(57)【要約】【課題】エンジンの始動時に実行されるクランキング時に、燃料の噴射圧力を早期に上昇させてエミッション性を効果的に改善できるようにする。【解決手段】燃料噴射弁１５に圧送される燃料を加圧する高圧ポンプ２６に、エンジンによって駆動されるカム６４と、このカム６４により昇降駆動されてポンプ室５３内の燃料を加圧するプランジャ６３と、ポンプ室５３内の燃料吸入部５１を開閉する吸入弁５５と、この吸入弁５５を開放方向に付勢する付勢手段５８と、この付勢手段５８の付勢力に移行して吸入弁５５を閉止させる方向に作動させるソレノイド６０とを高圧ポンプ２６に設け、エンジンの始動時に、プランジャ６３が下死点位置から上死点位置に至る途中で上記ソレノイド６０を通電状態として上記吸入弁５５を閉止させる始動時制御を実行する高圧ポンプ制御手段７３を設けた。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁に燃料を圧送する高圧ポンプと、エンジンの始動時に気筒を識別する気筒識別手段と、この気筒識別が行われた後に燃料の噴射時期を制御する噴射時期制御手段とを備えた火花点火式エンジンの制御装置において、上記高圧ポンプに、エンジンによって回転駆動されるカムと、このカムにより昇降駆動されてポンプ室内の燃料を加圧するプランジャと、ポンプ室の燃料吸入部を開閉する吸入弁と、この吸入弁を開放方向に付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗して上記吸入弁を閉止させる方向に作動させるソレノイドとを設け、エンジンの始動時に、プランジャが下死点位置から上死点位置に至る途中で、上記ソレノイドを通電状態として上記吸入弁を閉止させる始動時制御を実行する高圧ポンプ制御手段を備えたことを特徴とする火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項２】
エンジンの始動時に、プランジャの上昇速度が最も早くなるタイミングで、ソレノイドを通電状態として上記吸入弁を閉止させることを特徴とする請求項１記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項３】
気筒識別手段による気筒識別が行われた時点から燃料圧力が予め設定された基準圧力以上となるまでの間に、上記始動時制御を実行することを特徴とする請求項１または２記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項４】
エンジンの始動開始時点から気筒識別が行われるまでの間は、上記ソレノイドを断続的に通電状態とするとともに、このソレノイドの非通電時に上記吸入弁が開放状態となるのを防止し得るように上記非通電時間を設定する識別前制御を実行することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項５】
エンジンの始動時に、エンジン回転数がクランキング回転数よりも高くなった時点で、上記始動時制御を停止して通常時の制御状態に移行することにより、プランジャの下死点位置を基準として設定された作動タイミングでソレノイドを通電状態とすることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【請求項６】
エンジンを始動させるためのクランキング時に、吸気行程から点火時期までの間で燃料を複数回に分割して噴射するとともに、その後期噴射時期を圧縮行程に設定したことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、エンジンの始動時に気筒を識別する気筒識別手段と、この気筒識別が行われた後に燃料の噴射時期を制御する噴射時期制御手段とを備えた火花点火式直噴エンジンの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、環境保護の観点から自動車の排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）等からなる排気ガス物質を削減することを目的として、高圧ポンプにより所定の高圧に加圧した燃料を燃料噴射弁に圧送した後、この燃料噴射弁から燃焼室内に直接噴射することにより、燃料の微粒化を促進して混合気を適正に燃焼させることを可能にし、これによってエミッション性を改善するとともに、エンジン出力を向上させることが行われている。
【０００３】
例えば特開平２００１−１８２５９７号公報に示されるように、エンジンにより駆動されるカムと、このカムにより駆動されてポンプ室内の燃料を加圧するプランジャと、ポンプ室の燃料吸入部を開閉する吸入弁と、この吸入弁を開放方向に付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗して上記吸入弁を閉止方向に作動させるソレノイドとを備えた高圧ポンプにより、燃料を高圧に加圧した状態で燃料噴射弁に圧送して燃焼室内に直接噴射するように構成された筒内噴射式エンジンが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記高圧ポンプは、エンジンによって駆動されるカムの回転に対応したプランジャの往復動に応じ、ポンプ室（加圧室）の容積を変化させて燃料吸入部からポンプ室内に吸入された燃料を加圧した状態で燃料吐出部から吐出させるとともに、この燃料の加圧時に上記吸入弁の閉止タイミングを調節することにより、上記燃料の吐出量を制御するように構成されている。したがって、エンジンの始動時に気筒識別手段による気筒識別が行われて上記プランジャの位相が把握された後でなければ、上記ソレノイドによる吸入弁の閉止タイミングを適正に調節することができず、エンジンの始動後に所定時間（例えば２秒程度）が経過するまでは、燃料の吐出圧を充分に上昇させることができないという問題がある。
【０００５】
上記公報に記載されたエンジンの制御装置では、エンジンの始動時に、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサと、高圧ポンプを駆動するカム軸の回転角度を検出するカム角センサとの位相が確定して気筒識別が行われるまでの間に、少なくとも２回以上の駆動信号を上記高圧ポンプに出力することにより、上記気筒識別が行われる前から燃料の噴射を可能にして、エンジンの始動時間を短縮化するとともに、上記気筒識別が行われた後に、プランジャの下死点位置で上記ソレノイドを駆動して吸入弁を閉止させる全吐出制御状態に移行するように構成されている。
【０００６】
しかし、エンジンの始動時にクランキングが行われている間は、エンジン回転数が２００ｒｐｍ程度の低い状態にあり、上記プランジャの上昇速度が遅いために、ポンプ室内の燃料圧力を速やかに上昇させることが困難である。また、上記吸入弁を閉止方向に駆動するソレノイドを長時間に亘り通電状態とすると、ソレノイドが焼損する可能性があるので、上記吸入弁を閉止状態に保持し得る時間には限りがある。したがって、上記ソレノイドへの通電が停止された後、ポンプ室内の燃料圧力が充分に上昇する前に、上記吸入弁の設置部から燃料の供給通路に燃焼室内の燃料がリークして吸入弁が開放状態となり易く、これにより上記クランキング時に燃料圧力を上昇させることが不可能になるため、エミッション性をそれ程顕著に改善することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、エンジンの始動時に実行されるクランキング時に、燃料の噴射圧力を早期に上昇させてエミッション性を効果的に改善することができる火花点火式直噴エンジンの制御装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁に燃料を圧送する高圧ポンプと、エンジンの始動時に気筒を識別する気筒識別手段と、この気筒識別が行われた後に燃料の噴射時期を制御する噴射時期制御手段とを備えた火花点火式エンジンの制御装置において、上記高圧ポンプに、エンジンによって回転駆動されるカムと、このカムにより昇降駆動されてポンプ室内の燃料を加圧するプランジャと、ポンプ室の燃料吸入部を開閉する吸入弁と、この吸入弁を開放方向に付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗して上記吸入弁を閉止させる方向に作動させるソレノイドとを設け、エンジンの始動時に、プランジャが下死点位置から上死点位置に至る途中で、上記ソレノイドを通電状態として上記吸入弁を閉止させる始動時制御を実行する高圧ポンプ制御手段を備えたものである。
【０００９】
上記構成によれば、エンジンの始動時に、プランジャが下死点位置から上死点位置に至る途中においてポンプ室内の燃料が加圧されつつある状態で、高圧ポンプのソレノイドを通電状態とする始動時制御が実行されて上記吸入弁が閉止状態に保持されるため、上記ソレノイドに対する通電が停止された時点で、ポンプ室内の燃料圧力が低いことに起因して上記吸入弁が開放状態となることが効果的に防止されることにより、上記プランジャによりポンプ室の燃料を充分に加圧して燃料圧力を効果的に上昇させることが可能となる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、上記請求項１記載の火花点式直噴エンジンの制御装置において、エンジンの始動時に、プランジャの上昇速度が最も早くなるタイミングで、ソレノイドを通電状態として上記吸入弁を閉止させるものである。
【００１１】
上記構成によれば、エンジンの始動時に、プランジャの上昇速度が最も早く、ポンプ室内の燃料を加圧する加圧力が最大となった時点で、高圧ポンプのソレノイドを通電状態とする始動時制御が実行されて上記吸入弁が閉止状態に保持されるとともに、上記プランジャによる燃料の加圧作用を充分に発揮させることが可能となる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、上記請求項１または２記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置において、気筒識別手段による気筒識別が行われた時点から燃料圧力が予め設定された基準圧力以上となるまでの間に、上記始動時制御を実行するものである。
【００１３】
上記構成によれば、気筒識別手段による気筒識別が行われてプランジャの位置が確認された後、燃料噴射弁から噴射される燃料圧力が予め設定された基準圧力以上となるまでの間に、ポンプ室内の燃料が加圧されつつある状態で、高圧ポンプのソレノイドを通電状態として上記吸入弁を閉止状態に保持する始動時制御が実行されるとともに、ポンプ室内の燃料圧力が基準値以上に上昇した時点で、上記始動時制御が停止されて通常時の制御状態に切り換えられ、エンジンの回転周期に応じてソレノイドに対する通電時期が制御されることにより、燃料の吐出圧等が適正に制御されることになる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３の何れかに記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置において、エンジンの始動開始時点から気筒識別が行われるまでの間は、上記ソレノイドを断続的に通電状態とするとともに、このソレノイドの非通電時に上記吸入弁が開放状態となるのを防止し得るように上記非通電時間を設定するものである。
【００１５】
上記構成によれば、エンジンの始動後に上記気筒識別が行われる前から、この気筒識別後で上記ポンプ室内の燃料圧力が予め設定された基準圧力となるまでの間に、高圧ポンプのソレノイドを断続的に通電状態とする始動時制御が実行されてソレノイドのオンオフ動作が繰り返されることにより、上記吸入弁が閉止状態に保持されるため、上記燃料圧力を、さらに効果的に上昇させることが可能となる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４の何れかに記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置において、エンジンの始動時に、エンジン回転数がクランキング回転数よりも高くなった時点で、上記始動時制御を停止して通常時の制御状態に移行することにより、プランジャの下死点位置を基準として設定された作動タイミングでソレノイドを通電状態とするものである。
【００１７】
上記構成によれば、エンジンの始動時に、エンジン回転数がクランキング回転数よりも高くなった時点で、上記始動時制御が停止されて通常時の制御状態に切り換えられ、目標の燃料圧力および燃料噴射量とエンジンの回転周期とに応じてソレノイドに対する通電時期が制御されることにより、燃料の吐出圧等が適正に制御されることになる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、上記請求項１〜５の何れかに記載の火花点火式直噴エンジンの制御装置において、エンジンを始動させるためのクランキング時に、吸気行程から点火時期までの間で燃料を複数回に分割して噴射するとともに、その後期噴射時期を圧縮行程に設定したものである。
【００１９】
上記構成によれば、点火プラグの近傍に混合気を層状に偏在させる成層燃焼モードの制御を実行するように構成されたエンジン等において、上記クランキング時に、吸気行程から点火時期までの間で燃料が複数回に分割されて噴射されるとともに、その後期噴射時期が圧縮行程に設定されることにより、エンジン始動時の早い段階で、上記成層燃焼モードの制御が実行されることになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明の一実施形態に係る制御装置を備えた火花点火式直噴エンジンの全体的な構成を示している。これらの図において、上記エンジン本体１は、複数の気筒２が配設されたシリンダブロック３と、このシリンダブロック３上に配設されたシリンダヘッド４とを有し、各気筒２内には、ピストン５が上下方向に往復動可能に嵌装され、このピストン５とシリンダヘッド４との間に燃焼室６が形成されている。上記ピストン５は、シリンダブロック３の下方に配設されたクランク軸７に、コネクティングロッド８を介して連結されている。上記クランク軸７の一端部側には、クランク角（クランク軸７の回転角度）を検出する電磁式のクランク角センサ９が配設されている。
【００２１】
上記各気筒２の燃焼室６は、その天井部が中央部分からシリンダヘッド４の下端まで延びる二つの傾斜面で構成された所謂ペントルーフ型となっている。この燃焼室６の天井部を構成する二つの傾斜面には、吸気ポート１０および排気ポート１１がそれぞれ二つずつ開口し、各ポート１０，１１の開口端には、吸気弁１２および排気弁１３がそれぞれ設けられている。これらの吸気弁１２および排気弁１３は、シリンダヘッド４の上部に軸支された二本のカム軸等を有する動弁機構１４により、それぞれ各気筒２毎に所定のタイミングで開閉作動されるようになっている。
【００２２】
上記燃焼室６の中央部上方には、上記四つの吸気弁１２および排気弁１３により取り囲まれるように点火プラグ１６が配設され、この点火プラグ１６の先端部が上記天井部から燃焼室６内に突出している。上記点火プラグ１６には点火回路１７が接続され、この点火回路１７から各気筒２毎に所定のタイミングで点火プラグ１６に通電されるようになっている。
【００２３】
また、燃焼室６の周縁部には、この燃焼室６内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１８が、二つの吸気ポート１０に挟まれるように配置されている。上記燃料噴射弁１８の基端部には、全気筒２に共通の燃料分配管１９が接続され、燃料供給系２０から供給される高圧の燃料が、上記燃料分配管１９を介して各気筒２に分配されるように構成されている。
【００２４】
上記燃料噴射弁１８から燃焼室６内に噴射される燃料の噴射方向は、燃焼室６内のタンブル流Ｔに逆行するように設定されている。すなわち、図２に示す断面において、燃焼室６の左側に位置する燃料噴射弁１８から斜め右下方に向けて燃料を噴射し、この燃料噴霧を、燃焼室６内で生成されたタンブル流Ｔに衝突させることにより、点火プラグ１６の近傍に混合気を層状に偏在させた状態で成層燃焼させるように構成されている。
【００２５】
さらに、各気筒２の吸気ポート１０にそれぞれ連通するように吸気通路３１がエンジン本体１の一側面部に接続されるとともに、各気筒２の排気ポート１１にそれぞれ連通するように排気通路３２がエンジン本体１の他側面部に接続されている。上記吸気通路３１は、エンジン本体１の各気筒２の燃焼室６内に、図外のエアクリーナで濾過した吸気を供給するものであり、その上流側から順に、吸気量を検出するホットワイヤ式のエアフローセンサ３３と、電動モータ３５により駆動されて開閉する電気式スロットル弁３４と、サージタンク３６とが配設されている。また、上記サージタンク３６よりも下流側の吸気通路３１は、各気筒２毎に分岐する独立吸気通路とされ、各独立吸気通路の下流側部は、さらに二つに分岐して上記両吸気ポート１０にそれぞれ連通している。
【００２６】
上記各吸気ポート１０の上流側には、燃焼室６内におけるタンブル流の強度を調節するタンブル調節弁３７が配設され、このタンブル調節弁３７が、例えばステッピングモータからなるアクチュエータ３８により開閉駆動されるようになっている。上記タンブル調節弁３７は、円形のバタフライ弁の一部、例えば弁軸よりも下側の部分を切り欠くことによって形成され、タンブル調節弁３７が閉じられているときに、上記切欠き部分を介して吸気を下流側に流動させることにより、燃焼室６内に強いタンブル流Ｔを形成し、上記タンブル調節弁３７が開かれるのに応じてタンブル流Ｔを徐々に弱めるように構成されている。
【００２７】
なお、上記吸気ポート１０やタンブル調節弁３７の形状は、上記形状に限定されるものではなく、例えば吸気ポート１０を、上流側で一つに合流する所謂コモンポートタイプに構成してもよい。この場合、上記タンブル調節弁３７は、コモンポートの断面形状に対応する形状のものをベースとして、その一部分を切り欠いた形状とすればよい。
【００２８】
一方、上記排気通路３２は、燃焼室６の外部に既燃ガスを導出するものであり、その上流側には各気筒２の排気ポート１１に連通する排気マニフォールド３９を備えている。この排気マニフォールド３９の集合部には、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ２センサ４０が配設されている。このリニアＯ２センサ４０は、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出するために用いられ、理論空燃比を含む所定の空燃比範囲で酸素濃度に対してリニアな出力が得られるものである。
【００２９】
上記排気マニフォールド３９の集合部には、排気管４１の上流端が接続され、この排気管４１の下流側には排気を浄化するためのＮＯｘ浄化触媒４２および三元触媒４３が設けられるとともに、両触媒４２，４３の間に、排気温度を検出する排気温センサ４４が配設されている。
【００３０】
また、上記排気管４１の上流側には、排気通路３２を流れる排気の一部を吸気通路３１に還流させるＥＧＲ通路４５の上流端が接続されている。このＥＧＲ通路４５の下流端は、上記電気スロットル弁３４とサージタンク３６との間の吸気通路３１に接続され、上記ＥＧＲ通路４５の途中には、開閉駆動されることにより排気の還流量を調節する電気式ＥＧＲ弁４６と、排気を冷却するＥＧＲクーラ４７とが配設され、これらによって排気還流手段が構成されている。
【００３１】
上記燃料噴射部１８に燃料を供給する燃料供給系２０には、図３および図４に示すように、燃料分配管１９と燃料タンク２１とを連通させる燃料通路２２の上流側から下流側に向かって、低圧ポンプ２３、低圧レギュレータ２４、燃料フィルタ２５および高圧ポンプ２６が順に配設されている。そして、上記低圧ポンプ２３により燃料タンク２１から吸い上げられた燃料が、低圧レギュレータ２４により調圧された後、燃料フィルタ２５により濾過された状態で高圧ポンプ２６に圧送されるようになっている。
【００３２】
上記高圧ポンプ２６は、燃料フィルタ２５を介して供給された燃料を高圧（例えば略３ＭＰａ〜略１３ＭＰａ、好ましくは４ＭＰａ〜７ＭＰａ程度）に加圧して上記燃料分配管１９に圧送するものであり、具体的には、燃料の吸入部５１および吐出部５２が設けられたポンプ室５３と、このポンプ室５３内の燃料を加圧する加圧手段５４とを有している。
【００３３】
上記ポンプ室５３の燃料吸入部５１には、この燃料吸入部５１を開閉する吸入弁５５と、この吸入弁５５を閉止方向に付勢する第１圧縮コイルばね５６と、プッシュロッド５７を介して上記吸入弁５５を開放方向に付勢する第２圧縮コイルばね５８からなる付勢手段と、この第２圧縮コイルばね５８の付勢力に抗して上記プッシュロッド５７をソレノイドケース５９内に引き込むことにより吸入弁５５から離間させる方向に駆動するソレノイド６０とが設けられている。
【００３４】
上記吸入弁５５を閉止方向に付勢する第１圧縮コイルばね５６の付勢力は、上記吸入弁５５を開放方向に付勢する第２圧縮コイルばね５８の付勢力よりも小さな値に設定され、通常の状態では上記第２圧縮コイルばね５８の付勢力に応じて吸入弁５５が開放状態に保持されている。そして、上記ソレノイド６０が通電状態となって上記プッシュロッド５７がソレノイドケース５９内に引き込まれた場合に、上記第１圧縮コイルばね５６の付勢力に応じて吸入弁５５が閉止状態となり、またポンプ室５３内において加圧された燃料の圧力が所定値以上なった場合に、上記第２圧縮コイルばね５８の付勢力に抗して吸入弁５５が閉止状態となるように構成されている。
【００３５】
上記ポンプ室５３の燃料吐出部５２には、この燃料吐出部５２を開閉する吐出弁６１と、この吐出弁６１を閉止方向に付勢する第３圧縮コイルばね６２とが設けられ、通常の状態では上記圧縮コイルばね６２の付勢力に応じて吐出弁６１が閉止状態に保持されている。そして、上記加圧手段５４により加圧された燃料の圧力が一定値以上に上昇すると、上記第３圧縮コイルばね６２の付勢力に抗して吐出弁６１が開放方向に駆動されることにより、燃料が燃料噴射弁１８に圧送されるようになっている。
【００３６】
また、上記加圧手段５４は、ポンプ室５３内の燃料に加圧力を付与するプランジャ６３と、このプランジャ６３を昇降駆動するカム６４と、プランジャ６３の下端部を下方に付勢してカム６５に圧接させるプランジャ付勢手段６６とを有し、上記カム６５が回転駆動されるのに対応してプランジャ６３が昇降駆動されることにより、ポンプ室５３内に燃料を吸入して加圧するように構成されている。すなわち、上記吸入弁５５の開放状態でプランジャ６３が下降することにより、燃料吸入部５１からポンプ室５３内に燃料が吸入された後、上記吸入弁５５の閉止状態でプランジャ６３が上昇することにより、ポンプ室５３内の燃料が加圧されるようになっている。
【００３７】
上記カム６４は、１８０°の角度で突設された一対の突部を有するとともに、上記吸気弁７の動弁機構１４を構成するカム軸１４ａに一体に取り付けられることにより、このカム軸１４ａが一回転する間に、上記プランジャ６３を２回昇降駆動するように構成されている。また、上記カム軸１４ａは、図５に示すように、エンジン本体１のクランク軸７により駆動されるチェーン伝動機構６７を介して回転駆動され、これによって上記クランク軸７が１回転するのに応じ、カム軸１４ａが１／２回転するとともに、上記プランジャ６３が１回昇降することになる。なお、上記カム軸１４ａに設けられたカム６４の形状は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えばプランジャ６３を駆動する突部の個数を３個以上に設定してもよい。また、上記チェーン伝動機構６７に代え、タイミングベルト等を使用したベルト伝動機構により上記カム軸１４ａを回転駆動するように構成してもよい。
【００３８】
上記点火回路１７、燃料噴射弁１８、燃料供給系２０、電気式スロットル弁３４を駆動する電動モータ３５、タンブル調節弁３７のアクチュエータ３８および上記電気式ＥＧＲ弁４６等は、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）５０によって制御されるように構成されている。一方、上記ＥＣＵ５０には、クランク角センサ９、エアフローセンサ３３、リニアＯ２センサ４０および排気温センサ４４等の検出信号が入力され、さらにアクセル開度（アクセルペダルの操作量）を検出するアクセル開度センサ４８の検出信号と、エンジンの回転速度を検出する回転速度センサ４９の検出信号と、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ５６の検出信号と、カム軸１４ａの回転角度を検出するカム角センサ６８の検出信号と、燃料の噴射圧力を検出する燃圧センサ６９の検出信号とが入力されるようになっている。
【００３９】
また、上記ＥＣＵ５０には、図４に示すように、エンジンの始動時にクランク角センサ９から入力されたクランク角信号およびカム角センサ６８から入力されたカム角信号とに基づいて気筒を識別する気筒識別手段７１と、この気筒識別が行われた後に燃料の噴射時期を制御する噴射時期制御手段７２と、上記高圧ポンプ２６のソレノイド６０に対する通電タイミングを制御する高圧ポンプ制御手段７３とが設けられている。
【００４０】
上記噴射時期制御手段７２は、予め設定されたマップからエンジンの運転状態に対応した燃料の噴射時期を読み出し、例えばエンジンが低回転低負荷の運転領域にある場合には、圧縮行程で燃料噴射して成層燃焼を行わせ、高負荷高回転の運転領域にある場合には、吸気行程で燃料を噴射して均一燃焼を行わせるように構成されている。また、後述するエンジンの始動時には、燃料噴射弁１８から燃焼室６内に燃料が複数回に分割されて噴射されるとともに、その後期噴射時期、例えば二回に分けて分割噴射する場合の２回目の噴射時期が、点火前の圧縮行程に設定されるようになっている。
【００４１】
上記高圧ポンプ制御手段７３は、エンジンの始動時に、気筒識別手段７１による気筒識別が行われた後、燃料の噴射圧力が予め設定された基準圧力となるまでの間に、高圧ポンプ２６の燃料吸入部５１における燃料のリークを防止した状態で、ポンプ室５３内の燃料圧力を効果的に上昇させる始動時制御を実行するように構成されている。
【００４２】
すなわち、上記始動時制御の実行時には、図６（ａ）に示すように、プランジャ６３が下死点位置（加圧開始位置）から上死点位置（加圧終了位置）に至る途中、具体的には上記下死点位置と上死点位置との中間位置において、プランジャ６３の上昇速度が最も早くなる時点Ｔ１で、図６（ｂ）に示すように、ソレノイド６０に対する通電を開始する。これによって上記時点Ｔ１より少し遅れた時点で、図６（ｃ）に示すように、吸入弁５５が開放状態から閉止状態に移行するとともに、その後にポンプ室５３内の燃料が加圧されて所定圧力となった時点Ｔ２で、図６（ｄ）に示すように、吐出弁６１が開放されて燃料噴射弁１８に所定圧力の燃料が圧送されることになる。なお、上記吸入弁５５の閉止状態への移行が、上記時点Ｔ１よりも遅れる理由は、始動時にバッテリ電圧が低下するため、この電圧低下の影響によるものである。
【００４３】
上記吐出弁６１が開放状態となってポンプ室５３内における燃料の圧力が所定値に低下した時点Ｔ３で、吐出弁６１が閉止状態となるとともに、吸入弁５５が開放状態に移行することにより、ポンプ室５３内への燃料の吸入が開始されることになる。また、上記始動時制御におけるソレノイド６０に対する通電時間Ｔａは、この通電時間Ｔａが長くなることに起因したソレノイド６０の焼損を防止し得るように、例えば２ｍｓ程度に設定されている。
【００４４】
上記始動時制御が実行されることにより、燃料噴射弁１８から噴射される燃料圧力が上昇して、予め設定された基準圧力以上になったことが、上記燃圧センサ６９の検出信号に応じて確認された時点で、上記高圧ポンプ制御手段７３による始動時制御が停止され、エンジンの回転周期に対応した上記クランク角センサ９またはカム角センサ６８の検出信号に応じてソレノイド６０の通電タイミングが制御される通常時の制御状態に切り換えられる。上記基準圧力は、燃焼室６内に噴射された燃料の微粒化を促進して混合気を適正に燃焼させ得る値、例えば３ＭＰａ程度に設定されている。
【００４５】
上記通常時の制御状態では、高圧ポンプ２６のプランジャ６３が下死点位置に下降した時点を基準として設定された所定時期に、上記ソレノイド６０を一時的に通電状態とすることにより、上記吸入弁５５を閉止状態としてポンプ室５３内の燃料を加圧するとともに、上記ソレノイド６０に対する通電タイミングを変化させることにより、ポンプ室５３内に吸入される燃料量およびその吐出圧等を調節するように構成されている。
【００４６】
また、エンジンの始動後において、上記気筒識別手段７１による気筒識別が行われる前から、この気筒識別が行われるまでの間には、上記ソレノイド６０を断続的に通電状態としてソレノイド６０のオンオフ動作を繰り返すとともに、このソレノイド６０の非通電時に上記吸入弁５５が開放状態となるのを防止し得るように、上記非通電時間を例えば１０ｍｓ程度に設定する識別前制御が上記高圧ポンプ制御手段７３において実行されるようになっている。これによってエンジンの始動時に、上記プランジャ６３が上昇行程または下降行程のいずれにあるかに拘わらず、上記吸入弁５５が閉止状態に維持され、上記プランジャ６３の上昇時にポンプ室５３内の燃料を加圧する制御が実行されることになる。
【００４７】
上記構成を有するエンジンの制御装置によりエンジンの始動時に実行される燃料の噴射制御を、図７に示すタイムチャートに基づいて説明する。図７（ａ）に示すように、エンジンのスタータを作動させるスタータ信号が出力された時点ｔ１において、エンジンのクランキングが行われることにより、エンジン回転数が２００ｒｐｍ程度まで次第に上昇する。
【００４８】
また、上記クランキングが行われることにより、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、クランク角センサ９のクランク角信号およびカム角センサ６８のカム角信号が出力されるとともに、高圧ポンプ２６のプランジャ６３が昇降駆動されることにより、そのストロークが図７（ｄ）に示すように変化し、エンジンが１回転する前の時点ｔ２で、上記クランク角センサ信号に応じて気筒識別が行われる。
【００４９】
そして、図８（ａ）に示すように、上記スタータ信号の出力時点ｔ１から、高圧ポンプ２６のソレノイド６０を断続的に通電状態とするソレノイド制御信号を出力する識別前制御を開始するとともに、上記気筒識別が行われた時点ｔ２から、プランジャ６３が下死点位置から上死点位置に至る中間時点で上記ソレノイド６０を通電状態とするソレノイド制御信号を出力する始動時制御を開始する。
【００５０】
上記識別前制御および始動時制御が実行されることにより、図８（ｂ）に示すように、燃料噴射弁１８から噴射される燃料圧力（燃圧）が次第に上昇し、上記気筒識別時点ｔ２の後に、燃料圧力が噴射許容圧力に上昇した時点ｔ３で、図８（ｃ）に示すように、上記クランク角信号（エンジンの回転周期）に対応した所定時期に燃料噴射信号が出力されて燃料の噴射が開始される。
【００５１】
また、上記気筒識別時点ｔ２の後に、ポンプ室５３内の燃料圧力が予め３ＭＰａ程度に設定された基準圧力以上となったことが確認された時点ｔ４で、上記始動時の制御状態から通常時の制御状態に移行し、上記カム角信号（エンジンの回転周期）に基づき、プランジャ６３の下死点位置を基準として設定された所定時期にソレノイドを一時的に通電状態とすることにより、ポンプ室５３の燃料を加圧する際に吸入弁５５を閉止状態として燃料圧力を上昇させる制御を実行する。
【００５２】
上記のように燃焼室６内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１８と、この燃料噴射弁１８に燃料を圧送する高圧ポンプ２６と、エンジンの始動時に気筒を識別する気筒識別手段７１と、この気筒識別が行われた後に燃料の噴射時期を制御する噴射時期制御手段７２とを備えた火花点火式エンジンの制御装置において、上記高圧ポンプ２６に、エンジンのクランク軸７によって回転駆動されるカム６４と、このカム６４により昇降駆動されることによりポンプ室５３内の燃料を加圧するプランジャ６３と、ポンプ室５３の燃料吸入部５１を開閉する吸入弁５５と、この吸入弁５５を開放方向に付勢する圧縮コイルばね５８からなる付勢手段と、この圧縮コイルばね５８の付勢力に抗して上記吸入弁５５を閉止させる方向に作動させるソレノイド６０とを設け、エンジンの始動時に、プランジャ６３が下死点位置から上死点位置に至る途中で、上記ソレノイド６０を通電状態として上記吸入弁５５を閉止させる始動時制御を実行する高圧ポンプ制御手段７３を設けたため、エンジンの始動時に実行されるクランキング時に、燃料の噴射圧力を早期に上昇させてエンジンの始動性を効果的に向上させることができるとともに、この始動時におけるエミッション性を効果的に改善することができるという利点がある。
【００５３】
すなわち、エンジンの始動時に、気筒識別が行われた時点からプランジャ６３の下死点位置で吸入弁５５を閉止状態とする制御を実行するように構成された従来技術（特開平２００１−１８２５９７）では、エンジンのクランキング時にプランジャの上昇速度が遅いことに起因して、上記ソレノイド６０に対する通電が停止された時点で吸入弁５５の設置部から燃料がリークすることが避けられない。これに対して本発明のように、上記気筒識別手段７１による気筒識別が行われた時点から燃料圧力が予め設定された基準圧力となるまでの間に、プランジャ６３が下死点位置から上死点位置に至る途中で、上記ソレノイド６０を通電状態として上記吸入弁５５を閉止させる上記始動時制御を実行するように構成した場合には、上記ソレノイド６０に対する通電が停止された時点で吸入弁５５の設置部から燃料がリークする等の問題を生じることなく、ポンプ室５３内の燃料圧力を確実に上昇させることができる。
【００５４】
また、上記ソレノイド６０に対する通電タイミングを、プランジャ６３の上死点近傍位置に設定して、このタイミングで吸入弁５５を閉止させるようにした場合には、この吸入弁５５の閉止後に実行される燃料の加圧時間が短くなって、ポンプ室５３内の燃料圧力をほとんど上昇させることができなくなるという問題がある。これに対して本願発明にように、プランジャ６３が下死点位置から上死点位置に至る途中で、上記ソレノイド６０を通電状態として上記吸入弁５５を閉止させるように構成した場合には、吸入弁５５の閉止後に実行される燃料の加圧時間を充分に確保して上記燃料圧力を確実に上昇させることができる。したがって、本願発明では、エンジンの始動直後から高圧の燃料を燃焼室６内に直接噴射することにより、燃料の微粒化を促進して混合気を適正に燃焼させることができ、エミッション性を効果的に改善できる等の利点がある。
【００５５】
特に上記実施形態では、エンジンの始動時に、プランジャ６３が下死点位置と上死点位置との中間位置にあってプランジャ６３の上昇速度が最も早くなるタイミングで、上記ソレノイド６０を通電状態とすることにより、ポンプ室５３内の燃料に対する加圧作用が最大となった時点で、吸入弁５５を開放状態から閉止状態に移行させるように構成したため、上記ソレノイド６０に対する通電の停止後に、吸入弁５５が開放状態となるのを効果的に防止しつつ、ポンプ室５３内の燃料圧力を効率よく上昇させることができる。
【００５６】
また、上記実施形態では、気筒識別手段７１による気筒識別が行われてプランジャの位置が確認された時点から上記燃料圧力が予め設定された基準圧力以上となるまでの間に、上記始動時制御を実行するように構成したため、エンジンの始動時に上記燃料圧力を早期に上昇させることができるとともに、上記始動時制御を適正時期に終了し、目標燃料圧力、燃料噴射量およびエンジンの回転周期に対応させて上記吸入弁５５の閉止タイミングを制御する通常時の制御状態に移行させることにより、ポンプ室５３内に吸入される燃料量およびポンプ室５３から吐出される燃料の吐出圧を適正値に調節することができるという利点がある。
【００５７】
さらに、上記実施形態に示すように、エンジンの始動後に上記気筒識別が行われる前から、上記レノイド６０を断続的に通電状態とするとともに上記非通電時間を０．２ｓ程度に設定することにより、ソレノイド６０の焼損等を防止しつつ、このソレノイド６０の非通電時に上記吸入弁５５が開放状態となるのを防止する識別前制御を実行するように構成した場合には、上記プランジャ６３が上昇行程または下降行程のいずれにあるかが解らない気筒識別前に、上記吸入弁５５を閉止状態に維持することにより、上記燃料圧力を効果的に上昇させることができる。
【００５８】
また、上記実施形態に示すように、燃料噴射弁１８から噴射される燃料圧力が基準圧力に上昇する前に、この燃料圧力が所定値となった時点で、上記燃料噴射制御手段７２による燃料噴射を開始するように構成した場合には、エンジンの始動時間を大幅に短縮することができる。すなわち、エンジンの始動時に、上記始動時制御を実行することにより上記燃料圧力をある程度上昇させた状態で、この燃料圧力が上記基準圧力に上昇する前に燃料噴射を開始することにより、エンジンの始動に要する時間を大幅に短縮化することができる。
【００５９】
なお、上記気筒識別手段７１による気筒識別が行われた後、燃料圧力が基準圧力以上となった時点で、上記始動時制御を停止して通常時の制御状態に切り換えるように構成された上記実施形態に代え、エンジンの始動時に、エンジン回転数がクランキング回転数よりも高くなった時点で、上記始動時制御を停止して通常時の制御状態に移行するように構成してもよい。このように構成した場合には、エンジンの始動後に燃料噴射および混合気の点火が行われた時点で、通常時の制御状態に移行してエンジンの回転周期に対応したソレノイド６０の通電制御を実行することにより、上記ポンプ室５３内に吸入される燃料量を運転状態に対応させて調節する等の制御を迅速かつ適正に実行することができるという利点がある。
【００６０】
また、上記のようにエンジンを始動させるためのクランキング時に、少なくとも圧縮行程で燃料を噴射するように構成した場合には、燃料噴霧がシリンダ壁等に付着することに起因して燃焼性が悪化する等の弊害が生じるのを効果的に防止しつつ、点火プラグ１６の周りに着火可能な濃度を有する混合気を集中させることにより、混合気の着火性を確保してエンジンを効果的に始動させることができる。
【００６１】
特に上記実施形態では、燃料噴射弁１８からの燃料噴霧を、燃焼室６内で生成されたタンブル流Ｔに衝突させることにより、点火プラグ１６の近傍に混合気を層状に偏在させる成層燃焼モードの制御を実行するように構成されたエンジン等において、上記クランキング時に、吸気行程から点火時期までの間で燃料を複数回に分割して噴射するとともに、その後期噴射時期を圧縮行程に設定するように構成したため、エンジン始動時の早い段階で上記成層燃焼モードの制御を実行して、燃費を改善しつつ、エンジン出力を確保できるという利点がある。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁に燃料を圧送する高圧ポンプと、エンジンの始動時に気筒を識別する気筒識別手段と、この気筒識別が行われた後に燃料の噴射時期を制御する噴射時期制御手段とを備えた火花点火式エンジンの制御装置において、上記高圧ポンプに、エンジンによって回転駆動されるカムと、このカムにより昇降駆動されることによりポンプ室内の燃料を加圧するプランジャと、ポンプ室の燃料吸入部を開閉する吸入弁と、この吸入弁を開放方向に付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗して上記吸入弁を閉止させる方向に作動させるソレノイドとを設け、エンジンの始動時に、プランジャが下死点位置から上死点位置に至る途中で、上記ソレノイドを通電状態として上記吸入弁を閉止させる始動時制御を実行する高圧ポンプ制御手段を設けたため、エンジンの始動時に実行されるクランキング時に、燃料の噴射圧力を早期に上昇させてエンジンの始動性を効果的に向上させることができるとともに、この始動時におけるエミッション性を効果的に改善することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る火花点火式直噴エンジンの制御装置の実施形態を示す説明図である。
【図２】エンジン本体の要部の具体的構成を示す断面図である。
【図３】燃料供給系の具体的構造を示すブロック図である。
【図４】高圧ポンプの具体的構成を示す説明図である。
【図５】高圧ポンプの設置状態を示す説明図である。
【図６】始動時制御の制御特性を示すタイムチャートである。
【図７】エンジンの始動時における制御特性を示すタイムチャートである。
【図８】エンジンの始動時における制御特性を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１　エンジン本体
６　燃焼室内
１８　燃料噴射弁
２６　高圧ポンプ
５３　ポンプ室
５５　吸入弁
５８　圧縮コイルばね（付勢手段）
６０　ソレノイド
６３　プランジャ
６４　カム
７０　気筒識別手段
７１　噴射時期制御手段
７３　高圧ポンプ制御手段
【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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