(57)【要約】【課題】内燃機関の状態に応じて点火停止中の燃料噴射量を必要最小限とする制御装置を提供すること。【解決手段】内燃機関の冷却水の温度を検知する検知手段を有し、プラグの点火停止を制御することができる筒内直噴式内燃機関の制御装置であって、始動時において前記検知手段が検知した冷却水の温度に基づいて、プラグの点火を停止して燃料噴射のみを行う点火停止サイクル数を決定する決定手段を備える筒内直噴式内燃機関の制御装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の冷却水の温度を検知する検知手段を有し、プラグの点火停止を制御することができる筒内直噴式内燃機関の制御装置であって、
始動時において前記検知手段が検知した冷却水の温度に基づいて、プラグの点火を停止して燃料噴射のみを行う点火停止サイクル数を決定する決定手段を備える筒内直噴式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記冷却水の温度に基づいて所定の燃料噴射量マップを検索して、前記点火停止サイクル数の期間内に噴射する燃料噴射量を決定する決定手段をさらに備える請求項１記載の筒内直噴式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記冷却水の温度が低いほど前記点火停止サイクル数が多く設定される請求項２記載の筒内直噴式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記冷却水の温度に基づいて点火開始前の筒内に付着した付着燃料量を付着燃料量マップから検索する付着燃料量検索手段をさらに備え、検索した該付着燃料量を点火開始後における燃料噴射量の決定に反映させる請求項３記載の筒内直噴式内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に内燃機関への燃料の供給手法に関し、特に始動時における筒内直噴式内燃機関に対する燃料の供給手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の始動時において、特に低温時の始動において失火を発生させないためには、通常より多量の燃料を各シリンダに供給する必要があるということが知られていた。このため、クランキング時において各気筒に増量した燃料噴射を行うが、初爆が生ずるとエンジン回転数が急激に上昇し、始動用に増量した燃料を１サイクル中に供給しきれなくなるおそれがあった。これを改善するために特許文献１の手法では、始動時のプラグの点火を強制停止したサイクル中に、全気筒に対して少なくとも１回始動用の燃料を供給し、その後のサイクルからプラグ点火を開始することとしている。これにより初爆後における一部の気筒への燃料供給不足による失火等が防止され、始動性を改善している。
【特許文献１】特開平１０−１８９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のように無条件にプラグの点火を停止しつつ燃料を供給すると、供給した炭化水素成分のうちそのまま排気される割合が多く、特に冷機状態における始動時には触媒が活性化していないためエミッションを悪化させる原因となる。また、燃料を直接筒内に噴射する直噴エンジンでは、点火停止したサイクル中に燃料がプラグに付着することによるプラグダメージを発生させるおそれがある。よって、プラグの点火停止中における燃料噴射を行う場合であっても、これを必要最小限にすることが望ましい。
【０００４】
さらに、従来の技術では、燃料の壁面への付着による燃料の輸送遅れが燃料供給量に対して考慮されていないため、始動前の付着燃料による空燃比のリッチを生ずるおそれがあり、エミッションの悪化が懸念された。
【０００５】
従って本発明は上記問題を解決するべく、内燃機関の状態に応じて点火停止中の燃料噴射量を必要最小限とする制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の筒内直噴式内燃機関の制御装置は、発明の一形態（請求項１）によると、内燃機関の冷却水の温度を検知する検知手段を有し、プラグの点火停止を制御することができる筒内直噴式内燃機関の制御装置であって、始動時において前記検知手段が検知した冷却水の温度に基づいて、プラグの点火を停止して燃料噴射のみを行う点火停止サイクル数を決定する決定手段を備える。ここで用いているサイクル数とは、吸気・圧縮・膨張・排気の全行程分を１サイクルとしたときのサイクル数である。これによると、内燃機関の冷却水の温度すなわち内燃機関の冷暖機の程度に適した回数の点火停止サイクル数を決定してプラグの点火を停止することができるのでエミッションを改善することができる。
【０００７】
また、この発明のもう一つの形態（請求項２）による筒内直噴式内燃機関の制御装置において、前記冷却水の温度に基づいて所定の燃料噴射量マップを検索して、前記点火停止サイクル数の期間内に噴射する燃料噴射量を決定する決定手段をさらに備える。これによると、内燃機関の冷却水の温度すなわち内燃機関の冷暖機の程度に適した燃料噴射量を内燃機関に供給することができるのでエミッションを改善することができる。
【０００８】
また、この発明のもう一つの形態（請求項３）による筒内直噴式内燃機関の制御装置において、前記冷却水の温度が低いほど前記点火停止サイクル数が多く設定される。これによると、冷却水の温度が高く、プラグの点火前における燃料噴射回数が少なくても容易に始動できる状態の時は、燃料噴射回数を減らすことができるのでエミッションを改善することができる。
【０００９】
また、この発明のもう一つの形態（請求項４）による筒内直噴式内燃機関の制御装置において、前記冷却水の温度に基づいて点火開始前の筒内に付着した付着燃料量を付着燃料量マップから検索する付着燃料量検索手段をさらに備え、検索した該付着燃料量を点火開始後における燃料噴射量の決定に反映させる。これによると、筒内に付着した燃料量をプラグの点火開始後の燃料噴射量へと反映できるので、プラグ点火直後の空燃比リッチを防止してエミッションの悪化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
１．各機能の説明
以下、図１を参照しつつ本発明の一実施形態である筒内直噴式内燃機関の制御装置について説明する。図１は、本実施形態の制御装置（ＥＣＵ）および直噴エンジンの構成を簡易なブロック図を用いて示している。ＥＣＵ（電子制御ユニット）110は、後述するように点火停止サイクルを決定する手段、燃料噴射量を決定する手段、および付着燃料量を検索する検索手段の各機能を構成する。また、ＥＣＵ110は、内燃機関の運転に必要なその他の制御であるトルク制御、燃料供給制御、点火制御、および種々の演算などを行う。
【００１１】
ＥＣＵ110は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理回路（ＣＰＵ）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラムおよび演算結果等を記憶する記憶手段、燃料噴射弁や点火プラグに駆動信号を供給する出力回路等から構成されている。記憶手段は、各種データやフラグ状態を一時記憶するランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、後述する燃料噴射量マップや付着燃料量マップなどが予め格納された読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、およびプロセッサによる演算の結果およびエンジン系統の各部から得られたデータのうち保存しておくべきものを格納する書き換え可能な不揮発性メモリを備えている。不揮発性メモリは、システム停止後も常時電圧供給されるバックアップ機能付きＲＡＭで実現することができる。
【００１２】
エンジン100において、圧力の高い燃焼室内に直接燃料を噴射供給するため、また噴射する燃料を微粒化するために、燃料噴射弁106に供給される燃料の圧力は通常のインジェクション圧力よりも高圧にされている。ここで、エンジン100へ高圧燃料を供給するための燃料供給装置の構造について図１を参照しつつ簡単に説明する。
【００１３】
図１に示すように、エンジン100の燃料の供給装置は、燃料タンク102内から燃料を吸い出して送り出すフィードポンプ104と、そのフィードポンプ104によって送り出された燃料をさらに加圧してデリバリパイプ120へと供給するための高圧燃料ポンプ108とを備えている。上記フィードポンプ104による燃料の供給圧力は、本実施形態では例えば０．３５Ｍｐａであり、高圧燃料ポンプ108による燃料の供給圧力は１０ＭＰａである。
【００１４】
高圧燃料ポンプ108は、出力軸に接続されたカムシャフト112が当接して回転することにより往復移動するプランジャ114と、このプランジャ114の往復移動によって容積が変化する加圧室116とを備えている。この加圧室116は、低圧側の燃料通路を介してフィードポンプ104に接続されている。低圧側の燃料通路の途中には同通路内の圧力を一定（すなわち０．３５ＭＰａ）にするためのプレッシャレギュレータ118が設けられている。
【００１５】
また、上記加圧室116は、高圧側の燃料通路を介してデリバリパイプ120に接続しており、この高圧側の燃料通路の途中にも同通路内の圧力を一定（すなわち１０ＭＰａ）にするためのプレッシャレギュレータ132が設けられている。デリバリパイプ120には上記燃料噴射弁106が接続されている。そして、該燃料噴射弁106は、ＥＣＵ110に接続されており、ＥＣＵ110からの信号パルスによって噴射可能となっている。よって、燃料噴射量は、パルス幅による燃料噴射時間によって決定することができるようになっている。
【００１６】
高圧燃料ポンプ108には、上記低圧側の燃料通路と上記加圧室116との間を連通・遮断するソレノイドバルブ122が設けられている。このソレノイドバルブ122は。電磁ソレノイド124を備え、同ソレノイド124への印加電圧を制御することにより開閉動作する。この電磁ソレノイドは、ＥＣＵ110からの信号によって開閉制御される。そして、ソレノイドバルブ122は、加圧室116の容積が膨張する方向にプランジャ114が移動するとき、電磁ソレノイド124に対する通電が停止されて開弁するようになる。一方、加圧室116の容積が収縮する方向にプランジャ114が移動するときは閉弁し、カムから押し上げられる力により圧縮されて加圧される。
【００１７】
上記のようにソレノイドバルブ122の開閉動作を制御することにより、フィードポンプ104から送り出された燃料が高圧燃料ポンプ108によって１０ＭＰａまで加圧される。そして、その加圧燃料が高圧側の燃料通路およびデリバリパイプ120を介して燃料噴射弁106へ供給されるようになる。
【００１８】
高圧側の燃料通路およびデリバリパイプ120内における燃料圧力、すなわち燃料噴射弁106へ供給される燃料の圧力の調整は、ソレノイドバルブ122の閉弁タイミングを変更し、高圧燃料ポンプ108から燃料噴射弁106側へ供給する燃料量を調節することによって行うこともできる。すなわち、加圧室116の容積か収縮する方向にプランジャ114が移動するとき、ソレノイドバルブ122の閉弁タイミングを遅らせるほど、高圧燃料ポンプ108から燃料噴射弁106側に供給される燃料量が少なくなって、燃料噴射弁106に供給される燃料圧力（燃圧）を小さくすることができる。
【００１９】
デリバリパイプ120には、燃料噴射弁106への燃圧を検出するための燃圧センサＰＦ126が設けられている。また、高圧燃料ポンプより昇圧された燃圧が、所定の高圧値を超えないようにリリーフバルブ128がデリバリパイプに設けられている。
【００２０】
サーミスタ等から構成される水温検知手段としてのエンジン水温（Tw）センサ130がエンジン100の本体に装着されており、エンジン冷却水の温度Twを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ110に供給する。
【００２１】
ＥＣＵ110には、エンジンの特定の気筒における所定のクランク角度の位置で信号パルスを出力するＴＤＣセンサ132が接続されている。そして所定のクランク角度を通過するごとにＴＤＣ信号のパルスがＥＣＵ110に供給される。本実施形態では、４気筒エンジンを想定しており、クランク角１８０度毎にＴＤＣ信号のパルスを発生するように構成されている。すなわち、本実施形態のエンジンにおける全行程（吸気・圧縮・膨張・排気の全行程を表し、本明細書では、この全行程をもって１サイクルと呼ぶ）の間に７２０度回転するため、４パルスがＥＣＵ110に送信されることとなる。これらの信号パルスは、後述するＴＤＣカウンタの増分のほか、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、およびエンジン回転数の検出などに使用される。
【００２２】
エンジンの各気筒には、ガソリンに点火するための点火プラグが取り付けられている。これらは、電気的にＥＣＵ110に接続され、点火タイミング、点火のオン・オフがコントロールされる。
【００２３】
また、このエンジンは、始動時の所定の期間において、プラグの点火を停止しつつ燃料の噴射のみを行うことができるように制御可能となっている。たとえば、後述する点火停止サイクル数に１を設定した場合、クランキング時において、１サイクル分は燃料噴射を行うもののプラグの点火は行わない。この動作については、各ルーチンの説明において詳述する。
【００２４】
２．点火停止サイクルの決定ルーチンの説明
まず、本発明である点火停止サイクルの決定ルーチンの説明を行う。
【００２５】
最初にＥＣＵ110は、点火停止サイクル決定済フラグが１であるか否かについて判定する（S201）。点火停止サイクル決定済フラグは、点火停止サイクルの決定ルーチンがエンジン始動後に実行され、点火停止するサイクル数の設定が行われたか否かを示すフラグである。ここでは、まだ点火停止サイクル決定済フラグには１がセットされていないため、ＥＣＵ110はプロセスをS202へと進める。
【００２６】
S202においてＥＣＵ110は、エンジンの冷却水の温度が所定の始動モードの判定水温（ここでは０℃）より高いか否かを判定する。０℃より高いときは、ＥＣＵ110は、点火停止するサイクル数に０をセットする（S203）。ここで、点火停止するサイクル数とは、クランキング開始後、燃料を噴射しつつプラグの点火を停止するサイクル数を表す。例えば、点火停止するサイクル数に１が設定されている場合、始動におけるクランキング時において燃料を噴射するもののプラグの点火を行わないという点火の禁止制御が１サイクル分行われることとなる。
【００２７】
次に、ＥＣＵ110は、点火停止時の燃料噴射時間に０を設定する（S204）。ここで、点火停止時の燃料噴射時間とは、始動時においてプラグの点火を禁止して燃料噴射を行う際の燃料噴射時間である。この点火停止時燃料噴射時間は、後述するように冷却水の温度に基づいてＲＯＭに格納された燃料噴射時間マップを検索することによって得ることができる。
【００２８】
次に、ＥＣＵ110は、点火停止サイクルの決定済フラグに１をセットして、本プロセスを終了する。
【００２９】
一方、エンジンの冷却水の温度が０℃以下であるとき、ＥＣＵ110は、冷却水の温度が低温側の点火停止サイクルの判定水温（ここでは−１０℃）より高いか否かを判定する（S205）。ここで、冷却水の温度が−１０℃よりも高いときは、点火停止するサイクル数に１をセットする（S206）。そして、ＲＯＭに格納されている燃料噴射時間マップ１（図５）を検索して、点火停止時の燃料噴射時間を設定する（S207）。一方、冷却水温が−１０℃より高くないときは、ＥＣＵ110は、点火停止するサイクル数に２を設定する（S208）。そして、ここでも同様にＲＯＭ内の燃料噴射時間マップ２（図６）を検索して点火停止時の燃料噴射時間を設定する（S210）。
【００３０】
そして、ＥＣＵ110は、点火停止サイクル決定済フラグに点火停止するサイクル数が設定済であることを示す１を設定（S210）して本プロセスを終了する。
【００３１】
S210において、点火停止サイクル決定済フラグに１を設定しているため、次に点火停止サイクルの決定ルーチンが呼び出されたとしても、S201においてすぐに本プロセスが終了する分岐となる。
【００３２】
直噴エンジンにおいて、燃料噴射量は燃料噴射時間に比例する。よって、この燃料噴射時間に燃料圧力等を考慮した所定値を乗ずることによって、燃料噴射量を求めることができる。
【００３３】
上述のプロセスでは、エンジン冷却水の温度が高いほど、プラグの点火停止するサイクル数を減らすようにしている。すなわち、冷却水の温度が高いときは、エンジンが暖機状態であるとみなすことができ、プラグに燃料が付着するおそれのあるプラグの点火停止中における燃料噴射を行わない。そして、冷機状態であってプラグの点火停止中における燃料噴射によって始動性を向上させなければならないときにのみ、プラグの点火停止中の燃料噴射を行うことができる。そして、冷却水の温度が低いほど、点火停止するサイクル数を増やし、エンジンの始動性を向上させる。
【００３４】
また、エンジンの冷却水の温度に応じてプラグの点火停止中における燃料噴射時間、すなわち燃料噴射量を決定することができるため、始動性を考慮した燃料噴射をおこなうことができる。
【００３５】
次に上記で設定した点火停止するサイクル数に基づいて、プラグの点火停止を行う。ここでは、プラグの点火実行を担うルーチンが呼び出される前に、次に説明する点火停止フラグの設定ルーチンが呼び出される。
【００３６】
点火停止フラグの設定ルーチンが呼び出されると、ＥＣＵ110は、暫定変数tmp2に以下の演算結果を代入する（S301）。
【００３７】
tmp2 = CTINJINHS × NOFCYL + 1
CTINJINHS: 点火停止サイクル数
NODCYL: シリンダ数（本実施形態では４気筒）
そして、ＥＣＵ110は、メモリ内に格納されているＴＤＣカウンタがtmp2以下であるか否かを判定する（S302）。ここで、ＴＤＣカウンタがtmp2以下のときは、燃料は噴射しているものの点火をカットしなければならないことを示している。たとえば、前述の点火停止サイクルの決定ルーチンにおいて、点火停止するサイクル数が２に設定されているとき、tmp2は９となり、ＴＤＣカウンタが８を超える（すなわちクランキング開始後４回転より多く回転する）までは、燃料を噴射するものの点火停止しなければならないと判断する。
【００３８】
よってプロセスをS303へと進め、点火停止フラグに１を設定して本プロセスを終了する。一方、ＴＤＣカウンタがtmp2より大きいときは、既に点火停止するサイクル数は経過していると判断して、点火停止フラグに０を設定（S304）して本プロセスを終了する。
【００３９】
本プロセスが終了すると、プラグ点火の実行を担うルーチンが点火停止フラグを参照して、点火停止フラグが１に設定されているときはプラグの点火を行わない。一方、点火停止フラグが０に設定されているときは通常通りプラグの点火を行うように、ＥＣＵ110はプラグの点火を制御する。
【００４０】
３．付着燃料量を考慮したときの燃料噴射量の計算
インジェクションが噴射した燃料が、噴射したサイクル中の燃焼に完全に使用されることが望ましい。しかし、実際の燃焼サイクルにおいて、噴射した燃料が筒内のピストンや壁面に付着して、噴射直後の燃焼には使用されず、次回以降のサイクルにおける燃焼へと持ち越されてしまう実質的な燃料輸送遅れが発生する。
【００４１】
付着燃料量を考慮しない場合、エンジンが要求する量だけの燃料を供給すると、付着量分だけ燃料量が過剰となり空燃比リッチによるエミッションの悪化を引き起こす。
【００４２】
ここでは、付着燃料量を考慮したときの燃料噴射量を考える。
【００４３】
エンジンの要求燃料量の付着燃料量および燃料噴射量の関係は次式で定義される。
【００４４】
Tcyl = A×Tout + B×Twp      (3.1)
Tcyl:要求燃料量
Tout:インジェクションからの燃料噴射量
Twp:筒内に付着している燃料量
A:直接率（0≦A≦1）
B:持ち去り率（0≦B≦1）
直接率Aとは、今回噴射した燃料量のどれだけの割合が、同サイクル中の燃焼に使用されるかを表す割合である。また、持ち去り率Bとは、壁面に付着している燃料量からどれだけの割合が今回のサイクル中における燃焼に使用されるかを表す比率である。
【００４５】
上式を変形して噴射量Toutは次の式で求めることができる。
【００４６】
Tout=(Tcyl-B×Twp)/A      (3.2)
よって、付着燃料量を考慮した場合、上記に従って所定の付着燃料量分を差し引いただけの燃料噴射を行うのがエミッションを改善するために望ましい。
【００４７】
４．付着燃料量決定ルーチン
上述の筒内の付着燃料量を考慮した燃料噴射を行うためには、付着燃料量Twpを求めることが必要である。本発明において、付着燃料量は水温に対するマップ値（図７）として用意されている。尚、燃料量は燃料噴射時間に比例することから、図７の付着燃料量も燃料噴射時間として与えられている。以下に、付着燃料量の決定ルーチンについて説明する。
【００４８】
まず、始動時において、ＥＣＵ110は、エンジン水温センサ130からエンジン冷却水の温度を取得し、取得した冷却水の温度に基づいてＲＯＭに格納された付着燃料量マップを検索する。そして、検索した値に燃圧等を考慮した係数を乗じ付着燃料量を得て、これを暫定付着燃料量としてメモリ内に格納する（S401）。
【００４９】
次に、ＥＣＵ110は、初期化フラグが１であるか否かを判定する（S402）。そして、初期化フラグが１のとき、前述の暫定付着燃料量を付着燃料量Twpとして設定する（S406）。ここで、初期化フラグは、付着燃料量がすでに設定されているか否かを示すフラグであって、１のときはまだ未設定であることを示す。
【００５０】
一方、初期化フラグが１ではないとき、ＥＣＵ110は、冷暖機判定フラグが１であるか否かを判定する（S403）。ここで、冷暖機判定フラグは、他のルーチンにおいて所定のエンジン暖機判定を行い、エンジンが冷機状態であるときは１が設定され、暖機状態であるときは０が設定されている。そして、冷暖機判定フラグが１のとき、ＥＣＵ110は前述の検索した暫定付着燃料量に所定の補正係数を乗じた値を付着燃料量とする。一方、冷暖機判定フラグが１ではないとき、ＥＣＵ110は、付着燃料量に０を設定する（S404）。
【００５１】
上述のように付着燃料量Twpを設定することで、冷機状態からの始動のとき付着燃料は蒸散しているものとして０と設定できる。そして、エンジンが暖機状態であるときは前回運転時の付着燃料が減りつつも残存しているとして補正係数を乗じた付着燃料量を設定することができる。
【００５２】
このようにして算出された、付着燃料量を燃料噴射量の計算時に考慮することで、付着燃料量を考慮した燃料噴射を行うことができ、エミッションの改善をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】直噴エンジンおよび制御装置の概略を表すブロック図。
【図２】点火停止サイクル決定ルーチンを表すフローチャート。
【図３】点火停止フラグ設定ルーチンを表すフローチャート。
【図４】付着燃料量決定ルーチンを表すフローチャート。
【図５】水温に対する点火停止時燃料噴射時間を表すグラフ。
【図６】水温に対する点火停止時燃料噴射時間を表すグラフ。
【図７】水温に対する付着燃料量マップを表すグラフ。
【符号の説明】
【００５４】
１００  筒内直噴式エンジン
１１０  ＥＣＵ（電子制御ユニット）
１２６  燃料圧力センサ
１３０  水温センサ
１３２  ＴＤＣセンサ  
【図１】
2005155434.tif 000003
【図２】
2005155434.tif 000004
【図３】
2005155434.tif 000005
【図４】
2005155434.tif 000006
【図５】
2005155434.tif 000007
【図６】
2005155434.tif 000008
【図７】
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