(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に対して直接的に燃料を噴射してこれを点火プラグにより点火するものであって、機関冷間時においての燃料噴射の態様として、圧縮行程に燃料噴射を行う第１の噴射態様と吸気行程に燃料噴射を行う第２の噴射態様とのいずれかを選択する筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
機関冷間時の機関温度の領域すなわち機関暖機中の機関温度の領域について、これを第１基準温度及びこれよりも大きい第２基準温度により３つの領域に区分し、この３つの領域のそれぞれについて、前記第１基準温度よりも小さい領域を第１の領域とし、前記第１基準温度から前記第２基準温度までの領域を第２の領域とし、前記第２基準温度よりも大きい領域を第３の領域として、
機関始動後に機関始動時の機関温度が前記第１の領域及び前記第２の領域及び前記第３の領域のいずれにあるかを判定し、前記第１の領域及び前記第３の領域のいずれかにある旨判定したときには前記燃料噴射の態様として前記第２の噴射態様を選択し、前記第２の領域にある旨判定したときには前記燃料噴射の態様として前記第１の噴射態様を選択するとともに、前記判定を通じて前記第１の噴射態様を選択しているときには燃料噴射時期を機関温度の上昇にともない進角側に変更する制御手段を備える
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
燃焼室に対して直接的に燃料を噴射してこれを点火プラグにより点火するものであって、機関冷間時においての燃料噴射の態様として、圧縮行程に燃料噴射を行う第１の噴射態様と吸気行程に燃料噴射を行う第２の噴射態様とのいずれかを選択する筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
機関冷間時の機関温度の属する領域であって、第１基準温度よりも小さい領域を第１の領域とし、前記第１基準温度から前記第１基準温度よりも大きい第２基準温度までの領域を第２の領域とし、前記第２基準温度よりも大きい領域を第３の領域として、
機関始動後に機関始動時の機関温度が前記第１の領域及び前記第２の領域及び前記第３の領域のいずれにあるかを判定し、前記第１の領域及び前記第３の領域のいずれかにある旨判定したときには前記燃料噴射の態様として前記第２の噴射態様を選択し、前記第２の領域にある旨判定したときには前記燃料噴射の態様として前記第１の噴射態様を選択するとともに、前記判定を通じて前記第１の噴射態様を選択しているときには燃料噴射時期を機関温度の上昇にともない進角側に変更し、前記機関始動時の機関温度からの機関温度の上昇量が所定量以上となるときに前記燃料噴射の態様を前記第１の噴射形態から前記第２の噴射形態に切り替える制御手段を備える
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記制御手段は、機関温度である機関冷却水の温度に基づいて機関暖機状態が機関冷間時と暖機完了時とのいずれにあるかを把握するとともに、機関冷却水の温度が前記第２基準温度よりも大きい第３基準温度以上であることをもって機関暖機状態が暖機完了時にある旨把握するものであり、前記第３の領域は、前記第２基準温度から機関冷間時と暖機完了時との境界を示す第３基準温度までの領域として設定される
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記第１の領域及び前記第３の領域は、前記第１の噴射態様による燃焼室壁面への燃料の付着量が前記第２の噴射態様による燃焼室壁面への燃料の付着量を上回る領域であり、前記第２の領域は、前記第２の噴射態様による燃焼室壁面への燃料の付着量が前記第１の噴射態様による燃焼室壁面への燃料の付着量を上回る領域である
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記第１の領域及び前記第３の領域は、前記第１の噴射態様による未燃焼の燃料の排出量が前記第２の噴射態様による未燃焼の燃料の排出量を上回る領域であり、前記第２の領域は、前記第２の噴射態様による未燃焼の燃料の排出量が前記第１の噴射態様による未燃焼の燃料の排出量を上回る領域である
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記制御手段は、機関始動時であるクランキング時に前記第２の噴射態様を選択し、クランキングの完了後にクランキング時の機関温度に基づいて前記第１の噴射態様と前記第２の噴射態様とのいずれかを選択する
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記制御手段は、前記第１の噴射態様を選択した後において機関温度の上昇にともない前記第１の噴射態様による未燃焼の燃料の排出量が前記第２の噴射態様による未燃焼の燃料の排出量を上回る状態に移行した旨推定されるとき、前記燃料噴射の態様を前記第１の噴射態様から前記第２の噴射態様に切り替える
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記制御手段は、機関始動時から現在までの機関温度の上昇度合いに基づいて、前記第１の噴射態様を選択しているときの前記燃料噴射時期の変更を行う
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記制御手段は、機関始動時の温度よりも所定値だけ大きい値を終了機関温度として設定し、前記第１の噴射態様を選択しているときに機関温度がこの終了機関温度に達したことに基づいて、前記燃料噴射の態様を前記第１の噴射態様から前記第２の噴射態様に切り替えるものであって、前記第１の噴射態様を選択しているときの前記燃料噴射時期の変更として、前記終了機関温度と現在の機関温度との差が小さくなるにつれて燃料噴射時期を進角側に変更する
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記制御手段は、前記第１の噴射態様を選択しているときの前記燃料噴射時期の変更として、現在の機関温度と機関始動時の機関温度との差が大きくなるにつれて燃料噴射時期を進角側に変更する
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記制御手段は、前記燃料噴射の態様として前記第１の噴射態様を選択しているときには燃料噴射時期と点火時期との間隔を所定の間隔にすべく機関温度に基づいて点火時期を補正する
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記制御手段は、機関始動時から現在までの機関温度の上昇度合いに基づいて前記点火時期の補正を行う
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記制御手段は、前記機関温度の上昇度合いが大きくなるにつれて点火時期を進角側に補正する
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開平４−１８７８４１号公報に記載されるように、燃焼室内に燃料を直接噴射し、点火プラグにより点火する筒内噴射式内燃機関が知られている。このような筒内噴射式内燃機関において、機関冷間時の燃焼室温度が低いときには、噴射された燃料が気化しにくく、燃焼室の内壁面への燃料の付着量が多くなるため、点火プラグ周りに着火及び火炎伝搬に必要な混合気の形成が不十分となり、良好な着火及び燃焼が得られない。そこで上記文献においては、機関冷間時の圧縮行程噴射における燃料噴射量を増量することが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように、機関温度が低いときには、燃料が気化しにくく、キャビティ外部のピストン頂面やシリンダ壁面に付着する燃料量も多くなり、排気エミッションが悪化する。このため、こうした付着燃料量を少なくして排気エミッションの悪化を抑制するために、圧縮行程噴射時期を圧縮上死点に近い遅角側の時期に設定することも考えられている。しかし、上述のように圧縮行程噴射時期を設定した場合には、機関の運転燃焼に伴って機関温度が上昇してくると、アイドル安定性が低下することが確認された。
【０００４】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関冷間時における排気エミッションの悪化を抑制しつつ、アイドル安定性を向上することができる筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、燃焼室に対して直接的に燃料を噴射してこれを点火プラグにより点火するものであって、機関冷間時においての燃料噴射の態様として、圧縮行程に燃料噴射を行う第１の噴射態様と吸気行程に燃料噴射を行う第２の噴射態様とのいずれかを選択する筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関冷間時の機関温度の領域すなわち機関暖機中の機関温度の領域について、これを第１基準温度及びこれよりも大きい第２基準温度により３つの領域に区分し、この３つの領域のそれぞれについて、前記第１基準温度よりも小さい領域を第１の領域とし、前記第１基準温度から前記第２基準温度までの領域を第２の領域とし、前記第２基準温度よりも大きい領域を第３の領域として、機関始動後に機関始動時の機関温度が前記第１の領域及び前記第２の領域及び前記第３の領域のいずれにあるかを判定し、前記第１の領域及び前記第３の領域のいずれかにある旨判定したときには前記燃料噴射の態様として前記第２の噴射態様を選択し、前記第２の領域にある旨判定したときには前記燃料噴射の態様として前記第１の噴射態様を選択するとともに、前記判定を通じて前記第１の噴射態様を選択しているときには燃料噴射時期を機関温度の上昇にともない進角側に変更する制御手段を備えることを要旨としている。
筒内噴射式内燃機関において機関温度が上昇してくると、最適な圧縮行程噴射時期は進角側に移行することが判明した。これは、燃料の気化が良くなってくるのに伴い燃料の拡散が進み、点火プラグ周りの混合気がリーンになる。そこで、圧縮行程噴射時期を進角側に変更することによって、拡散した燃料をより点火プラグ周りに集める時間を稼ぐことができ、点火プラグ周りの混合気を十分にリッチにでき、良好な着火及び燃焼が得られるものと推測することができる。そのため、上記発明によれば、機関冷間時の排気エミッションの悪化を抑制しつつ、アイドル安定性を向上することができる。
【０００６】
（２）請求項２に記載の発明は、燃焼室に対して直接的に燃料を噴射してこれを点火プラグにより点火するものであって、機関冷間時においての燃料噴射の態様として、圧縮行程に燃料噴射を行う第１の噴射態様と吸気行程に燃料噴射を行う第２の噴射態様とのいずれかを選択する筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関冷間時の機関温度の属する領域であって、第１基準温度よりも小さい領域を第１の領域とし、前記第１基準温度から前記第１基準温度よりも大きい第２基準温度までの領域を第２の領域とし、前記第２基準温度よりも大きい領域を第３の領域として、機関始動後に機関始動時の機関温度が前記第１の領域及び前記第２の領域及び前記第３の領域のいずれにあるかを判定し、前記第１の領域及び前記第３の領域のいずれかにある旨判定したときには前記燃料噴射の態様として前記第２の噴射態様を選択し、前記第２の領域にある旨判定したときには前記燃料噴射の態様として前記第１の噴射態様を選択するとともに、前記判定を通じて前記第１の噴射態様を選択しているときには燃料噴射時期を機関温度の上昇にともない進角側に変更し、前記機関始動時の機関温度からの機関温度の上昇量が所定量以上となるときに前記燃料噴射の態様を前記第１の噴射形態から前記第２の噴射形態に切り替える制御手段を備えることを要旨としている。
（３）請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記制御手段は、機関温度である機関冷却水の温度に基づいて機関暖機状態が機関冷間時と暖機完了時とのいずれにあるかを把握するとともに、機関冷却水の温度が前記第２基準温度よりも大きい第３基準温度以上であることをもって機関暖機状態が暖機完了時にある旨把握するものであり、前記第３の領域は、前記第２基準温度から機関冷間時と暖機完了時との境界を示す第３基準温度までの領域として設定されることを要旨としている。
【０００７】
（４）請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記第１の領域及び前記第３の領域は、前記第１の噴射態様による燃焼室壁面への燃料の付着量が前記第２の噴射態様による燃焼室壁面への燃料の付着量を上回る領域であり、前記第２の領域は、前記第２の噴射態様による燃焼室壁面への燃料の付着量が前記第１の噴射態様による燃焼室壁面への燃料の付着量を上回る領域であることを要旨としている。
（５）請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記第１の領域及び前記第３の領域は、前記第１の噴射態様による未燃焼の燃料の排出量が前記第２の噴射態様による未燃焼の燃料の排出量を上回る領域であり、前記第２の領域は、前記第２の噴射態様による未燃焼の燃料の排出量が前記第１の噴射態様による未燃焼の燃料の排出量を上回る領域であることを要旨としている。
【０００８】
（６）請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記制御手段は、機関始動時であるクランキング時に前記第２の噴射態様を選択し、クランキングの完了後にクランキング時の機関温度に基づいて前記第１の噴射態様と前記第２の噴射態様とのいずれかを選択することを要旨としている。
（７）請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記制御手段は、前記第１の噴射態様を選択した後において機関温度の上昇にともない前記第１の噴射態様による未燃焼の燃料の排出量が前記第２の噴射態様による未燃焼の燃料の排出量を上回る状態に移行した旨推定されるとき、前記燃料噴射の態様を前記第１の噴射態様から前記第２の噴射態様に切り替えることを要旨としている。
【０００９】
（８）請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記制御手段は、機関始動時から現在までの機関温度の上昇度合いに基づいて、前記第１の噴射態様を選択しているときの前記燃料噴射時期の変更を行うことを要旨としている。
上記発明によれば、機関温度の上昇は、例えば機関始動時の冷却水温度と現在の冷却水温度との差に基づいて知ることができ、圧縮行程噴射時期を機関温度の上昇に応じて適切な時期に設定することができる。
【００１０】
（９）請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記制御手段は、機関始動時の温度よりも所定値だけ大きい値を終了機関温度として設定し、前記第１の噴射態様を選択しているときに機関温度がこの終了機関温度に達したことに基づいて、前記燃料噴射の態様を前記第１の噴射態様から前記第２の噴射態様に切り替えるものであって、前記第１の噴射態様を選択しているときの前記燃料噴射時期の変更として、前記終了機関温度と現在の機関温度との差が小さくなるにつれて燃料噴射時期を進角側に変更することを要旨としている。
上記発明によれば、例えば機関始動時の冷却水温度に応じて設定される終了機関温度と現在の冷却水温度との差の絶対値が小さくなることにより機関温度の上昇を知ることができ、圧縮行程噴射時期を機関温度の上昇に応じて適切な時期に設定することができる。
【００１１】
（１０）請求項１０に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記制御手段は、前記第１の噴射態様を選択しているときの前記燃料噴射時期の変更として、現在の機関温度と機関始動時の機関温度との差が大きくなるにつれて燃料噴射時期を進角側に変更することを要旨としている。
上記発明によれば、例えば機関始動時の冷却水温度と現在の冷却水温度との差の絶対値が大きくなることにより機関温度の上昇を知ることができ、圧縮行程噴射時期を機関温度の上昇に応じて適切な時期に設定することができる。
【００１２】
（１１）請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記制御手段は、前記燃料噴射の態様として前記第１の噴射態様を選択しているときには燃料噴射時期と点火時期との間隔を所定の間隔にすべく機関温度に基づいて点火時期を補正することを要旨としている。
（１２）請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記制御手段は、機関始動時から現在までの機関温度の上昇度合いに基づいて前記点火時期の補正を行うことを要旨としている。
（１３）請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記制御手段は、前記機関温度の上昇度合いが大きくなるにつれて点火時期を進角側に補正することを要旨としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は本実施形態にかかる燃料噴射制御装置及び同装置が適用されるエンジン１０の概略構成を示している。
【００１４】
同図１に示されるように、エンジン１０はシリンダヘッド１１と、複数のシリンダ１２（図１ではその一つのみを図示）が形成されたシリンダブロック１３とを備えている。各シリンダ１２内にはピストン１４が往復動可能に設けられている。このピストン１４と、シリンダ１２の内壁及びシリンダヘッド１１とによって燃焼室１５が形成されている。
【００１５】
燃焼室１５には、吸気通路１６及び排気通路１７が接続されている。吸気通路１６において、その上流部分にはエンジン１０の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ１８が設けられている。このスロットルバルブ１８の開度は、アクセルペダル２０の踏込操作に応じてスロットル用モータ１９を駆動することによって調節される。即ち、アクセルペダル２０の踏込操作に応じて変化するアクセル踏込量がアクセルポジションセンサ２１によって検出され、この検出されるアクセル踏込量に応じてスロットル用モータ１９が制御されることによりスロットルバルブ１８の開度が調節される。このスロットルバルブ１８の開度は図示しないスロットルポジションセンサによって検出される。また、吸気通路１６において、スロットルバルブ１８の上流側には吸気通路１６内の温度（吸気温）を検出するための吸気温センサ（図示略）が設けられている。なお、排気通路１７の下流には排気ガスを浄化するための触媒装置が設けられている。
【００１６】
シリンダヘッド１１には、この燃焼室１５内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２２と、燃焼室１５内の混合気に点火する点火プラグ２３とが、各気筒に対応してそれぞれ設けられている。燃料噴射弁２２は供給通路３５を介してデリバリパイプ３４に接続されており、同パイプ３４から燃料が供給される。また、このデリバリパイプ３４には燃料ポンプ３６を通じて燃料タンク３７の燃料が供給される。デリバリパイプ３４には同パイプ３４内の燃料圧力を検出するための燃料圧センサ３８が設けられている。
【００１７】
エンジン１０には、機関運転状態を検出するための各種センサが設けられている。クランクシャフトと同クランクシャフトと連動して回転するカムシャフト（いずれも図示略）の近傍には、クランクシャフトの回転速度（機関回転速度）とその回転位相（クランク角ＣＡ）を検出するためのクランク角センサ３０及びカム角センサ３１がそれぞれ設けられている。また、シリンダブロック１３には、エンジン１０の冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）を検出する水温センサ３２が設けられている。
【００１８】
これら各センサ２１，３０〜３２，３８から出力される検出信号はいずれも、エンジン１０の電子制御装置４０に入力される。この電子制御装置４０はこれら各センサ２１，３０〜３２，３８を含む各種センサからの検出信号に基づいて各燃料噴射弁２２を駆動することにより燃料噴射に係る制御を実行するとともに、所定の点火制御を実行する。また、電子制御装置４０は、こうした燃料噴射制御及び点火制御を実行するためのプログラムや演算用マップ、制御の実行に際して算出されるデータ等を記憶保持するメモリ４１を備えている。
【００１９】
電子制御装置４０はエンジン１０の運転状態に応じて、吸気行程において燃料噴射を実行する吸気行程噴射モードと、圧縮行程において燃料噴射を実行する圧縮行程噴射モードとを切り換えるようにしている。
【００２０】
また、電子制御装置４０はエンジン１０の始動時（クランキング時）において、吸気行程噴射モードを設定し、燃料噴射弁２２により吸気行程噴射を行わせる。エンジン１０の始動時に吸気行程噴射が行われることによって、燃焼室１５内に噴射された燃料が気化するための時間が確保される。その結果、安定して着火燃焼が行われてエンジン１０が確実に始動される。
【００２１】
さらに、エンジン１０の始動後において、電子制御装置４０はエンジン１０の始動時における機関温度、すなわち始動時の冷却水温（以下、単に始動時水温）ＴＨＷＳＴに基づき、始動時水温ＴＨＷＳＴが所定温度範囲内にあるときには機関冷間時の燃料噴射モードを圧縮行程噴射モードに設定するとともに、同機関温度が前記所定温度範囲よりも低温域及び高温域にあるときには機関冷間時の燃料噴射モードを吸気行程噴射モードに設定するようになっている。すなわち、図４に示すように、始動時水温ＴＨＷＳＴを例えば１５℃未満の第１範囲Ｒ１、１５℃以上４０℃未満の第２範囲Ｒ２、及び４０℃以上暖機完了温度（例えば８０℃）までの第３範囲Ｒ３に分割し、始動時水温ＴＨＷＳＴが所定温度範囲としての第２範囲Ｒ２にあるときには、燃料噴射モードを、吸気行程噴射モードから圧縮行程噴射モードに切り換える。また、始動時水温ＴＨＷＳＴが第１範囲Ｒ１又は第３範囲Ｒ３にあるときには、電子制御装置４０は燃料噴射モードを、吸気行程噴射モードに維持する。
【００２２】
これは、以下のような理由による。エンジン１０の始動時水温ＴＨＷＳＴが比較的高い場合、すなわち始動時水温ＴＨＷＳＴが第２範囲Ｒ２内にある場合には、圧縮行程噴射モードにおける噴射燃料が気化しにくいことによる未燃ガス排出への影響が小さくなる。従って、エンジン１０の始動時水温ＴＨＷＳＴが第２範囲Ｒ２内にある場合には、圧縮行程噴射モードの方が吸気行程噴射モードに比べてピストン１４頂面及びシリンダ１２壁面を含む燃焼室１５壁面への噴射燃料の付着量が少なくなり、未燃ガスの排出量が低減されるため、電子制御装置４０は燃料噴射モードを吸気行程噴射モードから圧縮行程噴射モードに切り換えるようにしている。
【００２３】
また、エンジン１０の始動時水温が第３範囲Ｒ３内にあると、吸気行程噴射モード及び圧縮行程噴射モードのいずれにおいても燃焼室１５壁面への燃料付着はほとんどなくなる。従って、圧縮行程噴射モードにおける噴射燃料が気化時間が短いために気化しにくいことによる未燃ガス排出への影響は小さくなるものの、圧縮行程噴射モードにおける噴射燃料の気化しない量が吸気行程噴射における噴射燃料の気化しない量よりも多くなり、圧縮行程噴射モードの方が未燃ガスの排出量が多くなる。従って、電子制御装置４０は燃料噴射モードを吸気行程噴射モードに維持するようにしている。
【００２４】
電子制御装置４０がエンジン１０の冷間時に吸気行程噴射モード又は圧縮行程噴射モードを行わせる場合には、電子制御装置４０は吸気行程噴射モード及び圧縮行程噴射モードの双方において機関空燃比が理論空燃比となるように、すなわち、吸入空気量に対してストイキ噴射が行われるようにその燃料噴射量を設定するようになっている。なお、吸気行程噴射モード及び圧縮行程噴射モードにおける燃料噴射量は冷却水温等に基づく暖機補正量等を含む。
【００２５】
また、電子制御装置４０がエンジン１０の冷間時において圧縮行程噴射を行わせる場合には、エンジン１０の運転に伴って冷却水温が圧縮行程噴射終了水温に達すると圧縮行程噴射を終了させるようになっている。圧縮行程噴射終了水温はエンジン１０の始動時水温ＴＨＷＳＴに対してα℃を加えた値に設定されている。なお、α＞０であり、本実施形態ではα℃は例えば１０℃に設定されている。これは、エンジン１０の運転に伴って冷却水温が始動時水温ＴＨＷＳＴからα℃以上上昇したときには、燃焼室１５壁面の温度はそれ以上に高くなっている。このような状態になると、吸気行程噴射及び圧縮行程噴射のいずれにおいても燃焼室１５壁面への燃料付着はほとんどなくなるが、圧縮行程噴射では噴射燃料の気化時間が短く未燃ガスの排出量が多くなる。従って、圧縮行程噴射が終了されて吸気行程噴射モードが設定される。
【００２６】
さらに、エンジン１０の冷間時において圧縮行程噴射が行われる場合には、電子制御装置４０はその圧縮行程噴射時期を機関温度の上昇に応じて進角側に変更するようになっている。本実施形態においては、上記圧縮行程噴射終了水温と現在の冷却水温（以下、単に現在水温）との水温差ΔＴＨに基づいて燃焼室１５壁面の温度上昇を検出するようにしている。そして、この水温差ΔＴＨに基づいて図５に示す噴射時期のマップを参照し、この水温差ΔＴＨが大きいほど圧縮行程噴射時期を遅角側の値に設定し、水温差ΔＴＨが小さいほど圧縮行程噴射時期を進角側の値に設定するようになっている。エンジン１０において機関温度が上昇してくると、最適な圧縮行程噴射時期は進角側に移行する。これは、燃料の気化が良くなってくるのに伴い燃料の拡散が進み、点火プラグ２３周りの混合気がリーンになる。そこで、圧縮行程噴射時期を進角側に変更することによって、拡散した燃料をより点火プラグ周りに集める時間を稼ぐことができ、点火プラグ周りの混合気を十分にリッチにでき、良好な着火及び燃焼が得られるものと推測することができる。
【００２７】
また、このエンジン１０冷間時の圧縮行程噴射モードにおいては、所要の燃焼を得ながら排気通路１７の触媒装置を暖機することが要求されることから、電子制御装置４０は圧縮行程噴射時期と点火時期（触媒暖機遅角量）との間に所要のインターバルが設定されるように触媒暖機遅角量を設定するようになっている。すなわち、図５に示されるように、この触媒暖機遅角量は上記圧縮行程噴射時期と同様に、水温差ΔＴＨが大きいほど遅角側の値に設定され、水温差ΔＴＨが小さいほど進角側の値に設定されるようになっている。
【００２８】
次に、こうした構成を備えた本実施形態の装置による機関始動後における機関冷間時の燃料噴射制御について説明する。
図２，図３は、この燃料噴射制御における処理手順を示すフローチャートである。電子制御装置４０は、機関冷間時において、このフローチャートに示される処理を所定のクランク角周期の割込処理として実行する。
【００２９】
この処理では、機関冷間時において燃料噴射弁２２による燃料噴射を行う場合に、機関始動時の冷却水温（機関温度）に基づいて燃料噴射モードを設定し、その燃料噴射モードに応じて燃料噴射弁２２による燃料噴射を実行するようにしている。
【００３０】
この処理に際して、まず、エンジン１０の始動時（クランキング時）には吸気行程噴射モードが設定され、燃料噴射弁２２により吸気行程噴射モードが設定される。エンジン１０の始動時に吸気行程噴射を行うことによって、燃焼室１５内に噴射された燃料が気化するための時間を確保し、安定して着火燃焼を行わせることができる。
【００３１】
エンジン１０が始動されると、まず、ステップ１１０において、始動時水温ＴＨＷＳＴが所定温度範囲としての第２範囲Ｒ２（１５℃以上４０℃未満）内に存在するかどうかが判断される。始動時水温ＴＨＷＳＴが第２範囲Ｒ２内にない場合、すなわち第１範囲Ｒ１（１５℃未満）又は第３範囲Ｒ３（４０℃以上）である場合にはステップ２３０に移行して吸気行程噴射モードが設定される。始動時水温ＴＨＷＳＴが第２範囲Ｒ２内にある場合には、ステップ１２０に進む。
【００３２】
ステップ１２０において、燃料圧力が所定圧力Ｐ１以上かどうかが判断される。所定圧力Ｐ１は圧縮行程噴射を行うために必要な圧力である。燃料圧力が所定圧力Ｐ１未満である場合には圧縮行程噴射を行うことができないため、ステップ２３０に移行する。燃料圧力が所定圧力Ｐ１以上である場合には圧縮行程噴射を実行可能なため、ステップ１３０に進む。
【００３３】
ステップ１３０において、エンジン１０の回転速度ＮＥが所定回転速度ＮＥ１未満かどうかが判断される。本実施形態において、所定回転速度ＮＥ１はエンジン１０のアイドル回転速度の上限値である。回転速度ＮＥが所定回転速度ＮＥ１以上である場合には噴射燃料の気化時間が短く圧縮行程噴射を行うことができないため、ステップ２３０に移行して吸気行程噴射モードが設定される。回転速度ＮＥが所定回転速度ＮＥ１未満である場合には圧縮行程噴射が実行可能であるため、ステップ１４０に進む。
【００３４】
ステップ１４０において、エンジン１０が高負荷状態でないかどうかが、例えばアクセル開度によって判断される。エンジン１０が高負荷状態である場合には燃料噴射量が多く、圧縮行程噴射では点火プラグ２３周りに形成される混合気の燃料濃度が濃くなり過ぎるため、ステップ２３０に移行して吸気行程噴射モードが設定される。エンジン１０が高負荷状態でない場合には圧縮行程噴射が実行可能であるため、ステップ１５０に進む。
【００３５】
ステップ１５０において、吸気温センサによって検出された吸気温が所定温度ＴＨ０以上かどうかが判断される。エンジン１０の冷間時において圧縮行程噴射を行った場合、吸気温が所定温度ＴＨ０未満のときには噴射燃料が気化するための時間が短く未燃ガスの排出量が多くなるため、このステップ１５０において圧縮行程噴射を実行してもよいかどうかが判断される。吸気温が所定温度ＴＨ０未満である場合にはステップ２３０に移行して吸気行程噴射モードが設定される。吸気温が所定温度ＴＨ０以上である場合には圧縮行程噴射が実行可能であるため、ステップ１６０に進む。
【００３６】
ステップ１６０では、現在水温が始動時水温ＴＨＷＳＴ＋α℃未満かどうかが判断される。エンジン１０の運転に伴って冷却水温が始動時水温ＴＨＷＳＴからα℃以上上昇したときには、燃焼室１５壁面の温度はそれ以上に高くなっており、吸気行程噴射及び圧縮行程噴射のいずれにおいても燃焼室１５壁面への燃料付着はほとんどなくなるが、圧縮行程噴射では噴射燃料の気化時間が短く未燃ガスの排出量が多くなる。そのため、このステップ１６０において現在水温が始動時水温ＴＨＷＳＴ＋α℃以上である場合にはステップ２３０に移行して吸気行程噴射モードが設定される。現在水温が始動時水温ＴＨＷＳＴ＋α℃未満である場合にはステップ１７０に進む。
【００３７】
ステップ１７０では圧縮行程噴射モードが設定される。次のステップ１８０では始動時水温に基づいて設定された圧縮行程噴射終了水温から現在水温を減ずることにより水温差ΔＴＨが算出される。そして、続くステップ１９０において図５に示すマップを参照することにより水温差ΔＴＨに応じた噴射時期が算出され、次のステップ２００において図５に示すマップを参照することにより水温差ΔＴＨに応じた触媒暖機遅角量が算出される。
【００３８】
次のステップ２１０で圧縮行程噴射モード開始後の経過時間が所定時間Ｔｓ以下かどうかが判断される。この経過時間が所定時間Ｔｓより大きい場合には機関負荷及び冷却水温等に応じた燃料噴射量にて圧縮行程噴射が実行され、一旦本ルーチンを終了する。
【００３９】
また、ステップ２１０で経過時間が所定時間Ｔｓ以下であると判断されると、ステップ２２０にて機関負荷及び冷却水温等に応じた燃料噴射量に対して噴射量が増量補正されて圧縮行程噴射が実行され、一旦本ルーチンを終了する。この噴射量の増量補正値は、図６に示すように冷却水温に応じてそれぞれ設定されており、冷却水温が低いほど増量補正値が大きく、冷却水温が高いほど増量補正値が小さく設定されている。また、増量補正値は時間経過に応じて徐々に減少するように設定されている。
【００４０】
これは、エンジン１０の冷間時に燃料噴射モードが吸気行程噴射モードから圧縮行程噴射モードに切り換えられると、ピストン１４頂面に燃料が付着し、燃焼に寄与する燃料量が一時的に減少し、トルク段差によるショックを招くことになる。このように燃料噴射量を増量補正することにより、燃焼に寄与する燃料量の減少が相殺され、トルク段差の発生が抑えられるようになっている。また、燃料噴射モードが吸気行程噴射モードから圧縮行程噴射モードに切り換えられたとき、ピストン１４頂面の燃料の付着量は機関温度（冷却水温）によっても異なるため、機関温度に応じて付着する燃料量に応じた分だけ、燃料噴射量が適切に増量補正されるようになっている。さらに、ピストン１４頂面への燃料の付着量は時間経過とともに減少するため、時間経過に応じて付着する燃料量に応じた分だけ、燃料噴射量が適切に増量補正されるようになっている。
【００４１】
また、ステップ２３０では吸気行程噴射モードが設定される。
次のステップ２４０では圧縮行程噴射モード終了後の経過時間が所定時間Ｔｅ以下かどうかが判断される。この経過時間が所定時間Ｔｅより大きい場合には機関負荷及び冷却水温等に応じた燃料噴射量にて吸気行程噴射が実行され、一旦本ルーチンを終了する。
【００４２】
また、ステップ２４０で経過時間が所定時間Ｔｅ以下であると判断されると、ステップ２５０にて機関負荷及び冷却水温等に応じた燃料噴射量に対して噴射量が減量補正されて吸気行程噴射が実行され、一旦本ルーチンを終了する。この噴射量の減量補正値は、図７に示すように冷却水温に応じてそれぞれ設定されており、冷却水温が低いほど減量補正値が大きく、冷却水温が高いほど減量補正値が小さく設定されている。また、減量補正値は時間経過に応じて徐々に減少するように設定されている。
【００４３】
これは、エンジン１０の冷間時に燃料噴射モードが圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り換えられると、圧縮行程噴射モードにおいてピストン１４頂面に付着した燃料の一部が気化して燃焼に寄与する燃料量が一時的に増大し、トルク段差によるショックを招くことになる。このように燃料噴射量を減量補正することにより、燃焼に寄与する燃料の増大が相殺され、トルク段差の発生が抑えられるようになっている。また、燃料噴射モードが圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り換えられたとき、ピストン１４頂面の付着燃料の気化量は機関温度（冷却水温）によっても異なるため、機関温度に応じて気化する燃料量に応じた分だけ、燃料噴射量が適切に減量補正されるようになっている。さらに、燃料噴射モードが圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り換えられたとき、ピストン１４頂面の付着燃料の気化量は時間経過とともに減少するため、時間経過に応じて気化する燃料量に応じた分だけ、燃料噴射量が適切に減量補正されるようになっている。
【００４４】
以上説明した態様をもって機関冷間時の燃料噴射制御を実行する本実施形態の燃料噴射制御装置によれば、以下の効果を得ることができる。
・  本実施形態では、エンジン１０の始動時水温が所定温度範囲（第２範囲Ｒ２）内にあるときにはエンジン１０の冷間時の燃料噴射モードを圧縮行程噴射モードに設定するようにしているので、エンジン１０の冷間時の排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００４５】
・  筒内噴射を行うエンジン１０において機関温度が上昇してくると、燃料の気化が良くなってくるのに伴い燃料の拡散が進み、点火プラグ周りの混合気がリーンになる。この点に関して、本実施形態ではエンジン１０の冷間時の圧縮行程噴射モードにおいて、圧縮行程噴射時期を機関温度の上昇に応じて進角側に変更するようにしている。そのため、拡散した燃料をより点火プラグ周りに集める時間を稼ぐことができ、点火プラグ周りの混合気を十分にリッチにでき、良好な着火及び燃焼が得ることができ、エンジン１０冷間時の排気エミッションの悪化を抑制しつつ、アイドル安定性を向上することができる。
【００４６】
・  本実施形態では、機関温度の上昇を、エンジン１０始動時の冷却水温に応じて設定される圧縮行程噴射終了水温と現在の冷却水温との差の絶対値が小さくなることにより知ることができ、圧縮行程噴射時期を機関温度の上昇に応じて適切な時期に設定することができる。
【００４７】
・  また、エンジン１０冷間時の圧縮行程噴射モードにおいては、所要の燃焼を得ながら排気通路１７の触媒装置を暖機することが要求される。この点に関して、電子制御装置４０は圧縮行程噴射時期と点火時期（触媒暖機遅角量）との間に所要のインターバルが設定されるように、その触媒暖機遅角量を機関温度の上昇に応じて進角側に変更するようになっている。従って、点火プラグ周りに適度な燃料濃度の混合気が形成されたときに点火を行うことができ、燃焼状態の悪化を抑制しつつ、触媒装置の暖機を行うことができる。
【００４８】
・  また、本実施形態では、エンジン１０の冷間時において吸気温度が所定温度よりも低いときにはエンジン１０の始動時水温に関わらず燃料噴射モードを吸気行程噴射モードに設定するようにしているので、エンジン１０の冷間時の排気エミッションの悪化を確実に抑制することができる。
【００４９】
・  本実施形態ではエンジン１０の冷間時においてエンジン１０の運転に伴って冷却水温が上昇すると、燃料噴射モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに再設定するようにしているため、排気エミッションの悪化を適切に抑制することができる。
【００５０】
・  本実施形態では、エンジン１０の冷間時に燃料噴射モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り換えた際に、吸気行程噴射モード切換直後から所定時間に亘って吸気行程噴射モードの燃料噴射量を減量補正するようにしているので、燃焼に寄与する燃料の増大を相殺することができ、トルク段差の発生を抑えてドライバビリティの悪化を抑制することができる。
【００５１】
・  また、本実施形態では、燃料噴射量の減量補正量をエンジン１０の冷却水温に応じて変更するようにしているので、冷却水温（機関温度）に応じて気化する燃料量に応じた分だけ、燃料噴射量を適切に減量補正することができ、ドライバビリティの悪化をより適切に抑制することができる。
【００５２】
・  さらに、本実施形態では、燃料噴射量の減量補正量を時間経過に応じて徐々に減少させるようにしているので、時間経過に応じて気化する燃料量に応じた分だけ、燃料噴射量を適切に減量補正することができ、ドライバビリティの悪化をより適切に抑制することができる。
【００５３】
・  本実施形態では、エンジン１０の冷間時に燃料噴射モードを吸気行程噴射モードから圧縮行程噴射モードに切り換えた際に、圧縮行程噴射モード切換直後から所定時間に亘って圧縮行程噴射モードにおける燃料噴射量を増量補正するようにしているので、燃焼に寄与する燃料量の減少を相殺することができ、トルク段差の発生を抑えてドライバビリティの悪化を抑制することができる。
【００５４】
・  また、本実施形態では、燃料噴射量の増量補正量をエンジン１０の冷却水温に応じて変更するようにしているので、冷却水温に応じて付着する燃料量に応じた分だけ、燃料噴射量を適切に増量補正することができ、ドライバビリティの悪化をより適切に抑制することができる。
【００５５】
・  さらに、本実施形態では、燃料噴射量の増量補正量を時間経過に応じて徐々に減少させるようにしているので、時間経過に応じて付着する燃料量に応じた分だけ、燃料噴射量を適切に増量補正することができ、ドライバビリティの悪化をより適切に抑制することができる。
【００５６】
以上説明した実施形態は以下のように構成を変更して実施することもできる。・  上記実施形態では、機関始動時の冷却水温に応じた冷却水温を、圧縮行程噴射を終了させる圧縮行程噴射終了水温とし、その圧縮行程噴射終了水温と現在水温との差が小さいほど圧縮行程噴射時期を進角側の値に設定するようにしたが、機関始動時の冷却水温に応じた冷却水温を、機関始動時の冷却水温そのものとし、その機関始動時の冷却水温と現在水温との差が大きいほど圧縮行程噴射時期を進角側の値に設定するようにしてもよい。
【００５７】
・  上記実施形態では、始動時水温に基づいて設定される圧縮行程噴射終了水温と現在水温との水温差ΔＴＨに基づいて噴射時期及び触媒暖機遅角量を設定するようにしたが、始動時水温から現在水温までの上昇量に基づいて噴射時期及び触媒暖機遅角量を設定するようにしてもよい。
【００５８】
・  上記実施形態では、エンジン１０の運転に伴って冷却水温が始動時水温ＴＨＷＳＴからα℃以上上昇したかどうかに基づいて燃料噴射モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに再設定するようにしたが、燃焼室１５壁面の温度を直接計測してその温度が所定温度以上になったとき燃料噴射モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに再設定するようにしてもよい。この場合にも、上記実施形態と同様の作用及び効果がある。
【００５９】
次に、上記実施形態から把握できる他の技術的思想を、以下に記載する。
・  請求項１〜４のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記圧縮行程における燃料噴射時期と点火時期との間に所要のインターバルが設定されるように、その圧縮行程点火時期を機関温度の上昇に応じて進角側に変更する点火制御手段を更に備える筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。この構成によれば、点火プラグ周りに適度な燃料濃度の混合気が形成されたときに点火を行うことができ、燃焼状態の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる燃料噴射制御装置及びエンジンの概略構成図。
【図２】機関冷間時の燃料噴射制御における処理手順を示すフローチャート。
【図３】機関冷間時の燃料噴射制御における処理手順を示すフローチャート。
【図４】燃料噴射モードと始動時水温と未燃ガスの排出量との関係を示す線図。
【図５】圧縮行程噴射モードにおける燃料噴射時期及び触媒暖機遅角量を示すマップ。
【図６】圧縮行程噴射モードへの切り換え直後における燃料噴射量の補正量を示すマップ。
【図７】吸気行程噴射モードへの切り換え直後における燃料噴射量の補正量を示すマップ。
【符号の説明】
１０…エンジン、１１…シリンダヘッド、１２…シリンダブロック、１３…シリンダ、１４…ピストン、１５…燃焼室、１６…吸気通路、２２…燃料噴射弁、２３…点火プラグ、３０…クランク角センサ、３１…カム角センサ、３２…水温センサ、３４…デリバリパイプ、３８…燃料圧センサ、４０…電子制御装置。
【図１】
0004158328.tif 000002
【図２】
0004158328.tif 000003
【図３】
0004158328.tif 000004
【図４】
0004158328.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004158328.tif 000007
【図７】
0004158328.tif 000008