JP2010053738A - 内燃機関の燃料供給装置および燃料噴射制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気通路噴射用インジェクタのみの燃料噴射から筒内噴射用インジェクタ使用の燃料噴射への切替えの際に発生する、内燃機関の作動音の急激な増加による変音感を軽減する。
【解決手段】吸気通路噴射用インジェクタ１２０と筒内噴射用インジェクタ１１０とを備える内燃機関において、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみでの燃料噴射期間から筒内噴射用インジェクタ１１０を使用する燃料噴射期間への遷移時に、吸気通路噴射用インジェクタ１２０による燃料噴射を複数回に分割する分割噴射を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料供給装置および燃料噴射制御方法に関し、より特定的には吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射手段と筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段とを備える内燃機関の燃料噴射制御に関する。

内燃機関の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、燃焼室内に燃料を直接噴射するための筒内噴射用インジェクタとを備え、内燃機関の回転数や内燃機関の負荷に応じて筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとで燃料を噴き分ける内燃機関が、たとえば特開２００５−３５１１５２公報（特許文献１）に記載されている。この筒内噴射用インジェクタを含む高圧燃料系統においては、高圧燃料ポンプで燃料圧力が高められた燃料がデリバリーパイプを介して筒内噴射用インジェクタに供給され、筒内噴射用インジェクタは内燃機関の各気筒の燃焼室内に高圧燃料を噴射する。

特に特許文献１では、吸気通路噴射インジェクタのみでの燃料噴射から筒内噴射インジェクタ使用の燃料噴射への切替えの際、その切替え直前のタイミングで、吸気通路噴射インジェクタのみで燃料噴射する運転条件であっても、事前に高圧燃料系統の電磁スピル弁を動作させることにより作動音を発生させて、乗員に与える変音感を軽減させる構成が記載されている。
特開２００５−３５１１５２公報 特開２００８−８１０８７公報 特開２００４−１１５０１公報 特開２００６−１８３５３７公報

しかしながら、特許文献１に開示された装置では、高圧燃料系統の電磁スピル弁の作動音に着目し、吸気通路噴射インジェクタのみでの燃料噴射から筒内噴射インジェクタ使用の燃料噴射への切替えの際の変音感の軽減を図っている。このため、電磁スピル弁以外の部品による作動音の影響が大きい場合には、変音感を十分に軽減できない可能性がある。

本発明の目的は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、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を備える内燃機関において、吸気通路噴射インジェクタのみでの燃料噴射期間から筒内噴射インジェクタ使用の燃料噴射期間への遷移時に、車両乗員に与える変音感を軽減することである。

本発明に係る内燃機関の燃料供給装置は、第１の燃料供給手段と第２の燃料供給手段とこれらの燃料供給手段を制御する燃料噴射制御手段とを備えており、第１の燃料供給手段は内燃機関の吸気通路内への燃料噴射を行い、第２の燃料供給手段は、第１の燃料供給手段よりも高い圧力で内燃機関の燃焼室の筒内に直接燃料噴射を行う。また、上記の燃料噴射制御手段は、内燃機関の運転状態に基づいて、第１の燃料供給手段のみによって燃料を噴射する運転条件から第２の燃料供給手段を使用して燃料を噴射する運転条件への切替判定を行う手段を含んでいる。さらに上記切替判定に従い、第１の燃料供給手段のみによって燃料を噴射する第１の運転期間から第２の燃料供給手段を使用して燃料を噴射する第２の運転期間への遷移期間に、内燃機関の１燃焼サイクル中の第１の燃料供給手段による燃料噴射回数を第１の運転期間よりも増加させるように、第１の燃料供給手段による燃料噴射を複数回に分割する分割噴射を行う手段を含んでいる。

また、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御方法は、内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射する第１の燃料供給手段と、第１の燃料供給手段よりも高い圧力で内燃機関の燃焼室の筒内に直接燃料を噴射する第２の燃料供給手段とを備えた内燃機関において、内燃機関の運転状態に基づいて、第１の燃料供給手段のみによって燃料を噴射する運転条件から第２の燃料供給手段を使用して燃料を噴射する運転条件への切替判定を行うステップを含んでいる。さらに上記切替判定に従った、第１の燃料供給手段のみによって燃料を噴射する第１の運転期間から第２の燃料供給手段を使用して燃料を噴射する第２の運転期間への遷移期間に、内燃機関の１燃焼サイクル中の第１の燃料供給手段による燃料噴射回数を第１の運転期間よりも増加させるように、第１の燃料供給手段による燃料噴射を複数回に分割する分割噴射を行うステップとを含んでいる。

上記の内燃機関の燃料供給装置あるいは燃料噴射制御方法では、第１の燃料噴射期間（全燃料を吸気通路噴射用インジェクタから噴射）から第２の燃料噴射期間（少なくとも一部の燃料を筒内噴射用インジェクタから噴射）への移行時に、第１の燃料噴射期間よりも燃料噴射回数（すなわち、燃料噴射手段の開閉回数）を増加させる態様にて第１の燃料噴射手段のみによる燃料噴射（分割噴射）を行なう遷移期間を設けることができる。この結果、当該遷移期間では、第１および第２の燃料噴射期間のそれぞれでの作動音の中間レベルの作動音を生じるので、燃料噴射切替時に急激かつ大幅に作動音が増大することを回避して、車両乗員に与える変音感を軽減することができる。

好ましくは、上記の内燃機関の燃料供給装置あるいは燃料噴射制御方法は、第１の燃料供給手段のみによって燃料を供給する運転条件から、第２の燃料供給手段を使用して燃料を供給する運転条件への切替判定に用いる内燃機関の運転状態に、内燃機関の回転数と負荷率を使用する。

さらに好ましくは、上記の内燃機関の燃料供給装置あるいは燃料噴射制御方法は、上記の構成に加えて内燃機関の回転数に応じて、分割を行なう期間を可変とする機能またはステップを含む。

このようにすると、内燃機関の作動音レベルが内燃機関の回転数に応じて変化するのに対応させて、分割噴射による中間レベルの作動音の出力期間を変化させることできる。この結果、燃料噴射切替時における変音感をさらに軽減することができる。

本発明によれば、吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射手段と筒内に燃料を直接する燃料噴射手段とを備える内燃機関において、吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射手段のみでの燃料噴射から筒内に燃料を直接する燃料噴射手段への遷移時に、車両乗員に与える変音感を軽減することができる。

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、同一または相当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、本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関（以下、エンジンという）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を示すが、本発明はこのような形式のエンジンに限定されるものではなく、Ｖ型６気筒、Ｖ型８気筒、直列６気筒などの形式であってもよく、少なくとも各気筒毎に筒内噴射用インジェクタおよび吸気通路噴射用インジェクタを有するエンジンであれば、本発明の適用が可能である。

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は機関駆動式の高圧燃料圧送装置１５０に接続されている。

一方、各吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、共通する低圧側燃料分配管１６０に接続されており、低圧側燃料分配管１６０および高圧燃料圧送装置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および高圧燃料圧送装置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。このエンジンＥＣＵ３００が、本発明での「燃料噴射制御手段」に対応する。

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（燃圧センサ）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、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により得られるエンジンの負荷率および回転数に基づき、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。

次に図２を用いて、図１に示した高圧燃料圧送装置１５０の構成の詳細を説明する。図２を参照して、高圧燃料圧送装置１５０は、高圧燃料ポンプ１２００と、カム１２１０で駆動され上下に摺動するポンププランジャー１２０６と、電磁スピル弁１２０２とリーク機能付きチェックバルブ１２０４とを主な構成部品としている。

カム１２１０は、エンジン１０のクランクシャフト（図示しない）に連結されたカムシャフト（図示しない）に接続されており、エンジン１０が回転するとカム１２１０も回転する。カム１２１０の回転に伴いポンププランジャー１２０６が下方向に移動しているときに、電磁スピル弁１２０２を開くことにより、低圧燃料分配管１４２０から脈動抑制用のパルセーションダンパ１２２０を介して高圧燃料ポンプ１２００内に燃料が吸い込まれる。

そして、カム１２１０がさらに回転し、ポンププランジャー１２０６が上方向に移動しているときに電磁スピル弁１２０２を閉じると燃料は加圧される。一方で、電磁スピル弁１２０２が開いていると、一旦吸い込まれた燃料は加圧されることなく低圧燃料分配管１４２０へ吐き戻される。

したがって、電磁スピル弁１２０２を閉じるタイミングを変更することにより、高圧燃料ポンプ１２００から吐出される燃料量を制御することができる。すなわち、ポンププランジャー１２０６が上方向に移動している加圧行程中における電磁スピル弁１２０２を閉じる時期が早いほど多くの燃料が吐出され、遅いほど少ない燃料が吐出される。

この最も多く吐出される場合の電磁スピル弁１２０２の駆動デューティを１００％とし、この最も少なく吐出される場合の電磁スピル弁１２０２の駆動デューティを０％としている。電磁スピル弁１２０２の駆動デューティが０％の場合には、電磁スピル弁１２０２は閉じることなく開いたままの状態になり、カム１２１０が回転している限り（エンジン１０が回転している限り）ポンププランジャー１２０６は上下方向に摺動するが、電磁スピル弁１２０２が閉じないので、燃料は加圧されない。

高圧燃料ポンプ１２００にて加圧された燃料は、リーク機能付きチェックバルブ１２０４（設定圧６０ｋＰａ程度）を押し開けて高圧デリバリ連通パイプ１５００を介して図１の高圧側の燃料分配管１３０へ圧送される。このとき、高圧側の燃料分配管１３０に設けられた燃料圧センサ４００により燃圧がフィードバック制御される。

ここで図３を用いて、筒内噴射用インジェクタ１１０の構造を詳しく説明する。筒内噴射用インジェクタ１１０は、その本体７４０の下端にノズルボディ７６０が図示しないスペーサを介してノズルホルダによって固定される。ノズルボディ７６０は、その下端に噴孔５００を形成しており、ノズルボディ７６０内にニードル５２０が上下可動に配置される。ニードル５２０の上端は本体７４０内を摺動自在なコア５４０に当接され、スプリング５６０によりコア５４０を介してニードル５２０は下向きの力を付勢される。ニードル５２０はこのスプリング５６０の下向きの力によりノズルボディ７６０の内周シート面５２２に着座され、その結果、常態では噴孔５００は閉鎖された状態になっている。

本体７４０の上端にはスリーブ５７０が挿入固定されている。スリーブ５７０内には燃料通路５８０が形成され、燃料通路５８０の下端側は、本体７４０内の通路を介してノズルボディ７６０の内部まで連通される。燃料はこの燃料通路５８０内を通り、ニードル５２０のリフト時に噴孔５００から噴射される。燃料通路５８０の上端側は、フィルタ６００を介して燃料導入口６２０に接続され、図１の燃料分配管１３０に接続される。

電磁ソレノイド６４０は、本体７４０内においてスリーブ５７０の下端部を包囲するように配置される。電磁ソレノイド６４０の通電時においては、コア５４０はスプリング５６０に抗して上昇され、燃料圧はニードル５２０を押し上げ、噴孔５００が開放されるので燃料噴射が実行される。電磁ソレノイド６４０は絶縁ハウジング６５０内のワイヤ６６０に取り出され、開弁のための電気信号をエンジンＥＣＵ３００から受信することができる。この開弁のための電気信号をエンジンＥＣＵ３００が出力しないと、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射が行なわれない。

エンジンＥＣＵ３００から受信した開弁のための電気信号により、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射時期および燃料噴射期間が制御され、燃料噴射量を調節することができる。すなわち、この電気信号により、好ましくは最小燃料噴射量以上の領域に限定して、少量の燃料を噴射するように制御することもできる。なお、このような制御のために、エンジンＥＣＵ３００と筒内噴射用インジェクタ１１０との間に、ＥＤＵ（Electronic Driver Unit）が設けられることもある。

インジェクタ１１０が燃料噴射／停止する際、上記のように電磁ソレノイド６４０にてニードル５２０が動作するが、ニードル５２０によって噴孔５００が閉鎖されるときに、ニードル５２０がノズルボディ７６０の内周シート面５２２に着座することによって作動音が発生する。

特に高圧燃料系統である筒内噴射用インジェクタ１１０の場合は、スプリング５６０がコア５４０を介してニードル５２０を下向きに付勢するのに加え、スリーブ５７０内の燃料通路５８０を通過する高圧の燃料によってもニードル５２０が下向きに付勢されるため、内周シート面５２２に着座する際の衝撃力が増加し作動音が大きくなる。このように筒内噴射用インジェクタ１１０使用の場合は、電磁スピル弁１２０２の作動音に当該筒内噴射用インジェクタ１１０の作動音が加わり、かつ高圧であるためにこの作動音がさらに大きくなる。

一方、低圧燃料系統である吸気通路噴射用インジェクタ１２０についても基本構造は同様であり、ニードルが内周シート面に着座する際に作動音が発生する。しかしながら、低圧の吸気通路噴射用インジェクタ１２０使用の場合、高圧燃料系統のような燃料圧力による力の付勢が少ないため、筒内噴射用インジェクタ１１０使用の場合と比較すると作動音は小さくなる。ただし、１回あたりの作動音は小さくても、短時間に複数回の開閉動作をさせることにより、相対的に作動音を大きくすることができる。すなわち、低圧の吸気通路噴射用インジェクタ１２０にて燃料噴射をする際に、燃料噴射回数を分割する「マルチ噴射」を行なうことで、作動音を大きくすることができる。

本実施の形態において、「マルチ噴射」とは、エンジンの１燃焼サイクル中に必要な燃料噴射量を、当該燃焼サイクル中に複数の噴射期間に分割して噴射するような燃料噴射、すなわち、通常の燃料噴射と比較してインジェクタの噴射回数（すなわち、開閉回数）が増加するような燃料噴射を意味するものとする。なお、マルチ噴射での噴射回数については、通常時の噴射回数が１回であるときには任意の複数回とすればよく、もともと通常時の噴射回数が複数回であるときには、もとの回数より多い複数回とすればよい。すなわち「マルチ噴射」は、本発明の「分割噴射」に対応する。

このマルチ噴射により、閉弁回数の増加分だけ作動音が大きくなる。したがって、マルチ噴射を行った場合は、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみでの通常の燃料噴射を行った場合と、高圧燃料系である筒内噴射用インジェクタ１１０使用の場合の中間的な大きさの作動音が発生することができる。すなわち、マルチ噴射での噴射回数については、所望の作動音レベルおよび燃料噴射量の制御性を考慮して、適宜定めることができる。

ここで、図４にエンジンにおいて吸気通路噴射インジェクタのみの通常の燃料噴射を行った場合、吸気通路噴射インジェクタのみでマルチ噴射を行った場合、および筒内噴射用インジェクタのみの燃料噴射を行った場合の発生作動音の周波数解析結果の一例を示す。

図４において、横軸は作動音の周波数ｆ、縦軸は音圧レベルｖを表している。図４中の細い実線（２０００）は吸気通路噴射インジェクタのみの場合の周波数解析結果を、太い実線（２０１０）は吸気通路噴射インジェクタのみでマルチ噴射を行った場合の周波数解析結果を、破線（２０２０）は筒内噴射用インジェクタのみの燃料噴射を行った場合の周波数解析結果をそれぞれ表している。

図４より、吸気通路噴射インジェクタのマルチ噴射は、吸気通路噴射インジェクタのみでの燃料噴射の場合と筒内噴射用インジェクタのみの燃料噴射を行った場合との中間程度の音圧レベルとなっていることがわかる。したがって、吸気通路噴射用インジェクタのみの燃料噴射期間から筒内噴射用インジェクタを使用した燃料噴射期間への遷移時に当該マルチ噴射を行なう期間を設けることにより、発生する作動音が段階的に大きくなり、切替時の変音感を軽減することができる。

次に、本発明の実施の形態による燃料噴射制御の構成を、図５の機能ブロック図を参照しながら説明する。

エンジンＥＣＵ３００内の本発明の実施の形態による燃料噴射制御に係る機能部分は、入力部１７００と、噴射割合決定部１７１０と、噴射切替判定部１７２０と、噴射出力設定部１７３０と、出力部１７４０と、記憶部１７５０と、マルチ噴射期間決定部１７６０の各機能ブロックを含む。この各機能ブロックはエンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０内に予め格納されたプログラムの実行によって実現される。あるいは、各ブロックに対応する機能を実現するように実装された電子回路（ハードウェア）によって各ブロックの機能を実現するようにしてもよい。

入力部１７００は、入力ポート３５０を介して入力されたエンジンの回転数Ｎｅおよび負荷率ＬＤの信号を取り込む。次に噴射割合決定部１７１０は、記憶部１７５０内にある噴射割合を予め設定したマップもしくは噴射割合判定式などの判定基準を参照し、入力部１７００にて取り込んだ回転数Ｎｅ，負荷率ＬＤに基づいて、次回設定する吸気通路噴射（ＰＦＩ：Port Fuel Injection）と筒内噴射（ＤＩ：Direct Injection）の噴射割合を決定する。

図６は記憶部１７５０内の噴射切替マップの内容の例である。図６を参照しながら、エンジンの燃料噴射方式について詳しく説明する。

図の横軸はエンジンの回転数Ｎｅを、縦軸は負荷率ＬＤを示す。エンジンが始動時やアイドル時のような負荷率が低い運転条件の場合（図６中の領域１０１０）は、燃料噴霧が微粒化されにくく燃焼が悪化するおそれがあるため、燃料噴霧の微粒化に効果的な吸気通路噴射が用いられる。一方、高回転，高負荷の運転条件の場合（図６中の領域１０３０）は、燃焼温度が上昇することによる筒内噴射インジェクタの目詰まりの防止のために、筒内噴射による燃料噴射方式が用いられる。そして、エンジンの負荷率が中程度の場合（図６中の領域１０２０）は、吸気通路噴射および筒内噴射のそれぞれの長所を最大限に引き出すようにその割合を噴射マップにより決定し、吸気通路噴射および筒内噴射を併用する燃料噴射方式が用いられる。このように噴射割合決定部１７１０は、エンジン１０の運転状態（代表的には、回転数および負荷率）に基づいて、吸気通路噴射および筒内噴射の噴射割合を決定している。

なお、図６に示すマップは上記噴射割合を決める一例であり、これに限定されるものではなく、エンジンの特性などにより適切な噴射割合を設定することができる。

再び図６を参照して、噴射切替判定部１７２０は、噴射割合決定部１７１０にて決定された次回の燃料噴射割合と現状の噴射割合設定に従って、吸気通路噴射のみから、筒内噴射のみまたは吸気通路噴射および筒内噴射の併用への切替が発生するか否かを示す切替判定を行う。そして、噴射切替判定部１７２０は、切替判定結果に従って、マルチ噴射を行なうか否かをさらに判定する。基本的には、上記切替時には、所定期間（所定時間、所定のエンジン制御周期、または所定の燃焼サイクル数）だけマルチ噴射の実行が指示される。

あるいは、図６に示すようにマルチ噴射期間決定部１７６０を設けて、マルチ噴射の実行期間を回転数Ｎｅに応じて可変に設定してもよい。たとえば、回転数Ｎｅに対する燃料噴射インジェクタの作動音レベルの変化等に基づいて、回転数Ｎｅに対してマルチ噴射の実行期間を設定するマップを予め作成しておくことによって、マルチ噴射期間決定部１７６０を構成することができる。

噴射出力設定部１７３０は、噴射切替判定部１７２０による判定結果および噴射割合決定部１７１０で決定された噴射割合に基づいて、次回噴射時のインジェクタ１１０，１２０の噴射量の設定を行なう。図６では記載を省略しているが、上述のようにエンジン１０の回転数Ｎｅおよび負荷率ＬＤに基づいて全燃料噴射量が決定されるので、この全燃料噴射量と決定された噴射割合の積によって、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のそれぞれからの燃料噴射量が決定される。

また、吸気通路噴射については、噴射切替判定部１７２０での判定結果に従って、マルチ噴射とするか否かがさらに設定される。

出力部１７４０は、噴射出力設定部１７３０による、各インジェクタ１１０，１２０の噴射量設定およびマルチ噴射要否の設定に従って、インジェクタ１１０，１２０の開閉を指令するための電気信号を出力する。これらの電気信号は、図１に示した出力ポート３６０を介して、インジェクタ１１０，１２０へ与えられ、各インジェクタ１１０，１２０では噴射出力設定部１７３０による設定に従って燃料が噴射される。

上記のように、噴射切替判定部１７２０によって、吸気通路噴射用インジェクタ１２０（第１の燃料供給手段）のみによって燃料を噴射する運転条件から、筒内噴射用インジェクタ１１０（第２の燃料供給手段）を使用して燃料を噴射する運転条件への切替判定を行う機能が実現される。また、噴射出力設定部１７３０と出力部１７４０とによって、第１の燃料噴射手段による燃料噴射を複数回に分割する分割噴射を行うための機能が実現され、マルチ噴射期間決定部１７６０によって第１の燃料供給手段による分割噴射を行う期間を可変とする機能が実現される。

図７は、図６に示した燃料噴射制御の制御処理手順を示すフローチャートである。図７に示したフローチャートは、本実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムを所定のサイクルタイム（たとえば１０ｍｓ）で繰り返し実行することによって実現される。

図７を参照して、エンジンＥＣＵ３００内に格納されたプログラムによる制御処理手段を示すフローチャートを以下に説明する。まず、エンジンＥＣＵ３００はステップ（以下、ステップをＳと略す。）１１０において、図１に示したエンジン１０の回転数センサ４６０からの信号に基づいて、エンジンの回転数を検知する。

次に、Ｓ１２０において、エンジンＥＣＵ３００は、Ｓ１１０で検知した現在のエンジンの回転数および負荷率から、エンジンＥＣＵ３００の記憶部１７５０内の噴射切替マップ等に基づいて、次回の吸気通路噴射と筒内噴射の燃料噴射割合を決定する。

Ｓ１３０において、エンジンＥＣＵ３００は、Ｓ１２０で決定された次回の吸気通路噴射の割合が１００％か否かを判断する。ここで、次回の吸気通路噴射の割合が１００％であるとき（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、マルチ噴射を行う必要がないので、エンジンＥＣＵ３００は、そのまま処理をＳ１４０に進める。エンジンＥＣＵ３００は、Ｓ１４０では、Ｓ１２０での設定に従って通常の吸気通路噴射を行うための噴射設定を出力する。これに伴い、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の開閉指令信号（電気信号）が出力される。

一方、吸気通路噴射の割合が１００％でない場合（Ｓ１３０にてＮＯ）、すなわち次回の燃料噴射指令で筒内噴射を行う設定の場合には、以下に説明するＳ１５０〜Ｓ１９０の処理によって、マルチ噴射の要否判定が実行される。

エンジンＥＣＵ３００は、Ｓ１５０では、既にマルチ噴射による吸気通路噴射が実行中であるかどうかを判断する。Ｓ１５０にてＮＯ、すなわち現状の噴射状態がマルチ噴射ではない場合はＳ１６０に処理が移される。

Ｓ１６０においては、エンジンＥＣＵ３００は、現在の吸気通路噴射の噴射割合が１００％か否かを判断する。現状の吸気通路噴射の噴射割合が１００％である場合（Ｓ１６０にてＹＥＳ）、すなわち次回の燃料噴射指令にて吸気通路噴射のみの燃料噴射から筒内噴射を使用する燃料噴射に切替わる場合には、マルチ噴射設定を行うためにＳ１７０およびＳ１８０に処理を進める。エンジンＥＣＵ３００は、Ｓ１７０では、Ｓ１１０で検出した回転数Ｎｅに応じ、吸気通路噴射のマルチ噴射実施期間を設定する。エンジンＥＣＵ３００は、Ｓ１８０では、マルチ噴射動作設定として吸気通路噴射の噴射割合を１００％とし、また１燃焼サイクルあたりの燃料噴射回数を設定する。さらに、エンジンＥＣＵ３００は、Ｓ１４０に処理を進めて、マルチ噴射による吸気通路噴射を行うための噴射設定を出力する。これに伴い、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の開閉指令信号（電気信号）が出力される。このように、吸気噴射のみの燃料噴射から筒内噴射を用いた燃料噴射へ切替えられたときには、Ｓ１７０〜Ｓ１８０により、マルチ噴射の実行が設定されるとともに、その実施期間の長さが設定される。

一方、現在すでに燃料の少なくとも一部が筒内噴射されている場合（Ｓ１６０がＮＯ）には、マルチ噴射を行う必要がないので、エンジンＥＣＵ３００は、そのまま処理をＳ１４０に進める。そして、Ｓ１４０では、Ｓ１２０での設定に従って、筒内噴射または、筒内噴射および通常の吸気通路噴射の両方を行うための噴射設定を出力する。これに伴い、筒内噴射用インジェクタ１１０のみ、あるいは、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の開閉指令信号（電気信号）が出力される。

このように、吸気噴射のみから筒内噴射を用いた燃料噴射への切替が発生していないときには、Ｓ１７０，Ｓ１８０の処理がスキップされるので、マルチ噴射は実行されない。

なお、エンジンＥＣＵ３００は、既にマルチ噴射が行われている場合には、Ｓ１５０をＹＥＳとして、Ｓ１９０に処理を進める。Ｓ１９０では、マルチ噴射実施期間が上記Ｓ１７０にて設定された所定期間を経過しているかどうかをエンジンＥＣＵ３００が判断する。そして、上記所定期間を経過していない場合（Ｓ１９０にてＮＯ）にはＳ１８０を経由してＳ１４０に処理が移され、エンジンＥＣＵ３００は、マルチ噴射動作を継続するように設定を行う。

一方、所定期間が経過していた場合（Ｓ１９０にてＹＥＳ）には、エンジンＥＣＵ３００は、Ｓ１８０をスキップして処理をＳ１４０に進める。これにより、Ｓ１４０では、マルチ噴射を終了させてＳ１２０での設定に従うように、筒内噴射および／または通常の吸気通路噴射を行うための噴射設定が出力される。これに伴い、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の開閉指令信号（電気信号）が出力される。

このように、図７に示すフローチャートに従って制御処理をエンジンＥＣＵ３００が実行することによっても、図５に示したのと同様の本発明の実施の形態による燃料噴射制御が実現できる。

以上説明したように、本実施の形態による燃料供給装置および燃料噴射制御方法によれば、吸気通路噴射のみの噴射から筒内噴射を使用する噴射に切替わる場合に、それぞれの噴射期間の間にエンジンの回転数に応じた期間吸気通路噴射のマルチ噴射が行なわれる。これにより、インジェクタ作動音が段階的に増加するため、筒内噴射を使用する噴射に切替わった際の急激な変音感を軽減することができる。

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燃料供給装置全体の概略図である。 図１における高圧燃料圧送装置の詳細図である。 燃料噴射用インジェクタの断面図である。 燃料噴射方法の違いによる作動音の音圧レベル変化の周波数解析結果の例を示す。 エンジンＥＣＵ内の燃料噴射制御の機能ブロック図である。 エンジンＥＣＵの記憶部内の噴射切替マップの一例である。 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、燃料噴射制御プログラムの制御構造を示すフローチャートである。

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、４０ 吸気ダクト、４２ エアフローメータ、５０ エアフィルタ、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、１５０ 高圧燃料圧送装置、１６０ 低圧側燃料分配管、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、３２０ ＲＯＭ、３３０ ＲＡＭ、３４０ ＣＰＵ、３５０ 入力ポート、３６０ 出力ポート、３７０，３９０，４１０，４３０，４５０ Ａ／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、５００ 噴孔、５２０ ニードル、５２２ 内周シート面、５４０ コア、５６０ スプリング、５７０ スリーブ、５８０ 燃料通路、６００ フィルタ、６２０ 燃料導入口、６４０ 電磁ソレノイド、６５０ 絶縁ハウジング、６６０ ワイヤ、７４０ 本体、７６０ ノズルボディ、１０１０ ＰＦＩ １００％噴射領域、１０２０ ＰＦＩ＋ＤＩ噴射領域、１０３０ ＤＩ １００％噴射領域、１２００ 高圧燃料ポンプ、１２０２ 電磁スピル弁、１２０４ リーク機能付きチェックバルブ、１２０６ ポンププランジャー、１２１０ カム、１２２０ パルセーションダンパ、１４２０ 低圧燃料分配管、１５００ 高圧デリバリ連通パイプ、１７００ 入力部、１７１０ 噴射割合決定部、１７２０ 噴射切替判定部、１７３０ 噴射出力設定部、１７４０ 出力部、１７５０ 記憶部、１７６０ マルチ噴射期間決定部、２０００ ＰＦＩ噴射のみの周波数解析結果、２０１０ ＰＦＩマルチ噴射の周波数解析結果、２０２０ ＤＩ噴射のみの周波数解析結果。

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射するための第１の燃料供給手段と、
   前記第１の燃料供給手段よりも高い圧力で前記内燃機関の燃焼室の筒内に直接燃料を噴射するための第２の燃料供給手段と、
   前記第１の燃料供給手段と前記第２の燃料供給手段とを制御するための燃料噴射制御手段とを備え、
   前記燃料噴射制御手段は、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１の燃料供給手段のみによって燃料を噴射する運転条件から、前記第２の燃料供給手段を使用して燃料を噴射する運転条件への切替判定を行うための手段と、
   前記切替判定に従って、前記第１の燃料供給手段のみによって燃料を噴射する第１の運転期間から前記第２の燃料供給手段を使用して燃料を噴射する第２の運転期間への遷移期間に、前記内燃機関の１燃焼サイクル中の前記第１の燃料供給手段による燃料噴射回数を前記第１の運転期間よりも増加させるように、前記第１の燃料噴射手段による燃料噴射を複数回に分割する分割噴射を行うための手段とを含む、内燃機関の燃料供給装置。
2. 前記内燃機関の前記運転状態は、内燃機関の回転数および負荷率を含む、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
3. 前記燃料噴射制御手段は、
   前記内燃機関の回転数に応じて、前記第１の燃料供給手段による前記分割噴射を行う期間を可変と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燃料供給装置。
4. 内燃機関の燃料噴射制御方法であって、
   前記内燃機関は、
   前記内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射するための第１の燃料供給手段と、
   前記第１の燃料供給手段よりも高い圧力で前記内燃機関の燃焼室の筒内に直接燃料を噴射するための第２の燃料供給手段とを備え、
   前記燃料噴射制御方法は、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１の燃料供給手段のみによって燃料を噴射する運転条件から、前記第２の燃料供給手段を使用して燃料を噴射する運転条件への切替判定を行うステップと、
   前記切替判定に従って、前記第１の燃料供給手段のみによって燃料を噴射する第１の運転期間から前記第２の燃料供給手段を使用して燃料を噴射する第２の運転期間への遷移期間に、前記内燃機関の１燃焼サイクル中の前記第１の燃料供給手段による燃料噴射回数を前記第１の運転期間よりも増加させるように前記第１の燃料噴射手段による燃料噴射を複数回に分割する分割噴射を行うステップとを備える、内燃機関の燃料噴射制御方法。
5. 前記内燃機関の前記運転状態は、内燃機関の回転数および負荷率を含む、請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射制御方法。
6. 前記燃料噴射制御方法は、前記内燃機関の回転数に応じて、前記第１の燃料供給手段による前記分割噴射を行う期間を可変とするステップをさらに含む、請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射制御方法。

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