JP2005133637A - 内燃機関及び内燃機関の制御装置、並びに内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】筒内噴射弁とポート噴射弁とを備える内燃機関の運転時において高出力が要求される場合の性能向上を実現すること。
【解決手段】筒内噴射弁と、単位開弁時間あたりの燃料噴射量が前記筒内噴射弁よりも小さいポート噴射弁とを有する内燃機関を制御するにあたり、内燃機関の運転条件に基づいて求められる全燃料噴射量ＴＡＵを求める（ステップＳ１０１）。次に、前記ＴＡＵと前記筒内噴射弁が噴射可能な最小燃料噴射量Ｑ_minDとを比較する（ステップＳ１０２）。全燃料噴射量ＴＡＵが前記最小燃料噴射量Ｑ_minDよりも小さい場合には（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、ポート噴射弁で全燃料噴射量ＴＡＵを噴射する（ステップＳ１０３、ステップＳ１０４）。
【選択図】 図４

Description

本発明は、筒内噴射弁とポート噴射弁とを備える内燃機関に関するものであり、さらに詳しくは、高出力が要求される場合の性能向上を実現できる内燃機関及び内燃機関の制御装置、並びに内燃機関の制御方法に関する。

気筒内に直接燃料を噴射して点火する、いわゆる直噴の火花点火式内燃機関は、圧縮行程中に直接燃料を噴射して、点火プラグ付近に燃料噴霧をとどめて着火しやすい混合気を形成し、その周りの空気層と分離、すなわち成層化する。この状態で点火プラグ付近の混合気に点火して燃焼させる、いわゆる成層燃焼の下で直噴の火花点火式内燃機関を運転することにより、超希薄燃焼運転を実現できる。これにより、燃費を向上させるとともに、ＣＯ₂の排出量を低減させることができる。

一方、直噴の火花点火式内燃機関は、吸入行程中に気筒内へ直接燃料を噴射して気筒内へ燃料を拡散させ、均質の混合気を形成して燃焼させる、いわゆる均質燃焼の下で運転することができる。均質燃焼領域では、吸入行程中に気筒内へ直接噴射した燃料の気化熱によって吸入空気をより冷却できるので、充填効率を高めることができる。これにより、直噴の火花点火式内燃機関の均質燃焼領域における運転では高出力を得ることもできる。このような利点から、近年、直噴の火花点火式内燃機関が注目されており、実用化が進んできている。

直噴の火花点火式内燃機関が均質燃焼で運転される場合には、特に高出力時において供給される燃料の量が多くなる。このため、特許文献１には、燃料量の多い高負荷時においては、メイン燃料噴射弁による筒内噴射とサブ燃料噴射弁によるポート噴射とを併用し、燃料量の少ない低負荷時においてはポート噴射で、これら以外の領域では筒内噴射を使用する技術が開示されている。

特許第２６６８６８０号公報

ところで、筒内噴射は空気冷却の効果により、吸気の充填効率を向上させることができるので、内燃機関に高出力が要求される場合には有利である。しかし、特許文献１に開示された技術では、高出力時においても筒内噴射とポート噴射とを併用するので、内燃機関の高出力時における性能向上に対しては改善の余地がある。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、筒内噴射弁とポート噴射弁とを備える内燃機関の運転時において、高出力が要求されるときの性能向上を実現できる内燃機関及び内燃機関の制御装置、並びに内燃機関の制御方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁と、吸気通路に取り付けられて前記吸気管内へ燃料を噴射するとともに、単位開弁時間あたりの燃料噴射量が前記筒内噴射弁よりも小さい前記ポート噴射弁と、を有することを特徴とする。

この内燃機関は、筒内噴射弁の最小燃料噴射量から内燃機関の最高出力時に要求される燃料噴射量までの範囲は筒内噴射弁を用いて、筒内噴射弁の最小燃料噴射量を下回り、内燃機関の要求する最小燃料噴射量までの範囲は、ポート噴射弁を用いて燃料を噴射する。これにより、内燃機関の高出力時に要求される燃料噴射量を満たす筒内噴射弁を用いることができるので、筒内噴射による充填効率向上により、高出力時の性能を向上させることができる。

また、次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記ポート噴射弁の単位開弁時間あたりの燃料噴射量は、前記内燃機関が要求する最小燃料噴射量を噴射可能な値に設定されるとともに、前記筒内噴射弁の単位開弁時間あたりの燃料噴射量は、前記内燃機関の最大出力時に要求される燃料噴射量を噴射可能な値に設定されていることを特徴とする。

このように、内燃機関の高出力時に要求される燃料噴射量を満たす筒内噴射弁を用いるので、筒内噴射による充填効率向上により、高出力時の性能を向上させることができる。また、内燃機関の要求する最小燃料噴射量を噴射できるポート噴射弁を用いることにより、燃料噴射量が小さい領域でも内燃機関を安定して運転することができる。

また、次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記内燃機関の運転条件に基づいて求められる前記内燃機関の全燃料噴射量が、前記筒内噴射弁の最小燃料噴射量よりも小さい場合には、前記ポート噴射弁が前記全燃料噴射量を噴射することを特徴とする。

このような構成により、燃料噴射量が小さい領域ではポート噴射弁を使用することにより、内燃機関を安定して運転することができる。その結果、内燃機関の高出力時に要求される燃料噴射量を満たす筒内噴射弁を用いることができるので、筒内噴射による充填効率向上により、高出力時の性能を向上させることができる。

また、次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記内燃機関に供給される燃料がカットされた後、燃料が再供給される場合には、前記前記内燃機関の運転条件に基づいて求められる全燃料噴射量を、前記ポート噴射弁が噴射することを特徴とする。

これにより、燃料カットからの復帰時に内燃機関の気筒内温度が低下している場合でも、ポート噴射弁により気筒内へ良好な混合気を形成することができる。この混合気により確実な燃焼が実現できるので、燃料カットからの安定した復帰を実現できる。

また、次の本発明に係る内燃機関の制御装置は、筒内噴射弁と、単位開弁時間あたりの燃料噴射量が前記筒内噴射弁よりも小さいポート噴射弁とを有する内燃機関を制御するものであり、前記筒内噴射弁が噴射可能な最小燃料噴射量と、前記内燃機関の運転条件に基づいて求められる全燃料噴射量とを比較する噴射量判定部と、前記全燃料噴射量が前記筒内噴射弁の前記最小燃料噴射量よりも小さい場合には、前記筒内噴射弁による燃料噴射から前記ポート噴射弁による燃料噴射へ切り替える噴射切替部と、前記ポート噴射弁による燃料噴射に切り替えられた場合、前記全燃料噴射量を前記ポート噴射弁に割り当てる噴射量決定部と、を含んで構成されることを特徴とする。

このような構成により、燃料噴射量が小さい領域ではポート噴射弁を使用することにより、内燃機関を安定して運転することができる。また、高出力時に要求される燃料噴射量を満たす筒内噴射弁を用いて、高出力時の性能を向上させることができる。

また、次の本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の制御装置において、前
記内燃機関に供給される燃料がカットされた後、燃料が再び供給される条件か否かを判定する燃料カット判定部を備え、前記内燃機関へ燃料が再び供給される条件にあると前記燃料カット判定部が判定したとき、前記噴射切替部は、前記ポート噴射弁により燃料噴射させるようにするとともに、前記噴射量決定部は、前記内燃機関の運転条件に基づいて求められる全燃料噴射量を前記ポート噴射弁に割り当てることを特徴とする。

このような構成により、燃料カットからの復帰時に内燃機関の気筒内温度が低下している場合でも、ポート噴射弁により気筒内へ良好な混合気を形成することができ、これによって確実な燃焼が実現できるので、燃料カットからの安定した復帰を実現できる。

また、次の本発明に係る内燃機関の制御方法は、筒内噴射弁と、単位開弁時間あたりの燃料噴射量が前記筒内噴射弁よりも小さいポート噴射弁とを有する内燃機関を制御するにあたり、前記筒内噴射弁が噴射可能な最小燃料噴射量と、前記内燃機関の運転条件に基づいて求められる全燃料噴射量とを比較する手順と、前記全燃料噴射量が前記筒内噴射弁の前記最小燃料噴射量よりも小さい場合には、前記ポート噴射弁で前記内燃機関へ燃料を噴射する手順と、を含むことを特徴とする。

このような構成により、燃料噴射量が小さい領域ではポート噴射弁により、内燃機関を安定して運転することができる。また、高出力時に要求される燃料噴射量を満たす筒内噴射弁を用いて、高出力時の性能を向上させることができる。

また、次の本発明に係る内燃機関の制御方法は、前記内燃機関の制御方法において、前記内燃機関に供給される燃料がカットされた後に前記内燃機関へ燃料が再供給される場合には、前記前記内燃機関の運転条件に基づいて求められる全燃料噴射量を、前記ポート噴射弁で噴射することを特徴とする。

このような構成により、燃料カットからの復帰時に内燃機関の気筒内温度が低下している場合でも、ポート噴射弁により気筒内へ良好な混合気を形成することができ、これによって確実な燃焼が実現できるので、燃料カットからの安定した復帰を実現できる。

この発明に係る内燃機関及び内燃機関の制御装置、並びに内燃機関の制御方法によれば、筒内噴射弁とポート噴射弁とを備える内燃機関の運転時において高出力が要求される場合の性能向上を実現できる。

以下、本発明の実施するための最良の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、本発明はレシプロ式の内燃機関に対して好適に適用でき、特に乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましい。

本発明に係る内燃機関は、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、吸気通路内へ燃料を噴射するポート噴射弁とを備える内燃機関であり、また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、このような内燃機関の制御に用いられるものである。そして、この実施例の本発明に係る内燃機関は、内燃機関の最大出力時に要求される燃料噴射量を噴射可能な値に設定されている筒内噴射弁と、単位開弁時間あたりの燃料噴射量が前記筒内噴射弁よりも小さく、かつ内燃機関が要求する最小燃料噴射量を噴射できるように設定されているポート噴射弁とを備える点に特徴がある。

図１は、実施例１の本発明に係る内燃機関の一例を示す概念図である。図１に示す、内燃機関の制御装置１０の制御対象である内燃機関１は、ガソリンを燃料としたレシプロ式の内燃機関であり、気筒１ｓ内に燃料Ｆを噴射する筒内噴射弁３と、吸気通路４内へ燃料を噴射するポート噴射弁２とを備える。このような構成により、内燃機関１は、筒内噴射弁３により直接気筒１ｓ内へ燃料Ｆを噴射する筒内噴射（直噴）が可能である。また、ポート噴射弁２による燃料噴射（ポート噴射）も可能であり、内燃機関１の運転条件に応じて筒内噴射とポート噴射とを切り替えて、あるいは同時に使用することができる。

筒内噴射弁３には、高圧燃料ポンプ５０から燃料Ｆが供給され、ポート噴射弁２には低圧燃料ポンプ５１から燃料Ｆが供給される。これは、筒内噴射弁３の噴射圧力の方がポート噴射弁２の噴射圧力よりも高いからである。低圧燃料ポンプ５１は、燃料タンク５３から燃料Ｆの供給を受けて、ポート噴射弁２と高圧燃料ポンプとに燃料Ｆを供給する。高圧燃料ポンプ５０は低圧燃料ポンプ５１で昇圧された燃料をさらに加圧して筒内噴射弁３へ供給する。

筒内噴射の場合、吸気通路４から気筒１ｓ内に導入される空気は、筒内噴射弁３から噴射される燃料Ｆと混合気を形成する。ポート噴射の場合、ポート噴射弁２から吸気通路４を通過する空気に燃料Ｆが噴射されて混合気を形成する。前記混合気は、点火プラグ７で着火されて燃焼する。混合気の燃焼圧力はピストン５に伝えられ、ピストン５を往復運動させる。ピストン５の往復運動はクランク軸６で回転運動に変換されて、内燃機関１の出力として取り出される。

ＥＣＵ３０（Engine Control Unit）は、筒内噴射弁３やポート噴射弁２の噴射制御に使用するため、回転計４１、アクセル開度センサ４２、あるいはエアフローセンサ４３等の出力を取得する。また、この実施例において、本発明に係る内燃機関の制御装置１０はＥＣＵ３０に接続されており、本発明に係る内燃機関の制御方法を実現するにあたって、ＥＣＵ３０が備える内燃機関１の制御機能を利用できるように構成されている。

図２−１は、筒内噴射弁の燃料噴射率と内燃機関の最大出力との関係を示す説明図である。ここで、燃料噴射率Ｉとは、単位開弁時間当たりの燃料噴射量をいう。また、ここでいう燃料噴射量Ｑとは、噴射弁の１噴射あたりにおける燃料噴射量をいう。次の説明においては、適宜図１を参照されたい。一般に、レシプロ式の内燃機関１では、機関回転数ＮＥが高回転側で最大機関出力を発生する。また、レシプロ式の内燃機関１で筒内噴射を用いれば、空気冷却の効果によって吸気の充填効率を向上させることができる。したがって、かかる空気冷却の効果を有効に発揮できるように燃料と空気とを十分に混合できれば、筒内噴射はポート噴射と比較して機関出力の向上にも有利である。

ここで、筒内噴射は、内燃機関１の気筒１ｓ内で燃料を蒸発させ、空気と混合させて混合気を形成するので、燃料の噴射期間を短くすることで、機関出力を向上させることができる。燃料の噴射期間を短くすることで機関出力を向上させるためには、図２−１に示すように、燃料噴射率Ｉを大きくすることが必要である。燃料噴射率Ｉが大きいと（図２−１中のＢ）、燃料噴射率Ｉが小さい場合（図２−１中のＡ）と比較して、同じ量の燃料を噴射するために必要な噴射時間を短くできるからである。

図２−２は、燃料噴射率の異なる噴射弁の燃料噴射期間と燃料噴射量との関係を示す説明図である。ここで、Ｑ_minBは、噴射弁Ｂにおいてリニアリティが保証される最小燃料噴射量であり、Ｑ_minAは、噴射弁Ａにおいてリニアリティが保証される最小燃料噴射量であり、Ｑ_minRは、内燃機関１の要求する最小燃料噴射量である。ここでいうリニアリティとは、噴射期間ｔと燃料噴射量Ｑとの直線性をいい、両者が比例関係で変化することをいう
。筒内噴射弁３やポート噴射弁２に使用する噴射弁は、噴射期間ｔを調整することによって燃料噴射量Ｑを調整する。このため、制御の関係上、筒内噴射弁３やポート噴射弁２は、リニアリティが確保される領域（噴射時間ｔ≧ｔ_min）で使用する必要がある。リニアリティが確保されていない領域噴射時間（ｔ＜ｔ_min）で使用すると、噴射期間ｔによって燃料噴射量Ｑを制御することが困難になるからである。

噴射弁のリニアリティが確保できる領域は、噴射弁開閉時のバウンスの影響や、燃料の圧力脈動の影響が発生しない範囲の噴射時間に依存し、それに応じて噴射弁の最小燃料噴射量Ｑ_minが規定される。また、噴射弁の前記最小燃料噴射量Ｑ_minは、図２−２に示すように、燃料噴射率Ｉの大きさに応じて変化する。一般に、噴射弁の燃料噴射率Ｉが大きくなると、それに応じて噴射弁の最小燃料噴射量Ｑ_minは大きくなる。したがって、筒内噴射で高出力領域における性能を向上させるために、燃料噴射率の大きい噴射弁Ｂ（燃料噴射率Ｉ_B）を使用すると、内燃機関１の要求する最小燃料噴射量Ｑ_minRを確保できない場合がある（図２−２）。一方、内燃機関１の要求する最小燃料噴射量Ｑ_minRを確保するために燃料噴射率の小さい噴射弁Ａ（燃料噴射率Ｉ_A）を使用すると、内燃機関の最大出力時に要求される燃料噴射量Ｑ_maxRを確保できない。このため、内燃機関１の最高出力が抑えられてしまう。

ここで、高出力領域は高負荷領域であり、いわゆるＷＯＴ（Wide Open Throttle）の領域である。例えば、アクセル開度がおよそ８割以上の場合にＷＯＴ領域であると考えることができる。また、筒内噴射の内燃機関１においては、高出力域での運転は、均質燃焼領域での運転となる。

そこで、内燃機関１の要求する最小燃料噴射量Ｑ_minRを確保するとともに、筒内噴射により高出力時における性能を向上させるため、実施例１の本発明に係る内燃機関１は次のような構成を採用する。まず、内燃機関１の最大出力時に要求される燃料噴射量を噴射可能な筒内噴射弁３と、この筒内噴射弁３よりも燃料噴射率が小さく、かつ内燃機関１が要求する最小燃料噴射量を噴射可能なポート噴射弁２と、を備える。このような構成で、筒内噴射弁３の最小燃料噴射量Ｑ_minD（図２−２中、ａに相当する燃料噴射量）から内燃機関１の最高出力時に要求される燃料噴射量Ｑ_maxRまでは筒内噴射弁３を用いて燃料を噴射する。

そして、筒内噴射弁３の最小燃料噴射量Ｑ_minDを下回り、内燃機関１の要求する最小燃料噴射量Ｑ_minRまでの領域（図２−２中、ｂ〜ｃに相当する燃料噴射量の範囲）は、ポート噴射弁２を用いて燃料を噴射する。このような構成により、内燃機関の要求する最小燃料噴射量Ｑ_minRを確保するとともに、筒内噴射よって内燃機関１の高出力時における性能を向上させることができる。次に、本発明に係る内燃機関の制御装置について説明する。

図３は、実施例１の本発明に係る内燃機関の制御装置の構成を示す説明図である。この内燃機関の制御装置１０は、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを備える内燃機関に供給する燃料の燃料噴射量に応じて、使用する噴射弁を切り替えるものであり、本発明に係る内燃機関１に対する燃料噴射を制御するために使用できるものである。図３を用いて、本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置１０の構成を説明する。

この内燃機関の制御装置１０は、処理部１０ｐと、記憶部１０ｍとを含んで構成される。処理部１０ｐは、さらに噴射量判定部２１と、噴射切替部２２と、噴射量決定部２３とを含んで構成される。ここで、噴射量判定部２１と、噴射切替部２２と、噴射量決定部２３とが本発明に係る内燃機関の制御方法を実行する部分となる。

記憶部１０ｍと、噴射量判定部２１と、噴射切替部２２と、噴射量決定部２３とは、内
燃機関の制御装置１０の入出力ポート（Ｉ／Ｐ）２９を介して接続される。これにより、記憶部１０ｍと、噴射量判定部２１と、噴射切替部２２とは、それぞれ双方向でデータをやり取りできるように構成される。なお、装置構成上の必要に応じて片方向でデータを送受信するようにしてもよい。

内燃機関の制御装置１０とＥＣＵ３０とは、内燃機関の制御装置１０の入出力ポート（Ｉ／Ｏ）２９を介して接続されており、両者間で相互にデータをやり取りすることができる。これにより、内燃機関の制御装置１０はＥＣＵ３０が有するエンジン制御データを取得したり、ＥＣＵを介して内燃機関１の各種センサからの情報を取得したり、内燃機関の制御装置１０の制御をＥＣＵ３０のエンジン制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。また、本発明に係る内燃機関の制御装置１０は、ＥＣＵ３０に組み込んでもよく、ＥＣＵ３０の機能の一部により、本発明に係る内燃機関の制御装置１０の機能を実現してもよい。

記憶部１０ｍには、本発明に係る内燃機関の制御方法の処理手順を含むコンピュータプログラムや、燃料噴射量のデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部１０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。また、処理部１０ｐは、メモリ及びＣＰＵにより構成することができる。

上記コンピュータプログラムは、処理部１０ｐやＥＣＵ３０にすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、本発明に係る内燃機関の制御方法の処理手順を実現できるものであってもよい。この処理部１０ｐは、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、噴射量判定部２１、噴射切替部２２及び噴射量決定部２３の機能を実現するものであってもよい。次に、この内燃機関の制御装置１０を用いて、本発明の実施例に係る内燃機関１の燃料噴射を制御する手順について説明する。なお、この説明にあたっては、適宜図１、３を参照されたい。

図４は、実施例１の本発明に係る内燃機関に燃料を噴射する手順を示すフローチャートである。実施例１の本発明に係る内燃機関に燃料を噴射するにあたり、まず、ＥＣＵ３０が、内燃機関１の負荷や機関回転数ＮＥ等から燃料Ｆの全燃料噴射量ＴＡＵを算出する（ステップＳ１０１）。次に、内燃機関の制御装置１０が備える噴射量判定部２１が、筒内噴射弁３の最小燃料噴射量Ｑ_minDと全燃料噴射量ＴＡＵとを比較する（ステップＳ１０２）。その結果、全燃料噴射量ＴＡＵが筒内噴射弁３の最小燃料噴射量Ｑ_minDよりも小さい場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、噴射切替部２２は内燃機関１に対する燃料噴射を、筒内噴射弁３からポート噴射弁２へ切り替える。そして、噴射量決定部２３は、ポート噴射弁２による燃料噴射量Ｑ_Pを全燃料噴射量ＴＡＵとし、筒内噴射弁３による燃料噴射量Ｑ_Dを０とする（ステップＳ１０３）。ポート噴射弁２は、この燃料噴射量Ｑ_Pで内燃機関１へ燃料を噴射する（ステップＳ１０４）。

全燃料噴射量ＴＡＵが筒内噴射弁３の最小燃料噴射量Ｑ_minD以上である場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、噴射切替部２２は筒内噴射弁３により内燃機関１に燃料を噴射するように決定する。そして、噴射量決定部２３は、ポート噴射弁２による燃料噴射量Ｑ_Pを０とし、筒内噴射弁３による燃料噴射量Ｑ_DをＴＡＵとする（ステップＳ１０５）。筒内噴射弁３は、この燃料噴射量Ｑ_Dで内燃機関１へ燃料を噴射する（ステップＳ１０６）。

以上、実施例１の本発明では、内燃機関の最大出力時に要求される燃料噴射量を噴射可能な筒内噴射弁と、この筒内噴射弁よりも燃料噴射率が小さく、かつ内燃機関が要求する最小燃料噴射量を噴射可能なポート噴射弁とを備える。そして、筒内噴射弁の最小燃料噴射量から内燃機関の最高出力時に要求される燃料噴射量までは筒内噴射弁を用いて、筒内
噴射弁の最小燃料噴射量を下回り、内燃機関の要求する最小燃料噴射量までは、ポート噴射弁を用いて燃料を噴射する。

これによって、内燃機関の高出力時に要求される燃料噴射量を満たす筒内噴射弁を用いることができるので、筒内噴射による吸気の充填効率向上により、高出力時の性能を向上させることができる。また、内燃機関の要求する最小燃料噴射量を噴射できるポート噴射弁を用いることにより、燃料噴射量が小さい領域でも内燃機関を安定して運転することができる。特に、燃圧を落とさずにポート噴射弁から内燃機関の要求する最小燃料噴射量を噴射できるので、噴霧の微粒化という点からも好ましい。

このように、実施例１の本発明では、燃料噴射量が小さい領域から大きい領域まで、安定して燃料を噴射できるとともに、燃料噴射のダイナミックレンジを広げることができる。また、筒内噴射弁を選択する際には、内燃機関が要求する最小燃料噴射量に制約されないので、内燃機関の最高出力や最小燃料噴射量その他の仕様に合わせて最適な筒内噴射弁を選択できる。これにより、内燃機関設計の自由度も向上する。なお、実施例１で開示した内容及び構成は、以下の実施例に対しても適用できる。

実施例２の本発明は実施例１と略同様の構成であるが、燃料カットから復帰するときには、内燃機関１の運転条件に関わらず、ポート噴射弁により内燃機関１へ燃料を噴射する点が異なる。実施例１と同一の構成には同一の符号を付すとともに、説明を省略する。

図５は、実施例２の本発明に係る内燃機関の制御装置を示す装置構成図である。この内燃機関の制御装置１１は、燃料噴射量に応じて使用する噴射弁を切り替えるとともに、燃料カットから復帰する際にはポート噴射弁２により燃料を噴射させるように制御する。なお、この内燃機関の制御装置１１は、本発明に係る内燃機関１に対する燃料噴射を制御するために使用できるものである。

図５を用いて、本発明の実施例に係る内燃機関の制御装置１１の構成を説明する。内燃機関の制御装置１１は、処理部１１ｐと、記憶部１１ｍとを含んで構成される。処理部１１ｐの構成は、上記実施例に係る内燃機関の制御装置１０の処理部１０ｐへ、さらに燃料カット判定部２４と、燃焼判定部２５とを追加した構成である。そして、噴射量判定部２１、噴射切替部２２及び噴射量決定部２３とともに、追加した燃料カット判定部２４と燃焼判定部２５とが本発明に係る内燃機関の制御方法を実行する部分となる。

燃料カット判定部２４と燃焼判定部２５とは、内燃機関の制御装置１１の入出力ポート（Ｉ／Ｐ）２９に接続されている。これにより、前記入出力ポート（Ｉ／Ｐ）２９に接続されている記憶部１１ｍや噴射量判定部２１、あるいはＥＣＵ３０等と、それぞれ双方向でデータをやり取りできるように構成される。なお、装置構成上の必要に応じて片方向でデータを送受信するようにしてもよい。次に、この内燃機関の制御装置１１を用いて、本発明に係る内燃機関１の燃料噴射を制御する手順について説明する。なお、この説明にあたっては、適宜図１、５を参照されたい。

図６は、実施例２の本発明に係る内燃機関に燃料を噴射する手順を示すフローチャートである。実施例２の本発明に係る内燃機関に燃料を噴射するにあたり、まず、ＥＣＵ３０が、内燃機関１の負荷や機関回転数ＮＥ等から燃料Ｆの全燃料噴射量ＴＡＵを算出する（ステップＳ２０１）。次に、内燃機関の制御装置１０が備える燃料カット判定部２４が、燃料カット条件か否かを判定する（ステップＳ２０２）。燃料カットは、例えば、アクセルを戻したときや、下り坂でエンジンブレーキを作用させているときなどに実行される。したがって、アクセル開度情報や負荷ＫＬ等の情報から、燃料カット条件か否かを判定す
ることができる。

燃料カット判定部２４が燃料カット条件であると判定した場合（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、噴射量判定部２１は内燃機関１に対する全燃料噴射量ＴＡＵを０に設定する（ステップＳ２０３）。これにより、内燃機関１に対しては燃料が噴射されないので、燃料カットが実現できる（ステップＳ２０７、Ｓ２０５、Ｓ２０６）。燃料カット判定部２４が燃料カット条件でないと判定した場合（ステップＳ２０２；Ｎｏ）、燃料カット判定部２４は、燃料カットからの復帰条件にあるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。燃料カット状態からの復帰とは、カットされていた燃料が再び内燃機関１に供給されることである。例えば、アクセルを戻した後再びアクセルを踏み込んだときに復帰条件にあると判定される。燃料カットからの復帰条件にある場合、内燃機関１に運転条件に応じて求められる全燃料噴射量ＴＡＵが内燃機関１に噴射される。

燃料カット判定部２４が、燃料カットからの復帰条件にあると判定した場合（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、内燃機関１の運転条件に関わらず、ポート噴射弁２によって内燃機関１へ燃料を噴射する。すなわち、筒内噴射弁３により全燃料噴射量ＴＡＵを噴射する場合でも、ポート噴射弁２によって内燃機関１に燃料を噴射する。燃料カットからの復帰時は、燃料カットにより気筒１ｓ内の温度が低下している場合があり、筒内噴射を実行すると燃焼が良好に行われない場合がある。このため、燃料カットからの復帰時には、ポート噴射弁２を用いて内燃機関１へ燃料を噴射することにより、気筒１ｓ内で良好な混合気を形成して確実に燃焼を行うことができる。

かかる制御を実現するため、噴射切替部２２は内燃機関１に対する燃料噴射を、筒内噴射弁３からポート噴射弁２へ切り替える。そして、噴射量決定部２３は、ポート噴射弁２の燃料噴射量Ｑｐを全燃料噴射量ＴＡＵに設定し、筒内噴射弁３の燃料噴射量Ｑ_Dを０に設定する（ステップＳ２０５）。ポート噴射弁２は、設定された燃料噴射量Ｑ_Pで燃料を噴射する（ステップＳ２０６）。ここで、燃料カットからの復帰時における少なくとも最初の噴射はポート噴射弁２により実行する。２回目以降の噴射は、全燃料噴射量ＴＡＵが筒内噴射弁３の最小燃料噴射量Ｑ_minDを超えていれば、筒内噴射弁３で燃料を噴射する。そして、全燃料噴射量ＴＡＵが筒内噴射弁３の最小燃料噴射量Ｑ_minDを超えていなければ、ポート噴射弁２で噴射する。これにより、燃料カットからの安定した復帰が実現できる。

燃料カット判定部２４が燃料カット条件でないと判定し（ステップＳ２０２；Ｎｏ）、かつ燃料カットからの復帰条件にないと判定した場合は（ステップＳ２０４；Ｎｏ）、噴射量判定部２１が筒内噴射弁３の最小燃料噴射量Ｑ_minDと全燃料噴射量ＴＡＵとを比較する（ステップＳ２０７）。全燃料噴射量ＴＡＵが筒内噴射弁３の最小燃料噴射量Ｑ_minDよりも小さい場合（ステップＳ２０７；Ｎｏ）、噴射切替部２２は内燃機関１に対する燃料噴射を、筒内噴射弁３からポート噴射弁２へ切り替える。そして、そして、噴射量決定部２３は、ポート噴射弁２の燃料噴射量Ｑ_Pを全燃料噴射量ＴＡＵに設定し、筒内噴射弁３の燃料噴射量Ｑ_Dを０に設定する（ステップＳ２０５）。ポート噴射弁２は、設定された燃料噴射量Ｑ_Pで燃料を噴射する（ステップＳ２０６）。

全燃料噴射量ＴＡＵが筒内噴射弁３の最小燃料噴射量Ｑ_minD以上である場合（ステップＳ２０７；Ｎｏ）、燃焼判定部２５は均質燃焼領域か否かを判定する（ステップＳ２０８）。燃焼判定部２５が均質燃焼領域と判定した場合（ステップＳ２０８；Ｙｅｓ）、噴射切替部２２は筒内噴射弁３によって内燃機関１へ燃料を噴射させる。そして、噴射量決定部２３は、筒内噴射弁３の燃料噴射量Ｑ_Dを全燃料噴射量ＴＡＵに設定し、ポート噴射弁２の燃料噴射量Ｑ_Pを０に設定する（ステップＳ２０９）。筒内噴射弁３は、設定された燃料噴射量Ｑ_Dで、内燃機関１の吸気行程で燃料を噴射する（ステップＳ２１０）。

燃焼判定部２５が均質燃焼領域ではないと判定した場合（ステップＳ２０８；Ｎｏ）は成層燃焼領域なので、噴射切替部２２は、筒内噴射弁３によって内燃機関１へ燃料を噴射させる。噴射量決定部２３は、筒内噴射弁３の燃料噴射量Ｑ_Dを全燃料噴射量ＴＡＵに設定し、ポート噴射弁２の燃料噴射量Ｑ_Pを０に設定する（ステップＳ２１１）。そして、筒内噴射弁３は、設定された燃料噴射量Ｑ_Dで、内燃機関１の圧縮行程で燃料を噴射する（ステップＳ２１２）。

以上、実施例２の本発明では、燃料カット後の復帰において、筒内噴射弁による燃料噴射かポート噴射弁による燃料噴射かに関わらず、ポート噴射弁により燃料を噴射する。燃料カットからの復帰時に気筒内の温度が低下している場合でも、微細化した燃料噴霧をポート噴射弁から噴射して気筒内へ良好な混合気を形成することができる。これによって確実な燃焼が実現できるので、燃料カットからの安定した復帰を実現できる。また、実施例２の本発明は、燃料カットからの復帰制御以外は実施例１と共通なので、実施例１の本発明と同様の作用・効果を奏する。

以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置及び制御方法は、筒内噴射弁を備える内燃機関に適し、高出力が要求される領域で、内燃機関の性能を向上させることに適している。

実施例１の本発明に係る内燃機関の一例を示す概念図である。 筒内噴射弁の燃料噴射率と内燃機関の最大出力との関係を示す説明図である。 燃料噴射率の異なる噴射弁の燃料噴射期間と燃料噴射量との関係を示す説明図である。 実施例１の本発明に係る内燃機関の制御装置の構成を示す説明図である。 実施例１の本発明に係る内燃機関に燃料を噴射する手順を示すフローチャートである。 実施例２の本発明に係る内燃機関の制御装置を示す装置構成図である。 実施例２の本発明に係る内燃機関に燃料を噴射する手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
１ｓ 気筒
２ ポート噴射弁
３ 噴射弁
４ 気通路
５ ストン
１０、１１ 制御装置
１０ｍ、１１ｍ 記憶部
１０ｐ、１１ｐ 処理部
２１ 射量判定部
２２ 射切替部
２３ 射量決定部
２４ 料カット判定部
２５ 焼判定部
５０ 圧燃料ポンプ
５１ 圧燃料ポンプ

Claims (8)

1. 気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁と、
   吸気通路に取り付けられて前記吸気管内へ燃料を噴射するとともに、単位開弁時間あたりの燃料噴射量が前記筒内噴射弁よりも小さい前記ポート噴射弁と、
   を有することを特徴とする内燃機関。
2. 前記ポート噴射弁の単位開弁時間あたりの燃料噴射量は、前記内燃機関が要求する最小燃料噴射量を噴射可能な値に設定されるとともに、
   前記筒内噴射弁の単位開弁時間あたりの燃料噴射量は、前記内燃機関の最大出力時に要求される燃料噴射量を噴射可能な値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記内燃機関の運転条件に基づいて求められる前記内燃機関の全燃料噴射量が、前記筒内噴射弁の最小燃料噴射量よりも小さい場合には、前記ポート噴射弁が前記全燃料噴射量を噴射することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 前記内燃機関に供給される燃料がカットされた後、燃料が再供給される場合には、前記前記内燃機関の運転条件に基づいて求められる全燃料噴射量を、前記ポート噴射弁が噴射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
5. 筒内噴射弁と、単位開弁時間あたりの燃料噴射量が前記筒内噴射弁よりも小さいポート噴射弁とを有する内燃機関を制御するものであり、
   前記筒内噴射弁が噴射可能な最小燃料噴射量と、前記内燃機関の運転条件に基づいて求められる全燃料噴射量とを比較する噴射量判定部と、
   前記全燃料噴射量が前記筒内噴射弁の前記最小燃料噴射量よりも小さい場合には、前記筒内噴射弁による燃料噴射から前記ポート噴射弁による燃料噴射へ切り替える噴射切替部と、
   前記ポート噴射弁による燃料噴射に切り替えられた場合、前記全燃料噴射量を前記ポート噴射弁に割り当てる噴射量決定部と、
   を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項５の内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関に供給される燃料がカットされた後、燃料が再び供給される条件か否かを判定する燃料カット判定部を備え、
   前記内燃機関へ燃料が再び供給される条件にあると前記燃料カット判定部が判定したとき、前記噴射切替部は、前記ポート噴射弁により燃料噴射させるようにするとともに、
   前記噴射量決定部は、前記内燃機関の運転条件に基づいて求められる全燃料噴射量を前記ポート噴射弁に割り当てることを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 筒内噴射弁と、単位開弁時間あたりの燃料噴射量が前記筒内噴射弁よりも小さいポート噴射弁とを有する内燃機関を制御するにあたり、
   前記筒内噴射弁が噴射可能な最小燃料噴射量と、前記内燃機関の運転条件に基づいて求められる全燃料噴射量とを比較する手順と、
   前記全燃料噴射量が前記筒内噴射弁の前記最小燃料噴射量よりも小さい場合には、前記ポート噴射弁で前記内燃機関へ燃料を噴射する手順と、
   を含むことを特徴とする内燃機関の制御方法。
8. 前記内燃機関に供給される燃料がカットされた後に前記内燃機関へ燃料が再供給される場合には、前記前記内燃機関の運転条件に基づいて求められる全燃料噴射量を、前記ポー
   ト噴射弁で噴射することを特徴とする内燃機関の制御方法。

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