JP2004204717A - 筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダ壁面への燃料の付着を効率よく防止し、排ガス特性の向上を図った筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置において、燃料噴射制御手段は、内燃機関の運転状態に応じて要求燃料総量を算出する要求燃料総量算出手段(S16)と、吸気行程中の第１燃料噴射時に１回の燃料噴射で燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのない第１限界燃料量を算出し(S200)、要求燃料総量が当該第１限界燃料量よりも大きいときには、第１燃料噴射時に第１限界燃料量だけ燃料噴射する(S206)とともに残りの第１残り燃料量(S208)を第１燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までに燃料噴射する(S30)一方、要求燃料総量が第１限界燃料量以下のときには、第１燃料噴射時に要求燃料総量の全てを１回で燃料噴射する(S204)第１限界噴射制御手段(S20)とを備えている。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、詳しくは筒内噴射型火花点火式内燃機関の冷態時における燃料噴射制御技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
筒内噴射型火花点火式内燃機関は、筒内（シリンダ内）に燃料を直接噴射可能な燃料噴射弁を備えており、内燃機関の運転状態に応じて、圧縮行程で燃料噴射を行い希薄空燃比で層状燃焼を実現する圧縮行程噴射モードと、吸気行程で燃料噴射を行い理論空燃比近傍等で均質混合燃焼を実現する吸気行程噴射モードとの２つのモードに燃料噴射モードを切換可能に構成されている。
【０００３】
そして、当該筒内噴射型火花点火式内燃機関では、上記のように筒内が高圧となる圧縮行程でも燃料を噴射するため、高圧下でも確実に燃料を供給できるよう、燃料噴射弁として高圧型燃料噴射弁を採用しており、当該高圧型燃料噴射弁は、開閉弁制御されることで高燃圧の燃料を適正量、適正なタイミングで応答性よく筒内に噴射可能である。
【０００４】
ところで、筒内噴射型火花点火式内燃機関であっても、上記のように吸気行程噴射モードでは吸気行程で燃料を噴射することになる。しかしながら、当該吸気行程では筒内が負圧となり、このような筒内圧が低い状況下で上記高圧型燃料噴射弁から燃料を噴射すると、筒内の空気抵抗が小さいために燃料噴霧が直進しようとする貫徹力が強く、特にピストンが下降して燃料噴霧がピストンと干渉しないときには、燃料噴霧の先端が対向するシリンダ壁面に容易に到達し、燃料がシリンダ壁面に付着したりピストンクレビスに侵入し易くなるという問題がある。このように燃料がシリンダ壁面に付着したりピストンクレビスに侵入したりすると、燃焼に寄与しない燃料の割合が増大してＨＣの排出量が増加し、排ガス特性の悪化を招くことになり好ましいことではない。特に、始動時のように内燃機関が冷機状態にあり、排気通路に設けた排気浄化触媒が未活性であるような場合においてこの問題は顕著である。
【０００５】
また、シリンダ壁面に付着した燃料の一部は、潤滑油中に取り込まれることになるため、潤滑性能が低下するという問題もある。
一方で、筒内噴射型火花点火式内燃機関において、燃料を例えば分割して筒内に噴射する技術が開発されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１９３５３６号公報
【特許文献２】
特開平１０−２１２９８７号公報
【特許文献３】
特開平１１−０６２６８０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示された燃料の分割噴射技術のうち、特許文献１に開示の技術は、内燃機関の始動性を向上させるために燃料噴射時期を吸気行程と圧縮行程とに分けるというものであり、特許文献２に開示の技術は、燃料噴射時期を吸気行程と圧縮行程とに分けることでＨＣ、ＮＯxの排出量を低減するというものである。
【０００８】
即ち、これら特許文献１、２に開示の分割手法には、シリンダ壁面への燃料付着を防止するという技術思想がなく、このような分割手法を用いたとしても上記の問題を解決することはできない。
また、特許文献３に開示の技術は、機関温度に応じて分割比を設定して分割噴射を行うというものである。
【０００９】
しかしながら、当該特許文献３に開示の分割手法では、機関温度に応じて単純に燃料噴射量を分割しているに過ぎず、燃料噴霧の先端がシリンダ壁面に到達するまで距離的に余裕があるにも拘わらず、１回目の燃料噴射量が比較的少なく設定されてしまい、全体として燃料の霧化時間を十分に稼ぐことができないという問題がある。このように燃料の霧化時間を十分に稼ぐことができないと、排ガス特性の悪化や燃費の悪化に繋がり好ましいことではない。
【００１０】
本発明は、上述した事情に基づきなされたもので、その目的とするところは、シリンダ壁面への燃料の付着を効率よく防止し、排ガス特性の向上を図った筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置では、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射制御手段とを有した筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、内燃機関の運転状態に応じて要求燃料総量を算出する要求燃料総量算出手段と、吸気行程中の第１燃料噴射時に１回の燃料噴射で燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのない第１限界燃料量を算出し、前記要求燃料総量が前記第１限界燃料量よりも大きいときには、前記第１燃料噴射時に前記第１限界燃料量だけ燃料噴射するとともに残りの第１残り燃料量を前記第１燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までに燃料噴射する一方、前記要求燃料総量が前記第１限界燃料量以下のときには、前記第１燃料噴射時に前記要求燃料総量の全てを１回で燃料噴射する第１限界噴射制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
即ち、吸気行程噴射モードで燃料噴射を行う場合、筒内圧の低い吸気行程で燃料を噴射すると上述の如く燃料の貫徹力が大きくなるが、例えば当該貫徹力（筒内圧等に相関）に応じて吸気行程中の第１燃料噴射時に燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのない第１限界燃料量を算出し、要求燃料総量が当該第１限界燃料量よりも大きいときには、吸気行程中の第１燃料噴射時に第１限界燃料量だけ燃料噴射するようにし、要求燃料総量と第１限界燃料量の差分である残りの第１残り燃料量については、第１燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までに燃料噴射するようにしている。
【００１３】
従って、吸気行程噴射モードにおいて、少なくとも吸気行程中の最初の第１燃料噴射時には、燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのないぎりぎりの第１限界燃料量で燃料を噴射することが可能であり、燃料の霧化時間を十分に稼ぎながら、燃料のシリンダ壁への付着を効率よく確実に防止することが可能である。これにより、吸気行程噴射モードにおいて、燃費の悪化を防止しながら、特にＨＣの排出量が低減され、排ガス特性の悪化、潤滑性能の悪化が防止される。
【００１４】
また、請求項２の筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置では、前記燃料噴射制御手段は、さらに、前記第１燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までの第２燃料噴射時に１回の燃料噴射で燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのない第２限界燃料量を算出し、前記第１残り燃料量が前記第２限界燃料量よりも大きいときには、前記第２燃料噴射時に前記第２限界燃料量だけ燃料噴射するとともに残りの第２残り燃料量を前記第２燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までに燃料噴射する一方、前記第１残り燃料量が前記第２限界燃料量以下のときには、前記第２燃料噴射時に前記第１残り燃料量の全てを１回で燃料噴射する第２限界噴射制御手段を含むことを特徴としている。
【００１５】
即ち、要求燃料総量が比較的多いような場合には、例えば貫徹力（筒内圧等に相関）に応じて第１燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までの第２燃料噴射時に燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのない第２限界燃料量を算出し、第１残り燃料量がある場合において、当該第１残り燃料量が上記第２限界燃料量よりも大きいときには、第２燃料噴射時に第２限界燃料量だけ燃料噴射するようにし、第１残り燃料量と第２限界燃料量の差分である残りの第２残り燃料量については、第２燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までに燃料噴射するようにしている。
【００１６】
従って、吸気行程噴射モードにおいて、少なくとも吸気行程中の最初の第１燃料噴射時及び次の第２燃料噴射時には、燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのないぎりぎりの第１限界燃料量、第２限界燃料量で燃料を噴射することが可能であり、やはり、燃料の霧化時間を十分に稼ぎながら、燃料のシリンダ壁への付着を効率よく確実に防止することが可能である。これにより、吸気行程噴射モードにおいて、要求燃料総量が比較的多いような場合であっても、燃費の悪化を防止しながら、特にＨＣの排出量が低減され、排ガス特性の悪化、潤滑性能の悪化が防止される。
【００１７】
また、請求項３の筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置では、前記燃料噴射制御手段は、さらに、前記第２燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までの第３乃至第ｎ燃料噴射時に１回の燃料噴射で燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのない第３乃至第ｎ限界燃料量をそれぞれ算出し、前記第２乃至第ｎ−１残り燃料量がそれぞれ前記第３乃至第ｎ限界燃料量よりも大きいときには、前記第３乃至第ｎ燃料噴射時にそれぞれ前記第３乃至第ｎ限界燃料量だけ燃料噴射するとともに残りの第３乃至第ｎ残り燃料量を前記第３乃至第ｎ燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までに燃料噴射する一方、前記第２乃至第ｎ−１残り燃料量がそれぞれ前記第３乃至第ｎ限界燃料量以下のときには、前記第３乃至第ｎ燃料噴射時にそれぞれ前記第２乃至第ｎ−１残り燃料量の全てを１回で燃料噴射する第３乃至第ｎ限界噴射制御手段を含むことを特徴としている。
【００１８】
ここに、ｎは要求燃料総量に応じて決まる４以上の整数である。
即ち、要求燃料総量が多いような場合には、第２限界燃料量のみならず、例えば貫徹力（筒内圧等に相関）に応じて第２燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までの第３乃至第ｎ燃料噴射時に燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのない第３乃至第ｎ限界燃料量をそれぞれ算出し、第２乃至第ｎ−１残り燃料量がある場合において、当該第２乃至第ｎ−１残り燃料量が上記第３乃至第ｎ限界燃料量よりもそれぞれ大きいときには、第３乃至第ｎ燃料噴射時にそれぞれ第３乃至第ｎ限界燃料量だけ燃料噴射するようにし、第２乃至第ｎ−１残り燃料量と第３乃至第ｎ限界燃料量の各差分である残りの第３乃至第ｎ残り燃料量については、第３乃至第ｎ燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までに燃料噴射するようにしている。
【００１９】
従って、吸気行程噴射モードにおいて、吸気行程中の最初の第１燃料噴射時及び次の第２燃料噴射時のみならず第３乃至第ｎ燃料噴射時には、燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのないぎりぎりの第１限界燃料量、第２限界燃料量、第３乃至第ｎ限界燃料量でそれぞれ燃料を順次噴射することが可能であり、やはり、燃料の霧化時間を十分に稼ぎながら、燃料のシリンダ壁への付着を効率よく確実に防止することが可能である。これにより、吸気行程噴射モードにおいて、要求燃料総量が多いような場合であっても、燃費の悪化を防止しながら、特にＨＣの排出量が低減され、排ガス特性の悪化、潤滑性能の悪化が防止される。
【００２０】
また、請求項４の筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置では、内燃機関が特定の運転状態にあるときにのみ、前記燃料噴射制御手段による燃料噴射を実行することを特徴としている。
従って、例えば燃料がシリンダ壁に付着し易いような運転状態において燃料噴射制御手段の第１乃至第ｎ限界噴射制御手段による燃料噴射を実行することにより、燃料のシリンダ壁への付着が必要に応じて効率よく防止され、排ガス特性の悪化を良好に防止することが可能である。
【００２１】
また、請求項５の筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置では、前記特定の運転状態は内燃機関の冷機状態であって、内燃機関が冷機状態にあるときにのみ、前記燃料噴射制御手段による燃料噴射を実行することを特徴としている。
従って、内燃機関が冷機状態にあるときには燃料が気化し難いためにシリンダ壁に特に付着し易いのであるが、このような運転状態において燃料噴射制御手段の第１乃至第ｎ限界噴射制御手段による燃料噴射を実行することにより、内燃機関の冷態時における燃料のシリンダ壁への付着が効率よく防止され、排ガス特性の悪化を効果的に防止することが可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された筒内噴射型火花点火式内燃機関、即ち筒内噴射ガソリンエンジンの縦断面図及び本発明に係る燃料噴射制御装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づき本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置の構成を説明する。
【００２３】
符号１は自動車用の筒内噴射型ガソリンエンジン（以下、単にエンジンと記す）であり、燃焼室５や吸気装置等が筒内噴射専用に設計されている。
詳しくは、エンジン１は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）を切換えることで、吸気行程噴射モードでの運転、即ち均質混合燃焼を行う吸気行程での燃料噴射、または圧縮行程噴射モードでの運転、即ち層状燃焼を行う圧縮行程での燃料噴射をそれぞれ実施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジンであり、吸気行程噴射モードでは、容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ空燃比での運転の他、リーン空燃比での運転が可能であり、圧縮行程噴射モードでは、リーン空燃比での運転及び超リーン空燃比での運転が可能である。
【００２４】
エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に、点火プラグ３とともに電磁式にして高圧型の燃料噴射弁４がシリンダ６に対し斜めに取り付けられており、燃焼室５内に燃料を直接噴射可能である。また、シリンダ６内を摺動して往復動するピストン７の頂面には、圧縮行程において燃料噴射弁４から噴射した燃料噴霧が上死点近傍で点火プラグ３に到達するよう半球状の窪み、即ちキャビティ８が形成されている。
【００２５】
動弁機構としてはＤＯＨＣ（ダブルオーバヘッドカム）型４弁式の機構が採用されており、シリンダヘッド２の上部には、吸排気弁９，１０をそれぞれ駆動するべく、吸気側カムシャフト１１と排気側カムシャフト１２とが回転自在に軸支されている。
シリンダヘッド２には、両カムシャフト１１，１２の間を抜けるようにして、略直立方向に延びて吸気ポート１３が形成されており、該吸気ポート１３を通過した吸気流が燃焼室５内で通常とは逆方向の逆タンブル流を生起可能である。排気ポート１４については、通常のエンジンと同様に略水平方向に形成されている。
【００２６】
図中符号１６は冷却水温Ｔw を検出する水温センサである。また、符号１７はクランク角信号を出力するクランク角センサであり、クランク角情報からはエンジン回転速度Ｎeを検出可能である。クランクシャフトの半分の回転数で回転するカムシャフト１１には、気筒判別信号を出力する気筒判別センサ（図示せず）が取り付けられており、これによりクランク角信号がどの気筒のものか判別可能である。
【００２７】
なお、吸気ポート１３には、吸気マニホールド２１を介して、エアクリーナ、スロットル弁（共に図示せず）、スロットル弁のスロットル開度θthを検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）２２、吸入空気量Ｑaを検出するエアフローセンサ２４等の設けられた吸気管が接続されている。
また、排気ポート１４には、Ｏ₂ センサ４０が取付けられた排気マニホールド４１を介して、三元触媒やマフラー等（共に図示せず）の設けられた排気管が接続されている。
【００２８】
図中符号５０は、上記燃料噴射弁４に高圧の燃料を供給するための燃料供給ユニットであり、該燃料供給ユニット５０は、管路を介して燃料噴射弁４に接続される一方、燃料タンク５２に接続されている。詳しくは、燃料供給ユニット５０には、高圧燃料ポンプ５４が介装されており、当該高圧燃料ポンプ５４は、カムシャフト１２の端部に同期回転可能に連結されている。そして、この高圧燃料ポンプ５４により、高燃圧（例えば、５ＭＰａ）の燃料を燃料噴射弁４に供給可能であり、これにより、筒内が高圧となる圧縮行程においても燃料を燃料噴射弁４から筒内に向けて良好に噴射可能である。なお、燃料供給ユニット５０には、図示しないが、高圧燃料ポンプ５４から吐出された燃料の燃圧を所望の圧力に調圧する調圧弁等が設けられている。
【００２９】
車室内には、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）７０が設置されており、このＥＣＵ７０には図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等が備えられており、このＥＣＵ７０によりエンジン１の総合的な制御が行われる。
【００３０】
そして、ＥＣＵ７０の入力側には上述の水温センサ１６、クランク角センサ１７、ＴＰＳ２２、エアフローセンサ２４、Ｏ₂ センサ４０等の各種センサ類が電気的に接続されており、一方、出力側には燃料噴射弁４、燃料供給ユニット５０等の各種駆動装置類が接続されており、各種駆動装置類には各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等がそれぞれ出力される。これにより、例えば、空燃比が適正な目標空燃比に制御されて燃料噴射弁４から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ３により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００３１】
詳しくは、筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンでは、ＴＰＳ２２からのスロットル開度情報θthとクランク角センサ１７からのエンジン回転速度情報Ｎeとに基づいてエンジン負荷に対応する目標平均有効圧Ｐeを求めており、当該目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとに応じて燃料噴射モード設定マップ（図示せず）より燃料噴射モード（運転モード）が設定される。
【００３２】
例えば、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeとが共に小さく低負荷状態のときには、燃料噴射モードは圧縮行程噴射モードとされ、燃料はリーン空燃比の下に圧縮行程で噴射され点火プラグ４近傍に集約されて層状燃焼が実施される。一方、目標平均有効圧Ｐeが大きくなり或いはエンジン回転速度Ｎeが大きくなって中高負荷状態になると、燃料噴射モードは吸気行程噴射モードとされ、燃料は吸気行程で噴射され均質混合燃焼が実施される。なお、燃料噴射モードの設定に当たり、冷却水温Ｔw等を加味するようにしてもよい。
【００３３】
また、特にエンジン１の冷態始動時には、始動性を高めるために燃料噴射量を増量し目標Ａ／Ｆをリッチ空燃比に設定するようにしており、故に、エンジン１の冷態始動時においても通常は燃料噴射モードを吸気行程噴射モードとしている。
燃料噴射量決定の概略について説明すると、先ず、基本的な燃料噴射量は、圧縮行程噴射モード、吸気行程噴射モードともエアフローセンサ２４からの吸入空気量Ｑaに基づいて決定する。同時に、両モードともエンジン回転速度Ｎeとエンジン負荷（目標平均有効圧Ｐe、吸入空気量Ｑaに基づき演算した体積効率Ｅv等）から目標Ａ／Ｆを決定する。そして、上記決定した基本的な燃料噴射量を目標Ａ／Ｆに応じて補正し、最終的な燃料噴射量を決定する。具体的には、燃料噴射のパルス幅（燃料噴射弁４の開弁時間）を決定する。
【００３４】
目標Ａ／Ｆに応じた補正は、例えばＡ／Ｆが当量値よりも大であれば燃料噴射量を減量するように行う。なお、一部運転条件においては、Ａ／Ｆが当量値付近となるように、Ｏ₂ センサ４０の出力に応じて燃料噴射量をフィードバック制御（ストイキオフィードバック制御）することもある。また、目標Ａ／Ｆの設定に当たり、冷却水温Ｔw等を加味するようにしてもよい。これにより、目標Ａ／Ｆに応じて適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、適正なタイミングで点火が実施される。
【００３５】
ところで、筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンでは、圧縮行程でも良好に燃料噴射できるように高圧型の燃料噴射弁４を採用していることから、上述のように、筒内圧が負圧となる吸気行程で燃料噴射を行う吸気行程噴射モードでは、調圧弁によって燃圧を減圧しても、燃料の貫徹力が強く、シリンダ６の壁面に燃料が付着するという問題がある。
【００３６】
そこで、本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置では、吸気行程噴射モードにおいて生じる係る問題を解決すべく図っており、以下、上記のように構成された筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置の本発明に係る作用について説明する。
図２乃至図５を参照すると、ＥＣＵ７０により実行される本発明に係る燃料噴射制御（燃料噴射制御手段）の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下、同フローチャートに沿い説明する。
【００３７】
先ず、ステップＳ１０では、吸気行程噴射モードであるか否かを判別する。即ち、エンジン１が中高負荷状態或いは冷態始動時にあって、吸気行程で燃料噴射を行っている状況か否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で吸気行程噴射モードではない場合、即ち圧縮行程噴射モードである場合には、ステップＳ１８において燃料噴射制御を通常制御とし、当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で吸気行程噴射モードであると判定された場合には、ステップＳ１４に進む。
【００３８】
ステップＳ１４では、水温センサ１６からの情報に基づき、冷却水温Ｔw が所定値Ｔ1以下であるか否かを判別する。具体的には、エンジン１が冷態始動時にあるか否かを判別する。エンジン１が冷態始動時にあってシリンダ６が冷機状態にあるときには、燃料はシリンダ６の壁面に付着すると付着したまま気化し難く、故に、エンジン１の温度という側面からシリンダ６の壁面に燃料が付着し易い状況であるか否かを判別する。
【００３９】
ステップＳ１４の判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、上記ステップＳ１８に進んで通常制御を行い、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合、即ち燃料がシリンダ６の壁面に付着し易い状況であると判定された場合には、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、要求燃料総量Ｑfd、即ち目標Ａ／Ｆに応じて一つの気筒内に噴射すべき燃料量の総量を算出する（要求燃料総量算出手段）。
【００４０】
そして、次のステップＳ２０では、本発明に係る第１限界噴射制御を実施する（第１限界噴射制御手段）。具体的には、ステップＳ２００以降を実行する。
ステップＳ２００では、先ず、吸気行程の第１燃料噴射時における第１限界燃料量Ｑfex1を算出する。即ち、第１燃料噴射時において燃料噴射を実施した場合に燃料噴霧の先端がシリンダ６の対向する壁面にぎりぎり到達しないような燃料量を算出する。
【００４１】
燃料噴霧の先端がシリンダ６の対向する壁面にぎりぎり到達しないような限界燃料量Ｑfexは、主としてエンジン１のシリンダボア径、燃料噴射弁４の取付け角度、噴霧特性等の固有値と燃料の貫徹力とに基づいて決定される。実際には、限界燃料量Ｑfexは、当該エンジン１の固有値と燃料の貫徹力の相関値である燃料噴射弁４の燃圧、筒内圧とに基づき、予め実験等により設定され、マップ化されている。故に、ここでは、当該限界燃料量マップより第１限界燃料量Ｑfex1を読み出す。
【００４２】
具体的には、エンジン１の固有値以外、即ち燃料噴射弁４の燃圧情報、筒内圧情報をパラメータとして第１限界燃料量Ｑfex1を限界燃料量マップより読み出す。この際、燃圧情報については高圧燃料ポンプ５４の定格出力と調圧弁の作動量から容易に求められ、筒内圧情報については、エアフローセンサ２４からの吸入空気量Ｑaとクランク角センサ１７からの噴射時期情報（第１燃料噴射時のクランク角位置）とから容易に求められる。
【００４３】
次のステップＳ２０２では、ステップＳ１６で求めた要求燃料総量Ｑfdと上記第１限界燃料量Ｑfex1とを比較し、要求燃料総量Ｑfdが第１限界燃料量Ｑfex1よりも大きい（Ｑfd＞Ｑfex1）か否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で要求燃料総量Ｑfdが第１限界燃料量Ｑfex1以下の範囲内である場合には、ステップＳ２０４に進み、吸気行程の第１燃料噴射時における第１噴射量Ｑf1を要求燃料総量Ｑfdとする（Ｑf1＝Ｑfd）。つまり、要求燃料総量Ｑfdが第１限界燃料量Ｑfex1の範囲内である場合には、要求燃料総量Ｑfdの全量を第１燃料噴射時に１回で噴射しても燃料噴霧の先端がシリンダ６の壁面に到達することがないと判断でき、この場合には要求燃料総量Ｑfdの全量を第１燃料噴射時に１回で噴射するようにする。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、要求燃料総量Ｑfdが第１限界燃料量Ｑfex1より大きいと判定された場合には、ステップＳ２０６に進む。
【００４４】
ステップＳ２０６では、吸気行程の第１燃料噴射時における第１噴射量Ｑf1を第１限界燃料量Ｑfex1とする（Ｑf1＝Ｑfex1）。つまり、要求燃料総量Ｑfdが第１限界燃料量Ｑfex1より大きいような場合には、要求燃料総量Ｑfdの全量を１回で噴射すると燃料噴霧の先端がシリンダ６の壁面に到達してしまうため、第１燃料噴射時において、先ず燃料噴霧の先端がシリンダ６の壁面に到達しない第１限界燃料量Ｑfex1だけを噴射するようにする。
【００４５】
ステップＳ２０８では、要求燃料総量Ｑfdと第１限界燃料量Ｑfex1との差から噴射すべき残りの第１残り燃料量Ｑfre1を算出する（Ｑfd−Ｑfex1＝Ｑfre1）。
次のステップＳ３０では、第１限界噴射制御の一部として第２限界噴射制御を実施する（第２限界噴射制御手段）。つまり、要求燃料総量Ｑfdが比較的多いような場合には、さらに第２限界噴射制御を実施する。具体的には、図３に示すサブルーチンのステップＳ３００以降を実行する。
【００４６】
ステップＳ２０８で求めた第１残り燃料量Ｑfre1については、上記第１燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までに噴射することになるが、ステップＳ３００では、次の第２燃料噴射時における第２限界燃料量Ｑfex2を算出する。即ち、第２燃料噴射時において燃料噴射を実施した場合に燃料噴霧の先端がシリンダ６の対向する壁面にぎりぎり到達しないような第２限界燃料量Ｑfex2を、上記第１限界燃料量Ｑfex1と同様に、燃料噴射弁４の燃圧情報、筒内圧情報をパラメータとして限界燃料量マップより読み出す。
【００４７】
ステップＳ３０２では、ステップＳ２０８で求めた第１残り燃料量Ｑfre1と上記第２限界燃料量Ｑfex2とを比較し、第１残り燃料量Ｑfre1が第２限界燃料量Ｑfex2よりも大きい（Ｑfre1＞Ｑfex2）か否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で第１残り燃料量Ｑfre1が第２限界燃料量Ｑfex2以下の範囲内である場合には、ステップＳ３０４に進み、第２燃料噴射時における第２噴射量Ｑf2を第１残り燃料量Ｑfre1とする（Ｑf2＝Ｑfre1）。つまり、第１残り燃料量Ｑfre1が第２限界燃料量Ｑfex2の範囲内である場合には、第１残り燃料量Ｑfre1の全量を第２燃料噴射時に１回で噴射しても燃料噴霧の先端がシリンダ６の壁面に到達することがないと判断でき、この場合には第１残り燃料量Ｑfre1の全量を圧縮行程終了までの第２燃料噴射時に１回で噴射するようにする。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、第１残り燃料量Ｑfre1が第２限界燃料量Ｑfex2より大きいと判定された場合には、ステップＳ３０６に進む。
【００４８】
ステップＳ３０６では、第２燃料噴射時における第２噴射量Ｑf2を第２限界燃料量Ｑfex2とする（Ｑf2＝Ｑfex2）。つまり、第１残り燃料量Ｑfre1が第２限界燃料量Ｑfex2より大きいような場合には、第１残り燃料量Ｑfre1の全量を１回で噴射すると燃料噴霧の先端がシリンダ６の壁面に到達してしまうため、圧縮行程終了までの第２燃料噴射時において、燃料噴霧の先端がシリンダ６の壁面に到達しない第２限界燃料量Ｑfex2だけを噴射するようにする。
【００４９】
ステップＳ３０８では、上記第１残り燃料量Ｑfre1を求めたのと同様に、第１残り燃料量Ｑfre1と第２限界燃料量Ｑfex2との差から噴射すべき残りの第２残り燃料量Ｑfre2を算出する（Ｑfre1−Ｑfex2＝Ｑfre2）。
そして、次のステップＳ４０では、ステップＳ３０の場合と同様に、第２限界噴射制御の一部として第３限界噴射制御を実施する（第３限界噴射制御手段）。つまり、要求燃料総量Ｑfdが多いような場合には、さらに第３限界噴射制御を実施する。具体的には、図４に示すサブルーチンのステップＳ４００以降を実行する。なお、第３限界噴射制御の各ステップは、基本的には上記第２限界噴射制御と同様であり、ここでは簡単に説明する。
【００５０】
ステップＳ４００では、次の第３燃料噴射時における第３限界燃料量Ｑfex3を算出する。即ち、第３燃料噴射時において燃料噴射を実施した場合に燃料噴霧の先端がシリンダ６の対向する壁面にぎりぎり到達しないような第３限界燃料量Ｑfex3を上記同様に限界燃料量マップより読み出す。
ステップＳ４０２では、ステップＳ３０８で求めた第２残り燃料量Ｑfre2が第３限界燃料量Ｑfex3よりも大きい（Ｑfre2＞Ｑfex3）か否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で第２残り燃料量Ｑfre2が第３限界燃料量Ｑfex3以下である場合には、ステップＳ４０４に進み、第３燃料噴射時における第３噴射量Ｑf3を第２残り燃料量Ｑfre2とする（Ｑf3＝Ｑfre2）。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、第２残り燃料量Ｑfre2が第３限界燃料量Ｑfex3より大きいと判定された場合には、ステップＳ４０６に進む。
【００５１】
ステップＳ４０６では、第３燃料噴射時における第３噴射量Ｑf3を第３限界燃料量Ｑfex3とする（Ｑf3＝Ｑfex3）。つまり、第３燃料噴射時において、燃料噴霧の先端がシリンダ６の壁面に到達しない第３限界燃料量Ｑfex3だけを噴射するようにする。そして、ステップＳ４０８において、第２残り燃料量Ｑfre2と第３限界燃料量Ｑfex3との差から噴射すべき残りの第３残り燃料量Ｑfre3を算出する（Ｑfre2−Ｑfex3＝Ｑfre3）。
【００５２】
次のステップＳ５０では、ステップＳ４０の場合と同様に、やはり第２限界噴射制御の一部として第ｎ限界噴射制御を実施する（第ｎ限界噴射制御手段）。ここに、ｎは要求燃料総量Ｑfdに応じて決まる４以上の整数である。つまり、要求燃料総量Ｑfdがかなり多いような場合には、さらに第４限界噴射制御、第５限界噴射制御・・・第ｎ限界噴射制御を順次実施する。具体的には、図５に示すサブルーチンのステップＳ５００以降を実行する。なお、この場合にも、各ステップは基本的には上記同様であり、やはり簡単に説明する。
【００５３】
ステップＳ５００では、第ｎ燃料噴射時における第ｎ限界燃料量Ｑfexnを算出する。即ち、第ｎ燃料噴射時において燃料噴射を実施した場合に燃料噴霧の先端がシリンダ６の対向する壁面にぎりぎり到達しないような第ｎ限界燃料量Ｑfexnを限界燃料量マップより読み出す。
ステップＳ５０２では、ステップＳ４０８等で求めた第ｎ−１残り燃料量Ｑfre(n-1)が第ｎ限界燃料量Ｑfexnよりも大きい（Ｑfre(n-1)＞Ｑfexn）か否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で第ｎ−１残り燃料量Ｑfre(n-1)が第ｎ限界燃料量Ｑfexn以下の範囲内である場合には、ステップＳ５０４に進み、第ｎ燃料噴射時における第ｎ噴射量Ｑfnを第ｎ−１残り燃料量Ｑfre(n-1)とする（Ｑfn＝Ｑfre(n-1)）。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、第ｎ−１残り燃料量Ｑfre(n-1)が第ｎ限界燃料量Ｑfexnより大きいと判定された場合には、ステップＳ５０６に進む。
【００５４】
ステップＳ５０６では、第ｎ燃料噴射時における第ｎ噴射量Ｑfnを第ｎ限界燃料量Ｑfexnとする（Ｑfn＝Ｑfexn）。つまり、第ｎ−１残り燃料量Ｑfre(n-1)が第ｎ限界燃料量Ｑfexnより大きいような場合には、第ｎ燃料噴射時において、先ず燃料噴霧の先端がシリンダ６の壁面に到達しない第ｎ限界燃料量Ｑfexnだけを噴射するようにする。そして、ステップＳ５０８において、第ｎ−１残り燃料量Ｑfre(n-1)と第ｎ限界燃料量Ｑfexnとの差から噴射すべき残りの第ｎ残り燃料量Ｑfrenを算出し（Ｑfre(n-1)−Ｑfexn＝Ｑfren）、最後に、ステップＳ５１０において、第ｎ残り燃料量Ｑfrenを噴射する。これにより、一つの気筒における一連の燃料噴射制御を完了する。
【００５５】
つまり、図６を参照すると、上記燃料噴射制御を実施した場合の制御結果がタイムチャートで例示されているが、同図に示すように、ステップＳ２０２の判別により要求燃料総量Ｑfdが第１限界燃料量Ｑfex1以下（Ｑfd≦Ｑfex1）と判定された場合には、第１燃料噴射時に１回で燃料噴射を終え、要求燃料総量Ｑfdが第１限界燃料量Ｑfex1より大きく（Ｑfd＞Ｑfex1）且つステップＳ３０２の判別により第１残り燃料量Ｑfre1が第２限界燃料量Ｑfex2以下（Ｑfre1≦Ｑfex2）と判定された場合には、第１燃料噴射時に第１限界燃料量Ｑfex1だけ噴射した後、吸気行程または圧縮行程の第２燃料噴射時において第１残り燃料量Ｑfre1を噴射する。
【００５６】
さらに、要求燃料総量Ｑfdが比較的多く、第１残り燃料量Ｑfre1が第２限界燃料量Ｑfex2より大きく（Ｑfre1＞Ｑfex2）且つステップＳ４０２の判別により第２残り燃料量Ｑfre2が第３限界燃料量Ｑfex3以下（Ｑfre2≦Ｑfex3）と判定された場合には、第２燃料噴射時に第２限界燃料量Ｑfex2だけ噴射した後、吸気行程または圧縮行程の第３燃料噴射時において第２残り燃料量Ｑfre2を噴射する。
【００５７】
なお、図示を省略するが、以下同様に、要求燃料総量Ｑfdが多くなるに従い、燃料噴射回数が増加する。
これにより、吸気行程噴射モード時、特に冷態始動時において、要求燃料総量Ｑfdに拘わらず、１回の燃料噴射で極力多くの燃料噴射を可能としながら、確実に燃料噴霧の先端がシリンダ６の壁面に到達しないようにすることが可能となる。
【００５８】
即ち、図７を参照すると、上記燃料噴射制御に基づいて第１燃料噴射とともに第２燃料噴射を行った場合の燃料噴霧の様子が模式図で示されているが、上記第１乃至第ｎ限界噴射制御を実施することにより、このように、燃料噴霧がシリンダ６の壁面に到達せず、例えば燃料噴霧がシリンダ６の壁面に到達しないうちに拡散してしまうようにできる。
【００５９】
故に、吸気行程噴射モードにおいて、燃料の霧化時間を十分に稼ぎながら、燃料のシリンダ６の壁面への付着を効率よく確実に防止することができ、燃費の悪化を防止しながら、特にＨＣの排出量を低減し、排ガス特性の悪化を良好に防止することができる。この効果は、特に三元触媒が未活性であってＨＣの浄化能力の低いエンジン１の冷態始動時において顕著である。
【００６０】
また、シリンダ６の壁面において燃料が潤滑油に取り込まれることも抑制されるので、潤滑性能の悪化をも防止することができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、冷却水温Ｔw が所定値Ｔ1以下であるか否か（ステップＳ１４）を判別することでシリンダ６の壁面に燃料が付着し易い状況であるか否かを判別するようにしたが、シリンダ６の壁面に燃料が付着し易いその他の要因に基づく判別を加えるようにしてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る請求項１の筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、吸気行程噴射モードで燃料噴射を行う場合、筒内圧の低い吸気行程で燃料を噴射すると上述の如く燃料の貫徹力が大きくなるが、例えば当該貫徹力（筒内圧等に相関）に応じて吸気行程中の第１燃料噴射時に燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのない第１限界燃料量を算出し、要求燃料総量が当該第１限界燃料量よりも大きいときには、吸気行程中の第１燃料噴射時に第１限界燃料量だけ燃料噴射するようにし、要求燃料総量と第１限界燃料量の差分である残りの第１残り燃料量については、第１燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までに燃料噴射するので、吸気行程噴射モードにおいて、少なくとも吸気行程中の最初の第１燃料噴射時には、燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのないぎりぎりの第１限界燃料量で燃料を噴射することができ、燃料の霧化時間を十分に稼ぎながら、燃料のシリンダ壁への付着を効率よく確実に防止することができる。これにより、吸気行程噴射モードにおいて、燃費の悪化を防止しながら、特にＨＣの排出量を低減し、排ガス特性の悪化、潤滑性能の悪化を防止することができる。
【００６２】
また、請求項２の筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、要求燃料総量が比較的多いような場合には、例えば貫徹力（筒内圧等に相関）に応じて第１燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までの第２燃料噴射時に燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのない第２限界燃料量を算出し、第１残り燃料量がある場合において、当該第１残り燃料量が上記第２限界燃料量よりも大きいときには、第２燃料噴射時に第２限界燃料量だけ燃料噴射するようにし、第１残り燃料量と第２限界燃料量の差分である残りの第２残り燃料量については、第２燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までに燃料噴射するので、吸気行程噴射モードにおいて、少なくとも吸気行程中の最初の第１燃料噴射時及び次の第２燃料噴射時には、燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのないぎりぎりの第１限界燃料量、第２限界燃料量で燃料を噴射することができ、やはり、燃料の霧化時間を十分に稼ぎながら、燃料のシリンダ壁への付着を効率よく確実に防止することができる。これにより、吸気行程噴射モードにおいて、要求燃料総量が比較的多いような場合であっても、燃費の悪化を防止しながら、特にＨＣの排出量を低減し、排ガス特性の悪化、潤滑性能の悪化を防止することができる。
【００６３】
また、請求項３の筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、要求燃料総量が多いような場合には、第２限界燃料量のみならず、例えば貫徹力（筒内圧等に相関）に応じて第２燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までの第３乃至第ｎ燃料噴射時に燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのない第３乃至第ｎ限界燃料量をそれぞれ算出し、第２乃至第ｎ−１残り燃料量がある場合において、当該第２乃至第ｎ−１残り燃料量が上記第３乃至第ｎ限界燃料量よりもそれぞれ大きいときには、第３乃至第ｎ燃料噴射時にそれぞれ第３乃至第ｎ限界燃料量だけ燃料噴射するようにし、第２乃至第ｎ−１残り燃料量と第３乃至第ｎ限界燃料量の各差分である残りの第３乃至第ｎ残り燃料量については、第３乃至第ｎ燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までに燃料噴射するので、吸気行程噴射モードにおいて、吸気行程中の最初の第１燃料噴射時及び次の第２燃料噴射時のみならず第３乃至第ｎ燃料噴射時には、燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのないぎりぎりの第１限界燃料量、第２限界燃料量、第３乃至第ｎ限界燃料量でそれぞれ燃料を順次噴射することができ、やはり、燃料の霧化時間を十分に稼ぎながら、燃料のシリンダ壁への付着を効率よく確実に防止することができる。これにより、吸気行程噴射モードにおいて、要求燃料総量が多いような場合であっても、燃費の悪化を防止しながら、特にＨＣの排出量を低減し、排ガス特性の悪化、潤滑性能の悪化を防止することができる。
【００６４】
また、請求項４の筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、例えば燃料がシリンダ壁に付着し易いような運転状態において上記第１乃至第ｎ限界噴射制御手段による燃料噴射を実行するので、燃料のシリンダ壁への付着を必要に応じて効率よく防止でき、排ガス特性の悪化を良好に防止することができる。
【００６５】
また、請求項５の筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、内燃機関が冷機状態にあるときには燃料が気化し難いためにシリンダ壁に特に付着し易く、このような運転状態において上記第１乃至第ｎ限界噴射制御手段による燃料噴射を実行するので、内燃機関の冷態時における燃料のシリンダ壁への付着を効率よく防止でき、排ガス特性の悪化を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】筒内噴射ガソリンエンジンの縦断面図及びその燃料噴射制御装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る燃料噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】第２限界噴射制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図４】第３限界噴射制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図５】第ｎ限界噴射制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る燃料噴射制御を実施した場合の制御結果を示すタイムチャートである。
【図７】本発明に係る燃料噴射制御を実施した場合の燃料噴霧の様子を示す模式図である。
【符号の説明】
１ エンジン（筒内噴射型火花点火式内燃機関）
４ 燃料噴射弁
５ 燃焼室
６ シリンダ
７ ピストン
１６ 水温センサ
１７ クランク角センサ
２２ スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）
２４ エアフローセンサ
５０ 燃料供給ユニット
５４ 高圧燃料ポンプ
７０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）

Claims (5)

1. 燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射制御手段とを有した筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記燃料噴射制御手段は、
   内燃機関の運転状態に応じて要求燃料総量を算出する要求燃料総量算出手段と、
   吸気行程中の第１燃料噴射時に１回の燃料噴射で燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのない第１限界燃料量を算出し、前記要求燃料総量が前記第１限界燃料量よりも大きいときには、前記第１燃料噴射時に前記第１限界燃料量だけ燃料噴射するとともに残りの第１残り燃料量を前記第１燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までに燃料噴射する一方、前記要求燃料総量が前記第１限界燃料量以下のときには、前記第１燃料噴射時に前記要求燃料総量の全てを１回で燃料噴射する第１限界噴射制御手段と、
   を備えたことを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記燃料噴射制御手段は、さらに、前記第１燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までの第２燃料噴射時に１回の燃料噴射で燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのない第２限界燃料量を算出し、前記第１残り燃料量が前記第２限界燃料量よりも大きいときには、前記第２燃料噴射時に前記第２限界燃料量だけ燃料噴射するとともに残りの第２残り燃料量を前記第２燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までに燃料噴射する一方、前記第１残り燃料量が前記第２限界燃料量以下のときには、前記第２燃料噴射時に前記第１残り燃料量の全てを１回で燃料噴射する第２限界噴射制御手段を含むことを特徴とする、請求項１記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記燃料噴射制御手段は、さらに、前記第２燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までの第３乃至第ｎ燃料噴射時に１回の燃料噴射で燃料噴霧がシリンダ壁にまで到達することのない第３乃至第ｎ限界燃料量をそれぞれ算出し、前記第２乃至第ｎ−１残り燃料量がそれぞれ前記第３乃至第ｎ限界燃料量よりも大きいときには、前記第３乃至第ｎ燃料噴射時にそれぞれ前記第３乃至第ｎ限界燃料量だけ燃料噴射するとともに残りの第３乃至第ｎ残り燃料量を前記第３乃至第ｎ燃料噴射終了時以降圧縮行程終了時までに燃料噴射する一方、前記第２乃至第ｎ−１残り燃料量がそれぞれ前記第３乃至第ｎ限界燃料量以下のときには、前記第３乃至第ｎ燃料噴射時にそれぞれ前記第２乃至第ｎ−１残り燃料量の全てを１回で燃料噴射する第３乃至第ｎ限界噴射制御手段を含むことを特徴とする、請求項２記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 内燃機関が特定の運転状態にあるときにのみ、前記燃料噴射制御手段による燃料噴射を実行することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記特定の運転状態は内燃機関の冷機状態であって、
   内燃機関が冷機状態にあるときにのみ、前記燃料噴射制御手段による燃料噴射を実行することを特徴とする、請求項４記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射制御装置。

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