JP3293545B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、均質燃焼と成層燃
焼とで燃焼方式を切り換える内燃機関に採用して好適な
内燃機関の燃料噴射制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車用の内燃機関においては、
燃費の向上を意図して燃焼室内に燃料を噴射供給するよ
うにしたものが知られている。こうした内燃機関では、
冷えた状態での始動時などに燃焼室に燃料を噴射供給し
たとき、その噴射燃料が気化しにくくなって同燃料と空
気とからなる混合気への着火性が低下する。そこで従来
は、内燃機関が冷えた状態での始動時には、点火プラグ
の周りに燃料濃度の高い混合気を形成する「成層燃焼」
を行い、その混合気への着火性を向上させるようにして
いる。こうした内燃機関の一例としては、特開平８−１
９３５３６号公報に記載されたものがあげられる。

【０００３】同公報に記載された内燃機関にあっては、
冷えた状態での始動に際し、スタータモータ等によって
クランクシャフトを強制的に回転するとともに、吸気行
程と圧縮行程との両方で燃焼室内に燃料を噴射する。吸
気行程中に噴射された燃料は燃焼室内で空気と混ぜ合わ
されて拡散し、圧縮行程中に噴射された燃料はピストン
の頭部で跳ね返って点火プラグの周りに集められる。従
って、ピストンが圧縮行程時に上死点近くまで移動した
とき、点火プラグの周りの混合気の燃料濃度が高くなっ
て同混合気への着火性が向上する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃焼室内の
混合気に対して着火が行われて内燃機関が自立運転し始
めると、スタータモータ等が停止されて内燃機関の始動
が完了することとなる。このような内燃機関の始動完了
後には、同機関を速やかに暖機するために吸気行程中の
燃料噴射によって理論空燃比での「均質燃焼」が実行さ
れる。即ち、理論空燃比での均質燃焼ではスロットルバ
ルブの開度を成層燃焼時等に比べて閉じ側に制御するた
め、内燃機関のポンピングロスが大きくなる。こうした
ポンピングロスは熱に変換されるため、その変換された
熱によって内燃機関の暖機が速やかに行われるようにな
る。

【０００５】しかし、内燃機関の始動完了直後において
は、同機関が依然として冷えた状態にあるため、燃焼室
に噴射供給された燃料が気化しにくくなって燃焼室内に
て均質な混合気を形成しにくくなる。従って、内燃機関
の始動完了直後には点火プラグ周りの混合気の燃料濃度
が薄くなるおそれがあり、その場合には燃焼室内の混合
気の燃焼速度が低下して機関回転数が落ち込むこととな
る。

【０００６】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、内燃機関の始動完了直後で
の機関回転数の落ち込みを好適に防止することのできる
内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、機関始動時、少なくとも
成層燃焼による燃焼方式が採用され、成層燃焼を実行す
べき燃料噴射制御を行い、その後、機関低温時に、燃焼
方式が成層燃焼から均質燃焼へと切り換えられる内燃機
関の燃料噴射制御装置であって、内燃機関の始動完了を
検出する始動完了検出手段と、該検出手段によって内燃
機関の始動完了が検出された後、所定期間だけ、成層燃
焼を実行すべき燃料噴射制御を維持し、前記所定期間が
経過した後、前記燃焼方式の切り換えを実行する制御手
段とを備えた。

【０００８】同構成によれば、内燃機関の始動完了直後
には、所定期間だけ成層燃焼が実行されて点火プラグ周
りの混合気の燃料濃度が高められるため、その混合気の
燃焼速度が低下して内燃機関の機関回転が落ち込むのを
防止することができるようになる。

【０００９】請求項２記載の発明では、内燃機関の機関
温度を検出する機関温度検出手段を更に備え、前記制御
手段は該機関温度検出手段によって検出される機関温度
に応じて前記所定期間を算出するものとした。

【００１０】同構成によれば、内燃機関の始動完了後に
おける機関温度に基づき成層燃焼を実行する所定期間が
決定され、その決定された所定期間が機関回転数の落ち
込みを防止するとともに速やかな内燃機関の暖機を行う
のに適したものとされる。従って、機関回転数の落ち込
み防止と内燃機関の暖機性向上との両立が図られるよう
になる。

【００１１】請求項３記載の発明では、前記制御手段は
機関始動完了後の成層燃焼のための燃料噴射量を時間経
過に伴い減量するものとした。同構成によれば、内燃機
関始動完了後の成層燃焼が急に終了することがなくなる
ため、その成層燃焼の終了前後における内燃機関の運転
状態を安定したものとすることができるようになる。

【００１２】請求項４記載の発明では、前記制御手段は
機関始動完了後の成層燃焼実行期間中に同機関の燃焼室
に均質混合気を形成する燃料噴射制御を行うものとし
た。同構成によれば、内燃機関の始動完了後の成層燃焼
実行期間中に燃焼室内に均質混合気を形成することで、
始動完了後に内燃機関を良好な運転状態とするのに十分
な燃料を燃焼室に供給することができるようになる。

【００１３】請求項５記載の発明では、内燃機関の燃焼
室内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段を備え、前記制
御手段は同機関の圧縮行程中に該燃料噴射手段による燃
料噴射を行うことで前記成層燃焼を行い、且つ同機関の
吸気行程中に同燃料噴射手段による燃料噴射を行って前
記均質混合気を形成するものとした。

【００１４】同構成によれば、内燃機関の圧縮行程中に
燃焼室内へ燃料を噴射することで、その噴射燃料がピス
トン頭部に跳ね返って点火プラグ周りに集められる。そ
のため、点火プラグ周りの混合気の燃料濃度が好適に高
められ、内燃機関始動完了後における機関回転数の落ち
込みが好適に防止される。また、内燃機関の吸気行程中
に燃焼室へ燃料を噴射させることで、その噴射燃料が燃
焼室内で拡散されて的確に均質混合気が形成される。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を
直列４気筒の自動車用ガソリンエンジンに適用した第１
実施形態を図１〜図８に従って説明する。

【００１６】図１に示すように、エンジン１１は、その
シリンダブロック１１ａ内に往復移動可能に設けられた
合計四つのピストン１２（図１には一つのみ図示）を備
えている。これらピストン１２は、コンロッド１３を介
して出力軸であるクランクシャフト１４に連結されてい
る。そして、ピストン１２の往復移動は、上記コンロッ
ド１３によってクランクシャフト１４の回転へと変換さ
れるようになっている。また、エンジン１１の始動時に
は、クランクシャフト１４がイグニッションキー及びス
タータモータ等からなるスタータ３７によって強制的に
回転されるようになる。

【００１７】クランクシャフト１４にはシグナルロータ
１４ａが取り付けられている。このシグナルロータ１４
ａの外周部には、複数の突起１４ｂがクランクシャフト
１４の軸線を中心とする等角度毎に設けられている。ま
た、シグナルロータ１４ａの側方には、クランクポジシ
ョンセンサ１４ｃが設けられている。そして、クランク
シャフト１４が回転して、シグナルロータ１４ａの各突
起１４ｂが順次クランクポジションセンサ１４ｃの側方
を通過することにより、同センサ１４ｃからはそれら各
突起１４ｂの通過に対応したパルス状の検出信号が出力
されるようになる。

【００１８】シリンダブロック１１ａには、エンジン１
１の冷却水温を検出する水温センサ１１ｂが設けられて
いる。また、シリンダブロック１１ａの上端にはシリン
ダヘッド１５が設けられ、シリンダヘッド１５とピスト
ン１２との間には燃焼室１６が設けられている。この燃
焼室１６には、シリンダヘッド１５に設けられた一対の
吸気ポート１７a，１７ｂと、同じく一対の排気ポート
１８ａ，１８ｂとが連通している（図１には一方の吸気
ポート１７ｂ及び排気ポート１８ｂのみ図示）。これら
吸気及び排気ポート１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの
平断面形状を図２に示す。

【００１９】同図に示されるように、吸気ポート１７ａ
は湾曲して延びるヘリカルポートとなっており、吸気ポ
ート１７ｂは直線状に延びるストレートポートとなって
いる。そして、吸気ポート（ヘリカルポート）１７ａを
通過して燃焼室１６に空気が吸入されると、その燃焼室
１６内に破線矢印で示す方向へスワールが発生するよう
になる。こうした吸気ポート１７ａ，１７ｂ及び排気ポ
ート１８ａ，１８ｂには、それぞれ吸気バルブ１９及び
排気バルブ２０が設けられている。

【００２０】一方、図１に示すように、シリンダヘッド
１５には、上記吸気バルブ１９及び排気バルブ２０を開
閉駆動するための吸気カムシャフト２１及び排気カムシ
ャフト２２が回転可能に支持されている。これら吸気及
び排気カムシャフト２１，２２は、タイミングベルト及
びギヤ（共に図示せず）等を介してクランクシャフト１
４に連結され、同ベルト及びギヤ等によりクランクシャ
フト１４の回転が伝達されるようになる。そして、吸気
カムシャフト２１が回転すると、吸気バルブ１９が開閉
駆動されて、吸気ポート１７ａ，１７ｂと燃焼室１６と
が連通・遮断される。また、排気カムシャフト２２が回
転すると、排気バルブ２０が開閉駆動されて、排気ポー
ト１８ａ，１８ｂと燃焼室１６とが連通・遮断される。

【００２１】シリンダヘッド１５において、吸気カムシ
ャフト２１の側方には、同シャフト２１の外周面に設け
られた突起２１ａを検出して検出信号を出力するカムポ
ジションセンサ２１ｂが設けられている。そして、吸気
カムシャフト２１が回転すると、同シャフト２１の突起
２１ａがカムポジションセンサ２１ｂの側方を通過す
る。この状態にあっては、カムポジションセンサ２１ｂ
から上記突起２１ａの通過に対応して所定間隔毎に検出
信号が出力されるようになる。

【００２２】吸気ポート１７ａ，１７ｂ及び排気ポート
１８ａ，１８ｂには、それぞれ吸気管３０及び排気管３
１が接続されている。この吸気管３０内及び吸気ポート
１７ａ，１７ｂ内は吸気通路３２となっており、排気管
３１内及び排気ポート１８ａ，１８ｂ内は排気通路３３
となっている。吸気通路３２の上流部分にはスロットル
バルブ２３が設けられている。このスロットルバルブ２
３は、スロットル用モータ２４の駆動により回動されて
開度調節がなされる。

【００２３】また、上記スロットル用モータ２４の駆動
は、自動車の室内に設けられたアクセルペダル２５の踏
込量に基づき制御される。即ち、自動車の運転者がアク
セルペダル２５を踏込操作すると、アクセルペダル２５
の踏込量がアクセルポジションセンサ２６によって検出
され、同センサ２６の検出信号に基づきスロットル用モ
ータ２４が駆動制御される。このスロットル用モータ２
４の駆動制御に基づくスロットルバルブ２３の開度調節
により、吸気通路３２の空気流通面積が変化して燃焼室
１６へ吸入される空気の量が調整されるようになる。

【００２４】スロットルバルブ２３の下流側に位置する
吸気通路３２には、同通路３２内の圧力を検出するバキ
ュームセンサ３６が設けられている。このバキュームセ
ンサ３６は、検出した吸気通路３２内の圧力に対応した
検出信号を出力する。また、バキュームセンサ３６より
も下流側に位置して吸気ポート（ストレートポート）１
７ｂに連通する吸気通路３２には、スワールコントロー
ルバルブ（ＳＣＶ）３４が設けられている。ＳＣＶ３４
は、スワール用モータ３５の駆動により回動されて開度
調節がなされる。そして、ＳＣＶ３４の開度が小さくな
るほど、図２に示される吸気ポート（ヘリカルポート）
１７ａを通過する空気の量が多くなり、燃焼室１６内に
生じるスワールが強くなる。

【００２５】また、図１に示すように、シリンダヘッド
１５には、燃料噴射弁４０と点火プラグ４１とが設けら
れている。そして、燃料噴射弁４０から燃焼室１６内へ
噴射された燃料が吸気通路３２を介して燃焼室１６に吸
入された空気と混ぜ合わされることによって、燃焼室１
６内で空気と燃料とからなる混合気が形成される。更
に、燃焼室１６内の混合気は点火プラグ４１によって点
火がなされて燃焼し、燃焼後の混合気は排気として排気
通路３３に送り出される。なお、上記点火プラグ４１に
よる混合気への点火時期は、点火プラグ４１の上方に設
けられたイグナイタ４１ａによって調整される。

【００２６】次に、本実施形態におけるエンジン１１の
燃料噴射制御装置の電気的構成を図３に基づいて説明す
る。この燃料噴射制御装置は、燃料噴射量制御、燃料噴
射時期制御、点火時期制御及びＳＣＶ３４の開度制御な
ど、エンジン１１の運転状態を制御するための電子制御
ユニット（以下「ＥＣＵ」という）９２を備えている。
このＥＣＵ９２は、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９
５及びバックアップＲＡＭ９６等を備える論理演算回路
として構成されている。

【００２７】ここで、ＲＯＭ９３は各種制御プログラム
や、それら各種制御プログラムを実行する際に参照され
るマップ等が記憶されるメモリであり、ＣＰＵ９４はＲ
ＯＭ９３に記憶された各種制御プログラムやマップに基
づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ９５はＣＰＵ
９４での演算結果や各センサから入力されたデータ等を
一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ９
６はエンジン１１の停止時に保存すべきデータを記憶す
る不揮発性のメモリである。そして、ＲＯＭ９３、ＣＰ
Ｕ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６は、バ
ス９７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回
路９８及び外部出力回路９９と接続されている。

【００２８】外部入力回路９８には、水温センサ１１
ｂ、クランクポジションセンサ１４ｃ、カムポジション
センサ２１ｂ、アクセルポジションセンサ２６、バキュ
ームセンサ３６及びスタータ３７等が接続されている。
一方、外部出力回路９９には、スロットル用モータ２
４、スワール用モータ３５、燃料噴射弁４０及びイグナ
イタ４１ａ等が接続されている。

【００２９】このように構成されたＥＣＵ９２は、エン
ジン１１の運転状態が高回転高負荷領域にあるときに同
エンジン１１の燃焼方式を「均質燃焼」とし、低回転低
負荷領域にあるときに同エンジン１１の燃焼方式を「成
層燃焼」とする。

【００３０】エンジン１１の燃焼方式を「均質燃焼」と
した場合、ＥＣＵ９２は、スロットル用モータ２４及び
燃料噴射弁４０を駆動制御し、燃焼室１６内の混合気の
空燃比が理論空燃比に近い値となるようスロットルバル
ブ２３の開度及び燃料噴射量の調整を行う。また、ＥＣ
Ｕ９２は、スワール用モータ３５を駆動制御して燃焼室
１６内の混合気が均質なものになるようＳＣＶ３４の開
度調整を行う。

【００３１】一方、エンジン１１の燃焼方式を「成層燃
焼」とした場合、ＥＣＵ９２は、スロットル用モータ２
４及び燃料噴射弁４０を駆動制御し、燃焼室１６の混合
気の空燃比が上記均質燃焼時の空燃比よりも大きい値と
なるようスロットルバルブ２３の開度及び燃料噴射量の
調整を行う。このようにスロットルバルブ２３の開度調
整を行うことによって、スロットル開度が上記均質燃焼
時よりも大きくなってポンピングロスの低減が図られ
る。

【００３２】「成層燃焼」実行時においてＥＣＵ９２
は、燃料噴射弁４０を駆動制御してエンジン１１の圧縮
行程のみに燃焼室１６へ燃料を噴射供給する。また、Ｅ
ＣＵ９２は、スワール用モータ３５を駆動制御して燃焼
室１６内にスワールが生じるようＳＣＶ３４を開度調整
し、噴射供給された燃料を上記スワールによって点火プ
ラグ４１の周りに集める。このように点火プラグ４１の
周りに燃料を集めることによって、燃焼室１６内の混合
気全体の平均空燃比を均質燃焼時より大きくしても、同
プラグ４１周りの混合気の燃料濃度が高められ、その混
合気への良好な着火が行われる。従って、成層燃焼で
は、上記均質燃焼時に比べて燃費が向上するようにな
る。

【００３３】次に、本実施形態における燃料噴射制御手
順について図４を参照して説明する。この図４は上記燃
料噴射制御を行うための燃料噴射制御ルーチンを示すフ
ローチャートである。燃料噴射制御ルーチンは、ＥＣＵ
９２を通じて例えば点火毎の割り込みにて実行される。

【００３４】同ルーチンにおいてＥＣＵ９２は、ステッ
プＳ１０１の処理として、カウンタｃａｓｔａｒｔを
「１」だけカウントアップする。このカウンタｃａｓｔ
ａｒｔは、エンジン１１が始動完了してからの経過時間
を表すものである。ＥＣＵ９２は、続くステップＳ１０
２の処理として、クランクポジションセンサ１４ｃから
の検出信号に基づきエンジン回転数ＮＥを求め、そのエ
ンジン回転数ＮＥに基づきエンジン１１が始動完了前
（始動モード）であるか否かを判断する。

【００３５】即ち、エンジン１１を始動すべくスタータ
３７が駆動された直後など、例えばエンジン回転数ＮＥ
が４００ｒｐｍより小さい場合には、上記ステップＳ１
０２において始動完了前である旨判断されてステップＳ
１０３に進む。また、上記スタータ３７の駆動によって
エンジン１１が自立運転開始し、例えばエンジン回転数
ＮＥが４００ｒｐｍ以上になった場合には、上記ステッ
プＳ１０２において始動完了後である旨判断されてステ
ップＳ１０５に進む。

【００３６】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０３の処理
で、水温センサ１１ｂからの検出信号に基づきエンジン
１１の冷却水温を同エンジン１１の機関温度として求
め、その冷却水温に基づき始動時燃料噴射量ｑａｌｌｓ
ｔを図５のマップから算出する。また、ＥＣＵ９２は、
続くステップＳ１０４の処理として、上記カウンタｃａ
ｓｔａｒｔを「０」にリセットした後、この燃料噴射制
御ルーチンを一旦終了する。

【００３７】上記ステップＳ１０３の処理によって算出
される始動時用燃料噴射量ｑａｌｌｓｔは、図５のマッ
プから明らかなように冷却水温が高くなるほど少なくな
る。これはエンジン１１の機関温度が高くなるほど、少
ない燃料噴射量で良好な運転状態を維持できるようにな
るためである。このように始動時用燃料噴射量ｑａｌｌ
ｓｔが求められると、ＥＣＵ９２は、別途のルーチンに
よって燃料噴射弁４０を駆動制御し、上記始動時用燃料
噴射量ｑａｌｌｓｔに応じた量の燃料を燃料室に噴射供
給する。なお、この始動時の燃料の噴射供給はエンジン
１１の圧縮行程と吸気行程とに分けて行われる。そし
て、こうした圧縮行程及び吸気行程での燃料噴射によっ
て内燃機関の始動性が向上されるようになる。

【００３８】即ち、吸気行程中に噴射された燃料は燃焼
室１６内のスワールによって拡散されるとともに、圧縮
行程中に噴射された燃料は上記スワール及びピストン１
２の頭部に形成された窪み１２ａ（図１参照）によって
点火プラグ４１の周りに集められる。そして、この圧縮
行程中の燃料噴射によって点火プラグ４１の周りの混合
気の燃料濃度が高められ、混合気への着火性が向上す
る。こうして「成層燃焼」による内燃機関の良好な始動
性が得られるようになる。

【００３９】一方、上記ステップＳ１０２の処理で始動
完了後である旨判断されてステップＳ１０５に進んだ場
合、ＥＣＵ９２は、カウンタｃａｓｔａｒｔが所定値Ｃ
１より小さいか否かを判断する。この所定値Ｃ１は、エ
ンジン１１の始動完了後において、圧縮行程での燃料噴
射による「成層燃焼」をどれほどの期間維持するか決定
するためのものであって、所定値Ｃ１が大きいほど上記
圧縮行程での燃料噴射が長期間行われることとなる。

【００４０】上記所定値Ｃ１はエンジン１１の冷却水温
（エンジン１１の機関温度）に基づき図６のマップから
マップ演算される。同マップから明らかなように、所定
値Ｃ１はエンジン１１の冷却水温が高くなるほど小さく
なる。従って、エンジン１１の始動完了時における冷却
水温が高いほど、圧縮行程での燃料噴射が行われる期間
（成層燃焼実行期間）が短くなる。本実施形態では、上
記圧縮行程での燃料噴射が行われる時間が例えば４秒〜
５秒の範囲内の時間となるように上記マップが設定され
ている。

【００４１】そして、ステップＳ１０５において、「ｃ
ａｓｔａｒｔ＜Ｃ１」である旨判断されるとステップＳ
１０６に進み、「ｃａｓｔａｒｔ＜Ｃ１」でない旨判断
されるとステップＳ１０８に進む。即ち、エンジン１１
の始動完了後から４〜５秒経過するまでの間はステップ
Ｓ１０６に進み、エンジン１１の始動完了後から４〜５
秒経過した後にはステップＳ１０８に進む。

【００４２】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０６の処理と
して、エンジン回転数ＮＥ及びバキュームセンサ３６か
らの検出信号に基づき求められる吸気圧ＰＭから始動完
了後の燃料噴射量ｑａｌｌｉｎｊを算出する。この燃料
噴射量ｑａｌｌｉｎｊは、図７に示すマップを参照して
算出され、同マップから明らかなようにエンジン回転数
ＮＥ及び吸気圧ＰＭが高いほど大きくなり、エンジン回
転数ＮＥ及び吸気圧ＰＭが低いほど小さくなる。

【００４３】ＥＣＵ９２は、続くステップＳ１０７の処
理として、所定量Ｃ0 を圧縮行程噴射量ｑｉｎｊｃとし
て設定するとともに、ステップＳ１０６の処理で算出さ
れた燃料噴射量ｑａｌｌｉｎｊから上記所定量Ｃ0 を減
算したものを吸気行程噴射量ｑｉｎｊｉとして設定す
る。本実施形態の所定量Ｃ0 は、吸気行程噴射量ｑｉｎ
ｊｉと圧縮行程噴射量ｑｉｎｊｃとの比が例えば４対１
となるような値に設定されている。以上のように吸気行
程噴射量ｑｉｎｊｉ及び圧縮行程噴射量ｑｉｎｊｃを設
定した後、ＥＣＵ９２は、燃料噴射制御ルーチンを一旦
終了する。

【００４４】このように圧縮行程噴射量ｑｉｎｊｃと吸
気行程噴射量ｑｉｎｊｉとが設定されると、ＥＣＵ９２
は、別途のルーチンによって燃料噴射弁４０を駆動制御
し、上記吸気行程噴射量ｑｉｎｊｉに応じた量の燃料を
吸気行程中に噴射し、上記圧縮行程噴射量ｑｉｎｊｃに
応じた量の燃料を圧縮行程中に噴射する。そして、吸気
行程中に噴射された燃料は燃焼室１６内のスワールによ
って拡散され、圧縮行程中に噴射された燃料は上記スワ
ール及びピストン１２の頭部に形成された窪み１２ａに
よって点火プラグ４１の周りに集められる。

【００４５】この圧縮行程中の燃料噴射によって、点火
プラグ４１の周りの混合気の燃料濃度が高められて「成
層燃焼」が行われるため、混合気の燃焼速度低下が防止
されて同燃焼速度低下に基づくエンジン回転数ＮＥの落
ち込みが防止されるようになる。また、吸気行程中の燃
料噴射により燃料室１６内にエンジン１１を良好に運転
させるのに必要な燃料量を供給することができるように
なる。

【００４６】一方、上記ステップＳ１０５の処理におい
て、「ｃａｓｔａｒｔ＜Ｃ１」でない旨判断されてステ
ップＳ１０８に進むと、ＥＣＵ９２は、エンジン１１に
おける低温時での通常運転を行う。即ち、ＥＣＵ９２
は、燃料噴射弁４０を駆動制御して、エンジン１１の吸
気行程のみに、燃焼室１６内の混合気が理論空燃比とな
るよう燃料噴射を行う。また、ＥＣＵ９２は、スワール
用モータ３５を駆動制御して燃焼室１６内の混合気が均
質なものとなるようスワールの強さを調整し、理論空燃
比での「均質燃焼」を実行する。

【００４７】こうした理論空燃比での「均質燃焼」実行
時には、成層燃焼時等に比べてスロットルバルブ２３の
開度が閉じ側に制御されるため、エンジン１１のポンピ
ングロスが大きくなる。このポンピングロスは熱に変換
されるため、その変換された熱によってエンジン１１の
暖機が速やかに行われるようになる。以上のようにステ
ップＳ１０８の処理を実行した後、ＥＣＵ９２は、この
燃料噴射制御ルーチンを一旦終了する。

【００４８】ここで、エンジン１１の始動完了後におけ
る燃料の噴射態様とエンジン回転数ＮＥとの関係につい
て図８のタイムチャートを参照して説明する。図８
（ｂ）に示す圧縮行程噴射量ｑｉｎｊｃの推移から明ら
かなように、本実施形態では、エンジン１１の始動完了
後に上記所定値Ｃ１に対応する所定期間だけ圧縮行程で
の燃料噴射が行われて「成層燃焼」が実行されるため、
点火プラグ４１周りの混合気の燃料濃度が高められる。
従って、点火プラグ４１周りの混合気の燃料濃度が低下
することに基づき燃焼室１６内における混合気の燃焼速
度が低下するのを防止することができるようになる。そ
のため、エンジン１１の始動完了後には、混合気の燃焼
速度低下に基づき、例えば図８（ａ）に破線で示される
ような態様でエンジン回転数ＮＥが落ち込むことが防止
され、エンジン回転数ＮＥは図８（ａ）に実線で示され
る態様で推移するようになる。

【００４９】また、本実施形態において、上記圧縮行程
での燃料噴射が行われる期間、即ち上記所定値Ｃ１に対
応する期間は、エンジン１１の機関温度（本実施形態で
は、エンジン１１の冷却水温）に応じて、その機関温度
に適した期間に設定される。このように機関温度に応じ
て圧縮行程噴射の実行期間を異ならせることで、圧縮行
程噴射による始動完了後のエンジン回転数ＮＥの落ち込
み防止と、同圧縮行程噴射終了後における理論空燃比で
の「均質燃焼」による速やかなエンジン１１の暖機との
両立が図られるようになる。

【００５０】以上詳述した処理が行われる本実施形態に
よれば、以下に示す効果が得られるようになる。 ・エンジン１１の始動完了後の所定期間だけ圧縮行程中
での燃料噴射を行って「成層燃焼」を維持することによ
り、その始動完了後における燃焼室１６内の混合気の燃
焼速度低下を防止し、ひいてはエンジン回転数ＮＥの落
ち込みを防止することができる。

【００５１】・エンジン始動完了後の圧縮行程噴射を維
持する期間は、エンジン１１の機関温度（冷却水温）が
高いほど短くなるとともに同機関温度が低いほど長くな
る。一般に、エンジン１１の機関温度が高いほど始動完
了後におけるエンジン回転数ＮＥの落ち込み小さくな
り、機関温度が低いほど始動完了後におけるエンジン回
転数ＮＥの落ち込みが大きくなる。従って、上記のよう
に圧縮行程噴射の実行期間を機関温度に応じて異なるも
のとすることで、エンジン回転数の落ち込みの的確な防
止と、上記圧縮行程噴射終了後の理論空燃比での「均質
燃焼」による速やかなエンジン１１の暖機との両立を図
ることができる。

【００５２】・エンジン１１の始動完了後における圧縮
行程での燃料噴射により、噴射燃料がピストン１２の窪
み１２ａで跳ね返って点火プラグ４１の周りに好適に集
められる。そのため、点火プラグ４１周りの混合気の燃
料濃度を好適に高め、エンジン１１の始動完了後におけ
るエンジン回転数ＮＥの落ち込みを的確に防止すること
ができるようになる。

【００５３】・エンジン１１の始動完了後における吸気
行程での燃料噴射により、その噴射燃料が好適に拡散さ
れて燃焼室１６内に均質混合気が形成されるようにな
る。そして、その均質混合気によって始動完了後にエン
ジン１１を良好に運転するのに十分な燃料を燃焼室１６
に供給することができる。

【００５４】・エンジン１１の始動完了後における「成
層燃焼」維持によって、燃料噴射量を過度に増量させる
ことなくエンジン回転数ＮＥの落ち込みを防止する事が
できるため、その過度の燃料増量に起因した点火プラグ
４１のくすぶりやエミッション悪化を防止することがで
きる。

【００５５】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態を図９及び図１０に基づいて説明する。この第２実
施形態では、ＥＣＵ９２を通じて実行される燃料噴射制
御ルーチンのみが第１実施形態と異なっている。従っ
て、本実施形態では、第１実施形態と異なる部分につい
てのみ説明し、その他の第１実施形態と同一部分につい
ては詳細な説明を省略する。

【００５６】図９は、本実施形態における燃料噴射を行
うための燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートで
ある。この燃料噴射制御ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じ
て例えば所定クランク角毎の角度割り込みにて実行され
る。

【００５７】同ルーチンにおいてＥＣＵ９２は、ステッ
プＳ２０１の処理として、エンジン回転数ＮＥに基づき
エンジン１１が始動完了前（始動モード）であるか否か
を判断する。そして、エンジン１１が始動完了前でない
旨判断されるとステップＳ２０４に進み、エンジン１１
が始動完了前である旨判断されるとステップＳ２０２に
進む。

【００５８】ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０２の処理と
して、エンジン１１の冷却水温に基づき始動時燃料噴射
量ｑａｌｌｓｔを算出する。ＥＣＵ９２は、続くステッ
プＳ２０３の処理として、予めＲＯＭ９３に記憶された
設定値ｑｉｎｊｃｓｔを圧縮行程噴射量ｑｉｎｊｃとし
て設定する。また、ＥＣＵ９２は、始動時燃料噴射量ｑ
ａｌｌｓｔから上記設定値ｑｉｎｊｃｓｔを減算したも
のを吸気行程噴射量ｑｉｎｊｉとして設定した後、この
燃料噴射制御ルーチンを一旦終了する。

【００５９】このように吸気行程噴射量ｑｉｎｊｉ及び
圧縮行程噴射量ｑｉｎｊｃが設定されると、ＥＣＵ９２
は、別途のルーチンによって燃料噴射弁４０を駆動制御
し、上記吸気行程噴射量ｑｉｎｊｉに対応した量の燃料
を吸気行程中に噴射するとともに、上記圧縮行程噴射量
ｑｉｎｊｃに対応した量の燃料を圧縮行程中に噴射す
る。そして、この圧縮行程中の燃料噴射によって、点火
プラグ４１の周りの混合気の燃料濃度が高められ、混合
気への着火性が向上して、「成層燃焼」による内燃機関
の良好な始動性が得られるようになる。

【００６０】一方、上記ステップＳ２０１の処理で始動
完了後である旨判断されてステップＳ２０４に進んだ場
合、ＥＣＵ９２は、上記設定値ｑｉｎｊｃｓｔが「０」
であるか否か判断する。エンジン１１が始動完了前の状
態から始動完了後の状態に切り換わった直後には、上記
ステップＳ２０４で「ｑｉｎｊｃｓｔ＝０」でない旨判
断されてステップＳ２０５に進む。なお、この設定値ｑ
ｉｎｊｃｓｔは、後述するステップＳ２０８の処理によ
って圧縮行程噴射量ｑｉｎｊｃとして設定される。

【００６１】ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０５の処理と
して、上記設定値ｑｉｎｊｃｓｔから所定値Ｃ２を減算
したものを新たな設定値ｑｉｎｊｃｓｔとして設定す
る。従って、設定値ｑｉｎｊｃｓｔは、エンジン１１が
始動完了前の状態から始動完了後の状態へと切り換わっ
てから、ステップＳ２０５の処理を実行する毎に徐々に
小さくなる。その結果、後述するように内燃機関の始動
完了後における圧縮行程中の燃料噴射量も徐々に少なく
なる。なお、本実施形態において上記所定値Ｃ２は固定
値となっており、その所定値Ｃ２が大きくなるほど、上
記圧縮行程中の燃料噴射量の減量率が大きくなる。

【００６２】ＥＣＵ９２は、続くステップＳ２０６の処
理として、設定値ｑｉｎｊｃｓｔが判定値Ｑmin よりも
大きいか否か判断する。この判定値Ｑmin は、燃料噴射
弁４０の構造に基づき決定される最小燃料噴射量に対応
した値となっている。そして、ステップＳ２０６の処理
において「ｑｉｎｊｃｓｔ＞Ｑmin 」である旨判断され
るとステップＳ２０７に進み、ＥＣＵ９２は、エンジン
回転数ＮＥ及び吸気圧ＰＭに基づき燃料噴射量ｑａｌｌ
ｉｎｊを算出する。続いてＥＣＵ９２は、ステップＳ２
０８の処理として、設定値ｑｉｎｊｃｓｔを圧縮行程噴
射量ｑｉｎｊｃとして設定するとともに、燃料噴射量ｑ
ａｌｌｉｎｊから圧縮行程噴射量ｑｉｎｊｃを減算した
ものを吸気行程噴射量ｑｉｎｊｉとして設定した後、こ
の燃料噴射制御ルーチンを一旦終了する。

【００６３】このように圧縮行程噴射量ｑｉｎｊｃと吸
気行程噴射量ｑｉｎｊｉとが設定されると、ＥＣＵ９２
は、別途のルーチンによって燃料噴射弁４０を駆動制御
し、上記吸気行程噴射量ｑｉｎｊｉに応じた量の燃料を
吸気行程中に噴射し、上記圧縮行程噴射量ｑｉｎｊｃに
応じた量の燃料を圧縮行程中に噴射する。そして、圧縮
行程中の燃料噴射によってエンジン回転数ＮＥの落ち込
みが防止され、吸気行程中の燃料噴射により燃料室１６
内にエンジン１１を良好に運転させるのに必要な燃料量
が供給される。

【００６４】上述のように圧縮行程噴射量ｑｉｎｊｃと
して設定される設定値ｑｉｎｊｃｓｔは、上記ステップ
Ｓ２０５の処理を行う毎に減少する。そのため、エンジ
ン１１が始動完了前の状態から始動完了後の状態へと切
り換えられてから所定時間経過すると、上記ステップＳ
２０６の処理において「ｑｉｎｊｃｓｔ＞Ｑmin 」でな
い旨判断されてステップＳ２０９に進む。ＥＣＵ９２
は、ステップＳ２０９の処理として、設定値ｑｉｎｊｃ
ｓｔを「０」に設定した後、この燃料噴射制御ルーチン
を一旦終了する。このように設定値ｑｉｎｊｃｓｔが
「０」に設定されることで、エンジン１１の始動完了後
における圧縮行程中の燃料噴射が終了する。

【００６５】このような燃料噴射制御ルーチンにおい
て、上記圧縮行程中の燃料噴射を行う期間は、上記ステ
ップＳ２０５における所定値Ｃ２によって決定される。
即ち、所定値Ｃ２が大きくなるほど圧縮行程噴射実行期
間が短くなり、所定値Ｃ２が小さくなるほど圧縮行程噴
射実行期間が長くなる。本実施形態では、上記圧縮行程
噴射が行われる期間が例えば４秒〜５秒となるように上
記所定値Ｃ２が設定されている。

【００６６】一方、ステップＳ２０９の処理によって設
定値ｑｉｎｊｃｓｔが「０」に設定されると、上記テッ
プＳ２０４の処理において「ｑｉｎｊｃｓｔ＝０」であ
る旨判断されてステップＳ２１０へ進むようになる。Ｅ
ＣＵ９２は、ステップＳ２１０の処理として、エンジン
１１における低温時での通常運転を行う。即ち、理論空
燃比での「均質燃焼」を実行してエンジン１１を速やか
に暖機させる。こうしたステップＳ２１０の処理を実行
した後、ＥＣＵ９２は、燃料噴射制御ルーチンを一旦終
了する。

【００６７】ここで、本実施形態におけるエンジン１１
の始動完了後の燃料噴射態様とエンジン回転数ＮＥとの
関係について図１０のタイムチャートを参照して説明す
る。図１０（ｂ）に示す圧縮行程噴射量ｑｉｎｊｃの推
移から明らかなように、本実施形態では、エンジン１１
の始動完了後には圧縮行程噴射量ｑｉｎｊｃが徐々に減
少するため、圧縮行程中に燃料噴射弁４０から噴射され
る燃料噴射量が徐々に減量する。そして、圧縮行程中で
の燃料噴射が行われている間は、「成層燃焼」が行われ
ることとなる。従って、上記のように圧縮行程中の燃料
噴射を時間経過に伴い徐々に減量させることで、「成層
燃焼」が急に終了して「均質燃焼」へと燃焼方式が切り
換えられることがなくなるため、同「成層燃焼」の終了
前後におけるエンジン１１の運転状態はより安定したも
のなる。そして、本実施形態においても、圧縮行程での
燃料噴射に基づく「成層燃焼」によって、エンジン１１
の始動完了直後に、例えば図１０（ａ）に破線で示され
るような態様でエンジン回転数ＮＥが落ち込むことが防
止され、エンジン回転数ＮＥは図１０（ａ）に実線で示
される態様で推移するようになる。

【００６８】以上詳述した処理が行われる本実施形態に
よれば、上記第１実施形態の効果に加え、更に以下に示
す効果が得られるようになる。 ・エンジン１１の始動完了後に行われる圧縮行程での燃
料噴射においては、その燃料噴射量が徐々に減量される
こととなる。従って、圧縮行程での燃料噴射によって行
われる「成層燃焼」が急に終了することがなくなるた
め、同「成層燃焼」の終了前後におけるエンジン１１の
運転状態をより安定したものとすることができる。

【００６９】なお、上記各実施形態は、例えば以下のよ
うに変更することもできる。 ・第１実施形態のステップＳ１０５（図４）の処理にお
いて、所定値Ｃ１をエンジン１１の機関温度（冷却水
温）に基づいて可変としたが、これに代えて固定値とし
てもよい。

【００７０】・第２実施形態のステップＳ２０５（図
９）の処理において、所定値Ｃ２を固定値とする代わり
に、燃料噴射量ｑａｌｌｉｎｊや機関温度（冷却水温）
に基づき可変としてもよい。この場合、機関温度が高い
ほど成層燃焼実行期間が短くなるように所定値Ｃ２を可
変とする。

【００７１】・上記各実施形態では、エンジン１１の冷
却水温を同エンジン１１の機関温度として検出したが、
これに代えてエンジン１１の潤滑油温等を同エンジン１
１の機関温度として検出してもよい。

【００７２】・上記各実施形態では、エンジン回転数Ｎ
Ｅに基づきエンジン１１が始動完了前であるか始動完了
後であるかを判断したが、その判断をスタータ３７のオ
ン・オフに基づいて行ってもよい。通常、図１１に示さ
れるように、スタータ３７はエンジン１１が始動完了後
の状態になってもすぐには停止されないため、スタータ
３７のオフ後、所定期間だけ圧縮行程噴射による「成層
燃焼」を実行するようにすれば、エンジン１１の始動完
了後の成層燃焼を所定期間だけ的確に維持することがで
きる。

【００７３】・上記各実施形態において、圧縮行程中の
燃料噴射以外の方法で「成層燃焼」を行うようにしても
よい。例えば、燃焼室１６へ吸入される空気の流れに吸
気行程中に噴射された燃料をのせ、点火プラグ４１周り
の混合気の燃料濃度を高めるようにして「成層燃焼」を
実現してもよい。

【００７４】・上記各実施形態において、点火プラグ４
１周りの混合気の燃料濃度を高めるために、必ずしも燃
焼室１６に直接燃料を噴射供給する方式を採用する必要
はない。例えば、上記のように燃焼室１６へ吸入される
空気の流れに燃料をのせて点火プラグ４１周りの混合気
の燃料濃度を高める場合には、吸気ポート１７ａ，１７
ｂに燃料噴射弁４０を設け、吸気バルブ１９の裏側に向
けて燃料を噴射するようにしてもよい。

【００７５】・上記各実施形態では、エンジン１１の吸
気行程中に燃料噴射弁４０から燃料室１６内に燃料を直
接噴射供給することにより、燃焼室１６内に均質な混合
気を形成したが、本発明はこれに限定されない。例え
ば、吸気ポート１７ａ，１７ｂ又は同ポート１７ａ，１
７ｂよりも上流側の吸気通路３２に燃料噴射弁を設け、
その燃料噴射弁から燃料を噴射することで吸気通路３２
内に均質な混合気を形成し、その混合気を燃焼室１６内
に供給するようにしてもよい。

【００７６】・上記各実施形態では、エンジン１１の始
動完了後の所定期間、圧縮行程中ででの燃料噴射により
「成層燃焼」を維持するとともに、吸気行程中での燃料
噴射により燃焼室１６内に均質な混合気を形成するよう
にしたが、必ずしも同均質混合気を形成する必要はな
い。即ち、エンジン１１の始動完了後の所定期間に、圧
縮行程での燃料噴射のみを行うようにしてもよい。

【００７７】次に、以上の実施形態から把握することが
できる請求項以外の技術的思想を、その効果とともに以
下に記載する。 （１）請求項２〜５のいずれかに記載の内燃機関の燃料
噴射制御装置において、前記機関温度検出手段によって
検出される機関温度が低いほど、成層燃焼が維持される
前記所定期間を長くすることを特徴とする内燃機関の燃
料噴射制御装置。

【００７８】一般に、機関温度が低いほど同機関の始動
完了後の機関回転数の落ち込みが大きくなるが、同構成
によれば、機関温度が低いほど同機関始動完了後の成層
燃焼実行期間が長くなるため、その成層燃焼実行期間を
機関温度に適したものとすることができる。

【００７９】（２）請求項１記載の内燃機関の燃料噴射
制御装置において、内燃機関を始動させるためのスター
タが停止後、所定期間だけ、前記成層燃焼を維持するこ
とを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

【００８０】同構成によれば、内燃機関が始動完了状態
になってもスタータはすぐには停止されないため、その
スタータの停止後、所定期間だけ成層燃焼を実行するこ
とで、機関始動完了後の成層燃焼を所定期間だけ確実に
維持することができる。

【００８１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、内燃機関
の始動完了直後には、所定期間だけ成層燃焼が実行され
て点火プラグ周りの混合気の燃料濃度が高められるた
め、その混合気の燃焼速度が低下して内燃機関の機関回
転が落ち込むのを防止することができる。

【００８２】請求項２記載の発明によれば、内燃機関の
始動完了後における機関温度に基づき成層燃焼を実行す
る所定期間が決定され、その決定された所定期間が機関
回転数の落ち込みを防止するとともに速やかな内燃機関
の暖機を行うのに適したものとされる。従って、機関回
転数の落ち込み防止と内燃機関の暖機性向上との両立を
図ることができる。

【００８３】請求項３記載の発明によれば、内燃機関始
動完了後の成層燃焼が急に終了することがなくなるた
め、その成層燃焼の終了前後における内燃機関の運転状
態を安定したものとすることができる。

【００８４】請求項４記載の発明によれば、内燃機関の
始動完了後の成層燃焼実行期間中に燃焼室内に均質混合
気を形成することで、始動完了後に内燃機関を良好な運
転状態とするのに十分な燃料を燃焼室に供給することが
できる。

【００８５】請求項５記載の発明によれば、内燃機関の
圧縮行程中に燃焼室内へ燃料を噴射することで、その噴
射燃料がピストン頭部に跳ね返って点火プラグ周りに集
められる。そのため、点火プラグ周りの混合気の燃料濃
度が好適に高められ、内燃機関始動完了後における機関
回転数の落ち込みを好適に防止することができる。ま
た、内燃機関の吸気行程中に燃焼室へ燃料を噴射させる
ことで、その噴射燃料が燃焼室内で拡散されるため、的
確に均質混合気を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の燃料噴射制御装置が適用された
エンジン全体を示す断面図。

【図２】同エンジンにおける吸気及び排気ポートの形状
を示すシリンダヘッドの断面図。

【図３】上記燃料噴射制御装置の電気的構成を示すブロ
ック図。

【図４】第１実施形態における燃料噴射制御手順を示す
フローチャート。

【図５】始動時燃料噴射量を算出する際に参照されるマ
ップ。

【図６】第１実施形態の所定値Ｃ１を算出する際に参照
されるマップ。

【図７】燃料噴射量を算出する際に参照されるマップ。

【図８】第１実施形態でのエンジン始動完了後における
エンジン回転数と圧縮行程噴射量の推移を示すタイムチ
ャート。

【図９】第２実施形態における燃料噴射制御手順を示す
フローチャート。

【図１０】第２実施形態でのエンジン始動完了後におけ
るエンジン回転数と圧縮行程噴射量の推移を示すタイム
チャート。

【図１１】エンジンの始動完了前後におけるスタータの
駆動態様及びエンジン回転数の推移を示すタイムチャー
ト。

【符号の説明】

１１…エンジン、１１ｂ…水温センサ、１４ｃ…クラン
クポジションセンサ、１６…燃焼室、３４…スワールコ
ントロールバルブ（ＳＣＶ）、３５…スワール用モー
タ、３７…スタータ、４０…燃料噴射弁、９２…電子制
御ユニット（ＥＣＵ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関始動時、少なくとも成層燃焼による燃
   焼方式が採用され、成層燃焼を実行すべき燃料噴射制御
   を行い、その後、機関低温時に、燃焼方式が成層燃焼か
   ら均質燃焼へと切り換えられる内燃機関の燃料噴射制御
   装置であって、 内燃機関の始動完了を検出する始動完了検出手段と、該
   検出手段によって内燃機関の始動完了が検出された後、
   所定期間だけ、成層燃焼を実行すべき燃料噴射制御を維
   持し、前記所定期間が経過した後、前記燃焼方式の切り
   換えを実行する制御手段とを備えることを特徴とする内
   燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装
   置において、 内燃機関の機関温度を検出する機関温度検出手段を更に
   備え、前記制御手段は該機関温度検出手段によって検出
   される機関温度に応じて前記所定期間を算出することを
   特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の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完了後の成層燃焼のための燃料
   噴射量を時間経過に伴い減量することを特徴とする内燃
   機関の燃料噴射制御装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関
   の燃料噴射制御装置において、 前記制御手段は機関始動完了後の成層燃焼実行期間中に
   同機関の燃焼室に均質混合気を形成するための燃料噴射
   制御を行うことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装
   置。
5. 【請求項５】請求項４記載の内燃機関の燃料噴射制御装
   置において、 内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段
   を備え、前記制御手段は同機関の圧縮行程中に該燃料噴
   射手段による燃料噴射を行うことで前記成層燃焼を行
   い、且つ同機関の吸気行程中に同燃料噴射手段による燃
   料噴射を行って前記均質混合気を形成することを特徴と
   する内燃機関の燃料噴射制御装置。