JPH11280522A

JPH11280522A - 筒内噴射式エンジンの始動制御装置

Info

Publication number: JPH11280522A
Application number: JP10087241A
Authority: JP
Inventors: Michihiro Imada; 道宏今田; Tatsuo Yamauchi; 健生山内; Masayuki Tetsuno; 雅之鐵野; Kiyotaka Mamiya; 清孝間宮
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-12
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JP3721775B2

Abstract

(57)【要約】【課題】筒内噴射式エンジンにおいて始動時に着火、
燃焼を良好に行わせるようにしつつ燃焼の時期を調整す
ることでトルク変動を抑制し、滑らかなエンジンの始動
を実現する。【解決手段】燃焼室に直接燃料を噴射するインジェク
タ１８を各気筒に設けた多気筒４サイクルの筒内噴射式
エンジンにおいて、インジェクタ１８からの燃料噴射及
び点火プラグ１５による点火時期を制御するＥＣＵ６０
を備える。このＥＣＵ６０は、エンジンの始動開始から
の低回転状態のときに、始動時トルク変動調整制御とし
て、同一気筒に対するインジェクタ１８からの燃料噴射
を圧縮行程後期と膨張行程とに分けて行わせるととも
に、点火を上記圧縮行程後期の燃料噴射と上記膨張行程
の燃料噴射との間の時期に行わせるように制御してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射式エンジ
ンにおいて滑らかなエンジン始動を行わせるように燃料
噴射時期等を制御する始動制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、点火プラグにより点火が行わ
れる火花点火式エンジン（ガソリンエンジン）におい
て、燃焼室内に直接燃料を噴射するように先端を燃焼室
に臨ませたインジェクタを設け、低回転低負荷等の特定
運転領域では圧縮行程でインジェクタから燃料を噴射さ
せることにより点火プラグ付近に可燃混合気を偏在させ
て成層燃焼を行なわせ、燃費改善を図るようにした筒内
噴射式エンジンは知られている。

【０００３】また、この種のエンジンにおける始動時の
制御としては、例えば特開昭６０−５６１４６号公報に
示されるように、エンジンのクランキング中には着火性
を高めるべく圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼を行わ
せ、クランキング終了後は点火プラグの電極のくすぶり
を防止すべく吸気行程で燃料を噴射するようにしたもの
が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、往復動エン
ジンでは、圧縮行程での負のトルクに起因したトルク変
動が生じ、とくにエンジン回転数が極めて低い始動時に
トルク変動が増大し易いという問題があり、上記の特開
昭６０−５６１４６号公報に示されているような装置で
も、始動時のトルク変動の問題を解消することはできな
い。

【０００５】この問題を具体的に説明すると、４サイク
ルエンジンでは、気筒内のピストンの往復作動に応じて
吸気、圧縮、膨張、排気の行程が順次行われ、圧縮上死
点直後における爆発によりピストンを介して出力軸に正
のトルクが与えられるが、圧縮行程では圧縮圧力の上昇
に伴って負のトルクが生じ、この負のトルクは圧縮行程
後半に大きくなる。そして、この負のトルクと正のトル
クとが時間的にずれて作用することでトルク変動が生
じ、時間間隔が長くなる極低回転のエンジン始動時（特
にクランキング時）にトルク変動が増大し易い。

【０００６】このようなエンジン始動時のトルク変動は
フィーリング等の面で好ましくない。とくに、エンジン
とモータとが使い分けられて車両運転中にエンジンが間
欠的に稼働されるハイブリッド車では、走行中等に運転
者の意志に関係なくエンジンが始動されることがあり、
このような場合のトルク変動は運転者に違和感を与え、
フィーリングを悪化させる。

【０００７】上記のトルク変動を抑制するには、多気筒
エンジンにおいて一部の気筒に負のトルクが発生してい
る時期にこれを打ち消すような正のトルクが他の気筒で
生じればよい。

【０００８】しかし、従来のエンジンではこのような作
用は得られ難い。すなわち、例えば４気筒４サイクルエ
ンジンでは第１気筒が圧縮行程にあるときに第２気筒が
膨張行程、第３気筒が吸気行程、第４気筒が排気行程と
いうように各気筒の行程がずれるが、第１気筒が圧縮行
程後半にあって大きな負のトルクを生じているとき、吸
気行程や排気行程にある第３，第４気筒では正のトルク
が得られず、また第２気筒は膨張行程の後半にあって燃
焼による正のトルクが減衰した時期にあるため、上記の
負のトルクを充分に打ち消すことができない。

【０００９】なお、上記筒内噴射式エンジンでは、燃焼
室内への燃料噴射時期を種々変更することが可能であ
り、エンジン始動時に燃焼時期をずらせてトルク変動を
抑制するように噴射時期及び点火時期を調整することが
考えられるが、単に燃焼時期をずらすように調整するだ
けでは着火性が悪くなり、良好に燃焼を行わせることが
困難になる。

【００１０】本発明はこのような事情に鑑み、エンジン
始動時に着火、燃焼を良好に行わせるようにしつつ燃焼
の時期を調整することでトルク変動を抑制し、滑らかな
エンジンの始動を実現することができる筒内噴射式エン
ジンの始動制御装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェク
タを各気筒に設けた多気筒４サイクルの筒内噴射式エン
ジンにおいて、エンジン始動時を判別する始動判別手段
と、この始動判別手段による判別に応じて上記インジェ
クタからの燃料噴射及び点火時期を制御する制御手段と
を備え、この制御手段は、エンジンの始動開始からの低
回転状態のときに、始動時トルク変動調整制御として、
同一気筒に対するインジェクタからの燃料噴射を圧縮行
程後期と膨張行程とに分けて行わせるとともに、点火を
上記圧縮行程後期の燃料噴射と上記膨張行程の燃料噴射
との間の時期に行わせるようになっているものである。

【００１２】この装置によると、上記始動時トルク変動
調整制御が行われているとき、先ず圧縮行程後期の噴射
で点火プラグ付近に形成された混合気がその直後に点火
されて燃焼し、その燃焼が終了する前にこれを火種とし
て、膨張行程での燃料噴射による混合気が燃焼されるこ
とにより、着火性、燃焼性が確保されつつ、膨張行程の
比較的遅い時期まで正のトルクが与えられる。従って、
一部の気筒の圧縮行程と他の気筒の膨張行程とがラップ
するような多気筒４サイクルエンジンにおいて、圧縮行
程の気筒に生じる負のトルクが膨張行程の気筒で得られ
るトルクにより打ち消されて、始動時のトルク変動が抑
制される。

【００１３】とくにエンジンが４気筒以上であれば、一
部の気筒の圧縮行程と他の気筒の膨張行程とが大きくラ
ップすることにより、上記のように始動時のトルク変動
を抑制する作用が良好に得られる。

【００１４】本発明の装置において、上記制御手段によ
る始動時トルク変動調整制御における圧縮行程後期の燃
料噴射の時期を、エンジン温度に応じ、低温になるほど
早めるように変更すれば、低温時には圧縮行程後期の噴
射から点火までの間の燃料の気化、霧化の時間が稼がれ
ることにより、低温時の着火性の悪化が抑制される。

【００１５】さらに、上記制御手段による始動時トルク
変動調整制御における膨張行程の燃料噴射の時期を、エ
ンジン温度に応じ、低温になるほど早めるように変更す
れば、圧縮行程後期の噴射と膨張行程の噴射との間隔が
適正に調整されて、膨張行程で噴射された燃料の着火、
燃焼が良好に行われる。

【００１６】また、上記制御手段による始動時トルク変
動調整制御中の吸気弁の閉弁タイミングを、燃焼室から
吸気ポートへの吸気の吹き返しが生じる程度に遅い時期
に設定しておけば、圧縮行程での負のトルクが低減され
る。しかも、燃料は圧縮行程以後に燃焼室内に直接噴射
されるので、燃料が吹き返されてポート壁面に付着する
というようなことがない。

【００１７】上記制御手段による始動時トルク変動調整
制御は、例えばエンジン回転数がクランキング回転数よ
り高くてアイドル回転数より低い所定回転数になるまで
行うようにすればよく、このようにすればクランキング
中は始動時トルク変動調整制御が行われてトルク変動が
抑制される。

【００１８】このようにする場合に、上記制御手段は、
エンジン回転数が上記所定回転数を越えてから始動完了
までの回転数の急激な上昇期間中は圧縮行程で燃料を噴
射するように制御することが好ましく、このようにする
と回転数上昇期間中は成層燃焼により燃焼性が確保され
つつ燃料噴射量の制御によるトルクの調整で回転数上昇
を適度に規制することができる。

【００１９】また、上記制御手段による始動時トルク変
動調整制御を、エンジンのクランキング開始から所定時
間だけ行うようにしてもよく、このようにすると、トル
ク変動によるフィーリングの悪化を招き易いクランキン
グ開始から所定時間に、トルク変動が抑制される。

【００２０】また本発明の装置は、エンジン及びモータ
を備えて車両運転中にエンジンが間欠的に稼働されるハ
イブリッド車に適用することが効果的であり、この場
合、急加速によるエンジン稼働を除くエンジン始動時に
上記始動時トルク変動調整制御を行うように上記制御手
段が構成されていることが好ましい。このようにする
と、急加速によるエンジン稼働時は始動時トルク変動調
整制御が停止されて急加速のためのトルク確保が優先さ
れ、それ以外のエンジン始動時にはトルク変動が抑制さ
れる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２２】図１は本発明が適用される筒内噴射式エン
ジンの全体構造を概略的に示したものである。この図に
おいて、エンジン本体１は複数の気筒を有し、例えば４
気筒２ａ〜２ｄを有しており（図２参照）、その各気筒
には、シリンダボアに挿入されたピストン４の上方に燃
焼室５が形成されている。この燃焼室５には吸気ポート
７及び排気ポート８が開口し、これらのポート７，８は
吸気弁９及び排気弁１０によってそれぞれ開閉されるよ
うになっている。

【００２３】上記吸気弁９及び排気弁１０はカムシャフ
ト１１，１２等からなる動弁機構により開閉作動される
ようになっている。また、吸気弁９に対する動弁機構に
は、吸気弁９の開閉タイミングを変更可能とするバルブ
タイミング可変装置１３が設けられている。

【００２４】上記燃焼室５の中央部には点火プラグ１５
が配設され、そのプラグ先端が燃焼室５内に臨んでい
る。この点火プラグ１５は点火コイル１６に接続されて
いる。

【００２５】また、燃焼室５内には側方からインジェク
タ１８の先端部が臨み、このインジェクタ１８から燃焼
室５内に直接燃料が噴射されるようになっている。各気
筒のインジェクタ１８は燃料回路２０のデリバリパイプ
２１に接続されている。燃料回路２０は、上記デリバリ
パイプ２１に接続される燃料供給通路２２及びリターン
通路２３を備え、燃料タンク２４と燃料供給通路２２と
の間にタンク内燃料ポンプ２５、フィルタ２６，２７及
び高圧燃料ポンプ２８が配設される一方、リターン通路
２３と燃料タンク２４との間に高圧側プレッシャレギュ
レータ２９及び低圧側プレッシャレギュレータ３０が配
設され、かつ、高圧側プレッシャレギュレータ２９をバ
イパスする通路（図示せず）とこの通路を開閉するバイ
パスバルブ３１が設けられている。

【００２６】そして、上記バイパスバルブ３１の作動に
よって燃圧の変更が可能となっている。すなわち、高圧
燃料ポンプ２８が作動している状態で上記バイパスバル
ブ３１が閉じられたときは高圧側プレッシャレギュレー
タ２９の調圧作用で燃圧が所定の高圧に調整され、上記
バイパスバルブ３１が開かれたときは高圧側プレッシャ
レギュレータ２９が実質的に機能せず低圧側プレッシャ
レギュレータ３０の調圧作用で燃圧が所定の低圧に調整
されるようになっている。

【００２７】また、エンジン本体１には吸気通路４０及
び排気通路４１が接続されている。上記吸気通路４０に
は、その上流側から順に、エアクリーナ４３、エアフロ
ーセンサ４４、モータ４６により駆動されるスロットル
弁４５及びサージタンク４７が設けられている。上記ス
ロットル弁４５に対し、その開度を検出するスロットル
開度センサ４８が設けられている。さらに、スロットル
弁４５をバイパスするＩＳＣ通路５０が設けられ、この
ＩＳＣ通路５０にはこの通路の空気流量をコントロール
するＩＳＣバルブ５１が設けられている。

【００２８】サージタンク４７の下流には気筒別の独立
吸気通路５３が設けられ、各独立吸気通路５３が各気筒
の吸気ポート７に連通している。各独立吸気通路５３に
はスワール制御弁５４が設けられており、このスワール
制御弁５４はステップモータ等のアクチュエータ５５に
より駆動されて開閉作動し、その開閉作動により吸気ス
ワールがコントロールされるようになっている。

【００２９】一方、上記排気通路４１には、排気ガス中
の酸素濃度を検出することによって空燃比を検出するＯ
₂センサ５７が設けられるとともに、その下流に排気ガ
ス浄化用の触媒５８が設けられている。

【００３０】６０はエンジン制御用のコントロールユニ
ット（ＥＣＵ）である。このＥＣＵ６０には上記エアフ
ローセンサ４４、スロットル開度センサ４８及びＯ₂セ
ンサ５７からの各検出信号ａ，ｂ，ｃが入力されるとと
もに、カムシャフト１２に連動するディストリビュータ
６１からエンジン回転数検出等のためのクランク角信号
ｄ及び気筒判別信号ｅが入力され、さらにアクセル開度
（アクセルペダル踏込量）を検出するアクセル開度セン
サ６２、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ６３、
エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ６４等から
の検出信号ｆ，ｇ，ｈも入力されている。

【００３１】また、ＥＣＵ６０からは、インジェクタ１
８に対しインジェクタドライブユニット６６を介して燃
料噴射を制御する信号ｊが出力されるとともに、点火コ
イル１６に対して点火時期を制御する信号ｋが出力さ
れ、またスロットル弁駆動用のモータ４６に対しスロッ
トルドライブユニット６７を介してスロットル開度を制
御する信号ｌが出力され、さらにＩＳＣバルブ５１を制
御する信号ｍ、燃料回路のバイパスバルブ３１を制御す
る信号ｎ、バルブタイミング可変装置１３を制御する信
号ｏ等も出力されている。

【００３２】上記ＥＣＵ６０は、エンジン始動時を判別
する始動判別手段としての機能と、この始動判別手段に
よる判別に応じて燃料噴射及び点火時期の制御を行う制
御手段としての機能とを備えている。そして、始動時ト
ルク変動調整制御として、エンジンの始動開始からの低
回転状態のときに、同一気筒に対するインジェクタから
の燃料噴射を圧縮行程後期と膨張行程とに分けて行わせ
るとともに、点火を上記圧縮行程後期の燃料噴射と上記
膨張行程の燃料噴射との間の時期に行わせるようになっ
ている。

【００３３】本発明の装置はエンジンとモータとを併用
するハイブリッド車に適用することが効果的であり、そ
のハイブリッドシステムの一例を図２に示す。

【００３４】この図において、エンジン本体１の出力軸
に無段変速機７０の入力側のトルクコンバータ７１が連
結され、一方、無段変速機７０の出力側には終減速装置
７２を介して車軸７３が接続されるとともに、モータ兼
発電機７４が接続されている。また、エンジン本体１の
出力軸前端側にはベルト７５等を介してオルタネータ７
６が接続されている。上記モータ兼発電機７４及びオル
タネータ７６はインバータ７７，７８を介してバッテリ
７９に接続されている。

【００３５】そして、ハイブリッドシステム制御用のコ
ントローラ（図１中のＥＣＵ６０もしくはこれとは別の
図外のコントローラ）により、車両の運転状態に応じ、
車両の走行駆動にエンジンとモータ兼発電機７４とが使
い分けられ、例えば低速走行時や加速初期等にエンジン
が停止されるとともに上記モータ兼発電機７４がモータ
として稼働するように制御され、それ以外の運転状態に
おいてエンジンが稼働するように制御される。

【００３６】図３は上記ＥＣＵ６０において行われる始
動制御の一例をフローチャートで示している。このフロ
ーチャートに示す処理は、例えば上記ハイブリッド車に
おいて車両の運転中等に所定のエンジン稼働条件が成立
することによってエンジン始動が開始されたときにスタ
ートする。なお、エンジン稼働条件の判別とそれに応じ
たエンジンの稼働、停止の制御、及びモータ稼働条件の
判別とそれに応じたモータの稼働、停止の制御等を含む
ハイブリッドシステムの制御は、図外の別の制御ルーチ
ンによって行われる。

【００３７】エンジン始動開始に応じて図３のフローチ
ャートに示す処理がスタートすると、先ずステップＳ１
で、クランク角信号から求められるエンジン回転数ｎ
ｅ、アクセル開度センサ６２によって検出されるアクセ
ル開度accel及び水温センサ６４によって検出される水
温Ｔw が読み込まれる。続いてステップＳ２で、エンジ
ン回転数ｎｅが第１設定回転数Ｎ１（所定回転数）より
高いか否かを判定する。第１設定回転数Ｎ１は、クラン
キング回転数より少しだけ高い回転数（例えば３００ｒ
ｐｍ）とされており、従って、ステップＳ２の判定がＮ
Ｏのときはクランキング状態にあり、この判定がＹＥＳ
のときはエンジン回転数がクランキング状態より上昇し
ていることを意味する。

【００３８】上記ステップＳ２の判定がＮＯのときは、
始動時トルク変動調整制御として、インジェクタからの
燃料噴射を圧縮行程後期と膨張行程との２回に分けて行
わせるべく、それぞれの燃料噴射量を決める１回目パル
ス幅及び２回目パルス幅の算出（ステップＳ３，Ｓ４）
が行われるとともに、１回目噴射時期及び２回目噴射時
期の算出（ステップＳ３，Ｓ４）が行われる。この場
合、１回目噴射時期は圧縮行程後期、２回目噴射時期は
膨張行程とされ、かつ、これら１回目，２回目の各噴射
時期及び各パルス幅は、予めこれらと水温との対応関係
を定めたテーブルにより、水温Twの検出値に応じて算出
される。

【００３９】１回目，２回目の各噴射時期と水温との関
係は図４のように設定されている。すなわち、１回目噴
射時期はほぼ圧縮行程後期の範囲で、また２回目噴射時
期は膨張行程の範囲でそれぞれ水温に応じて変えられる
が、いずれも水温が低くなるにつれて早められる。

【００４０】さらにステップＳ２の判定がＮＯのときの
始動時トルク変動調整制御としては、点火時期が１回目
噴射時期と２回目噴射時期との間にセットされる（ステ
ップＳ７）。

【００４１】上記ステップＳ２の判定がＹＥＳとなった
ときは、ステップＳ８で水温Ｔ_W が設定温度Ｔ１より高
い温間時か否かが判定される。そして、温間時であれ
ば、成層領域か否かの判定（ステップＳ９）に基づき、
成層領域であれば成層モードとされ（ステップＳ１
０）、成層領域でなければ均一モードとされる（ステッ
プＳ１１）。ここで、成層領域とは成層燃焼を行うのに
適当な運転領域を意味し、例えば低回転低負荷側の所定
運転領域が予め成層領域と設定されている。また、成層
モードとは、インジェクタから圧縮行程で燃料を噴射し
て点火プラグ付近に混合気を偏在させた状態で点火を行
わせるように燃料噴射時期及び点火時期を制御するモー
ドであり、均一モードとは、インジェクタから吸気行程
で燃料を噴射して燃焼室全体に燃料を均一に拡散させた
状態で点火を行わせるように燃料噴射時期及び点火時期
を制御するモードである。

【００４２】上記ステップＳ８で水温Ｔ_W が設定温度Ｔ
１以下の冷間時であることが判定されたときには、ステ
ップＳ１２でエンジン回転数ｎｅが第２設定回転数Ｎ２
より高いか否かが判定される。上記第２設定回転数Ｎ２
はアイドル回転数に近い回転数（例えば６００ｒｐｍ程
度）である。ステップＳ１２の判定がＮＯのときは、エ
ンジン回転数ｎｅが第１設定回転数Ｎ１から第２設定回
転数Ｎ２までの間にあって、クランキング状態から始動
完了後の運転状態に移行するまでの回転数上昇中にある
ことを意味し、この場合はステップＳ１０に移行して成
層モードとされる。また、ステップＳ１２の判定がＹＥ
Ｓとなったときは、均一モードとされる（ステップＳ１
３）。

【００４３】ステップＳ３〜Ｓ７の処理、またはステッ
プＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１３のいずれかでのモード設定の
後は、ステップＳ１４，Ｓ１５でインジェクタからの１
回目噴射及び２回目噴射が行われる。この場合、ステッ
プＳ３〜Ｓ７の処理を経た場合はその設定に応じて実際
に１回目噴射及び２回目噴射が行われるが、ステップＳ
１０，Ｓ１１，Ｓ１３のいずれかでのモード設定を経た
場合は、原則として１回目噴射だけが吸気行程もしくは
圧縮行程で行われて、２回目噴射は０とされる。

【００４４】以上のような当実施形態の装置によると、
図５中に示す始動開始からのクランキングの期間Ｔ１
と、クランキング後のエンジン回転数上昇の期間Ｔ２
と、始動完了後の期間Ｔ３とで燃料噴射等の制御が適切
に変更され、クランキング中のトルク変動が低減される
とともに、始動から始動後の運転状態への移行がスムー
ズに行われる。

【００４５】すなわち、エンジンの始動開始から第１設
定回転数Ｎ１に達するまでのクランキングの期間Ｔ１に
は、圧縮行程後期と膨張行程とに燃料噴射が行われると
ともにその２回の噴射の間に点火が行われるように制御
される（上記ステップＳ３〜Ｓ７）。このような制御状
態では、先ず圧縮行程後期の１回目の噴射で点火プラグ
付近に形成された混合気が上死点直後に点火されること
によりて良好に着火、燃焼が行われ、その燃焼が終了す
る前にこれを火種として、２回目の燃料噴射による混合
気が燃焼される。このようにして、着火性、燃焼性が確
保されつつ、２回目の燃料噴射による混合気の燃焼によ
り膨張行程の中期ないしは後期まで正のトルクが与えら
れる。

【００４６】この場合、１回目の噴射時期及び点火時期
を着火、燃焼に適した時期とするとともに、１回目の燃
料噴射による燃焼が２回目の燃料噴射まで持続し、か
つ、後述のような負のトルクを打ち消すための適度のト
ルクが２回目の燃料噴射により得られるように、１回目
噴射と２回目噴射との間隔、噴射量の比率等を設定して
おけばよい。

【００４７】また、エンジンの温度が低いときは燃料噴
射から着火までの時間が短いと気化、霧化が悪くなって
着火性が悪化し易くなるが、エンジン始動時におけるエ
ンジン温度（水温）に応じた制御として上記実施形態の
ように、水温が低い程、気化、霧化の時間を稼ぐために
１回目の燃料噴射時期を早めるようにするとともに、こ
れに対応して２回目の燃料噴射時期も水温が低い程早め
るようにすれば、１回目噴射による混合気の着火、燃焼
及びこれを火種とした２回目の噴射による混合気の着
火、燃焼が低温時にも良好に行われる。

【００４８】上記のようなクランキングの期間Ｔ１にお
ける燃料噴射及び点火時期の制御により、一部の気筒の
圧縮行程後期と他の気筒の膨張行程とがラップするよう
な多気筒（一般に４気筒以上）の４サイクルエンジンに
おいて、膨張行程の気筒で与えられる正のトルクが圧縮
行程の気筒で生じる負のトルクを打ち消す作用が得られ
る。この作用を、図６を参照しつつ４気筒４サイクルエ
ンジンの場合を例にとって具体的に説明する。

【００４９】この図に示すように４気筒４サイクルエン
ジンでは、各気筒において吸気、圧縮、膨張、排気の各
行程が順次行われ、かつ第１気筒、第３気筒、第４気
筒、第２気筒の順にクランク角で１８０°ずつ各気筒の
行程がずれることにより、第１気筒の膨張行程と第３気
筒の圧縮行程、第３気筒の膨張行程と第４気筒の圧縮行
程、第４気筒の膨張行程と第２気筒の圧縮行程、第２気
筒の膨張行程と第１気筒の圧縮行程がそれぞれラップす
る。

【００５０】そして、クランキングの期間Ｔ１には上記
のように燃料噴射（図６中のＰ１，Ｐ２）及び点火時期
（図６中のＩＧ）が制御されることにより、例えば上記
第１気筒の膨張行程で与えられる正のトルクが第３気筒
の圧縮行程で生じる負のトルクを打消し、同様に第３気
筒と第４気筒との間、第４気筒と第２気筒との間及び第
２気筒と第１気筒との間でもそれぞれ膨張行程の気筒で
与えられる正のトルクが圧縮行程の気筒に生じる負のト
ルクを打ち消す作用が得られる。

【００５１】従ってクランキング中のトルク変動が抑制
され、フィーリングが向上される。とくに、図２に示す
ようなハイブリッド車では、走行中等にもモータ稼働状
態からエンジン稼働状態への移行時等に運転者の意志に
関係なくエンジンが始動されるが、このような場合のク
ランキング中にもトルク変動によって運転者に違和感を
与えるといった事態が防止される。

【００５２】次に、エンジン回転数ｎｅが第１設定回転
数Ｎ１より高くなるクランキング後の期間Ｔ２には、エ
ンジン回転数を上昇させるためのトルクを与えるように
燃料噴射等が制御される。当実施形態では、エンジン回
転数ｎｅが第１設定回転数Ｎ１から第２設定回転数Ｎ２
までの間は冷間時、温間時のいずれにおいても成層モー
ドとされ、圧縮行程で燃料噴射が行われて、成層燃焼が
行われる。そして、この成層モードで燃料噴射量が適度
に制御されることにより、始動完了後の運転状態への移
行がスムーズに行われる。

【００５３】つまり、一般のエンジンではクランキング
後にエンジン回転数が図５中に二点鎖線で示すように急
激に上昇し、一旦オーバーシュートしてから始動後の回
転数になるが、上記ハイブリッド車で運転者の意志に関
係なくエンジンが始動された場合等にこのような回転数
変動は運転者に違和感を与えるため、急激な回転数上昇
やオーバーシュートを避けるようにエンジン出力を調整
することが要求される。ところが、上記第２設定回転数
Ｎ２以下の低回転時には小さいスロットル開度でも吸入
空気量が飽和状態に達して吸入空気量のコントロールが
難しく、このような状況下では均一燃焼によると所定空
燃比とすべく吸入空気量に見合う燃料を供給する必要が
あるのでエンジン出力を抑えるような制御が難しい。

【００５４】これに対し、上記期間Ｔ２に成層モードと
すると、空気が過剰な状態で成層燃焼により燃焼性が確
保され、吸入空気量のコントロールが難しい低回転時に
も燃料噴射量の制御によりエンジン出力を適切に調整す
ることができ、これにより図５中に実線で示すようにエ
ンジン回転数上昇を適度に緩やかにするとともにオーバ
ーシュートを防止し、スムーズに始動後の状態へ移行さ
せることができる。

【００５５】また、エンジン回転数が第２設定回転数Ｔ
２よりも高くなって始動が完了した後（図５中の期間Ｔ
３）は、冷間時であれば吸気行程で燃料が噴射される均
一モードとされることにより燃料の気化、霧化が促進さ
れて燃焼性が高められる。また、温間時には運転領域に
応じて成層モードまたは均一モードとされる。

【００５６】図７は始動制御の第２の実施形態をフロー
チャートで示している。この実施形態では、図３に示す
第１の実施形態と同様の制御（ステップＳ１〜Ｓ１５）
に加え、始動時トルク変動調整制御中における吸気弁の
閉弁タイミングを、燃焼室から吸気ポートへの吸気の吹
き返しが生じる程度に遅い時期とし、例えばクランク角
でＡＢＤＣ１００°程度とするように、バルブタイミン
グ可変装置１３を制御している。

【００５７】すなわち、このフローチャートにおいて
は、ステップＳ１５までの処理に続き、ステップＳ１６
でエンジン回転数ｎｅが第２設定回転数Ｎ２より高いか
否かが判定され、第２設定回転数Ｎ２以下であればステ
ップＳ１７でバルブタイミング可変装置（ＶＶＴ）１３
が遅閉じ（燃焼室から吸気ポートへの吸気の吹き返しが
生じる程度に遅い時期）とされ、第２設定回転数Ｎ２よ
り高ければステップＳ１８でバルブタイミング可変装置
（ＶＶＴ）１３が通常の制御とされる。

【００５８】この実施形態によると、エンジン始動時に
吸気弁の閉弁タイミングが上記遅閉じとされることで有
効圧縮比が低減されることにより、圧縮行程で生じる負
のトルクが小さくなり、これによってもクランキング等
におけるトルク変動が抑制される。また、エンジン始動
中は燃料が圧縮行程以後に燃焼室に直接噴射されるの
で、このように遅閉じとされても、燃料が吹き返されて
ポート壁面に付着するというようなことがなく、エンジ
ン始動時の燃焼安定性が確保される。

【００５９】図８は始動制御の第３の実施形態をフロー
チャートで示しており、図３のフローチャート中の処理
と同じ処理を行うステップは同一符号を付している。こ
の実施形態では、急加速によるエンジン稼働時以外は図
３に示す第１の実施形態と同様の制御を行うが、急加速
によるエンジン稼働時における加速開始からの所定時間
はトルク確保を優先させるような制御に切換るようにし
ている。

【００６０】すなわち、このフローチャートにおいて
は、ステップＳ１に続いてステップＳ１０１で、アクセ
ル開度変化率acceldが所定の急加速判定値Ａ１より小さ
いか否かが判定され、アクセル開度変化率acceldが急加
速判定値Ａ１以上となるときはタイマに所定時間ＴＭ１
がセットされる（ステップＳ１０２）。このタイマの値
は時間経過と共に減少する。

【００６１】次にステップＳ２でエンジン回転数ｎｅが
第１設定回転数Ｎ１より高いか否かが判定され、第１設
定回転数Ｎ１以下のときはステップＳ１０３でタイマが
「０」か否かが判定されて、タイマが「０」のときに１
回目、２回目の各パルス幅及び各噴射時期の算出並びに
点火時期のセット（ステップＳ３〜Ｓ７）が行われる。

【００６２】また、エンジン回転数ｎｅが第１設定回転
数Ｎ１より高いときは、ステップＳ８で水温Ｔ_W が設定
温度Ｔ１より高い温間時か否かが判定され、温間時であ
れば、成層領域か否かの判定とそれに応じた成層モー
ド、均一モードの選択（ステップＳ９〜Ｓ１１）が行わ
れ、冷間時であればステップＳ１０４でタイマが「０」
か否かが判定されて、タイマが「０」のときにエンジン
回転数ｎｅが第２設定回転数Ｎ２より高いか否かの判定
とそれに応じた均一モード、成層モードの選択（ステッ
プＳ１２，Ｓ１３，Ｓ１０）が行われる。

【００６３】上記ステップＳ１０３でタイマが「０」で
ないと判定されたときは、ステップＳ９〜Ｓ１１での領
域判定に応じた成層モード、均一モードの選択が行わ
れ、また、ステップＳ１０４でタイマが「０」でないと
判定されたときはステップＳ１３に移って均一モードが
選択される。

【００６４】この実施形態によると、エンジン始動時で
あってもアクセル開度変化率acceldが大きい急加速時の
所定時間は、クランキング中のトルク変動調整制御（ス
テップＳ３〜Ｓ７）及びクランキング後の回転数上昇を
緩やかにするための制御が停止され、トルクを稼ぐのに
有利なように運転領域や水温に応じて成層モード、均一
モードが選択される。

【００６５】従って、アクセルペダルが急激に踏み込ま
れるような急加速によるエンジン稼働時はトルク確保が
優先されて運転者の加速要求が満足される。そして、急
加速時以外のエンジン始動時には、第１の実施形態と同
様にトルク変動の抑制等によりフィーリングが向上され
る。

【００６６】なお、本発明の装置による始動時の制御
は、上記各フローチャートに示す例以外にも種々変更可
能である。

【００６７】例えば、上記各フローチャートに示す例で
は始動時トルク変動調整制御（ステップＳ３〜Ｓ７）を
第１設定回転数に達するまで行うようにしているが、ト
ルク変動による違和感はとくにクランキング開始直後に
大きいため、クランキング開始から所定時間（数秒間）
だけ始動時トルク変動調整制御を行うようにしてもよ
い。

【００６８】また、本発明はハイブリッド車のエンジン
に適用した場合に特に効果的であるが、ハイブリッド車
以外のエンジンに適用した場合でも始動時のトルク変動
を抑制する作用が得られることに変りはなく、フィーリ
ング向上等に有効である。

【００６９】

【発明の効果】以上のように本発明は、エンジンの始動
開始からの低回転状態のときに、始動時トルク変動調整
制御として、同一気筒に対するインジェクタからの燃料
噴射を圧縮行程後期と膨張行程とに分けて行わせるとと
もに、点火を上記圧縮行程後期の燃料噴射と上記膨張行
程の燃料噴射との間の時期に行わせるようになっている
ため、一部の気筒の圧縮行程と他の気筒の膨張行程とが
ラップするような多気筒４サイクルにおいて、エンジン
始動時に、圧縮行程の気筒に生じる負のトルクを膨張行
程の気筒での膨張行程中の燃焼によるトルクで打ち消し
て、トルク変動を抑制し、滑らかなエンジン始動を行わ
せることができる。

【００７０】とくに、この始動時トルク変動調整制御で
は圧縮行程後期に噴射された燃料が着火されてからこれ
を火種として膨張行程での燃料噴射による混合気が燃焼
されるようにしているので、着火、燃焼を良好に行わせ
つつ膨張行程で正のトルクを与えることができ、始動時
のトルク変動抑制を有効に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の始動制御装置を備えたエンジンの一例
を示す概略図である。

【図２】本発明の適用の一例として示すハイブリッド車
の駆動系の概略図である。

【図３】始動時制御の第１の実施形態を示すフローチャ
ートである。

【図４】水温と燃料噴射時期との関係を示す図である。

【図５】始動時のエンジン回転数の時間的変化を示す図
である。

【図６】４気筒４サイクルエンジンの各行程と燃料噴射
時期及び点火時期を示す説明図である。

【図７】始動時制御の第２の実施形態を示すフローチャ
ートである。

【図８】始動時制御の第３の実施形態を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１エンジン本体２ａ〜２ｄ気筒５燃焼室１３バルブタイミング可変装置１５点火プラグ１８インジェクタ６０コントロールユニット６２アクセル開度センサ６４水温センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/04 ３３０Ｆ０２Ｄ 41/04 ３３０Ｌ３３５３３５Ｅ３３５Ｊ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１ＢＦ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｅ (72)発明者間宮清孝広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室に直接燃料を噴射するインジェク
タを各気筒に設けた多気筒４サイクルの筒内噴射式エン
ジンにおいて、エンジン始動時を判別する始動判別手段
と、この始動判別手段による判別に応じて上記インジェ
クタからの燃料噴射及び点火時期を制御する制御手段と
を備え、この制御手段は、エンジンの始動開始からの低
回転状態のときに、始動時トルク変動調整制御として、
同一気筒に対するインジェクタからの燃料噴射を圧縮行
程後期と膨張行程とに分けて行わせるとともに、点火を
上記圧縮行程後期の燃料噴射と上記膨張行程の燃料噴射
との間の時期に行わせるようになっていることを特徴と
する筒内噴射式エンジンの始動制御装置。
【請求項２】エンジンが４気筒以上であることを特徴
とする請求項１記載の筒内噴射式エンジンの始動制御装
置。
【請求項３】上記制御手段による始動時トルク変動調
整制御における圧縮行程後期の燃料噴射の時期を、エン
ジン温度に応じ、低温になるほど早めるように変更する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の筒内噴射式
エンジンの制御装置。
【請求項４】上記制御手段による始動時トルク変動調
整制御における膨張行程の燃料噴射の時期を、エンジン
温度に応じ、低温になるほど早めるように変更すること
を特徴とする請求項３記載の筒内噴射式エンジンの制御
装置。
【請求項５】上記制御手段による始動時トルク変動調
整制御中の吸気弁の閉弁タイミングを、燃焼室から吸気
ポートへの吸気の吹き返しが生じる程度に遅い時期に設
定したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項６】上記制御手段による始動時トルク変動調
整制御を、エンジン回転数がクランキング回転数より高
くてアイドル回転数より低い所定回転数になるまで行う
ようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
に記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項７】上記制御手段は、エンジン回転数が上記
所定回転数を越えてから始動完了までの回転数の急激な
上昇期間中は圧縮行程で燃料を噴射するように制御する
ことを特徴とする請求項６記載の筒内噴射式エンジンの
制御装置。
【請求項８】上記制御手段による始動時トルク変動調
整制御を、エンジンのクランキング開始から所定時間だ
け行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記
載の筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項９】エンジン及びモータを備えて車両運転中
にエンジンが間欠的に稼働されるハイブリッド車に用い
られる筒内噴射式エンジンの制御装置であって、急加速
によるエンジン稼働を除くエンジン始動時に上記始動時
トルク変動調整制御を行うように上記制御手段が構成さ
れていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに
記載の筒内噴射式エンジンの制御装置。