JP2010133358A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも気筒内に燃料が噴射される内燃機関において燃料噴射精度を従来のものより高め、排気浄化性能およびドライバビリティを向上できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンＥＣＵは、筒内噴射用インジェクタに供給される燃料の燃圧を検出し（ステップＳ１１）、この燃圧とＲＯＭに記憶されている最低噴射量マップとを参照し、基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂを算出する（ステップＳ１２）。また、エンジンＥＣＵは、筒内噴射用インジェクタの推定温度をニードルとノズル本体との温度差に基づいて算出し（ステップＳ１３）、この温度差に応じた補正係数Ｋを算出する（ステップＳ１４）。そして、エンジンＥＣＵは、基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂと、補正係数Ｋとに基づいて、最低噴射量Ｑｍｉｎを算出する（ステップＳ１５）。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、インジェクタに対する噴射制御を実行する内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関により駆動される車両は、内燃機関の排気通路に排気浄化触媒および空燃比センサを備えており、排気浄化触媒における排気浄化性能が高まるよう、空燃比センサによって検出された検出結果に基づいて内燃機関に対する燃料の噴射を制御して、内燃機関の空燃比を目標空燃比に近づける制御装置を搭載している。

この種の制御装置として、排気浄化触媒の上流側に空燃比センサを備え、この空燃比センサにより検出された排気ガスの酸素濃度に応じて空燃比のフィードバック制御を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載された従来の制御装置は、空燃比センサにより検出された排気ガスの酸素濃度に応じて内燃機関の気筒内に噴射される燃料の噴射量を補正するフィードバック制御を実行することにより、実空燃比を目標空燃比に近づけるよう制御していた。

また、この特許文献１に記載された従来の制御装置は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと、気筒と接続された吸気ポート内に燃料を噴射するポート内噴射用インジェクタと、を備えた内燃機関に適用されるようになっており、内燃機関の機関負荷率および機関回転数に基づいてポート内噴射用インジェクタおよび筒内噴射用インジェクタにおける噴射量を補正するようになっていた。

この従来の制御装置においては、ポート内噴射用インジェクタおよび筒内噴射用インジェクタに対して算出された燃料噴射量が、これらのインジェクタにより噴射し得る最少噴射量を下回る場合には、算出された燃料噴射量の代わりに最少噴射量の燃料を噴射させるようになっていた。
特開２００７−３２３２８号公報

しかしながら、上述のような従来の内燃機関の制御装置にあっては、筒内噴射用インジェクタの最少噴射量が外部要因により変化することを考慮したものではなかった。そのため、筒内噴射用インジェクタに対して設定された最少噴射量が実際の最少噴射量よりも高い状態では、設定された最少噴射量より少ない噴射量を噴射させるべき場合においても、設定された最少噴射量の噴射が行われるよう筒内噴射量インジェクタを制御するため、内燃機関における空燃比がリッチ側に振れてしまうことがあった。逆に、筒内噴射用インジェクタに対して設定された最少噴射量が、実際の最少噴射量よりも低い状態では、設定された最少噴射量あるいはその近傍の燃料量の噴射が行われるよう筒内噴射用インジェクタを制御した場合には、実際の最少噴射量を下回っているために燃料が噴射されず、内燃機関における空燃比がリーン側に振れてしまうことがあった。

そのため、いずれの場合においても燃料噴射精度の低下に起因して実空燃比が目標空燃比から乖離してしまい、結果として、排気浄化性能が低下したりドライバビリティが悪化する場合が生じていた。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、少なくとも気筒内に燃料が噴射される内燃機関において燃料噴射精度を従来のものより高め、排気浄化性能およびドライバビリティを向上できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射手段と、前記内燃機関の機関回転数および前記気筒内に吸入される空気量に基づいて、前記筒内噴射手段により前記気筒内に噴射される燃料量を算出する燃料量算出手段と、前記燃料量算出手段により算出された燃料量が噴射されるよう前記筒内噴射手段を制御する制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、前記筒内噴射手段に供給される燃料の燃圧を検出する燃圧検出手段と、前記燃圧検出手段により検出された燃料の燃圧に応じて前記筒内噴射手段から噴射される燃料量の最低値を設定する最低値設定手段と、を備え、前記制御手段は、前記燃料量算出手段により算出された燃料量が前記最低値設定手段により設定された最低値よりも小さい場合には、前記最低値の燃料量が噴射されるよう前記筒内噴射手段を制御することを特徴とする。

この構成により、燃圧により変化する燃料噴射量の制御可能範囲に基づいて、筒内噴射手段から噴射される燃料量の最低値を設定することができるので、気筒内に噴射すべき燃料量が小さい場合においても、筒内噴射手段を制御して気筒内に実際に噴射される燃料量を燃料量算出手段により算出された燃料量に近づけることが可能となる。結果として、排気浄化性能を向上するとともにドライバビリティを向上することができる。

また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記目的達成のため、（２）内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射手段と、前記気筒と接続された吸気通路に燃料を噴射するポート噴射手段と、前記内燃機関の機関回転数および前記気筒内に吸入される空気量に基づいて、前記筒内噴射手段および前記ポート噴射手段から噴射される合計の燃料量を算出する燃料量算出手段と、前記燃料量算出手段により算出された合計の燃料量が噴射されるよう前記筒内噴射手段および前記ポート噴射手段を制御する制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関に要求される機関負荷率および機関回転数に基づいて、前記合計の燃料量を前記筒内噴射手段と前記ポート噴射手段とに分配する割合を算出する分配算出手段と、前記筒内噴射手段に供給される燃料の燃圧を検出する燃圧検出手段と、前記燃圧検出手段により検出された燃料の燃圧に応じて前記筒内噴射手段から噴射される燃料量の最低値を設定する最低値設定手段と、前記分配算出手段により算出された前記筒内噴射手段に分配する割合に相当する燃料量が前記最低値設定手段により設定された最低値よりも小さい場合には、前記筒内噴射手段に分配する割合に相当する燃料量を前記最低値とするとともに、前記最低値の燃料量と前記分配算出手段により算出された前記筒内噴射手段に分配する割合に相当する燃料量との差を前記ポート噴射手段に分配する割合に相当する燃料量から差し引いた燃料量とすることにより、前記筒内噴射手段および前記ポート噴射手段により噴射される燃料量を補正する燃料量補正手段と、を備え、前記制御手段は、前記燃料量補正手段により補正された燃料量が噴射されるよう前記筒内噴射手段および前記ポート噴射手段を制御することを特徴とする。

この構成により、燃圧により変化する燃料噴射量の制御可能範囲に基づいて、筒内噴射手段から噴射される燃料量の最低値を設定することができるので、気筒内に噴射すべき燃料量が小さい場合においても、筒内噴射手段を制御して気筒内に実際に噴射される燃料量を燃料量算出手段により算出された燃料量に近づけることが可能となる。また、分配算出手段により算出された筒内噴射手段により噴射される燃料量が最低値を下回る場合には、筒内噴射手段において噴射される燃料量を最低値に維持するとともに、算出された燃料量と最低値との差をポート噴射手段により噴射される燃料量から差し引くので、噴射される合計の燃料量を算出した値と一致させることができる。結果として、排気浄化性能を向上するとともにドライバビリティを向上することができる。

また、上記（１）または（２）に記載の内燃機関の制御装置において、（３）前記最低値設定手段は、前記燃圧検出手段により検出される燃圧が高い場合には低い場合と比較して前記最低値を大きくすることを特徴とする。

この構成により、筒内噴射手段に供給される燃料の燃圧が高い場合には、低い場合と比較して筒内噴射手段により制御可能な最低噴射量が大きくなるため、最低値を大きくすることにより筒内噴射手段により制御可能な領域のみを使用することができる。また、燃料の燃圧が低い場合には、高い場合と比較して燃料噴射量が小さい範囲まで筒内噴射手段を制御できるので、最低値を小さくすることにより実際に噴射される燃料量と燃料量算出手段により算出された燃料量とを従来より近づけることができる。

また、上記（１）から（３）に記載の内燃機関の制御装置において、（４）前記筒内噴射手段を構成する噴射弁と前記噴射弁を軸方向に移動可能に収納する本体との温度差を検出する温度差検出手段を備え、前記最低値設定手段は、前記燃圧検出手段により検出された燃料の燃圧と、前記温度差検出手段により検出された前記温度差と、に応じて前記筒内噴射手段から噴射される燃料量の最低値を設定することを特徴とする。

この構成により、噴射弁と噴射弁を収納する本体との温度差が大きくなると、本体のみが膨張するため、微少噴射が不安定となり噴射精度が低下するが、噴射弁と本体との温度差に応じた最低値を設定することにより、燃料噴射制御において不安定となる燃料噴射を防止することができる。

また、上記（４）に記載の内燃機関の制御装置において、（５）前記最低値設定手段は、前記温度差検出手段により検出される温度差が大きい場合には小さい場合と比較して前記最低値を大きくすることを特徴とする。

この構成により、筒内噴射手段を構成する噴射弁と本体との温度差が大きい場合には小さい場合と比較して微少噴射時における噴射精度が低下するので、最低値を大きくすることにより筒内噴射手段における噴射精度が良好な領域のみを使用することができる。また、噴射弁と本体との温度差が小さい場合には、大きい場合と比較して燃料噴射量が小さい範囲まで筒内噴射手段を制御できるので、最低値を小さくすることにより実際に噴射される燃料量と燃料量算出手段により算出された燃料量とを従来より近づけることができる。

少なくとも気筒内に燃料が噴射される内燃機関において燃料噴射精度を従来のものより高め、排気浄化性能およびドライバビリティを向上できる内燃機関の制御装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の制御装置について、図１ないし図７を参照して説明する。なお、本実施の形態においては、内燃機関の制御装置が４気筒のエンジンを搭載した車両に適用される場合について説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を示す概略構成図である。
図１に示すように、本発明の内燃機関を構成するエンジン２は、車両に搭載され、４つの気筒６を備えている。これらの気筒６は、インテークマニホールド４とそれぞれ接続されており、インテークマニホールド４は、共通のサージタンク５と接続されている。

サージタンク５は、吸気管１０と接続されており、吸気管１０には、エアクリーナ１２、エアフローメータ１１およびスロットルバルブ１４が配置されている。

スロットルバルブ１４は、電動モータ１３により駆動されるようになっており、後述するエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）８から出力される信号に応じて開度が制御されるようになっている。

また、各気筒６は、エキゾーストマニホールド１５と接続されており、このエキゾーストマニホールド１５は、排気管１６と接続されている。排気管１６には、三元触媒コンバータ１７および空燃比センサ４２が設置されている。

各気筒６には、気筒内に燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１９が設置されている。また、吸気通路の一部を構成するインテークマニホールド４には、吸気通路内に燃料を噴射するためのポート噴射用インジェクタ２０が設置されている。ここで、筒内噴射用インジェクタ１９は、本発明に係る筒内噴射手段を構成し、ポート噴射用インジェクタ２０は、本発明に係るポート噴射手段を構成する。

筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０による燃料の噴射量および噴射タイミングは、エンジンＥＣＵ８により制御されるようになっている。また、後述するように、エンジンＥＣＵ８は、これらのインジェクタ１９、２０における燃料噴射量の噴射割合を制御するようになっている。

筒内噴射用インジェクタ１９は、共通の燃料分配管２１と接続されており、この燃料分配管２１には、エンジン２の動力により駆動する高圧燃料ポンプ２３から高圧の燃料が圧送されるようになっている。燃料分配管２１と高圧燃料ポンプ２３との間には、逆止弁２２が設置されており、燃料分配管２１側から高圧燃料ポンプ２３側への燃料の逆流を防止するようになっている。

また、高圧燃料ポンプ２３と並列に電磁スピル弁２４が設置されており、高圧燃料ポンプ２３の吐出側が電磁スピル弁２４を介して吸入側と連結されている。この電磁スピル弁２４は、エンジンＥＣＵ８により開度が制御されるようになっており、開度が小さいほど高圧燃料ポンプ２３から燃料分配管２１に供給される燃料供給量が増大し、開度が全開になると高圧燃料ポンプ２３から燃料分配管２１への燃料供給が停止する。

ポート噴射用インジェクタ２０は、低圧用の燃料分配管２５に接続されている。この燃料分配管２５および高圧燃料ポンプ２３は、いずれも燃料圧レギュレータ２６を介して低圧燃料ポンプ２７に接続されている。

低圧燃料ポンプ２７は、燃料フィルタ２８を介して燃料タンク２９内に貯留する燃料を吸入し、燃料圧レギュレータ２６に圧送するようになっている。燃料圧レギュレータ２６は、低圧燃料ポンプ２７から吐出された燃料の圧力、すなわち燃圧が予め定められた設定値よりも高くなると、低圧燃料ポンプ２７から吐出された燃料の一部を燃料タンク２９に戻すようになっており、ポート噴射用インジェクタ２０に供給される燃圧がこの設定値以下となるよう制御するようになっている。

エンジンＥＣＵ８は、双方向性バス３１を介して互いに接続されているＣＰＵ（Central Processing Unit）３４、ＲＡＭ（Random Access Memory）３３、ＲＯＭ（Read Only Memory）３２、入力ポート３５、および出力ポート３６等を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。ＣＰＵ３４は、ＲＡＭ３３の一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭ３２に記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、エンジン２の出力制御などを実行するようになっている。出力ポート３６から出力された信号は、Ａ／Ｄ変換器４７を介して図示しないアクチュエータなどに送信されるようになっている。

なお、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ８は、後述するように、本発明に係る内燃機関の制御装置、燃料量算出手段、分配算出手段、燃圧検出手段、温度差検出手段、燃料量補正手段、最低値設定手段および制御手段を構成する。

また、エンジンＥＣＵ８は、エアフローメータ１１、水温センサ３８、燃料圧センサ４０、空燃比センサ４２、アクセル開度センサ４４、回転数センサ４６および燃料温度センサ４８と接続されており、これらのセンサから出力された信号を入力ポート３５を介して入力するようになっている。

エアフローメータ１１は、吸気管１０に吸入された空気量を測定し、この吸入空気量に応じた電圧を出力信号として出力するようになっており、エアフローメータ１１の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。

燃料圧センサ４０は、燃料分配管２１に設置されており、燃料分配管２１内の燃圧に応じた電圧を出力信号として出力するようになっており、この出力信号は、Ａ／Ｄ変換器４１を介して入力ポート３５に入力される。したがって、燃料圧センサ４０およびエンジンＥＣＵ８は、本発明に係る燃圧検出手段を構成する。

空燃比センサ４２は、排気管１６内における排気ガスの酸素濃度および燃料の未燃成分の濃度に応じた電圧を出力信号として出力するリニア空燃比センサにより構成されており、この出力信号は、空燃比を表す信号としてＡ／Ｄ変換器４３を介して入力ポート３５に入力される。

水温センサ３８は、エンジン２に設置され、エンジン２の冷却水温に応じた電圧を出力信号として出力するようになっており、この出力信号は、機関冷却水温を表す信号としてＡ／Ｄ変換器３９を介して入力ポート３５に入力される。

アクセル開度センサ４４は、アクセルペダル１８の踏込み量に応じた電圧を出力信号として出力するようになっており、この出力信号は、Ａ／Ｄ変換器４５を介して入力ポート３５に入力される。

回転数センサ４６は、エンジン２のクランクシャフトに設置された図示しないタイミングロータの所定の回転角ごとに出力信号としてのパルスを発生し、機関回転数を表す信号として入力ポート３５に入力するようになっている。

燃料温度センサ４８は、燃料分配管２１に設置されており、燃料分配管２１内の燃料温度に応じた電圧を出力信号として出力するようになっており、この出力信号は、Ａ／Ｄ変換器４９を介して入力ポート３５に入力される。

また、エンジンＥＣＵ８のＲＯＭ３２には、吸入空気量および機関回転数と、筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０から噴射する合計の燃料噴射量とを対応付けた燃料噴射量マップが記憶されている。エンジンＥＣＵ８は、エアフローメータ１１から吸入空気量を表す信号と、回転数センサ４６から機関回転数を表す信号とをそれぞれ取得すると、燃料噴射量マップを参照して、筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０から噴射する合計の燃料噴射量を算出するようになっている。

また、エンジンＥＣＵ８は、空燃比センサ４２から入力された実空燃比と、ＲＯＭ３２に記憶されている目標空燃比との偏差を算出し、実空燃比と目標空燃比との偏差が零に近づくようフィードバック制御を実行するようになっている。また、エンジンＥＣＵ８は、算出された偏差を所定の時間積分することにより学習値を算出し、ＲＡＭ３３に記憶するようになっている。

つまり、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ８は、実空燃比および目標空燃比から比例項および学習値としての積分項を算出してフィードバック制御をするＰＩフィードバック制御を実行するようになっている。なお、エンジンＥＣＵ８は、実空燃比および目標空燃比に基づいて微分項をさらに算出し、比例項、積分項および微分項を用いてＰＩＤフィードバック制御を実行するようにしてもよい。

このＰＩフィードバック制御において、エンジンＥＣＵ８は、以下のように燃料補正量ｄＱを算出し、次回の燃料噴射時における合計の燃料噴射量Ｑａｌｌを燃料補正量ｄＱにより補正する。

ｄＱ ＝ Ｑｐ ＋ Ｑｉ （１）
ここで、Ｑｐは比例項であり、Ｑｉは積分項である。

比例項Ｑｐは、以下のように算出される。
Ｑｐ ＝ Ｋｐ ・ ΔＱ （２）
ここで、Ｋｐは比例ゲインである。また、ΔＱは、実空燃比を目標空燃比とするための燃料量と、気筒６内で燃焼された今回の燃料量との差である。なお、気筒６内において燃焼された燃料量は、吸入空気量の検出値を空燃比の検出値で割ることにより算出される。

また、積分項Ｑｉは、以下のように算出される。
Ｑｉ ＝ Ｑｉ ＋ Ｋｉ ・ ΔＱ （３）
ここで、Ｋｉは積分ゲインである。

エンジンＥＣＵ８は、上記の式（２）および式（３）に基づいて比例項Ｑｐおよび積分項Ｑｉをそれぞれ算出すると、これらの値を式（１）に代入し、燃料補正量ｄＱを算出するようになっている。そしてエンジンＥＣＵ８は、燃料噴射量マップにより算出された合計の燃料噴射量を、燃料補正量ｄＱにより補正して、次回の燃料噴射時において筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０から噴射する合計の燃料量Ｑａｌｌを算出するようになっている。

したがって、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ８、エアフローメータ１１および回転数センサ４６は、本発明に係るエンジン２の機関回転数および気筒６内に吸入される空気量に基づいて、筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０から噴射される合計の燃料量Ｑａｌｌを算出する燃料量算出手段を構成する。

また、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０から噴射される合計の燃料量Ｑａｌｌを算出すると、後述する噴射量算出処理により求められる噴き分け率にしたがって筒内噴射用インジェクタ１９とポート噴射用インジェクタ２０とによりそれぞれ噴射される燃料量を算出し、それぞれのインジェクタ１９、２０の噴射弁としてのニードルを軸方向に所定のリフト量で変位させるソレノイドに対して通電を実行するようになっている。ソレノイドに対する通電時間とそれぞれのインジェクタ１９、２０において噴射される燃料量との関係は、予め実験的な測定により求められており、マップとしてＲＯＭ３２に記憶されている。

したがって、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ８は、本発明に係る合計の燃料量が噴射されるよう筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０を制御する制御手段を構成する。また、軸方向とは、ニードルの長手方向を意味する。

以下、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するエンジンＥＣＵ８の特徴的な構成について、図１ないし図４を参照して説明する。

エンジン２の制御装置を構成するエンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０から噴射される合計の燃料量Ｑａｌｌを上述のように算出すると、エンジン２に要求される機関負荷率および機関回転数に基づいて、合計の燃料量Ｑａｌｌを筒内噴射用インジェクタ１９とポート噴射用インジェクタ２０とに分配する割合を算出するようになっている。

ここで、エンジンＥＣＵ８により実行される筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０に対する燃料分配処理について説明する。

エンジンＥＣＵ８は、燃料噴射量マップにより算出した合計の燃料量を、上記の式（１）により算出された燃料補正量ｄＱにより補正し、要求噴射量Ｑａｌｌを算出する。そして、算出された要求噴射量Ｑａｌｌを、筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０に予め定められた噴き分け率で分配し、筒内噴射用インジェクタ１９に割り当てる噴射量をＱｄｂ、ポート噴射用インジェクタ２０に割り当てる噴射量をＱｐｂとするようになっている。

この噴き分け率は、機関負荷率および機関回転数と対応付けられた基本噴き分け率マップ（図２参照）としてＲＯＭ３２に記憶されている。また、機関負荷率は、アクセル開度センサ４４および回転数センサ４６により出力されたアクセル開度および機関回転数に基づいて算出されるようになっている。
したがって、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ８、アクセル開度センサ４４および回転数センサ４６は、本発明に係る分配算出手段を構成する。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る基本噴き分け率マップを示す図である。
基本噴き分け率マップにおいて、機関回転数がＮＥ１より高い領域および機関負荷率がＫＬ２より高い領域は、直噴領域として定められており、この領域においては筒内噴射用インジェクタ１９のみから燃料が噴射されるようになっている。また、機関負荷率がＫＬ１より低く、機関回転数がＮＥ１より低い領域は、ポート噴射用インジェクタ２０のみにより燃料が噴射されるポート噴射領域として定められている。

また、機関負荷率がＫＬ１からＫＬ２までの範囲であり、かつ、機関回転数がＮＥ１以下の領域は、直噴およびポート噴射領域として定められており、機関負荷率および機関回転数に応じた基本噴き分け率が定められている。なお、公知のように、筒内噴射用インジェクタ１９は、出力性能の上昇に寄与し、ポート噴射用インジェクタ２０は、混合気の均一性に寄与するようになっている。したがって、基本噴き分け率は、このように互いに特性の異なる２種類のインジェクタ１９、２０を、機関回転数と機関負荷率に応じて使い分けることにより、燃費の向上や加速性の向上などが実現されるように設定されている。

次に、エンジンＥＣＵ８により実行される最低値設定処理について説明する。
エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の燃圧および筒内噴射用インジェクタ１９の温度特性に基づいて、筒内噴射用インジェクタ１９における最低噴射量Ｑｍｉｎを算出するようになっている。

まず、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の燃圧と基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂとの関係について説明する。

図３は、本発明の第１の実施の形態に係る最低噴射量マップを示す図である。

なお、図３（ａ）は、本発明の実施の形態に係る筒内噴射用インジェクタ１９における噴射時間と噴射量との対応を表す図であり、図３（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る最低噴射量マップ５５を示す図である。

図３（ａ）に示すように、筒内噴射用インジェクタ１９は、エンジンＥＣＵ８により通電されると、通電時間に比例した噴射量Ｑで気筒６内に燃料を噴射するようになっている。したがって、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９に対する通電時間を制御することによって、気筒６内に噴射される燃料の噴射量Ｑを正確に調整することができる。

しかしながら、筒内噴射用インジェクタ１９は、通電時間が短くなりすぎると、図示しないニードルのリフト時の摩擦などに起因して、通電時間と噴射量Ｑとが比例しなくなり、エンジンＥＣＵ８による燃料の噴射量Ｑの正確性が低下する。つまり、筒内噴射用インジェクタ１９は、通電時間に対して正確な燃料噴射を実行可能な基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂを有している。

また、通電時間と噴射量Ｑとが比例しなくなる基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂは、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の燃圧により変化する。具体的には、図３に示すように、高燃圧時における基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂは、低燃圧時における基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂよりも大きい値となる。

したがって、図３（ｂ）に示すように、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の燃圧と基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂとを対応させた最低噴射量マップ５５をＲＯＭ３２に記憶している。この最低噴射量マップ５５は、高燃圧時における基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂが、低燃圧時における基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂよりも大きくなるように定められている。

したがって、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ８は、燃圧検出手段により検出された燃料の燃圧に応じて筒内噴射手段から噴射される燃料量の最低値を設定する最低値設定手段を構成する。

次に、筒内噴射用インジェクタ１９の温度特性と最低噴射量Ｑｍｉｎとの関係について説明する。

エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９の温度特性に応じて補正係数Ｋを算出し、上記の最低噴射量マップ５５から算出された基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂを補正係数Ｋにより補正して、最終的に設定される最低噴射量Ｑｍｉｎを算出するようになっている。

具体的には、エンジンＥＣＵ８は、燃料温度センサ４８から筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の温度を検出した結果を入力することにより、筒内噴射用インジェクタ１９を構成するニードルの温度を取得する。また、エンジンＥＣＵ８は、水温センサ３８からエンジン２の冷却水温を検出した結果を入力することにより、筒内噴射用インジェクタ１９のニードルを軸方向変位可能に収納するノズル本体の温度を推定する。なお、ここでは、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の温度をそのままニードルの温度として推定する場合について説明するが、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の温度に応じて推定されるニードルの温度をマップとして予めＲＯＭ３２に記憶しておき、エンジンＥＣＵ８が、燃料温度センサ４８から筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の温度を検出すると、このマップを参照してニードルの温度を推定するようにしてもよい。もしくは、エンジンＥＣＵ８は、エンジン２の冷却水温や外気温と、積算燃料流量とに基づいてニードルの温度を推定するためのマップを予めＲＯＭ３２に記憶しておき、これらの情報を表す信号を取得しマップを参照することによりニードルの温度を推定するようにしてもよい。この場合、エンジンＥＣＵ８は、水温センサ３８から冷却水温を表す信号を取得し、図示しない外気温センサから外気温を取得するようにする。また、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９に対する通電時間から積算燃料流量を算出するようにする。

ノズル本体の温度の推定方法は、例えば、エンジン２の始動直前あるいは始動の際において水温センサ３８によりエンジン２の冷却水温を検出し、検出した値を初期水温データとしてＲＡＭ３３に記憶しておく。そして、ノズル本体の温度を推定するときに、エンジンＥＣＵ８は、水温センサ３８から現在のエンジン２の冷却水温を取得し、ＲＡＭ３３に記憶されている初期水温データとの差を算出するようにする。また、エンジンＥＣＵ８は、初期水温データと現在の水温との差をノズル本体の推定される温度と対応付けたマップを予めＲＯＭ３２に記憶しておく。このマップは、予め実験的な測定に基づいて作成される。そして、エンジンＥＣＵ８は、初期水温データと現在の水温との差を算出し、ＲＯＭ３２に記憶されたマップを参照することによって、ノズル本体の温度を推定するようになっている。

したがって、本実施の形態に係る水温センサ３８および燃料温度センサ４８は、本発明に係る温度差検出手段を構成する。

エンジンＥＣＵ８は、上記のように算出したニードルの温度とノズル本体の温度との差に基づいて、補正係数Ｋを算出し、下記の式（４）のように最低噴射量マップ５５から算出された基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂを補正するようになっている。

Ｑｍｉｎ ＝ Ｑｍｉｎｂ ・ Ｋ （４）
補正係数Ｋは、ニードルの温度とノズル本体の温度との差に対応付けられて、温度補正マップとしてＲＯＭ３２に予め記憶されており、ニードルの温度とノズル本体の温度との差が大きいほど、最低噴射量Ｑｍｉｎが大きくなるよう補正値が定められている。この補正係数Ｋは、温度によるニードルとノズル本体との摩擦の状態や軸方向の長さの変化など、筒内噴射用インジェクタ１９のニードルの移動性能によって定まるものであり、予め実験的な測定により求められている。例えば、ニードルの温度とノズル本体の温度とが等しいときは、補正係数Ｋが"１"となるようにし、ニードルの温度とノズル本体の温度との差が大きくなるほど、補正係数Ｋが"１"より大きい値となるように定められている。以下、ニードルの温度とノズル本体の温度との差が大きいほど最低噴射量Ｑｍｉｎを大きくする理由について具体的に説明する。

図４は、本発明の第１の実施の形態に係る筒内噴射用インジェクタ１９の温度特性を示す図である。

図４（ａ）は、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の燃圧が４ＭＰａの場合における筒内噴射用インジェクタ１９の温度特性である。また、図４（ｂ）は、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の燃圧が１２ＭＰａの場合における筒内噴射用インジェクタ１９の温度特性である。いずれの場合においても、噴射時間と噴射量が比例し正確な燃料噴射を可能とする領域のうち、破線ＡないしＤで示す噴射時間に対応する最低噴射量は、ニードルの温度とノズル本体との温度差が０℃の場合（破線Ａ、Ｃ）よりも、温度差が５０℃の場合（破線Ｂ、Ｄ）の方が高くなっている。すなわち、ニードルの温度とノズル本体との温度差が大きいほど最低噴射量が高くなる。

このような現象は、筒内噴射用インジェクタ１９が、ニードルの温度に対してノズル本体の温度が高くなると、ノズル本体のみが膨張するため、微少噴射時に特に不安定となっているからである。この結果、ニードルとノズル本体との温度差が大きいときには、ニードルとノズル本体との温度が等しいときと比較して、微少噴射時における噴射精度が低下しており、エンジンＥＣＵ８が筒内噴射用インジェクタ１９に微少噴射を実行するよう制御したとしても、燃料が気筒６内に好適に噴射されない可能性が生じる。

そのため、本実施の形態におけるエンジンＥＣＵ８は、ニードルの温度とノズル本体の温度を取得すると、これらの温度差を算出し、ニードルの温度とノズル本体の温度との差が大きいほど、最低噴射量Ｑｍｉｎを大きい値に設定するようになっている。

なお、補正係数Ｋは、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料のいかなる燃圧にも対応可能な値として設定されるようにする。例えば、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の燃圧が最大の場合における筒内噴射用インジェクタ１９の温度差に応じた最低噴射量の変化量と、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の燃圧が最小の場合における筒内噴射用インジェクタ１９の温度差に応じた最低噴射量の変化量とを予め実験的に算出し、温度差に応じた補正係数Ｋがこれらの変化量の平均的な値になるようにする。

あるいは、補正係数Ｋが、筒内噴射用インジェクタ１９に生じている温度差と、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の燃圧とに応じた２次元マップとなるようにしてもよい。この場合、エンジンＥＣＵ８は、基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂを算出する際に取得した燃圧を表す信号をＲＡＭ３３に記憶しておき、補正係数Ｋを算出する際に、この燃圧を再び参照するようにする。

図５は、本発明の第１の実施の形態に係る最低噴射量算出処理を説明するためのフローチャートである。なお、以下の処理は、エンジンＥＣＵ８を構成するＣＰＵ３４によって所定の時間間隔で実行されるとともに、ＣＰＵ３４によって処理可能なプログラムを実現する。ここで、所定の時間間隔とは、エンジン２のクランクシャフトの一定回転を意味する。

エンジンＥＣＵ８は、まず、燃料圧センサ４０から信号を入力し、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の燃圧を検出する（ステップＳ１１）。

次に、エンジンＥＣＵ８は、ステップＳ１１で検出した燃圧と、ＲＯＭ３２に記憶されている最低噴射量マップ５５とを参照することにより、基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂを算出する（ステップＳ１２）。

次に、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９の温度を推定する（ステップＳ１３）。具体的には、エンジンＥＣＵ８は、水温センサ３８により検出されるエンジン２の現在の冷却水温と、エンジン２の始動時における冷却水温との温度差から、筒内噴射用インジェクタ１９のノズル本体の温度を推定する。また、エンジンＥＣＵ８は、燃料温度センサ４８から取得した燃料温度を表す信号に基づき、筒内噴射用インジェクタ１９のニードルの温度を表す信号を算出し、ノズル本体の温度とニードルの温度との温度差を算出する。

次に、エンジンＥＣＵ８は、ＲＯＭ３２に記憶されている温度補正マップを参照して、ステップＳ１３で算出した温度差に対応する補正係数Ｋを算出する（ステップＳ１４）。

次に、エンジンＥＣＵ８は、ステップＳ１２において算出した基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂと、ステップＳ１４において算出した補正係数Ｋと、上記の式（４）とを用いて最低噴射量Ｑｍｉｎを算出する（ステップＳ１５）。エンジンＥＣＵ８は、算出した最低噴射量ＱｍｉｎをＲＡＭ３３に記憶する。これにより、エンジンＥＣＵ８は、後述する噴射量算出処理において、最低噴射量Ｑｍｉｎを参照することが可能となる。

図１に戻り、エンジンＥＣＵ８は、予め定められた噴き分け率に基づいて算出された筒内噴射用インジェクタ１９に対する基本直噴噴射量Ｑｄｂが、上記の最低噴射量算出処理で算出された最低噴射量Ｑｍｉｎを下回っているならば、筒内噴射用インジェクタ１９に対する最終直噴噴射量Ｑｄを最低噴射量Ｑｍｉｎに保持し、基本直噴噴射量Ｑｄｂと最低噴射量Ｑｍｉｎとの差を、ポート噴射用インジェクタ２０により噴射される燃料量Ｑｐｂから減少させ、最終ポート噴射量Ｑｐとするようになっている。

したがって、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵ８は、本発明に係る燃料量補正手段を構成しており、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０に供給されるトータル要求噴射量Ｑａｌｌを変更せずに、筒内噴射用インジェクタ１９とポート噴射用インジェクタ２０とに対する噴き分け率を補正するようになっている。

一方、エンジンＥＣＵ８は、予め定められた噴き分け率に基づいて算出された筒内噴射用インジェクタ１９に対する基本直噴噴射量Ｑｄｂが、上記の最低噴射量算出処理で算出された最低噴射量Ｑｍｉｎ以上であるならば、この基本直噴噴射量Ｑｄｂを最終的に筒内噴射用インジェクタ１９から噴射される燃料量Ｑｄとする。また、エンジンＥＣＵ８は、予め定められた噴き分け率に基づいて算出されたポート噴射用インジェクタ２０に対する燃料量Ｑｐｂを、最終的にポート噴射用インジェクタ２０から噴射される燃料量Ｑｐとする。

図６は、本発明の第１の実施の形態に係る噴射量算出処理を説明するためのフローチャートである。なお、以下の処理は、エンジンＥＣＵ８を構成するＣＰＵ３４によって所定の時間間隔で実行されるとともに、ＣＰＵ３４によって処理可能なプログラムを実現する。ここで、所定の時間間隔とは、エンジン２のクランクシャフトの一定回転を意味する。

エンジンＥＣＵ８は、まず、燃料噴射量マップにより算出される合計の燃料量と上記の式（１）により算出された燃料補正量ｄＱとを足し合わせることにより、トータル要求噴射量Ｑａｌｌを算出する（ステップＳ２１）。

次に、エンジンＥＣＵ８は、基本噴き分け率マップを参照して基本噴き分け率を算出する（ステップＳ２２）。基本噴き分け率は、上述のように筒内噴射用インジェクタ１９とポート噴射用インジェクタ２０とに分配される燃料量の割合であり、エンジン２の機関回転数および機関負荷率と対応付けられた２次元の基本噴き分け率マップとして予めＲＯＭ３２に記憶されている。

次に、エンジンＥＣＵ８は、基本直噴噴射量Ｑｄｂを算出する（ステップＳ２３）。この基本直噴噴射量Ｑｄｂは、ステップＳ２１において算出されたトータル要求噴射量Ｑａｌｌと、ステップＳ２２において算出された基本噴き分け率で筒内噴射用インジェクタ１９に分配される燃料量の割合との積により求められる。

次に、エンジンＥＣＵ８は、基本ポート噴射量Ｑｐｂを算出する（ステップＳ２４）。この基本直噴噴射量Ｑｐｂは、ステップＳ２１において算出されたトータル要求噴射量Ｑａｌｌと、ステップＳ２２において算出された基本噴き分け率でポート噴射用インジェクタ２０に分配される燃料量の割合との積により求められる。

次に、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９に対する最低噴射量Ｑｍｉｎを取得する（ステップＳ２５）。具体的には、最低噴射量Ｑｍｉｎは、上述した最低噴射量算出処理においてエンジンＥＣＵ８により算出されＲＡＭ３３に記憶されている。したがって、エンジンＥＣＵ８は、このステップにおいて、ＲＡＭ３３に記憶されている最低噴射量Ｑｍｉｎを取得する。

次に、エンジンＥＣＵ８は、ステップＳ２３で算出された基本直噴噴射量Ｑｄｂと、ステップＳ２５で算出された最低噴射量Ｑｍｉｎとを比較し、基本直噴噴射量Ｑｄｂが最低噴射量Ｑｍｉｎ以上であるか否かを判断する（ステップＳ２６）。

エンジンＥＣＵ８は、比較の結果、基本直噴噴射量Ｑｄｂが最低噴射量Ｑｍｉｎ以上であると判断したならば（ステップＳ２６でＹｅｓ）、基本直噴噴射量Ｑｄｂを最終直噴噴射量Ｑｄとし（ステップＳ２７）、次回の燃料噴射において、筒内噴射用インジェクタ１９から噴射される燃料量がこの最終直噴噴射量Ｑｄとなるよう筒内噴射用インジェクタ１９を制御する。

そして、エンジンＥＣＵ８は、ステップＳ２４で算出された基本ポート噴射量Ｑｐｂを最終ポート噴射量Ｑｐとし（ステップＳ２８）、次回の燃料噴射において、ポート噴射用インジェクタ２０から噴射される燃料量がこの最終直噴噴射量Ｑｐとなるようポート噴射用インジェクタ２０を制御する。

一方、エンジンＥＣＵ８は、ステップＳ２６において、基本直噴噴射量Ｑｄｂが最低噴射量Ｑｍｉｎ未満であると判断したならば（ステップＳ２６でＮｏ）、最低噴射量Ｑｍｉｎを最終直噴噴射量Ｑｄとし（ステップＳ２９）、次回の燃料噴射において、筒内噴射用インジェクタ１９から噴射される燃料量がこの最終直噴噴射量Ｑｄとなるよう筒内噴射用インジェクタ１９を制御する。

そして、エンジンＥＣＵ８は、ステップＳ２４で算出された基本ポート噴射量Ｑｐｂから、最低噴射量Ｑｍｉｎと基本直噴噴射量Ｑｄｂとの差を引いた値を最終ポート噴射量Ｑｐとし（ステップＳ３０）、次回の燃料噴射において、ポート噴射用インジェクタ２０から噴射される燃料量がこの最終ポート噴射量Ｑｐとなるようポート噴射用インジェクタ２０を制御する。

図７は、本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の制御装置による空燃比の変化例を示す図である。

以下の例では、アクセルペダル１８が踏込まれないアイドリング状態を既に数分間継続し、時間Ｔ１において、アクセルペダル１８が踏込まれた場合における空燃比の変化を示している。

図７（ａ）は、エンジン２の負荷および筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の燃圧の時間変化を示す図である。図７（ｂ）は、筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０により噴射される燃料量の時間変化を表す図である。図７（ｃ）は、本実施の形態に係る制御装置を搭載した車両および従来の制御装置を搭載した車両における空燃比の時間変化を示す図である。

時間Ｔ１において、アクセルペダル１８（図１参照）が踏込まれると、車両が発進を始め、エンジン２（図１参照）の負荷が上昇する（破線６１参照）。

また、時間Ｔ２に達するまでは、エンジン２の機関負荷率がＫＬ１（図２参照）より小さいため、実線６３で表される合計の燃料量は、ポート噴射用インジェクタ２０（図１参照）のみによるものとなる。

このとき、筒内噴射用インジェクタ１９（図１参照）から燃料が噴射されない状態で燃料分配管２１（図１参照）内の燃料の温度がエンジン２の温度とともに上昇する。そのため、燃料分配管２１内の燃料の体積が増加し、燃圧が上昇する（実線６２参照）。

そして、時間Ｔ２において、機関負荷率がＫＬ１に達し、直噴およびポート噴射領域（図２参照）に入ると、エンジンＥＣＵ８（図１参照）は、基本噴き分け率マップを参照して機関負荷率ＫＬと機関回転数ＮＥとに応じた基本噴き分け率を算出し、基本直噴噴射量Ｑｄｂを算出する（実線６４参照）。したがって、Ｔ２以降における合計の燃料量（実線６３参照）は、筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０から噴射される燃料量の合計を表している。

このＴ２においては、基本直噴噴射量Ｑｄｂが最低噴射量Ｑｍｉｎを下回っているため、筒内噴射用インジェクタ１９からは最低噴射量Ｑｍｉｎによる燃料噴射が行われ、ポート噴射用インジェクタ２０からは、基本ポート噴射量Ｑｐｂから最低噴射量Ｑｍｉｎと基本直噴噴射量Ｑｄｂとの差を差し引いた燃料量、すなわち最終ポート噴射量Ｑｐで燃料噴射が行われる。

この場合、要求噴射量Ｑａｌｌは維持されているため、空燃比の変動が可燃範囲内に収まることになる（実線６５参照）。これに対し、従来の内燃機関の制御装置においては、
燃圧にかかわらず最低噴射量Ｑｍｉｎが固定値であるため、燃圧が高い場合においては、設定された最低噴射量Ｑｍｉｎが実際の筒内噴射用インジェクタ１９の最低噴射量よりも低くなることがある。このような状況下においては、エンジンＥＣＵ８が筒内噴射用インジェクタ１９に対して最低噴射量Ｑｍｉｎの燃料噴射を実行するよう制御したにもかかわらず、筒内噴射用インジェクタ１９からは燃料が噴射されず、結果として、空燃比がリーン側に振れ、可燃範囲から外れることとなる（破線６６参照）。

以上のように、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置においては、燃圧により変化する燃料噴射量の制御可能範囲に基づいて、筒内噴射用インジェクタ１９から噴射される燃料量の最低値を設定することができるので、気筒６内に噴射すべき燃料量が小さい場合においても、筒内噴射用インジェクタ１９を制御して気筒６内に実際に噴射される燃料量を、算出した燃料量に近づけることが可能となる。また、筒内噴射用インジェクタ１９により噴射される燃料量が最低値Ｑｍｉｎを下回る場合には、筒内噴射用インジェクタ１９において噴射される燃料量を最低値Ｑｍｉｎに維持するとともに、算出された燃料量Ｑｄｂと最低値Ｑｍｉｎとの差をポート噴射用インジェクタ２０により噴射される燃料量Ｑｐｂから差し引くので、噴射される合計の燃料量Ｑａｌｌを算出した値と一致させることができる。結果として、排気浄化性能を向上するとともにドライバビリティを向上することができる。

また、筒内噴射用インジェクタ１９を構成するニードルとノズル本体との温度差が大きい場合には小さい場合と比較して微少噴射時における噴射精度が低下するので、最低値を大きくすることにより筒内噴射用インジェクタ１９における噴射精度が良好な領域のみを使用することができる。また、ニードルとノズル本体との温度差が小さい場合には、大きい場合と比較して燃料噴射量が小さい範囲まで筒内噴射用インジェクタ１９を制御できるので、最低値を小さくすることにより実際に噴射される燃料量と算出した燃料量とを従来より近づけることができる。

また、筒内噴射用インジェクタ１９に対する最低噴射量Ｑｍｉｎが適切に設定されることにより、筒内噴射用インジェクタ１９とポート噴射用インジェクタ２０とに対する噴き分け率の変更を最小限にすることができる。したがって、噴き分け率の変更に起因する実空燃比の変動を減少することが可能となる。

なお、以上の説明においては、本発明に係る制御装置が筒内噴射用インジェクタ１９およびポート噴射用インジェクタ２０を備える内燃機関に適用される場合について説明したが、これに限定されず、次に説明する第２の実施の形態のように、本発明に係る制御装置が筒内噴射用インジェクタ１９を備える内燃機関に適用されるようにしてもよい。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の制御装置について、図８ないし図１０を参照して説明する。本実施の形態においては、内燃機関の制御装置が４気筒のエンジンを搭載した車両に適用される場合について説明する。

なお、第２の実施の形態に係る内燃機関の制御装置の構成は、上述の第１の実施の形態に係る内燃機関の制御装置の構成とほぼ同様であり、各構成要素については、図１に示した第１の実施の形態と同様の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。

図８は、本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を示す概略構成図である。

各気筒６には、気筒６内に燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１９が設置されている。

筒内噴射用インジェクタ１９は、共通の燃料分配管２１と接続されており、この燃料分配管２１には、エンジン２の動力により駆動する高圧燃料ポンプ２３から高圧の燃料が圧送されるようになっている。燃料分配管２１と高圧燃料ポンプ２３との間には、逆止弁２２が設置されており、燃料分配管２１側から高圧燃料ポンプ２３側への燃料の逆流を防止するようになっている。

また、高圧燃料ポンプ２３と並列に電磁スピル弁２４が設置されており、高圧燃料ポンプ２３の吐出側が電磁スピル弁２４を介して吸入側と連結されている。この電磁スピル弁２４は、エンジンＥＣＵ８により開度が制御されるようになっており、開度が小さいほど高圧燃料ポンプ２３から燃料分配管２１に供給される燃料供給量が増大し、開度が全開になると高圧燃料ポンプ２３から燃料分配管２１への燃料供給が停止する。

高圧燃料ポンプ２３は、燃料圧レギュレータ２６を介して低圧燃料ポンプ２７に接続されている。

また、エンジンＥＣＵ８のＲＯＭ３２には、吸入空気量および機関回転数と、筒内噴射用インジェクタ１９から噴射する燃料量とを対応付けた燃料噴射量マップが記憶されている。エンジンＥＣＵ８は、エアフローメータ１１から吸入空気量を表す信号と、回転数センサ４６から機関回転数を表す信号とをそれぞれ取得すると、燃料噴射量マップを参照して、筒内噴射用インジェクタ１９から噴射される燃料量を算出するとともに、上述したＰＩフィードバック制御により算出される燃料補正量ｄＱを加えることによって、筒内噴射用インジェクタ１９から噴射する基本直噴噴射量Ｑｄｂを算出するようになっている。

また、エンジンＥＣＵ８は、基本直噴噴射量Ｑｄｂが最低噴射量算出処理により算出された最低噴射量Ｑｍｉｎよりも小さい場合には、筒内噴射用インジェクタ１９から噴射される燃料量が最低噴射量Ｑｍｉｎとなるように筒内噴射用インジェクタ１９を制御する。

図９は、本発明の第２の実施の形態に係る噴射量算出処理を説明するためのフローチャートである。

なお、以下の処理は、エンジンＥＣＵ８を構成するＣＰＵ３４によって実行されるとともに、ＣＰＵ３４によって処理可能なプログラムを実現する。なお、以下の処理は、エンジンＥＣＵ８を構成するＣＰＵ３４によって所定の時間間隔で実行されるとともに、ＣＰＵ３４によって処理可能なプログラムを実現する。ここで、所定の時間間隔とは、エンジン２のクランクシャフトの一定回転を意味する。

エンジンＥＣＵ８は、まず、燃料噴射量マップにより算出される燃料量と上記の式（１）により算出された燃料補正量ｄＱとを用いて、基本直噴噴射量Ｑｄｂを算出する（ステップＳ３１）。

次に、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９に対する最低噴射量Ｑｍｉｎを算出する（ステップＳ３２）。具体的には、エンジンＥＣＵ８は、上述した第１の実施の形態における最低噴射量算出処理と同様の処理に従って、筒内噴射用インジェクタ１９に対する最低噴射量Ｑｍｉｎを算出する。

次に、エンジンＥＣＵ８は、ステップＳ３１で算出された基本直噴噴射量Ｑｄｂと、ステップＳ３２で算出された最低噴射量Ｑｍｉｎとを比較し、基本直噴噴射量Ｑｄｂが最低噴射量Ｑｍｉｎ以上であるか否かを判断する（ステップＳ３３）。

エンジンＥＣＵ８は、基本直噴噴射量Ｑｄｂが最低噴射量Ｑｍｉｎ以上であると判断したならば（ステップＳ３３でＹｅｓ）、基本直噴噴射量Ｑｄｂを最終直噴噴射量Ｑｄとし（ステップＳ３４）、次回の燃料噴射において、筒内噴射用インジェクタ１９から噴射される燃料量がこの最終直噴噴射量Ｑｄとなるよう筒内噴射用インジェクタ１９を制御する。

一方、エンジンＥＣＵ８は、ステップＳ３３において、基本直噴噴射量Ｑｄｂが最低噴射量Ｑｍｉｎ未満であると判断したならば（ステップＳ３３でＮｏ）、最低噴射量Ｑｍｉｎを最終直噴噴射量Ｑｄとし（ステップＳ３５）、次回の燃料噴射において、筒内噴射用インジェクタ１９から噴射される燃料量がこの最終直噴噴射量Ｑｄとなるよう筒内噴射用インジェクタ１９を制御する。

図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の制御装置による空燃比の変化例を示す図である。

以下の例では、車両の走行状態が機関負荷率および機関回転数の高い状態から低い状態に急激に変化した場合における空燃比の変化を示している。

図１０（ａ）は、エンジン２の機関負荷率および筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の燃圧の時間変化を示す図である。図１０（ｂ）は、筒内噴射用インジェクタ１９により噴射される燃料量の時間変化を表す図である。図１０（ｃ）は、本実施の形態に係る制御装置を搭載した車両および従来の制御装置を搭載した車両における空燃比の時間変化を示す図である。

燃料分配管２１（図８参照）内の燃圧が高い状態においてエンジン２（図８参照）の機関負荷率および機関回転数が急激に減少した場合（破線７１参照）には、筒内噴射用インジェクタ１９（図８参照）から噴射される燃料量が減少するため、燃料分配管２１内の燃圧が低下せずに高い状態が維持される（実線７２参照）。

このとき、エンジン２の機関回転数の低下および吸入空気量の低下に伴い、筒内噴射用インジェクタ１９に対する燃料噴射量の要求値も低下する（実線７３参照）。

ここで、本実施の形態においては、エンジンＥＣＵ８が燃圧に応じて最低噴射量Ｑｍｉｎを設定するので、エンジンＥＣＵ８が筒内噴射用インジェクタ１９に最低噴射量Ｑｍｉｎを噴射するよう制御する（実線７４参照）。この場合、要求値と実際に噴射される最低噴射量Ｑｍｉｎとの差に応じた空燃比の変動が発生するものの（実線７６参照）、可燃範囲に十分収まることとなる。

これに対し、従来の制御装置においては、最低噴射量Ｑｍｉｎを固定値としているため、燃圧が高い状態においては、筒内噴射用インジェクタ１９の実際の最低噴射量が、予め設定された最低噴射量Ｑｍｉｎより高くなる。

このため、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９に対して最低噴射量Ｑｍｉｎの燃料を噴射するよう制御したにもかかわらず、筒内噴射用インジェクタ１９から燃料が噴射されず（破線７５参照）、この結果、空燃比がリーン側に振れ可燃範囲から外れることとなる（破線７７参照）。

以上のように、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置においては、燃圧により変化する燃料噴射量の制御可能範囲に基づいて、筒内噴射用インジェクタ１９から噴射される燃料量の最低値を設定することができるので、気筒６内に噴射すべき燃料量が小さい場合においても、筒内噴射用インジェクタ１９を制御して気筒６内に実際に噴射される燃料量を算出した燃料量に近づけることが可能となる。結果として、排気浄化性能を向上するとともにドライバビリティを向上することができる。

なお、以上の説明においては、エンジンＥＣＵ８のＲＯＭ３２が、最低噴射量マップ５５および温度補正マップを記憶するようにし、最低噴射量マップ５５により基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂを算出した後に、温度補正マップに基づいて基本最低噴射量Ｑｍｉｎｂを補正係数Ｋで補正し、最低噴射量Ｑｍｉｎを算出する場合について説明した。しかしながら、エンジンＥＣＵ８のＲＯＭ３２が、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の燃圧と、ニードルとノズル本体との温度差と、最低噴射量Ｑｍｉｎとを対応付けた２次元の最低噴射量マップを記憶するようにしてもよい。

この場合、エンジンＥＣＵ８は、筒内噴射用インジェクタ１９に供給される燃料の燃圧および筒内噴射用インジェクタ１９の温度特性を取得すると、ＲＯＭ３２に記憶されている２次元の最低噴射量マップを参照して、最低噴射量Ｑｍｉｎを算出する。

また、以上の説明においては、エンジンＥＣＵ８が、筒内噴射用インジェクタ１９のニードルの温度を、燃料分配管２１に設置された燃料温度センサ４８により検出する場合について説明した。しかしながら、燃料温度センサ４８を燃料タンク２９など燃料供給経路の上流側に設置し、エンジンＥＣＵ８が、燃料温度センサ４８から取得した燃料温度に基づいて、ニードルの温度を推定するようにしてもよい。この場合、エンジンＥＣＵ８は、燃料温度センサ４８により検出される燃料温度とニードルの推定温度とを対応付けたマップをＲＯＭ３２に記憶するようにする。なお、マップから取得されたニードルの推定温度を、機関回転数および機関負荷率によりさらに補正してもよい。

以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃料噴射精度を従来のものより高め、排気浄化性能およびドライバビリティを向上できるという効果を奏するものであり、少なくとも気筒内に燃料を噴射可能な内燃機関の制御装置に有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係る基本噴き分け率マップを示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る最低噴射量マップを示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る筒内噴射用インジェクタの温度特性を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る最低噴射量算出処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る噴射量算出処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の制御装置による空燃比の変化例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を示す概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係る噴射量算出処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の制御装置による空燃比の変化例を示す図である。

符号の説明

２ エンジン（内燃機関）
４ インテークマニホールド
５ サージタンク
６ 気筒
８ エンジンＥＣＵ（制御装置、燃料量算出手段、分配算出手段、燃圧検出手段、温度差検出手段、燃料量補正手段、最低値設定手段、制御手段）
１０ 吸気管
１１ エアフローメータ（燃料量算出手段）
１４ スロットルバルブ
１５ エキゾーストマニホールド
１６ 排気管
１７ 三元触媒コンバータ
１８ アクセルペダル
１９ 筒内噴射用インジェクタ（筒内噴射手段）
２０ ポート噴射用インジェクタ（ポート噴射手段）
２１ 燃料分配管
２３ 高圧燃料ポンプ
２４ 電磁スピル弁
２５ 燃料分配管
２６ 燃料圧レギュレータ
２７ 低圧燃料ポンプ
２９ 燃料タンク
３２ ＲＯＭ
３３ ＲＡＭ
３４ ＣＰＵ
３８ 水温センサ（温度差検出手段）
４０ 燃料圧センサ（燃圧検出手段）
４２ 空燃比センサ
４４ アクセル開度センサ（分配算出手段）
４６ 回転数センサ（燃料量算出手段、分配算出手段）
４８ 燃料温度センサ（温度差検出手段）

Claims (5)

1. 内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射手段と、
   前記内燃機関の機関回転数および前記気筒内に吸入される空気量に基づいて、前記筒内噴射手段により前記気筒内に噴射される燃料量を算出する燃料量算出手段と、
   前記燃料量算出手段により算出された燃料量が噴射されるよう前記筒内噴射手段を制御する制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記筒内噴射手段に供給される燃料の燃圧を検出する燃圧検出手段と、
   前記燃圧検出手段により検出された燃料の燃圧に応じて前記筒内噴射手段から噴射される燃料量の最低値を設定する最低値設定手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記燃料量算出手段により算出された燃料量が前記最低値設定手段により設定された最低値よりも小さい場合には、前記最低値の燃料量が噴射されるよう前記筒内噴射手段を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の気筒内に燃料を噴射する筒内噴射手段と、
   前記気筒と接続された吸気通路に燃料を噴射するポート噴射手段と、
   前記内燃機関の機関回転数および前記気筒内に吸入される空気量に基づいて、前記筒内噴射手段および前記ポート噴射手段から噴射される合計の燃料量を算出する燃料量算出手段と、
   前記燃料量算出手段により算出された合計の燃料量が噴射されるよう前記筒内噴射手段および前記ポート噴射手段を制御する制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関に要求される機関負荷率および機関回転数に基づいて、前記合計の燃料量を前記筒内噴射手段と前記ポート噴射手段とに分配する割合を算出する分配算出手段と、
   前記筒内噴射手段に供給される燃料の燃圧を検出する燃圧検出手段と、
   前記燃圧検出手段により検出された燃料の燃圧に応じて前記筒内噴射手段から噴射される燃料量の最低値を設定する最低値設定手段と、
   前記分配算出手段により算出された前記筒内噴射手段に分配する割合に相当する燃料量が前記最低値設定手段により設定された最低値よりも小さい場合には、前記筒内噴射手段に分配する割合に相当する燃料量を前記最低値とするとともに、前記最低値の燃料量と前記分配算出手段により算出された前記筒内噴射手段に分配する割合に相当する燃料量との差を前記ポート噴射手段に分配する割合に相当する燃料量から差し引いた燃料量とすることにより、前記筒内噴射手段および前記ポート噴射手段により噴射される燃料量を補正する燃料量補正手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記燃料量補正手段により補正された燃料量が噴射されるよう前記筒内噴射手段および前記ポート噴射手段を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 前記最低値設定手段は、前記燃圧検出手段により検出される燃圧が高い場合には低い場合と比較して前記最低値を大きくすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記筒内噴射手段を構成する噴射弁と前記噴射弁を軸方向に移動可能に収納する本体との温度差を検出する温度差検出手段を備え、
   前記最低値設定手段は、前記燃圧検出手段により検出された燃料の燃圧と、前記温度差検出手段により検出された前記温度差と、に応じて前記筒内噴射手段から噴射される燃料量の最低値を設定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記最低値設定手段は、前記温度差検出手段により検出される温度差が大きい場合には小さい場合と比較して前記最低値を大きくすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。

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