(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の始動性を推定する始動性推定手段と、
上記内燃機関の各気筒の特定クランク角位置に同期してクランク角信号を出力するクランク角検出手段と、
特定気筒の基準クランク角を判別（以下、「気筒判別」という）する気筒判別手段と、
始動時に上記気筒判別が完了する以前より、全気筒に燃料を同時噴射する第１の噴射手段と、
上記気筒判別が完了した直後より、上記クランク角信号に同期して気筒毎に順次、独立噴射（以下、「シーケンシャル噴射」という）を開始する第２の噴射手段とを備えた内燃機関の始動時燃料噴射装置において、
上記内燃機関の始動性が所定の水準よりも良いと推定された場合にだけ、上記気筒判別が完了するまでの間、上記同時噴射を休止する同時噴射休止手段と、
上記内燃機関の上記同時噴射を休止するか否かを判定する始動性の水準とは異なる所定の水準よりも悪いと推定された場合にだけ、上記気筒判別の完了直後より上記シーケンシャル噴射を開始するとともに、上記気筒判別の完了直後の１回目のシーケンシャル噴射と同時に他の燃料が吸入可能な気筒に燃料を同時噴射する第３の噴射手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の始動時燃料噴射制御装置。
【請求項２】
上記気筒判別完了後の上記第３の噴射手段において、シーケンシャル噴射開始気筒以外に吸入可能な気筒が複数存在する場合、噴射気筒を、予め設定されたマップに基づいて決定する噴射気筒決定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の始動時燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、始動時の燃料噴射方式を改良した内燃機関の始動時燃料噴射制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の各気筒に燃料噴射を行う場合、どの気筒に噴射するかを判別する必要があり、そのために、特定気筒の基準クランク角（例えば圧縮ＴＤＣ前７５°）を判別する気筒判別を行うようにしている。この気筒判別を行うには、実際にスタータモータを作動させて内燃機関のクランク軸やカム軸を回す必要があるため、気筒判別完了後に初めて燃料噴射を開始すると、始動完了が遅くなり、始動性が悪くなってしまう。
【０００３】
そこで、従来から、始動性を向上させるために、上記気筒判別が完了するまでの間は、まず始動開始直後に全気筒に対し非同期噴射を行い、次に上記クランク角信号に同期して全気筒に対し同期噴射を行う。そして、上記気筒判別が完了した直後より、上記シーケンシャル噴射を開始するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の噴射制御では、上記気筒判別が完了するまでの間は、各気筒の位置が不明のまま全気筒に燃料噴射されるため、位置によっては、燃料噴射中に吸気弁が閉じてしまう気筒が発生することがある。この気筒では、噴射燃料の一部しか吸入されないため、気筒内の混合気がリーン状態となって、リーン失火等の不完全燃焼が発生し、未燃焼ガス（ＨＣ）が多量に排出され、排気エミッションが悪化してしまう。また、噴射燃料に吸入残りを生じた気筒では、次の噴射時に前回吸入されなかった残りの燃料も気筒内に吸入されるため、気筒内に過剰な燃料が吸入されてリッチ燃焼となり、ＨＣ排出量が益々増加してしまうなどの問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、始動性を確保しながら、始動時のリーン失火やリッチ燃焼による不完全燃焼を防止することができ、始動時のＨＣ排出量を低減することができる内燃機関の始動時燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明に係る内燃機関の始動時燃料噴射制御装置は、内燃機関の始動性を推定する手段と、上記内燃機関の各気筒の特定クランク角位置に同期してクランク角信号を出力するクランク角検出手段と、特定気筒の基準クランク角を判別（以下、「気筒判別」という）する気筒判別手段と、始動時に上記気筒判別が完了する以前より、全気筒に燃料を同時噴射する第１の噴射手段と、上記気筒判別が完了した直後より、上記クランク角信号に同期して気筒毎に順次、独立噴射（以下、「シーケンシャル噴射」という）を開始する第２の噴射手段とを備えた内燃機関の始動時燃料噴射装置において、上記内燃機関の始動性が所定の水準よりも良いと推定された場合にだけ、上記気筒判別が完了するまでの間、上記同時噴射を休止する同時噴射休止手段と、上記内燃機関の上記同時噴射を休止するか否かを判定する始動性の水準とは異なる所定の水準よりも悪いと推定された場合にだけ、上記気筒判別の完了直後より上記シーケンシャル噴射を開始するとともに、上記気筒判別の完了直後の１回目のシーケンシャル噴射と同時に他の燃料が吸入可能な気筒に燃料を同時噴射する第３の噴射手段とを備えたものである。
【０００９】
請求項２記載の発明に係る内燃機関の始動時燃料噴射制御装置は、上記気筒判別完了後の上記第３の噴射手段において、シーケンシャル噴射開始気筒以外に吸入可能な気筒が複数存在する場合、噴射気筒を、予め設定されたマップに基づいて決定する噴射気筒決定手段を備えたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による始動時燃料噴射制御装置を備える内燃機関およびその周辺装置を示す全体図である。
図１において、エアクリーナ１０２からの清浄した吸気は、エアフローセンサ１０３により吸入空気量Ｑａを測定され、スロットルバルブ１０４で吸気量を負荷に応じて制御され、サージタンク１０５および吸気管１０６を介して内燃機関１０１の各気筒に吸入される。一方燃料はインジェクタ１０７を介して吸気管１０６に噴射される。
【００１２】
イグニッションスイッチ１０８は、内燃機関１０１を始動可能な状態とするスイッチである。イグニッションスイッチ１０８がオフからオンに切り替わり、さらにスタータモータ１０９が内燃機関制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１１０からの指令に基づき、バッテリ１１１より電流供給を受け、クランク軸を始動（以下「クランキング」という）させて、内燃機関１０１を始動させる。
【００１３】
ＥＣＵ１１０は、ＣＰＵ１１２、ＲＯＭ１１３、ＲＡＭ１１４等からなるマイクロコンピュータで構成され、入出力インターフェース１１５を介してエアフローセンサ１０３によって測定される吸入空気量Ｑａ、スロットルセンサ１１６によって検出されるスロットル開度θ、アイドリング開度のときにオンとなるアイドルスイッチ１１７の信号、水温センサ１１８によって検出される内燃機関冷却水温ＷＴ、排気管１１９に設けられた空燃比センサ１２０からの空燃比出力信号Ｏ２、クランク角センサ１２１によって検出される内燃機関回転数Ｎｅ、カム角センサ１２２の信号等を取り込む。なお、ここでエアフローセンサ１０３、スロットルセンサ１１６、アイドルスイッチ１１７、水温センサ１１８、空燃比センサ１２０、クランク角センサ１２１およびカム角センサ１２２のセンサ類は、運転状態検出手段を構成している。
【００１４】
ＣＰＵ１１２は、ＲＯＭ１１３に格納されている制御プログラムおよび各種マップに基づき所定の空燃比となるように、駆動回路１２３を介してインジェクタ１０７を駆動する。また、ＥＣＵ１１０は、点火時期制御、空燃比制御、アイドル回転数制御などの各種制御を行う。
【００１５】
ＲＯＭ１１３に格納されている制御プログラムには、この発明の特徴となる始動時燃料噴射制御方式を実現するルーチンが含まれ、これに必要なマップ等についてもＲＯＭ１１３に格納されている。以下、この発明の特徴となる始動時燃料噴射制御方式を実現するルーチン処理の内容に沿って、本実施の形態による始動時燃料噴射制御装置の動作について詳細に説明する。
【００１６】
図２は、この発明の実施の形態１による始動時燃料噴射ルーチンを示すフローチャートである。
イグニッションスイッチ１０８がオフからオンに切り替わり、さらにクランキング開始されると、ステップ２０１で内燃機関１０１の現在の状態が始動時であると判断し、ステップ２０２（始動性推定手段）へ進む。ステップ２０１で始動時でないと判断した場合は、そのままルーチンを終了する。
【００１７】
ステップ２０２では内燃機関１０１の始動性を推定する。この始動性推定は、例えばクランキング開始前の水温やバッテリ電圧等を検知するもの、またはクランキング開始後の内燃機関回転数Ｎｅ等を検知するものであってもよい。ステップ２０３で内燃機関１０１の始動性が所定の水準よりも良いと判断された場合はステップ２０４へ進む。ステップ２０３で内燃機関１０１の始動性が所定の水準よりも悪いと判断された場合はステップ２０６、ステップ２０７へ進み、本ルーチンを終了する。この所定の水準は、予め設定されたマップに基づき決定される。
【００１８】
ステップ２０４では気筒判別が完了しているかを判断する。ステップ２０６（第１の噴射手段）では気筒判別完了前同時噴射を実行し、ステップ２０７では気筒判別完了後噴射を実行する。この気筒判別は、クランク角センサ１２１の信号とカム角センサ１２２の信号との組み合わせにより行われ、特定気筒の基準クランク角を判別する。ステップ２０４で気筒判別が完了していないと判断された場合はステップ２０５へ進む。ステップ２０４で気筒判別が完了していると判断された場合はステップ２０７へ進み、本ルーチンを終了する。
【００１９】
ステップ２０５ではクランキング開始から所定期間経過したかを判断する（休止期間を決定する手段）。この所定期間は、予め設定されたマップ、例えば水温によるマップに基づき決定される。ステップ２０５で所定期間経過したと判断された場合はステップ２０６、ステップ２０７へ進み、本ルーチンを終了する。ステップ２０５で所定期間経過していないと判断された場合はステップ２０４へ戻り、一連の処理を繰り返す。
【００２０】
以上の処理により、クランキング開始後、内燃機関１０１が始動し易い状態である場合、気筒判別完了までの間、所定期間は気筒判別完了前同時噴射を休止し、所定期間を経過した後、気筒判別完了前同時噴射を実行、気筒判別完了直後より気筒判別完了後噴射を実行する。また、内燃機関１０１が始動し難い状態である場合、気筒判別完了までの間、気筒判別完了前噴射を実行し、気筒判別完了直後より気筒判別完了後噴射を実行する。
【００２１】
図３は、この発明の実施の形態１による気筒判別完了前同時噴射ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、例えば図２においてステップ２０６へ進んだ場合に実行される。ステップ３０１では非同期噴射開始時間を超過したかを判断する。ステップ３０１で非同期噴射開始時間を超過したと判断された場合はステップ３０２へ進む。ステップ３０１で非同期噴射開始時間を超過していないと判断された場合はステップ３０３へ進み、非同期噴射開始時間にて所定の噴射量で全気筒に対し非同期噴射を実行する。この所定の噴射量は、予め設定された水温によるマップに基づき決定される。
【００２２】
ステップ３０２では気筒判別が完了しているかを判断する。ステップ３０２で気筒判別が完了していると判断された場合は本ルーチンを終了し、完了してないと判断された場合はステップ３０４へ進み、所定の噴射量で全気筒に対し同期噴射を実行する。この所定の噴射量は、予め設定された水温によるマップに基づき決定される。ステップ３０４で同期噴射を実行した後は、ステップ３０２へ戻り、一連の処理を繰り返す。
【００２３】
以上の処理により、気筒判別完了前同時噴射では、非同期噴射開始時間を超過した場合は、気筒判別が完了するまでの間、全気筒に対し同期噴射を実行する。非同期噴射開始時間を超過していない場合は、全気筒に対し非同期噴射を実行し、その後気筒判別が完了するまでの間、全気筒に対し同期噴射を実行する。
【００２４】
図４は、この発明の実施の形態１による気筒判別完了後噴射ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、例えば図２においてステップ２０７へ進んだ場合に実行される。ステップ４０１では気筒判別完了前に同時噴射を実行したかを判断する。ステップ４０１で気筒判別完了前に同時噴射を実行したと判断された場合はステップ４０２へ、実行していないと判断された場合はステップ４０３へ進む。
【００２５】
ステップ４０２またはステップ４０３では内燃機関１０１の始動性を推定する。この始動性推定は、ステップ２０２同様、例えばクランキング開始前の水温やバッテリ電圧等を検知するもの、またはクランキング開始後の内燃機関回転数Ｎｅ等を検知するものであってもよい。ステップ４０４で内燃機関１０１の始動性が所定の水準よりも良いと判断された場合はステップ４０５、ステップ４０６へ進み、本ルーチンを終了する。
【００２６】
ステップ４０４で内燃機関１０１の始動性が所定の水準よりも悪いと判断された場合はステップ４０７（噴射気筒決定手段）へ進む。ステップ４０８で内燃機関１０１の始動性が所定の水準よりも良いと判断された場合はステップ４０５、ステップ４０６へ進み、本ルーチンを終了する。ステップ４０８で内燃機関１０１の始動性が所定の水準よりも悪いと判断された場合はステップ４０９（噴射気筒決定手段）へ進む。この所定の水準は、予め設定されたマップに基づき決定され、ステップ４０４、ステップ４０８での判断基準となる所定の水準は、ともにステップ２０３での判断基準となる所定の水準を満たす範囲内で決定される。例えば、ステップ２０３での判断基準となる所定の水準が水温２０℃であれば、ステップ４０４での判断基準となる所定の水準は水温１０℃、ステップ４０８での判断基準となる所定の水準は水温５０℃という様に決定される。
すなわち、上記のように、クランキング開始前の水温を例にとれば、同時噴射を休止する第１の水準は「２０℃」となり、第１の水準とは異なる所定の第２の水準は、低温側では「１０℃」となり、高温側では「５０℃」となる。
この場合、クランキング開始前の水温が１０℃未満であれば、「第１の噴射（気筒判別完了前の全気筒同時噴射）＋第２の噴射（気筒判別完了後の同期噴射）＋第３の噴射（第２の噴射の１回目に行われる同時噴射）」が行われる。
また、クランキング開始前の水温が１０℃以上で２０℃未満であれば、「第１の噴射＋第２の噴射」が行われ、２０℃以上で５０℃未満であれば、「第２の噴射＋第３の噴射」が行われ、５０℃以上であれば、「第２の噴射」のみが行われる。
【００２７】
ステップ４０５では所定の噴射量で１回目のシーケンシャル噴射を実行し、ステップ４０６では２回目以後のシーケンシャル噴射を実行する（第２の噴射手段）。この所定の噴射量は、予め設定された水温によるマップに基づき決定される。ステップ４０７またはステップ４０９では１回目のシーケンシャル噴射の開始と同時に他の吸入可能な気筒に燃料を同時噴射すべく、噴射気筒を選択し、ステップ４１０またはステップ４１１（燃料噴射量決定手段）へ進む。この噴射気筒は、予め設定されたマップ、例えば気筒判別結果と水温によるマップに基づき選択される。
【００２８】
ステップ４１０またはステップ４１１では、ステップ４０７またはステップ４０９で選択された気筒に対し、燃料噴射量を決定する。この燃料噴射量は、予め設定された水温によるマップに基づき、気筒別に決定される。その後、ステップ４１２、ステップ４０６へ進み、本ルーチンを終了する。ステップ４１２では、１回目のシーケンシャル噴射の実行と同時に、ステップ４０７またはステップ４０９で選択した気筒に対し同時噴射を実行する（第３の噴射手段）。
【００２９】
以上の処理により、気筒判別完了後噴射では、気筒判別完了前に同時噴射を実行した場合、実行していない場合、２つの場合に対し、内燃機関１０１が始動し易い状態である場合はシーケンシャル噴射を実行する。また、同様２つの場合に対し、内燃機関１０１が始動し難い状態である場合は、シーケンシャル噴射を実行するとともに、１回目のシーケンシャル噴射と同時に他の選択した吸入可能な気筒に対し同時噴射を実行する。
【００３０】
図５は、この発明の実施の形態１による始動時燃料噴射制御装置の動作を示すタイムチャートである。
図５において、対象とする内燃機関１０１の気筒数は６気筒であるが、この発明の対象とする内燃機関１０１の気筒数はこの限りではない。以下、上述した図２、図３、図４のルーチン処理の内容に沿って、図５中の各動作について説明する。
【００３１】
内燃機関１０１が停止時クランク角５０１よりクランキング開始されると、ステップ２０１で内燃機関１０１の現在の状態が始動時であると判断され、ステップ２０２で始動性が推定される。この場合、始動性が悪いと判断されたため、ステップ２０６へ進み、気筒判別完了前同時噴射ルーチン処理の内容を実行する。
【００３２】
ステップ３０１では非同期噴射開始時間を超過したかを判断するが、この場合、超過していないと判断されたため、ステップ３０３で全気筒に対し非同期噴射５０２を実行し、ステップ３０２へ進む。気筒判別完了５０３の時期については、この場合、気筒判別完了前同期噴射タイミングと同時期となるため、ステップ３０２ではステップ３０４へ進まずそのままルーチンを終了し、気筒判別完了後噴射ルーチン処理の内容を実行する。
【００３３】
ステップ４０１では気筒判別完了前に同時噴射を実行したかを判断するが、この場合、気筒判別完了前に同時噴射を実行したので、ステップ４０２へ進み、始動性が再度推定される。再度始動性を推定した結果、この場合、ステップ４０４で始動性が悪いと判断されたため、ステップ４０７へ進み、気筒判別完了後の同時噴射気筒、この場合、＃３気筒と＃４気筒が選択される。ステップ４１０では両気筒に対し気筒別に燃料噴射量が決定され、ステップ４１２で１回目のシーケンシャル噴射５０４と同時に、＃３気筒と＃４気筒に対し同時噴射５０５を実行する。その後、ステップ４０６で２回目以後のシーケンシャル噴射５０６を実行し、ルーチン処理を終了する。以上の噴射燃料に対する点火は点火５０７から順に途切れなく行われるため、初めの爆発位置は点火５０７が行われた直後のクランク角となる。
【００３４】
このようにして、本実施の形態では、内燃機関が始動し易い状態である場合、気筒判別完了までの間、所定期間は全気筒同時噴射を行わず、気筒判別完了直後よりシーケンシャル噴射を開始するので、始動性は気筒判別完了までの間に常に全気筒同時噴射を行う場合に比して劣るが、良好な始動性を確保すると同時に、各気筒に供給される混合気の空燃比を高精度に制御することが可能となり、未燃焼ガスの排出を抑制し、良好な排気エミッションを確保することができる。
【００３５】
また、内燃機関が上記場合よりも始動し難い状態である場合、気筒判別完了までの間、所定期間は全気筒同時噴射を行わず、気筒判別完了直後よりシーケンシャル噴射を開始するとともに、１回目のシーケンシャル噴射と同時に他の吸入可能な気筒へ燃料噴射を行うので、始動性は気筒判別完了までの間に常に全気筒同時噴射を行う場合に比して劣るが、気筒判別完了直後よりシーケンシャル噴射のみを開始する場合に比して優れ、良好な始動性を確保すると同時に、各気筒に供給される混合気の空燃比を高精度に制御することが可能となり、未燃焼ガスの排出を抑制し、良好な排気エミッションを確保することができる。
【００３６】
さらに、内燃機関が始動し難い状態である場合、気筒判別完了までの間に全気筒同時噴射を行い、気筒判別完了直後よりシーケンシャル噴射を開始するとともに、１回目のシーケンシャル噴射と同時に必要に応じて他の吸入可能な気筒へ燃料噴射を行うので、従来の始動時燃料噴射制御装置と同等の良好な始動性を確保することができる。
【００３７】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、気筒判別完了前同時噴射は全気筒に対して行うとしたが、気筒判別手段等により、気筒判別完了までの間に噴射気筒を選択することができる場合は、気筒判別完了前同時噴射は特定気筒に対してのみ行うとしてもよい。
【００３８】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、気筒判別完了前同時噴射として、非同期噴射、同期噴射の順に、噴射の実行を判断するとしたが、この限りではなく、例えば非同期噴射についてのみ実行を判断する、または同期噴射についてのみ実行を判断する、としてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明に係る内燃機関の始動時燃料噴射制御装置によれば、内燃機関の始動性を推定する手段と、上記内燃機関の各気筒の特定クランク角位置に同期してクランク角信号を出力するクランク角検出手段と、特定気筒の基準クランク角を判別する気筒判別手段と、始動時に上記気筒判別が完了する以前より、全気筒に燃料を同時噴射する第１の噴射手段と、上記気筒判別が完了した直後より、上記クランク角信号に同期して気筒毎に順次、シーケンシャル噴射を開始する第２の噴射手段とを備えた内燃機関の始動時燃料噴射装置において、上記内燃機関の始動性が所定の水準よりも良いと推定された場合にだけ、上記気筒判別が完了するまでの間、上記同時噴射を休止する同時噴射休止手段と、上記内燃機関の上記同時噴射を休止するか否かを判定する始動性の水準とは異なる所定の水準よりも悪いと推定された場合にだけ、上記気筒判別の完了直後より上記シーケンシャル噴射を開始するとともに、上記気筒判別の完了直後の１回目のシーケンシャル噴射と同時に他の燃料が吸入可能な気筒に燃料を同時噴射する第３の噴射手段とを備えたので、内燃機関が始動し易い状態である場合は、気筒判別完了までの間、所定期間は全気筒同時噴射を行わず、気筒判別完了直後よりシーケンシャル噴射が行われ、良好な始動性と良好な排気エミッションが確保される。また、内燃機関が上記場合よりも始動し難い状態である場合は、上記場合に加え、気筒判別完了後、１回目のシーケンシャル噴射と同時に他の吸入可能な気筒へ同時噴射が行われ、良好な始動性と良好な排気エミッションが確保される。さらに、内燃機関が始動し難い状態である場合は、気筒判別完了までの間に全気筒同時噴射が行われ、気筒判別完了直後よりシーケンシャル噴射が行われるとともに、１回目のシーケンシャル噴射と同時に必要に応じて他の吸入可能な気筒へ燃料噴射が行われることとなり、従来の始動時燃料噴射制御装置と同等の良好な始動性が確保される。
【００４０】
従って、この発明に係る内燃機関の始動時燃料噴射制御装置は、常に内燃機関を良好に始動できると共に、従来の内燃機関の始動時燃料噴射制御装置と比べて始動時に排出される排気エミッションを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による始動時燃料噴射制御装置を備える内燃機関およびその周辺装置を示す全体図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による始動時燃料噴射ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】  この発明の実施の形態１による気筒判別完了前同時噴射ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】  この発明の実施の形態１による気筒判別完了後噴射ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】  この発明の実施の形態１による始動時燃料噴射制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０１  内燃機関、１０２  エアクリーナ、１０３  エアフローセンサ、１０４  スロットルバルブ、１０５  サージタンク、１０６  吸気管、１０７  インジェクタ、１０８  イグニッションスイッチ、１０９  スタータモータ、１１０内燃機関制御ユニット（ＥＣＵ）、１１１  バッテリ、１１２  ＣＰＵ、１１３  ＲＯＭ、１１４  ＲＡＭ、１１５  入出力インターフェース、１１６  スロットルセンサ、１１７  アイドルスイッチ、１１８  水温センサ、１１９  排気管、１２０  空燃比センサ、１２１  クランク角センサ、１２２  カム角センサ、  １２３  駆動回路。
【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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