JP2006291876A

JP2006291876A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2006291876A
Application number: JP2005114714A
Authority: JP
Inventors: Bunichi Sato; 文一佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2005-04-12
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】少なくとも筒内噴射用インジェクタを有するエンジンにおいて、吸気通路にデポジットが堆積してタンブル流が発生した場合に安定的な弱成層燃焼を実現する。
【解決手段】エンジンＥＣＵは、吸気流量を検知するステップ（Ｓ１００）と、サージタンク内の圧力変化を検知するステップ（Ｓ２００）と、サージタンク内の圧力変化に基づいてタンブル比を推定するステップ（Ｓ３００）と、タンブル比が大きいほどＤＩ比率が大きくなるようにＤＩ比率を算出するステップ（Ｓ４００）と、タンブル比が大きいほど時期が遅れるように燃料噴射時期を算出するステップ（Ｓ５００）と、タンブル比が大きいほど時期が遅れるように点火時期を算出するステップ（Ｓ６００）とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、少なくとも筒内に向けて燃料を噴射する燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）を備えた内燃機関の制御装置に関し、特に、吸気ポートに堆積したデポジットにより吸気流が変動しても、内燃機関の燃焼変動を回避する技術に関する。

自動車用エンジン等の内燃機関においては、その吸気通路に存在する燃料やオイルが高温の壁面に接触することにより炭化してデポジットとして堆積し、吸気通路の空気流通面積が縮小する場合がある。このような内燃機関の吸気通路において、燃料やオイルが接触したときに炭化するほど高温となるのは、燃焼室内での燃料燃焼時の熱を受け易い吸気バルブの傘部裏面や吸気ポートの燃焼室近傍の内面であることから、これらの箇所にデポジットが堆積することがある。

このように、吸気バルブの傘部裏面や吸気ポートの燃焼室近傍の内面にデポジットが付着していると、デポジットが流入抵抗となり吸入空気量が必要量に対して不足することから、燃焼室内の混合気の空燃比が適正値からリッチ側にずれる。

多気筒エンジンにおいては、デポジットの付着量が多い気筒と少ない気筒とが存在したり、デポジットの付着している気筒と付着していない気筒とが存在したりするようになり、このようなデポジットに起因する吸入空気量の不足も各気筒毎に異なるものとなる。このため、空燃比の適正値からリッチ側へのずれ量も各気筒毎に異なり、こうした気筒間での空燃比のばらつきに起因して内燃機関に回転変動が生じ、内燃機関を安定して運転することが困難になる。

特開２００４−１９７６３０号公報（特許文献１）は、このような内燃機関の吸気通路に付着したデポジットに起因して内燃機関の運転性が低下するのを抑制することができる内燃機関の制御装置を開示する。この公報に開示された内燃機関の制御装置は、複数の気筒を有する多気筒内燃機関に適用され、内燃機関の燃料噴射量を内燃機関の運転状態に適した値に制御する内燃機関の制御装置であって、内燃機関の各気筒毎に吸気通路のデポジットの付着を検出する検出手段と、検出手段によって検出される各気筒毎の吸気通路のデポジットの付着量に応じて、燃料噴射量を各気筒毎に減量側に制御する制御手段とを備える。

この内燃機関の制御装置によると、各気筒毎に吸気通路のデポジットの付着の有無や付着しているデポジットの量が異なるとしても、各気筒毎のデポジットの付着量に応じて燃料噴射量が各気筒毎に減量側に制御され、各気筒の空燃比がリッチ側にずれることは抑制される。従って、各気筒の吸気通路のデポジットの付着量の違いによって、空燃比の適正値からリッチ側へのずれ量が各気筒毎に異なるものとなるのを抑制することができる。そして、こうした各気筒間での空燃比にばらつきに起因して内燃機関に回転変動が生じ、内燃機関の運転性が低下するのを抑制することができる。
特開２００４−１９７６３０号公報

ところで、燃焼室（筒内）に直接燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタを備えた内燃機関が実用化されている。このような内燃機関においても、吸気通路内に燃料を噴射しないが、吸気バルブと排気バルブとのオーバラップにより発生したバックブローガスにより燃焼室から吸気バルブを介して吸気通路側へ燃焼ガスやＰＭ(Particulate Matter)や未燃焼物が流入したり、吸気通路にオイルが存在したりすることにより、吸気通路にデポジットが堆積することがある。

また、吸気通路内に燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタと、燃焼室に燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタとを備え、内燃機関の回転数と内燃機関の負荷とに基づいて吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとの燃料噴射比率を決定する内燃機関が公知である。このような内燃機関においては、吸気通路噴射用インジェクタから噴射された燃料や、吸気通路に存在するオイルにより、吸気通路にデポジットが堆積することがある。

このような少なくとも筒内噴射用インジェクタを有する内燃機関においては、たとえば弱成層燃焼と呼ばれる、点火プラグ近傍に濃い混合気をその周りに薄い混合気を形成して、全体としてリーンな混合気で燃料を燃焼させることがある（たとえば、急速触媒暖機要求時）。この弱成層燃焼を安定して行なうためには、ピストン上面のキャビティを用いて、圧縮行程で噴射された燃料を吸気流により点火プラグ近傍に集めなければならない。

しかしながら、上述したように、吸気通路にデポジットが堆積すると、この吸気通路を通って燃焼室に吸入される吸気の量が変動するのみならず、気流が乱れる。気流の乱れは燃焼室内において筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料を点火プラグ近傍に集めることを阻害する。特に、タンブル流（ピストンが上下動する方向に平行な縦渦流）が発生すると、縦渦を形成した吸気流と筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料により形成された噴霧とが、互いに衝突して燃料が燃焼室内に拡散されてしまう傾向がある。その結果、燃焼室内を所望の燃料分布状態とすることができなくなり、点火プラグ近傍もリーンになり失火の誘因となり得る。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、少なくとも筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射手段を有する内燃機関において、吸気流が変動した場合であっても安定的な燃焼を実現することができる、内燃機関の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段を備えた内燃機関を制御する。この制御装置は、吸気流の形態が予め定められた形態から変動したことを検知するための検知手段と、検知手段により検知された変動に応じて、噴射時期を変更するようにして、燃料噴射手段を制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、たとえば、吸気流を筒内に導入する吸気通路にデポジットが堆積すると、吸気流の形態が予め定められた形態から変動する。たとえば、渦流を形成する速度ベクトルの成分が堆積したデポジットにより付与される。渦流は筒内において噴射された燃料を点火プラグ近傍に集めることを阻害する要因となる。筒内において噴射された燃料を点火プラグ近傍に集めることができない場合には、成層燃焼や弱成層燃焼の実現が困難になる。そこで、制御手段は、このような渦流の発生の度合いが大きいほど、吸気バルブが閉じられて吸気流が流入されなくなってからの経過時間が長くなるように燃料の噴射時期を変更する。このようにすると、渦流を形成する速度ベクトルの成分は吸気バルブが閉じられた後は時間の経過にしたがって小さくなるので、渦流の影響を受けにくくすることができ、筒内において噴射された燃料を点火プラグ近傍に集めることができるようになる。その結果、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射手段を有する内燃機関において、吸気流が変動した場合であっても安定的な燃焼を実現することができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１の発明の構成に加えて、噴射時期の変更に伴い、点火時期を変更するように点火装置を制御するための手段をさらに含む。

第２の発明によると、変更された噴射時期に最適な点火時期に設定（点火時期を、進角側、遅角側に変更のいずれも）することで、安定な燃焼を実現できる。

第３の発明に係る内燃機関の制御装置は、筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段とを備えた内燃機関を制御する。この制御装置は、吸気流の形態が予め定められた形態から変動したことを検知するための検知手段と、内燃機関に要求される条件に基づいて算出された比率で、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段とを含む。この制御手段は、検知手段により検知された変動に応じて、比率を変更するようにして、燃料噴射手段を制御するための手段を含む。

第３の発明によると、吸気通路に堆積したデポジットに起因して、吸気流に渦流が形成される。渦流は筒内において噴射された燃料を点火プラグ近傍に集めることを阻害する要因となる。筒内において噴射された燃料を点火プラグ近傍に集めることができない場合には、成層燃焼や弱成層燃焼の実現が困難になる。そこで、制御手段は、このような渦流の発生の度合いが大きいほど、第１の燃焼噴射手段から噴射する燃料の比率を高めるように、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段との燃料分担の比率を変更する。このようにすると、渦流の影響があっても点火プラグ近傍に集めることができる燃料自体の量を増やすことができ、点火プラグ近傍の混合気の濃度を高めることができるので、渦流の影響を受けにくくすることができる。その結果、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射手段と吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射手段とを有する内燃機関において、吸気流が変動した場合であっても安定的な燃焼を実現することができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。

第４の発明に係る内燃機関の制御装置は、第３の発明の構成に加えて、比率の変更に伴い、第１の燃料噴射手段における噴射時期および点火装置における点火時期の少なくともいずれかを変更するための手段をさらに含む。

第４の発明によると、第３の発明のように、渦流の影響があっても点火プラグ近傍に集めることができる燃料自体の量を増やすことができ、点火プラグ近傍の混合気の濃度を高めることができることに加えて、吸気バルブが閉じられて吸気流が流入されなくなってからの経過時間が長くなるように燃料の噴射時期や点火時期を変更する。このようにすると、渦流を形成する速度ベクトルの成分は吸気バルブが閉じられた後は時間の経過にしたがって小さくなるので、渦流の影響をさらに受けにくくすることができ、筒内において噴射された燃料を点火プラグ近傍に集めることができるようになる。

第５の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、制御手段は、内燃機関の運転状態が、成層燃焼および弱成層燃焼の少なくともいずれかの燃焼状態であるときに、燃料噴射手段を制御するものである。

第５の発明によると、制御手段による制御により、噴射時期、点火時期、分担比率が変更されて燃料噴射手段や点火装置が制御され、特に、成層燃焼（空燃比２０〜４０程度の超希薄燃焼）または弱成層燃焼（空燃比１６程度の希薄燃焼）のときに、渦流の影響があっても点火プラグ近傍に集めることができる。点火プラグ近傍の混合気の濃度を高めることができるので、渦流の影響を受けにくくすることができる。その結果、吸気流が変動した場合であっても安定的な燃焼を実現することができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。

第６の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、検知手段は、吸気通路に堆積したデポジットに起因して発生した変動を検知するための手段を含む。

第６の発明によると、吸気通路に存在する燃料やＰＭやオイル等によりデポジットが堆積すると、吸気流の速度ベクトルに渦流を引き起こす速度成分が付与される。渦流は筒内において噴射された燃料を点火プラグ近傍に集めることを阻害する要因となる。制御手段により、このような状態であっても、筒内において噴射された燃料を点火プラグ近傍に集めるようにすることができる。

第７の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、検知手段は、サージタンク内の圧力に基づいて、変動を検知するための手段を含む。

第７の発明によると、吸気流量に応じてサージタンク内の圧力が変化するが、吸気通路にデポジットが堆積すると流体抵抗になるので、流量が下がりサージタンク内から十分な空気が筒内に導入されないでサージタンク内の圧力が高くなる。この変化に基づいて、吸気流の形態が予め定められた形態から変動したこと（吸気通路内にデポジットが堆積して吸気流の形態が変動したこと）を検知することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）で制御されるエンジンシステムの概略構成図を示す。なお、図１には、エンジンとして直列４気筒ガソリンエンジンであって、筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタとを有するエンジンを示すが、本発明はこのようなエンジンに限定されるものではない。少なくとも筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタを有するエンジンであれば本発明の適用は可能である。

図１に示すように、エンジン１０は、４つの気筒１１２を備え、各気筒１１２はそれぞれ対応するインテークマニホールド２０を介して共通のサージタンク３０に接続されている。サージタンク３０は、吸気ダクト４０を介してエアクリーナ５０に接続され、吸気ダクト４０内にはエアフローメータ４２が配置されるとともに、電動モータ６０によって駆動されるスロットルバルブ７０が配置されている。このスロットルバルブ７０は、アクセルペダル１００とは独立してエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてその開度が制御される。一方、各気筒１１２は共通のエキゾーストマニホールド８０に連結され、このエキゾーストマニホールド８０は三元触媒コンバータ９０に連結されている。

各気筒１１２に対しては、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１１０と、吸気ポートまたは／および吸気通路内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ１２０とがそれぞれ設けられている。これらインジェクタ１１０、１２０はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。また、各気筒内噴射用インジェクタ１１０は共通の燃料分配管１３０に接続されており、この燃料分配管１３０は燃料分配管１３０に向けて流通可能な逆止弁１４０を介して、機関駆動式の高圧燃料ポンプ１５０に接続されている。なお、本実施の形態においては、２つのインジェクタが別個に設けられた内燃機関について説明するが、本発明はこのような内燃機関に限定されない。たとえば、筒内噴射機能と吸気通路噴射機能とを併せ持つような１個のインジェクタを有する内燃機関であってもよい。

図１に示すように、高圧燃料ポンプ１５０の吐出側は電磁スピル弁１５２を介して高圧燃料ポンプ１５０の吸入側に連結されており、この電磁スピル弁１５２の開度が小さいときほど、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０内に供給される燃料量が増大され、電磁スピル弁１５２が全開にされると、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０への燃料供給が停止されるように構成されている。なお、電磁スピル弁１５２はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいて制御される。

より詳しくは、カムシャフトに取り付けられたカムによりポンププランジャーが上下することにより燃料を加圧する高圧燃料ポンプ１５０における、ポンプ吸入側に設けられた電磁スピル弁１５２を、加圧行程中に閉じるタイミングを、燃料分配管１３０に設けられた燃料圧センサ４００を用いて、エンジンＥＣＵ３００でフィードバック制御することにより、燃料分配管１３０内の燃料圧力（燃圧）が制御される。すなわち、エンジンＥＣＵ３００により電磁スピル弁１５２を制御することにより、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０への供給される燃料量および燃料圧力が制御される。

一方、各吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、共通する低圧側の燃料分配管１６０に接続されており、燃料分配管１６０および高圧燃料ポンプ１５０は共通の燃料圧レギュレータ１７０を介して、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ１８０に接続されている。さらに、低圧燃料ポンプ１８０は燃料フィルタ１９０を介して燃料タンク２００に接続されている。燃料圧レギュレータ１７０は低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の一部を燃料タンク２００に戻すように構成されており、したがって吸気通路噴射用インジェクタ１２０に供給されている燃料圧および高圧燃料ポンプ１５０に供給されている燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを阻止している。

エンジンＥＣＵ３００は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス３１０を介して相互に接続されたＲＯＭ(Read Only Memory)３２０、ＲＡＭ(Random Access Memory)３３０、ＣＰＵ(Central Processing Unit)３４０、入力ポート３５０および出力ポート３６０を備えている。

エアフローメータ４２は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ４２の出力電圧はＡ／Ｄ変換器３７０を介して入力ポート３５０に入力される。エンジン１０には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８０が取付けられ、この水温センサ３８０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器３９０を介して入力ポート３５０に入力される。

燃料分配管１３０には燃料分配管１３０内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４００が取付けられ、この燃料圧センサ４００の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４１０を介して入力ポート３５０に入力される。三元触媒コンバータ９０上流のエキゾーストマニホールド８０には、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生する空燃比センサ４２０が取付けられ、この空燃比センサ４２０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４３０を介して入力ポート３５０に入力される。

本実施の形態に係るエンジンシステムにおける空燃比センサ４２０は、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比に比例した出力電圧を発生する全域空燃比センサ（リニア空燃比センサ）である。なお、空燃比センサ４２０としては、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出するＯ₂センサを用いてもよい。

アクセルペダル１００は、アクセルペダル１００の踏込み量に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ４４０に接続され、アクセル開度センサ４４０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４５０を介して入力ポート３５０に入力される。また、入力ポート３５０には、機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ４６０が接続されている。エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０には、上述のアクセル開度センサ４４０および回転数センサ４６０により得られる機関負荷率および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値や機関冷却水温に基づく補正値などが予めマップ化されて記憶されている。

なお、サージタンク３０内の圧力は、圧力センサ３１にて検知される。サージタンク３０内の圧力に比例した出力電圧を発生する圧力センサ３１の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４３１を介して入力ポート３５０に入力される。

図２に、図１の部分拡大図を示す。図２は、図１の各気筒１１２における筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の位置関係、ならびにインテークマニホールド２０、吸気バルブ１２２、排気バルブ１２１、点火プラグ１１９およびピストン１２３の位置関係を説明する図である。

インテークマニホールド２０の燃焼室側には吸気バルブ１２２が設けられており、その吸気バルブ１２２の上流側に吸気通路噴射用インジェクタ１２０が配置されている。吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、吸気通路であるインテークマニホールド２０の内壁にに向けて燃料を噴射する。

また、このインテークマニホールド２０には、スワールコントロールバルブなどであって、燃焼室内に渦流を形成するものが設けられない。このスワールコントロールバルブなどが設けられると、流量係数を低下せしめることになり、ＷＯＴ時に必要十分な空気を燃焼室に流入させることができない。ところが、本実施の形態における内燃機関においては、流量係数を高くするようにして、高流量ポートを実現した。なお、高流量を実現できるのであれば、タンジェンシャル型（tangential type）の吸気ポートであってもよい。このタンジェンシャル型ポートは、吸気バルブ１２２の周辺で渦巻状となって左右に振れた形状とはならず、真っ直ぐに伸びて上下に大きく円弧を画いた先端部を有する。したがって吸気ポート内での流れに対する抵抗が小さく、吸気ポートの流量係数はスワールポートに比しはるかに大きくなり、エンジン１０の体積効率が高くなり、多量の空気が燃焼室内に吸入することができるものである。

図２に示すように、ピストン１２３の頂部には、筒内噴射用インジェクタ１１０に対向する位置に緩やかな曲線から形成されるくぼみであるキャビティ１２３Ｃが設けられている。このキャビティ１２３Ｃに向けて筒内噴射用インジェクタ１１０から燃料が噴射される。このとき、筒内噴射用インジェクタ１１０に対向するピストン１２３の頂部は角部を有しないので、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成された噴霧が角部により分裂されることがない。このような分裂があると燃焼に悪影響を与えるローカルリッチ（ここでいうローカルリッチとは、点火プラグ１１９近傍以外でリッチな混合気が形成されることを意味する）の状態になる場合があり得るが、そのような状態になることを回避できる。なお、図２に示すように配置された筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との燃料分担比率の詳細については、後述する。

図２に示すように、ピストン１２３においては、ピストン１２３とコネクティングロッド（図示しない）とは、ピストンピン１２３Ａで連結される。ピストン１２３には、このピストンピン１２３Ａを収めるためのピストン・ピン・ボス部１２３Ｂが設けられる。

図３を参照して、このキャビティ１２３Ｃの詳細を説明する。図３は、キャビティ１２３Ｃを側面から見た図である。

図３に示すように、ピストン１２３をその側面側から見ると、キャビティ１２３Ｃの底面は、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料噴霧が当たって、その方向をシリンダ孔の軸心（点火プラグ１１９）側に向かうようになだらかな曲面を有する。さらに、図示しないが、ピストン１２３をその上面側から見た場合には、キャビティ１２３Ｃの最外周は、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料噴霧が当たって、その方向がシリンダ孔の軸心（点火プラグ１１９）側に向かうようになだらかな曲面を有している。このため、実線の矢印で示されるように、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成される噴霧は、点火プラグ１１９近傍に集められる。

すなわち、図３に示すように、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成される燃料噴霧がピストン１２３の頂面に当接する位置においては、角部を有さないキャビティ１２３Ｃが形成されている。そして、その形状は角部を有さないことに加えて、側面側も上面側も、キャビティ１２３Ｃから点火プラグ１１９近傍に燃料噴霧が向かうように設計されている。この燃料噴霧は、圧縮上死点において、点火プラグ１１９近傍に位置して、その後の膨張行程においても点火プラグ１１９近傍からそれほど分散することはない。こうすることにより、点火時期を大幅に遅角しても噴霧燃料を確実に着火させることができる。

なお、三元触媒コンバータ９０の早期暖機することを目的として、大幅に点火時期を遅角させるために成層燃焼を行なうべく、このようなキャビティ１２３Ｃが設けられることに限定されるものではない。点火プラグ１２３Ｃ近傍に濃い混合気を集めて、その周りに薄い混合気を形成して弱成層燃焼を行なう場合にも、このような形状を有するキャビティ１２３Ｃにより燃料噴霧を点火プラグ１１９近傍に集めて、理想的な混合気を形成できる。このようにして、三元触媒コンバータ９０を早期にかつ急速に暖機する場合をファーストアイドルと呼ばれる。このファーストアイドル時においては、点火時期を大きく遅角させて、三元触媒コンバータ９０において燃料を後燃えさせることにより、三元触媒コンバータ９０の温度を早期にかつ急速に上昇させることができる。

また、均質燃焼を行なう場合には、このようなキャビティ１２３Ｃにより、点火プラグ１１９近傍以外でリッチな混合気が形成されるローカルリッチになることを回避できる。

このように、図２に示す吸気通路および図３に示すキャビティ１２３Ｃの形状により、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料噴霧が点火プラグ近傍に向かうように設計されている。

しかしながら、吸気通路にデポジットが堆積すると、吸気流にタンブル渦（縦渦）が形成される傾向がある。吸気流にタンブル渦が形成されると、図３の点線の矢印で示されるように、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成された噴霧と、タンブル流とが衝突して、実線のように燃料噴霧を点火プラグ１１９近傍に集めないで、逆に拡散させてしまうことがある。このような状態では、成層燃焼も弱成層燃焼も安定して行なうことができない傾向になる。このため、本実施の形態に係るエンジン１０を制御する制御装置であるエンジンＥＣＵ３００は、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期、点火プラグ１１９の点火時期、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料分担比率（ＤＩ比率ｒと記載する場合がある）を制御して、このようなタンブル流が発生している場合であっても、安定的な成層燃焼あるいは弱成層燃焼を実現することが特徴である。

以下、このような特徴について説明するが、その説明の前に、タンブル比の定義および算出方法について詳述する。

タンブル比Ｔｒの定義は、「エンジンシリンダ内に流入空気により生成された縦渦の角速度／エンジン回転数（角速度）」である。その計測方法は、図４および図５に示すように、シリンダヘッドからの吸気流動をヘッドと垂直方向に延びた管に引き込み、管内の渦により生成されるモーメントから角速度を算出する。それをエンジン回転数（角加速度）で除算することにより求める。他には、羽根車から回転速度を算出したり、空気流動を実測して角速度を算出している。

なお、図５に示すように、エンジン燃焼室断面において、インテークマニホールドからエキゾーストマニホールド〜ピストン側へ向かう流れを正方向の流れとする。詳しくは、エンジン燃料室断面の側面視において、右にインテークマニホールド、左にエキゾーストマニホールドを見て、反時計周りを縦渦の正方向とする。

図６〜図１０を参照して、本実施の形態に係るエンジン１０の制御装置であるエンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０またはＲＡＭ３３０に記憶される各種マップについて説明する。

図６に、エアフローメータ４２により検知された吸気流量と圧力センサ３１により検知されたサージタンク３０内の圧力（サージタンク内圧力）との関係を示す。図６に示す関係は、インテークマニホールド２０（吸気通路）にデポジットが堆積すると、同じエアーフローメータ流量に対して、サージタンク３０内の圧力がデポジットの堆積量に応じて上昇することを示している。すなわち、図６の太線が吸気通路（吸気ポート）にデポジットが堆積していない場合を示し、細線が吸気通路（吸気ポート）にデポジットが堆積している場合を示している。エンジンＥＣＵ３００は、図６に示すデポジットの有無により生じる圧力変化delpを算出して、その圧力変化delpに基づいて、タンブル比estrを推定する。なお、図６に示すこれらの関係は、たとえば、予め実験的または模擬的に算出することによりマップを作成して、このマップがエンジンＥＣＵ３００内に記憶されている。

図７に、デポジットの有無により生じる圧力変化delpと、推定されるタンブル比estrとの関係を示す。図７に示すように、デポジットが多く堆積するほど、圧力変化delpが大きくなり、圧力変化delpが大きくなるほど、タンブル比estrが大きな値に推定される。図７における初期とは、吸気流に発生するタンブル流が、弱成層燃焼や成層燃焼に影響しない時点を示している。この初期状態よりもさらにデポジットが堆積してタンブル比が上昇すると、弱成層燃焼や成層燃焼に影響を与えだすので、後述するように、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期や点火プラグ１１９の点火時期や筒内噴射用インジェクタ１１０の分担比率を制御して、燃焼の安定化を実現する。なお、図７に示すこれらの関係も、たとえば、予め実験的または模擬的に算出することによりマップを作成して、このマップがエンジンＥＣＵ３００内に記憶されている。

図８に、推定されたタンブル比estrと、要求直噴比率（全燃料量に対する筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射される燃料量の比率であるＤＩ比率ｒ）との関係を示す。タンブル比estrが大きくなるほど（タンブル比が大きくなり縦渦が大きくなるほど）要求されるＤＩ比率ｒが大きくなり、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射される燃料よりも筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射される燃料が多くなる。これは、縦渦が大きくなるほど、タンブル流と筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成される噴霧との衝突が激しくなり、より拡散される。このため、点火プラグ１１９近傍の混合気がよりリーンになりやすい傾向があるので、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射される燃料の比率を高めて、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射される燃料量自体を多くして、タンブル比が高くなって点火プラグ１１９近傍がリーンになる傾向を抑制している。なお、図８に示すこれらの関係も、たとえば、予め実験的または模擬的に算出することによりマップを作成して、このマップがエンジンＥＣＵ３００内に記憶されている。

図９に、推定されたタンブル比estrと、要求噴射時期（筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期）との関係を示す。タンブル比estrが大きくなるほど（タンブル比が大きくなり縦渦が大きくなるほど）進角側への変化量が少なくなるようにされる。すなわち、タンブル比estrが大きくなるほど、要求される噴射時期が、圧縮上死点手前から圧縮上死点近くになるように遅らされる。これは、縦渦が大きくなるほど、タンブル流と筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成される噴霧との衝突が激しくなり、より拡散される。しかしながら、このタンブル流の影響は、時間の経過にしたがって小さくなる。すなわち、吸気バルブ１２２を閉じてから圧縮行程に入り、その後の時間の経過にしたがって、吸気バルブ１２２を閉じられているので吸気流がさらに燃焼室に加えられることがなく、吸気流の速度ベクトルの大きさも、その中のタンブル流を形成するベクトル成分の大きさも次第に低下する。このため、点火プラグ１１９近傍の混合気がよりリーンになりやすい傾向は、圧縮行程の後期になるほど（圧縮上死点に近づくほど）、低下するので、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期をできるだけ遅くする（進角量を減少させる）。これにより、たとえタンブル比が大きくなって、縦渦の影響が大きくなることにより噴射された燃料により形成される噴霧と吸気流との衝突による拡散の影響を、燃料の噴射時期を遅らせて抑制している。なお、図９に示すこれらの関係も、たとえば、予め実験的または模擬的に算出することによりマップを作成して、このマップがエンジンＥＣＵ３００内に記憶されている。

図１０に、推定されたタンブル比estrと、要求点火時期（点火プラグ１１９による点火時期）との関係を示す。タンブル比estrが大きくなるほど（タンブル比が大きくなり縦渦が大きくなるほど）進角側への変化量が少なくなるようにされる。すなわち、タンブル比estrが大きくなるほど、要求される点火時期が、圧縮上死点直後から圧縮上死点からより後ろ側になるように遅らされる。これは、図９に示したように、縦渦が大きくなるほど、タンブル流と筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成される噴霧との衝突が激しくなり、より拡散される影響を、燃料の噴射時期を遅らせて抑制しているため、この燃料噴射時期を遅らせることに対応して点火時期も遅らせるものである。なお、図１０に示すこれらの関係も、たとえば、予め実験的または模擬的に算出することによりマップを作成して、このマップがエンジンＥＣＵ３００内に記憶されている。

図１１を参照して、本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵ３００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、このフローチャートは、予め定められた計算時間サイクルや、予め定められたエンジン１０のクランク角度の時に実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、エンジンＥＣＵ３００は、エアフローメータ４２からの信号を用いて、吸気流量を検知する。Ｓ２００にて、エンジンＥＣＵ３００は、サージタンク３０内の圧力を検知する圧力センサ３１からの信号を用いて、サージタンク３０内の圧力を検知して、このようなサージタンク３０内の圧力の検知に基づいてサージタンク３０内の圧力変化delpを検知する。このとき、吸気ポートのデポジットの有無で、図６に示すような圧力変化delpが発生する。

Ｓ３００にて、エンジンＥＣＵ３００は、サージタンク３０内の圧力変化delpと、図７に示すマップとに基づいて、タンブル比estrを推定する。

Ｓ４００にて、エンジンＥＣＵ３００は、推定されたタンブル比estrと、図８に示すマップとに基づいて、全燃料量に対する筒内噴射用インジェクタ１１０の要求燃料量の比率である要求直噴比率（ＤＩ比率ｒ）を算出する。

Ｓ５００にて、エンジンＥＣＵ３００は、推定されたタンブル比estrと、図９に示すマップとに基づいて、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期である要求噴射時期を算出する。

Ｓ６００にて、エンジンＥＣＵ３００は、推定されたタンブル比estrと、図１０に示すマップとに基づいて、点火プラグ１１９の点火時期である要求点火時期を算出する。

なお、上述したフローチャートは、Ｓ４００、Ｓ５００およびＳ６００の３つの処理を実行するものであるが、Ｓ４００を実行してＳ５００およびＳ６００を実行しないようなフローチャートであっても、Ｓ５００およびＳ６００を実行してＳ４００を実行しないようなフローチャートであってもよい。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵ３００で制御されるエンジン１０の動作について説明する。

冷間時においてエンジン１０が始動されると、吸気通路も冷えており、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射された燃料や、吸気通路に存在するオイルにより、吸気ポートにデポジットが堆積していることがある。このような場合には、このデポジットにより吸気が乱れて縦渦流（タンブル流）が発生していることがある。

吸気通路を介して吸入される吸気流量がエアフローメータ４２からの信号を用いて検知される（Ｓ１００）とともに、サージタンク３０内の圧力が検知され、図６に示すようなマップに基づいて、サージタンク３０内における圧力変化delpが検知される（Ｓ２００）。吸気ポートにデポジットが堆積しているほど、大きなサージタンク３０内における圧力変化delpが検知される。このサージタンク３０内における圧力変化delpと図７のマップとに基づいてタンブル比estrが推定される(Ｓ３００)。

吸気ポートに多くのデポジットが堆積しているほど、サージタンク３０内における圧力変化delpが大きく検知され、サージタンク３０内における圧力変化delpが大きいほどタンブル比estrが大きく推定される。推定されたタンブル比estrに基づいて、全燃料量に対する筒内噴射用インジェクタ１１０の要求燃料量の比率である要求直噴比率（ＤＩ比率ｒ）が算出される（Ｓ４００）。

推定されたタンブル比estrに基づいて、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期である要求噴射時期が算出され（Ｓ５００）、推定されたタンブル比estrに基づいて、点火プラグ１１９の点火時期である要求点火時期が算出される（Ｓ６００）。

このように、タンブル比を推定して、タンブル比が大きいほど、ＤＩ比率ｒを大きく、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期を遅らせて、点火時期を遅らせるように、ＤＩ比率ｒ、噴射時期および点火時期の要求値が算出される。このため、タンブル比estrが大きく、大きなタンブル流（縦渦）が発生していても、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射分担率を上昇させてより多くの割合の燃料を筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射して、その噴射時期をできるだけ遅らせて（たとえば圧縮上死点直前まで）、点火プラグ１１９による点火時期をできるだけ遅らせて（たとえば圧縮上死点直後よりもさらに遅くまで）、タンブル流の影響を燃料噴霧が受けないようにして、できるだけ点火プラグ１１９近傍に、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成された噴霧が集まるようにできる。

図１２に示すように、従来においては、吸気ポートに堆積したデポジットに起因して発生するタンブル流により、筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料により形成された燃料噴霧を点火プラグ１１９近傍に集めることができないで、タンブル比が大きくなると燃焼変動が大きくなってトルク変動も大きくなっていた。本発明においては、タンブル比が大きくなっても、ＤＩ比率を高めたり、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期および点火プラグ１１９の点火時期を遅らせることにより、タンブル流による影響を少なくして、燃焼を安定化させて、トルク変動を抑制できる。

また、図１３に示すように、従来においては、吸気ポートに堆積したデポジットに起因して発生するタンブル流により、筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料により形成された燃料噴霧を点火プラグ１１９近傍に集めることができないで、燃焼しないで排出される未燃焼分のＨＣ（ＴＨＣ）も大きくなりエミッションが悪化していた。本発明においては、タンブル比が大きくなっても、ＤＩ比率を高めたり、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期および点火プラグ１１９の点火時期を遅らせることにより、タンブル流による影響を少なくして、未燃焼分のＨＣ（ＴＨＣ）を抑制して、エミッションの悪化を抑制できる。

以上のようにして、吸気通路にデポジットが堆積すると、燃焼室内に縦渦流が発生して、筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料による燃料噴霧を点火プラグ近傍に集めることができなくて弱成層燃焼や成層燃焼が困難になる。このような傾向を、エアフローメータにより検知された吸気流量とサージタンク内圧力の変化とからタンブル比を推定してタンブル比が上昇すると、ＤＩ比率ｒ、燃料噴射時期および点火時期を制御して、タンブル比の上昇の影響を抑制するようにした。その結果、少なくとも筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射手段を有するエンジンにおいて、吸気流が渦流成分を有するように変動した場合であっても安定的な燃焼、および排気エミッションの悪化の抑制を実現することができる。

なお、スロットルバルブ７０の開度とエアフローメータ４２により検知された流量とに基づいて、タンブル比estrを推定するようにしてもよい。また、図８〜図１０に示したようなマップを用いるのではなく、数式を用いて、推定されたタンブル比estrから筒内噴射用燃料噴射弁１１０の燃料分担比率（ＤＩ比率ｒ）、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射時期、点火プラグ１１９の点火時期を算出するようにしてもよい。

また、吸気通路にデポジットが堆積すると、燃焼室内に縦渦流が発生して、タンブル比が上昇することについて説明したが、タンブル比が下降した場合には、上述とは制御量を逆にすることで対応できることを確認的に記載しておく。

＜この制御装置が適用されるに適したエンジン（その１）＞
以下、本実施の形態に係る制御装置が適用されるに適したエンジン（その１）について説明する。

図１４および図１５を参照して、エンジン１０の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け比率（以下、ＤＩ比率（r）とも記載する。）を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図１４は、エンジン１０の温間用マップであって、図１５は、エンジン１０の冷間用マップである。

図１４および図１５に示すように、これらのマップは、エンジン１０の回転数を横軸にして、負荷率を縦軸にして、筒内噴射用インジェクタ１１０の分担比率がＤＩ比率ｒとして百分率で示されている。

図１４および図１５に示すように、エンジン１０の回転数と負荷率とに定まる運転領域ごとに、ＤＩ比率ｒが設定されている。「ＤＩ比率ｒ＝１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味し、「ＤＩ比率ｒ＝０％」とは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味する。「ＤＩ比率ｒ≠０％」、「ＤＩ比率ｒ≠１００％」および「０％＜ＤＩ比率ｒ＜１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０とで燃料噴射が分担して行なわれる領域であることを意味する。なお、概略的には、筒内噴射用インジェクタ１１０は、出力性能の上昇に寄与し、吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、混合気の均一性に寄与する。このような特性の異なる２種類のインジェクタを、エンジン１０の回転数と負荷率とで使い分けることにより、エンジン１０が通常運転状態（たとえば、アイドル時の触媒暖気時が、通常運転状態以外の非通常運転状態の一例であるといえる）である場合には、均質燃焼のみが行なわれるようにしている。

さらに、これらの図１４および図１５に示すように、温間時のマップと冷間時のマップとに分けて、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０のＤＩ分担率ｒを規定した。エンジン１０の温度が異なると、筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が異なるように設定されたマップを用いて、エンジン１０の温度を検知して、エンジン１０の温度が予め定められた温度しきい値以上であると図１４の温間時のマップを選択して、そうではないと図１５に示す冷間時のマップを選択する。それぞれ選択されたマップに基づいて、エンジン１０の回転数と負荷率とに基づいて、筒内噴射用インジェクタ１１０および／または吸気通路噴射用インジェクタ１２０を制御する。

図１４および図１５に設定されるエンジン１０の回転数と負荷率について説明する。図１４のＮＥ（１）は２５００〜２７００ｒｐｍに設定され、ＫＬ（１）は３０〜５０％、ＫＬ（２）は６０〜９０％に設定されている。また、図１５のＮＥ（３）は２９００〜３１００ｒｐｍに設定されている。すなわち、ＮＥ（１）＜ＮＥ（３）である。その他、図１４のＮＥ（２）や、図１５のＫＬ（３）、ＫＬ（４）も適宜設定されている。

図１４および図１５を比較すると、図１４に示す温間用マップのＮＥ（１）よりも図１５に示す冷間用マップのＮＥ（３）の方が高い。これは、エンジン１０の温度が低いほど、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が高いエンジン回転数の領域まで拡大されるということを示す。すなわち、エンジン１０が冷えている状態であるので、（たとえ、筒内噴射用インジェクタ１１０から燃料を噴射しなくても）筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが堆積しにくい。このため、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を使って燃料を噴射する領域を拡大するように設定され、均質性を向上させることができる。

図１４および図１５を比較すると、エンジン１０の回転数が、温間用マップにおいてはＮＥ（１）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＮＥ（３）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。また、負荷率が、温間用マップにおいてはＫＬ（２）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＫＬ（４）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されるということを示す。すなわち、高回転領域や高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料を噴射しても、エンジン１０の回転数や負荷が高く吸気量が多いので筒内噴射用インジェクタ１１０のみでも混合気を均質化しやすいためである。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。

図１４に示す温間マップでは、負荷率ＫＬ（１）以下では、筒内噴射用インジェクタ１１０のみが用いられる。これは、エンジン１０の温度が高いときであって、予め定められた低負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されるということを示す。これは、温間時においてはエンジン１０が暖まった状態であるので、筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが堆積しやすい。しかしながら、筒内噴射用インジェクタ１１０を使って燃料を噴射することにより噴口温度を低下させることができるので、デポジットの堆積を回避することも考えられ、また、筒内噴射用インジェクタの最小燃料噴射量を確保して、筒内噴射用インジェクタ１１０を閉塞させないことも考えられ、このために、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた領域としている。

図１４および図１５を比較すると、図１５の冷間用マップにのみ「ＤＩ比率ｒ＝０％」の領域が存在する。これは、エンジン１０の温度が低いときであって、予め定められた低負荷領域（ＫＬ（３）以下）では吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみが使用されるということを示す。これはエンジン１０が冷えていてエンジン１０の負荷が低く吸気量も低いため燃料が霧化しにくい。このような領域においては筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射では良好な燃焼が困難であるため、また、特に低負荷および低回転数の領域では筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた高出力を必要としないため、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いないで、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみを用いる。

また、通常運転時以外の場合、エンジン１０がアイドル時の触媒暖気時の場合（非通常運転状態であるとき）、成層燃焼を行なうように筒内噴射用インジェクタ１１０が制御される。このような触媒暖気運転中にのみ成層燃焼させることで、触媒暖気を促進させ、排気エミッションの向上を図る。

＜この制御装置が適用されるに適したエンジン（その２）＞
以下、本実施の形態に係る制御装置が適用されるに適したエンジン（その２）について説明する。なお、以下のエンジン（その２）の説明において、エンジン（その１）と同じ説明については、ここでは繰り返さない。

図１６および図１７を参照して、エンジン１０の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け比率を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図１６は、エンジン１０の温間用マップであって、図１７は、エンジン１０の冷間用マップである。

図１６および図１７を比較すると、以下の点で図１４および図１５と異なる。エンジン１０の回転数が、温間用マップにおいてはＮＥ（１）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＮＥ（３）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。また、負荷率が、温間用マップにおいては低回転数領域を除くＫＬ（２）以上の領域において、冷間用マップにおいては低回転数領域を除くＫＬ（４）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用される領域が多いことを示す。しかしながら、低回転数領域の高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成される混合気のミキシングが良好ではなく、燃焼室内の混合気が不均質で燃焼が不安定になる傾向を有する。このため、このような問題が発生しない高回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタの噴射比率を増大させるようにしている。また、このような問題が発生する高負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を減少させるようにしている。これらのＤＩ比率ｒの変化を図１６および図１７に十字の矢印で示す。このようにすると、燃焼が不安定であることに起因するエンジンの出力トルクの変動を抑制することができる。なお、これらのことは、予め定められた低回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を減少させることや、予め定められた低負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を増大させることと、略等価であることを確認的に記載する。また、このような領域（図１６および図１７で十字の矢印が記載された領域）以外の領域であって筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料を噴射している領域（高回転側、低負荷側）においては、筒内噴射用インジェクタ１１０のみでも混合気を均質化しやすい。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。

なお、図１４〜図１７を用いて説明したこのエンジン１０においては、均質燃焼は筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを吸気行程とすることにより、成層燃焼は筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程とすることにより実現できる。すなわち、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程とすることで、点火プラグ周りにリッチ混合気が偏在させることにより燃焼室全体としてはリーンな混合気に着火する成層燃焼を実現することができる。また、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを吸気行程としても点火プラグ周りにリッチ混合気を偏在させることができれば、吸気行程噴射であっても成層燃焼を実現できる。

また、ここでいう成層燃焼には、成層燃焼と以下に示す弱成層燃焼の双方を含むものである。弱成層燃焼とは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を吸気行程で燃料噴射して燃焼室全体にリーンで均質な混合気を生成して、さらに筒内噴射用インジェクタ１１０を圧縮行程で燃料噴射して点火プラグ周りにリッチな混合気を生成して、燃焼状態の向上を図るものである。このような弱成層燃焼は触媒暖気時に好ましい。これは、以下の理由による。すなわち、触媒暖気時には高温の燃焼ガスを触媒に到達させるために点火時期を大幅に遅角させ、かつ良好な燃焼状態（アイドル状態）を維持する必要がある。また、ある程度の燃料量を供給する必要がある。これを成層燃焼で行なおうとしても燃料量が少ないという問題があり、これを均質燃焼で行なおうとしても良好な燃焼を維持するために遅角量が成層燃焼に比べて小さいという問題がある。このような観点から、上述した弱成層燃焼を触媒暖気時に用いることが好ましいが、成層燃焼および弱成層燃焼のいずれであっても構わない。

また、図１４〜図１７を用いて説明したエンジンにおいては、筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射のタイミングは、以下のような理由により、圧縮行程で行なうことが好ましい。ただし、上述したエンジン１０は、基本的な大部分の領域には（触媒暖気時にのみに行なわれる、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を吸気行程噴射させ、筒内噴射用インジェクタ１１０を圧縮行程噴射させる弱成層燃焼領域以外を基本的な領域という）、筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射のタイミングは、吸気行程である。しかしながら、以下に示す理由があるので、燃焼安定化を目的として一時的に筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程噴射とするようにしてもよい。

筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期を圧縮行程中とすることで、筒内温度がより高い時期において、燃料噴射により混合気が冷却される。冷却効果が高まるので、対ノック性を改善することができる。さらに、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期を圧縮行程中とすると、燃料噴射から点火時期までの時間が短いことから噴霧による気流の強化を実現でき、燃焼速度を上昇させることができる。これらの対ノック性の向上と燃焼速度の上昇とから、燃焼変動を回避して、燃焼安定性を向上させることができる。

さらに、温間時および冷間時のいずれの場合であっても、図１４または図１６に示すマップを用いて、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみで燃料を噴射する領域（ＤＩ比率ｒ＝０％）の領域がないものであってもよい。すなわち、筒内噴射用インジェクタ１１０が噴射していない領域が存在しないことを示す。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る制御装置で制御されるエンジンシステムの概略構成図である。図１の部分拡大図である。ピストン頂面のキャビティの側面視である。タンブル比を説明するための図（その１）である。タンブル比を説明するための図（その２）である。吸気流量とサージタンク内の圧力との関係を示す図である。デポジットの有無により生じる圧力変化と、推定されるタンブル比との関係を示す図である。推定されたタンブル比と要求直噴比率との関係を示す図である。推定されたタンブル比と要求噴射時期との関係を示す図である。推定されたタンブル比と要求点火時期との関係を示す図である。本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を表わすフローチャートを示す図である。推定されたタンブル比とトルク変動との関係を示す図である。推定されたタンブル比と未燃ＨＣとの関係を示す図である。本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの温間時のＤＩ比率マップを表わす図（その１）である。本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの冷間時のＤＩ比率マップを表わす図（その１）である。本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの温間時のＤＩ比率マップを表わす図（その２）である。本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの冷間時のＤＩ比率マップを表わす図（その２）である。

符号の説明

１０エンジン、２０インテークマニホールド、３０サージタンク、３１圧力センサ、４０吸気ダクト、４２エアフローメータ、５０エアクリーナ、６０電動モータ、７０スロットルバルブ、８０エキゾーストマニホールド、９０三元触媒コンバータ、１００アクセルペダル、１１０筒内噴射用インジェクタ、１１２気筒、１２０吸気通路噴射用インジェクタ、１３０燃料分配管、１４０逆止弁、１５０高圧燃料ポンプ、１５２電磁スピル弁、１６０燃料分配管（低圧側）、１７０燃料圧レギュレータ、１８０低圧燃料ポンプ、１９０燃料フィルタ、２００燃料タンク、３００エンジンＥＣＵ、３１０双方向性バス、３２０ＲＯＭ、３３０ＲＡＭ、３４０ＣＰＵ、３５０入力ポート、３６０出力ポート、３７０，３９０，４１０，４３０，４３１，４５０Ａ／Ｄ変換器、３８０水温センサ、４００燃料圧センサ、４２０空燃比センサ、４４０アクセル開度センサ、４６０回転数センサ。

Claims

筒内に燃料を噴射するための燃料噴射手段を備えた内燃機関の制御装置であって、
吸気流の形態が予め定められた形態から変動したことを検知するための検知手段と、
前記検知手段により検知された変動に応じて、噴射時期を変更するようにして、前記燃料噴射手段を制御するための制御手段とを含む、内燃機関の制御装置。
前記制御装置は、前記噴射時期の変更に伴い、点火時期を変更するように点火装置を制御するための手段をさらに含む、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段とを備えた内燃機関の制御装置であって、
吸気流の形態が予め定められた形態から変動したことを検知するための検知手段と、
前記内燃機関に要求される条件に基づいて算出された比率で、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記検知手段により検知された変動に応じて、前記比率を変更するようにして、燃料噴射手段を制御するための手段を含む、内燃機関の制御装置。
前記制御装置は、前記比率の変更に伴い、前記第１の燃料噴射手段における噴射時期および点火装置における点火時期の少なくともいずれかを変更するための手段をさらに含む、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態が、成層燃焼および弱成層燃焼の少なくともいずれかの燃焼状態であるときに、前記燃料噴射手段を制御する、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
前記検知手段は、吸気通路に堆積したデポジットに起因して発生した変動を検知するための手段を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
前記検知手段は、サージタンク内の圧力に基づいて、前記変動を検知するための手段を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。