CN113464300B - 内燃机的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内燃机的控制装置，具备以在从进气行程开始的第1曲轴转角至压缩行程结束的第2曲轴转角的可喷射范围(AR12)内喷射燃料的方式对燃料喷射部(12)进行控制的喷射控制部(305)。喷射控制部(305)具有设定在可喷射范围(AR12)内由燃料喷射部(12)喷射的燃料的喷射次数的次数设定部(305A)，次数设定部(305A)在1次至4次的范围设定喷射次数。

Description

内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及一种控制直喷式内燃机的运行的内燃机的控制装置。

背景技术

在直喷式的内燃机中，在内燃机温度低的情况下，从喷射器喷射出的燃料有可能附着于活塞冠面等而产生积碳，因此要求抑制积碳的产生。考虑到这一点，以往已知有在压缩行程的后半段以接近理论混合比的方式喷射燃料并且使点火正时滞后的装置。那样的装置例如记载于专利文献1中。

然而，如专利文献1记载的装置那样，在压缩行程后半段喷射燃料并且使点火正时滞后的构成难以有效地抑制积碳向活塞冠面等的附着。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-340040号公报(JP2004-340040A)。

发明内容

本发明的一技术方案为对具有在缸的内部往复运动的活塞和向面向活塞的缸内的燃烧室喷射燃料的燃料喷射部的内燃机进行控制的内燃机的控制装置，具备喷射控制部，其以在从进气行程开始的第1曲轴转角至压缩行程结束的第2曲轴转角的范围内喷射燃料的方式对燃料喷射部进行控制，喷射控制部具有设定在可喷射范围内由所述燃料喷射部喷射出的燃料的喷射次数的次数设定部，次数设定部在1次至4次的范围内设定喷射次数。

附图说明

本发明的目的、特征以及优点，通过与附图相关的以下实施方式的说明进一步阐明。

图1是概略地示出应用本发明的实施方式的内燃机的控制装置的混合动力车辆的行驶驱动部的构成的图。

图2是概略地示出图1的发动机的主要部分构成的图。

图3是示出本发明的实施方式的内燃机的控制装置的主要部分构成的框图。

图4是示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的喷射模式的转换的一例的图。

图5是示出与图4的附着减少模式相对应的喷射映射的一例的图。

图6是示出图3的状态判定部的功能性结构的框图。

图7是示出由图3的控制器执行的处理的一例的流程图。

图8是示出点火正时的延迟与输出转矩之间的关系的一例的图。

图9A是示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的第1运转状态下的动作特性的一例的图。

图9B是示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的第2运转状态下的动作特性的一例的图。

图9C是示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的第3运转状态下的动作特性的一例的图。

图9D是示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的第4运转状态下的动作特性的一例的图。

图10A是示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的第5运转状态下的动作特性的一例的图。

图10B是示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的第6运转状态下的动作特性的一例的图。

图10C是示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的第7运转状态下的动作特性的一例的图。

图10D是示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的第8运转状态下的动作特性的一例的图。

图11是由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的动作的一例，是示出发动机冷却水温与燃料消耗率(Brake Specific Fuel Consumption)之间的关系的图。

图12是由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的动作的一例，是示出吸入空气量与延迟量之间的关系的图。

图13是示出由图3的控制器执行的处理的一例的流程图。

图14是示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的动作的一例的时序图。

图15是示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的动作的另一例的时序图。

图16是示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的动作的又一例的时序图。

图17是示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的动作的再一例的时序图。

图18是示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的动作的再一例的时序图。

图19是更详细地示出图3的喷射器控制部的构成的框图。

图20是示意性地示出图4的附着减少模式下的喷射方式的一例的图。

图21是示意性地示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的燃料喷射的禁止区域与可喷射区域的区别的图。

图22是示意性地示出应用本发明的实施方式的内燃机的控制装置的喷射器的燃料喷射的动作的图。

图23是示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的燃料喷射时机与积碳的附着量之间的关系的图。

图24是示出由本发明的实施方式的内燃机的控制装置实施的分次喷射时的各喷射的时间间隔与喷雾长度之间的关系的图。

图25是示出由图19的喷射器控制部执行的处理的一例的流程图。

图26是示出将图6的缸内温度判定部的构成更具体化的温度取得装置的主要部分构成的框图。

图27是示出活塞冠面的升温的特性的图。

具体实施方式

以下，参照图1～图27对本发明的一实施方式进行说明。本发明的实施方式的内燃机的控制装置应用于搭载作为内燃机的直喷式的汽油发动机的车辆。即，应用于仅以发动机作为驱动源行驶的行驶的发动机车以及以发动机和马达作为驱动源行驶的混合动力车辆。以下尤其是对将内燃机的控制装置应用于混合动力车辆的例子进行说明。

图1是概略地示出应用本发明的实施方式的内燃机的控制装置的混合动力车辆的行驶驱动部的构成的图。如图1所示，在发动机(ENG)1的输出轴1a连接第1电动发电机(MG1)2，在驱动轮4的旋转轴4a连接第2电动发电机(MG2)3。第1电动发电机2主要作为由发动机1驱动而产生电力的发电机发挥作用，从第1电动发电机2产生的电力经由未图示的逆变器蓄电于电池(BAT)5。第2电动发电机3主要作为由从电池5经由未图示的逆变器供给的电力驱动的行驶用马达发挥作用。

在发动机1的输出轴1a与驱动轮4的旋转轴4a之间夹设离合器6，输出轴1a与旋转轴4a通过离合器6连结或断开。当输出轴1a与旋转轴4a断开时，车辆仅利用第2电动发电机3的动力行驶(EV(电动)行驶)。当输出轴1a与旋转轴4a通过离合器6连结时，车辆仅利用发动机1的动力行驶(发动机行驶)或利用发动机1和第2电动发电机3的动力行驶(混合动力行驶)。即车辆能够将行驶模式变更为进行EV行驶的EV模式、进行发动机行驶的发动机模式以及进行混合动力行驶的混合动力模式。

图2是概略地示出发动机1的主要部分构成的图。发动机1是具有在车辆的减速行驶等时停止向多个气缸供给燃料的停止供给燃料功能的火花点火式的内燃机，是在动作周期期间经过进气、压缩、膨胀以及排气四个行程的四冲程发动机。方便起见，将从进气行程的开始到排气行程的结束称为发动机1的燃烧行程的一个循环或简称为一个循环。发动机1具有四气缸、六气缸、八气缸等多个气缸，但图2中示出单个气缸的构成。需要说明的是各气缸的构成是彼此相同的。

如图2所示，发动机1具有形成为缸体101的缸102、以能够滑动的方式配置于缸102的内部的活塞103以及在活塞103的冠面(活塞冠面)103a与缸盖104之间形成的燃烧室105。在活塞冠面103a例如以沿着缸内的滚流方式形成凹部103b。活塞103经由连杆106与曲轴107连结，活塞103沿着缸102的内壁往复运动，由此曲轴107(相当于图1的输出轴1a)旋转。

在缸盖104设置进气口111和排气口112。燃烧室105经由进气口111与进气通路113连通，另一方面，经由排气口112与排气通路114连通。进气口111通过进气阀115开闭，排气口112通过排气阀116开闭。在进气阀115的上游侧的进气通路113设置节气门阀119。节气门阀119例如由蝶形阀构成，通过节气门阀119调整向燃烧室105的吸入空气量。进气阀115和排气阀116由气门机构120驱动开闭。

在缸盖104以面对燃烧室105的方式分别安装火花塞11和直喷式的喷射器12。火花塞11配置于进气口111与排气口112之间，利用电能产生火花，将燃烧室105内的燃料与空气的混合气点燃。

喷射器12配置于进气阀115的附近，由电能驱动喷射燃料。更详细而言，从燃料箱经由燃料泵向喷射器12提供高压的燃料。喷射器12将燃料高微粒化，在规定的时机向燃烧室105内向斜下方喷射燃料。需要说明的是，喷射器12的配置不局限于此，还能够例如配置于火花塞11的附近。

气门机构120具有进气凸轮轴121和排气凸轮轴122。进气凸轮轴121一体地具有分别与各气缸(缸102)对应的进气凸轮121a，排气凸轮轴122一体地具有分别与各气缸对应的排气凸轮122a。进气凸轮轴121与排气凸轮轴122经由未图示的同步带与曲轴107连结，曲轴107每旋转2周，进气凸轮轴121与排气凸轮轴122分别旋转1周。

进气阀115通过进气凸轮轴121的旋转，借助未图示的进气摇臂，在与进气凸轮121a的轮廓相对应的规定的时机开闭。排气阀116通过排气凸轮轴122的旋转，借助未图示的排气摇臂，在与排气凸轮122a的轮廓相对应的规定的时机开闭。

在排气通路114夹设用于净化排出气体的催化剂装置13。催化剂装置13为具有通过氧化还原作用去除、净化排出气体中所含的HC、CO、NOx的功能的三效催化剂。另外，也能够使用对排出气体中的CO、HC进行氧化的氧化催化剂等其他催化剂装置。当催化剂装置13中所含的催化剂的温度变高时，催化剂活化，催化剂装置13对排出气体的净化作用提高。

发动机1以改善燃料消耗为目的，具有在发动机行驶时当规定的停止供给燃料条件成立时停止从喷射器12的燃料喷射的停止供给燃料功能。即，当停止供给燃料条件成立时，进入停止供给燃料模式(称为F/C模式)，停止燃料喷射。当例如检测到加速踏板的操作量(加速器开度)为规定值以下且曲轴107的转速(发动机转速)为规定值以上且车速为规定值以上的状态时停止供给燃料条件成立。例如在减速行驶时停止供给燃料条件成立。在F/C模式下，向燃烧室105内的进气继续。

发动机1以改善燃料消耗为目的，还具有当规定的怠速停止条件成立时停止从喷射器12喷射燃料的怠速停止功能。即，进入怠速停止条件成立的怠速停止模式(称为I/S模式)，燃料喷射停止。当例如停车时等检测出车速为规定车速以下且加速踏板无操作且对制动踏板有操作时怠速停止条件成立。在I/S模式下，发动机1的运行停止，与EV行驶时一样，向燃烧室105内的进气停止。

省略图示，发动机1具有使排出气体的一部分回流到进气系统的排出气体再循环装置、使窜缸混合气返回到进气系统使之再燃烧的窜缸混合气还原装置以及控制在燃料箱内蒸发出的燃料气体向进气系统的供给的吹扫控制装置等。排出气体再循环装置包括通过气门机构120的控制使排出气体在燃烧室105再循环的内部EGR(废气再循环系统)和将从排气通路114排出的排出气体的一部分经由EGR通路和EGR阀引导到进气系统的外部EGR。吹扫控制装置具有将在燃料箱内蒸发出的燃料气体引导到进气系统的吹扫通路以及设置于吹扫通路的中途、控制通过吹扫通路的气体的流动的吹扫阀。另外，发动机1还能够具备增压器。

图3是示出本发明的实施方式的内燃机的控制装置的主要部分构成的框图。如图3所示，内燃机的控制装置构成为以发动机控制用的控制器30为中心，具有与控制器30连接的各种传感器、执行器等。具体而言，在控制器30连接曲轴转角传感器31、加速器开度传感器32、水温传感器33、进气量传感器34、AF(空燃比)传感器35、火花塞11、喷射器12。

曲轴转角传感器31设置于曲轴107，构成为随着曲轴107的旋转输出脉冲信号。控制器30基于来自曲轴转角传感器31的脉冲信号，确定以活塞103的进气行程开始时的上止点TDC的位置为基准的曲轴107的旋转角度(曲轴转角)，并计算发动机转速。

加速器开度传感器32设置于车辆的未图示的加速踏板，检测加速踏板的操作量(加速器开度)。根据加速器开度传感器32的检测值指示发动机1的目标转矩。水温传感器33设置于用于冷却发动机1的发动机冷却水流动的路径上，检测发动机冷却水的温度(冷却水温)。进气量传感器34是检测吸入空气量的传感器，由例如配置于进气通路113(更具体而言是节气门阀的上游)的空气流量计构成。AF传感器35设置于催化剂装置13的上游的排气通路114，检测排气通路114中的排出气体的空燃比。

控制器30由电子控制单元(ECU)构成，包括具有CPU(中央处理器)等运算部、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等存储部以及其他外围电路的计算机而构成。控制器30具有喷射模式切换部301、温度信息取得部302、状态判定部303、点火控制部304、喷射器控制部305作为功能性结构。

喷射模式切换部301根据发动机1的运行状态切换喷射模式。图4是示出在例如从通过点火开关的导通而开始(启动)发动机1的工作到通过点火开关的断开而停止(结束)发动机1的工作的期间的、喷射模式的转换的一例的图。如图4所示，喷射模式包括启动模式M1、催化剂暖机模式M2、附着减少模式M3、均质提高模式M4、爆燃抑制模式M5、燃料停止模式M6。均质提高模式M4和爆燃抑制模式M5是活塞温度(缸内温度)高的高缸内温度状态，将均质提高模式M4和爆燃抑制模式M5统称为高缸内温度模式M7。

在图中的除燃料停止模式外的各模式M1～M5中，由以进气上止点TDC为起点的顺时针的圆的角度示出从进气行程的开始(进气上止点TDC)到压缩行程的结束(压缩上止点TDC)的区间的曲轴转角，并由从圆的中心呈放射状延伸的扇形的阴影线示出燃料喷射的时机。进气行程是曲轴转角在0°以上180°以下的范围，压缩行程是曲轴转角在180°以上360°以下的范围。需要说明的是，有时将曲轴转角在0°以上90°以下的范围称为进气行程前半段，将90°以上180°以下的范围称为进气行程后半段、将180°以上270°以下的范围称为压缩行程前半段程，将270°以上360°以下的范围称为压缩行程后半段。

启动模式M1是用于启动发动机1的模式，在点火开关刚刚导通或者从EV模式、I/S模式复位时执行。在启动模式M1下，在发动机1的动力输出轴转动而起动后，如图所示在压缩行程前半段分2次即通过二级压缩二级压缩喷射燃料生成混合气。该情况下的每一次的喷射量彼此相等。通过在压缩行程喷射燃料，能够提高发动机1的启动性。还有，通过在压缩行程前半段多级喷射燃料，抑制每一次的燃料喷射量。其结果是，能够抑制燃料附着到活塞冠面103a、缸102的壁表面，能够抑制积碳的产生。

另外，只要能够兼顾启动性的提高和对积碳的抑制，启动模式M1就不局限于二级压缩，可以是在压缩行程喷射1次(一级压缩)或者分别在进气行程和压缩行程喷射(多级进气压缩)等其他喷射模式。当启动模式M1结束时，进入催化剂暖机模式M2、附着减少模式M3以及高缸内温度模式M7(例如均质提高模式M4)中的任一种喷射模式。

催化剂暖机模式M2是促进催化剂装置13的暖机从而实现催化剂的提前活化的模式。在催化剂暖机模式M2下，如图所示在进气行程分为2次，即通过二级进气喷射燃料，生成混合气。该情况下的每一次的喷射量彼此相等。此外，在催化剂暖机模式M2下，火花塞11的点火正时比得到最大转矩的最佳点火正时MBT延迟(滞后)。由于点火正时的延迟使混合气延迟燃烧，由此用于产生目标转矩的向燃烧室105的空气供给量增加从而燃料喷射量增加，由此因混合气的燃烧而产生的热量增加，能够使催化剂装置13提前暖机。在催化剂暖机模式M2下，在预先存储于存储器的、不因发动机转速、吸入空气量而变化的规定的时机喷射燃料。

在催化剂暖机模式M2中，通过以二级进气喷射燃料，能够使混合气均质化，燃烧效率提高，能够抑制废气排放的恶化。需要说明的是，只要能够抑制废气排放的恶化，催化剂暖机模式M2就不局限于二级进气，可以是在进气行程喷射一次(一级进气)、或者多级进气压缩等其他喷射模式。当催化剂暖机模式M2结束时，进入附着减少模式M3或高缸内温度模式M7(例如均质提高模式M4)。

附着减少模式M3在活塞温度为低温时以减少积碳为目的执行。在附着减少模式M3下，在进气行程开始时的进气上止点TDC和压缩行程结束时的压缩上止点TDC附近的规定的禁止喷射区域以外的区域，即活塞冠面103a与喷射器12分离的区域(可喷射区域)喷射燃料。禁止喷射区域设定为例如进气行程前半段的一部分或者几乎全域和压缩行程后半段的一部分或者几乎全域。

更详细而言，禁止喷射区域根据发动机转速而设定。发动机转速越高，在进气行程中活塞冠面103a从喷射器12退避的速度和在压缩行程活塞冠面103a靠近喷射器12的速度越快。因此，发动机转速越高，进气行程中的禁止喷射区域变得越狭窄(禁止喷射区域的结束向提前侧移动)、在压缩行程中禁止喷射区域变得越大(禁止喷射区域的开始向滞后侧移动)。

可喷射区域中的燃料的喷射次数和喷射时机根据预先存储于存储器的映射、例如图5所示的映射决定。即，如图5所示，与发动机转速Ne和目标喷射量Q所对应的最大输出转矩的特性f1建立对应关系，由预先决定的映射决定，在1次～4次的范围内决定喷射次数。喷射次数为多次时的每一次的喷射量彼此相等。需要说明的是，目标喷射量Q被计算为实际空燃比成为目标空燃比的值，根据吸入空气量决定。因此，还能够将图5的映射与图4的均质提高模式M4的映射相同，替换成发动机转速Ne和吸入空气量G的映射。

为了抑制燃料附着到活塞冠面103a，优选增加喷射次数，从而降低每一次的喷射量。但是，喷射器12的每一次的最小喷射量Qmin由喷射器12的规格规定，喷射器12无法进行低于最小喷射量Qmin的量的喷射(MinQ制约)。因此，在目标喷射量少的区域，喷射次数为1次，随着目标喷射量Q的增加，喷射次数逐渐向2次、3次和4次增加。

另一方面，为了增加喷射次数，需要以高速驱动喷射器12。因此，需要例如在短时间内反复进行控制器30的喷射器驱动用的电路中的电容器的充放电。在该情况下，发动机转速Ne越高，需要越提高喷射器12的驱动速度，控制器30的电负荷越增大，控制器30的发热量越增大。其结果是，因控制器30的热的制约(ECU热制约)，喷射次数受到限制。即，在发动机转速Ne小的区域，喷射次数为4次，但随着发动机转速Ne的增加，喷射次数逐渐被限制为3次、2次和1次。

通过以上所述，在例如发动机转速Ne低于规定值N1且目标喷射量Q为规定值Q3以上的区域AR1，喷射次数被设定为4次(四级喷射)。在发动机转速Ne低于规定值N2且目标喷射量Q为规定值Q2以上且区域AR1以外的区域AR2，喷射次数被设定为3次(三级喷射)。在发动机转速Ne低于规定值N3且目标喷射量Q为规定值Q1以上且区域AR1、AR2以外的区域AR3，喷射次数被设定为2次(三级喷射)。在发动机转速Ne为规定值N3以上或目标喷射量Q低于规定值Q1的区域AR4，喷射次数被设定为1次(单发喷射)。

另外，规定值N1～N3具有N1<N2<N3的关系，规定值Q1～Q3具有Q1<Q2<Q3的关系。规定值N1～N3、Q1～Q3预先根据实验决定，存储于存储器。附着减少模式M3下的最大喷射次数由喷射器12、控制器30等的规格和喷射器12的安装位置等决定，有时比4次少或比4次多。当附着减少模式结束时，进入高缸内温度模式M7(例如均质提高模式M4)或燃料停止模式M6。

均质提高模式M4是燃料消耗为最佳的喷射模式。在均质提高模式下，按照与预先存储于存储器的发动机转速Ne和吸入空气量G相应的控制映射，实施一级进气或二级进气的燃料喷射。即，如图4所示，在发动机转速Ne低且吸入空气量G多的高负荷低转速的区域，以二级进气喷射燃料，在发动机转速Ne高或吸入空气量G低的区域，以一级进气喷射燃料。该情况下的控制映射根据冷却水温而变化。需要说明的是，二级进气的每一次的喷射量彼此相等。在均质提高模式中，通过以一级进气或二级进气喷射燃料，燃烧室105内的混合气由于滚流而被均质化，能够提高燃烧效率。

此外，在均质提高模式M4下，主要根据发动机转速Ne和吸入空气量G控制火花塞11的点火正时。具体而言，在不发生或难以发生爆燃的区域，将点火正时控制为比压缩上止点TDC靠提前侧的预先存储于存储器的最佳点火正时MBT。另一方面，在发生或容易发生爆燃的区域，例如发动机转速低且吸入空气量高的高负荷低转速的区域，为了抑制爆燃的发生，按照预先存储于存储器的特性使点火正时比最佳点火正时MBT延迟。需要说明的是，也可以设置检测爆燃的发生的爆燃传感器，当由爆燃传感器检测到爆燃的发生时，延迟点火正时。当规定的爆燃抑制条件成立时，均质提高模式M4切换为爆燃抑制模式M5。

爆燃抑制模式M5是抑制爆燃的发生的喷射模式。当进入爆燃抑制模式M5时，延迟了的点火正时向MBT侧返回(提前)，并在进气行程(例如进气行程前半段)喷射一次燃料且在压缩行程(例如压缩行程前半段)喷射一次燃料(多级进气压缩)。在该情况下，在压缩行程的喷射量为最小喷射量Qmin，在进气行程中喷射从目标喷射量Q减去最小喷射量Qmin的量。通过在压缩行程中喷射燃料，由于汽化潜热，燃烧室105的废气温度降低。

由此，能够抑制点火正时的延迟量的同时，抑制爆燃的发生。因此，与使点火正时延迟仅在进气行程实施燃料喷射的情况相比较，能够提高燃烧效率。当爆燃抑制模式结束时，即爆燃抑制条件不成立时，切换为均质提高模式。也就是说，处于高缸内温度状态(高缸内温度模式M7)时，根据爆燃抑制条件是否成立，喷射模式在均质提高模式M4和爆燃抑制模式M5之间切换。

燃料停止模式M6是燃料喷射停止并且燃烧在燃烧室105内停止时的模式，在EV模式时、F/C模式时以及I/S模式时中的任一模式时，切换为燃料停止模式M6。例如当在附着减少模式M3下燃烧停止时，或在高缸内温度模式M7下燃烧停止时，切换为燃料停止模式M6。当燃料停止模式M6结束时，喷射模式切换为启动模式M1、附着减少模式M3以及高缸内温度模式M7中的任一种。

图3温度信息取得部302取得缸102内的温度信息。该温度信息为对在缸102内的燃料附着产生影响的缸内温度的信息，与活塞冠面103a的温度相对应。因此，如果能够设置能够高精度地检测活塞冠面103a的温度的传感器，则温度信息取得部302只要取得来自该传感器的信息即可。但是，活塞冠面103a面向高温的燃烧室105在缸102内往复运动，因此难以由传感器直接且高精度地检测活塞冠面103a的温度。

另一方面，活塞冠面103a的温度与为了在燃烧室105燃烧而向燃烧室105内供给的吸入空气量G具有相关关系。即，吸入空气量G的累计量越多，在燃烧室105内产生的热量越增加，因此与缸内温度相对应的活塞冠面103a的温度越上升。因此，温度信息取得部302取得来自进气量传感器34的信号，并基于所取得的信号计算吸入空气量G的累计量。

状态判定部303判定与喷射模式的切换相关的发动机1的运行状态。图6是示出状态判定部303的功能性结构的框图。如图6所示，状态判定部303具有启动判定部303A、催化剂暖机判定部303B、缸内温度判定部303C、爆燃判定部303D、停止供给燃料判定部303E。

启动判定部303A在图4的启动模式M1下判定发动机1是否结束了启动。具体而言，基于来自曲轴转角传感器31的信号计算出的、发动机的动力输出轴转动而起动后的发动机转速上升到能够通过自身动力维持旋转的自持转速后，根据是否计数了规定计数值，判定是否结束了启动。当由启动判定部303A判定为发动机1的启动结束了时，喷射模式切换部301将喷射模式从启动模式M1切换为催化剂暖机模式M2、附着减少模式M3或高缸内温度模式M7(例如均质提高模式M4)。

启动判定部303A不仅判定发动机1的启动的结束，还判定是否需要启动发动机1。即，在图4的燃料停止模式M6下，判定是否需要将行驶模式从EV模式切换为发动机模式或混合动力模式以及是否需要从I/S模式复位。当由启动判定部303A判定为需要向发动机模式切换或需要从I/S模式复位时，喷射模式切换部301将喷射模式从燃料停止模式M6切换为启动模式M1。

催化剂暖机判定部303B在图4的催化剂暖机模式M2下，判定催化剂装置13的暖机(催化剂暖机)是否结束了。该判定是发动机1的总功是否达到了催化剂暖机所需的目标总功的判定。目标总功是使用预先存储的关系式、特性或者映射，在发动机1启动时根据由水温传感器33检测出的冷却水温来设定。例如当冷却水温低时，发动机1尚未被暖机，因此催化剂暖机需要时间。考虑到这一点，冷却水温越低，则目标总功设定为越大的值。

催化剂暖机判定部303B首先基于来自水温传感器33的信号，计算与冷却水温相对应的发动机1的总功。然后，当总功达到目标总功时，判定为催化剂暖机结束了。当由催化剂暖机判定部303B判定为催化剂暖机结束了时，喷射模式切换部301将喷射模式从催化剂暖机模式M2切换为附着减少模式M3或高缸内温度模式M7(例如均质提高模式M4)。

催化剂暖机判定部303B在图4的启动模式M1中，判定是否需要催化剂暖机。例如在从EV行驶复位等中，在冷却水温高的情况下，目标总功设定为0，判定为不需要催化剂暖机。在该情况下，喷射模式切换部301将喷射模式从启动模式M1切换为附着减少模式M3或高缸内温度模式M7(例如均质提高模式M4)。另一方面，在启动模式M1下，当目标总功设定为比0大的值，判定为需要催化剂暖机时，喷射模式切换部301将喷射模式从启动模式M1切换为催化剂暖机模式M2。

缸内温度判定部303C基于由温度信息取得部302取得的吸入空气量G的累计量，判定与活塞冠面103a的温度相对应的缸内温度是否为规定值(例如100℃)以上。即，判定缸内温度是规定值以上的高缸内温度，还是低于规定值的低缸内温度。缸内温度判定部303C分别判定在图4的启动模式M1、催化剂暖机模式M2、燃料停止模式M6下，缸内温度是否分别为高缸内温度。

爆燃判定部303D判定在图4的均质提高模式M4中，爆燃抑制条件是否成立。该判定是用于抑制爆燃的发生的点火正时的延迟量是否达到规定值以上的判定，是是否需要向抑制爆燃的发生的喷射模式切换的判定。爆燃在发动机转速较高和冷却水温较低时不易发生。考虑到这一点，爆燃抑制条件在点火正时相对于最佳点火正时MBT的延迟量为规定值以上且冷却水温为规定值以上且发动机转速为规定值以下时成立。当由爆燃判定部303D判定为爆燃抑制条件成立了时，喷射模式切换部301将喷射模式从均质提高模式M4切换为爆燃抑制模式M5。

另一方面，在爆燃抑制模式M5中，当由爆燃判定部303D判定为爆燃抑制条件不成立时，喷射模式切换部301将喷射模式从爆燃抑制模式M5切换为均质提高模式M4。需要说明的是，喷射模式也有不经由均质提高模式M4地从附着减少模式M3切换为爆燃抑制模式M5的情况。即，也有在附着减少模式M3中，当由缸内温度判定部303C判定为是高缸内温度时，切换为爆燃抑制模式M5的情况。由此，当推定为是从低缸内温度状态切换为规定的高缸内温度状态时，能够不经由均质提高模式M4迅速地进入爆燃抑制模式M5，能够提高燃烧效率。

停止供给燃料判定部303E判定在图4的催化剂暖机模式M2、附着减少模式M3以及高缸内温度模式M7中，是否需要停止供给燃料。即，判定是否需要向EV模式、F/C模式或I/S模式切换。当由停止供给燃料判定部303E判定为需要停止供给燃料时，喷射模式切换部301将喷射模式从催化剂暖机模式M2、附着减少模式M3或高缸内温度模式M7切换为燃料停止模式M6。

图3的点火控制部304以点火正时成为基于预先存储于存储器的、与运转状态相应的映射、特性设定的目标点火正时的方式，向火花塞11输出控制信号。例如在催化剂暖机模式M2下，以使点火正时比最佳点火正时MBT延迟的方式，向火花塞11输出控制信号。在均质提高模式M4下，以使点火正时成为最佳点火正时MBT或者为了抑制爆燃的发生而延迟的方式，向火花塞11输出控制信号。在爆燃抑制模式M5下，以使点火正时从延迟向MBT侧复位(提前)的方式，向火花塞11输出控制信号。

喷射器控制部305一边实施由AF传感器35检测出的实际空燃比成为目标空燃比(例如理论空燃比)那样的反馈控制，一边根据由进气量传感器34检测出的吸入空气量计算每一循环的目标喷射量。然后，根据图4的喷射模式计算每一次的目标喷射量(单位目标喷射量)，并向喷射器12输出控制信号，以使喷射器12在规定的时机喷射单位目标喷射量。

图7是示出按照预先存储于存储器的程序由控制器30执行的处理的一例、尤其是与喷射模式的切换相关的处理的一例的流程图。该流程图所示的处理，当例如通过点火开关的导通而指示发动机1开始工作时开始，以规定周期反复执行。需要说明的是，在图7中，省略对与从图4的燃料停止模式M6向其他喷射模式的切换以及从其他喷射模式向燃料停止模式M6的切换相关的处理的记载。

如图7所示，首先在S1(S：处理步骤)中，判定启动结束标志是否为1。启动结束标志在初始时点为0，当在启动模式M1下发动机1的启动结束时设定为1。当S1为否定(S1：否)时进入S2，为肯定(S1：是)时跳过S2～S4进入S5。在S2中，将喷射模式切换为启动模式。

接下来，在S3中，基于来自曲轴转角传感器31的信号，判定发动机1的启动是否结束，即发动机转速是否达到了自持转速。当S3为肯定(S3：是)时进入S4，当为否定(S3：否)时返回到S2。在S4中，将启动结束标志设置为1。

接下来，在S5中，根据基于来自水温传感器33的信号设定的目标总功是否为0，判定是否需要催化剂装置13的暖机运转。当S5为肯定(S5：是)时进入S6，当为否定(S5：否)时跳过S6、S7进入S8。在S6中，将喷射模式切换为催化剂暖机模式M2。在S7中，基于来自进气量传感器34的信号计算发动机1的总功，并根据总功是否达到了目标总功，判定催化剂暖机是否结束。当S7为肯定(S7：是)时进入S8，当为否定(S7：否)时返回到S6。

在S8中，基于由温度信息取得部302取得的吸入空气量G的累计量，判定缸内温度是否为规定值以上，即是否为高缸内温度。当S8为肯定(S8：是)时进入S9，将喷射模式切换为高缸内温度模式M7。

接下来，在S10中，基于点火正时相对于最佳点火正时MBT的延迟量、由水温传感器33检测出的冷却水温、由曲轴转角传感器31检测出的发动机转速，判定爆燃抑制条件是否成立。当S10为肯定(S10：是)时进入S11，当为否定(S10：否)时进入S12。在S11中，将喷射模式切换为爆燃抑制模式M5，在S12中，将喷射模式切换为均质提高模式M4。另一方面，当S8为否定(S8：否)时进入S13，将喷射模式切换为附着减少模式M3。

更具体地说明本实施方式的控制装置的主要动作。当点火开关导通时，通过二级压缩喷射燃料，发动机1启动(S2)。之后，在发动机1第一次启动等时，在冷却水温低的状态下，需要催化剂装置13的暖机运转，通过二级进气喷射燃料(S6)。此时，点火正时比最佳点火正时MBT延迟，混合气延迟燃烧，能够使催化剂装置13暖机提前。

在催化剂装置13暖机结束后(例如发动机1第一次启动后的暖机结束紧后)，有时缸内温度未上升到为了降低积碳在活塞冠面103a的附着所需的规定温度(例如100℃)。在该情况下，为了优先降低积碳的附着，而在例如从进气后半段到压缩前半段的范围内，按照图5的映射喷射燃料(S13)。因此，例如在高负荷低转速的区域AR1，喷射次数成为4次。由此，喷射器12的每一次的燃料喷射量减少，能够有效地抑制燃料的附着。

另一方面，在催化剂装置13暖机结束后的缸内温度为规定温度以上时，假设即使燃料附着于活塞冠面103a，燃料也立即蒸发，因此难以产生积碳。该情况下，在进气行程(二级进气或单发进气)中喷射燃料(S12)。由此燃烧室105内的混合气均质化，能够提高燃烧效率。需要说明的是，在催化剂暖机运转中也以二级进气喷射燃料，但在进气行程中的燃料的喷射时机与催化剂暖机运转不同。

在缸内温度高的状态下，当在进气行程中喷射燃料时，爆燃抑制条件成立时，除进气行程外，还在压缩行程喷射最小喷射量Qmin的燃料(S11)。由此，能够使混合气的温度降低，能够抑制爆燃的发生。其结果是，能够减少以抑制爆燃为目的的点火正时的延迟的量，由于点火正时接近最佳点火正时MBT，因此能够提高燃烧效率。

在从EV模式、I/S模式复位时等发动机1启动了时，有时冷却水温足够高。在该情况下，在发动机启动后不实施催化剂装置13的暖机运转，而进入高缸内温度模式M7(例如均质提高模式M4)或附着减少模式M3(S5→S8→S9、S5→S8→S13)。由此，既能抑制积碳向活塞冠面103a的附着，又能在发动机启动后进行有效的燃烧。

采用本实施方式能够起到如下的作用效果。

(1)本实施方式的内燃机的控制装置构成为对具有在缸102内往复运动的活塞103和向面向活塞103的缸102内的燃烧室105喷射燃料的喷射器12发动机1进行控制(图2)。该控制装置具备：催化剂暖机判定部303B，其判定设置于发动机1的排气通路114的催化剂装置13的暖机运转是否结束；温度信息取得部302，其取得缸102的内部的温度信息；喷射模式切换部301，其当由催化剂暖机判定部303B判定为暖机运转结束时，根据由温度信息取得部302取得的温度信息，将喷射模式切换为主要在从进气后半段至压缩前半段的范围进行1～4次喷射的附着减少模式M3以及以单发进气或二级进气喷射的均质提高模式M4中的任一种；以及喷射器控制部305，其以根据由喷射模式切换部301切换成的喷射模式喷射燃料的方式控制喷射器12(图3、6)。这样，在催化剂装置13的暖机运转结束后，不仅是均质提高模式M4还能切换为附着减少模式M3，由此能够在为活塞温度低的低缸内温度状态的情况下，良好地抑制积碳向活塞冠面103a的附着。

(2)内燃机的控制装置还具有缸内温度判定部303C，所述缸内温度判定部303C基于由温度信息取得部302取得的温度信息，判定缸102的内部的暖机是否结束，即判定缸102的内部的温度是低缸内温度还是高缸内温度(图6)。喷射模式切换部301当由缸内温度判定部303C判定为低缸内温度时，也就是说判定为缸102内的暖机未结束时，将喷射模式切换为附着减少模式M3，当判定为高缸内温度时，也就是说判定为缸102内的暖机结束了时，将喷射模式切换为均质提高模式M4(图7)。由此能够有效地抑制燃料的附着。即，存在在催化剂装置13的暖机运转结束后缸内温度较低的情况，当在该情况下进入均质提高模式M4时，积碳有可能附着于活塞冠面103a，但通过进入附着减少模式M3，能够抑制积碳的产生。

(3)内燃机的控制装置还具备：检测发动机1的转速的曲轴转角传感器31和检测吸入空气量作为与发动机1的输出转矩具有相关关系的物理量的进气量传感器34(图3)。附着减少模式M3是根据由曲轴转角传感器31检测出的发动机转速Ne和由进气量传感器34检测出的吸入空气量(更严格来说是与吸入空气量相对应的目标喷射量Q)在跨进气行程和压缩行程的规定范围的动作行程中1次或多次(最多4次)喷射燃料的模式(图5)。均质提高模式M4是根据由曲轴转角传感器31检测出的发动机转速Ne和由进气量传感器34检测出的吸入空气量G在进气行程中1次或多次(2次)喷射燃料的模式(图4)。附着减少模式M3中的燃料的最大喷射次数(4次)比均质提高模式M4中的燃料的最大喷射次数(2次)多。由此，能够使附着减少模式M3中的喷射器12的每一次的喷射量比均质提高模式M4中的喷射器12的每一次的喷射量减少，能够良好地抑制燃料的附着。

(4)内燃机的控制装置还具备爆燃判定部303D，所述爆燃判定部303D判定用于抑制发动机1的爆燃发生的点火正时的延迟量是否达到规定值以上等爆燃抑制条件的成立与否(图6)。喷射模式切换部301在喷射模式为附着减少模式M3或均质提高模式M4时，当由爆燃判定部303D判定为需要向用于抑制爆燃发生的喷射模式切换时，将喷射模式切换为以多级进气压缩喷射燃料的爆燃抑制模式M5(图7)。由此既能抑制点火正时的延迟量，又能有效地抑制爆燃的发生。

更加详细地说明如上构成的内燃机的控制装置中的、与图4的均质提高模式M4与爆燃抑制模式M5之间的切换相关的构成。当在均质提高模式M4中，爆燃抑制条件成立时，喷射模式切换为爆燃抑制模式M5。爆燃抑制条件包括点火正时相对于输出转矩成为最大的最佳点火正时MBT的延迟量达到了规定值(规定的切换延迟量)。首先说明这一点。延迟量R是表示抑制爆燃发生的程度、即爆燃抑制度的参数，能够将延迟量R置换为爆燃抑制度。

图8是示出在吸入空气量固定的状态下将点火正时从常规点火正时延迟了的情况下的输出转矩的变化的图，横轴为点火正时(角度)，纵轴为输出转矩。需要说明的是，常规点火正时是爆燃的发生不成为问题的运转状态中的点火正时，在图8中，常规点火正时是压缩上止点前BTDC的最佳点火正时MBT。如图8所示，输出转矩T在点火正时为最佳点火正时MBT时最大(点P0)，随着点火正时滞后、延迟量R增加，输出转矩T沿着以点P0为顶点的大致抛物线状的特性f0下降。列举一例，在相对于最佳点火正时MBT的延迟量R为Ra(例如5°)的点Pa，输出转矩T仅减少ΔTa。需要说明的是，Ra相当于后述的切换延迟量。

图3的点火控制部304具有滞后角计算部，所述滞后角计算部计算与目标点火正时相对应的从最佳点火正时MBT起的延迟量(目标延迟量)R。目标延迟量例如根据由曲轴转角传感器31检测出的发动机转速和由进气量传感器34检测出的吸入空气量计算。即，在存储器预先规定与发动机转速和吸入空气量相对应的目标延迟量的关系。该关系例如是发动机转速越低且吸入空气量越多则目标延迟量变得越大这样的关系。点火控制部304使用该关系计算用于抑制爆燃的目标延迟量，并且以点火正时相对于最佳点火正时MBT延迟目标延迟量的方式控制火花塞11。点火正时的延迟在作为高缸内温度状态的图4的均质提高模式M4和爆燃抑制模式M5二者下实施。

图9A分别示出与吸入空气量G的变化相对应的、均质提高模式M4的输出转矩T1和爆燃抑制模式M5的输出转矩T2的特性f11、f12、表示输出转矩T1、T2之差即转矩差ΔT(＝T2-T1)的特性f13、输出转矩T1的燃料消耗率BSFC1和爆燃抑制模式M5的燃料消耗率BSFC2的特性f14、f15、表示燃料消耗率BSFC1与BSFC2之差即ΔBSFC(＝BSFC2-BSFC1)的特性f16、均质提高模式M4的延迟量R1和爆燃抑制模式M5的延迟量R2的特性f17、f18。需要说明的是，延迟量R是将最佳点火正时MBT设为0的延迟量。

图9A是示出发动机1的规定的运转状态(第1运转状态)中的特性的一例的图。第1运转状态是发动机转速为第1转速(例如2000rpm)、使用辛烷值为第1规定值(例如91)的燃料且有由内部EGR对排出气体的再循环的运转状态。需要说明的是，在图9A中，分别用实线示出与均质提高模式M4相对应的特性f11、f15、f17，分别以虚线示出与爆燃抑制模式M5相对应的特性f12、f14、f18。

如图9A所示，输出转矩T随着吸入空气量G的增加而增加，但在吸入空气量G少的低负荷区域，均质提高模式M4的输出转矩T1(实线)比爆燃抑制模式M5的输出转矩T2(虚线)大(特性f11、f12)。当吸入空气量G增加时，爆燃抑制模式M5的输出转矩T2随之变得比均质提高模式M4的输出转矩T4大。因此，转矩差ΔT以阴影线所示的吸入空气量的规定区域ΔGa为界从负变正(特性f13)。

此外，在吸入空气量G比规定区域ΔGa少的区域，均质提高模式M4的燃料消耗率BSFC1(实线)比爆燃抑制模式M5的燃料消耗率BSFC2(虚线)小，在吸入空气量G比规定区域ΔGa多的区域，爆燃抑制模式M5的燃料消耗率BSFC2比均质提高模式M4的燃料消耗率BSFC1小(特性f14、f15)。因此，ΔBSFC以规定区域ΔGa为界从正变负(特性f16)。在该情况下，规定区域ΔGa中的均质提高模式M4的目标延迟量R1(特性f17)位于阴影线所示的规定区域ΔRa的范围内(例如-5°左右)。

图9B、图9C以及图9D分别是示出与第1运转状态不同的运转状态即第2运转状态、第3运转状态以及第4运转状态中的特性的一例的图。在这些图中，与图9A相同，分别示出发动机1的输出转矩T、转矩差ΔT、燃料消耗率BSFC、ΔBSFC以及延迟量R。需要说明的是，在图9B、图9C以及图9D中，分别与图9A的特性f11～f18相对应地以特性f21～f28、特性f31～f38以及特性f41～f48示出各特性。

第2运转状态是发动机转速为第1转速(例如2000rpm)、使用辛烷值为第1规定值(例如91)的燃料且没有由内部EGR和外部EGR对排出气体的再循环的运转状态。第3运转状态是发动机转速为第1转速(例如2000rpm)、使用辛烷值为第1规定值(例如91)的燃料且有由外部EGR对排出气体的再循环的运转状态。第4运转状态是发动机转速为第1转速(例如2000rpm)、使用辛烷值为第2规定值(例如95)的燃料且有由内部EGR对排出气体的再循环的运转状态。

在图9B、图9C以及图9D中，分别用阴影线示出均质提高模式M4的输出转矩T1(实线)与爆燃抑制模式M5的输出转矩T2(虚线)的大小反转的区域，换言之，转矩差ΔT在0左右且ΔBSFC在0左右的吸入空气量的区域ΔGb、ΔGc、ΔGd。此外，在图9B、图9C以及图9D中，用阴影线一并示出图9A的区域ΔGa。如图9A～图9D所示，随着吸入空气量G的增加，转矩差ΔT从负变正(特性f13、f23、f33、f43)，ΔBSFC从正变负(特性f16、f26、f36、f46)。因此，只要在求取与运转状态相对应的这些区域(称为切换区域)ΔGa、ΔGb、ΔGc、ΔGd的基础上，在各切换区域ΔGa、ΔGb、ΔGc、ΔGd，将喷射模式从均质提高模式M4切换为爆燃抑制模式M5，就能够提高燃烧效率。

但是，切换区域ΔGa、ΔGb、ΔGc、ΔGd根据EGR的有无或方式、燃料的辛烷值等而变化。还有，省略图示，切换区域ΔGa、ΔGb、ΔGc、ΔGd还根据发动机转速、冷却水温等而变化。因此，为了求取切换区域ΔGa、ΔGb、ΔGc、ΔGd，需要预先对每一型号的发动机1准备预先规定了吸入空气量、发动机转速、冷却水温、EGR的有无或方式以及燃料的辛烷值等影响输出转矩T、BSFC等的各种因素的相互关系的多维化映射，不能容易地求取切换区域ΔGa、ΔGb、ΔGc、ΔGd。

另一方面，如图9A～图9D所示，在处于切换区域ΔGa、ΔGb、ΔGc、ΔGd中的均质提高模式M4下的延迟量(实线)均包含于阴影线所示的规定区域ΔRa(例如图8的点Pa附近的区域)。因此，通过判定延迟量R是否在规定区域ΔRa，能够求取切换区域ΔGa、ΔGb、ΔGc、ΔGd，能够在良好的时机实施从均质提高模式M4向爆燃抑制模式M5的切换。

图10A～图10D是分别示出与第1运转状态～第4运转状态不同的运转状态即第5运转状态、第6运转状态、第7运转状态以及第8运转状态中的特性的一例的图。在图10A～图10D中，分别示出发动机1的转矩差ΔT的特性f53、f63、f73、f83、ΔBSFC的特性f56、f66、f76、f86以及延迟量R的特性f57，f58、f67，f68、f77，f78、f87，f88。

第5运转状态是例如发动机转速为第2转速(例如1200rpm)、使用辛烷值为第1规定值(例如91)的燃料且没有由内部EGR和外部EGR对排出气体的再循环的运转状态。第6运转状态是例如发动机转速为第2转速(例如1200rpm)、使用辛烷值为第1规定值(例如91)的燃料且有由内部EGR对排出气体的再循环的运转状态。第7运转状态是例如发动机转速为第3转速(例如3000rpm)、使用辛烷值为第1规定值(例如91)的燃料且没有由内部EGR和外部EGR对排出气体的再循环的运转状态。第8运转状态是例如发动机转速为第3转速(例如3000rpm)、使用辛烷值为第1规定值(例如91)的燃料且有由内部EGR对排出气体的再循环的运转状态。

在图10A～图10D中，分别用阴影线示出转矩差ΔT从负变正以及ΔBSFC从正变负的吸入空气量G的区域(切换区域)ΔGe、ΔGf、ΔGg、ΔGh。如图10A～图10D所示，吸入空气量ΔG的切换区域ΔGe、ΔGf、ΔGg、ΔGh彼此不同。另一方面，切换区域ΔGa、ΔGb、ΔGc、ΔGd中的均质提高模式M4的延迟量(实线)R均包含于阴影线所示的规定区域ΔRa。因此，在该情况下，也通过判定延迟量R是否在规定区域ΔRa，能够在良好的时机实施从均质提高模式M4向爆燃抑制模式M5的切换。

以上，在本实施方式中，预先在规定区域ΔRa内设定用于将喷射模式从均质提高模式M4切换为爆燃抑制模式M5的切换延迟量Ra，存储于存储器。然后，当由图3的点火控制部304控制的点火正时的延迟量R达到切换延迟量Ra时，喷射器控制部305将喷射模式从均质提高模式M4切换为爆燃抑制模式M5。在喷射模式切换时，不仅考虑点火正时的延迟量R，还考虑冷却水温和发动机转速。

图11是示出发动机冷却水温TW与燃料消耗率BSFC之间的关系的图。图中的特性f91、f92分别是规定的吸入空气量G1下的均质提高模式M4和爆燃抑制模式M5中的BSFC的特性，特性f93、f94分别是在比吸入空气量G1多的规定的吸入空气量G2(＞G1)下的均质提高模式M4和爆燃抑制模式M5中的BSFC的特性。

如图11所示，在冷却水温TW低的区域，无论吸入空气量是G1还是G2，均质提高模式M4的BSFC(实线)都比爆燃抑制模式M5的BSFC小。另一方面，冷却水温TW为阴影线所示规定区域ΔTWa(例如60℃左右)以上的区域，无论吸入空气量是G1还是G2，爆燃抑制模式M5的BSFC(虚线)都变得比均质提高模式M4的BSFC(实线)小。考虑到这一点，在本实施方式中，冷却水温TW为规定值TW1(例如60℃)以上包含于爆燃抑制条件中。规定值TW1预先通过实验等求得，存储于存储器。

图12是示出吸入空气量G与延迟量R之间的关系的图。图中的特性f95、f96是在规定发动机转速Ne1(例如2000rpm)下的均质提高模式M4和爆燃抑制模式M5中的延迟量R的特性，特性f97、f98是在比Ne1高的规定发动机转速Ne2(例如4000rpm)下的均质提高模式M4和爆燃抑制模式M5中的延迟量R的特性。

如图12所示，发动机转速为Ne1时，伴随着吸入空气量G的增加的均质提高模式M4的延迟量R和爆燃抑制模式M5的延迟量R之差较大。因此，从均质提高模式M4(实线)切换为爆燃抑制模式M5(虚线)，由此能够抑制延迟量R的增加，能够提高燃烧效率。另一方面，在发动机转速为Ne2时，由于发动机转速的上升，混合气的流动被强化，在爆燃抑制模式M5中因在压缩行程喷射所致的缸内温度的下降效果降低。因此，均质提高模式M4与爆燃抑制模式M5的延迟量R的差小，即使从均质提高模式M4切换为爆燃抑制模式M5，也得不到提高燃烧效率的效果。考虑到这一点，在本实施方式中，将发动机转速为规定值Ne3以下追加在爆燃抑制条件中。规定值Ne3是比Ne1大且比Ne2小的值，预先通过实验等求得，存储于存储器。

图13是示出均质提高模式M4与爆燃抑制模式M5之间的切换的相关处理的一例的流程图。该流程图是更详细地示出图7的S10～S12的处理的图，当在图7的S9切换为高缸内温度模式M7时开始。

如图13所示，首先在S21中，基于由曲轴转角传感器31检测出的发动机转速Ne和由进气量传感器34检测出的吸入空气量，计算均质提高模式M4中的目标点火正时相对于最佳点火正时MBT的延迟量即目标延迟量。需要说明的是，目标延迟量无论实际的喷射模式是否为均质提高模式M4，都以均质提高模式M4为前提计算。在S21中，还同时计算爆燃抑制模式M5中的目标延迟量。

接下来，在S22中，判定由曲轴转角传感器31检测出的发动机转速Ne是否为预先存储于存储器的规定值Ne3以下。当S22为肯定(S22：是)时进入S23，判定由水温传感器33检测出的冷却水温TW是否为预先存储于存储器的规定值TW1以上。当S23为肯定(S23：是)时进入S24，判定在S21中计算出的均质提高模式M4中的目标延迟量是否达到了预先存储于存储器的切换延迟量Ra。

S22～S24的判定相当于爆燃抑制条件。当S24为肯定(S24：是)时，即S22～S24全部为肯定(S22～S24：是)时，判定为爆燃抑制条件成立，进入S25。在S25中，判定当前的喷射模式是否为均质提高模式M4。当S25为肯定(S25：是)时进入S26，当为否定(S25：否)时结束处理。在S26中，与图7的S11相同，将喷射模式从均质提高模式M4切换为爆燃抑制模式M5。结束处理。

另一方面，当S22～S24中的任一者为否定时，判定为爆燃抑制条件不成立，进入S27。在S27中，判定当前的喷射模式是否为爆燃抑制模式M5。当S27为肯定(S27：是)时进入S28，当为否定(S27：否)时结束处理。在S28中，判定由曲轴转角传感器31检测出的发动机转速Ne是否比规定值Ne3大。当S28为否定(S28：否)时进入S29，当为肯定(S28：是)时跳过S29进入S30。

在S29中，与S24相同，判定在S21计算出的均质提高模式M4中的目标延迟量是否达到了切换延迟量Ra。当S29为肯定(S29：是)时进入S30，当为否定(S29：否)时结束处理。在S30中，与图7的S12相同，将喷射模式从爆燃抑制模式M5切换为均质提高模式M4，结束处理。

更具体地说明以上的关于均质提高模式M4与爆燃抑制模式M5之间的切换的动作。图14是示出与均质提高模式M4与爆燃抑制模式M5之间的切换相关的动作的一例的时序图。在图14中，示出发动机转速Ne、吸入空气量G、延迟量R、从进气行程到压缩行程的第一次的喷射量Qa、从进气行程到压缩行程的第二次的喷射量Qb各自随着时间经过t的变化。需要说明的是，在图14中，用实线示出实际的点火正时的延迟量R，用虚线示出均质提高模式M4下的目标延迟量。

在图14中，发动机转速是比规定值Ne3低的固定转速。需要说明的是，冷却水温TW为规定值TW1以上，省略图示。在图14的初始状态下，喷射模式为均质提高模式M4，第一次喷射量Qa和第二次喷射量Qb都比最小喷射量Qmin多。如图14所示，当随着时间经过吸入空气量G增加时，燃料喷射量Qa、Qb逐渐增加，点火正时的延迟量R也逐渐增大。

时点t1，当延迟量R达到切换延迟量Ra时，喷射模式从均质提高模式M4切换为爆燃抑制模式M5(S26)。由此在进气行程实施第一次喷射，在压缩行程实施第二次喷射，并且压缩行程中的喷射量(第二次喷射量Qb)成为最小喷射量Qmin(图4)。在爆燃抑制模式M5下，以点火正时的延迟量成为爆燃抑制模式M5的目标延迟量的方式对火花塞11进行控制。此时，继续计算均质提高模式M4的目标延迟量(虚线)(S21)。喷射模式切换为爆燃抑制模式M5，由此点火正时的延迟量R减少，燃烧效率提高。

之后，在时点t2，即使吸入空气量G减少，延迟量变得比切换延迟量Ra小，只要均质提高模式M4的目标延迟量(虚线)未达到切换延迟量Ra以下，喷射模式就保持为爆燃抑制模式M5不变。在时点t3，当均质提高模式M4的目标延迟量达到切换延迟量Ra以下时，喷射模式从爆燃抑制模式M5切换为均质提高模式M4(S30)。

此时，喷射模式切换紧前的延迟量(实线)接近最佳点火正时MBT。如图8所示，在点火正时接近最佳点火正时MBT的区域，输出转矩T相对于点火正时的变化的变动量小。即特性f0的斜率小。因此，不是以爆燃抑制模式M5的目标延迟量达到切换延迟量Ra以下，而是以均质提高模式M4的目标延迟量达到切换延迟量Ra以下作为条件，切换喷射模式，由此能够抑制喷射模式切换时的转矩变动。

图15是示出冷却水温TW、吸入空气量G、延迟量R、第一次喷射量Qa、第二次喷射量Qb随着时间经过的变化的一例的时序图。在图15中，在初始时点在均质提高模式M4中，以单发进气喷射燃料，第二次喷射量Qb为0。在初始时点，点火正时的延迟量R比切换延迟量Ra大，但冷却水温TW为规定值TW1以下，因此喷射模式保持为均质提高模式M4不变。

之后，冷却水温TW上升，当在时点t4冷却水温TW达到规定值TW1以上时，喷射模式切换为爆燃抑制模式M5(S26)。由此在冷却水温TW低，向爆燃抑制模式M5切换所带来的燃烧效率的改善效果低的情况下，能够防止喷射模式徒劳地被切换。

图16是示出发动机转速Ne、吸入空气量G、延迟量R、第一次喷射量Qa、第二次喷射量Qb随着时间经过的变化的一例的时序图。在图16中，在初始时点，发动机转速Ne为规定值Ne3以下，在爆燃抑制模式M5中，分别在进气行程和压缩行程喷射着燃料(S26)。

之后，发动机转速Ne逐渐增加，当在时点t5发动机转速Ne成为规定值Ne3以上时，喷射模式从爆燃抑制模式M5切换为均质提高模式M4(S28→S30)。由此在发动机转速Ne低，由爆燃抑制模式M5带来的燃烧效率的改善效果低的情况下，能够使喷射模式提前复位到均质提高模式M4。

在本实施方式中，在爆燃抑制模式M5中在压缩行程喷射最小喷射量Qmin作为第二次喷射量Qb，但有喷射器12的目标喷射量减少、在压缩行程无法喷射最小喷射量Qmin的情况。也就是说，喷射器控制部305具有计算在各喷射模式中的每一次目标喷射量(第一次喷射量Qa、第二次喷射量Qb等单位喷射量)的喷射量计算部，但有由喷射量计算部计算出的压缩行程中的目标喷射量低于最小喷射量Qmin的情况。在该情况下，控制器30(尤其是喷射模式切换部301)实施以下那样的处理。

在于压缩行程中无法喷射最小喷射量Qmin时，喷射模式切换部301无论图13的处理如何，都强制地将喷射模式切换为均质提高模式M4，也就是说切换为单发进气模式。之后，即使目标喷射量增加，在压缩行程能够喷射最小喷射量Qmin，喷射模式切换部301也不立刻实施向爆燃抑制模式M5的切换。在该情况下，延迟量R一旦返回到了最佳点火正时MBT附近，当目标延迟量再次达到切换延迟量Ra时，喷射模式切换部301将喷射模式切换为爆燃抑制模式M5。

图17是示出这一点的动作的一例的时序图。在图17中，示出发动机转速Ne、吸入空气量G、延迟量R、第一次喷射量Qa、第二次喷射量Qb随着时间经过的变化的一例。在图17中，在初始时点喷射模式为爆燃抑制模式M5，压缩行程的喷射量(第二次喷射量)Qb为最小喷射量Qmin。之后，例如燃料气体经由吹扫通路被导入进气系统，由此进气行程的喷射量(第一次喷射量)Qa减少，当在时点t6喷射量Qa达到最小喷射量Qmin以下时，喷射模式被强制地切换为均质提高模式M4(单发进气)。由此喷射器12能够喷射目标喷射量。

之后，当在发动机转速Ne一定的状态下吸入空气量G减少时，延迟量R减少，但即使延迟量R达到切换延迟量Ra以下，喷射模式仍保持为均质提高模式M4不变。在时点t7，当目标喷射量增加时，喷射模式从单发进气切换为二级进气。在时点t8，当目标延迟量达到切换延迟量Ra时，喷射模式切换为爆燃抑制模式M5。由此在压缩行程喷射最小喷射量Qmin的燃料。在图17中，由于在点火正时返回到最佳点火正时MBT附近后，切换为爆燃抑制模式M5(时点t8)，因此能够抑制喷射模式切换时的转矩变动。

图17是在爆燃抑制模式M5下第一次喷射量Qa达到最小喷射量Qmin、第二次喷射量Qb变为0时的动作。另一方面，在均质提高模式M4中，在原本第二次喷射量Qb为0时，即使爆燃抑制条件成立，喷射模式切换部301也不将喷射模式切换为爆燃抑制模式M5而是维持在均质提高模式M4(单发进气)。在该情况下，若目标喷射量增加，能够在压缩行程喷射最小喷射量Qmin，则在该时点爆燃抑制条件成立时，将喷射模式立即切换为爆燃抑制模式M5。

图18是示出这一点的动作的一例的时序图。在图18中，示出发动机转速Ne、吸入空气量G、延迟量R、第一次喷射量Qa、第二次喷射量Qb随着时间经过的变化的一例。在图18中，在初始时点喷射模式为均质提高模式M4(单发进气)，压缩行程的喷射量(第二次喷射量)Qb为0。在发动机转速Ne一定的状态下，延迟量R随着吸入空气量G的增加而增加，在时点t9，当延迟量R达到切换延迟量Ra以上时，爆燃抑制条件成立。但是，即使爆燃抑制条件成立，只要目标喷射量未成为能够在压缩行程中喷射最小喷射量Qmin的喷射量，喷射模式就保持在均质提高模式M4(单发进气)不变。

之后，在时点t10，当目标喷射量增加至能够在压缩行程喷射最小喷射量Qmin的流量时，喷射模式立即切换为爆燃抑制模式M5。即，在该情况下，无需等待延迟量R减少至最佳点火正时MBT附近，喷射模式就切换为爆燃抑制模式M5。在时点t11，当因目标喷射量减少，不能在压缩行程喷射最小喷射量Qmin时，喷射模式再次切换为均质提高模式M4(单发进气)。

采用本实施方式，除上述之外，还能起到如下作用效果。

(1)本实施方式的内燃机的控制装置构成为对具有在缸102的内部往复运动的活塞103、向面向活塞103的缸102内的燃烧室105喷射燃料的喷射器12、将燃烧室105中的空气与燃料的混合气点燃的火花塞11的发动机1进行控制(图2)。该控制装置具备：喷射模式切换部301，其于在包含进气行程和压缩行程的范围内尤其是在进气行程喷射燃料的均质提高模式M4和包括在包含进气行程和压缩行程的范围内尤其是在压缩行程的燃料喷射的爆燃抑制模式M5之间切换喷射模式；点火控制部304(爆燃抑制度计算部)，其计算根据用于抑制爆燃发生的点火正时的延迟量R决定的爆燃抑制度；以及爆燃判定部303D，其基于由点火控制部304计算出的爆燃抑制度，判定是否需要在均质提高模式M4与爆燃抑制模式M5之间切换喷射模式(图3、6)。这样，基于爆燃抑制度判定是否需要切换喷射模式，因此能够在不考虑对爆燃发生产生影响的环境条件、燃料的辛烷值等各种因素的情况下，简单且良好地判定是否需要切换喷射模式。

(2)爆燃抑制度计算部是计算在由喷射模式切换部301切换为均质提高模式M4的状态下比输出转矩最大的最佳点火正时MBT滞后的、用于抑制发动机1的爆燃发生的目标点火正时相对于最佳点火正时MBT的延迟量R(目标延迟量)的点火控制部304(滞后角计算部)，爆燃判定部303D基于由点火控制部304计算出的目标延迟量，判定是否需要从均质提高模式M4向爆燃抑制模式M5切换(图3、6)。由此，能够在不考虑对爆燃的发生产生影响的环境条件、燃料的辛烷值等各种因素的情况下，简单且良好地判定喷射模式是否需要从均质提高模式M4向爆燃抑制模式M5切换。

(3)当由点火控制部304(滞后角计算部)计算出的目标延迟量达到切换延迟量Ra时，爆燃判定部303D判定为需要从均质提高模式M4切换为爆燃抑制模式M5。当由爆燃判定部303D判定为需要从均质提高模式M4切换为爆燃抑制模式M5时，喷射模式切换部301将喷射模式从均质提高模式M4向爆燃抑制模式M5切换(图13)。由此能够在适当的时机从均质提高模式M4切换为爆燃抑制模式M5，能够有效地提高燃烧效率。

(4)点火控制部304(滞后角计算部)在由喷射模式切换部301将喷射模式从均质提高模式M4切换为爆燃抑制模式M5后，计算假设均质提高模式M4继续时的目标点火正时相对于最佳点火正时MBT的目标延迟量(图13)。爆燃判定部303D还基于由滞后角计算部计算出的目标延迟量，判定是否需要从爆燃抑制模式M5向均质提高模式M4切换(图13)。喷射模式切换部301在喷射模式从均质提高模式M4切换为爆燃抑制模式M5后，当由爆燃判定部303D判定为需要从爆燃抑制模式M5向均质提高模式M4切换时，将喷射模式从爆燃抑制模式M5向均质提高模式M4切换(图14)。由此能够在最佳点火正时MBT附近将喷射模式从爆燃抑制模式M5切换为均质提高模式M4，能够抑制喷射模式切换时的输出转矩的变动。

(5)均质提高模式M4是在进气行程喷射燃料的喷射模式，爆燃抑制模式M5是分别在进气行程和压缩行程喷射燃料的喷射模式，爆燃抑制模式M5的压缩行程中的喷射量(第二次喷射量Qb)比爆燃抑制模式M5的进气行程中的喷射量(第一次喷射量Qa)少(图14)。由此，在进气行程喷射更多的燃料，因此在燃烧室105内容易生成均匀的混合气。需要说明的是，均质提高模式M4还可以是从进气行程到压缩行程或者在压缩行程喷射燃料的喷射模式。

(6)内燃机的控制装置还具备分别计算爆燃抑制模式M5的进气行程和压缩行程中的目标喷射量的喷射器控制部305(喷射量计算部)(图3)。喷射模式切换部301当由喷射量计算部计算出的压缩行程中的目标喷射量达到喷射器12一次能够喷射的最小喷射量Qmin以下时，将喷射模式从爆燃抑制模式M5切换为均质提高模式M4(图17)。由此，即使在目标喷射量变少的情况下，也能够继续进行稳定的燃烧。

(7)爆燃判定部303D在由喷射模式切换部301将喷射模式从爆燃抑制模式M5切换为均质提高模式M4后，由点火控制部304(滞后角计算部)计算出的目标延迟量变得比切换延迟量Ra小，之后，当达到切换延迟量Ra时，判定为需要从均质提高模式M4向爆燃抑制模式M5切换(图17)。由此能够在最佳点火正时MBT附近将喷射模式从均质提高模式M4向爆燃抑制模式M5切换，能够抑制输出转矩的变动。

下面更加详细地说明图4的喷射模式中的附着减少模式M3的内容。如上所述，在附着减少模式M3下，喷射器控制部305(图3)以喷射器12按照预先决定的图5的映射喷射燃料的方式向喷射器12输出控制信号。图19是更加详细地示出喷射器控制部305的构成的框图。

如图19所示，喷射器控制部305具有设定喷射器12的一个循环的喷射次数的次数设定部305A和在一个循环中进行多次喷射时设定喷射间隔的间隔设定部305B。在附着减少模式M3下，为了抑制在低缸内温度状态下燃料向活塞冠面103a、缸102的内壁表面等的附着，在预先决定的可喷射范围喷射燃料。

图20是将附着减少模式M3中的喷射器12的喷射方式的一例与发动机转速Ne和输出转矩建立对应关系、按照多个喷射模型M31～M34示出的图。图中的特性f1为最大输出转矩的特性。在图20中示出喷射次数为1次的喷射模型M31、M32和喷射次数是4次的喷射模型M33、M34作为一例。喷射模型M32是发动机转速Ne比喷射模型M31高时的喷射模型，喷射模型M34是发动机转速Ne比喷射模型M33高时的喷射模型。

需要说明的是，喷射次数为4次时的发动机转速Ne为规定值N1(例如3000rpm)以下(参见图5)，与喷射模型M34相对应的发动机转速Ne为例如规定值N1。低转矩的喷射模型M31、M32是喷射次数为1次，高转矩的喷射模型M33、M34是喷射次数为4次(参见图5)。即，图20是将图5的喷射次数为1次和4次的模型分别根据发动机转速Ne分成2种所示的图。

在图20中，通过以进气上止点TDC为起点的顺时针圆的角度θ示出从进气行程的开始(进气上止点TDC)到压缩行程的结束(压缩上止点TDC)的整个区间(＝360°)内的曲轴转角，并且通过从圆的中心呈放射状延伸的扇形的阴影线示出燃料喷射的时机。如图20所示，在从进气上止点TDC到压缩上止点TDC的整个区间内，设定禁止燃料喷射的禁止区域AR11，从整个区间除去了禁止区域AR11而得到的区域AR12成为可喷射区域。

禁止区域AR11分别设定为喷射模型M31的进气上止点TDC～曲轴转角θ11和曲轴转角θ12～压缩上止点TDC的范围、喷射模型M32的进气上止点TDC～曲轴转角θ21和曲轴转角θ22～压缩上止点TDC的范围、喷射模型M33的进气上止点TDC～曲轴转角θ31和曲轴转角θ32～压缩上止点TDC的范围、以及喷射模型M34的进气上止点TDC～曲轴转角θ41和曲轴转角θ42～压缩上止点TDC的范围。

图21是示出禁止区域AR11与可喷射区域AR12之间的区别的图。需要说明的是，图中的曲轴转角θa与图20的曲轴转角θ11、θ21、θ31、θ41相对应，曲轴转角θb与曲轴转角θ12、θ22、θ32、θ42相对应。在图21中，用Δθa表示从进气上止点TDC至曲轴转角θa的范围，用Δθb表示从曲轴转角θb至压缩上止点TDC的范围。如图21所示，禁止区域AR11包括从进气上止点TDC起曲轴转角θ增加了Δθa的第1禁止区域AR11a和从压缩上止点TDC起曲轴转角θ减少了Δθb的第2禁止区域AR11b。

图22是示意性地示出喷射器12的燃料喷射的动作的图。如图22所示，为了防止燃料向活塞冠面103a的附着的条件是指活塞103从进气上止点TDC(虚线)向箭头A方向下降规定量以上，即活塞103从喷射器12退避至来自喷射器12的喷雾不能到达的第1规定距离。由于发动机转速Ne越高，活塞103的下降速度(从上止点TDC的退避速度)变得越快，因此该第一规定距离能够设定为较短的值。

因此，如图20所示，发动机转速Ne为高转速侧的曲轴转角θ21、θ41设定为比低转速侧的曲轴转角θ11、θ31小的值。需要说明的是，在喷射模型M31、M33的发动机转速为彼此相同的情况下，以及喷射模型M32、M34的发动机转速为彼此相同的情况下，规定禁止区域AR11的曲轴转角θ11与曲轴转角θ31以及曲轴转角θ21与曲轴转角θ41分别被设定为彼此相等的值。还可以将规定禁止区域AR11的曲轴转角θ11、θ21、θ31、θ41分别设定在进气行程前半段，并且将低转速侧的曲轴转角θ11、θ31设定为比高转速侧的曲轴转角θ21、θ41大的值。

为了防止燃料向活塞冠面103a的附着的另一个条件是，活塞103向箭头B方向上升而前往压缩上止点TDC时的与压缩上止点TDC之间的距离为规定量以上，即活塞103从压缩上止点TDC分离来自喷射器12的喷雾不能达到的第2规定距离以上。由于发动机转速Ne越低，活塞103的上升速度(向上止点TDC的接近速度)变得越慢，因此该第二规定距离能够设定为短的值。

因此，发动机转速Ne为低转速侧的曲轴转角θ12、θ32设定为比高转速侧的曲轴转角θ22、θ42大的值。需要说明的是，在喷射模型M31、M33的发动机转速为彼此相同的情况下，以及在喷射模型M32、M34的发动机转速为彼此相同的情况下，规定禁止区域AR11的曲轴转角θ12与曲轴转角θ32以及曲轴转角θ22与曲轴转角θ42分别被设定为彼此相等的值。总结以上内容，随着发动机转速的增加，规定禁止区域AR11的进气行程侧和压缩行程侧的曲轴转角分别向进气上止点TDC侧和向压缩上止点TDC侧偏移地设定(曲轴转角θ11、θ31→θ21、θ41、曲轴转角θ12、θ32→θ22、θ42)。

图23是示出燃料喷射时机与积碳的附着量之间的关系的图。横轴示出从进气上止点(进气TDC)至压缩上止点(压缩TDC)的燃料喷射正时的变化。需要说明的是，BDC为下止点。特性g1(虚线)是表示在发动机转速低的区域的积碳的附着量的特性，特性g2(实线)是表示在发动机转速高的区域的附着量的特性。如图23所示，燃料喷射正时越接近进气上止点和压缩上止点，积碳的附着量越增大。还有，发动机转速越高，积碳的附着量的特性如箭头所示越向进气上止点侧偏移。需要说明的是，在图23中，积碳的附着量为最小是在进气上止点TDC与下止点BDC的大致中间以及压缩上止点TDC与下止点BDC的大致中间的区域，当曲轴转角从该区域向进气上止点TDC侧和压缩上止点TDC侧偏移时，积碳的附着量急剧增大。

以上的限制燃料向活塞冠面103a的附着的曲轴转角θ11，θ12、θ21，θ22、θ31，θ32、θ41，θ42预先通过实验取得，存储于存储器。次数设定部305A在由这些曲轴转角规定的可喷射区域AR12内，按照预先决定的图5的特性，根据发动机转速Ne与目标喷射量Q或吸入空气量G在1次～4次的范围内设定喷射次数。

在该情况下，如图21所示，在禁止区域AR1加上规定曲轴转角Δθ1、Δθ2，在禁止区域AR1设定余量，使可喷射区域AR12相应地缩小。由此，即使因零件的个体差异而导致尺寸的偏差、安装位置的偏差，也能够可靠地防止积碳向活塞冠面103a等的附着。需要说明的是，发动机转速Ne越高，则规定曲轴转角Δθ1被设定为越小的值，发动机转速Ne越高则规定曲轴转角Δθ2被设定为越大的值。

图19的喷射器控制部305当由曲轴转角传感器31检测出的曲轴转角θ变为在曲轴转角θ11、θ21、θ31、θ41上加上规定曲轴转角Δθ1的目标曲轴转角时，向喷射器12输出控制信号，开始第一次喷射。然后，在由次数设定部305A设定的喷射次数为多次(例如4次)的情况下，在第一次喷射结束后空开规定的时间间隔Δt，开始第二次喷射。

从第一次喷射结束到第二次喷射开始的时间间隔Δt、从第二次喷射结束到第三次喷射开始的时间间隔Δt以及从第三次喷射结束到第四次喷射开始的时间间隔Δt彼此相等。该时间间隔Δt不管发动机转速Ne如何都固定。因此当比较图20的喷射模型M33和喷射模型M34时，喷射模型M34的第四次喷射结束时点的曲轴转角θ比喷射模型M33的第四次喷射结束时点的曲轴转角θ大。

时间间隔Δt由图19的间隔设定部305B设定为满足规定条件。图24是示出在从喷射器12分次喷射规定量的燃料时例如喷射次数为2次时的、从第一次喷射结束到第二次喷射开始的时间间隔Δt与第二次喷射的喷雾长度L之间的关系的图。该关系是通过实验、解析得到的。如图22所示，喷雾长度L是从喷射器12的顶端到喷雾的顶端为止的长度(喷雾顶端的到达距离)，即透穿度，在图24中，用L1示出单发喷射时的喷雾长度。需要说明的是，单发喷射时的每一次的喷射量比分次喷射时的每一次的喷射量多，是喷射次数为2次时的2倍的喷射量。即，图24示出在将分次喷射的各次的喷射量相加的一个循环的整体的喷射量与单发喷射的一个循环的喷射量相等的条件下的、时间间隔Δt与喷雾长度L之间的关系。

如图24所示，分次喷射时的喷雾长度L在时间间隔为Δt1(例如0.5毫秒)时是L1，在时间间隔为Δt1以上的范围，随着时间间隔的增加而急剧减少。然后，在时间间隔为Δt2(例如0.8毫秒)、Δt3(例如1.5毫秒)、Δt4(例如2.0毫秒)以及Δt5(例如2.5毫秒)中，喷雾长度L均为L2(<L1)。需要说明的是，L2是L1的例如50％以下。在时间间隔Δt短时，即在小于Δt2的区域AR10，喷雾长度变长的原因是由于紧前的喷射产生的滑流的效果。更具体而言，时间间隔为Δt2时，燃料与周围空气之间的运动量交换的机会增加，喷雾顶端达到距离(喷雾长度L)缩短。另一方面，在时间间隔低于Δ2时(区域AR10)，本次喷射的喷雾追上前次喷射的喷雾，运动量交换的机会减少，喷雾顶端达到距离延长。因此只要将时间间隔设定为Δt2以上，就能够将喷雾长度L从L1缩短为L2，由此能够抑制积碳向活塞冠面103a的附着。

但是，当时间间隔Δt过长时，例如4次喷射中的第一次的喷射开始时点的曲轴转角θ和第四次的喷射结束时点的曲轴转角θ进入图21的禁止区域AR11a、AR11b，有可能在活塞冠面103a附着积碳。还有，当第四次的喷射结束时点较迟时，与空气的混合不充分，有可能燃烧不稳定。更具体而言，在时间间隔比Δt4长的区域AR20，会产生这样的问题。因此，设定时间间隔Δt的最长时间Δt4(例如2.0毫秒)，间隔设定部305B在Δt2以上且Δt4以下的范围内设定实施多次喷射时的目标时间间隔Δta(Δt2≤Δta≤t4)。

即，是喷雾长度L比单发喷射时的喷雾长度L1短且相对于时间间隔Δt的变化喷雾长度为固定(L2)那样的时间间隔Δt，将抑制积碳附着那样的时间间隔Δt设定为目标时间间隔Δta。该目标时间间隔Δta预先存储于存储器。喷射器控制部305以多次喷射的时间间隔Δt成为目标时间间隔Δta的方式向喷射器12输出控制信号，控制喷射时机。由此喷雾长度L降低，能够有效地抑制积碳向活塞冠面103a等的附着。

图25是示出在附着减少模式M3下由喷射器控制部305执行的处理的一例的流程图。该流程图所示的处理当切换为附着减少模式M3时开始，只要附着减少模式M3持续，就以规定周期反复进行。

如图25所示，首先在S31，读入来自曲轴转角传感器31、进气量传感器34以及AF传感器35等的信号。接下来，在S32中，基于来自进气量传感器34和AF传感器35的信号，计算实际空燃比成为理论空燃比那样的目标喷射量。接下来，在S33中，基于由曲轴转角传感器31检测出的发动机转速和由进气量传感器34检测出的吸入空气量等，按照图5的映射，设定从喷射器12喷射的一个循环的喷射次数。喷射次数被设定为能够在可喷射区域AR12内喷射该次数的燃料。

接下来，在S34中，判定在S33设定的喷射次数是否为多次，即是否需要分次喷射(多级喷射)。当S34为肯定(S34：是)时进入S35，在图24的Δt2～Δt4的范围内设定目标时间间隔Δta。例如设定预先存储于存储器的规定的目标时间间隔Δta。需要说明的是，还可以在Δt2～Δt4的范围内，根据发动机转速、吸入空气量、冷却水温等设定目标时间间隔Δta。

接下来，在S36中，计算每一次的目标喷射量(单位喷射量)，并且向喷射器12输出控制信号，以在可喷射范围AR12内喷射在S33中设定的次数的单位喷射量的燃料。例如在单发喷射时，当目标喷射量成为单位喷射量，曲轴转角成为图21的θa与作为余量的规定曲轴转角Δθ1相加的值时，向喷射器12输出控制信号，以开始目标喷射量的喷射。在一个循环中实施2次到4次喷射的分次喷射(多级喷射)时，当曲轴转角成为图21的θa与作为余量的规定曲轴转角Δθ1相加的值时，开始单位喷射量的喷射，并且以在从喷射结束到下次喷射的期间空开目标时间间隔Δta的间隔的方式，向喷射器12输出控制信号。

采用本实施方式还能起到如下的作用效果。

(1)本实施方式的内燃机的控制装置构成为对具有在缸102的内部往复运动的活塞103和向面向活塞103的缸102内的燃烧室105喷射燃料的喷射器12的发动机1进行控制(图2)。该控制装置具备喷射器控制部305，所述喷射器控制部305在从进气行程开始的进气上止点TDC到压缩行程结束的压缩上止点TDC的范围中的、除去曲轴转角θ从进气上止点TDC增加了规定角度Δθa的第1禁止区域AR11a和从压缩上止点TDC减少了规定角度Δθb的第2禁止区域AR11b而得到的可喷射区域AR12内喷射燃料的方式控制喷射器12(图3、图21)。喷射器控制部305具有设定在可喷射区域AR12内由喷射器12喷射的燃料的喷射次数的次数设定部305A(图19)。次数设定部305A在从1次到4次的范围设定喷射次数(图5、20)。由此，在容易附着积碳的运转状态下，通过将喷射次数增加至4次，能够降低从喷射器12喷射出的喷雾长度L，能够有效地抑制积碳向活塞冠面103a等的附着。

(2)内燃机的控制装置还具备检测与发动机1的输出转矩具有相关关系的吸入空气量G的进气量传感器34(图3)。次数设定部305A以随着与由进气量传感器34检测出的吸入空气量G相对应的输出转矩的增加而喷射次数增加的方式设定喷射次数(图5、20)。由此，能够降低积碳的同时增大输出转矩。

(3)内燃机的控制装置还具备检测发动机转速Ne的曲轴转角传感器31(图3)。次数设定部305A以随着由曲轴转角传感器31检测出的发动机转速Ne的增加而喷射次数减少的方式设定喷射次数(图5)。当发动机转速Ne增加时，与可喷射区域AR12相对应的喷射时间缩短，无法设置燃烧喷射的足够的时间间隔Δt，但是通过喷射次数减少，能够设置抑制喷雾长度L的足够的时间间隔Δt。

(4)可喷射区域AR12被设定为随着由曲轴转角传感器31检测出的发动机转速Ne的增加而第1禁止区域AR11a的范围减少且第2禁止区域AR11b的范围增加(图21)。即，将曲轴转角θ21、θ41设定得比曲轴转角θ11、θ31小，且将曲轴转角θ22、θ42设定得比曲轴转角θ12、θ32小(图20)。随着发动机转速Ne的增加，活塞103从喷射器12退避的速度和活塞103向喷射器12接近的速度增加，但如上所述，通过根据发动机转速Ne设定禁止区域AR11，能够良好地抑制积碳向活塞冠面103a的附着。

(5)内燃机的控制装置还具备：温度信息取得部302，其取得缸102的内部的温度信息；和缸内温度判定部303C，其基于由温度信息取得部302取得的温度信息，判定缸102的内部的暖机是否结束，即是否变为高缸内温度状态(图3、6)。喷射器控制部305以由缸内温度判定部303C判定为缸102的内部的暖机尚未结束为条件，也就是说在附着减少模式M3中，以在可喷射区域AR12喷射由次数设定部305A设定的次数的燃料的方式控制喷射器12(图4)。当在可喷射区域AR12实施最大4次的喷射时，有可能在压缩行程前半段实施喷射(图20的喷射模型M34)，但因为仅在积碳的发生成为问题的运转状态下实施最大4次的喷射，所以在压缩行程实施喷射的频率减少，混合气的均质度提高，能够提高燃烧效率。

(6)作为与上述(1)～(5)不同的观点，内燃机的控制装置具备喷射器控制部305，所述喷射器控制部305以在从进气行程的开始到压缩行程的结束的范围内，空开规定目标时间间隔Δta喷射多次各自等量的燃料的方式控制喷射器12(图3、21)。喷射器控制部305具有设定目标时间间隔Δta的间隔设定部305B(图19)。间隔设定部305B以到从喷射器12喷射出的燃料的喷雾顶端的喷雾长度L变得比单发喷射时的喷雾长度L1短的方式，例如变为喷雾长度L1的50％以下的方式设定目标时间间隔Δta。由此，通过分次喷射能够良好地抑制喷雾长度L，能够减少积碳向活塞冠面103a的附着。

(7)间隔设定部305B在Δt2(例如0.8毫秒)以上且Δt4(例如2.0毫秒)以下的范围内设定目标时间间隔Δta(图24)。由此，喷雾长度被抑制为L2，并且防止在燃料喷射的禁止区域AR11(图21)喷射，能够良好地抑制积碳的附着。

(8)间隔设定部305B以在可喷射区域AR12内从喷射器12喷射由次数设定部305A设定的喷射次数的燃料的方式设定目标时间间隔Δta。即，在Δt2～Δt4的范围内，以满足喷射次数的要件的方式设定目标时间间隔Δta。由此，将每一次从喷射器12喷射的喷射量抑制为最小限度的同时，设定喷雾长度L缩短那样的目标时间间隔Δta，因此能够有效地抑制积碳的附着。

(9)喷射器控制部305以由缸内温度判定部303C判定为缸102的内部的暖机尚未结束为条件，也就是说在附着减少模式M3中，以空开目标时间间隔Δta在可喷射区域AR12进行由次数设定部305A设定的多次的燃料喷射的方式控制喷射器12。由此，空开目标时间间隔Δta进行多次燃料喷射的机会被限制，能够尽可能多地实施在燃烧效率高的模式下的运转。

更详细地说明图6的缸内温度判定部303C的构成。图26是示出将缸内温度判定部303C的构成更具体化的温度取得装置50的主要部分构成的框图。该温度取得装置50由控制器30和各种传感器构成。即，如图26所示，温度取得装置50具有与控制器30连接的曲轴转角传感器31、水温传感器33、进气量传感器34。作为温度取得装置的控制器30具有温度域判定部501、累计量计算部502、阈值设定部503、运转状态判定部504作为功能性结构。

运转状态判定部504判定发动机1的运转状态。具体而言，判定处于实施空气的吸入和燃料的喷射的常规模式、仅实施空气的吸入的F/C模式、从冷机状态启动的冷机启动模式、停止空气的吸入和燃料的喷射的运转停止模式(EV模式以及I/S模式)中的哪一个。

温度域判定部501基于发动机1的功，判定活塞冠面103a(图2)的温度Tp是否为规定温度Tp0(例如100℃)以上的高缸内温度状态(缸内暖机判定)。是汽油发动机的情况下，发动机1的输出(功率)与吸入空气量G具有相关关系，发动机1的功(总功)与吸入空气量G的累计量ΣG具有相关关系。构成燃烧室105的缸102和活塞103具有与各自的材质和质量相对应的热容量，因此为了将这些构成部件升温，需要与各自的热容量相对应的一定的热量，即一定的功。

图27是用于说明活塞冠面103a的升温的图，示出在将发动机1从冷机状态进行暖机时，使用测量仪测量出的积碳排出量的时序变化的一例。图27所示的活塞冠面103a的温度Tp是估计值，冷却水温TW是水温传感器33的检测值。还有，吸入空气量G的累计量ΣG是基于由进气量传感器34检测出的吸入空气量G由累计量计算部502计算出的计算值。

如图27所示，在发动机1的冷机状态下，包括活塞冠面103a和发动机冷却水的发动机1整体的温度是均等的，发动机1的冷机状态能够以发动机1启动时的冷却水温TW的方式由水温传感器33检测。在发动机1暖机中，吸入空气量G的累计量ΣG(通过燃烧产生的热量、功)增加，活塞冠面103a的温度Tp上升。当活塞冠面103a的温度Tp上升时，包括活塞冠面103a的发动机1整体从燃烧室105侧逐渐被暖机，冷却水温TW上升。当发动机1被暖机时，发动机冷却水通过未图示的散热器，由此冷却水温TW维持在规定温度TW0(例如90℃)以下，通过发动机冷却水将发动机1冷却。

如图27所示，积碳排出量在时刻t21之前大致为恒定，在时刻t21急剧降低，低于目标排出量。说明这一点，如图2所示，从喷射器12喷射出的燃料附着于活塞冠面103a(凹部103b)。此时，当活塞冠面103a的温度Tp达到规定温度Tp0(例如100℃)时，所附着的燃料立即蒸发，因此难以产生积碳。另一方面，当活塞冠面103a的温度Tp未达到规定温度Tp0时，所附着的燃料不完全燃烧，因此变得易产生积碳。

通过实施图27所示的积碳排出量的确认试验，能够预先掌握活塞冠面103a的温度Tp从发动机1启动时的冷却水温TW至达到规定温度Tp0所需要的吸入空气量G的累计量(阈值)ΣG0。温度域判定部501判定吸入空气量G的累计量ΣG是否为阈值ΣG0以上，当判定为是阈值ΣG0以上时，判定为处于高缸内温度状态。由此，无需由传感器直接检测活塞冠面103a的温度Tp，就能够判定活塞冠面103a的温度Tp是否达到了规定温度Tp0。

如图27所示的阈值ΣG0根据发动机1的冷机状态，即根据启动时的冷却水温TW而不同。即，发动机1启动时的冷却水温TW越低则到达高缸内温度状态所需要的吸入空气量G的累计量ΣG的阈值ΣG0越大，冷却水温TW越高则越小。阈值ΣG0的相对于该发动机1启动时的冷却水温TW的特性预先存储于存储器。阈值设定部503按照预先存储于存储器的特性设定阈值ΣG0。通过判定如上实施而设定的阈值ΣG0与吸入空气量G的累计量ΣG之间的大小，由此缸内温度判定部303C(温度取得装置50)判定活塞温度处于低缸内温度还是处于高缸内温度。由此控制器30能够在活塞温度低的区域和高的区域切换为分别适合它们的喷射模式。

需要说明的是，在上述实施方式中，喷射器控制部305(喷射控制部)以在从进气行程开始的进气上止点TDC(第1曲轴转角)至压缩行程结束的压缩上止点TDC(第2曲轴转角)的范围中的、除曲轴转角基于第1曲轴转角增加了规定角度Δθa(规定增加角度)的第1禁止区域AR11a(第1禁止范围)和从第2曲轴转角减少了规定角度Δθb(规定减少角度)的第2禁止区域AR11b(第2禁止范围)以外的可喷射区域AR12内喷射燃料的方式对喷射器12进行控制，并且在从进气行程开始至压缩行程结束的范围内，空开规定时间间隔(目标时间间隔Δta)多次喷射彼此等量的燃料，但喷射控制部的构成不限于以上所述。

在上述实施方式中，次数设定部305A根据发动机转速Ne和吸入空气量G在1次至4次的范围设定从喷射器12喷射的燃料的喷射次数，但也可以基于其他参数设定喷射次数，次数设定部的构成不限于以上所述。在上述实施方式中，基于来自进气量传感器34的信号检测发动机输出转矩，但也可以基于燃料喷射量、排气量、节气门开度、进气压力、增压压力等检测发动机输出转矩。即，只要是检测与内燃机的输出转矩具有相关关系的物理量，转矩检测部的构成就不限于以上所述。在上述实施方式中，由曲轴转角传感器31检测发动机转速，但转速检测部的构成不限于以上所述。

在上述实施方式中，间隔设定部305B以到从喷射器12喷射出的燃料的喷雾顶端的喷雾长度L比在从进气行程开始至压缩行程结束的范围内进行单发喷射时的喷雾长度L1例如缩短50％以上的方式设定目标时间间隔Δta。具体而言，在0.8毫秒以上且2.0毫秒以下的范围内设定目标时间间隔Δta，但间隔设定部的构成不限于以上所述。在上述实施方式中，将作为燃料喷射部的喷射器12朝向斜下方安装于缸盖104，但只要是向缸内的燃烧室喷射燃料，燃料喷射部的构成就可以是任何形式。

在上述实施方式中，基于来自进气量传感器34的信号，取得对在缸102内的积碳附着产生影响的缸内温度的信息，但只要是取得缸102的内部的温度信息，尤其是与活塞冠面103a具有相关关系的温度信息，温度信息取得部的构成就可以是任何形式。在上述实施方式中，缸内温度判定部303C基于由温度信息取得部302取得的温度信息，判定缸内温度是否为规定值以上，但只要是判定内燃机是否处于高缸内温度状态，温度状态判定部的构成就可以是任何形式。在上述实施方式中，次数设定部305A以缸102的内部的暖机未结束即处于低缸内温度(附着减少模式M3)为条件，在1次至4次的范围设定喷射次数，并且间隔设定部305B设定分次喷射的目标时间间隔Δta，但也可以在其他模式下同样地设定喷射次数和目标时间间隔。

本发明也能够作为对具有在缸的内部往复运动的活塞和向面向活塞的所述缸内的燃烧室喷射燃料的燃料喷射部的内燃机进行控制的内燃机的控制方法使用。即也能够作为包括如下步骤的内燃机的控制方法使用：以在从进气行程开始的第1曲轴转角至压缩行程结束的第2曲轴转角的可喷射范围内喷射燃料的方式对燃料喷射部进行控制的步骤，控制步骤包括在1次至4次的范围设定在可喷射范围内由燃料喷射部喷射的燃料的喷射次数。

既能够任意组合上述实施方式和变形例的一个或者多个，也能够将各变形例彼此进行组合。

采用本发明，能够有效地抑制积碳向活塞冠面等的附着。

上文结合优选实施方式对本发明进行了说明，本领域技术人员应理解为能够在不脱离后述权利要求书的公开范围的情况下进行各种修改和变更。

Claims (8)

1.一种内燃机的控制装置，为对具有在缸(102)的内部往复运动的活塞(103)和向面向所述活塞(103)的所述缸(102)内的燃烧室(105)喷射燃料的燃料喷射部(12)的内燃机进行控制的内燃机的控制装置，其特征在于，

具备喷射控制部(305)，所述喷射控制部(305)以在从进气行程开始的第1曲轴转角至压缩行程结束的第2曲轴转角的可喷射范围(AR12)内喷射燃料的方式对所述燃料喷射部(12)进行控制，

所述喷射控制部(305)具有设定在所述可喷射范围(AR12)内由所述燃料喷射部(12)喷射的燃料的喷射次数的次数设定部(305A)，

所述次数设定部(305A)在1次至4次的范围设定喷射次数；

所述喷射控制部(305)以在除曲轴转角基于所述第1曲轴转角增加了规定增加角度(Δθa)的第1禁止范围(AR11a)和从所述第2曲轴转角减少了规定减少角度(Δθb)的第2禁止范围(AR11b)以外的所述可喷射范围(AR12)内喷射燃料的方式对所述燃料喷射部(12)进行控制。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

还具备转矩检测部，所述转矩检测部检测与所述内燃机(1)的输出转矩具有相关关系的物理量，

所述次数设定部(305A)以喷射次数随着与由所述转矩检测部检测出的物理量相对应的输出转矩的增加而增加的方式设定喷射次数。

3.根据权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

还具备转速检测部(31)，所述转速检测部(31)检测所述内燃机(1)的转速，

所述次数设定部(305A)以喷射次数随着由所述转速检测部(31)检测出的转速的增加而减少的方式设定喷射次数。

4.根据权利要求3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

以随着由所述转速检测部(31)检测出的转速的增加而所述规定增加角度(Δθa)的范围减少且所述规定减少角度(Δθb)的范围增加的方式设定所述可喷射范围(AR12)。

5.根据权利要求3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述喷射控制部(305)还计算在从进气行程开始至压缩行程结束之间由所述燃料喷射部(12)喷射的目标喷射量，

所述次数设定部(305A)在由所述转速检测部(31)检测出的转速低于规定值(N3)且由所述喷射控制部(305)计算出的目标喷射量为规定值(Q3)以上时，将喷射次数设定为4次。

6.根据权利要求5所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

还具备存储部(30)，所述存储部(30)预先存储第1转速(N1)、比所述第1转速(N1)大的第2转速(N2)以及比所述第2转速(N2)大的第3转速(N3)作为所述内燃机(1)的转速，预先存储第1喷射量(Q1)、比所述第1喷射量(Q1)多的第2喷射量(Q2)以及比所述第2喷射量(Q2)多的第3喷射量(Q3)作为所述目标喷射量，

所述次数设定部(305A)在根据所述内燃机(1)的转速和目标喷射量决定的映射上的区域是由所述转速检测部(31)检测出的转速低于所述第1转速(N1)且由所述喷射控制部(305)计算出的目标喷射量为所述第3喷射量(Q3)以上的第1区域(AR1)时，将喷射次数设定为4次，

所述次数设定部(305A)在根据所述内燃机(1)的转速和目标喷射量决定的映射上的区域是由所述转速检测部(31)检测出的转速低于所述第2转速(N2)且由所述喷射控制部(305)计算出的目标喷射量为所述第2喷射量(Q2)以上并且除所述第1区域(AR1)以外的第2区域(AR2)时，将喷射次数设定为3次，

所述次数设定部(305A)在根据所述内燃机(1)的转速和目标喷射量决定的映射上的区域是由所述转速检测部(31)检测出的转速低于所述第3转速(N3)且由所述喷射控制部(305)计算出的目标喷射量为所述第1喷射量(Q1)以上并且除所述第1区域(AR1)和所述第2区域(AR2)以外的第3区域(AR3)时，将喷射次数设定为2次，

所述次数设定部(305A)在根据所述内燃机(1)的转速和目标喷射量决定的映射上的区域是由所述转速检测部(31)检测出的转速为所述第3转速(N3)以上或由所述喷射控制部(305)计算出的目标喷射量低于所述第1喷射量(Q1)的第4区域(AR4)时，将喷射次数设定为1次。

7.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，还具备：

进气量取得部(34)，其取得所述内燃机的吸入空气量；

累计量计算部(502)，其基于由所述进气量取得部(34)取得的吸入空气量，计算吸入空气量的累计量；

温度信息取得部(302)，其基于由所述累计量计算部(502)计算出的累计量，取得所述内燃机(1)的内部的温度信息；以及

温度状态判定部(303C)，其基于由所述温度信息取得部(302)取得的温度信息，判定所述内燃机(1)是否处于高缸内温度状态，

所述喷射控制部(305)以由所述温度状态判定部(303C)判定为不是高缸内温度状态为条件，以将燃料喷射由所述次数设定部(305A)设定的次数的方式对所述燃料喷射部(12)进行控制。

8.一种内燃机的控制方法，为对具有在缸(102)的内部往复运动的活塞(103)和向面向所述活塞(103)的所述缸(102)内的燃烧室(105)喷射燃料的燃料喷射部(12)的内燃机进行控制的内燃机的控制方法，其特征在于，

包括以在从进气行程开始的第1曲轴转角至压缩行程结束的第2曲轴转角的可喷射范围(AR12)内喷射燃料的方式对所述燃料喷射部(12)进行控制的步骤，

所述控制步骤包括在1次至4次的范围设定在所述可喷射范围(AR12)内由所述燃料喷射部(12)喷射的燃料的喷射次数；以在除曲轴转角基于所述第1曲轴转角增加了规定增加角度(Δθa)的第1禁止范围(AR11a)和从所述第2曲轴转角减少了规定减少角度(Δθb)的第2禁止范围(AR11b)以外的所述可喷射范围(AR12)内喷射燃料的方式对所述燃料喷射部(12)进行控制。

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