するに至ってコモンレール１１７内燃料圧力は通常の燃料圧力に制御される。
【００８７】
図９にある場合と同様に、この完爆に至る過程で、基準燃料噴射タイミングが吸気上死点から吸気下死点の間にあって、内燃機関始動時の燃料圧力が判定燃料圧力より低い場合は、基準燃料噴射タイミングを吸気上死点方向の進み側に補正することも可能である。尚、完爆が判定されると当然のことながら燃料噴射タイミングも通常の燃料噴射タイミングに制御されるようになる。
【００８８】
ここで、図９及び図１０で示した判定燃料圧力とは、基準燃料噴射タイミングでペネトレーションがピストン冠面に衝突する割合が少ないと判断される時の基準となる燃料圧力を表しており、これは燃料噴射システムの仕様に応じて適切に決められれば良いものである。
【００８９】
次に、図１１は燃料圧力が高くなりすぎて燃料噴射タイミングが遅くなりすぎる場合の制御を示している。
【００９０】
基本的には図１０に示す制御と同じであるが、図１１（ｄ）にあるように燃料圧力が高くなりすぎると燃料噴射タイミングが大きく遅くなる。このため、料噴射タイミングがピストンの吸気下死点を過ぎて圧縮工程にまでかかってしまう恐れがある。
【００９１】
ピストンが吸気下死点を過ぎて圧縮工程に移行すると燃料噴射弁とピストン冠面の距離が近くなり、噴射燃料がピストンへ衝突しやすくなる。
【００９２】
このような問題を解決するため燃料噴射タイミングに遅れ側制限値を設定し、補正演算によって燃料噴射タイミングが遅れ側制限値を越えるようであれば、補正された燃料噴射タイミングを遅れ側制限値に置き換え、この置き換えられた遅れ側制限値で燃料噴射を開始するようにしている。
【００９３】
また、上述したように、基準燃料噴射タイミングが吸気上死点から吸気下死点の間にあって、内燃機関始動時の燃料圧力が判定燃料圧力より低い場合は、基準燃料噴射タイミングを吸気上死点方向の進み側に補正することも可能であるが、進み過ぎると燃料噴射弁とピストン冠面の距離が近くなり、噴射燃料がピストンへ衝突しやすくなる。
【００９４】
このため、燃料噴射タイミングに進み側制限値を設定し、補正演算によって燃料噴射タイミングが進み側制限値を越えるようであれば、補正された燃料噴射タイミングを進角側制限値に置き換え、この置き換えられた進み側制限値で燃料噴射を開始するようにしても良い。
【００９５】
このように、内燃機関の始動前の燃料のプリヒートを行なった場合では、コモンレール内の燃料圧力を計測、或いは推測し、内燃機関を始動する際はその燃料圧力に応じて燃料噴射弁から噴射される燃料が少なくともピストン冠面に衝突しない燃料噴射タイミングで噴射するようにした。
【００９６】
これによって、内燃機関の始動時の燃料圧力に応じて燃料の噴射タイミングを変更するため、燃料圧力増加に伴う噴射燃料のペネトレーションの増大変化によるピストン冠面への燃料の衝突を低減でき、燃焼時における未燃ガスや粒子状物質の増大を抑制できるものである。
【００９７】
以上の説明は吸気工程噴射方式の始動について説明したが、圧縮工程噴射方式の始動についても同様のことが言えるが、圧縮工程では圧縮下死点から圧縮上死点に向けてピストンが上昇していくため上記した説明とは逆の制御を行なってやることが必要である。
【００９８】
詳細な説明は省くが、要は吸気工程噴射では燃料圧力が高いほどピストンの吸気下死点側に燃料噴射タイミングを移動させるのに対し、圧縮工程噴射では燃料圧力が高いほどピストンの圧縮下死点側に燃料噴射タイミングを移動させるものであり、基本的には吸気工程噴射方式と同様な制御を実行すれば良いものである。
【００９９】
圧縮工程噴射方式はアイドルストップシステム等に採用が検討されている方式であり、圧縮工程に移行する気筒に燃料を噴射する方式である。この場合、内燃機関は停止されているのでコモンレールは内燃機関の発生する熱で加熱されている。このため、アイドルストップ後の始動時の燃料温度は高く、この温度上昇に伴う燃料圧力の増加によって噴射燃料のペネトレーションの増大変化を生じる。
【０１００】
したがって、基準燃料噴射タイミングが圧縮下死点から圧縮上死点の間にある場合は、始動時の燃料温度よって変動する燃料圧力で基準燃料噴射タイミングを補正してやる必要がある。具体的には燃料圧力が高いほど燃料噴射タイミングを圧縮下死点側の進み側に移動させて、燃料圧力増加に伴う噴射燃料のペネトレーションの増大変化によるピストン冠面への燃料の衝突を低減するものである。
【０１０１】
つまり、アイドルストップ中において内燃機関による加熱でコモンレール内の燃料圧力は上昇している。この過程でアイドルストップが解除されて始動が開始されると、この始動時点では燃料圧力の増加が大きいのでペネトレーションが増大する。したがって、圧縮工程にある気筒に対する燃料噴射タイミングはこのペネトレーションの増大に対応して圧縮下死点側の進み側に移動させるものである。
【０１０２】
このように、アイドルストップ中に内燃機関の熱によって燃料が加熱されている場合では、コモンレール内の燃料圧力を計測、或いは推測し、内燃機関を始動する際はその燃料圧力に応じて燃料噴射弁から噴射される燃料が少なくともピストン冠面に衝突しない燃料噴射タイミングで噴射するようにした。
【０１０３】
これによって、内燃機関の始動時の燃料圧力に応じて燃料の噴射タイミングを変更するため、燃料圧力増加に伴う噴射燃料のペネトレーションの増大変化によるピストン冠面への燃料の衝突を低減でき、燃焼時における未燃ガスや粒子状物質の増大を抑制できるものである。
【符号の説明】
【０１０４】
１…筒内噴射式の内燃機関、１０１…内燃機関制御ユニット、１０２…エアクリーナ、１０３…エアフロセンサ、１０４…電制スロットル弁、１０５…吸気管、１０６…燃焼室、１０７…スルットルセンサ、１０８…高圧燃料ポンプ、１０９…燃料噴射弁、１１０…点火コイル、１１１…点火プラグ、１１２…燃料ヒータ、１１３…燃料温度センサ、１１４…燃料圧力センサ、１１５…クランク軸、１１６…クランク角センサ、１１７…燃料コモンレール、１１８…排気管、１１９…吸気弁、１２０…カム軸、１２１…カム角センサ、２０２…水温センサ、２０３…空燃比センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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