JP2009215909A - 車載内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車室内の静粛性の向上を図りつつ、筒内噴射弁におけるデポジットの堆積を抑制することのできる車載内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１０は、フィードポンプ２０から供給される燃料を吸気ポート１３内に噴射するポート噴射弁１４と、フィードポンプ２０から供給される燃料を高圧ポンプ３０によって昇圧して気筒１１内に直接噴射する筒内噴射弁１２とを備えている。電子制御装置１００は、機関運転状態に基づいて各噴射弁１２，１４による燃料噴射態様を設定するとともに、車室内の騒音レベルが所定レベル未満である旨判定されるときに筒内噴射を禁止してポート噴射のみを実行するように強制的に燃料噴射態様を変更する一方、騒音レベルが所定レベル未満である旨判定されるときであっても筒内噴射弁１２の先端温度が所定温度以上であるときには前記変更を無効化してこれを筒内噴射を含む噴射態様に設定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、フィードポンプから供給される燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射弁と、前記フィードポンプから供給される燃料を高圧ポンプによって昇圧した燃料を燃焼室内に直接噴射する筒内噴射弁とを備える車載内燃機関の制御装置に関する。

燃料を吸気ポートへ噴射するポート噴射弁に加え、高圧ポンプによって昇圧した燃料を燃焼室内へ直接噴射する筒内噴射弁を備えた車載内燃機関が知られている（例えば特許文献１）。

こうした車載内燃機関にあっては、機関運転状態に基づいて各噴射弁から噴射する燃料噴射量の比率を設定し、いずれか一方の噴射弁のみから燃料を噴射したり、各噴射弁からそれぞれ燃料を噴射したりすることによって燃焼に適した混合気を形成し、排気性状や燃費を向上させている。例えば、高負荷運転時には筒内噴射弁から噴射する燃料噴射量の比率を増大させて燃料が燃焼室で霧化するときの吸気冷却作用を利用して吸気充填効率を向上させる。また、燃料が霧化しにくい機関冷間時及び機関低負荷時にあっては、ポート噴射弁から噴射する燃料噴射量の比率を増大させ、吸気ポート内で予め燃料と空気とを混合させることにより、燃焼に適した混合気を形成してこれを燃焼室に導入する。

ところで、こうした車載内燃機関にあっては、フィードポンプから供給される燃料を高圧ポンプによって更に昇圧し、高圧化した燃料を筒内噴射弁から噴射する。そのため、筒内噴射を含む噴射態様で燃料を噴射しているときには高圧ポンプの昇圧動作に起因する作動音、例えば昇圧動作に伴って開閉するスピル弁の着座音等が発生して機関運転に伴う騒音が通常の車載内燃機関よりも大きくなる傾向にある。

そこで、車室内の騒音レベルが所定レベル未満であり、車室内が比較的静かなときには、機関運転状態に応じて設定される噴射比率に基づく燃料噴射態様の変更を禁止して、ポート噴射弁のみから燃料を噴射するよう噴射態様を強制的に変更する構成を採用することも考えられる（例えば特許文献２）。こうした構成を採用すれば、車室内が静かなときには筒内噴射が実行されず、高圧ポンプの昇圧動作が停止されるため、これに起因する作動音の発生が抑制される。そして、機関回転速度や車速がある程度上昇してエンジン音やロードノイズ、走行に伴う風切り音等が大きくなり、車室内の騒音レベルが所定レベル以上になってから筒内噴射を含む噴射態様による燃料噴射が実行されるようになる。これにより、高圧ポンプの昇圧動作に起因する作動音が乗員に聞こえにくくなってから高圧ポンプの昇圧動作が実行されるようになるため、高圧ポンプの昇圧動作に起因する作動音が発生するようになったとしてもその作動音が騒音として認識されにくくなり、車両の静粛性を向上させることができる。
特開平５‐２３１２２１号公報 特開２００６‐２７４９２３号公報

ところで、筒内噴射弁の噴孔周辺には噴射された燃料の一部が付着することがある。機関運転に伴い筒内噴射弁の先端部は高温の燃焼ガスに晒されるため、機関運転に伴ってその温度は次第に上昇する。筒内噴射弁の先端部が高温になると、その熱により噴孔周辺に付着した燃料が変質してその粘性が高くなり、同先端部にデポジットが堆積するようになる。そして、こうしたデポジットの堆積が進行すると、適切な燃料噴霧を形成することができなくなり、ひいては筒内噴射弁から燃料を噴射することができなくなってしまう。もっとも、筒内噴射弁から燃料が噴射されているときには、噴射される燃料の冷却作用によって筒内噴射弁の先端部が冷却されるため、こうしたデポジットの発生は好適に抑制されることとなる。

しかしながら、上述のように車室内が静かなときに筒内噴射を禁止してポート噴射のみを実行するようにした場合には、車室内の騒音レベルが所定レベル以上になるまでは筒内噴射弁から燃料が噴射されないため、上記のような冷却作用が得られない期間が長くなる。その結果、筒内噴射弁の先端部の温度が上昇しやすくなり、デポジットの堆積が進行しやすくなる。

この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は車室内の静粛性の向上を図りつつ、筒内噴射弁におけるデポジットの堆積を抑制することのできる車載内燃機関の制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、フィードポンプから供給される燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射弁と、前記フィードポンプから供給される燃料を高圧ポンプによって昇圧して燃焼室内に直接噴射する筒内噴射弁と、機関運転状態に基づいて前記各噴射弁による燃料噴射態様を設定する噴射態様設定手段と、車室内の騒音レベルが所定レベル未満であるか否かを判定する騒音レベル判定手段と、前記騒音レベルが所定レベル未満である旨判定されるときに筒内噴射を禁止してポート噴射のみを実行するように強制的に前記設定される燃料噴射態様を変更する変更手段とを備えた車載内燃機関の制御装置において、前記筒内噴射弁の先端温度を推定する先端温度推定手段と、前記騒音レベルが所定レベル未満である旨判定されるときであっても前記推定される先端温度が所定温度以上であるときには前記変更手段による前記燃料噴射態様の変更を無効化してこれを筒内噴射を含む噴射態様に設定する無効化手段を備えることをその要旨とする。

上記構成によれば、筒内噴射弁の先端温度が所定温度未満である場合には、車室内の騒音レベルが所定レベル未満である旨の判定に基づいて筒内噴射が禁止され、ポート噴射のみを実行するように強制的に燃料噴射態様が変更される。これにより、高圧ポンプの昇圧動作が停止されるため筒内噴射が禁止されて高圧ポンプの昇圧動作に起因する作動音の発生が抑制されるようになる。一方で筒内噴射弁の先端温度が所定温度以上である場合には、車室内の騒音レベルが低く、高圧ポンプの昇圧動作による作動音が認識されやすい状況下にあっても、筒内噴射を禁止せずに筒内噴射弁による燃料噴射を実行する。これにより、筒内噴射弁の先端温度が高く、デポジットが堆積しやすい状態にあるときには筒内噴射弁の燃料噴射による冷却作用によってその先端部が冷却され、デポジットの堆積が抑制されるようになる。そのため、上記請求項１に記載の発明によれば、車室内の静粛性の向上を図りつつ、筒内噴射弁の先端部にデポジットが堆積することを抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車載内燃機関の制御装置において、前記先端温度推定手段は、機関回転速度及び機関負荷に基づいて前記筒内噴射弁の先端温度を推定することをその要旨とする。

燃焼室内に露出するように設けられる筒内噴射弁の先端部は、機関運転によって発生する燃焼熱の影響によってその温度が上昇する。この燃焼熱の大きさは、機関回転速度、換言すれば時間当たりの燃料噴射回数、並びに機関負荷、換言すれば１回の燃料噴射における燃料噴射量と高い相関を有して変化する。このため、請求項２に記載の発明のように、機関回転速度及び機関負荷に基づいて筒内噴射弁の先端温度を高い精度をもって推定することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の車載内燃機関の制御装置において、前記騒音レベル判定手段は、車速が所定車速未満であることに基づいて前記騒音レベルが所定レベル未満である旨を判定することをその要旨とする。

車速が高くなるほど、ロードノイズや走行に伴う風切り音等が大きくなるため、車室内の騒音レベルが高くなり、高圧ポンプの昇圧動作に起因する作動音は認識されにくくなる。一方で車速が低いときには、こうしたロードノイズや走行に伴う風切り音が小さくなるため、車室内の騒音レベルは低くなる。そのため、請求項３に記載の発明によるように車速に基づいて車室内の騒音レベルを推定し、車速が所定車速未満であることに基づいて車室内の騒音レベルが所定レベル未満である旨を判定することもできる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車載内燃機関の制御装置において、前記騒音レベル判定手段は、機関回転速度が所定回転速度未満であることに基づいて前記騒音レベルが所定レベル未満である旨を判定することをその要旨とする。

機関回転速度が低下するほど、機関運転に伴う騒音は小さくなるため、高圧ポンプの昇圧動作に起因する作動音は認識されやすくなる。そのため、請求項４に記載の発明によるように、機関回転速度に基づいて車室内の騒音レベルを推定し、機関回転速度が所定回転速度未満であることに基づいて車室内の騒音レベルが所定レベル未満である旨を判定することもできる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車載内燃機関の制御装置において、前記騒音レベル判定手段は、車室内に設けられたマイクロフォンを含み、同マイクロフォンによって検出される音の音量が所定音量未満であることに基づいて前記騒音レベルが所定レベル未満である旨を判定することをその要旨とする。

請求項５に記載の発明によるように、車室内にマイクロフォンを設け、同マイクロフォンによって車室内の騒音レベルを直接検出する構成を採用することもできる。こうした構成によれば、同マイクロフォンによって検出される音の音量が所定音量未満であることに基づいて騒音レベルが所定レベル未満である旨を判定することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の車載内燃機関の制御装置において、前記噴射態様設定手段は、所定の機関負荷未満の第１の領域ではポート噴射のみを実行する燃料噴射態様を設定する一方、前記所定の機関負荷以上の第２の領域では筒内噴射を含む燃料噴射態様を設定するものであり、前記騒音レベル判定手段は、機関負荷が前記第１の領域から第２の領域へと移行してからの経過期間が所定期間未満であることに基づいて前記騒音レベルが所定レベル未満である旨を判定することをその要旨とする。

運転者のアクセル操作を通じて機関負荷が増大すると、それに遅れて機関回転速度が上昇する。そのため、機関負荷が増大してからある程度の期間が経過するまでは、機関回転速度が未だに低い状態にあり、車室内の騒音レベルが低いと推定することができる一方、機関負荷が増大してから所定期間が経過した後は車室内の騒音レベルが上昇して高圧ポンプの昇圧動作に起因する作動音は認識されにくくなる。そこで、上記請求項６に記載の発明にあっては、第２の領域に機関負荷が移行してからの経過期間が所定期間未満であることに基づいて車室内の騒音レベルが所定レベル未満である旨判定するようにしている。こうした構成を採用すれば、機関負荷が増大してからの経過期間が短いことに基づいて機関回転速度が未だに上昇していないことを推定し、この推定に基づいて車室内の騒音レベルが所定レベル未満である旨を判定することができる。

以下、この発明にかかる車載内燃機関の制御装置を、内燃機関を統括的に制御する電子制御装置に具体化した一実施形態について、図１〜６を参照して説明する。
図１は本実施形態にかかる電子制御装置１００とその制御対象である内燃機関１０の燃料供給系の構成を示す模式図である。図１の上方に示されるように内燃機関１０は６つの気筒１１を備えたＶ型６気筒エンジンであり、吸気ポート１３内に燃料を噴射するポート噴射弁１４と、各気筒１１内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁１２とをそれぞれ備えている。

これら各噴射弁１２，１４には燃料タンク２１に貯留された燃料が供給される。図１の下方に示されるように燃料タンク２１内にはフィードポンプ２０が設けられている。フィードポンプ２０は、電動式の燃料ポンプであり、機関運転中に所定の圧力にて燃料を吐出する。フィードポンプ２０には、供給通路４１が接続されている。供給通路４１は図１に示されるように途中で分岐しており、一方はポート噴射弁１４が接続された低圧デリバリパイプ１６に接続されている。分岐した供給通路４１の他方は高圧ポンプ３０に接続されており、フィードポンプ２０から吐出された燃料の一部は供給通路４１を通じて高圧ポンプ３０に導入される。尚、供給通路４１には、フィルタ２２が設けられており、燃料に含まれる細かな異物がこのフィルタ２２を通じて取り除かれる。また、供給通路４１にはフィードポンプ２０から吐出された燃料の一部を燃料タンク２１内に戻すリターン通路２３が接続されている。リターン通路２３にはプレッシャレギュレータ２４が設けられており、供給通路４１内の燃料の圧力が所定圧力以上になるとプレッシャレギュレータ２４が開放され、供給通路４１内の燃料の一部が燃料タンク２１に戻される。これにより、供給通路４１内の燃料の圧力が過度に高くなることが抑制され、フィードポンプ２０の駆動に伴って低圧デリバリパイプ１６には所定の圧力にて燃料が供給されるようになる。

供給通路４１を通じて導入された燃料は高圧ポンプ３０によって昇圧される。高圧ポンプ３０の吐出側には、高圧通路４２が接続されている。この高圧通路４２は、筒内噴射弁１２が接続された高圧デリバリパイプ１５に接続されている。これにより、高圧ポンプ３０によって昇圧された燃料は、高圧デリバリパイプ１５内に蓄えられて筒内噴射弁１２を通じて各気筒１１内に直接噴射される。尚、高圧通路４２の高圧ポンプ３０近傍には高圧ポンプ３０側から高圧デリバリパイプ１５側への燃料の流動を許容する一方、高圧デリバリパイプ１５側から高圧ポンプ３０側への燃料の流動を禁止する逆止弁４３が設けられている。この逆止弁４３により、高圧デリバリパイプ１５側から高圧ポンプ３０側への燃料の逆流が抑制されている。

高圧デリバリパイプ１５には、燃料タンク２１に接続されるリリーフ通路４４が接続されている。このリリーフ通路４４には、高圧デリバリパイプ１５内の燃料の圧力が所定の圧力以上になったときに開弁するリリーフ弁４５が設けられている。これにより、高圧デリバリパイプ１５内の燃料の圧力が所定圧力以上になるとこのリリーフ弁４５が開弁し、高圧デリバリパイプ１５内の燃料の一部がリリーフ通路４４を通じて燃料タンク２１に戻される。

このように構成された本実施形態にかかる燃料供給系は、内燃機関１０を統括的に制御する電子制御装置１００によって制御される。電子制御装置１００には、機関冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ６０、機関回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ６１、内燃機関１０の吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ６２、車速ＳＰＤを検出する車速センサ６３、運転者によるアクセル操作量ＡＣＣＰを検出するアクセルポジションセンサ６４等が接続されている。

電子制御装置１００は、これら各種センサ６０〜６４から出力される信号を取り込み、各種演算処理を実行してその結果に基づいて機関各部を制御する。具体的には、機関回転速度ＮＥ及びアクセル操作量ＡＣＣＰに基づいて吸気通路に設けられたスロットルバルブを制御して吸入空気量ＧＡを調量するとともに、吸入空気量ＧＡに併せて筒内噴射弁１２及びポート噴射弁１４を制御して燃料噴射量を調量する。

また、機関回転速度ＮＥと負荷率ＫＬとに基づいて各噴射弁１２，１４から噴射する燃料噴射量の比率を設定し、この噴射比率に基づいて各噴射弁１２，１４からそれぞれ燃料を噴射することにより、機関運転状態に応じて燃料噴射態様を変更する。尚、このとき機関運転状態によっては筒内噴射弁１２のみ、またはポート噴射弁１４のみから燃料を噴射することもある。

また、電子制御装置１００は、筒内噴射弁１２から噴射する燃料の量に応じて高圧ポンプ３０から高圧デリバリパイプ１５へと圧送する燃料の量を調量する。以下、図２を参照して高圧ポンプ３０の構成を詳しく説明し、この圧送量の調量態様を説明する。尚、図２（ａ），（ｂ）は昇圧動作にかかる高圧ポンプ３０の作動態様を示す模式図である。

図２（ａ）に示されるように高圧ポンプ３０はシリンダ３１を有しており、このシリンダ３１及びこれに内挿されたプランジャ３２によって加圧室３３が区画形成されている。また、プランジャ３２における加圧室３３と反対側の端部には、リフタ３４が固定されている。このリフタ３４はスプリング３５の付勢力によって内燃機関１０の吸気カムシャフト５０に固定された駆動カム５１に当接されている。これにより、プランジャ３２は吸気カムシャフト５０とともに回動する駆動カム５１の作用によってシリンダ３１内を周期的に往復動する。

加圧室３３と供給通路４１とが接続される部分には、供給通路４１と加圧室３３との間を閉塞・開放するスピル弁３６が設けられている。スピル弁３６は、スプリング３８によって開弁方向に付勢されている。そして、スピル弁３６は、電子制御装置１００からの制御指令に基づいて励磁されるソレノイド３９の電磁力によりスプリング３８の付勢力に抗して閉弁される。

このように構成された高圧ポンプ３０にあっては、図２（ａ）に示されるように駆動カム５１の回転に伴ってプランジャ３２が下降するときにスピル弁３６が開弁される。これにより、フィードポンプ２０から吐出された燃料が加圧室３３に導入される。そして、図２（ｂ）に示されるように駆動カム５１の回転に伴ってプランジャ３２が上昇するときにスピル弁３６が閉弁され、プランジャ３２の上昇に伴って加圧室３３内の燃料が加圧される。これにより、加圧室３３内の燃料の圧力が高圧デリバリパイプ１５内の燃料の圧力よりも大きくなると逆止弁４３が開弁し、加圧された燃料が高圧デリバリパイプ１５に供給されるようになる。

電子制御装置１００は、筒内噴射弁１２からの燃料噴射量に基づいてスピル弁３６の閉弁時期を変更することにより、高圧デリバリパイプ１５内の燃料の圧力を燃料噴射に適した圧力に保持するように高圧ポンプ３０による燃料の圧送量を調量する。具体的には、筒内噴射弁１２からの燃料噴射量が多くなるほど、プランジャ３２が上昇する間にスピル弁３６が閉弁している期間が長くなるようにスピル弁３６の閉弁時期を設定する。これにより、燃料噴射量が多いときにはその分だけ多くの燃料が高圧デリバリパイプ１５に圧送されるようになり、高圧デリバリパイプ１５内の燃料の圧力が保持されるようになる。尚、筒内噴射を実行しない場合には、スピル弁３６は開放状態に保持される。これにより、高圧ポンプ３０による昇圧動作が停止され、逆止弁４３が閉弁状態に保持されて高圧ポンプ３０から高圧デリバリパイプ１５への燃料の供給が停止される。このとき、プランジャ３２の上下動によって加圧室３３内の燃料の圧力が増大すると供給通路４１側に燃料が逆流し、プレッシャレギュレータ２４から余分な燃料が燃料タンク２１内に戻されるようになる。

ところで、高圧ポンプ３０において昇圧動作が行われているときには、上述したようにスピル弁３６及び逆止弁４３の開閉が繰り返されることとなる。そのため、筒内噴射が実行されており、昇圧動作が行われているときにはこれらスピル弁３６及び逆止弁４３の着座音が発生することとなる。特にアイドル運転時等にあっては車室内が比較的静かであるため、こうした着座音が乗員に聞こえやすく、こうした着座音が騒音として認識されやすい。

そこで、車室内が比較的静かなときには、機関運転状態に応じて設定される噴射比率に基づく燃料噴射態様の変更を禁止して、ポート噴射弁１４のみから燃料を噴射するよう噴射態様を強制的に変更する構成を採用することも考えられる。こうした構成を採用すれば、車室内が静かなときには筒内噴射が実行されず、高圧ポンプ３０の昇圧動作が停止されるため、これに起因するスピル弁３６及び逆止弁４３の着座音の発生が抑制されるようになる。そして、エンジン音やロードノイズ、走行に伴う風切り音等が大きくなり、車室内の騒音レベルが所定レベル以上になってから筒内噴射を含む噴射態様による燃料噴射が実行されるようになる。これにより、スピル弁３６及び逆止弁４３の着座音が発生した場合であっても、これが聞こえにくい状況になってから筒内噴射が実行され、高圧ポンプ３０の昇圧動作が実行されるようになる。そのため、高圧ポンプ３０の昇圧動作に伴い着座音が発生するようになったとしてもそれが騒音として認識されにくくなり、車両の静粛性を向上させることができるようになる。

ところで、筒内噴射弁１２の噴孔周辺には噴射された燃料の一部が付着することがある。機関運転に伴い筒内噴射弁１２の先端部は高温の燃焼ガスに晒されるため、機関運転に伴ってその温度は次第に上昇する。筒内噴射弁１２の先端部が高温になると、その熱により噴孔周辺に付着した燃料が変質してその粘性が高くなり、同先端部にデポジットが堆積するようになる。そして、こうしたデポジットの堆積が進行すると、適切な燃料噴霧を形成することができなくなり、ひいては筒内噴射弁１２から燃料を噴射することができなくなってしまう。もっとも、筒内噴射弁１２から燃料が噴射されているときには、噴射される燃料の冷却作用によって筒内噴射弁１２の先端部が冷却されるため、こうしたデポジットの発生は好適に抑制されることとなる。

しかしながら、上述のように車室内が静かなときに筒内噴射を禁止してポート噴射のみを実行するようにした場合には、車室内の騒音レベルが所定レベル以上になるまでは筒内噴射弁１２から燃料が噴射されないため、上記のような冷却作用が得られない期間が長くなる。その結果、筒内噴射弁１２の先端部の温度が上昇しやすくなり、デポジットの堆積が進行しやすくなる。

こうした不都合を抑制すべく、本実施形態の内燃機関１０にあっては、車室内の騒音レベルに加えて、筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨを推定し、これらに基づいて筒内噴射の実行の可否を判定するようにしている。

以下、図３〜５を参照して本実施形態の燃料噴射制御について説明する。尚、図３は本実施形態の燃料噴射制御の一連の処理の流れを示すフローチャートである。
この制御は機関運転中に電子制御装置１００によって所定の制御周期で繰り返し実行される。図３に示されるように、この制御が開始されると電子制御装置１００はまずステップＳ１００において、機関回転速度ＮＥと負荷率ＫＬとに基づいて各噴射弁１２，１４から噴射する燃料噴射量の比率である噴射比率を算出する。この噴射比率の算出は、図４に示されるような演算マップを参照して行う。

図４に示されるように本実施形態の内燃機関１０にあっては、機関回転速度ＮＥ及び負荷率ＫＬがともに小さいアイドル運転時等の低負荷低回転領域では、噴射比率を筒内噴射「０」、ポート噴射「１０」に設定し、ポート噴射弁１４のみによって燃料を噴射する。また、高負荷高回転領域では、噴射比率を筒内噴射「１０」、ポート噴射「０」に設定し、筒内噴射弁１２のみによって燃料を噴射することにより、燃料の霧化による吸気冷却作用を利用して吸気の充填効率の向上を図る。そして、図４に示されるようにその間の運転領域にあっては、筒内噴射弁１２とポート噴射弁１４の双方から燃料を噴射する。このとき、機関回転速度ＮＥ及び負荷率ＫＬに基づいて設定される各噴射弁１２，１４からの噴射比率は、燃焼に最適な混合気を形成することができるように予め行う実験の結果に基づいてマップに設定されている。

こうしてステップＳ１００において噴射比率を算出すると、ステップＳ１１０へと進む。そして、ステップＳ１１０において、機関回転速度ＮＥと負荷率ＫＬとに基づいて筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨを算出する。この先端温度ＴＨの算出は、図５に示されるような演算マップを参照して行う。図５に示されるようにこの演算マップには機関回転速度ＮＥと負荷率ＫＬの関数として気筒１１内における燃焼熱の大きさを表すパラメータＴＨｐ（ｉ）が記憶されている。一般に機関回転速度ＮＥが高いほど単位時間当たりの燃料噴射回数が増大し、負荷率ＫＬが大きいほど１回の燃料噴射における燃料噴射量が増大するため、気筒１１内における燃焼熱は大きくなる。そのため、このマップにあっては、基本的に図５に矢印で示されるように機関回転速度ＮＥが高いほど、また負荷率ＫＬが大きいほど大きな値が算出されるように機関回転速度ＮＥ及び負荷率ＫＬに対するパラメータＴＨｐ（ｉ）の値が設定されている。

そして、ステップＳ１１０では、現在の機関回転速度ＮＥ及び負荷率ＫＬに基づいてこの演算マップからパラメータＴＨｐ（ｉ）を読み出し、下式（１）に示されるようになまし処理を実行する。

ＴＨ←｛（ｎ−１）ＴＨ（ｉ−１）＋ＴＨｐ（ｉ）｝／ｎ…（１）
ｎ：２以上の整数
ＴＨ（ｉ−１）：前回の演算周期に算出された先端温度
すなわち、前回の演算周期において算出された先端温度ＴＨ（ｉ−１）に対して「（ｎ−１）／ｎ」、現在の演算周期において読み出されたパラメータＴＨｐ（ｉ）に対して「１／ｎ」をそれぞれ乗じて重み付けを行い、それらの加算値を現在の先端温度ＴＨとして算出する。

こうしてステップＳ１１０において、筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨを算出すると、ステップＳ１２０へと進む。ステップＳ１２０では、車速ＳＰＤが基準車速ＳＰＤｓｔよりも小さいか否かを判定する。この基準車速ＳＰＤｓｔは、車速ＳＰＤがこの基準車速ＳＰＤｓｔ以上であることに基づいて、ロードノイズや走行に伴う風切り音等が大きくなって車室内の騒音レベルが所定レベル以上になり、高圧ポンプ３０の昇圧動作に伴う着座音が聞こえにくい状況である旨を推定することのできる値として予め行う実験等の結果に基づいて設定されている。

ステップＳ１２０において、車速ＳＰＤが基準車速ＳＰＤｓｔよりも小さい旨の判定がなされた場合（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、すなわち車室内の騒音レベルが所定レベル未満である旨推定される場合には、ステップＳ１３０へと進む。そして、ステップＳ１３０では、ステップＳ１１０において算出した先端温度ＴＨが許容温度ＴＨｄｉ以上であるか否かを判定する。この許容温度ＴＨｄｉは、先端温度ＴＨがこの許容温度ＴＨｄｉ以上になってことに基づいて筒内噴射弁１２の先端部にデポジットが堆積しやすい状況になりつつある旨を推定することのできる値として予め行う実験等の結果に基づいて設定されている。

ステップＳ１３０において、筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨが許容温度ＴＨｄｉ未満である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１３０：ＮＯ）、すなわち筒内噴射弁１２の先端部にデポジットが堆積しやすい状況ではない旨判定された場合には、ステップＳ１４０へと進む。そして、ステップＳ１００において算出された噴射比率に関わらず、筒内噴射を禁止してポート噴射弁１４のみから燃料を噴射する。こうして燃料噴射を実行すると、電子制御装置１００はこの処理を一旦終了する。

これに対して、ステップＳ１３０において、筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨが許容温度ＴＨｄｉ以上である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、すなわち筒内噴射弁１２の先端部にデポジットが堆積しやすい状況になりつつある旨判定された場合には、ステップＳ１５０へと進む。そして、ステップＳ１５０では、筒内噴射を禁止せず、ステップＳ１００において算出された噴射比率に基づいて筒内噴射を含む燃料噴射態様で燃料噴射を行う。こうして燃料噴射を実行すると、電子制御装置１００はこの処理を一旦終了する。

また、ステップＳ１２０において、車速ＳＰＤが基準温度ＳＰＤｓｔ以上である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）、すなわち車室内の騒音レベルが所定レベル以上である旨推定された場合には、ステップＳ１５０へと進み、噴射比率に基づいて燃料噴射を行う。

こうした燃料噴射制御の作用について図６を参照して説明する。図６は本実施形態にかかる燃料噴射制御における車速ＳＰＤ及び筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨと、筒内噴射の実行の可否との関係を示すタイミングチャートである。

例えば車両が停車状態から加速していく際には、燃料噴射量が増大されて各気筒１１における燃焼熱が増大する。そのため、図６の下段に一点鎖線で示されるように筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨは次第に上昇していく。また、図６の中段に示されるように車速ＳＰＤが上昇し、車両は加速していく。このとき、車速ＳＰＤが基準車速ＳＰＤｓｔ未満であり、且つ先端温度ＴＨが許容温度ＴＨｄｉ未満であるため、筒内噴射は禁止され、ポート噴射のみが実行されることとなる。これにより、車速ＳＰＤが基準車速ＳＰＤｓｔ未満であることに基づいて、車室内の騒音レベルが所定レベル未満である旨判定されている間、すなわち車室内が比較的静かであり高圧ポンプ３０の昇圧動作に起因するスピル弁３６及び逆止弁４３の着座音が認識されやすいときには、高圧ポンプ３０の昇圧動作が停止されるようになる。そして、時刻Ｔ２において車速ＳＰＤが基準車速ＳＰＤｓｔ以上になると、図６の上段に一点鎖線で示されるように筒内噴射の実行が許可されて、噴射比率に基づく燃料噴射態様で燃料噴射が実行されるようになる。

また、図６の下段に実線で示されるように、先端温度ＴＨが速やかに上昇し、車速ＳＰＤが基準車速ＳＰＤｓｔ未満であっても筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨが許容温度ＴＨｄｉ以上になったとき（時刻Ｔ１）には、これに基づいて図６の上段に実線で示されるように禁止されていた筒内噴射が許可されるようになる。こうして筒内噴射の実行が許可されると、機関運転状態に基づいて算出される噴射比率に基づいて筒内噴射が実行されるようになり、筒内噴射弁１２から燃料が噴射されるようになる。これにより、噴射された燃料の冷却作用により筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨは図６の下段に実線で示されるようにその上昇が抑制されるようになる。尚、このように車速ＳＰＤが基準車速ＳＰＤｓｔ以上になる前に筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨが許容温度ＴＨｄｉ以上になる状況は、登坂走行時等のように機関回転速度ＮＥ及び負荷率ＫＬが大きいにも関わらず、車速ＳＰＤが上昇しにくい状況で発生しやすい。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨが基準温度ＴＨｓｔ未満である場合には、車室内の騒音レベルが所定レベル未満である旨の判定に基づいて筒内噴射が禁止され、ポート噴射のみを実行するように強制的に燃料噴射態様が変更される。これにより、高圧ポンプ３０の昇圧動作が停止されるため筒内噴射が禁止されて高圧ポンプ３０の昇圧動作に起因するスピル弁３６及び逆止弁４３の着座音の発生が抑制されるようになる。一方で筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨが基準温度ＴＨｓｔ以上である場合には、車室内の騒音レベルが低く、高圧ポンプ３０の昇圧動作による着座音が認識されやすい状況下にあっても、筒内噴射を禁止せずに筒内噴射弁１２による燃料噴射を実行する。これにより、筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨが高く、デポジットが堆積しやすい状態にあるときには筒内噴射弁１２の燃料噴射による冷却作用によってその先端部が冷却され、先端温度ＴＨの上昇が抑制されてデポジットの堆積が抑制されるようになる。そのため、上記構成によれば、車室内の静粛性の向上を図りつつ、筒内噴射弁１２の先端部にデポジットが堆積することを抑制することができる。

（２）気筒１１内に露出するように設けられる筒内噴射弁１２の先端部は、機関運転によって発生する燃焼熱の影響によってその温度が上昇する。この燃焼熱の大きさは、機関回転速度ＮＥ、換言すれば時間当たりの燃料噴射回数、並びに負荷率ＫＬ、換言すれば１回の燃料噴射における燃料噴射量と高い相関を有して変化する。このため、上記実施形態のように機関回転速度ＮＥ及び負荷率ＫＬに基づいて筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨを推定する構成によれば、筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨを高い精度をもって推定することができるようになる。

（３）車速ＳＰＤが高くなるほど、ロードノイズや走行に伴う風切り音等が大きくなるため、車室内の騒音レベルが高くなり、高圧ポンプ３０の昇圧動作に起因する作動音は認識されにくくなる。一方で車速ＳＰＤが低いときには、こうしたロードノイズや走行に伴う風切り音が小さくなるため、車室内の騒音レベルは低くなる。そのため、上記実施形態のように車速ＳＰＤに基づいて車室内の騒音レベルを推定し、車速ＳＰＤが基準車速ＳＰＤｓｔ未満であることに基づいて車室内の騒音レベルが所定レベル未満である旨を判定することができる。こうした構成によれば、騒音を検出するためのセンサ等を新たに追加することなく、比較的容易な構成で騒音レベルを判定することができるようになる。

尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨを推定する先端温度推定手段として機関回転速度ＮＥ及び負荷率ＫＬに基づいて筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨ推定する構成を示したが、先端温度推定手段の構成はこうした構成に限定されるものではない。その他、例えば気筒１１内の温度と高い相関を有する燃料噴射量や吸入空気量ＧＡに基づいて筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨを推定することもできる。

・また、内燃機関１０のシリンダヘッドにおいて筒内噴射弁１２の近傍に温度センサを設け、同温度センサの検出値に基づいて筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨを直接検出する方法や、気筒１１内の圧力を検出する筒内圧センサを設け、検出される気筒１１内の圧力に基づいて先端温度ＴＨを推定する方法を採用することもできる。

・上記実施形態では、騒音レベル判定手段として、車速ＳＰＤが基準車速ＳＰＤｓｔ未満であることに基づいて車室内の騒音レベルが所定レベル未満である旨を判定する構成を示したが、騒音レベル判定手段の構成は適宜変更することができる。例えば、機関回転速度ＮＥが低下するほど、機関運転に伴う騒音は小さくなるため、機関回転速度ＮＥに基づいて車室内の騒音レベルを推定し、機関回転速度ＮＥが所定回転速度未満であることに基づいて車室内の騒音レベルが所定レベル未満である旨を判定することもできる。尚、こうした構成を採用する場合にあっては、図３を参照して説明した燃料噴射制御のステップＳ１２０に替えて、機関回転速度ＮＥが以上であるか否かを判定するようにすればよい。

・また、車室内にマイクロフォンを設け、同マイクロフォンによって車室内の騒音レベルを直接検出する構成を採用することもできる。こうした構成によれば、同マイクロフォンによって検出される音の音量が所定音量未満であることに基づいて騒音レベルが所定レベル未満である旨を判定することができる。尚、こうした構成を採用する場合にあっては、図３を参照して説明した燃料噴射制御のステップＳ１２０に替えて、マイクロフォンによって検出される音量が所定音量以上であるか否かを判定するようにすればよい。

・また、運転者のアクセル操作を通じて機関負荷が増大すると、それに遅れて機関回転速度ＮＥが上昇する。そのため、機関負荷が増大してからある程度の期間が経過するまでは、機関回転速度ＮＥが未だに低い状態にあり、車室内の騒音レベルが低いと推定することができる。また一方で、機関負荷が増大してから所定期間が経過した後は車室内の騒音レベルが上昇して高圧ポンプ３０の昇圧動作に起因する着座音は認識されにくくなる。そこで、ポート噴射のみを実行する運転領域から筒内噴射を実行する運転領域へと移行してからの経過期間が所定期間未満であることに基づいて騒音レベルが所定レベル未満である旨判定する構成を採用することもできる。こうした構成を採用すれば、機関負荷が増大してからの経過期間が短いことに基づいて機関回転速度が未だに上昇していないことを推定し、この推定に基づいて車室内の騒音レベルが所定レベル未満である旨判定することができる。

こうした構成を採用する場合には、図３を参照して説明した燃料噴射制御に替えて、図７に示されるような燃料噴射制御を実行すればよい。具体的には、図７に示されるように上記実施形態と同様にステップＳ１００において機関回転速度ＮＥ及び負荷率ＫＬに基づいて噴射比率を算出し、ステップＳ１１０において機関回転速度ＮＥ及び負荷率ＫＬに基づいて筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨを算出する。

そして、ステップＳ２００において、現在の運転領域が筒内噴射を実行する運転領域にあるか否かを判定する。尚、ここでは、ステップＳ１００で算出された噴射比率において筒内噴射の比率が「０」である場合に現在の運転領域が筒内噴射を実行する領域にはない旨の判定がなされる。

ステップＳ２００において、現在の運転領域が筒内噴射を実行する運転領域にはない旨の判定がなされた場合（ステップＳ２００：ＮＯ）には、ステップＳ２５０へと進み、ポート噴射弁１４のみによって燃料を噴射する。

一方、ステップＳ２００において、筒内噴射を実行する運転領域にある旨の判定がなされた場合（ステップＳ２００：ＹＥＳ）には、ステップＳ２１０へと進む。そして、ステップＳ２１０において、筒内噴射を実行する運転領域に移行してからの経過期間が所定期間以上であるか否かを判定する。

ステップＳ２１０において、筒内噴射を実行する運転領域に移行したばかりであり、移行してからの経過期間が所定期間未満である旨の判定がなされた場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）、すなわち機関回転速度ＮＥが未だに低い状態にあり、車室内の騒音レベルが所定レベル未満である旨推定される場合には、ステップＳ２２０へと進む。そして、ステップＳ２２０において、筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨが許容温度ＴＨｄｉ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ２２０において、筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨが許容温度ＴＨｄｉ未満である旨の判定がなされた場合（ステップＳ２２０：ＮＯ）には、ステップＳ２３０へと進み、筒内噴射を禁止する。そして、ステップＳ２５０へと進み、ポート噴射弁１４のみによって燃料噴射を実行する。

一方、ステップＳ２２０において、筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨが許容温度ＴＨｄｉ以上である旨の判定がなされた場合（ステップＳ２２０：ＹＥＳ）には、ステップＳ２４０へと進み、筒内噴射を禁止せずに、算出された噴射比率に基づいて燃料噴射を実行する。

また、ステップＳ２１０において、筒内噴射を実行する運転領域に移行してからの経過期間が所定期間以上である旨の判定がなされた場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、すなわち機関回転速度ＮＥがすでにある程度上昇しており、車室内の騒音レベルが所定レベル以上である旨推定される場合には、ステップＳ２４０へと進む。そして、算出された噴射比率に基づいて燃料噴射を実行する。

こうした構成を採用すれば、機関負荷が増大してからの経過期間が短いことに基づいて機関回転速度ＮＥが未だに上昇していないことを推定し、この推定に基づいて車室内の騒音レベルが所定レベル未満である旨判定することができる。そして、この判定に基づいて筒内噴射の実行を禁止し、高圧ポンプ３０の昇圧動作に起因する騒音を抑制することができる。また一方で、筒内噴射を実行する運転領域に移行してからの経過期間が短いことに基づいて騒音レベルが所定レベル未満である旨判定された場合であっても、筒内噴射弁１２の先端温度ＴＨが許容温度ＴＨｄｉ以上である旨の判定がなされた場合には筒内噴射が許可されるため、筒内噴射弁１２へのデポジットの堆積を抑制することができるようになる。

・また、騒音レベル判定手段として、異なる判定方法を複数組み合わせて判定を行う構成を採用することもできる。例えば、車速ＳＰＤに基づいて騒音レベルを推定する方法と、マイクロフォンによって車室内の音を直接検出する方法とを組み合わせて騒音レベルを推定することもできる。こうした構成を採用する場合には、例えば、いずれか一方の方法によって騒音レベルが所定レベル未満である旨の判定がなされたときに最終的に騒音レベルが所定レベル未満である旨の判定を行う構成を採用することができる。また、その他、双方の方法によって騒音レベルが所定レベル未満である旨の判定がなされたときに最終的に騒音レベルが所定レベル未満である旨の判定を行う構成等も採用することもでき、その判定方法は適宜変更することができる。

・その他、車両の窓が開いているか否か、また、オーディオやエアコンが稼働しているか否かによっても車室内の騒音レベルは変化するため、こうした要因を考慮した上で騒音レベルの判定を行う構成を採用することもできる。

・上記実施形態では噴射態様設定手段として、予め運転領域に基づいて燃料噴射態様が設定された演算マップを参照し、低負荷低回転のアイドル運転領域にあってはポート噴射のみを実行し、高負荷高回転領域にあっては筒内噴射のみを実行するように噴射態様を設定する例を示したがこれは噴射態様設定手段の一例である。つまり、噴射態様設定手段は適宜変更することができる。例えば、高負荷高回転領域にあっても、筒内噴射とポート噴射とをともに実行する燃料噴射態様や、アイドル運転領域にあっても筒内噴射を実行する内燃機関であっても本願発明を適用することができる。すなわち、燃料噴射態様の設定方法やその変更態様によらず、機関運転状態に応じた燃料噴射態様の変更に伴って高圧ポンプ３０の昇圧動動作に伴う騒音が発生するものであれば本願発明を適用することができる。

・上記実施形態では、スピル弁３６を開放状態に保持することによって、高圧ポンプ３０の昇圧動作を停止する構成を示したが、これは高圧ポンプ３０の昇圧動作を停止する方法の一例であり、本願発明はこうした構成に限定されるものではない。例えば、その他、吸気カムシャフト５０と高圧ポンプ３０の駆動カム５１との連結を断接するクラッチを設け、同クラッチによって吸気カムシャフト５０と駆動カム５１との連結を解除することによって高圧ポンプ３０の駆動を停止する構成を採用することもできる。

・また、電動式の高圧ポンプを備える内燃機関にあっては、高圧ポンプへの電力の供給を停止して高圧ポンプの駆動を停止する構成を採用することもできる。

この発明の一実施形態にかかる車載内燃機関の電子制御装置と、その制御対象である燃料供給系の概略構成を示す模式図。 （ａ），（ｂ）は高圧ポンプの昇圧動作にかかる作動態様を示す模式図。 同実施形態にかかる燃料噴射制御の一連の処理の流れを示すフローチャート。 機関回転速度及び負荷率と燃料噴射態様との関係を示すマップ。 機関回転速度及び負荷率と筒内噴射弁の先端温度との関係を示すマップ。 車速及び筒内噴射弁の先端温度と筒内噴射の実行可否との関係を示すタイミングチャート。 本実施形態の変更例にかかる燃料噴射制御の一連の処理の流れを示すフローチャート。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…気筒、１２…筒内噴射弁、１３…吸気ポート、１４…ポート噴射弁、１５…高圧デリバリパイプ、１６…低圧デリバリパイプ、２０…フィードポンプ、２１…燃料タンク、２２…フィルタ、２３…リターン通路、２４…プレッシャレギュレータ、３０…高圧ポンプ、３１…シリンダ、３２…プランジャ、３３…加圧室、３４…リフタ、３５…スプリング、３６…スピル弁、３８…スプリング、３９…ソレノイド、４１…供給通路、４２…高圧通路、４３…逆止弁、４４…リリーフ通路、４５…リリーフ弁、５０…吸気カムシャフト、５１…駆動カム、６０…水温センサ、６１…回転速度センサ、６２…エアフロメータ、６３…車速センサ、６４…アクセルポジションセンサ、１００…電子制御装置。

Claims (6)

1. フィードポンプから供給される燃料を吸気ポート内に噴射するポート噴射弁と、前記フィードポンプから供給される燃料を高圧ポンプによって昇圧して燃焼室内に直接噴射する筒内噴射弁と、機関運転状態に基づいて前記各噴射弁による燃料噴射態様を設定する噴射態様設定手段と、車室内の騒音レベルが所定レベル未満であるか否かを判定する騒音レベル判定手段と、前記騒音レベルが所定レベル未満である旨判定されるときに筒内噴射を禁止してポート噴射のみを実行するように強制的に前記設定される燃料噴射態様を変更する変更手段とを備えた車載内燃機関の制御装置において、
   前記筒内噴射弁の先端温度を推定する先端温度推定手段と、
   前記騒音レベルが所定レベル未満である旨判定されるときであっても前記推定される先端温度が所定温度以上であるときには前記変更手段による前記燃料噴射態様の変更を無効化してこれを筒内噴射を含む噴射態様に設定する無効化手段を備える
   ことを特徴とする車載内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の車載内燃機関の制御装置において、
   前記先端温度推定手段は、機関回転速度及び機関負荷に基づいて前記筒内噴射弁の先端温度を推定する
   ことを特徴とする車載内燃機関の制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車載内燃機関の制御装置において、
   前記騒音レベル判定手段は、車速が所定車速未満であることに基づいて前記騒音レベルが所定レベル未満である旨を判定する
   ことを特徴とする車載内燃機関の制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の車載内燃機関の制御装置において、
   前記騒音レベル判定手段は、機関回転速度が所定回転速度未満であることに基づいて前記騒音レベルが所定レベル未満である旨を判定する
   ことを特徴とする車載内燃機関の制御装置。
5. 前記騒音レベル判定手段は、車室内に設けられたマイクロフォンを含み、同マイクロフォンによって検出される音の音量が所定音量未満であることに基づいて前記騒音レベルが所定レベル未満である旨を判定する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の車載内燃機関の制御装置。
6. 前記噴射態様設定手段は、所定の機関負荷未満の第１の領域ではポート噴射のみを実行する燃料噴射態様を設定する一方、前記所定の機関負荷以上の第２の領域では筒内噴射を含む燃料噴射態様を設定するものであり、
   前記騒音レベル判定手段は、機関負荷が前記第１の領域から第２の領域へと移行してからの経過期間が所定期間未満であることに基づいて前記騒音レベルが所定レベル未満である旨を判定する
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の車載内燃機関の制御装置。

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