CN106460712A - 用于内燃发动机的燃料喷射控制装置 - Google Patents

Abstract

在其中燃料朝形成在活塞的顶面中的凹腔喷射的缸内喷射式火花点火内燃发动机中，当在压缩冲程期间执行用于将燃料分割和喷射多次的分割喷射时，至少在第一期间中将作为燃料喷射阀的阀体在燃料喷射期间的移动量的最大值的到达升程量设定为随着内燃发动机的曲柄角接近压缩上死点而越大的值。

Description

用于内燃发动机的燃料喷射控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于其中燃料朝形成在活塞的顶面中的凹腔喷射的缸内喷射式火花点火内燃发动机的燃料喷射控制装置。

背景技术

已知将燃料直接喷射到气缸内并且在点火时点在火花塞附近形成具有良好的着火性的空燃混合物，以便实施分层充气燃烧。在分层充气燃烧中，稀空燃混合物可在整个气缸中燃烧。这能有效地改善燃料消耗率。在一般的分层充气燃烧中，燃烧喷射阀从设定在压缩冲程的后半段中的燃料喷射开始的时点打开喷射必要的燃料量所需的时长。如上所述喷射的燃料进入形成在活塞中的凹腔(以下可称为“活塞凹腔”)。然后，所喷射的燃料从燃烧室的壁面吸热，并且由于活塞凹腔的内壁的形状而在偏向朝向火花塞的方向的同时气化。因此，在火花塞附近形成具有良好的着火性的空燃混合物。

然而，如果例如与高负荷时等的必要燃料量的增大对应地增大燃料喷射量，则所喷射的燃料被来自燃烧室的壁面的热气化并且形成可燃的空燃混合物所需的期间延长。为了确保该期间，不得不将燃料喷射终止的时点设定得较早。结果，在压缩冲程的后半段所能喷射的燃料量必然减少。因此，当必要燃料量在一定量以上时，难以实现分层充气燃烧。同时，由于如上所述分层充气燃烧能有效改善燃料消耗率，所以希望在范围更宽的发动机运转状态下实施分层充气燃烧。

鉴于上述情况，已提出使用具有缝形喷射孔的燃料喷射阀，以便将燃料作为扇形的喷雾喷射。这样作为扇形的喷雾喷射的燃料可从活塞凹腔的内壁的更宽范围吸热。因此，可在短期间内形成可燃的空燃混合物。因此，与使用具有一般的喷射孔的燃料喷射阀来将燃料作为圆锥形的喷雾喷射的情况相比，可延迟燃料喷射终止的时点。因此，可增加在压缩冲程的后半段所能喷射的燃料量。根据这种技术，分层充气燃烧区域可扩大至高负荷侧(例如，参照日本专利申请公报No.09-158736(JP 09-158736 A))。

如上所述，在包括活塞凹腔的缸内喷射式火花点火内燃发动机中，已提出各种技术来确保可靠的着火性并允许分层充气燃烧区域扩大至高负荷侧。尽管如此，在一些情况下依然难以确保稳定的分层充气燃烧。

发明内容

包括活塞凹腔并且具有实施分层充气燃烧的目的的缸内喷射式火花点火内燃发动机中的燃料喷射阀沿相对于活塞的上下运动方向限定出一定角度的方向朝活塞凹腔喷射燃料。活塞凹腔的内壁呈这样的形状形成，即如上所述喷射并进入活塞凹腔的燃料喷雾与活塞凹腔的内壁的形状对应地偏向朝向火花塞的方向(参照图18B)。

然而，如图18A中的箭头所示，在当燃料喷射阀和活塞之间的距离大时喷射具有高动量(贯穿力)(即，在高速下)的燃料喷雾的情况下，燃料喷雾可能无法进入活塞凹腔。如上所述无法进入活塞凹腔的燃料喷雾未通过活塞凹腔偏向朝向火花塞的方向。因此，无法在火花塞附近形成具有良好的着火性的空燃混合物。结果，分层充气燃烧可能不稳定。

鉴于上述情况，作为认真研究的结果，发明人认为通过与燃料喷射阀和活塞之间的距离对应地调节从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)，可确保稳定的分层充气燃烧。更具体地，发明人发现，通过在燃料喷射阀和活塞之间的距离大的压缩冲程喷射的初期执行所谓的“部分升程喷射”，可确保稳定的分层充气燃烧。部分升程喷射是指通过将在燃料喷射阀喷射燃料时阀体的移动量的最大值(即，到达升程量)减至比通常情况小来喷射燃料。在部分升程量中，可减小从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)。

根据本发明的一方面的用于缸内喷射式火花点火内燃发动机的燃料喷射控制装置，所述缸内喷射式火花点火内燃发动机包括：活塞，所述活塞在顶面中设置有凹腔；和燃料喷射阀，所述燃料喷射阀构造成伴随着阀体从阀座的移动从喷射孔朝所述凹腔喷射燃料。所述燃料喷射控制装置包括电子控制单元。所述电子控制单元配置成：i)使所述阀体移动并改变到达升程量，所述到达升程量是所述阀体的移动量的最大值；ii)将所述燃料喷射阀控制成使得在所述内燃发动机的压缩冲程的至少第一期间中实行燃料被分割和喷射多次的分割喷射；以及iii)将所述到达升程量设定成使得对于所述第一期间中的各喷射而言的到达升程量随着所述内燃发动机的曲柄角接近压缩上死点而增大。

如上所述，在根据本发明的所述一方面的燃料喷射控制装置中，在内燃发动机的压缩冲程的至少第一期间中通过分割喷射而喷射燃料，并且燃烧喷射阀的阀体的到达升程量被设定为随着时间越接近第一期间的初期而越小的值。换言之，至少在第一期间的初期的喷射以部分升程喷射的形式执行。这样，在燃料喷射阀和活塞之间的距离比较大的情况下，从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)小(参照图8B)。结果，无法进入活塞凹腔的燃料喷雾量如上所述减少，并且用于在火花塞附近形成具有良好的着火性的可燃的空燃混合物的燃料喷雾量增加。这样，能确保稳定的分层充气燃烧。

此外，在本发明的另一方面中，所述电子控制单元可配置成：i)使所述燃料喷射阀在所述第一期间之前的第二期间中喷射燃料至少一次；以及ii)将所述到达升程量设定成使得对于所述第二期间中的各喷射而言的到达升程量小于对于所述第一期间中的初始喷射而言的到达升程量。据此，在第一期间之前的第二期间中喷射的燃料具有相当小的动量。这种燃料喷雾不会贯穿“由于活塞和燃料喷射阀之间的距离大而具有大容积的燃烧室”行进。确切而言，燃料喷雾的至少一部分(理想而言更多)容易滞留在燃料喷射阀附近(燃烧室的上部)。因此，在第二期间中喷射的燃料在活塞后来上升时容易被捕集在活塞凹腔内，并且因此能对形成具有良好的着火性的可燃的空燃混合物做出贡献。结果，更多燃料可用于形成可燃的空燃混合物。

同时，在压缩冲程中的燃料喷射(以下可称为“压缩冲程喷射”)的末期，燃料喷射阀和活塞之间的距离小。因此，紧接在从燃料喷射阀喷射之后的具有高动量(贯穿力)的燃料喷雾撞击活塞的顶面。因此，可能发生活塞的顶面和/或活塞的内壁被燃料润湿的所谓的“燃料润湿”状态。如果发生燃料润湿状态，则可能产生例如烟气、颗粒物质(PM)等。

鉴于上述情况，在本发明的又一方面中，所述电子控制单元可配置成：i)使所述燃料喷射阀在所述第一期间之后的第三期间中喷射燃料至少一次；以及ii)将对于所述第三期间中的各喷射而言的到达升程量维持在规定值。据此，可以避免在燃料喷射阀和活塞之间的距离小的压缩冲程喷射的末期到达升程量被设定为更大的值。结果，如上所述，可抑制润湿活塞的顶面和/或活塞凹腔的内壁的燃料量(以下可称为“润湿量”)的增大。因此，能降低产生烟气、PM等的几率。

或者，在本发明的再一方面中，所述电子控制单元可配置成：i)使所述燃料喷射阀在所述第一期间之后的第三期间中喷射燃料至少一次；以及ii)将所述到达升程量设定成使得对于所述第三期间中的各喷射而言的到达升程量随着所述内燃发动机的曲柄角接近压缩上死点而减小。据此，到达升程量被设定为随着时间越接近燃料喷射阀和活塞之间的距离小的压缩冲程喷射的末期而越小的值。结果，能更可靠地抑制润湿量的增大，并且更可靠地降低产生例如烟气、PM等的几率。

附图说明

下面将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：

图1是根据本发明的一种实施方式(第一模式)的燃料喷射控制装置所应用的内燃发动机的示意图；

图2是图1所示的燃料喷射阀的剖视图；

图3是图2所示的燃料喷射阀停止喷射时该燃料喷射阀的末端部的剖视图；

图4是图2所示的燃料喷射阀实行高升程喷射时所述燃料喷射阀的末端部的剖视图；

图5是图2所示的燃料喷射阀实行低升程喷射时所述燃料喷射阀的末端部的剖视图；

图6A是用于显示最大升程喷射中的针升程量的时间变化的示意性图表，图6B是用于显示低升程喷射中的针升程量的时间变化的示意性图表；

图7是用于显示在通过根据第一模式的燃料喷射控制装置在发动机的压缩冲程中执行分割喷射的情况下的活塞位置、燃料喷射阀的升程量和从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)相对于曲柄角的推移的示意性图表；

图8A、图8B和图8C分别是通过根据第一模式的燃料喷射控制装置实施的压缩冲程喷射的初期、中期1和中期2的燃料喷雾和活塞位置的状况的示意图；

图9是用于说明在第一模式中的燃料喷射控制流程中实行的各种例程的流程的流程图；

图10A、图10B、图10C和图10D分别是在压缩冲程中燃料喷射量持续增大的情况下在初期、中期1、中期2和后期的燃料喷雾和活塞位置的状况的示意图；

图11是用于显示在通过根据本发明的第三实施方式(第三模式)的燃料喷射控制装置在发动机的压缩冲程中执行分割喷射的情况下的活塞位置、燃料喷射阀的升程量和从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)相对于曲柄角的推移的示意性图表；

图12A、图12B、图12C和图12D分别是在通过根据第三模式的燃料喷射控制装置实施的压缩冲程喷射的初期、中期1、中期2和后期的燃料喷雾和活塞位置的状况的示意图；

图13是用于说明在第三模式中的燃料喷射控制流程中实行的各种例程的流程的流程图；

图14是用于显示在通过根据本发明的第四实施方式(第四模式)的燃料喷射控制装置在发动机的压缩冲程中执行分割喷射的情况下的活塞位置、燃料喷射阀的升程量和从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)相对于曲柄角的推移的示意性图表；

图15A、图15B、图15C、图15D和图15E分别是在通过根据第四模式的燃料喷射控制装置实施的压缩冲程喷射的初期、中期1、中期2、后期1和后期2的燃料喷雾和活塞位置的状况的示意图；

图16是用于说明在第四模式中的燃料喷射控制流程中实行的各种例程的流程的流程图；

图17是用于显示在通过根据常规技术的燃料喷射控制装置在发动机的压缩冲程中执行分割喷射的情况下的活塞位置、燃料喷射阀的升程量和从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)相对于曲柄角的推移的示意性图表；以及

图18A和图18B是在通过根据常规技术的燃料喷射控制装置实施的压缩冲程喷射的初期和中期的燃料喷雾和活塞位置的状况的示意图。

具体实施方式

如上所述，按照根据本发明的燃料喷射控制装置，在包括活塞凹腔的缸内喷射式火花点火内燃发动机中确保了可靠的着火性/可燃性，并且因此能确保稳定的分层充气燃烧。更具体地，在根据本发明的燃料喷射控制装置中，通过在燃料喷射阀和活塞之间的距离大的压缩冲程喷射的初期执行部分升程喷射来减小从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)。结果，能在火花塞附近形成具有良好的着火性的可燃的空燃混合物。因此，能确保稳定的分层充气燃烧。以下将对用于实施本发明的一些模式进行详细说明。

<第一实施方式>首先，本发明的第一实施方式(以下可称为“第一模式”)是一种用于缸内喷射式火花点火内燃发动机的燃料喷射控制装置。该燃料喷射控制装置适用于包括活塞的内燃发动机。该活塞在顶面中形成有凹腔。该燃料喷射控制装置包括：燃料喷射阀，所述燃料喷射阀伴随着阀体从阀座的移动从喷射孔朝所述凹腔喷射燃料；和控制部，所述控制部使所述阀体移动以从所述燃料喷射阀喷射燃料并且能增大/减小作为所述阀体的移动量的最大值的到达升程量。在所述燃料喷射控制装置中，所述控制部指示所述燃料喷射阀在内燃发动机的压缩冲程的至少第一期间中执行燃料被多次分割和喷射的分割喷射。所述控制部还将对于同一第一期间中的各喷射而言的到达升程量设定为随着内燃发动机的曲柄角接近压缩上死点而越大的值。

如上所述，根据第一模式的燃料喷射控制装置适用于包括在顶面中形成有凹腔的活塞的内燃发动机。此外，根据第一模式的燃料喷射控制装置是用于缸内喷射式火花点火内燃发动机的燃料喷射控制装置，所述燃料喷射控制装置包括：燃料喷射阀，所述燃料喷射阀伴随着阀体从阀座的移动从喷射孔朝所述凹腔喷射燃料；和控制部，所述控制部使所述阀体移动以从所述燃料喷射阀喷射燃料并且能增大/减小作为所述阀体的移动量的最大值的到达升程量。这里，将参照图1对根据第一模式的燃料喷射控制装置所应用的内燃发动机、燃料喷射阀、控制部等的构型进行详细说明。

(内燃发动机的构型)发动机10是公知的汽油燃料火花点火式发动机。发动机10包括气缸盖11、气缸体12、曲柄箱13、包括火花塞的点火装置14、进气门15、排气门16、活塞17、连杆18、曲轴19等。燃烧室20由气缸盖11的下壁面、由气缸体12形成的气缸孔的壁面和活塞17的顶面形成。如上所述，活塞17的顶面形成有凹腔(活塞凹腔60)。

如上所述，从燃料喷射阀30喷射的燃料喷雾被适当地导入活塞凹腔60中并且与活塞凹腔60的内壁的形状对应地偏向朝向火花塞的方向。这样，在火花塞的火花发生部14a附近形成具有良好的着火性的空燃混合物。因此，实现了分层充气燃烧。

点火装置14在气缸盖11中配置成使得火花塞的火花发生部14a露出于燃烧室20的上表面的中央部。进气门15配置在气缸盖11中并由进气凸轮21驱动，以便开闭“燃烧室20和进气口22之间的连通部，进气口22形成在气缸盖11中”。排气门16配置在气缸盖11中并由排气凸轮23驱动，以便开闭“燃烧室20和排气口24之间的连通部，排气口24形成在气缸盖11中”。此外，发动机10包括燃料喷射阀(缸内喷射阀)30。燃料喷射阀30配置在“气缸盖11的进气口22和气缸体12之间的区域”中，以便将燃料喷射到燃烧室20内。

注意，如上所述，图1所示的内燃发动机是所谓的“侧面喷射式内燃发动机”。在侧面喷射式内燃发动机中，配置在气缸盖的进气口和气缸体之间的区域中的燃料喷射阀朝气缸的中心轴线喷射燃料。然而，根据本发明的燃料喷射控制装置适用的内燃发动机不受特别限制，只要该内燃发动机是燃料朝形成在活塞的顶面中的凹腔喷射的缸内喷射式火花点火内燃发动机即可。换言之，根据本发明的燃料喷射控制装置不仅能适用于“侧面喷射式内燃发动机”，而且适用于例如所谓的“中央喷射式内燃发动机”，其中燃料从燃料喷射阀朝形成在活塞的顶面中的凹腔喷射，燃料喷射阀配置在气缸盖的中央部附近。

(控制部的构型)根据第一模式的燃料喷射控制装置包括具有公知的微计算机的电子控制单元(ECU)50。该微计算机包括CPU、ROM、RAM、备用RAM等。ECU 50与点火装置14、燃料喷射阀30等电连接，并且将驱动信号传送到这些构件。即，ECU 50相当于控制部。此外，ECU 50与曲柄位置传感器51、空气流量计52、加速器踏板踏压量传感器53、空燃比传感器54等电连接，并且接收来自这些传感器的信号。

曲柄位置传感器51生成与曲轴19的旋转位置对应的信号。ECU 50基于来自曲柄位置传感器51的信号而计算发动机转速NE。此外，ECU 50基于来自曲柄位置传感器51和凸轮位置传感器(未示出)的信号而取得例如以任意气缸中的压缩上死点为基准的绝对曲柄角。空气流量计52生成指示发动机10中的进气的流量的信号。加速器踏板踏压量传感器53生成指示加速器踏板Ap的踏压量的信号。空燃比传感器54生成指示排气的空燃比的信号。

(燃料喷射阀的构型)接下来，将对燃料喷射阀30进行详细说明。如上所述，燃料喷射阀30伴随着阀体从阀座的移动从喷射孔喷射形成要供给到发动机10的燃烧室20的空燃混合物的燃料。燃料喷射阀30是所谓的内开阀型的喷射阀。如图2所示，燃料喷射阀30具有喷嘴本体部31、作为阀体的针阀32、弹簧33和螺线管34。

喷嘴本体部31形成有圆筒状空间A1、圆筒状空间A2和圆筒状空间A3。所有这些空间都同轴地形成并且彼此连通。在喷嘴本体部31的末端部处形成有在圆筒状空间A1和外部之间连通的喷射孔31a。在喷嘴本体部31的近端部处形成有在圆筒状空间A3和燃料管道(未示出)之间连通的燃料吸入孔31b。

针阀32具有圆柱部32a和凸缘部32b。圆柱部32a呈直径小的圆柱形状。凸缘部32b呈直径大的圆柱形状。圆柱部32a的末端部呈大致圆锥形状。圆柱部32a的末端侧收纳在圆筒状空间A1中。结果，在喷嘴本体部31的末端侧部的内周壁面和圆柱部32a的末端侧部的外周壁面之间形成有燃料通路FP。凸缘部32b收纳在圆筒状空间A2中。针阀32沿针阀轴线CL移动。此外，在针阀32中形成有“在针阀32的近端部和圆柱部32a的末端侧部的外周壁面之间连通的燃料通路”。结果，从燃料吸入孔31b流入圆筒状空间A3中的燃料从针阀32中的该燃料通路通过并且供给到燃料通路FP。

弹簧33设置在圆筒状空间A3中。弹簧33将针阀32驱向喷射孔31a侧。螺线管34配置在喷嘴本体部31的近端侧部中并且还配置在圆筒状空间A2周围。螺线管34通过来自ECU 50的驱动信号进入通电状态。这种情况下，螺线管34产生使针阀32克服弹簧33的驱促力向燃料吸入孔31b侧移动的磁力。

当螺线管34处于非通电状态时，针阀32的移动量(以下可称为“针升程量”或可简称为“升程量”)为“零”。此时，不执行燃料喷射，如以下将详细说明的。当螺线管34进入通电状态并且针升程量变成大于“零”时，执行燃料喷射。当针升程量变成特定量时，凸缘部32b与形成喷嘴本体部31的圆筒状空间A2的壁部靠接。结果，针阀32的移动被限制。此时的针升程量称为“最大升程量”。换言之，针升程量可在从“零”到“最大升程量”的范围内变化。

(燃料喷射阀的动作)这里，将参照“作为燃料喷射阀30的末端部附近的剖视图的图3至图5”对燃料喷射阀30的动作进行说明。如上所述，当螺线管34处于非通电状态时，针阀32由弹簧33驱向喷射孔31a侧。结果，例如，如图3所示，针阀32的针座壁面32c与作为喷嘴本体部31的末端部处的内壁面的喷嘴座壁面31c靠接(即坐靠在其上)。即，喷嘴座壁面31c相当于阀座。这样，与喷射孔31a连通的袋部S与上述燃料通路FP隔断。因此，不会从喷射孔31a喷射燃料。这种状态下的针升程量为“零”。

相反，当螺线管34进入通电状态时，针阀32向燃料吸入孔31b侧移动。更具体地，当螺线管34进入通电状态时，例如，如图4所示，针升程量L变成大于“零”的值L1(在本例中为最大升程量Lmax)。或者，如图5所示，针升程量L变成大于“零”的值L2(然而，值L2小于值L1)。换言之，图4所示的示例中的到达升程量为L1，而图5所示的示例中的到达升程量为L2。结果，与喷射孔31a连通的袋部S与上述燃料通路FP连通。因此，燃料从燃料通路FP流入袋部S中并且然后经喷射孔31a喷射到外部。

(高升程喷射与低升程喷射之间的差异)在燃料喷射阀30中，通过控制使燃料喷射阀30的螺线管34通电的时间或通过调节对螺线管34的电流供给量来将针升程量(即，针阀32的升程量)的最大值控制成可变的。换言之，当燃料喷射到燃烧室20中时，作为控制部的ECU 50能增大/减小燃料喷射阀30的阀体(针阀32)的到达升程量(移动量的最大值)。针阀32以最大升程量(即，完全升程量)Lmax被提升的喷射称为完全升程喷射。同时，针阀32在小于完全升程量的部分升程量的范围内被提升的喷射称为部分升程喷射。图6A示出单次完全升程喷射中的针升程量的时间变化。图6B示出三次部分升程喷射中的针升程量的时间变化。

如上所述，在燃料喷射阀30喷射燃料的情况下，燃料伴随着针升程量L从“零”至到达升程量(L1或L2)的变化从燃料通路FP流入袋部S中。然后，燃料经喷射孔31a喷射到外部。此后，针升程量L从到达升程量回到“零”。这样，袋部S与燃料通路FP隔断，并且燃料喷射终止/结束。此时，针座壁面32c和喷嘴座壁面31c之间的间隙在完全升程喷射的情况下比在部分升程喷射的情况下宽。因此，从燃料通路FP流入袋部S中的燃料的流量在完全升程喷射的情况下比在部分升程喷射的情况下高。换言之，经喷射孔31a喷射到外部的燃料的压力在完全升程喷射的情况下比在部分升程喷射的情况下高。结果，经喷射孔31a喷射到外部的燃料喷雾的动量(贯穿力)在完全升程喷射的情况下也比在部分升程喷射的情况下大。

<根据第一模式的燃料喷射控制>将对第一模式中的动作进行说明。一般而言，根据第一模式的燃料喷射控制装置对从燃料喷射阀30喷射的燃料量执行反馈控制，以使得空燃混合物的空燃比(A/F)变成目标空燃比。如上所述，在分层充气燃烧中，通过稀空燃混合物在整个气缸内的燃烧而改善燃料消耗率。更具体地，控制装置以使得空燃混合物的空燃比(A/F)变成比理论空燃比(14.7)高(稀薄)的目标空燃比的方式执行控制。在该反馈控制中，执行控制以消除空燃比信息和预先设定的目标空燃比之间的偏差。通过在排气通路中的催化剂上游配置空燃比传感器来获得空燃比信息。由于空燃比反馈控制的细节对本领域的技术人员来说是公知的，所以在本说明书中不会进行详细说明。

此外，根据第一模式的燃料喷射控制装置通过作为控制部的ECU 50执行在发动机10的压缩冲程中燃料被分割和喷射多次的分割喷射(也可称为“多次喷射”)，以便执行分层充气燃烧。分割喷射是通过在一个发动机循环中在比较短的时间内多次开闭燃料喷射阀来连续地重复燃料喷射的开启和关闭的喷射。

顺便说一下，在根据常规技术的燃料喷射控制装置在压缩冲程中执行分割喷射的情况下，一般而言，如图17所示，通过分割喷射所喷射的总燃料量被均等地分割以用于多次喷射。这样，确定了分割喷射中的单次喷射的燃料喷射量。在图17的下侧，示出了用于显示这种情况下的曲柄角(横轴)和活塞的位置(左侧的纵轴)之间的关系的图表(曲线)以及用于显示这种情况下的曲柄角(横轴)和燃料喷射阀的升程量(右侧的纵轴)之间的关系的图表(五个脉冲状波形)。

如上述曲线所示，活塞的位置伴随着曲柄角从-180°增大到0°从压缩下死点(BDC)移动到压缩上死点(TDC)。换言之，发动机在曲柄角从-180°到达0°的期间中处于压缩冲程中。同时，活塞的位置伴随着曲柄角从0°增大到180°从压缩上死点(TDC)移动到膨胀下死点(BDC)。换言之，发动机在曲柄角从0°到达180°的期间中处于膨胀冲程中。

如以上五个脉冲状波形所示，在本例中，在发动机的压缩冲程中通过分割喷射所喷射的总燃料量被均等地分割以用于五次喷射，并且然后被喷射。更具体地，燃料喷射阀在构成分割喷射的全部五次喷射中的到达升程量被设定为相同。在图17的上侧，示出了用于显示这种情况下的曲柄角(横轴)和喷雾的动量(纵轴)之间的关系的图表(五个脉冲状波形)。如上述五个脉冲状波形所示，在本例中，在构成分割喷射的五次喷射中从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)全都相同。

顺便说一下，在执行分割喷射中的第一次喷射的时点(即，压缩冲程中的第一次喷射)活塞远离燃料喷射阀定位。因此，在从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)大的情况下，如上所述，燃料喷雾可能难以进入活塞凹腔并且偏向朝向火花塞的方向。

更具体地，例如，在侧面喷射式内燃发动机中执行具有大动量(贯穿力)的燃料喷射的情况下，在压缩冲程喷射的中期，如图18B所示，从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾被适当地引导到活塞凹腔中，通过活塞凹腔的内壁而偏向朝向火花塞的方向，并且进行分层充气燃烧。相反，在压缩冲程喷射的初期，燃料喷射阀和活塞之间的距离大。因此，燃料喷雾可在活塞的顶面上升并撞击燃料喷雾之前在燃烧室内移动并与活塞凹腔分离。结果，燃料喷雾可能不会进入活塞凹腔。在图18A所示的示例中，紧接在喷射之后的燃料喷雾位于活塞凹腔上方。然而，到活塞上升并且其顶面撞击燃料喷雾时为止，如黑色箭头所示，燃料喷雾绕开活塞凹腔并且到达右侧的气缸内壁附近。即，燃料喷雾未被适当地引导到活塞凹腔中。结果，火花塞附近用于形成通过活塞凹腔而偏向朝向火花塞的方向并因此具有良好的着火性的空燃混合物的燃料量减少。因此，分层充气燃烧可能变得不稳定。

同时，在根据第一模式的燃料喷射控制装置中，ECU 50执行在发动机10的压缩冲程的第一期间(图7中从约-80°至约-40°的曲柄角范围)中喷射五次燃料的分割喷射。此时，各喷射中的到达升程量被设定为随着发动机10的曲柄角接近压缩上死点而越大的值。与图17相似，在图7的下侧，示出了用于显示这种情况下的曲柄角(横轴)和活塞的位置(左侧的纵轴)之间的关系的图表(曲线)以及用于显示这种情况下的曲柄角(横轴)和燃料喷射阀的升程量(右侧的纵轴)之间的关系的图表(五个脉冲状波形)。

在图7的上侧，示出了用于显示这种情况下的曲柄角(横轴)和喷雾的动量(纵轴)之间的关系的图表(五个脉冲状波形)。如上述五个脉冲状波形所示，在本例中，在构成分割喷射的五次喷射中从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)随着发动机10的曲柄角接近压缩上死点而增大。

根据上述，在根据第一模式的燃料喷射控制装置中，在燃料喷射阀和活塞之间的距离大的压缩冲程喷射的初期从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)小。结果，在压缩冲程喷射的初期在火花塞附近也能形成具有良好的着火性的可燃的空燃混合物。因此，能确保稳定的分层充气燃烧。

更具体地，例如，在侧面喷射式内燃发动机的压缩冲程中执行燃料被分割和喷射多次的分割喷射的情况下，如图8A所示，在活塞的位置低的压缩冲程喷射的初期喷射具有小动量(小贯穿力)的燃料喷雾。结果，与图18A所示的根据常规技术的燃料喷射控制装置中一样，可以避免燃料喷雾绕开活塞凹腔并到达燃烧室的右端附近这样的问题。这样喷射的燃料喷雾被捕集在后来随着曲柄角接近压缩上死点而上升的活塞凹腔中，并且因此在火花塞附近形成具有良好的着火性的可燃的空燃混合物。同时，在压缩冲程喷射向前的中期，如图8B和图8C所示，从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)随着活塞接近燃料喷射阀而逐渐增大。这样喷射的燃料喷雾被适当地引导到活塞凹腔中，通过活塞凹腔的内壁而偏向朝向火花塞的方向，并且进行分层充气燃烧。注意，以下将说明与分割喷射的次数、各喷射中的燃料喷射量等有关的细节。

(第一模式下的燃料喷射控制流程)将参照图9的流程图对第一模式中的动作进行说明。ECU 50的CPU在指定的曲柄角执行图9的流程图中所示的例程。因此，图9中的处理在适当时点开始。首先，在步骤1101中，ECU 50基于来自曲柄位置传感器51和凸轮位置传感器(未示出)的信号而检测发动机转速NE和绝对曲柄角。然后，在步骤1102中，ECU 50基于来自空气流量计52的信号而检测进气量。然后，在步骤1103中，ECU 50基于发动机转速NE、进气量等而计算燃料喷射量(每个循环所要求的燃料喷射量)Q。如上所述，在分层充气燃烧中，稀空燃混合物可在整个气缸内燃烧。因此，ECU 50计算空燃混合物的空燃比(A/F)藉此变成比理论空燃比高(稀薄)的目标空燃比的燃料喷射量Q。

接下来，在步骤1104中，ECU 50基于例如发动机转速NE、燃料喷射量Q等而计算燃料喷射时期(执行燃料喷射的曲柄角范围)。注意，如上所述，如果燃料喷射量Q增大，则燃料通过从燃烧室的壁面吸热而变成可燃的空燃混合物所需的期间延长。因此，燃料喷射时期以使得能确保该期间的方式来确定。由这样确定的燃料喷射时期(曲柄角范围)和发动机转速NE来确定允许实行燃料喷射的期间的时长。注意，在本例中，贯穿如上所述确定的燃料喷射时期执行分割喷射。虽然执行的是分割喷射，但到达升程量随着发动机10的曲柄角接近压缩上死点而增大。换言之，在本例中，燃料喷射时期相当于第一期间。

接下来，在步骤1105中，ECU 50基于这样确定的燃料喷射时期的时长、燃料喷射阀30的开闭速度(对来自ECU 50的指令信号的响应速度)、通过单次喷射能从燃料喷射阀30喷射的燃料量等而计算压缩冲程的第一期间中的分割喷射的次数(第一期间喷射次数)n。

这里，在步骤1110中，ECU 50将计数器i设定为0(零)。在下一个步骤1120中，ECU50将计数器i加1。此外，在下一个步骤1135中，ECU 50计算第i次燃料喷射中的到达升程量。在本例中，第一次燃料喷射中的到达升程量被设定为hini。此后，在从第二次继续向前的各燃料喷射中到达升程量以等量(Δhu)增大。这种情况下，利用下式(1)表达第i次喷射中的到达升程量hi。

[式1]

hi＝hini+(i-1)×Δhu...(1)

注意，第一次燃料喷射中的到达升程量hini例如以这样的程度被设定为到达升程量，即从燃料喷射阀30喷射的第一期间中的初始喷射的燃料喷雾不会绕开活塞凹腔60并且因此不到达右侧的气缸内壁附近。从第二次继续向前的各燃料喷射中的到达升程量的具体增量Δhu是基于例如燃料喷射阀30的升程量的控制精度、在各个喷射时点的曲柄角(燃料喷射阀30和活塞17之间的距离)、发动机转速NE、燃料喷射量Q等而设定的。这样设定的第i次燃料喷射中的到达升程量hi(i＝1，2，3...)连同喷射实行时点一起被存储为在执行下一次燃料喷射时使用的设定值，并且例如在下一个步骤1160中存储在设置于ECU 50中的数据存储装置(例如，RAM等)中。

在下一个步骤1170中，ECU 50判定是否对第一期间中被分割成n次的所有燃料喷射都设定了到达升程量hi。更具体地，ECU 50判定i是否等于n。如果判定为i等于n(步骤1170：是)，则ECU 50转入下一个步骤1180。此时，对于全部n次分割喷射的到达升程量hi已经被设定并且存储在数据存储装置中。在步骤1180中，基于在步骤1104中计算出的燃料喷射时期(第一期间)、在步骤1105中计算出的第一期间中的喷射次数n和在步骤1135中计算出并在步骤1160中存储在数据存储装置中的到达升程量hi而指示燃料喷射的实行。

相反，如在步骤1170中判定为i不等于n(步骤1170：否)，则ECU 50返回步骤1120。然后，重复从步骤1120到步骤1170的流程。这样，在对于全部n次分割喷射的到达升程量hi被设定之前，重复从步骤1120到步骤1170的流程。

顺便说一下，在除发动机10的一个循环的上述第一期间中的分割喷射以外没有机会喷射燃料的情况下，毋容置疑，以使得每个循环所要求的燃料喷射量Q等于上述整个分割喷射中的总燃料喷射量的方式设定第一期间中的喷射次数n和各喷射中的到达升程量hi。换言之，第一期间中的喷射次数n和各喷射中的到达升程量hi被设定为满足下式(2)。

[式2]

在上式中，qi表示构成分割喷射的各喷射中的燃料喷射量。例如，在执行如图6B所示的分割喷射的情况下，各喷射中的燃料喷射量qi随着各喷射中的到达升程量hi增大而增大。正如上文所述，各喷射中的燃料喷射量qi与各喷射中的到达升程量hi成正相关。在上式中，各喷射中的燃料喷射量qi通过至少具有各喷射中的到达升程量hi作为参数的函数f来表达。

注意，已对除发动机10的一个循环的第一期间中的分割喷射以外没有机会喷射燃料的上述情况进行了说明。然而，例如，当仅通过在第一期间中执行的分割喷射难以喷射每个循环所要求的燃料喷射量Q时，燃料喷射还可在第一期间之前和/或之后执行。

此外，构成由上述流程图表示的燃料喷射控制流程的各例程的执行顺序可在不引起任何矛盾的情况下切换。此外，在以上说明中，对于从第二次继续向前的各燃料喷射而言，到达升程量以等量(Δhu)增大。然而，从第二次继续向前的各燃料喷射的到达升程量的增量(Δhu)不必始终相同并且因此每次都可以不同。

如上所述，按照根据第一模式的燃料喷射控制装置，构成在第一期间中执行的分割喷射的各喷射的到达升程量hi被设定为随着发动机10的曲柄角接近压缩上死点而越大的值。因此，在燃料喷射阀和活塞之间的距离大的压缩冲程喷射的初期的喷射中，到达升程量被设定为小值。换言之，在压缩冲程喷射的初期的喷射中，从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)小。结果，可以避免在压缩冲程喷射的初期喷射并且进行分层充气燃烧的燃料量的减少。此外，在压缩冲程喷射的中期和后期，具有适当动量(贯穿力)的燃料喷雾被适当地导入活塞凹腔中。燃料喷雾偏向朝向火花塞的方向并且进行分层充气燃烧。结果，能在火花塞附近形成具有良好的着火性的可燃的空燃混合物。因此，能确保稳定的分层充气燃烧。

<第二实施方式>顺便说一下，如上所述，例如，在仅通过在第一期间中执行的分割喷射难以喷射每个循环所要求的燃料喷射量Q的情况下，燃料可在上述第一期间之前喷射。该喷射中的到达升程量能被设定为比用于执行第一期间中的初始喷射的到达升程量更大或更小的值。或者，该喷射中的到达升程量能被设定为与用于执行第一期间中的初始喷射的到达升程量相同的值。

这里，在发动机的压缩冲程的第一期间之前的期间中，燃料喷射阀和活塞之间的距离比在第一期间中执行初始喷射时大。因此，为了避免如上所述的燃料喷雾不进入活塞凹腔的状况，在发动机的压缩冲程的第一期间之前执行的喷射中的到达升程量优选被设定为比用于执行第一期间中的初始喷射的到达升程量小的值。

鉴于上述情况，根据本发明的第二实施方式(以下可称为“第二模式”)的控制部使燃料喷射阀在第一期间之前的第二期间中喷射燃料至少一次，并且还将对于同一第二期间中的各喷射而言的到达升程量设定为比对于第一期间中的初始喷射而言的到达升程量小的值。

因此，如上所述，在第一期间之前的第二期间中喷射的燃料具有相当小的动量。因此，燃料的至少一部分(理想而言更多)容易滞留在燃料喷射阀附近(燃烧室的上部)。因此，在第二期间中喷射的燃料在活塞后来上升时容易被捕集在活塞凹腔内，并且因此容易对形成具有良好的着火性的可燃的空燃混合物做出贡献。结果，更多燃料可用于形成可燃的空燃混合物。

这种情况下，如果除第一期间和第二期间中的分割喷射以外没有机会喷射燃料，则第一期间中的喷射次数n、第二期间中的喷射次数和各喷射中的到达升程量hi被设定为使得每个循环所要求的燃料喷射量Q变成等于第一期间和第二期间中的整个分割喷射中的总燃料喷射量。

<第三实施方式>顺便说一下，如上所述，例如，当仅通过在第一期间中执行的分割喷射难以喷射每个循环所要求的燃料喷射量Q时，燃料可在上述第一期间之后喷射。该喷射中的到达升程量能被设定为比用于执行第一期间中的最后喷射的到达升程量更大或更小的值。或者，该喷射中的到达升程量能被设定为与用于执行第一期间中的最后喷射的到达升程量相同的值。

这里，在发动机的压缩冲程中，活塞随着曲柄角接近压缩上死点而接近燃料喷射阀。因此，活塞和燃料喷射阀之间的距离随着时间越接近压缩冲程的末期而减小。尽管如此，如果从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)保持随着曲柄角接近压缩上死点而增大，则燃料喷雾的动量(贯穿力)相对于活塞和燃料喷射阀之间的距离过度增大。这可能产生燃料润湿状态。随着燃料润湿状态的发生，可能形成例如烟气、PM等。

关于上述情形，这里将参照图10A至图10D进行说明。如上所述，图10A至图10D是在压缩冲程中燃料喷雾的动量(贯穿力)保持增大的情况下在初期、中期1、中期2和后期的燃料喷雾和活塞位置的状况的示意图。由于已参照图8A至图8C说明了根据第一模式的燃料喷射控制装置，所以相对于活塞从初期(图10A)到中期2(图10C)的位置形成适当的燃料喷雾。然而，如果在活塞和燃料喷射阀之间的距离进一步减小的后期(图10D)燃料喷雾的动量(贯穿力)进一步增大，则润湿量增大。

因此，为了避免在压缩冲程的后期润湿量的增大，希望在活塞和燃料喷射阀之间的距离极为减小的压缩冲程的后期不增大燃料喷射阀的到达升程量。更具体地，设置在根据本发明的燃料喷射控制装置中的控制部理想而言将燃料喷射阀控制成使得在压缩冲程的第一期间之后到达升程量被维持在预定的指定值。

因此，根据本发明的第三实施方式(以下可称为“第三模式”)的控制部使燃料喷射阀在第一期间之后的第三期间中喷射燃料至少一次，且还将对于同一第三期间中的各喷射而言的到达升程量维持在预定的指定值。

上述“预定的指定值”是与能用以在压缩冲程的第一期间之后的第三期间中在不增大润湿量的情况下执行燃料喷射的到达升程量的上限值对应的值。换言之，上述“预定的指定值”是与在到达升程量被设定为比在第三期间中执行的燃料喷射中的所述“预定的指定值”高的情况下会使润湿量增大的阈值对应的值。例如，上述“预定的指定值”能通过实验等预先确定。

严格地说，在构成分割喷射的各喷射中是否产生燃料润湿状态不仅取决于各喷射中燃料喷射阀的到达升程量，而且取决于在各喷射时点的曲柄角(燃料喷射阀和活塞之间的距离)、发动机转速NE等。因此，上述“预定的指定值”例如可通过实验等预先确定，在所述实验中燃料以各种发动机转速NE、各种喷射时点(曲柄角)和各种到达升程量喷射。

在根据第三模式的燃料喷射控制装置中，到达升程量在第一期间之后的第三期间中被维持在如上所述确定的“预定的指定值”。这样，避免了在燃料喷射阀和活塞之间的距离小的压缩冲程喷射的后期燃料喷雾的动量(贯穿力)过度增大。结果，抑制了润湿量的增大。因此，例如烟气、PM等问题发生的几率降低。

注意，第三模式中的内燃发动机、控制部和燃料喷射阀等的构型与第一模式中相同。因此，不进行重复的说明。

<根据第三模式的燃料喷射控制>这里，将说明第三模式中的动作。与图7相似，在图11的下侧，示出了用于显示这种情况下的曲柄角(横轴)和活塞位置(左侧的纵轴)之间的关系的图表(曲线)以及用于显示这种情况下的曲柄角(横轴)和燃料喷射阀的升程量(右侧的纵轴)之间的关系的图表(六个脉冲状波形)。如在图11的下侧所示，同样，在根据第三模式的燃料喷射控制装置中，ECU 50执行在发动机10的压缩冲程的第一期间(图11中从约-80°至约-50°的曲柄角范围)中喷射燃料四次的分割喷射。此时，各喷射中的到达升程量被设定为随着发动机10的曲柄角接近压缩上死点而越大的值。

如上所述，根据第三模式的燃料喷射控制装置增大与第一期间中的各喷射对应的第一次至第四次喷射中的到达升程量。然而，在第一期间之后的第三期间(图11中从约-40°至约-30°的曲柄角范围)中的各喷射(从第五次喷射继续向前)中，燃料喷射控制装置将到达升程量维持为恒定保持在第四次喷射中的到达升程量。换言之，在本例中，上述“预定的指定值”是与“第四次喷射中的到达升程量”(即，对于第一期间中的最后喷射而言的到达升程量)相同的值。

在图11的上侧，示出了用于显示如上所述的情况下的曲柄角(横轴)和喷雾的动量(纵轴)之间的关系的图表(六个脉冲状波形)。如上述六个脉冲状波形所示，在本例中，在构成分割喷射的六次喷射之中，在与第一期间中的各喷射对应的第一次至第四次喷射中燃料喷雾的动量(贯穿力)随着发动机10的曲柄角接近压缩上死点而增大。此外，在第一期间之后的第三期间中的各喷射(从第五次喷射继续向前)中燃料喷雾的动量(贯穿力)被维持为恒定保持在第四次喷射中的动量(贯穿力)。

如上所述，在根据第三模式的燃料喷射控制装置中，在燃料喷射阀和活塞之间的距离大的压缩冲程喷射的初期从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)小。结果，例如，在于侧面喷射式内燃发动机中执行分割喷射的情况下，在活塞的位置低的压缩冲程喷射的初期喷射如图12A所示的具有小动量(贯穿力)的燃料喷雾。因此，与在图18A所示的根据常规技术的燃料喷射控制装置中一样，可以避免燃料喷雾绕开活塞凹腔并到达燃烧室的右端附近的问题。这样喷射的燃料喷雾具有小动量(贯穿力)，被捕集在后来随着曲柄角接近压缩上死点而上升的活塞凹腔中，并且因此在火花塞附近形成具有良好的着火性的可燃的空燃混合物。

接下来，在压缩冲程喷射的中期(中期1和中期2)，如图12B和图12C所示，从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)随着活塞接近燃料喷射阀而逐渐增大。这样喷射的燃料喷雾被适当地引导到活塞凹腔中，通过活塞凹腔的内壁而偏向朝向火花塞的方向，并且进行分层充气燃烧。

此外，在压缩冲程喷射的后期，如图12D所示，即使当活塞进一步接近燃料喷射阀时，从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)也不会增大。结果，抑制了如图10D所示的润湿量的增大。这样喷射的燃料喷雾被适当地引导到活塞凹腔中，通过活塞凹腔的内壁而偏向朝向火花塞的方向，并且进行分层充气燃烧。

如上所述，根据第三模式的燃料喷射控制装置在压缩冲程喷射的初期也在火花塞附近产生具有良好的着火性的可燃的空燃混合物并且在压缩冲程喷射的后期抑制润湿量的增大。因此，能确保稳定的分层充气燃烧，并且能避免例如烟气、PM等问题。

(第三模式下的燃料喷射控制流程)将参照图13的流程图对第三模式中的动作进行说明。ECU 50中的CPU在指定的曲柄角执行图13的流程图中所示的例程。注意，图13的流程图中所示的第三模式中的燃料喷射控制流程仅在以下三点上与图9的流程图中所示的第一模式中的燃料喷射控制流程不同。

第一点在于，在步骤1506中，计算第一期间之后的第三期间中的分割喷射的次数(第三期间喷射次数)m。第二点在于，在步骤1530中判定压缩冲程中的第i次喷射是否对应于“第一期间中的n次喷射”，并且如果第i次喷射不对应于第一期间中的n次喷射，则在步骤1545中将到达升程量维持为恒定的。

第三点在于，ECU 50在步骤1575中判定是否对在第一期间和第三期间中执行的全部燃料喷射(n+m次)都设定了到达升程量hi。注意，分配给各步骤的序号的后两位数对应于在该步骤中执行的例程的内容。即，在图13和图9中，在被分配了具有相同的后两位数的序号的步骤中执行相同的例程。

因此，与图9中的流程图相似，在图13的流程图中，同样，在步骤1501至1505中进行发动机转速NE的检测、进气量的检测、燃料喷射量Q的计算、燃料喷射时期的计算和第一期间中的喷射次数n的计算。接下来，在步骤1506中，计算第三期间中的喷射次数m。如上所述，“第三期间喷射次数m”是第一期间之后的“第三期间”中的分割喷射的次数。注意，在本例中，对如上所述确定的整个燃料喷射时期执行分割喷射。在分割喷射中，第一期间中的n次喷射中的到达升程量随着发动机10的曲柄角接近压缩上死点而增大。此外，不论发动机10的曲柄角如何，第三期间中的m次喷射的到达升程量都被维持为恒定的。换言之，在本例中，到达升程量与第一期间和第三期间之和一致。

接下来，与图9的流程图相似，在图13的流程图中，同样，在步骤1510中将计数器i设定为0(零)，并且在下一个步骤1520中将计数器i累加。然后，在步骤1530中判定压缩冲程中的第i次喷射是否对应于“第一期间中的n次喷射”。如果在步骤1530中判定为第i次喷射对应于“第一期间中的n次喷射”(步骤1530：是)，则在下一个步骤1535中计算第i次燃料喷射中的到达升程量。此时，将第一次燃料喷射中的到达升程量设定为hini。此后，使到达升程量在第二次至第n次燃料喷射中以等量(Δhu)增大。这种情况下，通过上式(1)来表达第i次燃料喷射中的到达升程量hi。

如上所述地设定第一次燃料喷射中的到达升程量hini和从第二次至第n次燃料喷射中的到达升程量的增量Δhu。将如上所述设定的从第一次至第n次燃料喷射中的到达升程量hi(i＝1，2，3...，n)存储为在执行下一次燃料喷射时使用的设定值，并且在下一个步骤1560中存储在例如设置于ECU 50中的数据存储装置(例如，RAM等)中。

相反，如果在步骤1530中判定为第i次喷射不对应于“第一期间中的n次喷射”(步骤1530：否)，则在下一个步骤1545中计算第i次(从第n+1次继续向前)燃料喷射中的到达升程量。在本例中，从第n+1次继续向前的各燃料喷射中的到达升程量被维持为恒定保持在第n次燃料喷射中的到达升程量。这种情况下，通过下式(3)来表达第i次燃料喷射中的到达升程量hi。

[式3]

hi＝hini+(n-1)×Δhu…(3)

如上所述，从第n+1次继续向前的各燃料喷射中的到达升程量hi被设定为与第n次燃料喷射中的到达升程量hi相同的值。如上所述设定的从第n+1次继续向前的各燃料喷射中的到达升程量hi(i＝n+1，n+2…，n+m)被存储为在执行下一次燃料喷射时使用的设定值，并且在下一个步骤1560中存储在例如设置于ECU 50中的数据存储装置(例如，RAM等)中。

在下一个步骤1575中，ECU 50判定是否对在第一期间和第三期间中执行的全部n+m次燃料喷射都设定了到达升程量hi。更具体地，ECU 50判定i是否等于n+m。如果判定为i等于n+m(步骤1575：是)，则ECU 50转入下一个步骤1580。此时，对于全部n+m次分割喷射而言的到达升程量hi已经被设定并存储在数据存储装置中。在步骤1580中，基于在步骤1504中计算出的燃料喷射时期(第一期间和第三期间)、在步骤1505中计算出的第一期间中的喷射次数n、在步骤1506中计算出的第三期间中的喷射次数m以及在步骤1535和步骤1545中计算出并在步骤1560中存储在数据存储装置中的到达升程量hi而指示燃料喷射的执行。

相反，如果在步骤1575中判定为i不等于n+m(步骤1575：否)，则ECU 50返回步骤1520。然后，重复从步骤1520到步骤1575的流程。这样，在对于全部n+m次分割喷射而言的到达升程量hi被设定之前，重复从步骤1520至步骤1575的流程。

顺便说一下，在除发动机10的一个循环的上述第一期间和第三期间中的分割喷射以外没有机会喷射燃料的情况下，毋容置疑，以使得每个循环所要求的燃料喷射量Q等于上述整个分割喷射中的总燃料喷射量的方式设定第一期间中的喷射次数n、第三期间中的喷射次数m和各喷射中的到达升程量hi。换言之，第一期间中的喷射次数n、第三期间中的喷射次数m和各喷射中的到达升程量hi被设定为满足下式(2')。注意，在式(2')中对qi和函数f的定义与式(2)中相同。

[式2']

注意，以上已对在除发动机10的一个循环的第一期间和第三期间中的分割喷射以外没有机会喷射燃料的情况进行了说明。然而，例如，当仅通过在第一期间和第三期间中执行的分割喷射难以喷射每个循环所要求的燃料喷射量Q时，还可在第一期间和第三期间以外的期间中执行燃料喷射。例如，如上所述，还可在第一期间之前的第二期间中执行燃料喷射。

此外，构成由上述流程图表示的燃料喷射控制流程的各例程的执行顺序可在不引起任何矛盾的情况下切换。此外，在以上说明中，在第二次至第n次燃料喷射中到达升程量以等量(Δhu)增大。然而，从第二次至第n次燃料喷射中的到达升程量的增量(Δhu)不必始终相同并且因此每次都可以不同。

此外，在以上说明中，对于从第n+1次继续向前的各燃料喷射重复步骤1520、1530、1545、1560和1575中的例程。然而，在上述示例中，从第n+1次继续向前的各燃料喷射中的到达升程量不增大并且维持与第n次燃料喷射中的到达升程量相同。在从第n+1次继续向前的各燃料喷射中的到达升程量如上所述维持恒定的情况下，一旦喷射次数达到n+1次，从第n+1次继续向前的各喷射中的到达升程量便可全都被设定为第n次燃料喷射中的到达升程量并且可存储在数据存储装置中。然后，ECU 50可转入步骤1580并且指示燃料喷射的实行。

如上所述，按照根据第三模式的燃料喷射控制装置，构成在第一期间中执行的分割喷射的各喷射中的到达升程量hi被设定为随着发动机10的曲柄角接近压缩上死点而越大的值。因此，在燃料喷射阀和活塞之间的距离大的压缩冲程喷射的初期的喷射中的到达升程量被设定为小值。换言之，在压缩冲程喷射的初期的喷射中从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)小。结果，可以避免在压缩冲程喷射的初期喷射并进行分层充气燃烧的燃料量的减少。此外，在压缩冲程喷射的中期具有适当动量(贯穿力)的燃料喷雾被适当地导入活塞凹腔中。燃料喷雾偏向朝向火花塞的方向并且进行分层充气燃烧。此外，由于在压缩冲程喷射的后期燃料喷雾的动量(贯穿力)维持恒定，所以抑制了润湿量的增大。结果，能在火花塞附近形成具有良好的着火性的可燃的空燃混合物。因此，能确保稳定的分层充气燃烧，并且能避免烟气、PM等问题。

<第四实施方式>顺便说一下，在上述示例中，在于第一期间中执行的分割喷射中到达升程量增大，并且然后在于第三期间中执行的分割喷射中到达升程量维持恒定。即，在压缩冲程喷射的后期燃料喷雾的动量(贯穿力)比较大。同时，由于在压缩冲程的后期燃料喷射阀和活塞之间的距离极小，所以非常容易发生上述由于燃料润湿状态而导致的问题。

为了避免这种问题，例如考虑降低第一期间(在压缩冲程喷射的初期)中的到达升程量的增幅，将在压缩冲程喷射的后期的到达升程量设定为小值，并且减小燃料喷雾的动量(贯穿力)。或者，例如考虑通过在压缩上死点附近的曲柄角下禁止燃料喷射等来加快压缩冲程喷射的终止时间。然而，通过采取任何这些措施都会减少在压缩冲程喷射中所能喷射的总燃料量。结果，可能更难以喷射发动机的运转所要求的燃料量。

鉴于上述情况，发明人已想到能通过在第三期间中逐渐减小到达升程量来解决上述问题。更具体地，对于燃料喷射阀和活塞之间的距离大的第一期间(在压缩冲程喷射的初期)中的喷射而言，燃料喷射阀的为小值的到达升程量逐渐增大。对于燃料喷射阀和活塞之间的距离小的第三期间(在压缩冲程喷射的后期)中的喷射而言，到达升程量逐渐减小。这样，在压缩冲程喷射的初期的喷射中燃料喷雾的动量(贯穿力)减小。此后，在后续喷射中燃料喷雾的动量(贯穿力)充分增大。然后，在压缩冲程喷射的后期燃料喷雾的动量(贯穿力)会充分减小。

因此，根据本发明的第四实施方式(以下可称为“第四模式”)的控制部使燃料喷射阀在第一期间之后的第三期间中喷射燃料至少一次，并且还将对于同一第三期间中的各喷射而言的到达升程量设定为随着内燃发动机的曲柄角接近压缩上死点而越小的值。

严格地说，如上所述，在构成分割喷射的各喷射中是否发生燃料润湿状态不仅取决于在各喷射中燃料喷射阀的到达升程量，而且取决于在各喷射时点的曲柄角(燃料喷射阀和活塞之间的距离)、发动机转速NE等。因此，在上述第三期间中执行的喷射中的具体到达升程量能例如通过实验等预先确定，在所述实验中燃料以各种发动机转速NE、各种喷射时点(曲柄角)和各种到达升程量喷射。

按照根据第四模式的燃料喷射控制装置，燃料喷射阀的到达升程量如上所述在第一期间之后的期间中(即，在第三期间中)随着内燃发动机的曲柄角接近压缩上死点而逐渐减小。换言之，在第四模式中，通过在压缩冲程的后期执行的分割喷射而喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)逐渐减小。因此，可靠地避免了燃料喷雾的动量(贯穿力)在燃料喷射阀和活塞之间的距离小的压缩冲程喷射的后期过度增大。结果，更可靠地抑制了活塞的顶面和/或活塞凹腔的内壁被燃料润湿的“燃料润湿”状态。因此，更可靠地减少了发生例如烟气、PM等问题的几率。

注意，第四模式中的内燃发动机、控制部和燃料喷射阀等的构型与第一模式至第三模式中相同。因此，不进行重复说明。

<根据第四模式的燃料喷射控制>这里，将说明第四模式中的动作。与图11相似，在图14的下侧，示出了用于显示这种情况下的曲柄角(横轴)和活塞位置(左侧的纵轴)之间的关系的图表(曲线)以及用于显示这种情况下的曲柄角(横轴)和燃料喷射阀的升程量(右侧的纵轴)之间的关系的图表(七个脉冲状波形)。如在图14的下侧所示，同样，在根据第四模式的燃料喷射控制装置中，ECU 50执行在发动机10的压缩冲程的第一期间(图14中从约-80°至约-50°的曲柄角范围)中喷射燃料四次的分割喷射。此时，各喷射中的到达升程量被设定为随着发动机10的曲柄角接近压缩上死点而越大的值。

如上所述，根据第四模式的燃料喷射控制装置增大与第一期间中的各喷射对应的第一次至第四次喷射中的到达升程量。然而，在第一期间之后的第三期间(图14中从约-40°至约-20°的曲柄角范围)中的各喷射(从第五次喷射继续向前)中，燃料喷射控制装置逐渐减小第四次喷射中的到达升程量。

在图14的上侧，示出了用于显示如上所述的情况下的曲柄角(横轴)和喷雾的动量(纵轴)之间的关系的图表(七个脉冲状波形)。如上述七个脉冲状波形所示，在本例中，在构成分割喷射的七次喷射之中，在与第一期间中的各喷射对应的第一次至第四次喷射中燃料喷雾的动量(贯穿力)随着发动机10的曲柄角接近压缩上死点而增大。此外，第一期间之后的第三期间中的各喷射(从第五次喷射继续向前)中的燃料喷雾的动量(贯穿力)从第四次喷射中的动量(贯穿力)逐渐减小。

如上所述，在根据第四模式的燃料喷射控制装置中，在燃料喷射阀和活塞之间的距离大的压缩冲程喷射的初期从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)小。结果，例如，在于侧面喷射式内燃发动机中执行分割喷射的情况下，在活塞的位置低的压缩冲程喷射的初期喷射如图15A所示的具有小动量(贯穿力)的燃料喷雾。因此，与在图18A所示的根据常规技术的燃料喷射控制装置中一样，可以避免燃料喷雾绕开活塞凹腔并到达燃烧室的右端附近的问题。这样喷射的燃料喷雾具有小动量(贯穿力)，被捕集在后来随着曲柄角接近压缩上死点而上升的活塞凹腔中，并且因此在火花塞附近形成具有良好的着火性的可燃的空燃混合物。

接下来，在压缩冲程喷射的中期(中期1和中期2)，如图15B和图15C所示，从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)随着活塞接近燃料喷射阀而逐渐增大。这样喷射的燃料喷雾被适当地引导到活塞凹腔中，通过活塞凹腔的内壁而偏向朝向火花塞的方向，并且进行分层充气燃烧。

此外，在压缩冲程喷射的后期(后期1和后期2)，如图15D和图15E所示，从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)随着活塞接近燃料喷射阀而逐渐减小。结果，更可靠地抑制了如图10D所示的润湿量的增大。这样喷射的燃料喷雾被适当地引导到活塞凹腔中，通过活塞凹腔的内壁而偏向朝向火花塞的方向，并且进行分层充气燃烧。

如上所述，根据第四模式的燃料喷射控制装置在压缩冲程喷射的初期也在火花塞附近产生具有良好的着火性的可燃的空燃混合物，并且在压缩冲程喷射的后期可靠地抑制润湿量的增大。因此，能确保稳定的分层充气燃烧，并且能更可靠地避免例如烟气、PM等问题。

(第四模式下的燃料喷射控制流程)将参照图16的流程图对第四模式中的动作进行说明。ECU 50中的CPU在指定的曲柄角执行图16的流程图中所示的例程。注意，图16的流程图中所示的第四模式中的燃料喷射控制流程仅在以下一点上与图13的流程图中所示的第三模式中的燃料喷射控制流程不同。

这一点在于，在第四模式的燃料喷射控制流程中，如果在步骤1830中判定为压缩冲程中的第i次喷射不对应于“第一期间中的n次喷射”，则在步骤1855中减小到达升程量(以下将详述)。注意，分配给各步骤的序号的后两位数对应于在该步骤中执行的例程的内容。即，在图16和图13中，在被分配了具有相同的后两位数的序号的步骤中执行相同的例程。

因此，与图13中的流程图相似，在图16的流程图中，同样，在步骤1801至1806中进行发动机转速NE的检测、进气量的检测、燃料喷射量Q的计算、燃料喷射时期的计算、第一期间中的喷射次数n的计算以及第三期间中的喷射次数m的计算。同样，在本例中，对如上所述确定的整个燃料喷射时期执行分割喷射。在分割喷射中，第一期间中的n次喷射中的到达升程量随着发动机10的曲柄角接近压缩上死点而增大。此外，第三期间中的m次喷射的到达升程量随着发动机10的曲柄角接近压缩上死点而减小。同样，在本例中，燃料喷射时期与第一期间与第三期间之和一致。

接下来，在步骤1810中将计数器i设定为零，并且在下一个步骤1820中将计数器i累加。然后，在步骤1830中判定分割喷射中的第i次喷射是否对应于“第一期间中的n次喷射”。如果在步骤1830中判定为第i次喷射对应于“第一期间中的n次喷射”(步骤1830：是)，则在下一个步骤1835中计算第i次燃料喷射中的到达升程量。此时，第一次燃料喷射中的到达升程量被设定为hini。此后，在第二次至第n次燃料喷射中到达升程量以等量(Δhu)增大。这种情况下，利用上式(1)来表达第i次燃料喷射中的到达升程量hi。

注意，第一次燃料喷射中的到达升程量hini和从第二次至第n次燃料喷射中的到达升程量的增量Δhu是如上所述地设定的。将如上所述设定的从第一次至第n次燃料喷射中的到达升程量hi(i＝1，2，3...，n)存储为在执行下一次燃料喷射时使用的设定值，并且在下一个步骤1860中存储在例如设置于ECU 50中的数据存储装置(例如，RAM等)中。

相反，如果在步骤1830中判定为第i次喷射不对应于“第一期间中的n次喷射”(步骤1830：否)，则在下一个步骤1855中计算i次(从第n+1次至第n+m次)燃料喷射中的到达升程量。此时，从最近一次起的m次(即，从第n+1次至第n+m次)燃料喷射中的到达升程量从第n次燃料喷射中的到达升程量以等量(Δhd)减小。这种情况下，利用下式(4)来表达第i次燃料喷射中的到达升程量hi。

[式4]

hi＝hini+(n-1)×Δhu-(i-n)×Δhd...(4)

注意，第一次燃料喷射中的到达升程量hini和从第二次至第n次燃料喷射中的到达升程量的增量Δhu是如上所述地设定的。第三期间中的m次燃料喷射中的到达升程量的具体减量Δhd是基于例如燃料喷射阀30的升程量的控制精度、在各个喷射时点的曲柄角(燃料喷射阀30和活塞17之间的距离)、发动机转速NE、燃料喷射量Q等而设定的。将这样设定的第i次(i＝n+1，n+2...，n+m)燃料喷射中的到达升程量hi存储为在执行下一次燃料喷射时使用的设定值，并且在下一个步骤1860中存储在例如设置于ECU 50中的数据存储装置(例如，RAM等)中。

在下一个步骤1875中，ECU 50判定是否对在第一期间和第三期间中执行的全部n+m次燃料喷射都设定了到达升程量hi。更具体地，ECU 50判定i是否等于n+m。如果判定为i等于n+m(步骤1875：是)，则ECU 50转入下一个步骤1880。此时，对于全部n+m次分割喷射而言的到达升程量hi已经被设定并且存储在数据存储装置中。在步骤1880中，基于在步骤1804中计算出的燃料喷射时期、在步骤1805中计算出的第一期间中的喷射次数n、在步骤1806中计算出的第三期间中的喷射次数m以及在步骤1835和步骤1855中计算出并在步骤1860中存储在数据存储装置中的到达升程量来指示燃料喷射的实行。

相反，如果在步骤1875中判定为i不等于n+m(步骤1875：否)，则ECU 50返回步骤1820。然后，重复从步骤1820到步骤1875的流程。这样，在对于全部n+m次分割喷射而言的到达升程量hi被设定之前，重复从步骤1820到步骤1875的流程。

顺便说一下，在除发动机10的一个循环的上述第一期间和第三期间中的分割喷射以外没有机会喷射燃料的情况下，毋容置疑，以使得每个循环所要求的燃料喷射量Q等于上述整个分割喷射中的总燃料喷射量的方式设定第一期间中的喷射次数n、第三期间中的喷射次数m和对于各喷射而言的到达升程量hi。换言之，第一期间中的喷射次数n、第三期间中的喷射次数m和对于各喷射而言的到达升程量hi被设定为满足上式(2')。

注意，已对除发动机10的一个循环的第一期间和第三期间中的分割喷射以外没有机会喷射燃料的上述情况进行了说明。然而，例如，当仅通过在第一期间和第三期间中执行的分割喷射难以喷射每个循环所要求的燃料喷射量Q时，还可在第一期间和第三期间以外的期间中执行燃料喷射。例如，如上所述，还可在第一期间之前的第二期间中执行燃料喷射。

此外，构成由上述流程图表示的燃料喷射控制流程的各例程的执行顺序可在不引起任何矛盾的情况下切换。此外，在以上说明中，在从第二次至第n次燃料喷射中，到达升程量以等量(Δhu)增大。然而，从第二次至第n次燃料喷射中的到达升程量的增量(Δhu)不必始终相同并且因此每次都可以不同。类似地，在以上说明中，在分割喷射的末期的m次(即，从第n+1次至第n+m次)燃料喷射中到达升程量以等量(Δhd)减小。然而，从第n+1次至第n+m次燃料喷射中的到达升程量的减量(Δhd)不必始终相同并且因此每次都可以不同。

此外，以上已对第三期间中的m次喷射紧接在第一期间中的n次喷射之后执行的情况进行了说明。然而，可在第一期间和第三期间之间设置到达升程量维持恒定的期间。

如上所述，按照根据第四模式的燃料喷射控制装置，构成在第一期间中执行的分割喷射的各喷射中的到达升程量hi被设定为随着发动机10的曲柄角接近压缩上死点而越大的值。因此，在燃料喷射阀和活塞之间的距离大的压缩冲程喷射的初期的喷射中，到达升程量被设定为小值。换言之，在压缩冲程喷射的初期的喷射中，从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)小。然后，在压缩冲程喷射的后期，从燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的动量(贯穿力)随着燃料喷射阀和活塞之间的距离减小而逐渐减小。结果，可以在压缩冲程喷射的初期和压缩冲程喷射的后期减小燃料喷雾的动量(贯穿力)。在压缩冲程喷射的初期，当燃料喷雾的动量(贯穿力)过大时关注进行分层充气燃烧的燃料量的减少。在压缩冲程喷射的末期，当燃料喷雾的动量(贯穿力)过大时关注润湿量的增大。此外，在压缩冲程喷射的中期能喷射具有大动量(贯穿力)的燃料喷雾。结果，能确保稳定的分层充气燃烧，并且能更可靠地避免烟气、PM等问题。

在到目前为止已说明的各种实施方式中，已说明了根据本发明的燃料喷射控制装置应用于“侧面喷射式内燃发动机”的情况。然而，如上所述，根据本发明的燃料喷射控制装置适用的内燃发动机不受特别限制，只要该内燃发动机是其中燃料朝形成在活塞的顶面中的凹腔喷射的缸内喷射式火花点火内燃发动机即可。换言之，除“侧面喷射式内燃发动机”以外，根据本发明的燃料喷射控制装置还能适当地应用于例如所谓的“中央喷射式内燃发动机”，其中燃料从配置在气缸盖的中央部附近的燃料喷射阀朝形成在活塞的顶面中的凹腔喷射。

到目前为止已出于说明本发明的目的间或地参照附图对一些具有特定构型的实施方式和示例进行了说明。毋容置疑，不应当将本发明的范围解释为受限于这些例述性的实施方式和示例，并且能在权利要求书的范围和说明书中记载的内容以内适当地对其作出修改。

Claims (4)

1.一种用于缸内喷射式火花点火内燃发动机的燃料喷射控制装置，所述缸内喷射式火花点火内燃发动机包括

在顶面中设置有凹腔的活塞，和

燃料喷射阀，所述燃料喷射阀构造成伴随着阀体从阀座的移动从喷射孔朝所述凹腔喷射燃料，所述燃料喷射控制装置包括

电子控制单元，所述电子控制单元配置成

i)使所述阀体移动并改变到达升程量，所述到达升程量是所述阀体的移动量的最大值，

ii)将所述燃料喷射阀控制成使得在所述内燃发动机的压缩冲程的至少第一期间中实行燃料被分割和喷射多次的分割喷射，以及

iii)将所述到达升程量设定成使得对于所述第一期间中的各喷射而言的到达升程量随着所述内燃发动机的曲柄角接近压缩上死点而增大。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射控制装置，其中

所述电子控制单元配置成

i)使所述燃料喷射阀在所述第一期间之前的第二期间中喷射燃料至少一次，以及

ii)将所述到达升程量设定成使得对于所述第二期间中的各喷射而言的到达升程量小于对于所述第一期间中的初始喷射而言的到达升程量。

3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射控制装置，其中

所述电子控制单元配置成

i)使所述燃料喷射阀在所述第一期间之后的第三期间中喷射燃料至少一次，以及

ii)将对于所述第三期间中的各喷射而言的到达升程量维持在规定值。

4.根据权利要求1或2所述的燃料喷射控制装置，其中

所述电子控制单元配置成

i)使所述燃料喷射阀在所述第一期间之后的第三期间中喷射燃料至少一次，以及

ii)将所述到达升程量设定成使得对于所述第三期间中的各喷射而言的到达升程量随着所述内燃发动机的曲柄角接近压缩上死点而减小。