火花点火式直噴エンジンの燃料噴射制御装置
【課題】相対的に高圧縮比仕様の火花点火式直噴エンジンＥにおいて、点火プラグ１６のくすぶりを誘発することなく、温間始動時のプレイグニッションの発生を防止する。
【解決手段】エンジンＥの温間始動時に吸気温度が所定以上に高ければ（ステップＳ３）、シリンダＣの圧縮行程において燃料噴射を行う。その際、エンジン回転数が変動しても噴射開始時期及び終了時期の双方が略一定のクランク角度（ＳＯＩ，ＥＯＩ）になるように、例えばクランク角センサ２２からの信号に基づいてインジェクタ１４を制御する（Ｓ６〜Ｓ９）。エンジン回転数が設定値に達するか、吸気負圧が所定以上に大きくなれば、吸気行程噴射に切り替える（Ｓ４，５）。
【解決手段】エンジンＥの温間始動時に吸気温度が所定以上に高ければ（ステップＳ３）、シリンダＣの圧縮行程において燃料噴射を行う。その際、エンジン回転数が変動しても噴射開始時期及び終了時期の双方が略一定のクランク角度（ＳＯＩ，ＥＯＩ）になるように、例えばクランク角センサ２２からの信号に基づいてインジェクタ１４を制御する（Ｓ６〜Ｓ９）。エンジン回転数が設定値に達するか、吸気負圧が所定以上に大きくなれば、吸気行程噴射に切り替える（Ｓ４，５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は火花点火式の直噴エンジンに関し、特に熱効率の向上のために気筒の圧縮比を高めた高圧縮比仕様のものに好適な温間始動時の燃料噴射制御に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来より火花点火式の直噴エンジンにおいては、気筒内の燃焼室を燃料噴霧の気化潜熱によって冷却し、混合気の自着火を抑制することができるので、その分、気筒の幾何学的な圧縮比は高めに設定されて、熱効率の向上が図られている。
【０００３】
しかしながら、例えばアイドル時にエンジンを自動で停止するようにしたもの（アイドルストップ）では、停止中にエンジンの気筒内の空気の温度が上昇する上に、その後の始動の際には吸気通路内で暖められた空気が流入して高温のフル充填状態になる。このため、気筒の圧縮行程では温度及び圧力が非常に高くなり、前記したように幾何学的圧縮比が高いことも相俟って自着火が発生しやすい。
【０００４】
そうして気筒の圧縮行程において混合気が自着火すると（プレイグニッション）、大きな異音が発生して、乗員が違和感を感じやすい。また、自着火によって生成される逆転トルクがエンジン始動の妨げになる虞れもある。
【０００５】
この点につき特許文献１には、前記のようなアイドルストップ後の温間再始動時には、気筒の圧縮行程において温度及び圧力が高くなった所定タイミングで燃料を噴射することによって、効果的に燃焼室を冷却するという技術的事項が開示されている。燃料噴射のタイミングは、ＴＤＣに近い圧縮行程の終盤（例えばＢＴＤＣ２０〜３０°ＣＡくらい）が効果的と考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１８０２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、始動時にはエンジン回転の変動がかなり大きいことから、前記のように気筒の圧縮行程の終盤で燃料を噴射するようにした場合、燃料の噴射終了時期が遅角側にずれることによって、点火プラグのくすぶり、失火等を誘発する虞れがある。
【０００８】
すなわち、一般に始動時には燃料の噴射を所定クランク角度で開始し、所要の燃料量に対応する時間の経過後に終了するのであるが、このときに例えばエンジン回転が瞬間的に跳ね上がると、燃料の噴射終了時期が遅角側にずれてしまうことになり、燃料噴霧の一部が点火タイミングまでに十分に気化しなくなるからである。
【０００９】
一方で、そうした回転変動によりエンジン回転数が瞬間的に落ち込むときには、燃料の噴射終了時期が進角側にずれることになる。これは、燃料噴霧が気化して気筒内を冷却するタイミングがやや過早なものになることを意味し、この場合は、気化潜熱によってプレイグニッションを防止する効果の低下が懸念される。
【００１０】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的は、火花点火式の直噴エンジンにおける温間始動時の燃料噴射の仕方に工夫を凝らして、点火プラグのくすぶりを誘発することなく、プレイグニッションの発生をより確実に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成すべく、本願の請求項１の発明は、気筒内の燃焼室に燃料を直接噴射して、点火プラグにより点火するようにした火花点火式直噴エンジンの燃料噴射制御装置を対象とする。そして、エンジンの温度状態が所定以上に高いときには始動時の所定期間、前記気筒の圧縮行程において燃料の噴射開始時期及び終了時期の双方を、エンジン回転数の変化に依らず略一定のクランク角度になるように制御するものである。
【００１２】
前記の構成により、例えば温間の再始動時のようにエンジンの温度状態が所定以上であれば、その始動初期の所定期間は気筒の圧縮行程において燃焼室の冷却に効果的なタイミングで燃料が噴射され、その気化潜熱によって気筒内の燃焼室が効果的に冷却される。この際、燃料の噴射開始時期及び終了時期の双方が、エンジン回転数の変化に依らず略一定のクランク角度になるよう、例えばクランク角センサからの信号に基づいて制御される。
【００１３】
そのため、エンジンの回転変動が大きな始動時において、例えばエンジン回転数が瞬間的に跳ね上がるときにも、燃料噴射の終了時期が遅角側にずれることはなくなり、点火プラグのくすぶりを誘発することがない。同様にエンジン回転数が瞬間的に落ち込むときにも燃料噴射の終了時期が進角側にずれることはなく、気化潜熱による冷却効果が十分に得られて、自着火をより確実に防止することができる。
【００１４】
前記のような始動時の燃料噴射制御は、例えば気筒の幾何学的な圧縮比が１２以上の高圧縮比仕様のエンジンにおいて特に有効なものである（請求項５）。また、そのような燃料噴射制御を、例えば吸気温度が所定以上のときのように、特に混合気の自着火しやすい状況下でのみ行うようにしてもよい（請求項２）。
【００１５】
すなわち、吸気温度の低いときほど気筒の圧縮行程で自着火の起きる確率は低くなるので、このときには、所定クランク角度で開始した燃料の噴射を、所要の燃料量に対応する時間の経過後に終了する、という一般的な噴射制御を行えばよい。こうすれば、エンジンの始動に要求されるトルクに応じて燃料噴射量を精度良く調量することができ、空燃比の制御性が高くなってエミッションの低減に有利になる。
【００１６】
また、前記のような始動時の噴射制御を行う期間は、クランキングの開始後にエンジン回転が吹け上がって、始動が完了するまでとしてもよいが、エンジン回転の上昇に連れて回転変動が小さくなることを考慮すれば、予め設定したエンジン回転数（例えば５００〜８００ｒｐｍくらい）以上になるまで、としてもよい（請求項３）。
【００１７】
また、吸気通路の負圧が大きくなれば気筒への充填効率が低下して、圧縮行程における温度及び圧力の上昇が抑えられるようになるので、前記始動時の噴射制御は、吸気負圧が所定値（例えば−１００〜−２００ＭＰａくらい）以上になるまで、としてもよい（請求項４）。さらに、そのような期間の判定は、クランキングによってクランク軸の回転した回数に基づいて行うことも可能である。
【発明の効果】
【００１８】
以上、説明したように本発明に係る火花点火式エンジンの燃料噴射制御装置によると、比較的気筒の圧縮比が高い直噴タイプのものにおいて、エンジンの温度状態が所定以上に高いときには始動時の所定期間、気筒の圧縮行程で燃料を噴射するとともに、その噴射の開始及び終了時期の双方を、エンジン回転数の変化に依らず略一定のクランク角度になるように制御することにより、始動時にエンジンの回転が大きく変動しても燃料噴射時期がずれないようになって、点火プラグのくすぶりを誘発することなく、プレイグニッションの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る火花点火式直噴エンジンの概略構成図。
【図２】シリンダ内の燃焼室の構成を概略的に示す斜視図。
【図３】エンジンの制御マップの概要を示す説明図。
【図４】始動時の燃料噴射制御の手順を示すフローチャート図。
【図５】始動時のエンジン回転数の変動とこれによる噴射時期の変化とを対応付けて示すタイムチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２１】
−エンジンの概略構成−
図１は、本発明に係る火花点火式直噴エンジンＥの概略図である。このエンジンＥは、複数のシリンダＣ，Ｃ，…（気筒：図１には１つのみ示す）が形成されたシリンダブロック１と、その上に組み付けられたシリンダヘッド２とを備えている。個々のシリンダＣには、その軸線ｃ１（図２参照）に沿って上下に往復動するようにピストン３が収容されている。ピストン３はコネクティングロッドによって、シリンダブロック１の下部に回転自在に収容されているクランク軸４に連結されている。
【００２２】
より詳しくは図２に示すように、各シリンダＣ毎に往復動するピストン３の上方に燃焼室５が形成されている。燃焼室５の天井部５ａは、シリンダヘッド２の下面に各シリンダＣ毎に形成された窪みであり、図の例では、吸気側及び排気側の２つの傾斜面からなる浅い三角屋根形状とされている。つまり、この例では燃焼室５は所謂ペントルーフ型のものである。
【００２３】
一方、燃焼室５の床部であるピストン３の頂面は、前記の天井部５ａの形状に対応するように中央部が隆起する略台形状とされていて、シリンダＣの幾何学的圧縮比が、かなり高い値（一例として１２以上に）に設定されている。また、その隆起部において、後述するセンタープラグ１６の電極に対応するように半球状のキャビティ３ａが形成されており、その電極付近からの火炎の伝播をできるだけ阻害しないようになっている。
【００２４】
前記燃焼室天井部５ａの吸気側の傾斜面、即ち図２において奥側の傾斜面には、第１、第２の２つの吸気ポート６ａ，６ｂが横並びに、即ちクランク軸方向に並んで開口している。一方、同図には手前側に開口部のみを示すが、燃焼室天井部５ａの排気側傾斜面にも同様に２つの排気ポート７，７が横並びに開口している。
【００２５】
そうして燃焼室５に臨む吸気ポート６ａ，６ｂの開口部にはそれぞれ吸気弁８，８が配設されており、そこから斜め上向きに延びた吸気ポート６ａ，６ｂがシリンダヘッド２の側面に個別に開口して、図１にも示すように吸気通路１０に接続されている。すなわち、サージタンク１１よりも下流側の吸気通路１０は、シリンダＣ毎の独立通路からなる吸気マニホルドとされ、その各独立通路がさらに２つの分岐通路１０ａ，１０ｂに分かれて、それぞれ吸気ポート６ａ，６ｂに個別に連通している。
【００２６】
そして、それら分岐通路１０ａ，１０ｂのうちの一方（図２では左側の第１吸気ポート６ａに連通する分岐通路１０ａ）には、シリンダＣ内の流動を制御するための制御弁１２（Tuｍble Swirl Control Valve：以下、ＴＳＣＶと略称する）が配設されている。このＴＳＣＶ１２が閉じられると吸気は第２吸気ポート６ｂのみから燃焼室５に流入して、スワール流を生成するようになる。
【００２７】
そうして２つの吸気ポート６ａ，６ｂが独立に設けられているのに対し、各シリンダＣ毎の排気ポート７，７は下流側で一つに合流して、シリンダヘッド２の排気側の側面に開口し、図１に示すように排気通路１３に接続されている。この排気通路１３は、各シリンダＣ毎の排気ポート７に連通する独立通路の集合した排気マニホルドを有し、その集合部よりも下流側には、排気ガスを浄化するための触媒（図示省略）が配設されている。
【００２８】
また、各シリンダＣ毎の２つの吸気ポート６ａ，６ｂの下方には、それらの開口部の中間に噴口を臨ませて、そこから燃焼室５の中央付近に向かって燃料を噴射するようにインジェクタ１４（燃料噴射弁）が配設されている。このインジェクタ１４の基端部には４つのシリンダＣ，Ｃ，…に共通の燃料分配管１５（図１にのみ示す）が接続されていて、図示しない高圧燃料ポンプ等から送給される燃料が分配されるようになっている。
【００２９】
さらに、各シリンダＣ毎にシリンダヘッド２には、シリンダ軸線ｃ１に沿って延びるように点火プラグ１６（以下、センタープラグと略称）が配設され、その先端の電極は、燃焼室天井部５ａの中央付近で燃焼室５に臨んでいる。一方、センタープラグ１６の基端側には、図１にのみ示すが点火コイルユニット１７が接続されて、各シリンダＣ毎に所定のタイミングで通電するようになっている。
【００３０】
そうしてセンタープラグ１６を燃焼室５の中央寄りに配置して、ここで混合気に点火するのは、火炎面の燃焼室壁との接触による損失を減らして、良好な火炎の伝播を実現する上で好ましい。加えて図の例では、燃焼室５の周縁部に別の点火プラグ１８（以下、サイドプラグと略称）が配設されており、２点点火による燃焼性のさらなる向上が図られている。
【００３１】
斯かる構成の火花点火式エンジンＥにおいて、ＴＳＣＶ１２の開閉作動、インジェクタ１４の噴射作動、センター及びサイドプラグ１６，１８の点火作動等は、エンジン・コントロールユニット（ＥＣＵ）２０によって制御される。このＥＣＵ２０には、図１に模式的に示すように、少なくとも、エンジン水温センサ２１、クランク角センサ２２に加えて、エアフローセンサ２３、アクセル開度センサ２４、車速センサ２５等からの信号が入力される。
【００３２】
また、図の例ではサージタンク１１の下流側（吸気マニホルド）に吸気温センサ２６が、一方、そのすぐ上流には吸気圧センサ２７がそれぞれ配設され、さらに、公知のイオン電流センサ２８も設けられている。このイオン電流センサ２８は、例えば点火コイルユニット１７に内蔵されていて、センタープラグ１６の電極間を流れるイオン電流に基づきプレイグニッションを検出するために用いられる。
【００３３】
そして、それらのセンサ２１〜２８からの信号を入力してＥＣＵ２０は、図３のような制御マップを参照し、ＴＳＣＶ１２、インジェクタ１４、点火回路１７等の制御を行う。一例としてこのエンジンＥは、概ね全ての運転領域においてシリンダＣの吸気行程で燃料を噴射し、均一燃焼状態とするものであり、図に破線で示す低負荷低回転側においてはＴＳＣＶ１２を閉じて、スワール流を生成する。
【００３４】
また、図の例では５５００未満の低ないし中回転域においてセンター及びサイドプラグ１６，１８の双方によって混合気に点火するようにし（２点点火）、燃焼期間の短縮によって出力の向上や燃費の低減を図っている。尚、５５００ｒｐｍ以上の高回転域では、サイドプラグ１８の過熱に起因するノッキングやプレイグニッションの発生を阻止するために、センタープラグ１６のみの１点点火とする。
【００３５】
−温間再始動時の燃料噴射制御−
ところで、上述の如きエンジンＥを暖機後に一旦、停止した後に再び始動するとき、即ち所定以上に高い温度状態である温間再始動時には、シリンダＣの圧縮行程において点火前に混合気が自着火することがある（プレイグニッション）。これは、エンジンＥの停止中にシリンダＣ内の空気の温度がかなり高くなる上に、その後の再始動の際に吸気通路１０やサージタンク１１内で暖められた高温の空気が流入して、高温のフル充填状態になるからである。
【００３６】
そうして高温のフル充填状態になったシリンダＣの圧縮行程では温度及び圧力が非常に高くなって、混合気の着火温度に達すると急激に燃焼するようになり、このときに大きな異音が発生して、乗員に違和感を感じさせる。また、そうして圧縮行程で発生する急激な燃焼によって逆転トルクが大きくなり、エンジン始動の妨げになる虞れもある。
【００３７】
そこで、この実施形態では、前記のようなエンジンＥの温間再始動時にはシリンダＣの圧縮行程における所定のタイミングで燃料を噴射し、その気化潜熱によって効果的に燃焼室５を冷却するようにしている。すなわち、シリンダＣの圧縮行程ではピストン３の上昇に連れて燃焼室５の温度が上昇し、前記のように高温の空気がフル充填されている状態であればＴＤＣよりも進角側で混合気の着火温度に達する。よって、その少し手前が、気化潜熱による冷却効果を高める上での燃料噴射のベストタイミングと言える。
【００３８】
仮に、前記のベストタイミングよりも進角側で燃料を噴射すれば、その燃料の気化によって混合気の体積が増加してしまい、その圧縮による温度及び圧力の上昇を助長する虞れがある。反対にベストタイミングよりも遅角側で燃料を噴射すると、冷却が間に合わない可能性があるし、一部の燃料噴霧が点火までに十分に気化せず、点火プラグ１６，１８のくすぶりや失火等を引き起こす虞れもある。
【００３９】
斯かる点を考慮してこの実施形態では、前記のようにエンジンＥの温間始動時にシリンダＣの圧縮行程で行う燃料噴射のベストタイミング、即ち、これに対応する噴射終了時期のクランク角度（End of Injection：ＥＯＩ）を予め実験等によって特定し、これを、エンジン水温や吸気温度等に対応付けて温間始動時の燃料噴射時期マップとして設定しておく。そして、この噴射時期マップをＥＣＵ２０のメモリに記憶させて、始動制御に用いるようにしている。
【００４０】
以下に、エンジンＥの始動時の燃料噴射制御の手順を図４のフローチャートに基づいて説明する。このフローは、例えばエンジンＥのクランキング開始と共にスタートし、ステップＳ１では、クランク角センサ２２からの信号に基づいて燃料噴射の演算を行うタイミングかどうか判定する。この噴射演算タイミングは、燃料をシリンダＣの吸気行程で噴射する場合と圧縮行程で噴射する場合とについて、各々吸気行程のＴＤＣ、ＢＤＣよりも所定クランク角度進角側に設定されている（圧縮行程噴射の場合は図５の●を参照）。
【００４１】
そして、前記の噴射演算タイミングになるまでは待機する一方（ＮＯ）、噴射演算タイミングになればステップＳ２に進んで、少なくとも、エンジン水温センサ２１、クランク角センサ２２、エアフローセンサ２３、吸気温センサ２６、吸気圧センサ２７等により計測された各種計測値を読み込む。
【００４２】
続いてステップＳ３において始動時のプレイグニッションが発生しやすい状況かどうか判定する（プレイグ発生予測）。一例としてエンジン水温が５０〜７０°Ｃ以上であり、かつ吸気温度が５０〜７０°Ｃ以上であれば、プレイグニッションが発生しやすいと判定できる。また、特にアイドルストップを行うエンジンであれば、それが停止した後の経過時間によってもプレイグニッションの発生を判定することができる。
【００４３】
その判定がＮＯであればステップＳ４に進み、吸気流量やエンジン回転数に基づいて、また、必要に応じてエンジン水温も加味して燃料噴射量を決定する。すなわち、基本的にはシリンダＣへの吸気の充填効率を計算して、理論空燃比になるように燃料噴射量を決定するものであるが、エンジン水温の低いときには混合気形成が難しく、着火性が低下する虞れがあるので、これに応じて噴射量を増量する。
【００４４】
続いてステップＳ５において、シリンダＣの吸気行程中盤で吸気流速が高くなる時期に対応するように、燃料の噴射時期を設定する。すなわち、予め実験等に基づいて基本的なＥＯＩの適値が設定されており、このＥＯＩとエンジン回転数とから、前記ステップＳ４にて決定した燃料噴射量に相当する開弁時間となるように、燃料の噴射開始時期のクランク角度（Start of Injection：ＳＯＩ）を計算する。
【００４５】
そして、ステップＳ６ではインジェクタ１４を駆動し、前記のように決定したＳＯＩに開弁させるとともに、目標とする燃料噴射量に相当する時間の経過後に閉弁させる。続くステップＳ７では、エンジン回転が吹け上がって設定回転数以上になったかどうか、或いは吸気通路１０の負圧が所定値以上になったかどうか等によって、エンジンＥの始動完了を判定し、この判定がＮＯであればリターンする一方、判定がＹＥＳであれば始動制御を終了する（エンド）。
【００４６】
つまり、例えば冷間始動の際や或いは温間始動であっても吸気温度等が低くて、プレイグニッションの起きる心配がないときには、主にシリンダＣの吸気行程で燃料を噴射し、吸気と十分に混合させた上で点火する。燃料の噴射は、吸気行程において流動の強くなる所定クランク角度で開始し所要の時間経過後に終了することで、エンジンＥの始動に要求されるトルクに対応する燃料量を精度良く噴射することができる。
【００４７】
これに対し、温間始動時であってかつ吸気温度が所定以上に高いときには、前記ステップＳ３においてプレイグニッションが発生しやすい（ＹＥＳ）と判定し、ステップＳ８に進む。ここでは前記ステップＳ４と同様に、吸気流量やエンジン回転数に基づいて基本的な燃料噴射量を決定するとともに、吸気温度やエンジン水温の高いときほど、また、エンジン回転数の低いときほど、プレイグニッションが起こりやすいことを考慮して、つまり、予測されるプレイグニッションの強さに応じて、燃料噴射量を増量する。
【００４８】
続いてステップＳ９において、シリンダＣの圧縮行程終盤のベストタイミングになるように燃料の噴射時期を設定する。すなわち、エンジン水温や吸気温度等に基づいて、上述した温間始動時の燃料噴射時期マップからＥＯＩを読み出し、このＥＯＩと、前記ステップＳ８にて決定した燃料噴射量とエンジン回転数とから、前記ステップＳ５と同様にしてＳＯＩを計算する。
【００４９】
そうして燃料噴射の開始及び終了時期（ＳＯＩ，ＥＯＩ）をそれぞれ決定した上で前記ステップＳ６に進み、今度はＳＯＩとＥＯＩとの双方に基づいてインジェクタ１４を駆動する。すなわち、クランク角センサ２２からの信号に基づいてインジェクタ１４を制御し、それをＳＯＩにて開弁させるとともにＥＯＩにて閉弁させる。それから前記ステップＳ７にてエンジンＥの始動完了を判定し、ＮＯであればリターンする一方、ＹＥＳであれば始動制御を終了する（エンド）。
【００５０】
つまり、プレイグニッションの起こりやすい状況下でエンジンＥを始動するときには、シリンダＣの圧縮行程で燃料を噴射し、その気化潜熱によって燃焼室５を冷却するのであるが、この際に、始動時のエンジン回転数の変動が大きいことを考慮して、燃料の噴射開始時期及び終了時期の双方が、エンジン回転数の変化に依らず略一定のクランク角度（ＳＯＩ，ＥＯＩ）になるように制御するのである。
【００５１】
この点について図５のタイムチャート図を参照して説明すると、まず、始動時にはエンジン回転数が低いことから、同図(a)に模式的に示すようにシリンダＣ毎の燃焼状態に応じてエンジン回転数が大きく変動する。このため、前記吸気行程噴射の場合と同じく燃料の噴射を所定クランク角度（ＳＯＩ）で開始し、所要の燃料量に対応する時間の経過後に終了する、という従来一般的な制御を行うと、同図(b)の如く噴射終了時期（ＥＯＩ）がベストタイミングからずれてしまう。
【００５２】
すなわち、同図(b)において最も左に示すように、＃１シリンダについては、その噴射演算タイミング（●）で決定したＳＯＩにおいて燃料噴射を開始し所要時間の経過後に終了すると、始動時のエンジン回転数の上昇に伴い僅かに進角するものの概ねベストタイミングのＥＯＩにて噴射終了することになる。同様に、左から２番目に示す＃３シリンダについても概ねベストタイミングのＳＯＩ、ＥＯＩにて燃料の噴射が行われる。
【００５３】
しかし、その＃３シリンダで例えば失火が起きると、＃４シリンダの噴射演算タイミング（図の左から３番目に示す）の後にエンジン回転数が瞬間的に落ち込むようになり、＃４シリンダについては燃料噴射の終了時期が進角側にずれてしまう。こうなると、燃料噴霧が気化してシリンダＣ内を冷却するタイミングがやや過早なものになってしまい、その分は気化潜熱による冷却効果が低下することになる。
【００５４】
そして、その結果として＃４シリンダの圧縮行程でプレイグニッションが発生すると、図示のように、＃２シリンダの噴射演算タイミングの後にエンジン回転が瞬間的に跳ね上がり（エンジン回転の急上昇）、今度は＃２シリンダの圧縮行程で行われる燃料噴射の終了時期が遅角側にずれてしまう。こうなると燃料噴霧が点火までに十分に気化しなくなって、センタープラグ１６のくすぶりや失火等を誘発することになる。
【００５５】
これに対し、この実施形態のようにクランク角信号に基づいてインジェクタ１４を駆動し、ＳＯＩにて開弁させるとともにＥＯＩにて閉弁させるようにすれば、同図(c)に示すように燃料の噴射開始及び終了時期は殆どずれることがなく、前記のようにエンジン回転数が大きく変動しても略一定のクランク角度（ＳＯＩ，ＥＯＩ）になる。よって、前記したシリンダＣ内の冷却効果の低下も点火プラグのくすぶりも発生しないのである。
【００５６】
前記図４のフローにおいてステップＳ３，Ｓ６〜Ｓ９は、エンジンＥの温度状態が所定以上に高く、かつ吸気温度が所定以上の温間再始動時に、シリンダＣの圧縮行程において燃料を噴射するとともに、その噴射開始時期及び終了時期の双方をエンジン回転数の変化に依らず略一定のクランク角度（ＳＯＩ，ＥＯＩ）になるように制御する、という温間始動時の噴射制御手順を表している。
【００５７】
そして、その噴射制御手順を実行するＥＣＵ２０が特許請求の範囲に記載の始動時噴射制御手段を構成し、この実施形態において始動時噴射制御手段は、温間再始動時のクランキングの開始から始動完了までの間、前記のような圧縮行程噴射による始動時の制御を行うように構成されている。
【００５８】
したがって、この実施形態に係る火花点火式直噴エンジンＥの燃料噴射制御装置によると、例えばアイドルストップ後の再始動時のようにエンジンの温度状態が高く、かつ吸気温度が所定以上に高いときには、クランキングの開始から完爆までの始動期間においてシリンダＣの圧縮行程で燃料を噴射し、その気化潜熱によりシリンダＣ内の燃焼室５を冷却して、プレイグニッションの発生を効果的に抑制することができる。
【００５９】
しかも、その圧縮行程噴射の開始及び終了時期をいずれも略一定のクランク角度（ＳＯＩ，ＥＯＩ）になるように制御するようにしているので、エンジンＥの回転変動が大きな始動時においても燃料噴射の終了時期が進角ないし遅角側にずれることがない。よって、点火プラグ１６，１８のくすぶりを誘発することなく、プレイグニッションの発生を防止することができる。
【００６０】
一方、冷間始動や或いは温間始動であっても吸気温度等が低くてプレイグニッションの起きる心配がないときには、シリンダＣの吸気行程で従来一般的な燃料噴射制御を行うことで、エンジンＥの始動性を担保しつつ、エミッションの低減にも有利になる。
【００６１】
−その他の実施形態−
本発明の構成は前記実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば前記の実施形態においては、温間再始動時にクランキングの開始からエンジン回転が吹け上がって始動完了するまでの間、シリンダＣの圧縮行程で燃料を噴射するようにしているが、このような燃料噴射制御は、始動完了までではなく、始動の初期に特にプレイグニッションの起こりやすい所定期間だけ行うようにしてもよい。
【００６２】
また、前記の実施形態においては、エンジン水温や吸気温度の高いときに、前記のような温間始動時の燃料噴射制御を行うようにしているが、これに限らず、或いはこれに加えて燃料性状を考慮することも好ましい。
【００６３】
すなわち、例えば公知のノック制御によってエンジンＥの点火時期を進角ないし遅角制御する場合には、現在の点火時期に基づいて燃料のオクタン価を推定することができる。よって、例えばその推定値が所謂レギュラーガソリンに相当する９１ｒｏｎ未満であれば、吸気温度に依らず前記のような燃料噴射制御を行うようにしてもよいし、或いは、推定したオクタン価に応じて、それが低いほど前記のような燃料噴射制御を行うときの吸気温度の閾値を下げるようにしてもよい。
【００６４】
さらに、本発明を適用するエンジンは、前記実施形態のようなツインプラグのものに限らず、一般的なセンタープラグ１６のみのものであってもよいし、センタープラグ１６の他に２本のサイドプラグを備えたものであってもよい。また、４バルブエンジンにも限定されず、例えばシリンダＣ毎に排気ポートが１つの３バルブエンジンであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上、説明したように本発明に係る燃料噴射制御装置は、火花点火式直噴エンジンの温間始動時におけるプレイグニッションの防止に効果があり、一例としてアイドルストップする自動車用エンジンに好適である。
【符号の説明】
【００６６】
Ｅ 火花点火式直噴エンジン
Ｃ シリンダ（気筒）
５ 燃焼室
１４ インジェクタ（燃料噴射弁）
１６ センター点火プラグ
１８ サイド点火プラグ
２０ ＥＣＵ（始動時噴射制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は火花点火式の直噴エンジンに関し、特に熱効率の向上のために気筒の圧縮比を高めた高圧縮比仕様のものに好適な温間始動時の燃料噴射制御に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来より火花点火式の直噴エンジンにおいては、気筒内の燃焼室を燃料噴霧の気化潜熱によって冷却し、混合気の自着火を抑制することができるので、その分、気筒の幾何学的な圧縮比は高めに設定されて、熱効率の向上が図られている。
【０００３】
しかしながら、例えばアイドル時にエンジンを自動で停止するようにしたもの（アイドルストップ）では、停止中にエンジンの気筒内の空気の温度が上昇する上に、その後の始動の際には吸気通路内で暖められた空気が流入して高温のフル充填状態になる。このため、気筒の圧縮行程では温度及び圧力が非常に高くなり、前記したように幾何学的圧縮比が高いことも相俟って自着火が発生しやすい。
【０００４】
そうして気筒の圧縮行程において混合気が自着火すると（プレイグニッション）、大きな異音が発生して、乗員が違和感を感じやすい。また、自着火によって生成される逆転トルクがエンジン始動の妨げになる虞れもある。
【０００５】
この点につき特許文献１には、前記のようなアイドルストップ後の温間再始動時には、気筒の圧縮行程において温度及び圧力が高くなった所定タイミングで燃料を噴射することによって、効果的に燃焼室を冷却するという技術的事項が開示されている。燃料噴射のタイミングは、ＴＤＣに近い圧縮行程の終盤（例えばＢＴＤＣ２０〜３０°ＣＡくらい）が効果的と考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１８０２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、始動時にはエンジン回転の変動がかなり大きいことから、前記のように気筒の圧縮行程の終盤で燃料を噴射するようにした場合、燃料の噴射終了時期が遅角側にずれることによって、点火プラグのくすぶり、失火等を誘発する虞れがある。
【０００８】
すなわち、一般に始動時には燃料の噴射を所定クランク角度で開始し、所要の燃料量に対応する時間の経過後に終了するのであるが、このときに例えばエンジン回転が瞬間的に跳ね上がると、燃料の噴射終了時期が遅角側にずれてしまうことになり、燃料噴霧の一部が点火タイミングまでに十分に気化しなくなるからである。
【０００９】
一方で、そうした回転変動によりエンジン回転数が瞬間的に落ち込むときには、燃料の噴射終了時期が進角側にずれることになる。これは、燃料噴霧が気化して気筒内を冷却するタイミングがやや過早なものになることを意味し、この場合は、気化潜熱によってプレイグニッションを防止する効果の低下が懸念される。
【００１０】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的は、火花点火式の直噴エンジンにおける温間始動時の燃料噴射の仕方に工夫を凝らして、点火プラグのくすぶりを誘発することなく、プレイグニッションの発生をより確実に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成すべく、本願の請求項１の発明は、気筒内の燃焼室に燃料を直接噴射して、点火プラグにより点火するようにした火花点火式直噴エンジンの燃料噴射制御装置を対象とする。そして、エンジンの温度状態が所定以上に高いときには始動時の所定期間、前記気筒の圧縮行程において燃料の噴射開始時期及び終了時期の双方を、エンジン回転数の変化に依らず略一定のクランク角度になるように制御するものである。
【００１２】
前記の構成により、例えば温間の再始動時のようにエンジンの温度状態が所定以上であれば、その始動初期の所定期間は気筒の圧縮行程において燃焼室の冷却に効果的なタイミングで燃料が噴射され、その気化潜熱によって気筒内の燃焼室が効果的に冷却される。この際、燃料の噴射開始時期及び終了時期の双方が、エンジン回転数の変化に依らず略一定のクランク角度になるよう、例えばクランク角センサからの信号に基づいて制御される。
【００１３】
そのため、エンジンの回転変動が大きな始動時において、例えばエンジン回転数が瞬間的に跳ね上がるときにも、燃料噴射の終了時期が遅角側にずれることはなくなり、点火プラグのくすぶりを誘発することがない。同様にエンジン回転数が瞬間的に落ち込むときにも燃料噴射の終了時期が進角側にずれることはなく、気化潜熱による冷却効果が十分に得られて、自着火をより確実に防止することができる。
【００１４】
前記のような始動時の燃料噴射制御は、例えば気筒の幾何学的な圧縮比が１２以上の高圧縮比仕様のエンジンにおいて特に有効なものである（請求項５）。また、そのような燃料噴射制御を、例えば吸気温度が所定以上のときのように、特に混合気の自着火しやすい状況下でのみ行うようにしてもよい（請求項２）。
【００１５】
すなわち、吸気温度の低いときほど気筒の圧縮行程で自着火の起きる確率は低くなるので、このときには、所定クランク角度で開始した燃料の噴射を、所要の燃料量に対応する時間の経過後に終了する、という一般的な噴射制御を行えばよい。こうすれば、エンジンの始動に要求されるトルクに応じて燃料噴射量を精度良く調量することができ、空燃比の制御性が高くなってエミッションの低減に有利になる。
【００１６】
また、前記のような始動時の噴射制御を行う期間は、クランキングの開始後にエンジン回転が吹け上がって、始動が完了するまでとしてもよいが、エンジン回転の上昇に連れて回転変動が小さくなることを考慮すれば、予め設定したエンジン回転数（例えば５００〜８００ｒｐｍくらい）以上になるまで、としてもよい（請求項３）。
【００１７】
また、吸気通路の負圧が大きくなれば気筒への充填効率が低下して、圧縮行程における温度及び圧力の上昇が抑えられるようになるので、前記始動時の噴射制御は、吸気負圧が所定値（例えば−１００〜−２００ＭＰａくらい）以上になるまで、としてもよい（請求項４）。さらに、そのような期間の判定は、クランキングによってクランク軸の回転した回数に基づいて行うことも可能である。
【発明の効果】
【００１８】
以上、説明したように本発明に係る火花点火式エンジンの燃料噴射制御装置によると、比較的気筒の圧縮比が高い直噴タイプのものにおいて、エンジンの温度状態が所定以上に高いときには始動時の所定期間、気筒の圧縮行程で燃料を噴射するとともに、その噴射の開始及び終了時期の双方を、エンジン回転数の変化に依らず略一定のクランク角度になるように制御することにより、始動時にエンジンの回転が大きく変動しても燃料噴射時期がずれないようになって、点火プラグのくすぶりを誘発することなく、プレイグニッションの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る火花点火式直噴エンジンの概略構成図。
【図２】シリンダ内の燃焼室の構成を概略的に示す斜視図。
【図３】エンジンの制御マップの概要を示す説明図。
【図４】始動時の燃料噴射制御の手順を示すフローチャート図。
【図５】始動時のエンジン回転数の変動とこれによる噴射時期の変化とを対応付けて示すタイムチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２１】
−エンジンの概略構成−
図１は、本発明に係る火花点火式直噴エンジンＥの概略図である。このエンジンＥは、複数のシリンダＣ，Ｃ，…（気筒：図１には１つのみ示す）が形成されたシリンダブロック１と、その上に組み付けられたシリンダヘッド２とを備えている。個々のシリンダＣには、その軸線ｃ１（図２参照）に沿って上下に往復動するようにピストン３が収容されている。ピストン３はコネクティングロッドによって、シリンダブロック１の下部に回転自在に収容されているクランク軸４に連結されている。
【００２２】
より詳しくは図２に示すように、各シリンダＣ毎に往復動するピストン３の上方に燃焼室５が形成されている。燃焼室５の天井部５ａは、シリンダヘッド２の下面に各シリンダＣ毎に形成された窪みであり、図の例では、吸気側及び排気側の２つの傾斜面からなる浅い三角屋根形状とされている。つまり、この例では燃焼室５は所謂ペントルーフ型のものである。
【００２３】
一方、燃焼室５の床部であるピストン３の頂面は、前記の天井部５ａの形状に対応するように中央部が隆起する略台形状とされていて、シリンダＣの幾何学的圧縮比が、かなり高い値（一例として１２以上に）に設定されている。また、その隆起部において、後述するセンタープラグ１６の電極に対応するように半球状のキャビティ３ａが形成されており、その電極付近からの火炎の伝播をできるだけ阻害しないようになっている。
【００２４】
前記燃焼室天井部５ａの吸気側の傾斜面、即ち図２において奥側の傾斜面には、第１、第２の２つの吸気ポート６ａ，６ｂが横並びに、即ちクランク軸方向に並んで開口している。一方、同図には手前側に開口部のみを示すが、燃焼室天井部５ａの排気側傾斜面にも同様に２つの排気ポート７，７が横並びに開口している。
【００２５】
そうして燃焼室５に臨む吸気ポート６ａ，６ｂの開口部にはそれぞれ吸気弁８，８が配設されており、そこから斜め上向きに延びた吸気ポート６ａ，６ｂがシリンダヘッド２の側面に個別に開口して、図１にも示すように吸気通路１０に接続されている。すなわち、サージタンク１１よりも下流側の吸気通路１０は、シリンダＣ毎の独立通路からなる吸気マニホルドとされ、その各独立通路がさらに２つの分岐通路１０ａ，１０ｂに分かれて、それぞれ吸気ポート６ａ，６ｂに個別に連通している。
【００２６】
そして、それら分岐通路１０ａ，１０ｂのうちの一方（図２では左側の第１吸気ポート６ａに連通する分岐通路１０ａ）には、シリンダＣ内の流動を制御するための制御弁１２（Tuｍble Swirl Control Valve：以下、ＴＳＣＶと略称する）が配設されている。このＴＳＣＶ１２が閉じられると吸気は第２吸気ポート６ｂのみから燃焼室５に流入して、スワール流を生成するようになる。
【００２７】
そうして２つの吸気ポート６ａ，６ｂが独立に設けられているのに対し、各シリンダＣ毎の排気ポート７，７は下流側で一つに合流して、シリンダヘッド２の排気側の側面に開口し、図１に示すように排気通路１３に接続されている。この排気通路１３は、各シリンダＣ毎の排気ポート７に連通する独立通路の集合した排気マニホルドを有し、その集合部よりも下流側には、排気ガスを浄化するための触媒（図示省略）が配設されている。
【００２８】
また、各シリンダＣ毎の２つの吸気ポート６ａ，６ｂの下方には、それらの開口部の中間に噴口を臨ませて、そこから燃焼室５の中央付近に向かって燃料を噴射するようにインジェクタ１４（燃料噴射弁）が配設されている。このインジェクタ１４の基端部には４つのシリンダＣ，Ｃ，…に共通の燃料分配管１５（図１にのみ示す）が接続されていて、図示しない高圧燃料ポンプ等から送給される燃料が分配されるようになっている。
【００２９】
さらに、各シリンダＣ毎にシリンダヘッド２には、シリンダ軸線ｃ１に沿って延びるように点火プラグ１６（以下、センタープラグと略称）が配設され、その先端の電極は、燃焼室天井部５ａの中央付近で燃焼室５に臨んでいる。一方、センタープラグ１６の基端側には、図１にのみ示すが点火コイルユニット１７が接続されて、各シリンダＣ毎に所定のタイミングで通電するようになっている。
【００３０】
そうしてセンタープラグ１６を燃焼室５の中央寄りに配置して、ここで混合気に点火するのは、火炎面の燃焼室壁との接触による損失を減らして、良好な火炎の伝播を実現する上で好ましい。加えて図の例では、燃焼室５の周縁部に別の点火プラグ１８（以下、サイドプラグと略称）が配設されており、２点点火による燃焼性のさらなる向上が図られている。
【００３１】
斯かる構成の火花点火式エンジンＥにおいて、ＴＳＣＶ１２の開閉作動、インジェクタ１４の噴射作動、センター及びサイドプラグ１６，１８の点火作動等は、エンジン・コントロールユニット（ＥＣＵ）２０によって制御される。このＥＣＵ２０には、図１に模式的に示すように、少なくとも、エンジン水温センサ２１、クランク角センサ２２に加えて、エアフローセンサ２３、アクセル開度センサ２４、車速センサ２５等からの信号が入力される。
【００３２】
また、図の例ではサージタンク１１の下流側（吸気マニホルド）に吸気温センサ２６が、一方、そのすぐ上流には吸気圧センサ２７がそれぞれ配設され、さらに、公知のイオン電流センサ２８も設けられている。このイオン電流センサ２８は、例えば点火コイルユニット１７に内蔵されていて、センタープラグ１６の電極間を流れるイオン電流に基づきプレイグニッションを検出するために用いられる。
【００３３】
そして、それらのセンサ２１〜２８からの信号を入力してＥＣＵ２０は、図３のような制御マップを参照し、ＴＳＣＶ１２、インジェクタ１４、点火回路１７等の制御を行う。一例としてこのエンジンＥは、概ね全ての運転領域においてシリンダＣの吸気行程で燃料を噴射し、均一燃焼状態とするものであり、図に破線で示す低負荷低回転側においてはＴＳＣＶ１２を閉じて、スワール流を生成する。
【００３４】
また、図の例では５５００未満の低ないし中回転域においてセンター及びサイドプラグ１６，１８の双方によって混合気に点火するようにし（２点点火）、燃焼期間の短縮によって出力の向上や燃費の低減を図っている。尚、５５００ｒｐｍ以上の高回転域では、サイドプラグ１８の過熱に起因するノッキングやプレイグニッションの発生を阻止するために、センタープラグ１６のみの１点点火とする。
【００３５】
−温間再始動時の燃料噴射制御−
ところで、上述の如きエンジンＥを暖機後に一旦、停止した後に再び始動するとき、即ち所定以上に高い温度状態である温間再始動時には、シリンダＣの圧縮行程において点火前に混合気が自着火することがある（プレイグニッション）。これは、エンジンＥの停止中にシリンダＣ内の空気の温度がかなり高くなる上に、その後の再始動の際に吸気通路１０やサージタンク１１内で暖められた高温の空気が流入して、高温のフル充填状態になるからである。
【００３６】
そうして高温のフル充填状態になったシリンダＣの圧縮行程では温度及び圧力が非常に高くなって、混合気の着火温度に達すると急激に燃焼するようになり、このときに大きな異音が発生して、乗員に違和感を感じさせる。また、そうして圧縮行程で発生する急激な燃焼によって逆転トルクが大きくなり、エンジン始動の妨げになる虞れもある。
【００３７】
そこで、この実施形態では、前記のようなエンジンＥの温間再始動時にはシリンダＣの圧縮行程における所定のタイミングで燃料を噴射し、その気化潜熱によって効果的に燃焼室５を冷却するようにしている。すなわち、シリンダＣの圧縮行程ではピストン３の上昇に連れて燃焼室５の温度が上昇し、前記のように高温の空気がフル充填されている状態であればＴＤＣよりも進角側で混合気の着火温度に達する。よって、その少し手前が、気化潜熱による冷却効果を高める上での燃料噴射のベストタイミングと言える。
【００３８】
仮に、前記のベストタイミングよりも進角側で燃料を噴射すれば、その燃料の気化によって混合気の体積が増加してしまい、その圧縮による温度及び圧力の上昇を助長する虞れがある。反対にベストタイミングよりも遅角側で燃料を噴射すると、冷却が間に合わない可能性があるし、一部の燃料噴霧が点火までに十分に気化せず、点火プラグ１６，１８のくすぶりや失火等を引き起こす虞れもある。
【００３９】
斯かる点を考慮してこの実施形態では、前記のようにエンジンＥの温間始動時にシリンダＣの圧縮行程で行う燃料噴射のベストタイミング、即ち、これに対応する噴射終了時期のクランク角度（End of Injection：ＥＯＩ）を予め実験等によって特定し、これを、エンジン水温や吸気温度等に対応付けて温間始動時の燃料噴射時期マップとして設定しておく。そして、この噴射時期マップをＥＣＵ２０のメモリに記憶させて、始動制御に用いるようにしている。
【００４０】
以下に、エンジンＥの始動時の燃料噴射制御の手順を図４のフローチャートに基づいて説明する。このフローは、例えばエンジンＥのクランキング開始と共にスタートし、ステップＳ１では、クランク角センサ２２からの信号に基づいて燃料噴射の演算を行うタイミングかどうか判定する。この噴射演算タイミングは、燃料をシリンダＣの吸気行程で噴射する場合と圧縮行程で噴射する場合とについて、各々吸気行程のＴＤＣ、ＢＤＣよりも所定クランク角度進角側に設定されている（圧縮行程噴射の場合は図５の●を参照）。
【００４１】
そして、前記の噴射演算タイミングになるまでは待機する一方（ＮＯ）、噴射演算タイミングになればステップＳ２に進んで、少なくとも、エンジン水温センサ２１、クランク角センサ２２、エアフローセンサ２３、吸気温センサ２６、吸気圧センサ２７等により計測された各種計測値を読み込む。
【００４２】
続いてステップＳ３において始動時のプレイグニッションが発生しやすい状況かどうか判定する（プレイグ発生予測）。一例としてエンジン水温が５０〜７０°Ｃ以上であり、かつ吸気温度が５０〜７０°Ｃ以上であれば、プレイグニッションが発生しやすいと判定できる。また、特にアイドルストップを行うエンジンであれば、それが停止した後の経過時間によってもプレイグニッションの発生を判定することができる。
【００４３】
その判定がＮＯであればステップＳ４に進み、吸気流量やエンジン回転数に基づいて、また、必要に応じてエンジン水温も加味して燃料噴射量を決定する。すなわち、基本的にはシリンダＣへの吸気の充填効率を計算して、理論空燃比になるように燃料噴射量を決定するものであるが、エンジン水温の低いときには混合気形成が難しく、着火性が低下する虞れがあるので、これに応じて噴射量を増量する。
【００４４】
続いてステップＳ５において、シリンダＣの吸気行程中盤で吸気流速が高くなる時期に対応するように、燃料の噴射時期を設定する。すなわち、予め実験等に基づいて基本的なＥＯＩの適値が設定されており、このＥＯＩとエンジン回転数とから、前記ステップＳ４にて決定した燃料噴射量に相当する開弁時間となるように、燃料の噴射開始時期のクランク角度（Start of Injection：ＳＯＩ）を計算する。
【００４５】
そして、ステップＳ６ではインジェクタ１４を駆動し、前記のように決定したＳＯＩに開弁させるとともに、目標とする燃料噴射量に相当する時間の経過後に閉弁させる。続くステップＳ７では、エンジン回転が吹け上がって設定回転数以上になったかどうか、或いは吸気通路１０の負圧が所定値以上になったかどうか等によって、エンジンＥの始動完了を判定し、この判定がＮＯであればリターンする一方、判定がＹＥＳであれば始動制御を終了する（エンド）。
【００４６】
つまり、例えば冷間始動の際や或いは温間始動であっても吸気温度等が低くて、プレイグニッションの起きる心配がないときには、主にシリンダＣの吸気行程で燃料を噴射し、吸気と十分に混合させた上で点火する。燃料の噴射は、吸気行程において流動の強くなる所定クランク角度で開始し所要の時間経過後に終了することで、エンジンＥの始動に要求されるトルクに対応する燃料量を精度良く噴射することができる。
【００４７】
これに対し、温間始動時であってかつ吸気温度が所定以上に高いときには、前記ステップＳ３においてプレイグニッションが発生しやすい（ＹＥＳ）と判定し、ステップＳ８に進む。ここでは前記ステップＳ４と同様に、吸気流量やエンジン回転数に基づいて基本的な燃料噴射量を決定するとともに、吸気温度やエンジン水温の高いときほど、また、エンジン回転数の低いときほど、プレイグニッションが起こりやすいことを考慮して、つまり、予測されるプレイグニッションの強さに応じて、燃料噴射量を増量する。
【００４８】
続いてステップＳ９において、シリンダＣの圧縮行程終盤のベストタイミングになるように燃料の噴射時期を設定する。すなわち、エンジン水温や吸気温度等に基づいて、上述した温間始動時の燃料噴射時期マップからＥＯＩを読み出し、このＥＯＩと、前記ステップＳ８にて決定した燃料噴射量とエンジン回転数とから、前記ステップＳ５と同様にしてＳＯＩを計算する。
【００４９】
そうして燃料噴射の開始及び終了時期（ＳＯＩ，ＥＯＩ）をそれぞれ決定した上で前記ステップＳ６に進み、今度はＳＯＩとＥＯＩとの双方に基づいてインジェクタ１４を駆動する。すなわち、クランク角センサ２２からの信号に基づいてインジェクタ１４を制御し、それをＳＯＩにて開弁させるとともにＥＯＩにて閉弁させる。それから前記ステップＳ７にてエンジンＥの始動完了を判定し、ＮＯであればリターンする一方、ＹＥＳであれば始動制御を終了する（エンド）。
【００５０】
つまり、プレイグニッションの起こりやすい状況下でエンジンＥを始動するときには、シリンダＣの圧縮行程で燃料を噴射し、その気化潜熱によって燃焼室５を冷却するのであるが、この際に、始動時のエンジン回転数の変動が大きいことを考慮して、燃料の噴射開始時期及び終了時期の双方が、エンジン回転数の変化に依らず略一定のクランク角度（ＳＯＩ，ＥＯＩ）になるように制御するのである。
【００５１】
この点について図５のタイムチャート図を参照して説明すると、まず、始動時にはエンジン回転数が低いことから、同図(a)に模式的に示すようにシリンダＣ毎の燃焼状態に応じてエンジン回転数が大きく変動する。このため、前記吸気行程噴射の場合と同じく燃料の噴射を所定クランク角度（ＳＯＩ）で開始し、所要の燃料量に対応する時間の経過後に終了する、という従来一般的な制御を行うと、同図(b)の如く噴射終了時期（ＥＯＩ）がベストタイミングからずれてしまう。
【００５２】
すなわち、同図(b)において最も左に示すように、＃１シリンダについては、その噴射演算タイミング（●）で決定したＳＯＩにおいて燃料噴射を開始し所要時間の経過後に終了すると、始動時のエンジン回転数の上昇に伴い僅かに進角するものの概ねベストタイミングのＥＯＩにて噴射終了することになる。同様に、左から２番目に示す＃３シリンダについても概ねベストタイミングのＳＯＩ、ＥＯＩにて燃料の噴射が行われる。
【００５３】
しかし、その＃３シリンダで例えば失火が起きると、＃４シリンダの噴射演算タイミング（図の左から３番目に示す）の後にエンジン回転数が瞬間的に落ち込むようになり、＃４シリンダについては燃料噴射の終了時期が進角側にずれてしまう。こうなると、燃料噴霧が気化してシリンダＣ内を冷却するタイミングがやや過早なものになってしまい、その分は気化潜熱による冷却効果が低下することになる。
【００５４】
そして、その結果として＃４シリンダの圧縮行程でプレイグニッションが発生すると、図示のように、＃２シリンダの噴射演算タイミングの後にエンジン回転が瞬間的に跳ね上がり（エンジン回転の急上昇）、今度は＃２シリンダの圧縮行程で行われる燃料噴射の終了時期が遅角側にずれてしまう。こうなると燃料噴霧が点火までに十分に気化しなくなって、センタープラグ１６のくすぶりや失火等を誘発することになる。
【００５５】
これに対し、この実施形態のようにクランク角信号に基づいてインジェクタ１４を駆動し、ＳＯＩにて開弁させるとともにＥＯＩにて閉弁させるようにすれば、同図(c)に示すように燃料の噴射開始及び終了時期は殆どずれることがなく、前記のようにエンジン回転数が大きく変動しても略一定のクランク角度（ＳＯＩ，ＥＯＩ）になる。よって、前記したシリンダＣ内の冷却効果の低下も点火プラグのくすぶりも発生しないのである。
【００５６】
前記図４のフローにおいてステップＳ３，Ｓ６〜Ｓ９は、エンジンＥの温度状態が所定以上に高く、かつ吸気温度が所定以上の温間再始動時に、シリンダＣの圧縮行程において燃料を噴射するとともに、その噴射開始時期及び終了時期の双方をエンジン回転数の変化に依らず略一定のクランク角度（ＳＯＩ，ＥＯＩ）になるように制御する、という温間始動時の噴射制御手順を表している。
【００５７】
そして、その噴射制御手順を実行するＥＣＵ２０が特許請求の範囲に記載の始動時噴射制御手段を構成し、この実施形態において始動時噴射制御手段は、温間再始動時のクランキングの開始から始動完了までの間、前記のような圧縮行程噴射による始動時の制御を行うように構成されている。
【００５８】
したがって、この実施形態に係る火花点火式直噴エンジンＥの燃料噴射制御装置によると、例えばアイドルストップ後の再始動時のようにエンジンの温度状態が高く、かつ吸気温度が所定以上に高いときには、クランキングの開始から完爆までの始動期間においてシリンダＣの圧縮行程で燃料を噴射し、その気化潜熱によりシリンダＣ内の燃焼室５を冷却して、プレイグニッションの発生を効果的に抑制することができる。
【００５９】
しかも、その圧縮行程噴射の開始及び終了時期をいずれも略一定のクランク角度（ＳＯＩ，ＥＯＩ）になるように制御するようにしているので、エンジンＥの回転変動が大きな始動時においても燃料噴射の終了時期が進角ないし遅角側にずれることがない。よって、点火プラグ１６，１８のくすぶりを誘発することなく、プレイグニッションの発生を防止することができる。
【００６０】
一方、冷間始動や或いは温間始動であっても吸気温度等が低くてプレイグニッションの起きる心配がないときには、シリンダＣの吸気行程で従来一般的な燃料噴射制御を行うことで、エンジンＥの始動性を担保しつつ、エミッションの低減にも有利になる。
【００６１】
−その他の実施形態−
本発明の構成は前記実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば前記の実施形態においては、温間再始動時にクランキングの開始からエンジン回転が吹け上がって始動完了するまでの間、シリンダＣの圧縮行程で燃料を噴射するようにしているが、このような燃料噴射制御は、始動完了までではなく、始動の初期に特にプレイグニッションの起こりやすい所定期間だけ行うようにしてもよい。
【００６２】
また、前記の実施形態においては、エンジン水温や吸気温度の高いときに、前記のような温間始動時の燃料噴射制御を行うようにしているが、これに限らず、或いはこれに加えて燃料性状を考慮することも好ましい。
【００６３】
すなわち、例えば公知のノック制御によってエンジンＥの点火時期を進角ないし遅角制御する場合には、現在の点火時期に基づいて燃料のオクタン価を推定することができる。よって、例えばその推定値が所謂レギュラーガソリンに相当する９１ｒｏｎ未満であれば、吸気温度に依らず前記のような燃料噴射制御を行うようにしてもよいし、或いは、推定したオクタン価に応じて、それが低いほど前記のような燃料噴射制御を行うときの吸気温度の閾値を下げるようにしてもよい。
【００６４】
さらに、本発明を適用するエンジンは、前記実施形態のようなツインプラグのものに限らず、一般的なセンタープラグ１６のみのものであってもよいし、センタープラグ１６の他に２本のサイドプラグを備えたものであってもよい。また、４バルブエンジンにも限定されず、例えばシリンダＣ毎に排気ポートが１つの３バルブエンジンであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上、説明したように本発明に係る燃料噴射制御装置は、火花点火式直噴エンジンの温間始動時におけるプレイグニッションの防止に効果があり、一例としてアイドルストップする自動車用エンジンに好適である。
【符号の説明】
【００６６】
Ｅ 火花点火式直噴エンジン
Ｃ シリンダ（気筒）
５ 燃焼室
１４ インジェクタ（燃料噴射弁）
１６ センター点火プラグ
１８ サイド点火プラグ
２０ ＥＣＵ（始動時噴射制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内の燃焼室に燃料を直接噴射して、点火プラグにより点火するようにした火花点火式直噴エンジンの燃料噴射制御装置であって、
エンジンの温度状態が所定以上に高いときには始動時の所定期間、前記気筒の圧縮行程において燃料の噴射開始時期及び終了時期の双方を、エンジン回転数の変化に依らず略一定のクランク角度になるように制御する、始動時噴射制御手段を備える
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記始動時噴射制御手段は、吸気温度が所定以上のときに前記始動時の噴射制御を行う、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記始動時噴射制御手段は、クランキングの開始後にエンジン回転数が設定値以上になるまで、前記始動時の噴射制御を行う、請求項１又は２のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記始動時噴射制御手段は、クランキングの開始後に吸気負圧が所定値以上になるまで、前記始動時の噴射制御を行う、請求項１又は２のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
エンジンは、気筒の幾何学的な圧縮比が１２以上の高圧縮比仕様のものである、請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。
【請求項１】
気筒内の燃焼室に燃料を直接噴射して、点火プラグにより点火するようにした火花点火式直噴エンジンの燃料噴射制御装置であって、
エンジンの温度状態が所定以上に高いときには始動時の所定期間、前記気筒の圧縮行程において燃料の噴射開始時期及び終了時期の双方を、エンジン回転数の変化に依らず略一定のクランク角度になるように制御する、始動時噴射制御手段を備える
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記始動時噴射制御手段は、吸気温度が所定以上のときに前記始動時の噴射制御を行う、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記始動時噴射制御手段は、クランキングの開始後にエンジン回転数が設定値以上になるまで、前記始動時の噴射制御を行う、請求項１又は２のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記始動時噴射制御手段は、クランキングの開始後に吸気負圧が所定値以上になるまで、前記始動時の噴射制御を行う、請求項１又は２のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
エンジンは、気筒の幾何学的な圧縮比が１２以上の高圧縮比仕様のものである、請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２８５９０６（Ｐ２０１０−２８５９０６Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３９２３８（Ｐ２００９−１３９２３８）
【出願日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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