JP2008121441A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主噴射による筒内混合気の空燃比がリーン側にずれてしまうことを抑制しつつ、追加噴射により未燃の燃料を触媒等に十分に供給可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１０は、複数の気筒＃１〜＃４を有し、気筒＃１〜＃４ごとに燃料噴射装置５０を備え、各燃料噴射装置５０が共通の燃料レール５２から燃料の供給を受ける。内燃機関１０の制御装置７０は、吸気圧縮行程における燃料噴射である主噴射に加えて、排気膨張行程における燃料噴射である追加噴射を行う場合に、異なる気筒＃１〜＃４の間で主噴射期間と追加噴射期間が重ならないよう主噴射のタイミングを変更する。燃料レール５２の蓄圧室５６の燃圧が急激に低下することが抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御に関し、詳細には、内燃機関の燃料噴射制御に関する。

内燃機関には、通常、気筒内からの排気ガスを導く排気管と、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化触媒が設けられている。内燃機関を高回転速度・高負荷の状態で作動させると、燃焼室からは高温の排気ガスが高い流量で排出されて、排気管や排気浄化触媒（以下、触媒等と記す）の温度が上昇する。このような作動状態が長時間継続されると、触媒等は、温度が著しく上昇し、場合によっては溶損してしまう虞がある。

このため、内燃機関に高回転速度・高負荷の作動状態を継続させる場合、燃料噴射装置による燃料噴射量を増大させ、空燃比を出力空燃比よりもリッチ（過濃）側に設定することで、未燃の燃料を排気管及び触媒に供給し、燃料の気化潜熱を利用して触媒等を冷却する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、未燃の燃料を触媒等に供給するために、吸気・圧縮行程における燃料噴射（以下、主噴射と記す）とは別に、膨張・排気行程における燃料噴射（以下、追加噴射と記す）を燃料噴射装置に行わせる技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。燃料噴射装置の追加噴射により気筒内に供給された燃料は、その大部分が着火・燃焼することなく、主噴射による燃料が燃焼した既燃ガスと共に、気筒内から排出されて触媒等に供給される。

特公昭６２−５６３３８号公報 特開２００１−７３８５６号公報

ところで、内燃機関が複数の気筒を有し、気筒ごとに燃料噴射装置が設けられている場合、上述のように、ある気筒で燃料噴射装置が追加噴射を行うと、その燃料噴射期間（以下、追加噴射期間）は、他の気筒における主噴射の燃料噴射期間（以下、主噴射期間）と重なることがある。特に、内燃機関が高負荷で作動している場合、各気筒の主噴射期間が長くなるため、異なる気筒間で主噴射期間と追加噴射期間は重なり易くなっている。

加えて、各気筒の燃料噴射装置が共通の燃料レールから所定の燃圧で燃料の供給を受ける燃料噴射システムを採用している内燃機関の場合、異なる気筒間で主噴射期間と追加噴射期間が重なると、燃料レール内において瞬間的に多量の燃料が消費されることとなる。このとき、燃料レール内における燃料消費に比べて、燃料レールに燃料を供給する燃料ポンプの供給能力が追いつかず、燃料レール内の燃圧が急激に低下することがある。

このように燃料レール内の燃圧が急激に低下しているときに、燃料噴射装置が所定の燃料噴射期間で燃料を噴射しても、その燃料噴射量は、噴射期間の長さに見合ったものとはならず、所望の燃料噴射量に比べて低下することとなる。このような燃料噴射量の急激な低下が主噴射で生じると、筒内混合気の空燃比が目標値に比べてリーン（希薄）側にずれてしまい、燃焼ガスの温度上昇や、内燃機関の出力低下を生じてしまう。

このため、膨張・排気行程における追加噴射を行う場合、その追加噴射期間を他の気筒における主噴射期間と重ならないように設定することが知られている。例えば、上記特許文献２に記載の技術では、異なる気筒間で主噴射期間と追加噴射期間が重ならないようにするため、追加噴射を一部停止している、すなわち追加噴射期間を短縮している。しかし、追加噴射期間を短縮してしまうと、未燃の燃料を触媒等に十分に供給することができなくなってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、主噴射による筒内混合気の空燃比がリーン側にずれてしまうことを抑制しつつ、追加噴射により未燃の燃料を触媒等に十分に供給可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、複数の気筒を有し、気筒ごとに燃料噴射装置を備え、各燃料噴射装置が共通の燃料レールから燃料の供給を受ける内燃機関の制御装置であって、吸気圧縮行程における燃料噴射である主噴射に加えて、排気膨張行程における燃料噴射である追加噴射を行うか否かを判定する追加噴射判定手段と、追加噴射を行うと判定された場合に、異なる気筒間で主噴射期間と追加噴射期間が重ならないよう、主噴射のタイミングを設定する噴射タイミング設定手段とを含むことを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置において、追加噴射判定手段は、出力空燃費よりも過濃側で内燃機関を作動させる場合に、追加噴射を行うと判定するものとすることができ、主噴射期間は、燃料噴射装置が出力空燃費分の燃料を噴射するよう設定されているものとすることができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置において、噴射タイミング設定手段は、主噴射期間と追加噴射期間が重なる場合に、予め算出されている基準タイミングに対して主噴射のタイミングを変更する噴射タイミング変更手段を含むものとすることができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置において、噴射タイミング変更手段は、追加噴射のタイミングを変更すると追加噴射期間が所定の噴射禁止期間と重なる場合に、主噴射のタイミングを変更するものとすることができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置において、内燃機関は、気筒内に直接燃料を噴射するものとすることができ、噴射禁止期間は、オーバーラップ上死点を含むよう設定されているものとすることができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置において、噴射タイミング変更手段は、追加噴射期間が所定の噴射禁止期間に重ならないよう追加噴射のタイミングを遅角させ、遅角された追加噴射期間と主噴射期間が異なる気筒間で重ならないように主噴射のタイミングを進角させるものとすることができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置において、内燃機関は、ディーゼル式とすることができ、噴射禁止期間は、追加噴射を行うとスモークの発生が増大する期間に設定されているものとすることができる。

本発明によれば、追加噴射を行う場合に、異なる気筒間で主噴射期間と追加噴射期間が重ならないよう主噴射のタイミングを設定するものとしたので、燃料レール内の燃圧が急激に低下することが抑制される。これにより、主噴射により形成される気筒内混合気の空燃比が目標値に比べてリーン（希薄）側にずれてしまうことを抑制しつつ、追加噴射により未燃の燃料を触媒に十分に供給することができる。

以下、この発明につき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、下記実施の形態における構成要素には、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。

まず、本実施例に係る内燃機関の制御装置を含む燃料噴射システムの概略構成について図１を用いて説明する。図１は、内燃機関及び燃料噴射システムの概略構成を示す模式図である。なお、図１において、内燃機関及び燃料噴射システムについては、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。

図１に示すように、内燃機関１０は、気筒＃１〜＃４内に燃料を直接噴射する、いわゆる筒内直噴式の内燃機関１０であり、且つディーゼル式の内燃機関１０である。内燃機関１０は、内部に気筒＃１〜＃４が形成される本体系部品と、外気から気筒＃１〜＃４に空気を導く吸気系部品と、気筒＃１〜＃４内のガスを外気に排出する排気系部品と、気筒＃１〜＃４内に燃料を供給する燃料系部品とを有している。また、内燃機関１０を制御するため、燃料噴射システム１には、内燃機関１０用の電子制御装置７０（以下、ＥＣＵと記す）が設けられている。

内燃機関１０は、本体系部品として、シリンダボア１２が形成されたシリンダブロック１４と、シリンダボア１２内を往復運動するピストン１６と、ピストン１６の往復運動を回転運動に変換して出力するクランク軸１８と、ピストン１６に対向してシリンダボア１２を囲うシリンダヘッド２０等を有している。これらシリンダボア１２、シリンダヘッド２０、及びピストン１６により囲まれて、気筒＃１〜＃４は形成される。クランク軸１８の回転によりピストン１６が上下動することで、気筒＃１〜＃４内には空気が吸入される。気筒＃１〜＃４内には、後述する燃料噴射装置により燃料が供給され、空気と燃料の混合気が形成される。このように気筒＃１〜＃４内に形成される混合気を、以下、筒内混合気と記す。

内燃機関１０は、直列に配列された４つの気筒＃１〜＃４を有している。シリンダヘッド２０には、各気筒＃１〜＃４に対応して、吸気ポート２２及び排気ポート２４が形成されており、さらに吸気弁２３と排気弁２５が設けられている。これら吸気弁２３と排気弁２５は、図示しないカムシャフトにより駆動され、カムシャフトは、クランク軸１８からの機械的動力を受けて駆動される。吸気弁２３及び排気弁２５は、クランク軸１８の回転角位置に応じて開閉する。内燃機関１０には、クランク軸１８の回転角位置を検出するクランク角センサ１９が設けられており、検出した信号をＥＣＵ７０に送出している。なお、各気筒＃１〜＃４における混合気の着火順序は、＃１、＃３、＃４、＃２となっている。

また、内燃機関１０は、吸気系部品として、外気から空気を導入するエアダクト３２と、空気から塵芥を除去するエアクリーナ３３と、吸入した空気量（以下、吸入空気量と記す）を計量するエアフロメータ３４と、吸入空気量を調整するスロットルバルブ３６と、吸入した空気を各気筒＃１〜＃４に分配する分岐管である吸気マニホールド３８とを有している。吸気マニホールド３８は、シリンダヘッド２０の吸気ポート２２に接続されている。スロットルバルブ３６は、ＥＣＵ７０により駆動制御され、スロットルバルブ３６の開度が調整されて気筒＃１〜＃４内に流入する吸入空気量を制御可能となっている。

エアダクト３２から導入された空気は、エアクリーナ３３を通過し、スロットルバルブ３６で流量を調整されて吸気マニホールド３８に流入する。そして、吸気マニホールド３８で気筒＃１〜＃４ごとに分配され、吸気ポート２２から吸気弁２３を経て気筒＃１〜＃４内に流入する。エアフロメータ３４は、計量した吸入空気量に係る信号をＥＣＵ７０に送出している。

また、内燃機関１０は、排気系部品として、排気ポート２４からの排気ガスを集合する排気マニホールド４１と、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化触媒４４とを有している。各気筒＃１〜＃４の排気ポート２４から排出された排気ガスは、排気マニホールド４１により集合されて排気浄化触媒４４に導かれる。排気浄化触媒４４で有害成分が浄化された排気ガスは、より下流に流れる。

また、内燃機関１０は、燃料系部品として、気筒＃１〜＃４内に燃料を噴射する燃料噴射装置５０と、燃料噴射装置５０に燃料を分配する燃料レール５２と、燃料レール５２に昇圧した燃料を圧送する高圧燃料ポンプ５４とを有している。高圧燃料ポンプ５４から燃料レール５２に圧送された燃料は、燃料レール５２で分配されて各燃料噴射装置５０に供給される。

高圧燃料ポンプ５４は、内燃機関１０のカムシャフト（図示せず）からの機械的動力を受けて作動し、燃料タンク６０内にある低圧燃料ポンプ６２から供給された燃料を昇圧する。高圧燃料ポンプ５４は、昇圧した燃料を燃料レール５２に圧送して供給する。

燃料レール５２（デリバリパイプともいう）は、内部に蓄圧室５６が形成されており、蓄圧室５６は、燃料を所定の燃圧で蓄圧可能に構成されている。燃料レール５２は、この蓄圧室５６から各燃料噴射装置５０に燃料を分配して供給する。燃料レール５２の蓄圧室５６には、高圧燃料ポンプ５４から高圧（例えば１８０ＭＰａ）の燃料が供給される。また、燃料レール５２には、蓄圧室５６が所定の燃圧を超えないように圧力制限弁５８が設けられている。圧力制限弁５８は、蓄圧室５６の燃圧が所定の燃圧を超えようとするとき開いてリターン配管５９に燃料を放出することで、蓄圧室５６における燃圧を制限する。

燃料噴射装置５０は、各気筒＃１〜＃４ごとに設けられており、気筒＃１〜＃４内に直接燃料を噴射可能にシリンダヘッド２０に配設されている。各燃料噴射装置５０は、共通の燃料レール５２から所定の燃圧で燃料の供給を受けている。燃料噴射装置５０は、電磁駆動式の燃料噴射弁であり、内燃機関１０の１サイクル中に複数回の燃料噴射を行うことが可能なものが用いられている。燃料噴射装置５０は、その燃料噴射期間、すなわち噴射タイミング及び噴射期間長さ（開弁時間）がＥＣＵ７０により制御される。

燃料噴射システム１において、内燃機関１０の制御装置であるＥＣＵ７０は、クランク角センサ１９からのクランク軸１８の回転角位置に係る信号と、エアフロメータ３４からの吸入空気量に係る信号とを受けている。また、ＥＣＵ７０は、図示しないアクセルポジションセンサからアクセル操作量、すなわち内燃機関１０に要求される出力トルクに係る信号を受けている。

これら信号から、ＥＣＵ７０は、クランク軸１８の回転角位置（以下、クランク角と記す）と、内燃機関１０の回転速度と、吸入空気量と、筒内混合気の空燃比の目標値（以下、目標空燃比と記す）を算出する。

さらにＥＣＵ７０は、クランク角と吸入空気量に基づいて、燃料噴射装置５０が燃料を噴射するタイミングすなわち燃料噴射装置５０の開弁時期と、燃料噴射装置５０が噴射する燃料噴射量、すなわち噴射期間長さ（開弁時間）を算出する。ＥＣＵ７０は、噴射タイミング及び噴射期間長さ、つまり燃料噴射期間を実現するよう、燃料噴射装置５０を制御する。

これにより、本実施例に係る内燃機関１０は、燃料噴射装置５０が制御されることで、吸気・圧縮行程における気筒＃１〜＃４内への燃料噴射（以下、主噴射と記す）に加えて、排気・膨張行程における気筒＃１〜＃４内への燃料噴射（以下、追加噴射と記す）を行うことが可能となっている。なお、内燃機関１０の各気筒＃１〜＃４において、主噴射を行っているときの燃料噴射期間を、以下に「主噴射期間」と記し、一方、追加噴射を行っているときの燃料噴射期間を以下に「追加噴射期間」と記す。

次に、本実施例に係る内燃機関の制御装置（ＥＣＵ）が実行する燃料噴射制御について、図１〜図５を用いて説明する。本実施例に係る燃料噴射制御は、異なる気筒間で主噴射期間と追加噴射期間が重ならないよう、主噴射のタイミングを設定することを特徴としている。図２は、ＥＣＵが実行する燃料噴射制御のフローチャートである。図３は、各気筒における主噴射期間と追加噴射期間を示すタイムチャートであり、異なる気筒間で主噴射期間と追加噴射期間が重なっている状態を示す図である。図４は、異なる気筒間で主噴射期間と追加噴射期間が重ならないように追加噴射のタイミングを仮に変更した状態を示す図である。図５は、異なる気筒間で主噴射期間と追加噴射期間が重ならないよう主噴射のタイミングを変更した状態を示す図である。なお、図３〜図５において、ＯＴＤＣはオーバーラップ上死点（排気上死点ともいう）を示し、ＩＴＤＣは点火上死点（圧縮上死点ともいう）を示し、ＢＤＣは下死点を示しており、さらに気筒＃１のオーバーラップ上死点を０°とするクランク角を示している。

図１及び図２に示すように、まずＥＣＵ７０は、前述の各種センサから信号を受けて、内燃機関１０の燃料噴射制御に係る制御変数を算出する（Ｓ１００）。算出される制御変数には、内燃機関１０の回転速度、クランク角、吸入空気量、目標空燃比、燃料噴射量等がある。このような制御変数を算出することで、ＥＣＵ７０は、内燃機関１０の作動状態を把握している。

そして、ステップＳ１０２において、ＥＣＵ７０は、吸気・圧縮行程における主噴射に加えて、排気・膨張行程における追加噴射を行うか否かを判定する。これは、算出された目標空燃比が出力空燃比よりリッチ（過濃）側であるか否かで判定することができる。また、内燃機関１０の高回転速度・高負荷での作動が一定時間以上継続されて、触媒等（４１，４４）が高温となっていることが予測される状態であるか否かで判定することもできる。

追加噴射を行わないと判定された場合、吸気・圧縮行程における主噴射のみとなるため、ＥＣＵ７０は、燃料噴射量をすべて主噴射に割り当て、燃料噴射量から主噴射期間を決定する（Ｓ１０４）。詳細には、主噴射のタイミング（開弁時期）と、噴射期間長さ（開弁時間）を決定して燃料噴射装置５０を制御する。このように制御されて内燃機関１０は主噴射のみを行う。そして、ステップＳ１００に戻る。

一方、追加噴射を行うと判定された場合、ＥＣＵ７０は、基準となる主噴射期間と追加噴射期間を算出する（Ｓ１０６）。詳細には、算出された燃料噴射量のうち出力空燃比分を主噴射に割り当て、残りを追加噴射に割り当てる。そして、主噴射期間及び追加噴射期間を算出する。具体的には、主噴射と追加噴射のそれぞれについてタイミングと噴射期間長さを算出する。なお、このステップＳ１０６で算出されたタイミングを「基準タイミング」という。そして、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ７０は、異なる気筒＃１〜＃４の間で、算出された主噴射期間と追加噴射期間が重なるか否かを判定する。算出された主噴射期間と追加噴射期間が重ならないと判定された場合、ＥＣＵ７０は、このまま主噴射期間と追加噴射期間を決定する（Ｓ１１８）。これら噴射期間に基づき、ＥＣＵ７０は、主噴射と追加噴射それぞれについてタイミングと噴射期間長さ（開弁時間）を決定して燃料噴射装置５０を制御する。内燃機関１０は、吸気行程における主噴射に加えて排気行程における追加噴射を行う。そして、ステップＳ１００に戻る。

一方、ステップ１１０において、算出された主噴射期間と追加噴射期間が重なると判定された場合、例えば、図３に示すように、気筒＃１，＃３，＃４，＃２の主噴射期間（図中、符号Ｍで示す）の終端部に、それぞれ気筒＃３，＃４，＃２，＃１の追加噴射期間（図中、符号Ｓで示す）の始端部が重なっている場合（図中、重なっている期間を符号Ｌで示す）、ＥＣＵ７０は、主噴射期間Ｍと追加噴射期間Ｓが重ならないよう燃料噴射タイミングの調整が必要と判断して、ステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１１２において、ＥＣＵ７０は、追加噴射のタイミングを変更すると、追加噴射期間が所定の噴射禁止期間に重なるか否かを判定する。詳細には、図４に示すように、異なる気筒＃１〜＃４の間で主噴射期間Ｍに追加噴射期間が重ならないように追加噴射のタイミングのみを遅角（図中、矢印Ｒで示す）させると、遅角された追加噴射期間（図中、符号Ｓ２で示す）が所定の噴射禁止期間（図中、矢印Ｆで示す）に重なるか否かを判定する。

なお、この噴射禁止期間Ｆは、燃料噴射を行うと、気筒＃１〜＃４内から排出されるスモーク（黒煙等の粒子状物質）が増大することが予測されている期間に設定されている。この噴射禁止期間Ｆは、オーバーラップ上死点ＯＴＤＣを含み、その始期（図中、一点鎖線で示す）は、オーバーラップ上死点前３０°に設定されている。なお、噴射禁止期間Ｆは、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ７０のＲＯＭ（図示せず）に記憶されている。

ステップＳ１１２において、追加噴射のタイミングを遅角させても、追加噴射期間が所定の噴射禁止期間Ｆに重ならないと判定された場合、ＥＣＵ７０は、主噴射期間Ｍに追加噴射期間Ｓが重ならなくなるまで追加噴射のタイミングを遅角させる（Ｓ１１４）。そして、ＥＣＵ７０は、遅角させた追加噴射期間ＳとステップＳ１０６で算出された主噴射期間Ｍを、正式な追加噴射期間及び主噴射期間として決定する（Ｓ１１８）。これら噴射期間に基づき、ＥＣＵ７０は、主噴射と追加噴射それぞれについてタイミングと噴射期間長さを決定する。そして、ステップＳ１００に戻る。

一方、追加噴射のタイミングを変更すると追加噴射期間Ｓ２が噴射禁止期間Ｆに重なると判定された場合、すなわち、異なる気筒＃１〜＃４の間で主噴射期間Ｍと追加噴射期間Ｓ２を重ならないように追加噴射のタイミングのみを遅角させると、図４に示すように、追加噴射期間Ｓ２が所定の噴射禁止期間Ｆに重なってしまう場合、ＥＣＵ７０は、追加噴射のタイミングを変更することなく、図５に示すように、主噴射期間Ｍに追加噴射期間Ｓが重ならなくなるまで主噴射のタイミングを進角させる（図中、進角を矢印Ａで示す）（Ｓ１１６）。ＥＣＵ７０は、進角させた主噴射期間Ｍ２とステップＳ１０６で算出された追加噴射期間Ｓを正式な主噴射期間及び追加噴射期間として決定する（Ｓ１１８）。これら噴射期間に基づき、ＥＣＵ７０は、主噴射と追加噴射それぞれについてタイミングと噴射期間長さを決定する。そして、ステップＳ１００に戻る。

以上に説明したように本実施例では、追加噴射を行う場合に、異なる気筒＃１〜＃４の間で主噴射期間Ｍと追加噴射期間Ｓが重ならないよう主噴射のタイミングを設定するものとしたので、燃料レール５２の蓄圧室５６の燃圧が急激に低下することが抑制される。これにより、主噴射により形成される筒内混合気の空燃比が目標値に比べてリーン（希薄）側にずれてしまうことを抑制しつつ、追加噴射により未燃の燃料を触媒に十分に供給することができる。

また、本実施例では、主噴射期間は、燃料噴射装置５０が出力空燃比分の燃料を噴射するよう設定されるものとしたので、内燃機関１０の高負荷作動中において、追加噴射を行っても、主噴射では出力空燃比分の燃料が噴射されるため、内燃機関１０が出力するトルクにほとんど影響を与えることなく、未燃の燃料を触媒等（４１，４４）に供給することができる。

また、本実施例では、主噴射期間Ｍと追加噴射期間Ｓが重なる場合に、予め算出されている基準タイミングに対して、主噴射のタイミングを変更するものとしたので、主噴射及び追加噴射の噴射期間長さすなわち燃料噴射量を変更することなく、異なる気筒＃１〜＃４の間で主噴射期間Ｍと追加噴射期間Ｓが重ならないようにすることができる。

また、本実施例では、追加噴射のタイミングを変更すると、追加噴射期間Ｓ２が所定の噴射禁止期間Ｆと重なる場合に、主噴射のタイミングを変更するものとしたので、追加噴射のタイミングを変更してしまうと、排気ガス中の有害成分等が増大してしまうような場合でも、主噴射のタイミングを変更して、異なる気筒＃１〜＃４の間で主噴射期間と追加噴射期間が重ならないようにすることができる。

また、本実施例では、内燃機関１０は、気筒＃１〜＃４内に直接燃料を噴射するものとし、噴射禁止期間Ｆは、オーバーラップ上死点ＯＴＤＣを含むよう設定されるものとしたので、燃料噴射装置５０が追加噴射した燃料が、上死点付近に位置するピストン１６に付着して拡散燃焼してしまうことを抑制することができる。これにより、追加噴射により排気ガス中の有害成分が増大することを抑制することができる。

また、本実施例では、内燃機関１０はディーゼル式であり、噴射禁止期間Ｆは追加噴射を行うとスモークの発生が増大する期間に設定されているものとしたので、追加噴射によりスモークを増大させることなく、未燃の燃料を触媒等に十分に供給することができる。

本実施例に係る内燃機関の制御装置（ＥＣＵ）が実行する燃料噴射制御について、図１、図６及び図７を用いて説明する。図６は、ＥＣＵが実行する燃料噴射制御のフローチャートである。図７は、各気筒における主噴射期間と追加噴射期間を示すタイムチャートであり、異なる気筒間で主噴射期間と追加噴射期間が重ならないように追加噴射及び主噴射のタイミングを変更した状態を示す図である。本実施例では、追加噴射期間が所定の噴射禁止期間に重ならないよう追加噴射のタイミングを遅角させ、タイミングが遅角された追加噴射期間と主噴射期間が重ならないよう主噴射のタイミングを進角させる点で実施例１と異なり、以下に詳細を説明する。なお、実施例１と共通の制御については、同一の符号を付し、説明を適宜省略する。

図１及び図６に示すように、まず、ＥＣＵ７０Ｂは、前述の各種センサから信号を受けて、内燃機関１０の燃料噴射制御に係る制御変数を算出する（Ｓ１００）。そして、ステップＳ１０２において、ＥＣＵ７０Ｂは、吸気圧縮行程における主噴射に加えて、排気膨張行程における追加噴射を行うか否かを判定する。追加噴射を行わないと判定された場合、ＥＣＵ７０Ｂは、燃料噴射量をすべて主噴射に割り当て、燃料噴射量から主噴射期間を決定する（Ｓ１０４）。一方、追加噴射を行うと判定された場合、ＥＣＵ７０Ｂは、基準となる主噴射期間と追加噴射期間を算出する（Ｓ１０６）。そして、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ７０Ｂは、算出された基準となる主噴射期間と追加噴射期間が異なる気筒＃１〜＃４の間で重なるか否かを判定する。主噴射期間と追加噴射期間が重ならないと判定された場合、ＥＣＵ７０Ｂは、このまま主噴射期間と追加噴射期間を決定する（Ｓ１１８）。そして、ステップＳ１００に戻る。一方、算出された主噴射期間と追加噴射期間が重なる場合、ＥＣＵ７０Ｂは、噴射タイミングの調整が必要と判断して、ステップＳ２００に進む。

ステップＳ２００において、ＥＣＵ７０Ｂは、図７に示すように、追加噴射期間が所定の噴射禁止期間Ｆに重ならないよう、追加噴射のタイミングを遅角させる（図中、遅角を矢印Ｒ２で示す）。なお、追加噴射のタイミングの遅角は、異なる気筒＃１〜＃４の主噴射期間と重ならなくなった時点で止めても良いし、噴射禁止期間Ｆに重ならない範囲で最大限に遅角させても良い。

そして、ステップＳ２１０において、タイミングが遅角された追加噴射期間Ｓ３とステップＳ１０６で算出された基準の主噴射期間Ｍが異なる気筒＃１〜＃４の間で重なるか否かを判定する。遅角された追加噴射期間Ｓ３と主噴射期間Ｍが重ならないと判定された場合、ＥＣＵ７０Ｂは、遅角された追加噴射期間Ｓ３とステップ１０６で算出された基準の主噴射期間を、正式な追加噴射期間及び主噴射期間として決定する（Ｓ１１８）。

一方、遅角された追加噴射期間Ｓ３と主噴射期間が重なると判定された場合、ＥＣＵ７０Ｂは、遅角された追加噴射期間Ｓ３に主噴射期間が重ならなくなるまで、主噴射のタイミングを進角させる（図中、進角を矢印Ａ２で示す）（Ｓ２１２）。そして、ＥＣＵ７０Ｂは、進角させた主噴射期間Ｍ３とステップＳ２００で遅角された追加噴射期間Ｓ３を正式な主噴射期間及び追加噴射期間として決定する（Ｓ１１８）。

以上に説明したように本実施例では、追加噴射期間が所定の噴射禁止期間Ｆに重ならないよう追加噴射のタイミングを遅角させ（Ｓ２００）、遅角された追加噴射期間Ｓ３と主噴射期間が異なる気筒＃１〜＃４の間で重ならないよう主噴射のタイミングを進角させるものとした（Ｓ２１０，Ｓ２１２）。このため、追加噴射のタイミングの変更により排気ガス中の有害成分の排出を増大させることなく、主噴射のタイミングの変更による排気ガス中の成分や内燃機関１０の出力に与える影響を最小限にしつつ、追加噴射により未燃の燃料を触媒等（４１，４４）に十分に供給することができる。

なお、上述した実施例において、内燃機関は、筒内直噴式のディーゼル式内燃機関としたが、本発明を適用可能な内燃機関は、これに限定されるものではない。気筒ごとに燃料噴射装置を備え、且つ各燃料噴射装置が共通の燃料レールから燃料の供給を受ける内燃機関であれば本発明を適用することができる。例えば、筒内直噴式のガソリン式内燃機関は勿論のこと、吸気ポートに燃料を噴射する内燃機関にも本発明を適用することができる。

以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、筒内直噴式の内燃機関に有用であり、特に、ディーゼル式の内燃機関に適している。

実施例１に係る内燃機関及び燃料噴射システムの概略構成を模式的に示す図である。 実施例１に係る内燃機関の制御装置（ＥＣＵ）が実行する燃料噴射制御のフローチャートである。 各気筒における主噴射期間と追加噴射期間を示すタイムチャートであり、異なる気筒間で主噴射期間と追加噴射期間が重なっている状態を示す図である。 各気筒における主噴射期間と追加噴射期間を示すタイムチャートであり、追加噴射のタイミングを仮に変更した状態を示す図である。 各気筒における主噴射期間と追加噴射期間を示すタイムチャートであり、主噴射のタイミングを変更した状態を示す図である。 実施例２に係る内燃機関の制御装置（ＥＣＵ）が実行する燃料噴射制御のフローチャートである。 各気筒における主噴射期間と追加噴射期間を示すタイムチャートであり、追加噴射及び主噴射のタイミングを変更した状態を示す図である。

符号の説明

１ 燃料噴射システム
１０ 内燃機関
１２ シリンダボア
１４ シリンダブロック
１６ ピストン
１８ クランク軸
１９ クランク角センサ
２０ シリンダヘッド
２２ 吸気ポート
２４ 排気ポート
３４ エアフロメータ
３６ スロットルバルブ
３８ 吸気マニホールド
４１ 排気マニホールド
４４ 排気浄化触媒
５０ 燃料噴射装置
５２ 燃料レール
５４ 高圧燃料ポンプ
５６ 蓄圧室
６０ 燃料タンク
７０，７０Ｂ 内燃機関用電子制御装置（ＥＣＵ）
＃１，＃２，＃３，＃４ 気筒
Ｆ 噴射禁止期間
Ｍ，Ｍ２，Ｍ３ 主噴射期間
Ｓ，Ｓ２，Ｓ３ 追加噴射期間
ＯＴＤＣ オーバーラップ上死点（排気上死点）
ＩＴＤＣ 点火上死点（圧縮上死点）
Ａ，Ａ２ 進角
Ｒ，Ｒ２ 遅角

Claims (7)

1. 複数の気筒を有し、気筒ごとに燃料噴射装置を備え、各燃料噴射装置が共通の燃料レールから燃料の供給を受ける内燃機関の制御装置であって、
   吸気圧縮行程における燃料噴射である主噴射に加えて、排気膨張行程における燃料噴射である追加噴射を行うか否かを判定する追加噴射判定手段と、
   追加噴射を行うと判定された場合に、異なる気筒間で主噴射期間と追加噴射期間が重ならないよう、主噴射のタイミングを設定する噴射タイミング設定手段と、
   を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   追加噴射判定手段は、出力空燃費よりも過濃側で内燃機関を作動させる場合に、追加噴射を行うと判定し、
   主噴射期間は、燃料噴射装置が出力空燃費分の燃料を噴射するよう設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置であって、
   噴射タイミング設定手段は、主噴射期間と追加噴射期間が重なる場合に、予め算出されている基準タイミングに対して主噴射のタイミングを変更する噴射タイミング変更手段を、含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の制御装置であって、
   噴射タイミング変更手段は、追加噴射のタイミングを変更すると追加噴射期間が所定の噴射禁止期間と重なる場合に、主噴射のタイミングを変更することを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置であって、
   内燃機関は、気筒内に直接燃料を噴射するものであり、
   噴射禁止期間は、オーバーラップ上死点を含むよう設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   噴射タイミング変更手段は、追加噴射期間が所定の噴射禁止期間に重ならないよう追加噴射のタイミングを遅角させ、遅角された追加噴射期間と主噴射期間が異なる気筒間で重ならないように主噴射のタイミングを進角させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項４〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   内燃機関は、ディーゼル式であり、
   噴射禁止期間は、追加噴射を行うとスモークの発生が増大する期間に設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

Images