JP2008025502A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の運転状態を適正に保ちつつ噴き分け比率を適切に変化させることが可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】成層燃焼を生じさせるための第１の燃料噴射と均質燃焼を生じさせるための第２の燃料噴射とをそれぞれ実行可能な燃料噴射手段と、一回の燃焼行程に対応する第１の燃料噴射の噴射量と第２の燃料噴射の噴射量との間の噴き分け比率を、始動後の所定の機関状態を基準として設定される目標噴き分け比率Ａｔｇｔに制御可能な噴き分け比率制御手段とを備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、始動時の機関状態に基づいて初期噴き分け比率Ａｉを設定し、その初期噴き分け比率Ａｉから目標噴き分け比率Ａｔｇｔへと噴き分け比率を切り替える際に、始動後の機関状態を参照して噴き分け比率の変化を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料の噴射形態の切り替えによって燃焼状態を成層燃焼と均質燃焼との間で制御する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

筒内噴射用のインジェクタと、吸気ポート噴射用のインジェクタとを内燃機関の運転状態に応じて使い分けながら燃焼室に燃料を供給する内燃機関の燃料噴射制御装置において、いずれか一方のインジェクタにて燃料を噴射する運転状態領域から他方のインジェクタにて燃料を噴射する運転状態領域へと切り替える際に、予め定められた時間範囲内で一方のインジェクタからの燃料噴射量比率を漸次減少させるとともに、他方のインジェクタからの燃料噴射量比率を漸次増加させる移行期間を設けることにより、切り替え時のトルク変動の抑制を図った内燃機関の燃料噴射制御装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本願発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２００５−２２０８８７ 特開２０００−８９１６

筒内噴射用のインジェクタと吸気ポート噴射用のインジェクタとの２種類のインジェクタを備えた燃料噴射制御装置の一種として、一回の燃焼行程に対して吸気ポート噴射用のインジェクタからの燃料噴射と筒内噴射用のインジェクタからの燃料噴射とを併用して最適な燃焼状態を実現する装置が実用化されている。この種の燃料噴射制御装置では、燃料噴射量の噴き分け比率、すなわち各インジェクタからの燃料噴射量の比率に応じて燃焼状態が変化し、その変化に伴って内燃機関からの有害物質の排出量も変化する。このため、両インジェクタからの燃料噴射を併用する運転状態（一例として、始動後のファーストアイドル状態）に適した噴き分け比率を予め適合試験等で把握し、その値を目標噴き分け比率として設定し、その目標噴き分け比率が実現されるように各インジェクタの燃料噴射動作を制御している。

ところで、始動時の機関状態が目標噴き分け比率を決定した際の基準となる機関状態と相違する場合には、目標噴き分け比率に従った燃料噴射制御では必ずしも最適な燃焼状態が得られないことがある。例えば、燃焼制御に関する制約の一つであるリーン限界の影響で目標噴き分け比率への制御が適当でない場合がある。リーン限界は、空燃比がそれよりもリーン側（つまり燃料量に対して空気量が過剰な側）に変化すると燃焼が成立しなくなる空燃比の限界値である。リーン限界は機関温度が低下するほどリッチ側にずれる。このため、目標噴き分け比率を設定したときの基準となる機関温度よりも始動時の機関温度が低いときに噴き分け比率を目標噴き分け比率に制御すれば、空燃比がリーン限界を超え、燃焼が成立しない可能性が生じる。この場合には、噴き分け比率を筒内噴射用のインジェクタからの燃料噴射量がより多くなる側へと変化させることにより、混合気の成層化を高めて点火プラグ回りにリーン限界内の空燃比が確保されるように噴き分け比率を制御することが効果的である。

しかしながら、噴き分け比率を目標噴き分け比率から変化させる操作は一時的に必要とされるに過ぎない。始動後の機関状態が目標噴き分け比率に対応する所定の機関状態へと変化すれば、噴き分け比率も目標噴き分け比率へと戻した方がよい。この場合において、上述した特許文献１のように一定の移行期間で噴き分け比率を変化させるだけでは、その移行期間における機関状態の変化と噴き分け比率の変化とが必ずしも対応せず、運転条件によっては失火、あるいは排気エミッションの悪化といった不都合が生じるおそれがある。

そこで、本発明は、内燃機関の始動後において、運転状態を適正に保ちつつ噴き分け比率を適切に変化させることが可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置は、成層燃焼を生じさせるための第１の燃料噴射と均質燃焼を生じさせるための第２の燃料噴射とをそれぞれ実行可能な燃料噴射手段と、一回の燃焼行程に対応する前記第１の燃料噴射の噴射量と前記第２の燃料噴射の噴射量との間の噴き分け比率を制御する噴き分け比率制御手段とを備え、前記噴き分け比率制御手段は、前記内燃機関が所定の機関状態にあるときに前記噴き分け比率を前記所定の機関状態を基準として設定される目標噴き分け比率に制御する内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記噴き分け比率制御手段は、始動時の機関状態に基づいて初期噴き分け比率を設定する初期噴き分け比率設定手段と、前記初期噴き分け比率から前記目標噴き分け比率へと前記噴き分け比率を切り替える際に、始動後の機関状態を参照して前記噴き分け比率の変化を制御する切り替え制御手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の燃料噴射制御装置によれば、始動時の機関状態が、目標噴き分け比率を設定した基準となる所定の機関状態と相違することに起因して、噴き分け比率を目標噴き分け比率に制御することに支障がある場合、その始動時の機関状態に応じて初期噴き分け比率設定手段が目標噴き分け比率とは異なる噴き分け比率を初期噴き分け比率として設定し、その初期噴き分け比率に従って噴き分け比率制御手段が噴き分け比率を制御する。始動後は、切り替え手段が始動後の機関状態の変化を参照して噴き分け比率の変化を制御し、機関状態が所定の機関状態まで変化すると噴き分け比率が目標噴き分け比率へと制御される。初期噴き分け比率から目標噴き分け比率へ切り替える際に、始動後の機関状態を参照して噴き分け比率の変化を制御するため、その噴き分け比率の変化を機関状態の変化と適切に対応させることができる。これにより、内燃機関の運転状態を適正に保ちつつ噴き分け比率を適切に変化させることができる。

本発明の燃料噴射制御装置において、燃料噴射手段は成層燃焼を生じさせる第１の燃料噴射と、均質燃焼を生じさせる第２の燃料噴射とをそれぞれ実行可能であればよい。例えば、前記燃料噴射手段として、筒内に燃料を噴射する第１のインジェクタと吸気ポートに燃料を噴射する第２のインジェクタとが設けられ、前記第１の燃料噴射が圧縮行程における前記第１のインジェクタからの燃料噴射であり、前記第２の燃料噴射が前記第２のインジェクタからの燃料噴射であってもよい（請求項２）。あるいは、前記燃料噴射手段として、筒内に燃料を噴射するインジェクタが設けられ、前記第１の燃料噴射が圧縮行程における前記インジェクタからの燃料噴射であり、前記第２の燃料噴射が吸気行程における前記インジェクタからの燃料噴射であってもよい（請求項３）。

本発明の燃料噴射制御装置の一形態において、前記切り替え制御手段は、前記機関状態として、機関温度に相関する物理量を参照して前記噴き分け比率の変化を制御してもよい（請求項４）。本形態によれば、始動時の機関温度が目標噴き分け比率を設定した基準となる機関温度よりも低下している場合に、その始動時の機関温度に応じて初期噴き分け比率を目標噴き分け比率から変化させ、かつ、機関温度の上昇に合わせて噴き分け比率を初期噴き分け比率から目標噴き分け比率へと制御することができる。

さらに、前記切り替え制御手段は、前記機関温度に相関する物理量として、前記内燃機関の冷却水温及び前記内燃機関の始動時からの吸入空気量の積算値の少なくともいずれか一方を参照してもよい（請求項５）。冷却水温又は吸入空気量の積算値を利用すれば、内燃機関の機関温度を比較的容易に把握して噴き分け比率の制御に反映させることができる。

機関温度を参照して噴き分け比率を制御する形態においては、さらに、前記目標噴き分け比率が、前記機関温度が所定温度域まで上昇した状態で前記内燃機関からのＨＣ排出量が最小になるときの噴き分け比率に設定され、前記初期噴き分け比率設定手段は、前記機関温度が前記所定温度域よりも低いとき、前記初期噴き分け比率を前記目標噴き分け比率に対して前記第１の燃料噴射の燃料量の比率が大きくなる側にずれるように設定してもよい（請求項６）。第１の燃料噴射の燃料量の比率が大きくなる側に初期噴き分け比率をずらした場合、つまりは、成層燃焼を生じさせるための燃料噴射量の比率を増加させた場合、目標噴き分け比率による制御時よりもＨＣ排出量は増加するものの、その増加の程度は第２の燃料噴射の燃料量の比率を高める場合のそれと比較して小さく抑えることができる。

さらに、前記初期分け比率設定手段は、前記内燃機関の始動時の機関温度が前記所定温度域よりも低下して前記目標噴き分け比率への制御ではリーン限界の空燃比を確保できない場合、前記初期噴き分け比率を前記第１の燃料噴射の燃料量の比率が大きくなる側に前記リーン限界が確保できる範囲までずらして設定してもよい（請求項７）。この形態によれば、始動時の機関温度が目標噴き分け比率に対応した機関温度よりも低下している場合でもリーン限界を確保して始動時における内燃機関の運転の安定性を確保することができる。

上記の形態において、前記切り替え制御手段は、前記リーン限界の空燃比が保てる範囲内で、かつＨＣ排出量を最小限に抑えることが可能な噴き分け比率が選択されるように、前記内燃機関の始動後の機関温度の上昇に伴って前記噴き分け比率の変化を制御してもよい（請求項８）。この形態によれば、リーン限界内の空燃比を保ちつつＨＣ排出量を最小限に抑えるように噴き分け比率を目標噴き分け比率へと機関温度の上昇に合わせて適切に制御することができる。

以上に説明したように、本発明の燃料噴射制御装置によれば、成層燃焼を生じさせる第１の燃料噴射と均質燃焼を生じさせる第２の燃料噴射との間の噴き分け比率を初期噴き分け比率から目標噴き分け比率へ切り替える際に、始動後の機関状態を参照して噴き分け比率の変化を制御するようにしたので、その噴き分け比率の変化を機関状態の変化と適切に対応させることができる。これにより、内燃機関の運転状態を適正に保ちつつ噴き分け比率を適切に変化させることができる。

図１は本発明の一形態に係る燃料噴射制御装置が適用された内燃機関の要部を示している。内燃機関（以下、エンジンと略称する。）１は複数の気筒２が適宜のレイアウトで並べられた火花点火式内燃機関として構成されている。図１では一つの気筒２のみを示している。各気筒２には吸気通路３及び排気通路４がそれぞれ設けられている。各気筒２には図示しないクランク軸にコンロッド６を介して連結されたピストン５が往復運動可能な状態で挿入されている。各気筒２には、図示しない点火プラグがその電極部を突出させるようにして気筒２の略中心線上に設けられている。吸気通路３は気筒２毎に設けられた吸気ポート３ａを含み、排気通路４は気筒２毎に設けられた排気ポート４ａを含んでいる。吸気ポート３ａ及び排気ポート４ａは燃焼室７に通じている。吸気ポート３ａと燃焼室７との間は吸気弁８にて開閉され、排気ポート４ａと燃焼室７との間は排気弁９にて開閉される。吸気弁８及び排気弁９の開閉駆動は公知の動弁機構又は可変動弁機構によって実行される。排気通路４には周知のように図示しない排気浄化触媒が設けられている。

各気筒２に対して燃料を供給するため、内燃機関１には第１のインジェクタ１１及び第２のインジェクタ１２が設けられている。第１のインジェクタ１１は気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁であり、第２のインジェクタ１２は吸気ポート３ａ（吸気通路３）内に燃料を噴射する燃料噴射弁である。

インジェクタ１１、１２の燃料噴射動作はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０にて制御される。ＥＣＵ２０はマイクロプロセッサと、そのマイクロプロセッサの動作に必要な記憶装置等の周辺装置とを備えたコンピュータユニットとして構成されている。ＥＣＵ２０に接続されるセンサとしては、図１に示すように機関回転速度（回転数）Ｎｅに対応する信号を出力するクランク角センサ２１、吸入空気量Ｇａに対応する信号を出力するエアフローメータ２２、内燃機関１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２３等がある。その他の各種センサの図示は省略した。

ＥＣＵ２０は、クランク角センサ２１の出力信号から特定される機関回転速度Ｎｅとエアフローメータ２２の出力信号から特定される吸入空気量Ｇａとに基づいて燃料の基本噴射量を演算し、その基本噴射量を各種の情報に応じて補正して最終的な燃料噴射量を演算し、その燃料噴射量に基づいてインジェクタ１１、１２のそれぞれの燃料噴射時間を制御することにより、エンジン１の運転状態を目標とする運転状態へと制御する。

また、ＥＣＵ２０は第１のインジェクタ１１による燃料噴射と第２のインジェクタ１２による燃料噴射とを適宜に組み合わせ、あるいは使い分けることにより、エンジン１の運転状態に合わせてその燃焼状態を成層燃焼と均質燃焼との間で適宜に制御する。例えば、冷間始動直後には第２のインジェクタ１２から燃料を噴射させるとともに、圧縮行程の後半にて第１のインジェクタ１１から燃料を噴射させることにより混合気を成層化して弱成層燃焼を実現する。また、小〜中負荷領域では第２のインジェクタ１２からの燃料噴射と、吸気行程の前半における第１のインジェクタ１１からの燃料噴射とを併用し、あるいは使い分けることにより混合気を燃焼室７内に均質に分散させて均質燃焼を実現する。

第１のインジェクタ１１からの圧縮行程後半の燃料噴射と第２のインジェクタ１２からの燃料噴射とを併用する運転領域において、ＥＣＵ２０は、それぞれのインジェクタ１１、１２の燃料の噴き分け比率を所定の制御則に従って制御する。なお、噴き分け比率は、一回の燃焼行程に対して第１のインジェクタ１１から圧縮行程で噴射される燃料の重量をＷｄ、第２のインジェクタ１２から噴射される燃料の重量をＷｐとしたときに、第２のインジェクタ１２からの燃料量Ｗｐを合計燃料量（Ｗｄ＋Ｗｐ）で除した値（Ｗｐ／（Ｗｄ＋Ｗｐ））の百分率である。以下では第１のインジェクタ１１から圧縮行程で噴射される燃料量Ｗｄを筒内噴射量、第２のインジェクタ１２から噴射される燃料量Ｗｐをポート噴射量と呼ぶことがある。

上述した噴き分け比率の制御の一態様として、エンジン１を始動する際の噴き分け比率の制御を以下に説明する。図２はエンジン１の始動直後における噴き分け比率と、エンジン１の排気ガス中に含まれるＨＣの量、及び空燃比との関係を示している。横軸が噴き分け比率、縦軸がＨＣ排出量及び空燃比である。図２から明らかなように、ＨＣの排出量は噴き分け比率と相関性を有しており、筒内噴射量の比率が高すぎても、ポート噴射量の比率が高すぎてもＨＣ排出量は増加する。そこで、始動時にはＨＣ排出量が最小となる噴き分け比率を目標噴き分け比率Ａｔｇｔとして設定することが望ましい。また、始動直後の運転状態では、排気浄化触媒にて最大の排気浄化率が発揮される空燃比である１５．０付近に対して、インジェクタ１１、１２等の部品の誤差を見込んだ空燃比（１０％の誤差を見込むときは１６．５程度の空燃比）が必要リーン限界として存在する。その必要リーン限界の空燃比が実現されるようにインジェクタ１１、１２からの燃料噴射量が設定される。

ところが、上述したように、エンジン１の燃焼制御においてはリーン限界が存在し、そのリーン限界はエンジン１の温度（機関温度）が低下するほどリッチ側へとずれる。図２では機関温度を３段階の水温Ｔｗａ、Ｔｗｂ、Ｔｗｃ（但し、Ｔｗａ＞Ｔｗｂ＞Ｔｗｃ）でそれぞれ代表した場合のリーン限界を曲線で示している。噴き分け比率を目標噴き分け比率Ａｔｇｔに設定した場合、始動時の水温に対応するリーン限界の空燃比が必要リーン限界に相当する空燃比に対応した実線よりもリーン側にあれば、噴き分け比率を目標噴き分け比率Ａｔｇｔに設定しても燃焼が成立する。例えば、水温Ｔｗａのときのリーン限界は必要リーン限界よりもリーン側の点Ｐａにあり、水温Ｔｗｂのときのリーン限界は必要リーン限界上の点Ｐｂにあるから、噴き分け比率を目標噴き分け比率Ａｔｇｔに設定し、かつ空燃比を必要リーン限界に制御して始動直後におけるエンジン１の運転の安定性を確保することができる。つまり、冷却水温がＴｗｂ以上の温度域であれば、噴き分け比率を目標噴き分け比率Ａｔｇｔに設定してエンジン１を安定的に運転することができる。

しかしながら、始動時の水温がＴｗｂよりも低下した場合には、目標噴き分け比率Ａｔｇｔを示す破線上で、必要リーン限界を示す点Ｐｂよりもリーン限界を示す曲線がリッチ側に低下する。従って、噴き分け比率を目標噴き分け比率Ａｔｇｔに設定しつつ空燃比を必要リーン限界で制御すれば燃焼が成立せず、失火等が生じるおそれがある。そこで、例えば始動時水温がＴｗｃの場合には、図中に矢印Ｙａで示したように、噴き分け比率を筒内噴射量の比率がより多くなる側へ変化させてリーン限界内の空燃比が保てる初期噴き分け比率Ａｉに設定し、その初期噴き分け比率Ａiと必要リーン限界との交点Ｐｃにて燃料を噴射する。筒内噴射量の比率を増加させることにより、圧縮行程にて噴射される燃料量を増加させて混合気の成層化を高め、それにより点火プラグの周囲に必要リーン限界以内の混合気を確保することができる。この場合、ＨＣ排出量は目標噴き分け比率による制御時よりも増加するが、その増加の程度は、ポート噴射量の比率を増加させる場合のそれと比較して小さい。

一方、図３はエンジン１の始動後のファーストアイドル運転中における噴き分け比率と、エンジン１の排気ガス中に含まれるＨＣの量、及び空燃比との関係を示している。横軸が噴き分け比率、縦軸がＨＣ排出量、及び空燃比である。ファーストアイドルとは、エンジン１の始動に成功した後の最初のアイドル運転状態である。図３から明らかなように、ファーストアイドル中でもＨＣ排出量は目標噴き分け比率Ａｔｇｔにて最も減少する。リーン限界は、始動後の水温がＴｗｃ、Ｔｗｄ、Ｔｗｅ（但しＴｗｃ＜Ｔｗｄ＜Ｔｗｅ）と上昇するに従って徐々にリーン側へと変化する。この場合、水温の上昇に応じて噴き分け比率を初期噴き分け比率Ａｉから目標噴き分け比率Ａｔｇｔへと変化させても、空燃比をリーン限界内に保ってエンジン１の運転の安定性を確保しつつＨＣ排出量の低減を図ることができる。本形態の燃料噴射制御装置においては、この初期噴き分け比率Ａｉから目標噴き分け比率Ａｔｇｔへの噴き分け比率の変化を本発明に従って制御する。

図４はＥＣＵ２０が噴き分け比率を制御するために実行する噴き分け比率制御ルーチンを示している。図４のルーチンは、エンジン１の始動初期段階において所定の周期で繰り返し実行される。最初のステップＳ１において、ＥＣＵ２０は初期噴き分け比率Ａｉが既に決定されているか否か判別する。決定されていない場合、ＥＣＵ２０はステップＳ２へ進み、水温センサ２３の出力信号に基づいて始動時水温を検出する。続いて、ＥＣＵ２０はステップＳ３に進み、始動時水温に基づいて初期噴き分け比率Ａｉを決定する。例えば、図５に示すように始動時水温と噴き分け比率との関係を記述したマップを予めＥＣＵ２０のＲＯＭに用意し、そのマップに従って、検出された始動時水温Ｔｗｓに対応する初期噴き分け比率Ａｉを取得する。このマップでは、始動時水温が所定温度Ｔｗｔｈ（図２において水温Ｔｗｂに相当。）よりも低下する場合、初期噴き分け比率Ａｉが目標噴き分け比率Ａｔｇｔよりも筒内噴射量の比率を増加させる方向に変化する。始動時水温が所定温度Ｔｗｔｈ以上であれば噴き分け比率を目標噴き分け比率Ａｔｇｔに設定してもリーン限界内の空燃比を確保できるので、初期噴き分け比率Ａｉが目標噴き分け比率Ａｔｇｔに設定される。初期噴き分け比率Ａｉを決定した場合には、その決定済を示すフラグをセットし、次回以降のルーチンのステップＳ１ではそのフラグを参照して初期噴き分け比率Ａｉが決定済であることを判別すればよい。ステップＳ３で初期噴き分け比率Ａｉを設定した後は今回のルーチンを終了する。

初期噴き分け比率Ａｉが決定された後に実行されるルーチンではステップＳ１の条件が肯定される。この場合、ＥＣＵ２０はステップＳ４へ進んで機関温度に相関する物理量を検出する。その物理量としては、一例として、現在の水温、又は始動時を基点とする積算空気量を検出することができる。積算空気量はエアフローメータ２２が検出する吸入空気量を積算することにより求めることができる。続くステップＳ５において、ＥＣＵ２０はステップＳ４の物理量の検出結果に応じた噴き分け比率を決定する。その決定は物理量と噴き分け比率とを対応付けたマップに基づいて行うことができる。

例えば、機関温度に相関する物理量として現在の水温を検出する場合には、図６に示すように、現在水温と噴き分け比率との関係を、始動時水温Ｔｗｓの高低に応じて場合分けしつつ記述したマップを予めＥＣＵ２０のＲＯＭに用意し、ステップＳ２で検出した始動時水温ＴｗｓとステップＳ４で検出した現在水温Ｔｗｘとから、現在水温Ｔｗｘに対応する噴き分け比率Ａｘを取得する。機関温度に相関する物理量として積算空気量を検出する場合には、図７に示すように、積算空気量と噴き分け比率との関係を、始動時水温Ｔｗｓの高低に応じて場合分けしつつ記述したマップを予めＥＣＵ２０のＲＯＭに用意し、ステップＳ２で検出した始動時水温ＴｗｓとステップＳ４で検出した積算空気量ＴＧａｘとから、積算空気量ＴＧａｘに対応する噴き分け比率Ａｘを取得する。図６又は図７のいずれの場合においても、水温又は積算空気量と噴き分け比率との対応関係は、エンジン１の燃焼が成立する範囲内、つまりリーン限界内の空燃比が保てる範囲内で、かつＨＣ排出量を最小限に抑えることが可能な噴き分け比率が選択されるように設定される。

ステップＳ５にて噴き分け比率を決定した後、ＥＣＵ２０は今回のルーチンを終了する。図４のルーチンにて噴き分け比率が決定されると、ＥＣＵ２０はその決定された噴き分け比率に従って一回の燃焼行程に対応する第１のインジェクタ１１及び第２のインジェクタ１２からの燃料噴射量の比率を制御する。なお、第１のインジェクタ１１からの燃料噴射は圧縮行程にて行われる。

以上の処理によれば、エンジン１の機関温度が目標噴き分け比率Ａｔｇｔにてリーン限界の空燃比を保つことが可能な温度域（図５の温度Ｔｗｔｈ以上の領域）よりも低下している場合、ステップＳ１で目標噴き分け比率Ａｔｇｔよりも筒内噴射量の比率が多くなるように初期噴き分け比率Ａｉが決定される。これにより、冷間始動時に点火プラグの周囲にリーン限界内の空燃比の混合気を確保してエンジン１の始動の確実性を向上させることができる。そして、初期噴き分け比率Ａｉが目標噴き分け比率Ａｔｇｔからずれている場合、エンジン１の機関温度に相関する物理量の変化に合わせるようにして噴き分け比率が目標噴き分け比率Ａｔｇｔへ向かって徐々に変更される。このため、点火プラグの周囲においてリーン限界の空燃比を確保しつつＨＣ排出量を最小限に抑えるように噴き分け比率を目標噴き分け比率Ａｔｇｔへと適切に制御することができる。

本形態においては、第１のインジェクタ１１及び第２のインジェクタ１２の組み合わせが燃料噴射手段に相当し、ＥＣＵ２０が噴き分け比率制御手段に相当する。そして、ＥＣＵ２０は、図４のステップＳ２及びＳ３を実行することにより初期噴き分け比率設定手段として機能し、ステップＳ４及びＳ５を実施することにより切り替え制御手段として機能する。

本発明は上記の形態に限らず、種々の形態にて実施することができる。例えば、図８に示すように、成層燃焼を実現する第１の燃料噴射と、均質燃焼を実現する第２の燃料噴射とをそれぞれ実行可能な燃料噴射手段として、筒内噴射用のインジェクタ１１のみが設けられ、吸気ポート噴射用のインジェクタを有しないエンジン３１に対しても本発明は適用可能である。すなわち、図８のエンジン３１では、インジェクタ１１からの燃料噴射を膨張行程〜吸気行程で実施することにより均質燃焼を実現し、インジェクタ１１からの燃料噴射を圧縮行程で実施することにより成層燃焼を実現することができる。従って、上述した図１のエンジン１における噴き分け比率に代えて、圧縮行程におけるインジェクタ１１の燃料噴射量をＷｄｃ、膨張行程〜吸気行程におけるインジェクタ１１の燃料噴射量をＷｄｉとしたときの、燃料量Ｗｄｉを合計燃料量（Ｗｄｃ＋Ｗｄｉ）で除した値（Ｗｄｉ／（Ｗｄｃ＋Ｗｄｉ））の百分率を噴き分け比率として扱うことができる。そして、その噴き分け比率を図４に示した手順に従ってＥＣＵ２０により制御することにより、リーン限界内の空燃比を保ちつつＨＣ排出量を最小限に抑えるように噴き分け比率を目標噴き分け比率Ａｔｇｔへと適切に制御することができる。なお、図５〜図７に示したマップの対応関係はエンジン３１の燃焼特性に応じた内容に変更すればよい。

以上の形態では、始動時の機関温度に対応して設定した初期噴き分け比率をファーストアイドル運転状態における目標噴き分け比率へ向かって変化させる場合を例に挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限らない。内燃機関の始動の所定の機関状態を基準として設定される目標噴き分け比率に対して、始動時の機関状態に応じて設定される初期噴き分け率が相違し、始動後にその噴き分け比率を目標噴き分け比率へと変化させる場合に本発明は好適に適用することができる。初期噴き分け比率を目標噴き分け比率とは異なる値に設定する理由もリーン限界の制約によるものに限らず、機関状態の相違に起因して初期噴き分け比率を目標噴き分け比率に対して異なる値に設定する必要がある場合には本発明が適用可能である。

さらに、上記の形態では機関状態として機関温度を参照したが、機関温度に限らず、各種の機関状態に応じて噴き分け比率を変化させる場合に本発明は適用可能である。さらに、機関温度を参照して噴き分け比率の変化を制御する場合において、機関温度に相関する物理量としては冷却水温又は積算空気量に限らず、機関温度に相関性を有する各種の物理量を参照してよい。例えば、燃焼状態は気筒の壁面温度（シリンダ壁面温度）あるいはピストンの頂面温度に最も強い影響を受けるため、これらをセンサ類で検出し、又は他の物理量から推定した値を参照して噴き分け比率を制御してもよい。内燃機関の平均筒内有効圧力を始動時から積算し、その積算値を参照して噴き分け比率を制御してもよい。その他にも排気ガスの温度、排気浄化触媒の温度、流量、燃料噴射量の積算値といった各種の物理量から機関温度、あるいは機関状態を検出又は推定し、その検出値又は推定値を参照して噴き分け比率を制御してもよい。複数種類の物理量を参照して噴き分け比率を制御してもよい。

本発明の一形態に係る燃料噴射制御装置が適用される内燃機関の要部を示す図。 内燃機関の始動直後における噴き分け比率と、排気ガス中に含まれるＨＣの量及び空燃比との関係を示す図。 内燃機関がファーストアイドル運転状態にあるときの噴き分け比率と、排気ガス中に含まれるＨＣの量及び空燃比との関係を示す図。 図１のＥＣＵが実行する噴き分け比率制御ルーチンを示す図。 始動時水温と初期噴き分け比率との対応関係の一例を示す図。 現在水温と噴き分け比率との対応関係の一例を示す図。 積算空気量と噴き分け比率との対応関係の一例を示す図。 本発明の他の形態に係る燃料噴射制御装置が適用される内燃機関の要部を示す図。

符号の説明

１、３１ 内燃機関
２ 気筒
３ａ 吸気ポート
７ 燃焼室
１１ 第１のインジェクタ
１２ 第２のインジェクタ
２０ エンジンコントロールユニット（噴き分け比率制御手段、初期噴き分け比率設定手段、切り替え制御手段）

Claims (8)

1. 成層燃焼を生じさせるための第１の燃料噴射と均質燃焼を生じさせるための第２の燃料噴射とをそれぞれ実行可能な燃料噴射手段と、一回の燃焼行程に対応する前記第１の燃料噴射の噴射量と前記第２の燃料噴射の噴射量との間の噴き分け比率を制御する噴き分け比率制御手段とを備え、前記噴き分け比率制御手段は、前記内燃機関が所定の機関状態にあるときに前記噴き分け比率を前記所定の機関状態を基準として設定される目標噴き分け比率に制御する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記噴き分け比率制御手段は、始動時の機関状態に基づいて初期噴き分け比率を設定する初期噴き分け比率設定手段と、前記初期噴き分け比率から前記目標噴き分け比率へと前記噴き分け比率を切り替える際に、始動後の機関状態を参照して前記噴き分け比率の変化を制御する切り替え制御手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記燃料噴射手段として、筒内に燃料を噴射する第１のインジェクタと吸気ポートに燃料を噴射する第２のインジェクタとが設けられ、前記第１の燃料噴射が圧縮行程における前記第１のインジェクタからの燃料噴射であり、前記第２の燃料噴射が前記第２のインジェクタからの燃料噴射であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記燃料噴射手段として、筒内に燃料を噴射するインジェクタが設けられ、前記第１の燃料噴射が圧縮行程における前記インジェクタからの燃料噴射であり、前記第２の燃料噴射が吸気行程における前記インジェクタからの燃料噴射であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記切り替え制御手段は、前記機関状態として、機関温度に相関する物理量を参照して前記噴き分け比率の変化を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記切り替え制御手段は、前記機関温度に相関する物理量として、前記内燃機関の冷却水温及び前記内燃機関の始動時からの吸入空気量の積算値の少なくともいずれか一方を参照することを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射制御装置。
6. 前記目標噴き分け比率が、前記機関温度が所定温度域まで上昇した状態で前記内燃機関からのＨＣ排出量が最小になるときの噴き分け比率に設定され、前記初期噴き分け比率設定手段は、前記機関温度が前記所定温度域よりも低いとき、前記初期噴き分け比率を前記目標噴き分け比率に対して前記第１の燃料噴射の燃料量の比率が大きくなる側にずれるように設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
7. 前記初期分け比率設定手段は、前記内燃機関の始動時の機関温度が前記所定温度域よりも低下して前記目標噴き分け比率への制御ではリーン限界の空燃比を確保できない場合、前記初期噴き分け比率を前記第１の燃料噴射の燃料量の比率が大きくなる側に前記リーン限界が確保できる範囲までずらして設定することを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射制御装置。
8. 前記切り替え制御手段は、前記リーン限界の空燃比が保てる範囲内で、かつＨＣ排出量を最小限に抑えることが可能な噴き分け比率が選択されるように、前記内燃機関の始動後の機関温度の上昇に伴って前記噴き分け比率の変化を制御することを特徴とする請求項７に記載の燃料噴射制御装置。

Images