JP2006169994A

JP2006169994A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2006169994A
Application number: JP2004360886A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nomura; 啓野村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】吸気行程中および圧縮行程中それぞれにおける燃料噴射量間の比率を適切なものとすることができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の吸気行程中に機関吸気通路または燃焼室に燃料噴射を行うと共に吸気行程に続く圧縮行程中に燃焼室に燃料噴射を行い、燃焼室内の混合気の空燃比がほぼ理論空燃比となるようにトータルの燃料噴射量を制御する内燃機関の制御装置において、燃焼室内の混合気の空燃比がほぼ理論空燃比となるようにトータルの燃料噴射量を制御している時に機関運転状態に応じて各行程中における燃料噴射量間の比率を調整するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射することができる内燃機関（筒内直噴型内燃機関）では、吸気ポート等を流れる吸気ガス中に燃料を噴射する内燃機関（ポート噴射型内燃機関）のように吸気行程中に燃料噴射を行うことに加えて、圧縮行程中にも燃料噴射を行うことができる。すなわち、ポート噴射型内燃機関では吸気弁閉弁後に燃料噴射しても吸気弁が閉弁しているためその燃料をそのサイクル中には燃焼室に流入させることができないが、筒内直噴型内燃機関では吸気弁閉弁後にも燃焼室内に直接燃料を噴射することができる。このような筒内直噴型内燃機関の性質を利用して、筒内直噴型内燃機関では様々なタイミングで燃料噴射が行われており、その一つとして１サイクルにおいて吸気行程中および圧縮行程中それぞれにおいて燃料噴射を行ようにした内燃機関が知られている。

特許文献１に記載の内燃機関では、吸気行程中に燃料噴射を行って燃焼室内で均質燃焼を行わせる均質燃焼モードと、圧縮行程中に燃料噴射を行って燃焼室内で成層燃焼を行わせる成層燃焼モードと、上記二つのモードの間での移行期間中に吸気行程中および圧縮行程中それぞれにおいて燃料噴射を行う二回噴射燃焼モードとの三つの燃焼モード毎に異なる噴射タイミングで燃料を噴射している。二回噴射燃焼モードは、均質燃焼モードと成層燃焼モードとの切替を突然行うとトルクショックが大きくなってしまうため、かかる切替を滑らかに行うように用いられる。

特許文献２に記載の内燃機関では、機関負荷に応じて成層燃焼および均質燃焼を行っており、特許文献１と同様に成層燃焼と均質燃焼との間の移行時に吸気行程中および圧縮行程中それぞれにおいて燃料噴射を行っている。さらに、当該内燃機関では、成層燃焼と均質燃焼との間の移行時に加えて、機関負荷が極めて高い時に、吸気行程中および圧縮行程中それぞれにおいて燃料噴射を行って空燃比をリッチにするようにしている。

特開２００２−５４４８６号公報特開２００１−２４８４８２号公報特開平１１−１０１１４６号公報特開平１１−１７３１８０号公報

ところで、一般的に、吸気ガス中に燃料を噴射すると吸気ガスから燃料の気化潜熱が奪われて吸気ガスの温度が低下し、これにより吸気ガスの空気密度が増大する。このため、吸気弁が開弁しているときに、特に吸気行程中に、吸気ガスに燃料を噴射すると、燃焼室内にはより多くの吸気ガス（空気）が充填されるようになり、結果として燃焼室への吸気ガスの充填効率が向上する。

また、燃焼室内に直接燃料を噴射できる内燃機関の場合、燃料を噴射することにより燃焼室内の混合気の乱れが増大するため、燃料の噴射により混合気の燃焼速度を速めることができる。これにより、燃焼が安定すると共に気筒間またはサイクル間のトルク変動が低減せしめられる。ただし、混合気の乱れは燃料噴射後の経過時間に応じて減衰するため、噴射時期を遅らせた方が点火時における混合気の乱れが強くなる。したがって、トルク変動を効果的に低減させるためには、圧縮行程において燃料噴射を行う必要がある。

したがって、吸気行程中に燃料噴射を行うことにより得られる効果、すなわち吸気ガスの充填効率向上と、圧縮行程中に燃料噴射を行うことにより得られる効果、すなわちトルク変動の低減とはトレードオフの関係にある。したがって、吸気行程中および圧縮行程中それぞれにおいて燃料噴射を行う場合には、かかる関係を考慮して各行程中における燃料噴射量間の比率を定める必要がある。

特許文献１および特許文献２に記載の内燃機関は、成層燃焼と均質燃焼との間の移行時にトルクショックを低減するために吸気行程中および圧縮行程中それぞれにおいて燃料噴射を行っており、基本的に上記トレードオフの関係を考慮していない。したがって、各行程中における燃料噴射量間の比率は適切なものにはなっていない。

そこで、本発明の目的は、吸気行程中および圧縮行程中それぞれにおける燃料噴射量間の比率を適切なものとすることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関の吸気行程中に機関吸気通路または燃焼室に燃料噴射を行うと共に上記吸気行程に続く圧縮行程中に燃焼室に燃料噴射を行い、燃焼室内の混合気の空燃比がほぼ理論空燃比となるようにトータルの燃料噴射量を制御する内燃機関の制御装置において、燃焼室内の混合気の空燃比がほぼ理論空燃比となるようにトータルの燃料噴射量を制御している時に機関運転状態に応じて各行程中における燃料噴射量間の比率を調整するようにした。
内燃機関の運転に最適な吸気行程中および圧縮行程中それぞれにおける燃料噴射量間の比率は、機関運転状態に応じて変化する。第１の発明によれば、機関運転状態に応じて各行程中における燃料噴射量間の比率を調整するようにしているため、この燃料噴射量間の比率を機関運転状態に応じた適切なものとすることができる。

第２の発明では、第１の発明において、上記内燃機関を搭載した車両の加速度が所定加速度以上であるときには、所定加速度未満であるときに比べて吸気行程中における燃料噴射量の比率が高い。
内燃機関を搭載した車両の加速度が大きいときには、内燃機関のトルク変動が多少大きくても車両の運転者はドライバビリティの悪化をほとんど感じないと共に、内燃機関の出力が大きいことが必要である。第２の発明によれば、車両の加速度が大きい時には吸気行程中の燃料噴射量が多くされる。このため、吸気ガスの充填効率が向上し、よって機関出力を高いものとすることができる。

第３の発明では、第１または第２の発明において、機関冷却水温が所定温度以下であるときには、所定温度よりも高いときに比べて圧縮行程中における燃料噴射量の比率が高い。
機関冷却水温が低いときには、燃焼室内での燃焼速度が遅いことにより気筒間またはサイクル間における燃焼状態の変動が大きくなり、トルク変動が大きくなってしまう。第３の発明によれば、機関冷却水温が低いときには圧縮行程中の燃料噴射量が多くされるため、燃料噴射による混合気の乱れが大きくなり、トルク変動の悪化を抑制することができる。

第４の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、上記内燃機関を搭載した車両の総走行距離または総運転時間が所定距離または所定時間以上であるときには、所定距離未満または所定時間未満であるときに比べて圧縮行程中における燃料噴射量の比率が高い。
内燃機関を搭載した車両の走行距離や運転時間が長くなると、吸気ポートに徐々にデポジット等が付着していく。燃焼室に流入する吸気ガスの渦巻流（例えば、スワールやタンブル）の強さは吸気ポートの形状に大きく依存しており、吸気ポートにデポジット等が付着すると上記渦巻流が小さくなってしまい、燃焼室内での燃焼状態が悪化する。第４の発明によれば、車両の総走行距離や総運転時間が長いときには圧縮行程中の燃料噴射量が多くされるため、燃料噴射による混合気の乱れが大きいものとなり、燃焼室内での燃焼状態の悪化が抑制される。

本発明によれば、機関運転状態に応じて各行程中における燃料噴射量間の比率を調整するようにしているため、この燃料噴射量間の比率を機関運転状態に応じた適切なものとすることができる。

以下、図面を参照して本発明の内燃機関の制御装置について説明する。図１は本発明の制御装置が搭載される内燃機関全体の図である。図１から分かるように、本発明の制御装置は、特に筒内直噴型火花点火式内燃機関に用いられる。

図１を参照すると１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火栓１０が配置され、シリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。またピストン３の頂面上には燃料噴射弁１１の下方から点火栓１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。

各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ（図示せず）に連結される。吸気管１５内にはエアフロメータ１６が配置されると共にステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結され、この排気マニホルド１９は三元触媒等の排気浄化触媒２０を内蔵した触媒コンバータ２１に連結される。触媒コンバータ２１の出口は排気管２２に連結される。

電子制御ユニット３１はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を具備する。エアフロメータ１６は吸入空気流量に比例した出力電圧を発生し、また、車速センサ４０は内燃機関を搭載した車両の速度に比例した出力電圧を発生する。これら出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

また、アクセルペダル４１にはアクセルペダル４１の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４２が接続され、負荷センサ４２の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４３は例えばクランクシャフトが３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４３の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介して点火栓１０、燃料噴射弁１１およびステップモータ１７に接続される。

本実施形態の内燃機関は、基本的にほぼ理論空燃比で燃焼を行うように燃料噴射量を制御している。これは、ほぼ理論空燃比で燃焼が行われた排気ガスは排気浄化触媒（例えば、三元触媒）２１等で効果的に浄化することができるので、内燃機関においてほぼ理論空燃比で燃焼が行われると機関本体１から排出される排気ガスを簡単且つ効果的に浄化することができることによるものである。したがって、各サイクルにおける燃料噴射弁１１からの燃料噴射量は、混合気の空燃比がほぼ理論空燃比となるように制御される。

より詳細には、まず、負荷センサ４２の出力から機関負荷が算出され、この機関負荷に基づいてステップモータ１７によりスロットル弁１８の開度が調整される。一般的には、機関負荷が大きくなるにつれてスロットル開度が大きいものとされる。スロットル開度が大きくなると、吸気管１５内を流れる吸入空気流量が増大し、これに伴って燃焼室５に充填される吸気ガスの量が増大する。したがって、燃焼室５内に充填される吸気ガスの量は吸入空気流量の関数となる。上述したようにエアフロメータ１５により吸入空気流量が検出されるため、このエアフロメータ１５の出力に基づいて燃焼室５内に充填される吸気ガス量が推定せしめられる。そして、推定された燃焼室５内に充填される吸気ガス量に基づいて、各サイクルにおいて燃料噴射弁１１から噴射すべき目標総燃料噴射量が算出される。

ところで、本発明のように筒内直噴型内燃機関では、ポート噴射型内燃機関のように吸気弁が開弁されている内燃機関の吸気行程に加えて、吸気弁が閉弁された後、すなわち圧縮行程であっても内燃機関の燃焼室に燃料噴射を行うことができる。このため、筒内直噴型内燃機関では、以下のような様々な噴射パターンで燃料噴射を行うことができる。

図２は、図１に示した筒内直噴型内燃機関で実施し得る燃料噴射パターンのうちの三つの例について示した概略図である。図２に（Ｉ）で示した噴射パターンでは、内燃機関の吸気行程中（３６０°ＢＴＤＣ〜１８０°ＢＴＤＣ）に目標総燃料噴射量が噴射される。このように、吸気行程中に燃料が噴射される場合、燃焼室５への吸気ガスの充填効率が向上する。すなわち、一般的に、吸気ガス中に燃料を噴射すると吸気ガス（空気）から燃料の気化潜熱が奪われて吸気ガスの温度が低下し、これにより吸気ガスの空気密度が増大する。このため、吸気行程中に吸気ガスに燃料を噴射することにより、燃焼室５内にはより多くの吸気ガスが充填されるようになり、結果として燃焼室５への吸気ガスの充填効率が向上する。したがって、図２に（Ｉ）で示した噴射パターンで燃料を噴射した場合には、吸気ガスの充填効率を高いものとすることができ、よって内燃機関の出力を大きなものとすることができる。

図２に（ＩＩ）で示した噴射パターンでは、内燃機関の圧縮行程中（１８０°ＢＴＤＣ〜０°ＢＴＤＣ）に目標総噴射量が噴射される。このように、圧縮行程中に燃料が噴射される場合、混合気の燃焼が安定し、気筒間またはサイクル間のトルク変動が低減される。すなわち、筒内直噴型内燃機関のように燃焼室５内に直接燃料を噴射できる内燃機関の場合、燃料が高圧で燃焼室５内に噴射されるため、燃料を噴射することにより燃焼室５内の混合気の乱れが増大する。このように混合気の乱れを大きくすることにより、混合気の燃焼速度が速められ、よって混合気の燃焼が安定すると共に気筒間またはサイクル間のトルク変動が低減せしめられる。ただし、混合気の乱れは燃料噴射後の経過時間に応じて減衰するため、噴射時期を遅らせた方（例えば、１６０°ＢＴＤＣ〜８０°ＢＴＤＣ）が点火時における混合気の乱れが強くなる。したがって、比較的遅い時期、すなわち圧縮行程中において燃料噴射を行うことで、混合気の燃焼安定やトルク変動低減といった上記効果を十分に得ることができる。逆に言うと、噴射時期が早いと、例えば吸気行程中に燃料噴射が行われると、燃料噴射によって生じた混合気の乱れは減衰して弱いものとなっているため、混合気の燃焼安定やトルク変動低減といった上記効果を十分に得ることができない。

以上から、図２に（Ｉ）で示したように吸気行程中に燃料噴射を行うことにより得られる効果、すなわち吸気ガスの充填効率向上と、図２に（ＩＩ）で示したように圧縮行程中に燃料噴射を行うことにより得られる効果、すなわちトルク変動低減等とは全く異なる条件で得られるものであり、一方を実行すると他方の効果を得ることができない。すなわち、これら効果はいわゆるトレードオフの関係にある。

また、本発明では、図２に（ＩＩＩ）で示したように同一サイクルにおいて吸気行程中と圧縮行程中とにそれぞれ燃料噴射を行うようにしている。図２に（ＩＩＩ）で示した噴射パターンでは、内燃機関の吸気行程中と圧縮行程中それぞれにおいて燃料噴射が行われ、よって１サイクルにつき２回またはそれ以上の燃料噴射が行われる。この場合、各燃料噴射によって噴射された燃料の合計が上記目標総燃料噴射量となるように各燃料噴射時に噴射される燃料噴射量が定められる。したがって、図２に（ＩＩＩ）で示した噴射パターンを採用した場合であっても、１サイクルにおいて噴射される総燃料噴射量は目標総燃料噴射量となる。

このように、同一サイクルにおいて吸気行程中および圧縮行程中それぞれにおいて燃料噴射を行う場合、各行程中における燃料噴射量間の比率を変更することにより、得られる効果が異なる。例えば、吸気行程中における燃料噴射量の比率を高くして圧縮行程中における燃料噴射量の比率を低くすると、トルク変動が僅かながら大きくなりながらも吸気ガスの充填効率を向上させることができ、逆に圧縮行程中における燃料噴射量の比率を高くして吸気行程中における燃料噴射量の比率を低くすると、吸気ガスの充填効率が僅かながら小さくなりながらもトルク変動を低減することができる。

そこで、本発明では、各行程中における燃料噴射量間の比率と吸気ガスの充填効率およびトルク変動とのかかる傾向を考慮して、以下に説明するように、機関運転状態に応じて各行程中における燃料噴射量間の比率を調整するようにしている。

本発明の第一実施形態では、内燃機関を搭載した車両の加速度に応じて各行程中における燃料噴射量間の比率を調整するようにしており、特に、車両が急加速している場合とそれ以外の運転状態との間で上記比率を変更するようにしている。

一般に、車両が急加速している場合においては、大きなトルクが必要とされており、逆にそのトルクの大きさ故に多少のトルク変動が生じても運転者はほとんどそのトルク変動を感じない。その一方で、内燃機関に対しては大きな出力が要求されており、この要求を十分に満たせるように吸気ガスの充填効率を高いものとすることが必要である。そこで、本実施形態では、大きなトルクが必要とされている場合においては、吸気行程中における燃料噴射量の比率を高くするか、または吸気行程中のみに目標総燃料噴射量を噴射するようにしている。

一方、上記以外の運転状態にある場合、すなわち車両が急加速していない場合あるいは内燃機関が定常運転またはそれに近い運転をしている場合には、内燃機関に対して大きな出力は要求されておらず、またトルク変動が運転者に伝わりやすい。そこで、本実施形態では、上記車両が急加速していない場合においては、圧縮行程中における燃料噴射量の比率を高くして、トルク変動を低減させるようにしている。

なお、上記説明では車両の加速度に基づいて各行程中における燃料噴射量間の比率を変更するようにしているが、機関負荷や機関回転数に基づいて変更してもよい。この場合、機関負荷が大きい場合および機関回転数が高い場合に吸気行程中における燃料噴射量の比率が高くされ、逆に機関負荷が低い場合および機関回転数が低い場合に圧縮行程中における燃料噴射量の比率が高くせしめられる。

図３は、機関負荷に応じて各行程中における燃料噴射量間の比率を調整する場合の制御ルーチンのフローチャートを示す図である。

まず、ステップ１０１において、エアフロメータ１６の出力から吸入空気流量Ｍｔが検出され、クランク角センサ４３の出力に基づいて機関回転数Ｎｅが検出される。さらに、負荷センサ４２の出力から機関負荷Ｄｔが検出され、車速センサ４０から現在の車速Ｖが検出される。次いで、ステップ１０２では、ステップ１０１において検出された吸入吸気量Ｍｔ等から目標総燃料噴射量ｔａｕｔが算出される。この場合、混合気の空燃比がほぼ理論空燃比となるように予め実験的にまたは計算によって求められた吸入空気流量Ｍｔと目標総燃料噴射量ｔａｕｔとの関係を表すマップが利用される。あるいは、混合気の空燃比がほぼ理論空燃比となるように吸入空気流量Ｍｔ、機関回転数Ｎｅおよび機関負荷Ｄｔ等から目標総燃料噴射量ｔａｕｔが算出されるモデル式等を利用してもよい。

次いで、ステップ１０３では、ステップ１０１において検出された機関回転数Ｎｅおよび機関負荷Ｄｔから、マップに基づいて吸気行程中の燃料噴射量ｔａｕｉの基礎比率（以下、「吸気行程比率」と称す）ｒｉと圧縮行程中の燃料噴射量ｔａｕｃの基礎比率（以下、「圧縮行程比率」と称す）ｒｃがそれぞれ算出される。なお、上記マップは、内燃機関の通常運転時においてトルク変動が最も小さくなるように吸気行程中の燃料噴射量ｔａｕｉと圧縮行程中の燃料噴射量ｔａｕｃとの比率を定めたものであり、予め実験的に求められ、ＥＣＵ３１のＲＯＭ３４に保存されている。

次いで、ステップ１０４では、前サイクルにおいて検出された車速Ｖ₀と今サイクルにおいてステップ１０１で検出された車速Ｖとの差分（Ｖ−Ｖ₀）、すなわち車両の加速度が、所定加速度Ａｘ以上であるか否かが判定される。ここで、所定加速度Ａｘとは、内燃機関の出力が一定値以上の大きな出力であることが必要とされるような加速度、あるいは車両の加速度がそれよりも低いとトルク変動が運転者に伝わりやすいような加速度である。ステップ１０４において、車両の加速度が所定加速度以上であると判定された場合（Ｖ−Ｖ₀≧Ａｘ）には、ステップ１０５へと進む。ステップ１０５では、吸気行程中の燃料噴射量ｔａｕｉが目標総燃料噴射量ｔａｕｔとされると共に圧縮行程中の燃料噴射量ｔａｕｃが零とされる。

一方、ステップ１０４において車両の加速度が所定加速度よりも小さいと判定された場合（Ｖ−Ｖ₀＜Ａｘ）には、ステップ１０６へと進む。ステップ１０６では、目標総燃料噴射量ｔａｕｔに吸気行程比率ｒｉを乗算したものが吸気行程中の燃料噴射量ｔａｕｉとされ（ｔａｕｉ＝ｔａｕｔ・ｒｉ）、且つ目標総燃料噴射量ｔａｕｔに圧縮行程比率ｒｃを乗算したものが圧縮行程中の燃料噴射量ｔａｕｃとされ（ｔａｕｃ＝ｔａｕｔ・ｒｃ）、制御ルーチンが終了せしめられる。

本発明の第二実施形態では、機関冷却水の温度（以下、「機関冷却水温」と称す）および外気温に応じて各行程中における燃料噴射量間の比率を調整するようにしており、特に、機関冷却水温が低い場合、すなわち内燃機関の冷間始動時に圧縮行程中の燃料噴射量の比率を高くするようにしている。

一般に、機関冷却水温が低いとき、すなわち内燃機関の冷間始動時には、燃焼室５の壁面の温度が低く、また、外気温、すなわち内燃機関を搭載した車両の周囲の空気の温度が低いと燃焼室５に流入する吸気ガスの温度が低い。このように、燃焼室５の壁面の温度が低かったり燃焼室５に流入する吸気ガスの温度が低かったりすると、燃焼室５内での混合気の燃焼が安定しにくく、またその燃焼速度が遅いものとなる。このため、燃焼室５の壁面の温度が低い場合や吸気ガスの温度が低い場合には、気筒間またはサイクル間における燃焼状態の変動が大きくなり、トルク変動が大きくなってしまう。

そこで、本実施形態では、機関冷却水温が低い場合または外気温が低い場合には、圧縮行程中における燃料噴射量の比率を高くしている。これにより、燃焼室５内では燃料噴射による混合気の乱れが大きくなり、トルク変動の悪化を抑制することができる。なお、本実施形態では機関冷却水温および外気温に基づいて各行程中の燃料噴射比率を調整しているが、機関冷却水のみに基づいてあるいは外気温のみに基づいて各行程中の燃料噴射比率を調整してもよい。

図４は、機関冷却水温に応じて各行程中における燃料噴射量間の比率を調整する場合の制御ルーチンのフローチャートを示す図である。図４において、ステップ１２２、１２３および１２６は、それぞれ図３のステップ１０２、１０３および１０６と同様であるため説明を省略する。

まず、ステップ１２１では、図３のステップ１０１でも検出されている吸入空気流量Ｍｔ、機関回転数Ｎｅ、機関負荷Ｄｔに加えて、機関冷却水温を検出するための水温計（図示せず）から機関冷却水温Ｔｗが検出されると共に外気温を検出するための外気温度センサ（図示せず）から外気温Ｔａが検出される。

ステップ１２４では、ステップ１２１で検出された機関冷却水温Ｔｗが所定水温Ｔｗｘ以下であるか否かが判定され、また、ステップ１２５では、ステップ１２１で検出された外気温Ｔａが所定外気温Ｔａｘよりも高いか否かが判定される。ここで、所定水温Ｔｗｘとは、機関冷却水温がその温度以下であると、運転者がドライバビリティの悪化を感じるほどトルク変動が大きくなってしまうような水温であり、所定外気温Ｔａｘとは、外気温がその温度以下であると、運転者がドライバビリティの悪化を感じるほどトルク変動が大きくなってしまうような温度である。

ステップ１２４およびステップ１２５において、機関冷却水温Ｔｗが所定水温Ｔｗｘよりも高く且つ外気温Ｔａが所定外気温Ｔａｘよりも高いと判定された場合にはステップ１２６へと進む。一方、ステップ１２４およびステップ１２５において、機関冷却水温Ｔｗが所定水温Ｔｗｘ以下であること（Ｔｗ≦Ｔｗｘ）および外気温Ｔａが所定外気温Ｔａｘ以下であること（Ｔａ≦Ｔａｘ）のうちの少なくともいずれか一方に該当すると判定された場合にはステップ１２７へと進む。

ステップ１２７では、機関冷却水温Ｔｗおよび外気温Ｔａからマップに基づいて補正係数ａが算出される。この補正係数ａは通常運転時（すなわち、冷間始動時以外の時）における吸気行程中の燃料噴射量の比率に対して当該比率を増減させるものであり、補正係数ａの値が１よりも大きい場合には通常運転時に比べて吸気行程中の燃料噴射量の比率が高くなり、逆に補正係数ａの値が１よりも小さい場合には通常運転時に比べて吸気行程中の燃料噴射量の比率が低くなる。補正係数ａの値は、機関冷却水温または外気温が低くてもトルク変動を十分に低く抑えることができるように予め実験的にまたは計算により算出されて、例えば図５（ａ）に示したようなマップとしてＥＣＵ３１のＲＯＭ３４に保存される。

次いでステップ１２８では、目標総燃料噴射量ｔａｕｔに吸気行程比率ｒｉおよび補正係数ａを乗算したものが吸気行程中の燃料噴射量ｔａｕｉとされ（ｔａｕｉ＝ｔａｕｔ・ｒｉ・ａ）、且つ目標総燃料噴射量ｔａｕｔに圧縮行程比率ｒｃおよび２から補正係数ａを減算した値を乗算したものが圧縮行程中の燃料噴射量ｔａｕｃとされ（ｔａｕｃ＝ｔａｕｔ・ｒｃ・（２−ａ））、制御ルーチンが終了せしめられる。

本発明の第三実施形態では、内燃機関を搭載した車両の総走行距離または内燃機関の総運転時間に応じて各行程中における燃料噴射量間の比率を調整するようにしており、総走行距離または総運転時間が長くなるにつれて圧縮行程中の燃料噴射量の比率を高くするようにしている。

本実施形態の内燃機関では、燃焼室５に流入する吸気ガスに渦巻流（例えば、スワールやタンブル）が発生するように吸気ポート７等が形成される。したがって、吸気ポート７や吸気弁６にデポジット等が付着していない状態では、燃焼室５に流入する吸気ガスには強い渦巻流が発生し、よって燃焼室５に充填された混合気の乱れは大きなものとなる。ところが、一般に、内燃機関を搭載した車両の走行距離や内燃機関の運転時間が長くなると、吸気ポート７や吸気弁６に徐々にデポジット等が付着していく。上述した渦巻流の強さは吸気ポートの形状に大きく依存しているため、このように吸気ポート７等にデポジット等が付着すると上記渦巻流が弱くなってしまい、燃焼室５に充填された混合気の乱れが小さくなり、よって燃焼室５内での混合気の燃焼状態およびトルク変動の悪化を招く。

そこで、本実施形態では、車両の総走行距離や内燃機関の総運転時間が長くなるにつれて、圧縮行程中における燃料噴射量の比率を高くするようにしている。これにより、燃焼室５内に充填された混合気の渦巻流が弱くなってきても、燃料噴射によって燃焼室５内の混合気の乱れを大きいものに維持することができ、よって燃焼状態の悪化やトルク変動の悪化を抑制することができる。

図６は、車両の総走行距離に応じて各行程中における燃料噴射量間の比率を調整する場合の制御ルーチンのフローチャートを示す図である。図６において、ステップ１４２、１４３はそれぞれ図３のステップ１０２、１０３と同様であるため説明を省略する。なお、内燃機関の総運転時間に応じて上記比率を調整する場合も同様な制御ルーチンで制御可能である。

まず、ステップ１４１では、図３のステップ１０１でも検出されている吸入空気流量Ｍｔ、機関回転数Ｎｅ、機関負荷Ｄｔに加えて、トリップメータ（図示せず）用の出力から車両の総走行距離Ｌｔが検出される。ステップ１４４では、ステップ１４１で検出された総走行距離Ｌｔに基づいて補正係数ｂが算出される。この補正係数ｂは、出荷当初、すなわち総走行距離がほぼ零であるときにおける吸気行程中の燃料噴射量の比率に対して当該比率を増減させるものであり、補正係数ｂの値が１よりも大きい場合には総走行距離がほぼ零であるときに比べて吸気行程中の燃料噴射量の比率が高くなり、逆に補正係数ｂの値が１よりも小さい場合には総走行距離がほぼ零であるときに比べて吸気行程通の燃料噴射量の比率が低くなる。補正係数ｂの値は、総走行距離が長くなっても燃焼状態やトルク変動の悪化を十分に抑制することができるように予め実験的にまたは計算により算出されて、図５（ｂ）に示したようなマップとしてＥＣＵ３１のＲＯＭ３４に保存される。

次いでステップ１４５では、目標総燃料噴射量ｔａｕｔに吸気行程比率ｒｉおよび補正係数ｂを乗算したものが吸気行程中の燃料噴射量ｔａｕｉとされ（ｔａｕｉ＝ｔａｕｔ・ｒｉ・ｂ）、且つ目標総燃料噴射量ｔａｕｔに圧縮行程比率ｒｃおよび２から補正係数ｂを減算した値を乗算したものが圧縮行程中の燃料噴射量ｔａｕｃとされ（ｔａｕｃ＝ｔａｕｔ・ｒｃ・（２−ｂ））、制御ルーチンが終了せしめられる。

なお、上記第一から第三実施形態は上述したようにそれぞれ単独で用いてもよいし、これら実施形態を組み合わせて用いてもよい。
また、上記各実施形態では、筒内直噴型内燃機関の場合について説明しているが、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁に加えて、吸気ポートまたは吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有する内燃機関についても本発明を適用可能である。ただし、この場合、吸気ポート等内に燃料を噴射する燃料噴射弁は、吸気行程中に燃料噴射を行うことにしか用いることができない。

本発明の制御装置が搭載された内燃機関全体を示す図である。筒内直噴型内燃機関が実施し得る噴射パターンの例を示す図である。車両の加速度に応じて各行程中における燃料噴射量間の比率を調整する場合のフローチャートを示す図である。機関冷却水温に応じて各行程中における燃料噴射量間の比率を調整する場合のフローチャートを示す図である。各種パラメータと補正係数との関係を示した図である。総走行距離に応じて各行程中における燃料噴射量間の比率を調整する場合のフローチャートを示す図である。

符号の説明

１機関本体
３ピストン
５燃焼室
６吸気弁
８排気弁
１０点火栓
１１燃料噴射弁
３１ＥＣＵ
４０車速センサ
４２負荷センサ
４３クランク角センサ

Claims

内燃機関の吸気行程中に機関吸気通路または燃焼室に燃料噴射を行うと共に上記吸気行程に続く圧縮行程中に燃焼室に燃料噴射を行い、燃焼室内の混合気の空燃比がほぼ理論空燃比となるようにトータルの燃料噴射量を制御する内燃機関の制御装置において、
燃焼室内の混合気の空燃比がほぼ理論空燃比となるようにトータルの燃料噴射量を制御している時に機関運転状態に応じて各行程中における燃料噴射量間の比率を調整するようにした内燃機関の制御装置。
上記内燃機関を搭載した車両の加速度が所定加速度以上であるときには、所定加速度未満であるときに比べて吸気行程中における燃料噴射量の比率が高い請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
機関冷却水温が所定温度以下であるときには、所定温度よりも高いときに比べて圧縮行程中における燃料噴射量の比率が高い請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
上記内燃機関を搭載した車両の総走行距離または該内燃機関の総運転時間が所定距離または所定時間以上であるときには、所定距離未満または所定時間未満であるときに比べて圧縮行程中における燃料噴射量の比率が高い請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。