JP2009191663A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の噴射モードの切換タイミングを適切に制御することにより、内燃機関に要求される燃料量を気筒ごとに過不足なく供給することができ、それにより、良好なドライバビリティを確保することができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】この燃料噴射制御装置１は、検出された内燃機関３の回転数ＮＥおよび負荷ＡＰに応じて、内燃機関３に供給すべき要求燃料量ＧＣＹＬを算出し、この要求燃料量ＧＣＹＬに応じて、噴射モードを、筒内燃料噴射弁６のみから燃料を噴射する筒内噴射モードと、筒内燃料噴射弁６およびポート燃料噴射弁８の双方から燃料を噴射する筒内・ポート噴射モードの一方に決定する。また、検出されたクランク角が所定のクランク角度区間にあると判定された気筒３ａに対して、噴射モード決定手段による決定に応じた噴射モードの切換を禁止する。
【選択図】図７

Description

本発明は、気筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート燃料噴射弁を有する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来、この種の内燃機関の燃料噴射制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関では、高回転高負荷時に均質燃焼が行われ、低回転低負荷時に成層燃焼が行われる。成層燃焼時には、圧縮行程中に、筒内燃料噴射弁から燃焼室に燃料を噴射する。一方、均質燃焼時には、吸気行程中に、ポート燃料噴射弁から吸気ポートに燃料を噴射する。なお、均質燃焼時には、圧縮行程中に、筒内燃料噴射弁から極少量の燃料が補助的に噴射される。それにより、燃料の気化による冷却効果によって、筒内燃料噴射弁の先端部の過熱を防止し、過熱による噴孔部へのデポジットの堆積などを抑制するようにしている。

以上のように、従来の燃料噴射制御装置では、ポート燃料噴射弁による吸気行程中のポート噴射と筒内燃料噴射弁による圧縮行程中の筒内噴射の切換が、内燃機関の燃焼モードの切換に連動して行われる。このため、燃焼モードの切換タイミングによっては、一部の気筒に対して、内燃機関に要求される燃料量を適正に供給できないことがある。例えば、成層燃焼への切換が圧縮行程中に行われた気筒では、吸気行程において、均質燃焼用のポート噴射が行われた後に、圧縮行程において成層燃焼用の筒内噴射がさらに行われることがあり、その場合には、燃料の供給量が過剰になる。これとは逆に、均質燃焼への切換が圧縮行程中に行われた気筒では、吸気行程でのポート噴射が間に合わず、圧縮行程での筒内噴射も行われないことから、燃料の供給量が不足することがある。これらの場合、それに伴ってトルクの変動が大きくなり、トルクショックが生じることなどによって、ドライバビリティが低下してしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、燃料の噴射モードの切換タイミングを適切に制御することにより、内燃機関に要求される燃料量を気筒ごとに過不足なく供給することができ、それにより、良好なドライバビリティを確保することができる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。

特開２００２−３６４４０９号公報

上記の目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明は、気筒３ａ内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁６と、吸気ポート３ｆに燃料を噴射するポート燃料噴射弁８を有する内燃機関３の燃料噴射制御装置１であって、内燃機関３の回転数（実施形態における（以下、本項において同じ）エンジン回転数ＮＥ）を検出する回転数検出手段（クランク角センサ２１）と、内燃機関３の負荷（アクセル開度ＡＰ）を検出する負荷検出手段（アクセル開度センサ２２）と、検出された内燃機関３の回転数および負荷に応じて、内燃機関３に供給すべき要求燃料量ＧＣＹＬを算出する要求燃料量算出手段（ＥＣＵ２、図６のステップ２１）と、算出された要求燃料量ＧＣＹＬに応じて、噴射モードを、筒内燃料噴射弁６のみから燃料を噴射する筒内噴射モードと、筒内燃料噴射弁６およびポート燃料噴射弁８の双方から燃料を噴射する筒内・ポート噴射モードの一方に決定する噴射モード決定手段（ＥＣＵ２、図７のステップ３７〜４０）と、内燃機関３のクランク角を検出するクランク角検出手段（クランク角センサ２１）と、検出されたクランク角が、筒内燃料噴射弁６およびポート燃料噴射弁８による燃料の噴射期間（排気行程開始時から吸気行程終了時）を含む所定のクランク角度区間にあるか否かを、気筒ごとに判定する判定手段（ＥＣＵ２、図７のステップ４１）と、検出されたクランク角が所定のクランク角度区間にあると判定された気筒３ａに対して、噴射モード決定手段による決定に応じた噴射モードの切換を禁止する噴射モード切換禁止手段（ＥＣＵ２、図７のステップ４３）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、燃焼モードが、気筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁による筒内噴射のみを実行する筒内噴射モードと、筒内噴射および吸気ポートに燃料を噴射するポート燃料噴射弁によるポート噴射の双方を実行する筒内・ポート噴射モードに切り換えられる。この噴射モードの切換の決定は、検出された内燃機関の回転数および負荷に応じて算出された要求燃料量に応じ、噴射モード決定手段によって行われる。また、検出した内燃機関のクランク角が、筒内燃料噴射弁およびポート燃料噴射弁による燃料の噴射期間を含む所定のクランク角度区間にあるか否かを、気筒ごとに判定する。そして、クランク角が所定のクランク角度区間にあると判定された気筒に対して、噴射モードの切換を禁止する。以上のように、噴射モード決定手段によって噴射モードの切換が決定されても、クランク角が筒内噴射または筒内・ポート噴射による燃料の噴射期間を含む所定のクランク角度区間にあるときには、実際にはその気筒の噴射モードは、切り換えられることなく、維持される。これにより、噴射モードの切換タイミングを気筒ごとに適切に制御でき、内燃機関に要求される燃料量を気筒ごとに過不足なく供給できる結果、良好なドライバビリティを確保することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施形態による燃料噴射制御装置１を適用した内燃機関３を概略的に示している。内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば直列４気筒の４サイクルガソリンエンジンである。

エンジン３のシリンダヘッド３ｃには、吸気管４および排気管５が接続されるとともに、気筒３ａごとに、筒内燃料噴射弁６および点火プラグ７（図２参照）が、燃焼室３ｄに臨むように取り付けられている（いずれも１つのみ図示）。この筒内燃料噴射弁６は、第１燃料ポンプ（図示せず）で高圧に昇圧された燃料を、燃焼室３ｄ内の点火プラグ７の付近に噴射する。また、筒内燃料噴射弁６の開弁時間および開弁時期と点火プラグ７の点火時期は、燃料噴射制御装置１の後述するＥＣＵ２によって制御される。

エンジン３には、クランク角センサ２１が設けられている。クランク角センサ２１は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップ（いずれも図示せず）で構成されており、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号（図１０参照）をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒３ａにおいて、ピストン３ｂが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定のクランク角度位置にあることを表す信号であり、本実施形態のように４気筒の場合には、クランク角１８０゜ごとに出力される。

また、ＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号には、所定のクランク角度位置に、気筒３ａを判別するためのパルス信号である気筒判別信号が含まれている。ＥＣＵ２は、これらの３つの信号に基づいて、燃料噴射制御用のクランク角ステージＦＩＳＴＧ＃ｎを気筒３ａごとに算出する。このクランク角ステージＦＩＳＴＧ＃ｎは、各気筒３ａにおいて、所定のクランク角（例えばＴＤＣ信号の発生クランク角）を基準として、１燃焼サイクルに相当する７２０°のクランク角度を３０゜ごとに区分し、順にステージ番号０〜２３を割り当てたものである。なお、このＦＩＳＴＧ＃ｎの添え字「＃ｎ」は、そのパラメータが気筒３ａごとに設定されることを表しており（ｎ＝１〜４）、このことは該当する他のパラメータについても同様である。

吸気管４の吸気マニホルドには、ポート燃料噴射弁８が、気筒３ａごとに、吸気ポート３ｆに臨むように設けられている。ポート燃料噴射弁８は、第２燃料ポンプ（図示せず）で昇圧された燃料を吸気ポート３ｆに噴射する。ポート燃料噴射弁８の開弁時間および開弁時期は、ＥＣＵ２によって制御される。

また、吸気管４には、スロットル弁機構９が設けられている。スロットル弁機構９は、吸気管４内に配置された回動自在のスロットル弁９ａと、これを駆動するＴＨアクチュエータ９ｂを有している。ＴＨアクチュエータ９ｂは、モータとギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御信号で駆動され、それにより、スロットル弁９ａの開度が変化することで、吸入空気量が制御される。

ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ２２から、アクセルペダルの操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、エンジン水温センサ２３から、エンジン３の本体内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを表す検出信号が、それぞれ出力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述したセンサ２１〜２３からの検出信号に応じて、エンジン３の運転状態を判別し、エンジン３の燃焼モードを決定する。また、決定した燃焼モードに従って、筒内燃料噴射弁６およびポート燃料噴射弁８を制御する燃料噴射制御や、スロットル弁機構９を制御する吸入空気量制御などを実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、要求燃料量算出手段、噴射モード決定手段、判定手段および噴射モード切換禁止手段に相当する。

上記の燃焼モードは、次の成層自己着火燃焼モード、成層火炎伝播燃焼モード、および均質火炎伝播燃焼モードで構成されている。

（１）成層自己着火燃焼モード
圧縮行程中に筒内燃料噴射弁６から燃料を噴射することにより、成層混合気を生成し、これを自己着火燃焼させる燃焼モード
（２）成層火炎伝播燃焼モード
圧縮行程中に筒内燃料噴射弁６から燃料を噴射することにより、成層混合気を生成し、これを点火プラグ７による火花点火により火炎伝播燃焼させる燃焼モード
（３）均質燃焼モード
吸気行程中に筒内燃料噴射弁６から燃料を噴射することにより、均質混合気を生成し、これを火花点火により火炎伝播燃焼させる燃焼モード。また、エンジン３に要求される要求燃料量ＧＣＹＬに対して、筒内燃料噴射弁６による筒内噴射だけでは燃料量が不足する場合には、これを補うために、排気行程の終期から吸気行程にかけて、ポート燃料噴射弁８によるポート噴射が併せて実行される。

また、上記の燃焼モードは、次のようにして決定される。まず、図３の要求トルク算出処理により、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、エンジン３に要求される要求トルクＰＭＣＭＤを算出する（ステップ１）。

次に、図４の燃焼モード決定処理により、エンジン回転数ＮＥと算出した要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、燃焼モードを決定する。まず、そのステップ１１では、図５のマップを参照することによって、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤが、低中回転・中負荷域に相当する第１運転域にあるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、燃焼モードを成層自己着火燃焼モードに決定するとともに、燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤを「１」にセットする（ステップ１２）。

ステップ１１の判別結果がＮＯのときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤが、低中回転・低負荷域に相当する第２運転域にあるか否かを判別する（ステップ１３）。この判別結果がＹＥＳのときには、燃焼モードを成層火炎伝播燃焼モードに決定するとともに、燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤを「２」にセットする（ステップ１４）。

ステップ１３の判別結果がＮＯで、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤが第１および第２運転域以外の第３運転域にあるときには、燃焼モードを均質火炎伝播燃焼モードに決定するとともに、燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤを「３」にセットする（ステップ１５）、本処理を終了する。

次に、上記の燃焼モードのうち、均質燃焼モード用の燃料噴射制御処理を、図６を参照しながら説明する。本処理は、ＣＲＫ信号が発生するごとに、これに同期して実行される。

まず、ステップ２１では、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、エンジン３の各気筒３ａに要求される要求燃料量ＧＣＹＬを算出する。

次に、筒内噴射量ＧＣＹＬＤのリミット処理を実行する（ステップ２２）。このリミット処理は、筒内噴射量ＧＣＹＬＤの最大値を算出するとともに、噴射モードを、筒内燃料噴射弁６による筒内噴射のみを実行する筒内噴射モード（以下「ＤＩモード」という）と、筒内噴射とポート燃料噴射弁８によるポート噴射を併用する筒内・ポート噴射モード（以下「ＤＩ・ＰＩモード」という）に、気筒３ａごとに切り換えて設定するものである。

図７はそのサブルーチンを示している。まず、ステップ３１において、エンジン回転数ＮＥおよびエンジン水温ＴＷに応じ、図８のマップを検索することによって、筒内燃料噴射弁６の噴射時間（以下「筒内噴射時間」という）の上リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨを算出する。このマップでは、上リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、筒内燃料噴射弁６で噴射可能な時間が短くなるため、より小さな値に設定されている。また、上リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨは、エンジン水温ＴＷが低いほど、筒内噴射による吸気の冷却の必要性が低くなるため、より小さな値に設定されている。

次に、算出した上リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨを用い、次式（１）によって、筒内噴射時間の下リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬを算出する（ステップ３２）。
ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ
＝ ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ−ＤＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴ ……（１）
ここで、ＤＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴは、所定のヒステリシス量であり、ポート燃料噴射弁８の最小噴射時間よりも若干大きな値に設定されている。以上のように、筒内噴射時間のリミット値は、上下のリミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ／Ｌから、所定のヒステリシス量ＤＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴを有するように設定される。

次いで、筒内噴射時間の上リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨおよび下リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬを、所定の噴射時間−噴射量変換テーブル（図示せず）を検索することによって、筒内噴射量の上リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨおよび下リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬにそれぞれ変換する（ステップ３３、３４）。

次に、筒内噴射時間の最大値ＴＣＹＬＤ＿ＭＡＸを、次式（２）によって算出する（ステップ３５）。
ＴＣＹＬＤ＿ＭＡＸ
＝ ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ−ＤＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴ ……（２）
このように、筒内噴射時間の最大値ＴＣＹＬＤ＿ＭＡＸは、下リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬからさらにヒステリシス量ＤＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴを差し引いた値に設定される。

次いで、算出した筒内噴射時間の最大値ＴＣＹＬＤ＿ＭＡＸを、噴射時間−噴射量変換テーブルを検索することによって、筒内噴射量の最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸに変換する（ステップ３６）。

次に、図６のステップ２１で算出した要求燃料量ＧＣＹＬが、筒内噴射量の上リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨよりも大きいか否かを判別する（ステップ３７）。この判別結果がＹＥＳで、ＧＣＹＬ＞ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨのときには、要求燃料量ＧＣＹＬに対して筒内噴射だけでは燃料量が不足するため、噴射モードをＤＩ・ＰＩモードに設定し、ポート噴射を併せて実行するものとして、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴを「１」にセットする（ステップ３８）。

一方、ステップ３７の判別結果がＮＯのときには、要求燃料量ＧＣＹＬが筒内噴射量の下リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ以下であるか否かを判別する（ステップ３９）。この判別結果がＹＥＳで、ＧＣＹＬ≦ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬのときには、要求燃料量ＧＣＹＬに対して筒内噴射だけで燃料量が足りるため、噴射モードをＤＩモードに設定し、ポート噴射を実行しないものとして、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴを「０」にセットする（ステップ４０）。

また、ステップ３９の判別結果がＮＯで、ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ＜ＧＣＹＬ≦ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨのとき、すなわち要求燃料量ＧＣＹＬが上下のリミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ／Ｌで規定されるヒステリシス域にあるときには、そのまま本処理を終了する。すなわち、この場合には、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴが前回値に維持され、噴射モードの切換は行われない。

前記ステップ３８または４０に続くステップ４１では、気筒３ａごとのクランク角ステージＦＩＳＴＧ＃ｎが、所定の下限値ＰＩＳＥＴＳＤＬ（例えば６）以上で、かつ所定の上限値ＰＩＳＥＴＳＤＨ（例えば１７）以下であるか否かを判別する。これらの下限値ＰＩＳＥＴＳＤＬと上限値ＰＩＳＥＴＳＤＬで規定されるクランク角度区間は、圧縮行程の始期から膨張行程の終期に相当する。

このステップ４１の判別結果がＹＥＳで、エンジン３が圧縮行程または膨張行程にあるときには、その気筒３ａの気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃ｎを、ステップ３８または４０でセットされたポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴの値にセットし（ステップ４２）、本処理を終了する。すなわち、この場合には、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴが「０」と「１」の間で切り換えられているとすると、それに応じて、気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃ｎも同様に切り換えられ、噴射モードの切換が許可される。

一方、ステップ４１の判別結果がＮＯで、エンジン３が排気行程または吸気行程にあるときには、気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃ｎをその前回値Ｆ＿ＤＬＭＴ＃ｎｚに維持し（ステップ４３）、本処理を終了する。すなわち、この場合には、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴが「０」と「１」の間で切り換えられたとしても、気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃ｎの切換は行われず、噴射モードの切換が禁止される。

図６に戻り、上述したステップ２２の筒内噴射量リミット処理に続くステップ２３では、気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃ｎが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、その気筒３ａの噴射モードがＤＩ・ＰＩモードのときには、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎを、図７のステップ３６で算出した最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸに設定する（ステップ２４）。また、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎを、要求燃料量ＧＣＹＬと最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸとの差（＝ＧＣＹＬ−ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸ）に設定し（ステップ２５）、本処理を終了する。

一方、前記ステップ２３の判別結果がＮＯで、その気筒３ａの噴射モードがＤＩモードのときには、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎを要求燃料量ＧＣＹＬに設定する（ステップ２６）。また、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎを値０に設定し（ステップ２７）、本処理を終了する。

以下、図９を参照しながら、上述した燃料噴射制御によって得られる動作をとりまとめて説明する。まず、エンジン回転数ＮＥおよびエンジン水温ＴＷに応じて、筒内噴射時間の上リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨが算出され（ステップ３１）、この上リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨから所定のヒステリシス量をＤＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴを順次、差し引くことによって、筒内噴射時間の下リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬおよび最大値ＴＣＹＬＤ＿ＭＡＸが算出される（ステップ３２、３５）。さらに、これら３つの値が、噴射時間−噴射量変換テーブルを用いて噴射量に変換され、筒内噴射量の上リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ、下リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬおよび最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸが求められる（ステップ３３、３４、３６）。

次に、要求燃料量ＧＣＹＬと上記の筒内噴射量の３つのパラメータとの関係から、以下のケースＡ〜Ｄに応じて、噴射モードが設定されるとともに、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎおよびポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎが算出される。

・ケースＡ（ＧＣＹＬ≦ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ）
要求燃料量ＧＣＹＬが下リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ以下のときには、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴが「０」にセットされ（ステップ４０）、噴射モードがＤＩモードに設定される。これに伴い、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎが要求燃料量ＧＣＹＬに設定される（ステップ２６）とともに、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎは値０に設定される（ステップ２７）。

・ケースＢ（ＧＣＹＬ：ケースＡからのヒステリシス域）
上記のケースＡから要求燃料量ＧＣＹＬが増大し、上下のリミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ／Ｌ間のヒステリシス域に移行したときには（ステップ３９：ＮＯ）、噴射モードはＤＩモードに維持される。その結果、ケースＡと同様、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎは要求燃料量ＧＣＹＬに、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎは値０に、それぞれ設定される。この場合、要求燃料量ＧＣＹＬは上リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨよりも小さいので、筒内噴射のみで要求燃料量ＧＣＹＬを供給することができる。

・ケースＣ（ＧＣＹＬ＞ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ）
上記のケースＢから要求燃料量ＧＣＹＬがさらに増大し、上リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨを上回ると、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴが「１」にセットされ（ステップ３８）、噴射モードがＤＩ・ＰＩモードに切り換えられる。これに伴い、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎは最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸに設定される（ステップ２４）とともに、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎは、要求燃料量ＧＣＹＬから最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸを差し引いた値（＝ＧＣＹＬ−ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸ）に設定される（ステップ２５）。

図９から明らかなように、このときのポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎは、ポート噴射時間のヒステリシス量ＤＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴに相当する噴射量の２倍よりも大きな値になる。前述したように、このヒステリシス量ＤＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴは、ポート燃料噴射弁８の最小噴射時間よりも若干大きな値に設定されている。以上の関係から、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎが上記のように設定されることにより、ポート燃料噴射弁８の最小噴射時間の２倍を上回るポート噴射時間が確保されるので、ポート噴射量弁ＧＣＹＬＰ＃ｎを余裕をもって確実に供給することができる。

・ケースＤ（ＧＣＹＬ：ケースＣからのヒステリシス域）
上記のケースＣから要求燃料量ＧＣＹＬが減少し、上下のリミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ／Ｌ間のヒステリシス域に移行したときには、噴射モードはＤＩ・ＰＩモードに維持される。その結果、ケースＣと同様、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎは最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸに、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎは（ＧＣＹＬ−ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸ）に、それぞれ設定される。図９に示すように、この場合には、ポート燃料噴射弁８の最小噴射時間を上回るポート噴射時間が確保されるので、ポート噴射量弁ＧＣＹＬＰ＃ｎを確実に供給することができる。

図１０は、エンジン３の行程と各気筒３ａにおける噴射モードの切換タイミングとの関係を示すタイミングチャートである。この例では、タイミングｔ０以前では、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴが「０」にセットされており、それに応じて、４つの気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃１〜＃４もそれぞれ「０」にセットされ（図１０（ｃ）、（ｄ）参照）、各気筒３ａの噴射モードはＤＩモードに設定されている。また、気筒３ａでの燃焼が＃１→＃３→＃４→＃２の順で行われ、ｔ０のときには、＃１気筒３ａは、圧縮行程開始時のＢＤＣにあり、したがって、＃２〜＃４気筒３ａは、膨張行程開始時のＴＤＣ、吸気行程開始時のＴＤＣ、および排気行程開始時のＢＤＣにあるものとする（図１０（ｅ）参照）。

この状態から、要求燃料量ＧＣＹＬが増大し、＃１気筒３ａの膨張行程の途中で上リミット値ＧＣＹＬ＿ＬＭＴＨを上回ると（ステップ３７：ＹＥＳ）、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴが「０」から「１」に切り換えられる（ｔ１）。このとき、＃１気筒３ａは膨張行程にあり、＃３気筒３ａは圧縮行程にあることで、ＰＩＳＥＴＳＧＬ≦ＰＩＳＴＧ＃１≦ＰＩＳＥＴＳＧＨが成立し（ステップ４１：ＹＥＳ）、それぞれの気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃１、＃３の切換が許可され、「１」に切り換えられることによって、噴射モードはＤＩモードからＤＩ・ＰＩモードに切り換えられる。

これに対し、このとき、＃２気筒３ａは排気行程にあり、＃４気筒３ａは吸気行程にあるため、前記ステップ４１の判別結果がＮＯになることで、気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃２、＃４が前回値Ｆ＿ＤＬＭＴ＃２ｚ、＃４ｚ（＝０）に維持され（図１０（ｄ）−２、４）、それにより、噴射モードの切換が禁止され、噴射モードはＤＩモードに維持される。

これにより、＃４気筒３ａについては、吸気行程の途中、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴの切換に同期して、噴射モードをＤＩ・ＰＩモードに切り換えた場合に生じる不具合を回避することができる。すなわち、そのように噴射モードを切り換えた場合、それに伴い、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃４は、要求燃料量ＧＣＹＬ（図９のケースＢ）から、より小さな最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸ（同図のケースＣ）に変更される。このため、排気行程でのポート噴射が間に合わず、吸気行程での筒内噴射のみが行われた場合、＃４気筒３ａに実際に供給される燃料量が不足してしまう。これに対して、本実施形態では、上述したように、気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃４の切換を禁止し、噴射モードを維持するので、そのような燃料量が不足するを回避することができる。

＃４および＃２気筒３ａの気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃４、＃２は、その後、圧縮行程に移行したときに（ｔ２、ｔ３）、それぞれ「１」に切り換えられ、噴射モードはＤＩ・ＰＩモードに切り換えられる。

その後、要求燃料量ＧＣＹＬが減少し、＃１気筒３ａの吸気行程の途中で、下リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ以下になると（ステップ３９：ＹＥＳ）、ポスト噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴが「１」から「０」に切り換えられる（ｔ４）。このとき、＃２気筒３ａは圧縮行程にあり、＃４気筒３ａは膨張行程にあり、すなわち切換の許可区間にあるため、気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃２、＃４の「０」への切換が許可され、噴射モードはＤＩ・ＰＩモードからＤＩモードに切り換えられる。

これに対して、このとき、＃１気筒３ａは吸気行程にあり、＃３気筒３ａは排気行程にあり、すなわち切換の禁止区間にあるため、気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃１、＃３は「１」に維持され、噴射モードがＤＩ・ＰＩモードに維持される。

これにより＃１気筒３ａについては、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴの切換に同期して、噴射モードをＤＩモードに切り換えた場合に生じる不具合を回避することができる。すなわち、そのように噴射モードを切り換えた場合、それに伴い、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃１は、最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸ（図９のケースＤ）から、より大きな要求燃料量ＧＣＹＬ（図９のケースＡ）に変更される。このため、排気行程においてＤＩモード用のポート噴射がすでに行われた場合には、筒内噴射の実行により、要求燃料量ＧＣＹＬ相当の燃料がさらに供給されることで、燃料量が過剰になってしまう。これに対して、本実施形態では、上述したように気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃１の切換を禁止し、噴射モードを維持するので、燃料量が過剰になるのを回避することができる。

＃１および＃３気筒３ａの気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃１、＃３は、その後、圧縮行程に移行したときに（ｔ５、ｔ６）、それぞれ「０」に切り換えられることによって、噴射モードはＤＩモードに切り換えられる。

以上のように、本実施形態によれば、均質燃焼モード時、クランク角ステージＦＩＳＴＧ＃ｎを気筒３ａごとに算出するとともに、このクランク角ステージＦＩＳＴＧ＃ｎが圧縮行程の始期に相当する下限値ＰＩＳＥＴＳＤＬから膨張行程の終期に相当する上限値ＰＩＳＥＴＳＤＨの許可区間以外の禁止区間にあるときに、その気筒３ａに対し、噴射モードの切換を禁止する。このため、噴射モードのＤＩモードへの切換の際には、燃料の供給量が過剰になるのを回避できるとともに、ＤＩ・ＰＩモードへの切換の際には、燃料の供給量が不足するのを回避できる。これにより、噴射モードの切換時に、エンジン３に要求される燃料量を各気筒３ａに過不足なく供給でき、その結果、トルクの変動を抑制でき、良好なドライバビリティを確保することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、筒内燃料噴射弁およびポート燃料噴射弁による燃料の噴射期間を含む所定のクランク角度区間（禁止区間）として、排気行程および吸気行程の全区間を設定しているが、これに限らず、噴射モードの切換を行ったときに燃料の過不足が生じるおそれのある区間であればよい。例えば、実際に燃料の噴射が行われる期間に相当するクランク角度区間としてよく、あるいはポート噴射が行われない排気行程の前半部を禁止区間から除外してもよい。

また、実施形態は、内燃機関の燃焼モードが均質燃焼モードを含む３つの燃焼モードで構成され、そのうちの均質燃焼モードに本発明を適用した例であるが、筒内噴射モードとポート噴射モードが切り換えられる燃焼モードである限り、本発明を適用してもよいことはもちろんである。

さらに、本実施形態は、本発明を車両用のエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、クランク軸を鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンや他の産業用の内燃機関に適用してもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本実施形態による燃料噴射制御装置を適用した内燃機関を概略的に示す図である。 燃料噴射制御装置のブロック図である。 要求トルク算出処理を示すフローチャートである。 燃焼モードの決定処理を示すフローチャートである。 図４の処理で用いられるマップである。 均質燃焼モード用の燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。 筒内噴射量のリミット処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 図７の処理で用いられるマップである。 燃料噴射制御による各種のパラメータおよび噴射モードの設定状況を示す図である。 エンジンの行程と各気筒における噴射モードの切換タイミングとの関係を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 燃料噴射制御装置
２ ＥＣＵ（要求燃料量算出手段、噴射モード決定手段、判定手段および噴射モード
切換禁止手段）
３ エンジン
３ａ 気筒
３ｆ 吸気ポート
６ 筒内燃料噴射弁
８ ポート燃料噴射弁
２１ クランク角センサ（回転数検出手段およびクランク角検出手段）
２２ アクセル開度センサ（負荷検出手段）
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の回転数）
ＡＰ アクセル開度（内燃機関の負荷）
ＧＣＹＬ 要求燃料量

Claims (1)

1. 気筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート燃料噴射弁を有する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、
   前記検出された内燃機関の回転数および負荷に応じて、前記内燃機関に供給すべき要求燃料量を算出する要求燃料量算出手段と、
   当該算出された要求燃料量に応じて、前記噴射モードを、前記筒内燃料噴射弁のみから燃料を噴射する筒内噴射モードと、前記筒内燃料噴射弁および前記ポート燃料噴射弁の双方から燃料を噴射する筒内・ポート噴射モードの一方に決定する噴射モード決定手段と、
   前記内燃機関のクランク角を検出するクランク角検出手段と、
   当該検出されたクランク角が、前記筒内燃料噴射弁および前記ポート燃料噴射弁による燃料の噴射期間を含む所定のクランク角度区間にあるか否かを、前記気筒ごとに判定する判定手段と、
   前記検出されたクランク角が前記所定のクランク角度区間にあると判定された前記気筒に対して、前記噴射モード決定手段による決定に応じた前記噴射モードの切換を禁止する噴射モード切換禁止手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

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