(57)【要約】【課題】本発明は、圧縮着火内燃機関の機関始動時において要する燃料噴射量の増加を抑制するとともに、エミッションの悪化やオイル希釈の発生を抑制する。【解決手段】圧縮行程上死点近傍の時期において内燃機関の気筒内に燃料を噴射する通常燃料噴射弁３と、気筒の中央部に向けて通常燃料噴射弁から噴射される燃料に比べてより微粒化した燃料を噴射する予混合燃焼用燃料噴射弁９ａとを備える圧縮着火内燃機関１において、圧縮着火内燃機関１の機関始動時には、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射によって予混合気を形成して、該予混合気が燃焼することで該圧縮着火内燃機関１の機関回転速度を上昇させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮行程上死点近傍の時期において内燃機関の気筒内に燃料を噴射する通常燃料噴射弁と、
前記気筒の中央部に向けて前記通常燃料噴射弁から噴射される燃料に比べてより微粒化した燃料を噴射する燃料噴射弁であって、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期に燃料噴射を行うことで該気筒内に予混合気を形成する予混合燃料噴射弁と、を備え、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記予混合燃料噴射弁からの燃料噴射による予混合気の形成で予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、
前記圧縮着火内燃機関の機関始動時には、前記予混合燃料噴射弁からの燃料噴射によって予混合気を形成して、該予混合気が燃焼することで該圧縮着火内燃機関の機関回転速度を上昇させる機関始動手段を備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の始動制御装置。
【請求項２】
前記予混合燃料噴射弁は、前記気筒内に燃料を噴射することで該気筒内に予混合気を形成し、又は前記圧縮着火内燃機関の吸気ポート内に燃料を噴射して該噴射燃料が前記気筒内に導入されることで該気筒内に予混合気を形成することを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火内燃機関の始動制御装置。
【請求項３】
前記機関始動手段によって前記予混合燃料噴射弁から噴射された燃料の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を、更に備え、
前記機関始動手段による機関始動が行われるときにおいて、前記燃焼状態判定手段によって燃料の燃焼状態が所定燃焼状態に至らないと判定される場合、更に前記通常燃料噴射弁からの燃料噴射を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮着火内燃機関の始動制御装置。
【請求項４】
前記機関始動手段によって前記予混合燃料噴射弁から噴射された燃料の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を、更に備え、
前記機関始動手段による機関始動が行われるときに前記燃焼状態判定手段によって燃料の燃焼状態が所定燃焼状態に至らないと判定される場合、次の前記機関始動手段による機関始動の際、更に前記通常燃料噴射弁からの燃料噴射を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮着火内燃機関の始動制御装置。
【請求項５】
前記圧縮着火内燃機関の機関温度と前記予混合燃料噴射弁からの燃料噴射量に基づいて、該予混合燃料噴射弁からの噴射燃料による予混合気の形成の可否を判定する予混合燃焼可否判定手段を、更に備え、
前記機関始動手段による機関始動が開始された後において前記予混合燃焼可否判定手段によって前記予混合燃料噴射弁からの噴射燃料による予混合気の形成が否定されるときは、該予混合燃料噴射弁からの燃料噴射を中止するとともに前記通常燃料噴射弁からの燃料噴射を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮着火内燃機関の始動制御装置。
【請求項６】
前記予混合燃焼可否判定手段によって前記予混合燃料噴射弁からの噴射燃料による予混合気の形成が否定された後、該予混合燃焼可否判定手段によって該予混合燃料噴射弁からの噴射燃料による予混合気の形成が肯定されるときは、前記通常燃料噴射弁からの燃料噴射を中止するとともに該予混合燃料噴射弁からの燃料噴射を行うことを特徴とする請求項５に記載の圧縮着火内燃機関の始動制御装置。
【請求項７】
前記予混合燃料噴射弁から噴射される燃料は、前記通常燃料噴射弁から噴射される燃料と比べて着火性の低い燃料性状を有し、
前記機関始動手段による機関始動が行われるときに、更に前記通常燃料噴射弁からの燃料噴射を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮着火内燃機関の始動制御装置。
【請求項８】
圧縮行程上死点近傍の時期において内燃機関の気筒内に燃料を噴射する通常燃料噴射弁と、
前記気筒の中央部に向けて前記通常燃料噴射弁から噴射される燃料に比べてより微粒化した燃料を噴射する燃料噴射弁であって、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期に燃料噴射を行うことで該気筒内に予混合気を形成する予混合燃料噴射弁と、を備え、前記内燃
機関の運転状態に基づいて前記予混合燃料噴射弁からの燃料噴射による予混合気の形成で予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、
前記圧縮着火内燃機関の機関始動時には、前記予混合燃料噴射弁からの燃料噴射によって予混合気を形成するとともに前記通常燃料噴射弁から前記気筒内に燃料を噴射して、該予混合気および該噴射燃料が燃焼することで前記圧縮着火内燃機関の機関回転速度を上昇させる機関始動手段を備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の始動制御装置。
【請求項９】
前記圧縮着火内燃機関の機関始動時において、前記気筒内で燃料の連続燃焼が開始されることで該内燃機関の機関回転速度が上昇する初爆時期を判定する初爆判定手段を、更に備え、
前記機関始動手段は、前記圧縮着火内燃機関のクランキングが開始されてから前記初爆判定手段によって前記気筒内において初爆時期を迎えたと判定されるまでの間は前記予混合燃料噴射弁による燃料噴射を行い、該判定以降は該予混合燃料噴射弁からの燃料噴射によって予混合気を形成するとともに前記通常燃料噴射弁から前記気筒内に燃料を噴射することを特徴とする請求項８に記載の圧縮着火内燃機関の始動制御装置。
【請求項１０】
圧縮行程上死点近傍の時期において内燃機関の気筒内に燃料を噴射する通常燃料噴射弁と、
前記気筒の中央部に向けて前記通常燃料噴射弁から噴射される燃料に比べてより微粒化した燃料を噴射する機関始動用燃料噴射弁と、を備え、
前記圧縮着火内燃機関の機関始動時には、前記機関始動用燃料噴射弁から燃料を噴射して該噴射燃料が燃焼することで前記内燃機関の機関回転速度を上昇させることを特徴とする圧縮着火内燃機関の始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮着火内燃機関の始動制御装置であって、特に気筒内に予混合気を形成可能な燃料噴射弁を有する圧縮着火内燃機関の始動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮着火内燃機関（以下、単に「内燃機関」という）においては、ガソリン等に比べて蒸発性の低い軽油等が機関燃料として利用されているため、その機関始動に際しては多量の燃料噴射を行わなければ気筒内に着火可能な程度の混合気を形成して連続燃焼による機関回転数の上昇を図ることが困難である。そのため、気筒内において燃焼されなかった余剰燃料によって白煙が発生したり、また潤滑オイルの希釈を生じさせたりする。
【０００３】
そこで、内燃機関の機関始動時において気筒内圧力等に基づいて気筒内において燃焼が実際に行われているか否かを判定し、燃焼している場合と燃焼していない場合との燃焼室温度の違いに応じた適当量の燃料噴射を行うことで、燃料の余剰噴射を抑制する技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００２−２１６１０号公報
【特許文献２】特開２００２−３０９６２号公報
【特許文献３】特開２００２−２５６９２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の機関燃料として使用される軽油は、ガソリン等に比べて蒸発性が低い。また、内燃機関の機関始動時においては、内燃機関自体の温度が低温であるため、機関燃料の蒸発性はより低下する。従って、内燃機関の機関始動時においては、気筒内において燃料が連続的に燃焼し内燃機関の機関回転速度を上昇させるためには、多量の燃料噴射を行う必要があり、その結果エミッションの悪化や潤滑オイルの希釈が生じる虞がある。
【０００５】
また、内燃機関において、排出されるＮＯｘの抑制と黒煙の抑制を目的として、予混合燃焼が行われる。この予混合燃焼は、一般に燃焼室の中央付近に設けられた燃料噴射弁から、燃料を気筒内に圧縮行程上死点より早い時期に噴射することで、燃焼室内により均一な予混合気を形成させて、ＮＯｘの抑制や酸素不足下での燃焼に起因する黒煙の抑制を図る。
【０００６】
ところが、予混合燃焼を行う内燃機関においては、機関負荷や機関回転速度が上昇すると、気筒内温度が上昇するため、予混合気が所定の着火時期より早い時期に着火するいわゆる過早着火が生じる可能性が高くなる。そして、過早着火が生じると、燃焼騒音が大きくなる等の問題が生じる。そこで、過早着火を回避するために、内燃機関の圧縮比を低くする設計がなされる場合がある。その結果、内燃機関における圧縮端温度が低下し、機関始動時の燃料の着火性が低下する虞がある。
【０００７】
本発明では、上記した問題に鑑み、圧縮着火内燃機関の機関始動時において要する燃料噴射量の増加を抑制するとともに、エミッションの悪化やオイル希釈の発生を抑制する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の機関始動時において燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径に着目した。それは、該燃料の粒径が微粒化されるほど該燃料の蒸発性が向上されるため、内燃機関の機関始動が円滑に行われるとともに、機関始動に要する燃料噴射量を抑制し余剰燃料の発生を抑制することが可能となるからである。
【０００９】
そこで、第一に、本発明は、圧縮着火内燃機関の始動制御装置において、該圧縮着火内燃機関は、圧縮行程上死点近傍の時期において内燃機関の気筒内に燃料を噴射する通常燃料噴射弁と、該気筒の中央部に向けて該通常燃料噴射弁から噴射される燃料に比べてより微粒化した燃料を噴射する燃料噴射弁であって、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期に燃料噴射を行うことで該気筒内に予混合気を形成する予混合燃料噴射弁と、を備え、該内燃機関の運転状態に基づいて該予混合燃料噴射弁からの燃料噴射による予混合気の形成で予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関であって、該圧縮着火内燃機関の機関始動時には、該予混合燃料噴射弁からの燃料噴射によって予混合気を形成して、該予混合気が燃焼することで該圧縮着火内燃機関の機関回転速度を上昇させる機関始動手段を備える。
【００１０】
上述の予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関においては、圧縮上死点近傍の時期より早い時期に、予混合燃料噴射弁から燃料が噴射されることで気筒内に予混合気が形成され、該予混合気が燃焼することで予混合燃焼となる。予混合気の形成において、燃料と吸気とが十分に均一に混合されることで、ＮＯｘの抑制や黒煙の抑制が図られる。また、予混合燃焼は、内燃機関の運転状態が予混合燃焼を行うために好適な運転領域、例えば低、中負荷運転領域において行われる。即ち、内燃機関の運転状態が気筒内において均一な予混合気を形成し得る運転領域に属しているときに、予混合燃焼が行われる。
【００１１】
従って、内燃機関の運転状態が気筒内において均一な予混合気を形成し得る運転領域に属していない場合には、過早着火の発生の虞があるため、予混合燃焼は行われない。そして、その代わりに圧縮上死点近傍の時期において通常燃料噴射弁から燃料が噴射されることで、拡散燃焼（以下、「通常燃焼」ともいう）が行われる。
【００１２】
ここで、予混合燃焼においてその効果をより顕著に発揮させるために、予混合燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径は、通常燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径と比べて微粒化されている。即ち、燃料の粒径を微粒化することで、燃料の蒸発性が向上し、吸気との混合が促進され、以て均一な予混合気の形成がより容易に行われ得る。
【００１３】
そして、内燃機関の機関始動時においても、該予混合燃料噴射弁から噴射された、より微粒化された燃料を利用することで、機関始動時に噴射された燃料のうち蒸発して可燃状態となった燃料の気筒内における割合を増加させることが可能となる。その結果、より少量の燃料噴射量で燃料の連続燃焼が開始されるとともに機関回転速度の上昇が達成され、以てエミッションの悪化やオイル希釈の発生を抑制することが可能となる。
【００１４】
上述の圧縮着火内燃機関の始動制御装置において、予混合燃料噴射弁の燃料の微粒化は、燃料噴射弁の噴孔径をより小さくしたり、またスリット状にしたりすることで達成することが可能である。また、予混合燃料噴射弁は、噴射燃料に旋回エネルギーを付与して燃料を螺旋状に噴射するスワール燃料噴射弁、燃料噴射時に吸気の一部を燃料と混合しながら噴射するエアアシスト燃料噴射弁、燃料噴孔の先方に噴射された燃料が衝突する衝突子を設けて噴射燃料を拡散させる衝突子を有する燃料噴射弁であってもよい。
【００１５】
更に、該予混合燃料噴射弁は、該気筒内に燃料を噴射することで該気筒内に予混合気を形成し、又は該圧縮着火内燃機関の吸気ポート内に燃料を噴射して該噴射燃料が該気筒内に導入されることで該気筒内に予混合気を形成するいずれかであってもよい。
【００１６】
ここで、予混合燃料噴射弁が気筒内に直接燃料を噴射する場合は、予混合気の形成は圧縮上死点近傍の時期より早い時期であって、均一な予混合気を形成しうる時間を確保できる時期であればよい。
【００１７】
また、予混合燃料噴射弁がポート内に燃料を噴射する場合は、吸気弁の開弁されている時期に燃料を噴射すればよい。これにより、吸気行程において該燃料が吸気とともに気筒内に導入されることで、気筒内に予混合気が形成される。尚、吸気弁の開度が大きいときに予混合燃料噴射弁からの燃料噴射が行われると、該燃料が気筒内壁に付着する虞があるため、そのような時期において燃料噴射を行うことは好ましくない。また、吸気弁の開度が比較的小さいときは、吸気ポートから気筒内への流速が比較的速くなるため、そのような時期において燃料噴射を行うと気筒内における燃料の拡散が効率的に行われ、燃料噴射時期としてより好適である。
【００１８】
尚、通常燃料噴射弁は、通常燃焼時において気筒内に燃料を平均的に噴射すべく、気筒中央部に設けられるのがより好適である。
【００１９】
ここで、上述の圧縮着火内燃機関の始動制御装置において、前記機関始動手段によって前記予混合燃料噴射弁から噴射された燃料の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段を、更に備え、前記機関始動手段による機関始動が行われるときにおいて、前記燃焼状態判定手段によって燃料の燃焼状態が所定燃焼状態に至らないと判定される場合、更に前記通常燃料噴射弁からの燃料噴射を行うようにしてもよい。
【００２０】
燃焼状態判定手段は、機関始動手段による内燃機関の機関始動時に予混合燃料噴射弁から噴射された燃料の燃焼状態が所定燃焼状態に達しているか否かを判定する。ここで、所定燃焼状態とは、予混合燃料噴射弁から噴射された、より微粒化された燃料が十分に燃焼され、内燃機関の機関始動に寄与している状態を言う。例えば、予混合燃料噴射弁からの燃料噴射が行われている状態において、燃料の連続燃焼（以下、該連続燃焼の開始時点における燃料の燃焼を「初爆」という）が所定の時間経過後も発生しない場合、初爆後において内燃機関の機関回転速度の上昇率が所定上昇率より低い場合、又は該機関回転速度の上昇が安定せずその変動幅が比較的大きい場合等には、予混合燃料噴射弁から噴射されたより微粒化された燃料が十分に燃焼されず機関始動に寄与していないと判断し得る。
【００２１】
このような場合に、更に通常燃料噴射弁から燃料を噴射することで、機関始動時における燃料の燃焼を補助することが可能となる。即ち、通常燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径は、予混合燃料噴射弁から噴射される燃料の粒径と比べ大きくその蒸発性は低いが、既に気筒内においては予混合気が形成されているため、通常燃料噴射弁から燃料が噴射される時期においては、気筒内温度が比較的上昇している。そのため、通常燃料噴射弁から噴射される燃料は高温の雰囲気に曝されて、その蒸発性が向上される。
【００２２】
それとともに、通常燃料噴射弁から噴射された燃料による火炎が気筒内に形成される予混合気の着火源として作用することで、予混合気の燃焼もより効率的に行われ、予混合気の燃焼状態が所定燃焼状態に達し得る。その結果、内燃機関の機関始動をより良好に行うことが可能となり、機関始動に要する燃料量の増加を抑制し得る。
【００２３】
また、機関始動手段による内燃機関の機関始動の途中において、通常燃料噴射弁からの燃料噴射を行うことで予混合気の燃焼を補助する他に、該補助を次回の内燃機関の機関始動に行うようにしてもよい。即ち、前記機関始動手段による機関始動が行われるときに前記燃焼状態判定手段によって燃料の燃焼状態が所定燃焼状態に至らないと判定される場合、次の前記機関始動手段による機関始動の際、更に前記通常燃料噴射弁からの燃料噴射を行うようにしてもよい。
【００２４】
ここで、上述の内燃機関の機関始動時において、予混合燃料噴射弁から燃料噴射をすることで予混合気を形成する場合、先述したとおり内燃機関の運転状態に応じて、その実行が可能か否かが決定される。一方で、予混合燃焼は、予混合気を均一に希薄化することで燃焼温度を低下させ、以てＮＯｘの発生を抑制する燃焼である。従って、内燃機関の機関始動において機関回転速度の上昇とともに燃料噴射量を減少する制御が行われると、結果的に予混合燃焼時に気筒内に形成される予混合気濃度がより希薄になる。よって、燃料噴射量が少なく圧縮端温度が低下する場合、予混合燃焼の燃焼状態が不安定となる虞がある。
【００２５】
そこで、上述の圧縮着火内燃機関の始動制御装置において、前記圧縮着火内燃機関の機関温度と前記予混合燃料噴射弁からの燃料噴射量に基づいて、該予混合燃料噴射弁からの噴射燃料による予混合気の形成の可否を判定する予混合燃焼可否判定手段を、更に備え、前記機関始動手段による機関始動が開始された後において前記予混合燃焼可否判定手段によって前記予混合燃料噴射弁からの噴射燃料による予混合気の形成が否定されるときは、該予混合燃料噴射弁からの燃料噴射を中止するとともに前記通常燃料噴射弁からの燃料噴射を行うようにしてもよい。
【００２６】
即ち、予混合燃焼可否判定手段によって、内燃機関の機関温度と予混合燃料噴射弁からの燃料噴射量とに基づいて、機関始動手段による機関始動時において、予混合燃焼が安定して行われないため予混合気を形成すべきではない、即ち予混合燃料噴射弁からの燃料噴射を行うべきではないと判定されるときは、機関始動手段による機関始動を中止して、通常燃料噴射弁からの燃料噴射に切り替えることで、気筒内において通常燃焼を行い機関回転速度の上昇を図る。
【００２７】
通常燃焼は圧縮上死点近傍の時期において燃料を噴射するとともに、該燃料が燃焼されるため、燃焼温度は予混合燃焼時より高くなる。その結果、予混合燃焼可否判定手段によって予混合気の形成を否定されるときは、機関始動手段によって機関始動を行うよりも機関回転速度を速やかに上昇させ、却って機関始動に要する燃料量の増加を抑制することが可能となる。
【００２８】
更には、前記予混合燃焼可否判定手段によって前記予混合燃料噴射弁からの噴射燃料による予混合気の形成が否定された後、該予混合燃焼可否判定手段によって該予混合燃料噴射弁からの噴射燃料による予混合気の形成が肯定されるときは、前記通常燃料噴射弁からの燃料噴射を中止するとともに該予混合燃料噴射弁からの燃料噴射を行うようにしてもよい。
【００２９】
即ち、予混合燃焼可否判定手段によって再び予混合気の形成が肯定される場合には、より微粒化され蒸発性がよい燃料を用いて機関始動を行うことで、機関始動に要する燃料量の増加を可及的に抑制するとともに、エミッションの悪化やオイル希釈の発生を抑制することが可能となる。
【００３０】
ここで、予混合燃焼においては過早着火を回避するために、予混合燃料噴射弁から噴射される燃料を通常燃料噴射弁から噴射される燃料と違えて、前者に、より着火性の低い燃料、即ちセタン価の低い燃料を使用する場合がある。しかし、このような場合、内燃機関の機関始動時においては、却って予混合気の着火性が低下することで機関回転数の円滑な上昇が阻害される虞がある。
【００３１】
そこで、上述の圧縮着火内燃機関の始動制御装置においては、前記予混合燃料噴射弁から噴射される燃料は、前記通常燃料噴射弁から噴射される燃料と比べて着火性の低い燃料
性状を有する場合、前記機関始動手段による機関始動が行われるときに、更に前記通常燃料噴射弁からの燃料噴射を行うようにしてもよい。
【００３２】
即ち、更に通常燃料噴射弁から燃料を噴射することで、機関始動時における燃料の燃焼を補助することが可能となる。換言すると、通常燃料噴射弁から噴射される燃料による火炎が気筒内に形成される予混合気の着火源として作用することで、着火性の低い予混合気の燃焼もより確実に行われることになる。その結果、内燃機関の機関始動をより良好に行うことが可能となり、機関始動に要する燃料量の増加を抑制し得る。
【００３３】
第二に、本発明は、圧縮着火内燃機関の始動制御装置において、該圧縮着火内燃機関は、圧縮行程上死点近傍の時期において内燃機関の気筒内に燃料を噴射する通常燃料噴射弁と、前記気筒の中央部に向けて前記通常燃料噴射弁から噴射される燃料に比べてより微粒化した燃料を噴射する燃料噴射弁であって、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期に燃料噴射を行うことで該気筒内に予混合気を形成する予混合燃料噴射弁と、を備え、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記予混合燃料噴射弁からの燃料噴射による予混合気の形成で予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、前記圧縮着火内燃機関の機関始動時には、前記予混合燃料噴射弁からの燃料噴射によって予混合気を形成するとともに前記通常燃料噴射弁から前記気筒内に燃料を噴射して、該予混合気および該噴射燃料が燃焼することで前記圧縮着火内燃機関の機関回転速度を上昇させる機関始動手段を備える。
【００３４】
即ち、上記の内燃機関の始動制御装置においては、機関始動手段による機関始動時には、予混合燃料噴射弁からの燃料噴射が行われるととともに通常燃料噴射弁からの燃料噴射が行われる。これにより、より微粒化され蒸発性の良い燃料噴射による予混合気の形成を可能として機関始動に要する燃料量の増加を抑制するとともに、通常燃料噴射弁から噴射された燃料による火炎を該予混合気の着火源として初爆の発生を早めることで、機関始動に要する燃料量の増加を抑制することが可能となる。
【００３５】
また、上記の内燃機関の始動制御装置において、前記圧縮着火内燃機関の機関始動時において、前記気筒内で燃料の連続燃焼が開始されることで該内燃機関の機関回転速度が上昇する初爆時期を判定する初爆判定手段を、更に備え、前記機関始動手段は、前記圧縮着火内燃機関のクランキングが開始されてから前記初爆判定手段によって前記気筒内において初爆時期を迎えたと判定されるまでの間は前記予混合燃料噴射弁による燃料噴射を行い、該判定以降は該予混合燃料噴射弁からの燃料噴射によって予混合気を形成するとともに前記通常燃料噴射弁から前記気筒内に燃料を噴射するようにしてもよい。
【００３６】
通常燃料噴射弁から噴射された燃料の粒径は、予混合燃料噴射弁から噴射された燃料の粒径より大きいため蒸発性が低いのは先述の通りである。そこで、気筒内の温度が低い期間、即ち気筒内において燃料の連続燃焼が発生していないクランキング開始から初爆発生に至るまでの期間においては、より蒸発性の高い燃料の噴射が可能である予混合燃料噴射弁から燃料を噴射し、気筒内において初爆を迎えて燃料の連続燃焼が発生した後においては、予混合燃料噴射弁からの燃料噴射が行われるととともに通常燃料噴射弁からの燃料噴射を行われる。これにより、蒸発性のより低い通常燃料噴射弁から噴射された燃料の気筒内壁面への燃料付着やエミッションの悪化を抑制することが可能となる。
【００３７】
尚、クランキング開始から初爆に至るまでの期間において通常燃料噴射弁からの燃料噴射を行わない制御は、気筒内壁面への噴射燃料の付着が生じやすい気筒径が小さい内燃機関や気筒内温度が比較的低い場合等により好適に適用し得る。
【００３８】
第三に、本発明は、圧縮着火内燃機関の始動制御装置において、圧縮行程上死点近傍の時期において内燃機関の気筒内に燃料を噴射する通常燃料噴射弁と、前記気筒の中央部に
向けて前記通常燃料噴射弁から噴射される燃料に比べてより微粒化した燃料を噴射する機関始動用燃料噴射弁と、を備え、前記圧縮着火内燃機関の機関始動時には、前記機関始動用燃料噴射弁から燃料を噴射して該噴射燃料が燃焼することで前記内燃機関の機関回転速度を上昇させる。
【００３９】
即ち、通常燃料噴射弁とは異なり、該通常燃料噴射弁より微粒化した燃料を噴射することが可能である機関始動用燃料噴射弁を備え、該機関始動用燃料噴射弁から噴射される、より微粒化され蒸発性のよい燃料を利用することで、内燃機関の機関始動に要する燃料量の増加を抑制するとともに、エミッションの悪化やオイル希釈の発生を抑制する。尚、機関始動用燃料噴射弁は、内燃機関の機関始動に際して利用される燃料噴射弁であるが、気筒内における燃料の蒸発に要する時間を考慮して、燃料噴射時期は気筒内に予混合気を形成し得る時期であることが、より好ましい。
【発明の効果】
【００４０】
本発明に係る圧縮着火内燃機関の始動制御装置においては、圧縮着火内燃機関の機関始動時において要する燃料噴射量の増加を抑制するとともに、エミッションの悪化やオイル希釈の発生を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
ここで、本発明に係る圧縮着火内燃機関の始動制御装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００４２】
図１は、本発明が適用される圧縮着火内燃機関（以下、単に「内燃機関」という）１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。内燃機関１は、気筒２内に直接燃料を噴射することが可能な通常燃料噴射弁３を備えている。そして、気筒２内において、ピストン４が往復運動を行う。また、内燃機関１には吸気通路が吸気ポート７を介して燃焼室に接続される。同様に、内燃機関１には排気通路が排気ポート８を介して、燃焼室に接続される。ここで、吸気ポート７と燃焼室との境界には吸気弁５が、排気ポート８と燃焼室との境界には排気弁６が設けられている。
【００４３】
また、吸気ポート７近傍において気筒２内に直接燃料を噴射することが可能な予混合燃料噴射弁９ａが設けられている。予混合燃料噴射弁９ａの噴孔は、通常燃料噴射弁３の噴孔と比べて、直径が小さくなっている。従って、予混合燃料噴射弁９ａから噴射された燃料は、通常燃料噴射弁３から噴射された燃料と比べて、その燃料の粒径が微粒化され、蒸発性のより良い燃料となる。尚、通常燃料噴射弁３および予混合燃料噴射弁９ａに供給される燃料は、図示されない同一の燃料タンクから同一の燃料である。
【００４４】
また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、ＣＰＵの他、後述する各種の制御ルーチン及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ここで、通常燃料噴射弁３および予混合燃料噴射弁９ａは、ＥＣＵ１０からの制御信号によって開閉動作を行う。
【００４５】
更に、内燃機関１のイグニッションスイッチ１１、内燃機関１の冷却水温度Ｔｈｗを検出する水温センサ１２がＥＣＵ１０と電気的に接続されている。これにより、ＥＣＵ１０は、それぞれ、内燃機関１への機関始動指令Ｉ／Ｇ、冷却水温度Ｔｈｗを受け取る。また、クランクポジションセンサ１３とアクセル開度センサ１４がＥＣＵ１０と電気的に接続されている。これにより、ＥＣＵ１０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け
取って内燃機関１の機関回転速度Ｎｅ等を算出し、またはアクセル開度に応じた信号を受け取って内燃機関１に要求される機関負荷Ｔｑ等を算出する。
【００４６】
このように構成される内燃機関１においては、内燃機関に要求される機関負荷Ｔｑと機関回転速度Ｎｅから決定される運転状態に応じて、通常燃焼と予混合燃焼とが選択的に行われる。内燃機関１の運転状態が低、中負荷領域に属するときは、予混合燃料噴射弁９ａから燃料噴射を行うことで予混合燃焼が行われる。このとき、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射時期は、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期であって、気筒２内に均一な予混合気を形成し得る時期である。従って、機関回転速度Ｎｅが上昇するに従い、または機関負荷Ｔｑが上昇するに従い、燃料噴射時期を進角側に移行する。
【００４７】
内燃機関１において予混合燃焼が困難な場合、例えば内燃機関１の運転状態が過早着火が生じ得る高負荷領域に属する場合は、通常燃料噴射弁３から圧縮行程上死点近傍の時期において燃料噴射を行うことで、通常燃焼が行われる。
【００４８】
また、本発明が適用される内燃機関１およびその制御系統の概略構成の別の実施の形態を図２に示す。図２に示す内燃機関１においては、予混合燃料噴射弁９ｂの設けられる位置が、図１に示す内燃機関１の予混合燃料噴射弁９ａの場合と異なっており、吸気ポート７内に燃料を噴射することが可能な位置となっている。従って、図２に示す内燃機関１において予混合燃焼を行うときは、吸気弁５が開弁している時期に予混合燃料噴射弁９ｂからの燃料噴射が行われる。該時期において予混合燃料噴射弁９ｂから噴射された燃料は吸気弁の開弁とともに、吸気行程において気筒２内に導入されて予混合気を形成し、予混合燃焼へと供される。尚、通常燃焼においては、図１に示す内燃機関１の場合と同様である。
【００４９】
以下の実施の形態の説明においては、主に図１に示す内燃機関１に基づくものとする。従って、図２に示す内燃機関１において以下の実施の形態を適用する場合には、予混合燃焼は燃料噴射弁９ｂからの燃料噴射によって行われる。
【００５０】
内燃機関１の機関始動に際しては、ＥＣＵ１０から予混合燃料噴射弁９ａに噴射指令が出される。これにより、予混合燃焼を行う際の燃料噴射時期において、予混合燃料噴射弁９ａから燃料が噴射される。
【００５１】
ここで、図３に内燃機関１の機関始動の際の機関回転速度Ｎｅおよび燃料噴射量の推移を示す。図３（ａ）は、内燃機関１の機関始動時における機関回転速度Ｎｅの推移を示す図であって、横軸は時間を、縦軸は機関回転速度を表す。また、図３（ｂ）は、内燃機関１の機関始動時における燃料噴射量の推移を示す図であって、横軸は時間を、縦軸は燃料噴射量を表す。尚、図３（ａ）、（ｂ）においては、実線Ｌ１およびＬ３が、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射によって内燃機関１の機関始動が行われる場合（以下、「本発明に係る機関始動の場合」という）の機関回転速度Ｎｅおよび燃料噴射量の推移を表すとともに、点線Ｌ２およびＬ４が、通常燃料噴射弁３からの燃料噴射によって内燃機関１の機関始動が行われる場合（以下、「従来の機関始動の場合」という）の機関回転速度Ｎｅおよび燃料噴射量の推移を表す。
【００５２】
時間Ｔ１においてイグニッションスイッチ１１から機関始動指令Ｉ／ＧがＥＣＵ１０に入る。これにより内燃機関１においてクランキングが開始されるとともに、機関始動のための燃料噴射が開始される。ここで、本発明に係る機関始動の場合、予混合燃料噴射弁９ａから噴射された燃料によって気筒２内に予混合気が形成され、該予混合気が連続的に燃焼されることで初爆を時期Ｔ２において迎える。一方で、従来の機関始動の場合は、通常燃料噴射弁３から圧縮行程上死点近傍の時期に噴射された燃料が連続的に燃焼されること
で初爆を時期Ｔ４（Ｔ４＞Ｔ２）において迎える。
【００５３】
予混合燃料噴射弁９ａから噴射された燃料は、通常燃料噴射弁３から噴射された燃料と比べて、その粒径は微粒化されている。従って、前者の燃料の蒸発性は、後者の燃料と比べてより良くなっている。その結果、図３（ａ）に示すように、時間Ｔ１におけるクランキング開始後から初爆を迎えるまでの期間が、本発明に係る機関始動の場合の方が従来の機関始動の場合よりも短くなる。また、図３（ｂ）に示すように、クランキング時における燃料噴射量の観点においても、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射を行う本発明に係る機関始動の場合の燃料噴射量Ｑｓｔ１は、通常燃料噴射弁３からの燃料噴射を行う従来の機関始動の場合の燃料噴射量Ｑｓｔ２よりも低い値となる。
【００５４】
初爆を迎えた後は、気筒２内において連続燃焼が発生し機関回転速度Ｎｅは上昇する。これに応じて、気筒２内における燃料の蒸発性も向上するため、燃料噴射量も徐々に減少する。そして、機関回転速度Ｎｅが機関始動基準回転数Ｎｃを超えたとき、内燃機関１の機関始動が完了する。尚、機関始動時において機関回転速度Ｎｅが機関始動基準回転速度Ｎｃとなる状態を「完爆」という。従って、図３（ａ）に示すように、本発明に係る機関始動の場合には、時期Ｔ３において完爆を迎える。一方で、従来の機関始動の場合には、時期Ｔ５（Ｔ５＞Ｔ３）において完爆を迎える。その後、内燃機関１はアイドル運転状態となり、機関回転速度はＮｉｄｌｅとなる。尚、このアイドル運転時の燃料噴射量は、本発明に係る機関始動の場合と従来の機関始動の場合共にＱｉｄｌｅである。
【００５５】
ここで、図３（ｂ）に示すように、時期Ｔ１にクランキングを開始してから完爆を迎えるまでに要した総燃料噴射量は、本発明に係る機関始動の場合の方が従来の機関始動の場合に比べて少なくなる。即ち、本発明に係る機関始動の場合の方が、内燃機関１の機関始動を行うに際して、より効率的に燃料を燃焼させることで、余剰噴射燃料が抑制される。その結果、機関始動時におけるエミッションの悪化や潤滑オイルの希釈を抑制することが可能となる。
【００５６】
次に、図４に基づいて、内燃機関１の機関始動の燃料噴射制御（以下、「機関始動制御」という）を説明する。尚、図４に示す機関始動制御は、内燃機関１の機関始動時において実行されるルーチンである。また、図４示す機関始動制御が行われる際の燃料噴射量の推移を図５に示す。図５の横軸は時間を表し、縦軸は燃料噴射量を表す。また図５中の点線Ｌ３は図３中の実線Ｌ３と同一であり、実線Ｌ５は後述するＳ１０５の処理が行われる場合の燃料噴射量の推移を表す。
【００５７】
Ｓ１０１では、イグニッションスイッチ１１から機関始動指令Ｉ／Ｇが発せられたか否かが判定される。イグニッションスイッチ１１から機関始動指令Ｉ／Ｇが発せられたと判定されるとＳ１０２へ進み、イグニッションスイッチ１１から機関始動指令Ｉ／Ｇが発せられていないと判定されるとＳ１０１の処理が再び行われる。
【００５８】
Ｓ１０２では、クランキングが開始される。この時点が、図５における時期Ｔ１に相当する。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００５９】
Ｓ１０３では、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射が開始される。これにより、図５に示すように、先ず燃料噴射量Ｑｓｔ１での燃料噴射によって予混合気の形成が開始される。Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０４へ進む。
【００６０】
Ｓ１０４では、時期Ｔ１において燃料噴射開始後の期間ΔＴにおいて、初爆が発生したか否かが判定される。ここでΔＴ＞Ｔ２−Ｔ１の関係を満たす。本来初爆が起こるべき時期Ｔ２を超える時期（Ｔ１＋ΔＴ）において初爆がいまだ発生していない場合には、予混
合燃料噴射弁９ａから噴射された燃料の蒸発性が何らかの理由で低下し、可燃状態となる予混合気量が十分に気筒２内に確保されていない虞がある。そこで、基準となる時期（Ｔ１＋ΔＴ）において初爆が発生していないことをもって、予混合燃料噴射弁９ａから噴射された燃料の蒸発性が低下していると判定する。
【００６１】
従って、時期Ｔ１において燃料噴射開始後の期間ΔＴにおいて、初爆が発生したと判定されるときは、予混合燃料噴射弁９ａから噴射された燃料の蒸発性は機関始動に支障がない程度であることを意味し、図５中線Ｌ３に示すように時間の経過、即ち機関回転速度の上昇に応じて燃料噴射量を徐々に減少させつつ、Ｓ１０６の処理が行われる。一方で、時期Ｔ１において燃料噴射開始後の期間ΔＴにおいて、初爆が発生していないと判定されるときは、予混合燃料噴射弁９ａから噴射された燃料の蒸発性は機関始動に支障がある程度に低いことを意味し、Ｓ１０５へ進む。
【００６２】
Ｓ１０５では、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射は引き続き行われるとともに、通常燃料噴射弁３からの補助的な燃料噴射が、圧縮行程上死点近傍の時期において行われる。この通常燃料噴射弁３からの燃料噴射が行われることで、燃料噴射量がＱｓｔ１からＱｓｔ１’へと増量される。即ち、通常燃料噴射弁３からの噴射量はＱｓｔ１’−Ｑｓｔ１である。
【００６３】
通常燃料噴射弁３からの補助的な燃料噴射が行われるとき、予混合燃料噴射弁９ａから噴射された燃料によって気筒２内に予混合気が形成されているため、気筒２内の温度は比較的高温となっている。従って、燃料の粒径が比較的大きく蒸発性が低い通常燃料噴射弁３から噴射された燃料は高温の雰囲気に曝されるため、その蒸発が促進されるとともに、該燃料が気筒２内に形成されている予混合気の着火源となる。その結果、予混合気の蒸発性の低下が補われて予混合気が着火し、初爆を迎えることが可能となる。初爆を迎えた後は、時間の経過、即ち機関回転速度の上昇に応じて、予混合燃料噴射弁９ａおよび通常燃料噴射弁３からの燃料噴射量を徐々に減少させつつ、Ｓ１０６の処理が行われる。
【００６４】
Ｓ１０６では、機関回転速度Ｎｅが機関始動基準回転速度Ｎｃを超えたか否かが判定される。即ち、内燃機関１の機関始動時において完爆を迎えたか否かが判定される。機関回転速度Ｎｅが機関始動基準回転速度Ｎｃを超えたと判定されると、本制御を終了する。機関回転速度Ｎｅが機関始動基準回転速度Ｎｃを超えていないと判定されると、燃料噴射を行いつつＳ１０６の処理が再び行われる。
【００６５】
本制御によると、内燃機関１の機関始動時において、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射による予混合気が良好に着火されない場合には、通常燃料噴射弁３からの補助的な燃料噴射を更に行うことで、機関始動をより速やかに行い、機関始動に要する燃料噴射量を可及的に減量させる。これにより、機関始動時におけるエミッションの悪化や潤滑オイルの希釈を抑制することが可能となる。
【００６６】
また、上記の実施例においては、クランキング中の予混合気の蒸発性の低下に着目したが、初爆を迎えた後の予混合気の蒸発性の低下に着目してもよい。即ち、予混合気の蒸発性が機関始動に支障がある程度に低い場合には、初爆を基準となる期間内に迎えることができた場合であっても、その後の機関回転速度Ｎｅの上昇率が低くなり、機関始動に要する時間が長くなる虞がある。または機関回転速度Ｎｅが安定して上昇しない場合にも、機関始動に要する時間が長くなる虞がある。そこで、機関回転速度Ｎｅの上昇率が基準となる上昇率より低い場合、または機関回転速度Ｎｅの変動量が所定範囲に収まらない場合等にも、通常燃料噴射弁３からの補助的な燃料噴射を行うようにしてもよい。
【００６７】
また、機関始動時において予混合燃料噴射弁９ａから噴射された燃料による予混合気の
蒸発性が、機関始動に支障がある程度に低いと判定されたとき、次回の機関始動に際して、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射を行うとともに通常燃料噴射弁３からの補助的な燃料噴射を行うようにしてもよい。このときの燃料噴射量の推移を図６に示す。図６の横軸は時間を表し、縦軸は燃料噴射量を表す。また図６中の点線Ｌ３は図３中の実線Ｌ３と同一であり、実線Ｌ６は上述の通常燃料噴射弁３からの補助的な燃料噴射が行われる場合の燃料噴射量の推移を表す。
【００６８】
このような場合、図６に示すように、クランキング開始とともに燃料噴射量はＱｓｔ１’となる。その結果、機関始動時において予混合燃料噴射弁９ａから噴射された燃料による予混合気の蒸発性が機関始動に支障がある程度に低いと判定された機関始動の次の機関始動時においては、通常燃料噴射弁３からの補助的な燃料噴射によって、初爆を迎える時期がＴ２より早い時期であるＴ２’となる。
【００６９】
また、機関始動時において予混合燃料噴射弁９ａから噴射された燃料による予混合気の蒸発性が機関始動に支障がある程度に低いと判定された機関始動の次の機関始動時において、通常燃料噴射弁３からの補助的な燃料噴射を行うに際して、図７に示すような燃料噴射を行ってもよい。ここで、図７の横軸は時間を表し、縦軸は燃料噴射量を表す。また図７中の点線Ｌ３は図３中の実線Ｌ３と同一であり、実線Ｌ７は通常燃料噴射弁３からの補助的な燃料噴射が行われる場合の燃料噴射量の推移を表し、実線Ｌ８はその際の予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射量の推移を表す。
【００７０】
図７に示すように、機関始動時において予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射量を当初のＱｓｔ１から減量するとともに、予混合燃料噴射弁９ａおよび通常燃料噴射弁３からの総燃料噴射量をＱｓｔ１’とする。即ち、機関始動時の燃料噴射量に対する通常燃料噴射弁３からの燃料噴射量の占める割合を、図６に示す場合と比べて上昇させる。これによって、気筒２内の着火源として作用する燃料量が増加するため、初爆を迎える時期が、図６に示す時期Ｔ２’より早い時期Ｔ２”となる。
【実施例２】
【００７１】
次に、図１および図２に示す内燃機関１における機関始動の第２の実施例について、図８および図９に基づいて説明する。図８は、内燃機関１において予混合燃焼が行われるための諸条件を表す図である。また、図９は、内燃機関１の機関始動時において実行される機関始動制御のフローを表す図である。
【００７２】
ここで、図８（ａ）は、その横軸は機関回転速度Ｎｅを、その縦軸は機関負荷Ｔｑを表し、機関回転速度Ｎｅと機関負荷Ｔｑをパラメータとする、内燃機関１において予混合燃焼が行われる運転領域Ｒｄ１と予混合燃焼は行われず通常燃焼が行われる運転領域Ｒｄ２を示す図である。即ち、機関回転速度Ｎｅと機関負荷Ｔｑで表される内燃機関１の運転状態が、低負荷側の運転領域Ｒｄ１に属するときに、内燃機関１において予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射によって予混合燃焼が行われる。これは、気筒２内において、より均一な予混合気を形成し得る運転領域や過早着火を回避し得る運転領域においてのみ、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射によって予混合燃焼が行われることが可能となることを意味する。尚、内燃機関１の機関始動時においては、機関回転速度および機関負荷も極めて低いため、内燃機関１の運転状態は運転領域Ｒｄ１に属している。
【００７３】
一方で、予混合燃焼とは、より均一な希薄な予混合気を燃焼させることで気筒２内の燃焼温度を低下させて、以てＮＯｘや黒煙の発生を抑制する燃焼態様である。従って、気筒２内の燃焼温度が比較的低温であるために、予混合気を形成する燃料量が比較的少量である場合には、気筒２内の圧縮端温度が低下し、予混合燃焼が安定して行われず失火する虞がある。また、内燃機関１の機関温度が低い機関始動時においては、予混合燃料噴射弁９
ａから噴射される燃料量が少ない場合には、予混合燃焼がより不安定となる。
【００７４】
そこで、図８（ｂ）に表すように、内燃機関１の機関温度を間接的に表す冷却水温度Ｔｈｗと予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射量とをパラメータとする燃料噴射状態が、予混合燃料噴射弁９ａから燃料を噴射して予混合燃焼を行うのに適した領域（図８（ｂ）中Ｒｑ２であって、以下「予混合燃焼可能領域」という）に属している場合と、予混合燃料噴射弁９ａから燃料を噴射して予混合燃焼を行うのに適しない領域（図８（ｂ）中Ｒｑ１またはＲｑ３であって、以下「予混合燃焼不可能領域」という）に属している場合とに、区別される。
【００７５】
予混合燃焼不可能領域Ｒｑ１においては、上述したように、内燃機関１の機関温度が低く且つ予混合気を形成する燃料量が少量であるために、予混合燃焼が安定して行われ得ない領域である。また、予混合燃焼可能領域Ｒｑ２においては、予混合燃焼不可能領域Ｒｑ１と比べて内燃機関１の機関温度が上昇し、または予混合気を形成する燃料量が増加するため、予混合燃焼が安定して行われ得る領域である。また、予混合燃焼不可能領域Ｒｑ３においては、予混合気を形成する燃料量が予混合燃焼可能領域Ｒｑ２と比べて更に増加して過早着火の虞が生じるため、予混合燃焼が安定して行われ得ない領域である。
【００７６】
従って、内燃機関１の機関温度が低い機関始動時においては、燃料噴射状態が予混合燃焼不可能領域Ｒｑ１に属するときに、予混合燃料噴射弁９ａから燃料を噴射することで予混合燃焼により機関回転速度の上昇を図ろうとすると、予混合燃焼が安定して行われず、却って機関始動に多量の燃料を要し、または機関始動を完了することが困難となる虞がある。
【００７７】
そこで、図９に示す機関始動制御を行うことで、内燃機関１の機関始動をより良好に行うことが可能となる。以下に、図９に示す機関始動制御のフローについて説明する。尚、図４に示す機関始動制御のフローにおける処理と同一の処理については、同一の参照番号を付してその説明を省略する。
【００７８】
本制御においては、Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ２０１へ進む。Ｓ２０１では、燃料噴射量Ｑｆｉｎおよび水温センサ１２によって冷却水温度Ｔｈｗが検出される。例えば、機関始動時の燃料噴射量が、図３（ｂ）中線Ｌ３に示す燃料噴射推移となる場合には、内燃機関１において初爆を迎えるまでの時期においては、燃料噴射量ＱｆｉｎはＱｓｔ１となり、初爆を迎えた後はその減量に応じた噴射量が燃料噴射量Ｑｆｉｎとなる。また、内燃機関１において予混合燃焼が行わず通常燃料噴射弁３からの燃料噴射によって通常燃焼が行われている場合には、通常燃料噴射弁３からの燃料噴射量をＱｆｉｎとする。Ｓ２０１の処理が終了すると、Ｓ２０２へ進む。
【００７９】
Ｓ２０２では、Ｓ２０１で検出された冷却水温度Ｔｈｗと燃料噴射量Ｑｆｉｎで決定される燃料噴射状態が、図８（ｂ）に示す予混合燃焼不可能領域Ｒｑ１に属するか否かが判定される。即ち、内燃機関の機関始動時において、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料による予混合燃焼が不安定な状態となるか否かが判定される。燃料噴射状態が予混合燃焼不可能領域Ｒｑ１に属すると判定される場合、Ｓ２０３へ進む。一方で、燃料噴射状態が予混合燃焼不可能領域Ｒｑ１に属しないと判定される場合、Ｓ２０４へ進む。
【００８０】
Ｓ２０３では、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料による予混合燃焼が不安定な状態となると判定されるため、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射を中止するとともに、通常燃料噴射弁３からの燃料噴射によって通常燃焼を行うことで、内燃機関１の機関回転速度の上昇を図る。尚、内燃機関１において既に通常燃焼が行われている場合は、その通常燃焼が継続される。Ｓ２０３の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。
【００８１】
Ｓ２０４では、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料による予混合燃焼が不安定な状態とならないと判定されるため、通常燃料噴射弁３からの燃料噴射を中止するとともに、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射によって予混合燃焼を行うことで、内燃機関１の機関回転速度の上昇を図る。尚、内燃機関１において既に予混合燃焼が行われている場合は、その予混合燃焼が継続される。Ｓ２０４の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。
【００８２】
Ｓ１０６において、内燃機関１の機関始動時において完爆を迎えたと判定されるまで、再びＳ２０１以降の処理が繰り返される。
【００８３】
本制御によると、内燃機関１の機関温度が低い機関始動時において、燃料噴射状態が予混合燃焼不可能領域Ｒｑ１に属することで予混合燃焼が安定しないと判定されるときは、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射を中止し通常燃料噴射弁３からの燃料噴射による通常燃焼によって機関始動を行うことで、機関始動に要する燃料量の増加を抑制し、機関始動をより確実に完了させることが可能となる。また、燃料噴射状態が予混合燃焼不可能領域Ｒｑ１に属しない状態となると、再び予混合燃焼による機関始動が行われることで、機関始動に要する燃料量の増大を可及的に抑制し、機関始動時のエミッション悪化や潤滑オイルの希釈を抑制することが可能となる。
【実施例３】
【００８４】
本発明の第三の実施例を図１０に基づいて説明する。図１０は、本発明が適用される内燃機関１およびその制御系統の概略構成を示す図である。図１０に示す内燃機関１の構成において、図１に示す内燃機関１の構成と同一の構成要素は同一の参照番号を付してその説明を省略する。
【００８５】
図１０に示す内燃機関１においては、予混合燃料噴射弁９ａに供給される燃料と通常燃料噴射弁３に供給される燃料とは異なる燃料である。そこで、通常燃料噴射弁３には、燃料タンク１５に貯留されている燃料が燃料供給管１６を介して供給される。一方で、予混合燃料噴射弁９ａには、燃料タンク１７に貯留されている燃料が燃料供給管１８を介して供給される。そして、燃料タンク１７に貯留されている燃料は、燃料タンク１５に貯留されている燃料と比べて着火性が低い、即ちより低セタン価の燃料性状を有する。これは、予混合燃料噴射弁９ａから噴射される燃料は予混合気を形成するが、予混合燃焼において過早着火を可及的に回避すべく、予混合気の着火性を低くするためである。例えば、燃料タンク１５に貯留される燃料には軽油を用い、燃料タンク１７に貯留される燃料にはガソリンやナフサ等を用いる。
【００８６】
このように、予混合燃料噴射弁９ａによって噴射される燃料が比較的着火性の低い燃料である場合には、内燃機関１の機関始動時において予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射によって予混合燃焼を行おうとしても、予混合気の着火が生じにくい状態である。そこで、このような場合、内燃機関１の機関始動時において、予混合燃料噴射弁９ａから燃料噴射を行うとともに、補助的に通常燃料噴射弁３からの燃料噴射も行う。
【００８７】
予混合燃料噴射弁９ａによって気筒２内に燃料を噴射することで、気筒２内の圧縮端温度は上昇する。その圧縮端温度が上昇した状態において通常燃料噴射弁３から燃料を噴射すると、その噴射された燃料の粒径は予混合燃料噴射弁９ａから噴射された燃料の粒径より大きいが気筒２内の高温の雰囲気に曝されるため、蒸発が促進される。その結果、通常燃料噴射弁３から噴射された燃料が着火し、該着火が気筒２内の予混合気の着火源となる。これにより、着火性の低い燃料が予混合燃料噴射弁９ａの燃料として用いられている場合でも、内燃機関１の機関始動を円滑に行うことが可能となり、以て機関始動に要する燃料噴射量の増大を抑制し、機関始動時のエミッションの悪化や潤滑オイルの希釈が抑制さ
れる。
【００８８】
尚、予混合燃料噴射弁９ａおよび通常燃料噴射弁３に対して着火性の異なる燃料を供給するために、一の燃料タンクに貯留されている一の燃料を、改質器によって着火性の異なる二の燃料に分離した後に、低着火性の燃料を予混合燃料噴射弁９ａに、高着火性の燃料を通常燃料噴射弁３に供給するようにしてもよい。
【実施例４】
【００８９】
次に、図１および図２に示す内燃機関１における機関始動の第四の実施例について、図１１に基づいて説明する。図１１は、内燃機関１の機関始動時における燃料噴射量の推移を表す図である。
【００９０】
本実施例においては、内燃機関１の機関始動時において、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射を行うとともに通常燃料噴射弁３からの燃料噴射を行う。このときの燃料噴射量の推移を図１１（ａ）に示す。図１１（ａ）の横軸は時間を、縦軸は燃料噴射量を表す。また、図１１（ａ）中、線Ｌ１０は予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射量の推移を、線Ｌ９は予混合燃料噴射弁９ａおよび通常燃料噴射弁３からの燃料噴射量の総和の推移を表す。従って、通常燃料噴射弁３からの燃料噴射量は、線Ｌ９で表される燃料噴射量と線Ｌ１０で表される燃料噴射量との差分で表される。
【００９１】
まず、時期Ｔ１においてクランキングが開始される。これとともに、クランキング中は予混合燃料噴射弁９ａからはＱｓｔ’の燃料噴射量での燃料噴射が、通常燃料噴射弁３からはＱｓｔ−Ｑｓｔ’の燃料噴射量での燃料噴射が行われる。その後、内燃機関１において時期Ｔ６に初爆を迎え、機関回転速度の上昇が開始されるとともに、該機関回転速度の上昇に応じて予混合燃料噴射弁９ａと通常燃料噴射弁３からの燃料噴射量を徐々に減量する。ここで、内燃機関１における初爆の発生は、機関回転速度の上昇によって判定される。そして、最終的に内燃機関１がアイドル状態となるとき、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射量をＱｉｄｌｅとするとともに、通常燃料噴射弁３からの燃料噴射を中止する。
【００９２】
内燃機関１の機関始動時において上述の燃料噴射を行うと、先ず、予混合燃料噴射弁９ａによって気筒２内に燃料を噴射することで、気筒２内の圧縮端温度は上昇する。その圧縮端温度が上昇した状態において通常燃料噴射弁３から燃料を噴射すると、該燃料の粒径は予混合燃料噴射弁９ａから噴射された燃料の粒径より大きいが、該燃料は気筒２内の高温の雰囲気に曝されるため、蒸発が促進されて着火する。そして、該着火が気筒２内の予混合気の着火源となる。その結果、クランキングが開始されてから初爆を迎えるまでの期間が短縮され、機関始動に要する燃料量の増加を抑制し得る。以て、機関始動時のエミッションの悪化や潤滑オイルの希釈を回避することが可能となる。
【００９３】
ところで、クランキングが開始されてから初爆を迎えるまでの期間においては、気筒２内で燃料の連続燃焼が発生していないため気筒２内の温度は比較的低い。また、通常燃料噴射弁３から噴射される燃料の粒径は予混合燃料噴射弁９ａから噴射される燃料の粒径より大きいため貫徹力が比較的強い。従って、該期間に通常燃料噴射弁３から燃料噴射を行うと、気筒２の内壁面に燃料が付着する虞がある。特に、気筒２の直径が小さい場合や吸気温度が低い場合などには、通常燃料噴射弁３から噴射された燃料の気筒２の内壁面への付着が顕著となる。
【００９４】
そこで、このような場合には、図１１（ｂ）に示す燃料噴射を行う。図１１（ｂ）の横軸は時間を、縦軸は燃料噴射量を表す。また、図１１（ｂ）中、線Ｌ１１は予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射量の推移を表し、線Ｌ９は図１１（ａ）中の線Ｌ９と同一である。従って、通常燃料噴射弁３からの燃料噴射量は、線Ｌ９で表される燃料噴射量と線Ｌ１
１で表される燃料噴射量との差分で表される。
【００９５】
図１１（ｂ）に示す燃料噴射が行われるとき、時期Ｔ１にクランキングが開始されてから時期Ｔ６’に初爆を迎えるまでの間は予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射のみが行われる。従って、初爆時期Ｔ６’は図１１（ａ）中の初爆時期Ｔ６より遅い時期となる。そして初爆を迎えるとともに、通常燃料噴射弁３からの燃料噴射が開始される。その後、該機関回転速度の上昇に応じて予混合燃料噴射弁９ａと通常燃料噴射弁３からの燃料噴射量を徐々に減量し、最終的に内燃機関１がアイドル状態となるとき、予混合燃料噴射弁９ａからの燃料噴射量をＱｉｄｌｅとするとともに、通常燃料噴射弁３からの燃料噴射を中止する。
【００９６】
このような燃料噴射を行うことで、気筒２の内壁面への燃料の付着を回避しつつ、機関始動に要する燃料量の増加を抑制し得る。その結果、機関始動時のエミッションの悪化や潤滑オイルの希釈を回避することが可能となる。
【実施例５】
【００９７】
図１および図２に示す内燃機関１において、予混合燃焼を行うための予混合燃料噴射弁９ａに代えて、予混合燃料噴射弁９ａと同一の構造を有する燃料噴射弁を機関始動用燃料噴射弁として設けても良い。即ち、機関始動用燃料噴射弁は、内燃機関１の機関始動を目的とするものである。
【００９８】
また、図１および図２に示す内燃機関１において、予混合燃焼を行うための予混合燃料噴射弁９ａに加えて、予混合燃料噴射弁９ａと同一の構造を有する燃料噴射弁を機関始動用燃料噴射弁として設けても良い。
【００９９】
尚、機関始動用燃料噴射弁は内燃機関１の機関始動を目的とする燃料噴射を行う燃料噴射弁である。しかし、気筒２内における燃料の蒸発に要する時間を考慮して、機関始動用燃料噴射弁からの気筒２内への燃料噴射時期、若しくは吸気ポート７内への燃料噴射時期は、上述したように、気筒２内に予混合気を形成し得る時期とする。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関の始動制御装置が適用される圧縮着火内燃機関の概略構成を表す第一の図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関の始動制御装置が適用される圧縮着火内燃機関の概略構成を表す第二の図である。
【図３】本発明の第一の実施例に係る圧縮着火内燃機関の始動制御装置において、機関始動時の機関回転速度および燃料噴射量の推移を表す図である。
【図４】本発明の第一の実施例に係る圧縮着火内燃機関の始動制御装置において、機関始動時に実行される機関始動制御に関するフローチャートである。
【図５】本発明の第一の実施例に係る圧縮着火内燃機関の始動制御装置において、図４に示す機関始動制御が行われている際の燃料噴射量の推移を表す図である。
【図６】本発明の第一の実施例に係る圧縮着火内燃機関の始動制御装置において、機関始動時の燃料噴射量の推移を表す図である。
【図７】本発明の第一の実施例に係る圧縮着火内燃機関の始動制御装置において、機関始動時の燃料噴射量の推移を表す図である。
【図８】本発明の第二の実施例に係る圧縮着火内燃機関の始動制御装置において、本発明が適用される内燃機関で予混合燃焼が行われるための諸条件を表す図である。
【図９】本発明の第二の実施例に係る圧縮着火内燃機関の始動制御装置において、機関始動時に実行される機関始動制御に関するフローチャートである。
【図１０】本発明の第三の実施例に係る圧縮着火内燃機関の始動制御装置において、本発明が適用される圧縮着火内燃機関の概略構成を表す図である。
【図１１】本発明の第四の実施例に係る圧縮着火内燃機関の始動制御装置において、機関始動時の燃料噴射量の推移を表す図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・通常燃料噴射弁
４・・・・ピストン
５・・・・吸気弁
６・・・・排気弁
７・・・・吸気ポート
８・・・・排気ポート
９ａ・・・・予混合燃料噴射弁
９ｂ・・・・予混合燃料噴射弁
１０・・・・ＥＣＵ
１１・・・・イグニッションスイッチ
１２・・・・水温センサ
１３・・・・クランクポジションセンサ
１４・・・・アクセル開度センサ
１５・・・・燃料タンク
１７・・・・燃料タンク
【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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