JP2011132898A - 筒内噴射式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒内噴射式エンジンにおいて、１サイクル中に複数回の燃料噴射を実行する場合に、１回目の噴射を可能な限り進角しつつ、かつ、ＰＭ排出粒子数の増大を抑制するように、ピストン冠面に付着，残留する燃料量を低減する筒内噴射式エンジンの制御装置を提供することにある。
【解決手段】複数回に分割された各噴射のうち、少なくとも１回目の噴射パルス幅に基づいて、１回目の噴射タイミングを設定し、分割された１回目の噴射パルス幅が短い場合は、分割された１回目の噴射パルス幅が長い場合に比較して、１回目噴射の噴射タイミングを進角する。
【選択図】 図１５

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御装置に係り、特に、筒内噴射式内燃機関の制御装置に関する。

現在の車両（自動車）は、環境保全の観点から自動車の排出ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ），炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）等の排出ガス物質の削減、および燃料消費量の削減が求められている。これらの削減を目的として、筒内噴射式エンジンの開発が行われている。

筒内噴射式エンジンは、燃料噴射弁による燃料噴射を気筒の燃焼室内に直接行うことにより、排出ガス物質の削減及び燃料消費量の削減，エンジン出力の向上等を図っている。

しかし、筒内噴射式エンジンでは、噴射により燃焼室内を移動する燃料噴霧がピストンの冠面や、シリンダボアの壁面に付着しやすい。その付着量は、燃料噴射弁が燃料噴射を行うタイミングに依存する。

燃料噴射弁が燃料噴射を行うタイミングを吸気行程とする場合、燃料噴射のタイミングを相対的に進角化させると、燃料噴射から点火までに燃料が気化する期間が確保されて燃焼性を改善できる一方で、ピストン冠面がインジェクタにより近い時点での燃料噴射となるためにピストンの冠面への燃料付着が増加する。特に、ピストン冠面に付着した燃料は、その後の機関燃焼時に徐々に霧化され、不完全燃焼して気筒内から排出されるようになる（特許文献１）。

また、ピストンの冠面やシリンダボアの壁面に付着し、燃焼室内に残留した燃料量が多いと、黒鉛が発生し、粒子状物質、いわゆるパティキュレートマター（以下ＰＭ）の排出粒子数が増大する傾向がある。ここで、ＰＭ排出粒子数とは、所定の運転パターンで車両を運転した際に、排出されるＰＭ粒子の総排出粒子数である。特に、ピストンの冠面に付着した燃料量が多いとＰＭ排出粒子数が増大する傾向にある。近年では、車両用エンジン、特に筒内噴射式エンジンに対して、ＰＭ排出粒子数を低減する必要性が高まっている。

特開２００７−３２３２６号公報

筒内噴射式エンジンにおいて、燃料噴射タイミングを吸気行程とした場合、燃料噴射のタイミングを相対的に進角すると、ピストンの冠面に付着する燃料量が増大し、ＰＭ排出粒子数が増大する傾向となる。一方で、ＰＭ排出粒子数の増大を抑制するように、ピストン冠面に付着，残留する燃料量を低減するため、噴射タイミングを遅角させると、シリンダボア壁面に付着，残留する燃料量が増大し、未燃ガスが増大する傾向となる。

かかる課題は、１サイクル中に複数回の燃料噴射を実行する分割多段噴射の場合も同様であり、また、分割多段噴射においては、噴射と噴射の間隔が必要となるため、１サイクル中に１回のみ燃料を噴射する場合に比較して、噴射の終了時期が遅角側となる。分割した最終回の噴射の終了時期が所定のクランク角度よりも遅角側となると、点火されるまでの間に十分に気化できないことがあり、筒内の混合気の均質度が低下する傾向となる。

本発明の目的は、筒内噴射式エンジンにおいて、１サイクル中に複数回の燃料噴射を実行する場合に、１回目の噴射を可能な限り進角しつつ、かつ、ＰＭ排出粒子数の増大を抑制するように、ピストン冠面に付着，残留する燃料量を低減する筒内噴射式エンジンの制御装置を提供することにある。

かかる目的を達成すべく、本発明では、駆動電流を噴射パルス幅に基づいて制御することで燃焼室内へ燃料を噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関の制御装置であって、少なくとも初回噴射を吸気行程中に行う複数回の燃料噴射を実行する分割多段噴射制御を行い、初回噴射の噴射パルス幅が短い場合は、初回噴射の噴射パルス幅が長い場合に比較して、初回噴射の噴射タイミングが進角するように、初回噴射の噴射パルス幅に基づいて、初回噴射の噴射タイミングを設定することを特徴とする制御装置を提供する。

本発明によれば、ピストン冠面に付着，残留する燃料量を低減できるような噴射タイミングで分割多段噴射を実行でき、ＰＭ排出粒子数の増大を抑制することができる。

特に内燃機関の冷機始動時には、暖機時に比べピストン冠面の温度が低いため、より大きな効果が得られる。

本発明の一実施形態による筒内噴射式エンジンの制御システム全体の構成概略図である。 本発明の一実施形態による筒内噴射式エンジンの燃料系システムの全体構成概略図である。 本発明の一実施形態による筒内噴射式エンジンの制御装置の一実施の形態を示すシステム構成にて用いられる、エンジン制御ユニットの入出力信号関係を示すブロック線図である。 本発明の一実施形態による筒内噴射式エンジンの燃料系システムによる、インジェクタの通電開始後からの経過時間と、噴射した燃料の到達距離（ペネトレーション）の関係を示す図である。 本発明の一実施形態による筒内噴射式エンジンの燃料系システムによる、インジェクタの噴射パルス幅と、噴射した燃料のペネトレーションの最大値の関係を示す図である。 噴射する燃料が１方向に噴射されるインジェクタを用いた場合で、ピストンが上死点から下死点へと移動する間に、燃焼室へインジェクタから燃料を噴射した場合の、インジェクタの噴射口からの最短距離の関係を示す図である。 噴射する燃料が複数方向に噴射されるマルチホールインジェクタを用いた場合で、ピストンが上死点から下死点へと移動する間に、燃焼室へインジェクタから燃料を噴射した場合の、インジェクタの噴射口からの最短距離の関係を示す図である。 本発明の一実施形態による筒内噴射式エンジンの分割多段噴射制御の制御内容を示すフローチャートである。 図８に図示の分割噴射設定の処理内容を示すフローチャートである。 図９に図示の各噴射のペネトレーション（燃料到達距離の最大値）を算出するためのマップ関数を示す図である。 図９に図示の噴射タイミング設定の処理内容を示すフローチャートである。 図１１に図示の温度許容噴射角度ＰＣＡｔを算出するためのマップ関数を示す図である。 本発明の一実施形態による筒内噴射式エンジンの分割多段噴射制御の第１の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態による筒内噴射式エンジンの分割多段噴射制御の第２の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態による筒内噴射式エンジンの分割多段噴射制御の第３の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態による筒内噴射式エンジンの分割多段噴射制御の第４の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態による筒内噴射式エンジンの分割多段噴射制御の第５の制御例を示すタイムチャートである。 図８に図示の分割噴射設定の別の処理内容を示すフローチャートである。 図１８に図示の非分割時処理の処理内容を示すフローチャートである。 図１８に図示の１回目噴射処理の処理内容を示すフローチャートである。 図１８に図示の分割噴射処理の処理内容を示すフローチャートである。 図１８に図示の最終噴射処理の処理内容を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による筒内噴射式エンジンの分割多段噴射制御の第６の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態による筒内噴射式エンジンの分割多段噴射制御の第７の制御例を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図２４を用いて詳細に説明する。

最初に、図１を用いて、本発明の１実施例に係る筒内噴射エンジン１の制御システム全体の構成概略について説明する。

筒内噴射エンジン１は４気筒からなる。図１は、簡略化のため１気筒のみ図示する。各気筒はシリンダ２０７ｂを有し、シリンダ２０７ｂに導入する空気は、エアクリーナ２０２の入口部から取り入れられ、空気流量計（エアフロセンサ２０３）を通り、吸気流量を制御する電制スロットル弁２０５ａが収容されたスロットルボディ２０５を通ってコレクタ２０６に入る。コレクタ２０６に吸入された空気は、筒内噴射エンジン１の各シリンダ２０７ｂに接続された各吸気管２０１に分配された後、ピストン２０７ａ，シリンダ２０７ｂ等によって形成される燃焼室２０７ｃに導かれる。また、エアフロセンサ２０３からは、吸気流量を表す信号が本実施形態の高圧燃料ポンプ制御装置を有するエンジン制御ユニット１０１に出力される。さらに、スロットルボディ２０５には、電制スロットル弁２０５ａの開度を検出するスロットルセンサ２０４が取り付けられており、その信号もエンジン制御ユニット１０１に出力されるようになっている。

一方、ガソリン等の燃料は、燃料タンク２５０から低圧燃料ポンプ２５１により一次加圧されて燃圧レギュレータ２５２により一定の圧力（例えば０.３ＭＰａ）に調圧されるとともに、後述する高圧燃料ポンプ２０９でより高い圧力（例えば５ＭＰａや１０ＭＰａ）に２次加圧され、フューエルレール２５３を介してシリンダ２０７ｂに設けられている燃料噴射弁（以下、インジェクタ２５４と呼ぶ）から燃焼室２０７ｃに噴射される。燃焼室２０７ｃに噴射された燃料は、点火コイル２２２で高電圧化された点火信号により点火プラグ２０８で着火される。なお、本実施例においては、インジェクタ２５４は筒内噴射エンジン１の各シリンダ２０７ｂ側から噴射するサイド噴射方式としているが、燃焼室２０７ｃの真上から噴射するセンター噴射方式としても良い。

筒内噴射エンジン１のクランク軸２０７ｄに取り付けられたクランク角センサ２１６は、クランク軸２０７ｄの回転位置を表す信号をエンジン制御ユニット１０１に出力し、また、吸気弁２２５の開閉タイミングを可変にする機構と、排気弁２２６の開閉タイミングを可変にする機構を備え、排気弁２２６の開閉タイミングを可変にする機構を備えたカム軸（図示省略）に取り付けられたカム角センサ２１１は、カム軸の回転位置を表す角度信号をエンジン制御ユニット１０１に出力するとともに、排気弁２２６のカム軸の回転に伴って回転する高圧燃料ポンプ２０９のポンプ駆動カム２００の回転位置を表す角度信号をもエンジン制御ユニット１０１に出力する。

なお、本実施例においては、筒内噴射エンジン１を４気筒で記載しているが、３気筒や６気筒等、他の気筒数のエンジンとしても良い。

また、本実施例においては、吸気弁２２５，排気弁２２６ともに開閉タイミング可変機構を備えているが、可変動弁機構として、吸気弁２２５の開閉タイミングのみ可変とする構成としても良いし、開閉タイミングに加えて弁リフト量を可変とする機構を用いも良い。

図２は、前記高圧燃料ポンプ２０９を備えた燃料系システムの全体構成概略図を示している。

高圧燃料ポンプ２０９は、燃料タンク２５０からの燃料を加圧してフューエルレール２５３に高圧の燃料を圧送するものである。

燃料はタンク２５０から低圧燃料ポンプ２５１にて高圧燃料ポンプ２０９の燃料導入口に、燃圧レギュレータ２５２によって一定の圧力に調圧されて導かれる。燃料導入口側には燃料吸入量を制御する電磁制御弁であるポンプソレノイド２０９ａが設けられている。ポンプソレノイド２０９ａはノーマルクローズ型のソレノイドであり、非通電時に閉弁し、通電時には開弁する。低圧燃料ポンプ２５１によって供給された燃料は、エンジン制御ユニット１０１によってポンプソレノイド２０９ａを制御することによって吸入量を調節され、ポンプ駆動カム２００、および加圧室２０９ｂにて加圧され、燃料吐出口からフューエルレール５３に圧送される。燃料吐出口には、下流側の高圧燃料を加圧室に逆流させないために吐出弁２０９ｃが設けられている。フューエルレール２５３には、インジェクタ２５４，フューエルレール２５３内の燃料圧力（以下燃圧）を計測するための圧力センサ２５６が装着されている。

図３にエンジン制御ユニット１０１の入出力関係を示す。エンジン制御ユニット１０１は、Ａ／Ｄ変換器を含むＩ／Ｏ ＬＳＩ１０１ａ，ＣＰＵ１０１ｂ等から構成され、アクセサリ，イグニッションＯＮ，スタータＯＮを示すキースイッチ４０１の信号，アクセル開度センサ４０２，ブレーキスイッチ４０３，車速センサ４０４，エアフロセンサ２０３，スロットルセンサ２０４，カム角センサ２１１，クランク角センサ２１６，水温センサ２１７，空燃比センサ２１８，圧力センサ２５６，油温センサ２１９を含む各種センサ等からの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、演算結果として算出された各種の制御信号を出力し、アクチュエータである電制スロットル弁２０５ａ，ポンプソレノイド２０９ａ，点火コイル２２２，低圧燃料ポンプ２５１，インジェクタ２５４に所定の制御信号を供給し、フューエルレール２５３内の燃圧制御，燃料噴射量制御及び点火時期制御等を実行するものである。Ｉ／Ｏ ＬＳＩ１０１ａにはインジェクタ２５４を駆動する駆動回路が設けられており、バッテリから供給される電圧を昇圧回路（図示しない）を用いて昇圧して供給し、ＩＣ（図示しない）によって電流制御することによってインジェクタ２５４を駆動する。

次に、図４〜図７を用いて、インジェクタ２５４から噴射する燃料のペネトレーション（貫徹力）、すなわち、燃料到達距離について説明する。

図４は、所定の燃圧，所定の噴射パルス幅で、インジェクタ２５４から燃料を噴射した場合の、噴射開始後、すなわち通電開始後からの経過時間と、噴射した燃料の到達距離（ペネトレーション）の関係を示している。通電開始直後はインジェクタ２５４の開弁遅れがあるため、ペネトレーションは０であり、所定時間経過後から徐々にペネトレーションが伸びていく。ある時間を経過すると、噴射した燃料が気化するため、ペネトレーションは収束する（図の破線）。この場合のペネトレーションの最大値はＰＮＴ_maxとなっている。

図５は、所定の背圧の環境下に対し、所定の燃圧で、インジェクタ２５４から燃料を噴射した場合の、噴射パルス幅毎のペネトレーションの最大値、すなわち、図４のＰＮＴ_maxに相当するペネトレーションの関係を示している。噴射パルス幅が短い場合、すなわち、噴射量が少ない場合はペネトレーションの最大値は小さく、噴射パルス幅が長い場合はペネトレーションの最大値は大きくなっている。ここで、Ｔｉ_minは最小パルス幅であり、Ｔｉ_minのときのペネトレーションが最も小さくなっている。

図６は、ピストン２０７ａが上死点（ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）へと移動する間に、燃焼室２０７ｃへ、インジェクタ２５４から燃料を噴射した場合の、インジェクタ２５４の噴射口からピストン冠面又はシリンダボアまでの最短距離の関係を示している。図６では簡単のため、インジェクタ２５４から噴射する燃料は１方向に噴射する場合を例として記載している。クランク角度が０（ピストン２０７ａがＴＤＣ）にある場合、インジェクタ２５４の噴射口に最もピストン２０７ａの冠面が接近しているため、最短距離は短く、クランク角度が進むにつれてピストン２０７ａがＴＤＣからＢＤＣへと移動するため、徐々に最短距離は伸びてゆく。クランク角度がＣＡ_０以降となると、ピストン２０７ａはインジェクタ２５４の噴射口からさらに遠ざかるが、シリンダボア壁面の方がインジェクタ２５４の噴射口に近くなるため、最短距離は一定となる。

ここで例えば、インジェクタ２５４から噴射する燃料のペネトレーション（燃料到達距離の最大値）が大きい場合、クランク角度ＣＡ_０よりも進角側（ＴＤＣ側）で噴射した場合は燃料はピストン冠面に到達し、クランク角度ＣＡ_０よりも遅角側（ＢＤＣ側）で噴射した場合は燃料はシリンダボア壁面に到達する。ただし、インジェクタ２５４から噴射する燃料のペネトレーション（燃料到達距離の最大値）がｐ１の場合、クランク角度ＣＡ_ｐ１以降に噴射を開始すれば、燃料はピストン冠面にもボア壁面にも到達しないこととなる。また例えば、インジェクタ２５４から噴射する燃料のペネトレーションがｐ２の場合、クランク角度ＣＡ_ｐ２以降に噴射を開始すれば、燃料はピストン冠面にもボア壁面にも到達しないこととなる。たとえば、最小噴射パルス幅で噴射した場合のペネトレーションがｐ１であり、所定の分割比で分割した１回あたりの噴射パルス幅で噴射した場合のペネトレーションがｐ１だった場合はクランク角度ＣＡ_ｐ１以降に噴射を開始すれば良く、所定の分割比で分割した１回あたりの噴射パルス幅で噴射した場合のペネトレーションがｐ２だった場合はクランク角度ＣＡ_ｐ２以降に噴射を開始すれば良い。

図７は、インジェクタ２５４から噴射する燃料が複数方向に噴射される、いわゆるマルチホールインジェクタの場合で、ピストン２０７ａが上死点（ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）へと移動する間に、燃焼室２０７ｃへ、インジェクタ２５４から燃料を噴射した場合の、インジェクタ２５４の噴射口からの最短距離の関係を示している。図７では、マルチホールインジェクタの例として、６本のビームを噴射する場合を記載している。

クランク角度が０（ピストン２０７ａがＴＤＣ）にある場合、インジェクタ２５４の噴射口に最もピストン２０７ａの冠面が接近しているため、いずれのビームについても最短距離は短く、クランク角度が進むにつれてピストン２０７ａがＴＤＣからＢＤＣへと移動するため、徐々に各ビームの最短距離は伸びてゆく。ここでマルチホールでは複数の方向に燃料を噴射するため、最短距離はビームによって異なり、例えばビームＮｏ１は最も上向き、すなわち、冠面に対して平行面に近い方向に噴射されているため、クランク角度が進むにつれて最短距離の増加幅が大きく、逆に、ビームＮｏ５，６は、最も下向き、すなわち冠面に対して垂直面に近い方向に噴射されているため、クランク角度が進むにつれて最短距離の増加幅が小さくなっている。それぞれのビームは、クランク角度が所定値以降となると、ピストン２０７ａはインジェクタ２５４の噴射口からさらに遠ざかるが、シリンダボア壁面の方がインジェクタ２５４の噴射口に近くなるため、最短距離は一定となる。

ここで、図６同様に、例えば、インジェクタ２５４から噴射する燃料のペネトレーション（燃料到達距離の最大値）がｐ１の場合、クランク角度ＣＡ_ｐ１以降に噴射を開始すれば、いずれのビームの燃料も、ピストン冠面にもボア壁面にも到達しないこととなる。また例えば、インジェクタ２５４から噴射する燃料のペネトレーションがｐ２の場合、クランク角度ＣＡ_ｐ２以降に噴射を開始すれば、いずれのビームによる燃料も、ピストン冠面にもボア壁面にも到達しないこととなる。以下の実施例はインジェクタ２５４がマルチホールインジェクタの場合を例として記載する。

図６，図７いずれの場合も幾何学的な距離を示しており、実際の燃焼においては燃焼室２０７ｃ内の吸気流動の影響を受けるが、１サイクル中に噴射する燃料を複数回に分割して燃料噴射を実行し、分割された各噴射パルス幅のペネトレーション（燃料到達距離の最大値）に応じて噴射するクランク角度を選択する、または噴射クランク角度に応じて、ペネトレーションが許容できる長さとなるように、各噴射パルス幅を選択することによって、ピストン冠面やボア壁面に付着する燃料量を大幅に低減できる。

次に、図８〜図１７を用いて、本実施形態による内燃機関の分割多段噴射制御の具体的な制御内容について説明する。

図８は、本発明の一実施形態による、分割多段噴射制御の制御内容を示すフローチャートである。

図８の内容は、エンジン制御ユニット１０１のＣＰＵ１０１ｂにプログラミングされ、あらかじめ定められた周期で繰り返し実行される。すなわち、以下のステップ５０１〜５０６の処理は、エンジン制御ユニット１０１によってあらかじめ定められた周期で繰り返し実行される。エンジン制御ユニット１０１は図８の処理内容で算出された、噴射パルス幅と、噴射タイミングに基づき、各インジェクタ２５４に所定の制御信号を供給し、１サイクル中に複数の燃料噴射を実行する。

ステップ８０１では、各インジェクタから１サイクル中に噴射する総燃料量である、合計噴射パルス幅Ｔｉ_allを設定する。合計噴射パルス幅Ｔｉ_allは、エアフロセンサ２０３にて計量する吸入空気量や、運転状態等に応じて設定される空燃比，圧力センサ２５６信号を用いて算出される燃圧等に応じて設定される。

ステップ８０２では、最小噴射パルス幅Ｔｉ_minを算出する。最小噴射パルス幅Ｔｉ_minは図８（Ｂ）に示すように、圧力センサ２５６信号を用いて算出される燃圧Ｐｆを入力とした関数Ｆminを参照して算出する。ここで最小噴射パルス幅は、インジェクタ２５４の電気特性，機械特性、及びインジェクタの駆動電流波形に依存するため、諸特性を考慮のうえ、関数Ｆminを設定することが望ましい。

ステップ８０３（分割噴射設定）では、分割多段噴射の各噴射パルス幅や噴射タイミングの設定を行う。ステップ８０３の詳細は図９に示す。

次に、図９を用いて、図８のステップ８０３（分割噴射設定）の詳細について説明する。図９は初めに１サイクルにおける分割噴射の分割数を設定し、各噴射パルス幅と各噴射タイミングを設定する制御方式の制御フローチャートである。分割数をＮとすると、ｎ＝１〜Ｎの各噴射パルス幅と各噴射タイミングを設定する。

ステップ９０１では、カウンタの初期化を行う。

ステップ９０２では、分割数Ｎの設定を行う。図８のステップ８０１，８０２でそれぞれ設定した合計噴射パルス幅Ｔｉ_all，最小噴射パルス幅Ｔｉ_minを用いて、Ｔｉ_all÷Ｔｉ_minの除算を実行し、その商を分割数Ｎとして設定する。例えば、Ｔｉ_allが１.０ms、Ｔｉ_minが０.３msの場合、Ｔｉ_all÷Ｔｉ_min＝３.３３・・・となり、商は３となるのでＮ＝３とする。

ステップ９０３では、カウンタｎが分割数Ｎよりも大きいか否かの判定を行い、大きい場合（ｎ＝１〜Ｎまでの設定が完了した場合）は処理を終了する。カウンタｎが分割数Ｎ以下の場合はステップ９０４以降の処理を行う。

ステップ９０４では、各噴射の噴射パルス幅Ｔｉ_ｎ（ｎ＝１〜Ｎ）の算出を行う。ステップ９０４ではＴｉ_all÷Ｎとして噴射パルス幅Ｔｉ_ｎを算出しているが、詳細には桁落ちを防止するため、例えば、Ｔｉ_allが１.０ms、分割数Ｎ＝３の場合、Ｔｉ_１＝０.３３，Ｔｉ_２＝０.３３，Ｔｉ_３＝０.３４などのような桁落ち帽子処理を行うことが望ましい。または分割比を設定し、予め桁落ち防止を分割比算出に織り込んで算出する処理としても良い。

ステップ９０５では、ペネトレーションの推定を行う。分割した各噴射パルス幅Ｔｉ_ｎと、燃圧Ｐｆに基づき、図１０に示すようなマップ構造を用いて、分割した各噴射のペネトレーション（燃料到達距離の最大値）ｐｎｔ_ｎを算出する。図１０では各噴射パルス幅Ｔｉ_ｎと、燃圧Ｐｆのマップ構造としているが、さらに吸入する空気温度を検出もしくは推定して、各噴射パルス幅Ｔｉ_ｎと、燃圧Ｐｆと、空気温度の４次元マップ構造とするのが望ましい。さらには、筒内噴射エンジン１にターボチャージャーやスーパーチャージャー等の過給システムが搭載された場合等は、燃焼室内の圧力変化によるペネトレーション変化を考慮するために吸気管圧力や過給圧等を用いて推定したペネトレーションを補正することが望ましい。またさらには、重質，軽質などの燃料の性状によってもペネトレーションは変化するため、燃料性状に応じた複数のマップを用意し、重質，軽質の判定を行い、判定結果に基づいて検索するマップ値を切替え、または補完することが望ましい。

ステップ９０６では、分割した各噴射の噴射インターバルである噴射間隔ＣＡＩＮＴｎを算出する。噴射間隔は、複数の条件の最大値として設定することが望ましい。一つはペネトレーションに関する条件である。分割した各噴射パルス幅Ｔｉ_ｎ同士の間隔を短くしてしまうと、ペネトレーションが増大するため、燃圧Ｐｆを入力とした関数によってペネトレーションによる噴射間隔を算出する。二つ目はエンジン制御ユニット１０１に設けられた、各インジェクタ２５４を駆動する駆動回路に関する条件である。インジェクタ２５４を駆動すると、エンジン制御ユニット１０１に備えられた昇圧回路によって昇圧された電圧が低下し、再び元の水準に戻るまでに時間がかかる。いわゆる昇圧復帰時間であり、昇圧復帰時間をＴｂｓｔとすると、次回の噴射Ｔｉ_（ｎ＋１）を噴射するには、今回の噴射Ｔｉ_ｎが終了してから所定時間空ける必要がある。すなわち、噴射間隔はＴｂｓｔ−Ｔｉ_ｎ以上必要となる。したがって、ペネトレーションによる噴射間隔と、昇圧復帰時間による噴射間隔の最大値を必要噴射間隔ＴＩＮＴｎとし、必要噴射間隔ＴＩＮＴｎを、エンジン回転数Ｎｅを用いてクランク角度変換することによって噴射間隔ＣＡＩＮＴｎを算出する（間隔［ms］×エンジン回転数［ｒ／min］×６÷１０００＝クランク角度［°ＣＡ］）。なお、混合気の均質性を改善するために噴射間隔が必要な場合は、三つ目の条件を加えて最大値を選択してクランク角度変換するように構成しても良い。混合気の均質性は吸気流動に大きく依存するため、エンジン回転数Ｎｅや、吸気弁２２５，排気弁２２６の開閉タイミングを用いて均質性に関する噴射間隔を算出する構成としても良い。

ステップ９０７（噴射タイミング設定）では、分割多段噴射の各噴射の噴射タイミングの設定を行う。ステップ９０７の詳細は図１１に示す。

ステップ９０８では、カウンタｎのインクリメント処理を行い、ステップ９０３に戻る。このようにしてｎ＝１〜Ｎまで処理を繰り返し、各噴射パルス幅と各噴射タイミングを設定する。

次に、図１１を用いて、図９のステップ９０７（噴射タイミング設定）の詳細について説明する。

ステップ１１０１では、図９のステップ９０５で推定したペネトレーションの場合に許容しうる最も進角側の噴射タイミング（クランク角度）を算出する。ｎ回目噴射の推定ペネトレーションｐｎｔ_ｎと、ピストン冠面温度Ｔｐを入力として、図１２（Ａ）に示すようなマップＭｃａｔを参照することによって、温度許容噴射角度ＰＣＡｔを算出する。マップＭｃａｔの設定は、インジェクタ２５４の配置（燃焼室２０７ｃに対する配置），インジェクタ２５４から噴射する各ビームの方向，燃焼室２０７ｃのボア，ストロークに基づいて設定する。なお、ピストン２０７ａの冠面形状も考慮に入れて設定するとより好適である。また、マップＭｃａｔの設定は、ピストン冠面温度Ｔｐが低い場合は、ピストン冠面に付着した燃料の気化が悪化するため、図１２（Ａ）の破線のように所定のペネトレーションに対する噴射許容角度は遅角側に設定し、ピストン冠面温度Ｔｐが適温の場合は冠面に付着した燃料の気化が促進されるため、図１２（Ａ）の実線のように所定のペネトレーションに対する噴射許容角度は進角側に設定する。一方、ピストン冠面温度Ｔｐがさらに高温となった場合、冠面に燃料が付着すると、蒸発燃料（気体）の層が燃料（液体）の下に生じて熱伝導を阻害するために液体が瞬時に蒸発することを妨げる現象、いわゆるライデンフロスト現象が発生するため、図１２（Ａ）の一点破線のように所定のペネトレーションに対する噴射許容角度は遅角側に設定することが望ましい。

また、冠面温度Ｔｐは、空気量，空燃比，点火時期などを用いて燃焼温度を推定し、さらに水温センサ２１７，油温センサ２１９で検出した水温，油温を用いて熱モデルを構成して推定する方法が望ましいが、制御簡略化の観点から、水温センサ２１７，油温センサ２１９で検出した水温，油温のうち、より低い値を入力値（冠面温度Ｔｐの代替）として、マップＭｃａｔを検索する構成としても良い。またはさらに簡略化して水温センサ２１７で検出した水温を入力値として、マップＭｃａｔを検索する構成としても良い。

また、マップＭｃａｔは、推定ペネトレーションｐｎｔ_ｎと、ピストン冠面温度Ｔｐを入力として構成しているが、推定ペネトレーションｐｎｔ_ｎと、ピストン冠面温度Ｔｐと、シリンダボア壁面温度を入力とした４次元マップとして構成しても良い。シリンダボア壁面温度は、空気量，空燃比，点火時期などを用いて燃焼温度を推定し、さらに水温センサ２１７で検出した水温を用いて熱モデルを構成して推定する方法が望ましいが、制御簡略化の観点から、推定ペネトレーションｐｎｔ_ｎと、油温と、水温を入力とした４次元マップとして構成しても良い。

ステップ１１０２では、噴射した燃料が到達するまでの時間遅れの補正を行う。図４に示したように、通電開始直後はインジェクタ２５４の開弁遅れがあるため、ペネトレーションは０であり、所定時間経過後から徐々にペネトレーションが伸びていく。燃料噴霧の速度、すなわち噴射開始後の経過時間に対するペネトレーションの変化は燃圧に依存するため、例えば燃圧Ｐｆを入力としたテーブル関数によって時間遅れを設定し、時間遅れを、エンジン回転数Ｎｅを用いてクランク角度変換することによって時間補正値ＰＣＡｃを算出する（時間［ms］×エンジン回転数［ｒ／min］×６÷１０００＝クランク角度［°ＣＡ］）。

ステップ１１０３では、温度許容噴射角度ＰＣＡｔから時間補正値ＰＣＡｃを減算し、許容噴射角度ＰＣＡを算出する。ステップ１１０３によって到達時間遅れを考慮しつつ、図９のステップ９０５で推定したペネトレーションの場合に許容しうる最も進角側の噴射タイミング（クランク角度）を算出できる。

ステップ１１０４では、１サイクルにおける分割噴射のうち、１回目の噴射タイミングの設定か否かの判定を行う。ｎ＝１の場合、ステップ１１０７に進み、１回目の噴射開始タイミングＳＯＩ１＝許容噴射角度ＰＣＡとして終了する。ｎ≠１の場合（２回目以降の場合）、ステップ１１０５に進み、ｎ回目噴射開始可能角度ＰＣＡｎを算出する。前回（ｎ−１回目）の噴射終了時期ＥＯＩ（ｎ−１）に図９のステップ９０６で算出した噴射間隔ＣＡＩＮＴｎを加算してｎ回目噴射開始可能角度ＰＣＡｎを算出する。前回（ｎ−１回目）の噴射終了時期ＥＯＩ（ｎ−１）は、前回（ｎ−１回目）の噴射開始時期ＳＯＩ（ｎ−１）に、前回（ｎ−１回目）の噴射パルス幅Ｔｉ_（ｎ−１）のクランク角度換算値を加算することによって算出する。次にステップ１１０６を実行し、今回（ｎ回目）の噴射開始タイミングＳＯＩｎを算出する。ｎ回目噴射開始タイミングＳＯＩｎは、ステップ１１０３で算出した許容噴射角度ＰＣＡと、ステップ１１０５で算出したｎ回目噴射開始可能角度ＰＣＡｎの大きい値、すなわち進角側の値とする。これにより、分割噴射の噴射間隔を確保しつつ、図９のステップ９０５で推定した各噴射のペネトレーションの場合に許容しうる噴射タイミングを設定できる。

次に、図１３から図１６を用いて、図８から図１２に示すようにして構成したときの、内燃機関の分割多段噴射制御の具体的な制御例について説明する。

図１３は、ピストン冠面温度Ｔｐが適温、例えばエンジン暖機が完了し通常運転している場合で、１サイクル中に５回の分割噴射を実行した場合のタイムチャートである。

図１３において、図１３（Ａ）はクランク角度、図１３（Ｂ）はインジェクタ２５４の駆動パルス、図１３（Ｃ）はインジェクタ２５４の駆動電流、図１３（Ｄ）はインジェクタ２５４の噴射口からの各ビームの最短距離の関係を示している。図１３（Ａ）のクランク角度が０から１８０まで増加してゆき、図１３（Ｄ）の各ビームの最短距離は徐々に大きくなってゆく。図１１のステップ１１０１によって、ピストン冠面温度が適温の場合の、分割された各噴射のペネトレーションが許容できるタイミングでインジェクタ２５４の駆動パルスを５回発生させ、吸気行程の中盤で５回の分割噴射を実行している。

図１４は、ピストン冠面温度Ｔｐが適温、例えばエンジン暖機が完了し通常運転している場合で、１サイクル中に４回の分割噴射を実行した場合のタイムチャートである。図１４の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、図１３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）と同様である。図１３の場合に比較して、インジェクタ２５４の駆動パルス（噴射パルス幅Ｔｉ_ｎ）が長く（ペネトレーションが長く）なっているため、図１１に示した処理によって噴射開始タイミングＳＯＩｎが図１３よりもやや遅角側（ＢＤＣ側）に設定されて、４回の分割噴射を実行している。

ここで例えば、ピストン冠面温度Ｔｐが適温、例えばエンジン暖機が完了し通常運転している状態で、エンジンの負荷を増加させる場合、図８のステップ８０１にて算出される合計噴射パルス幅Ｔｉ_allも増加する。燃圧Ｐｆが一定のままである場合は、図８のステップ８０２にて算出される最小噴射パルス幅Ｔｉ_minは一定である。したがって、低負荷から中負荷，高負荷へとエンジン負荷を増加させる場合は、例えば、図９のステップ９０２で算出される分割数Ｎが低負荷時に４であった場合、エンジン負荷が増加するにつれて図９のステップ９０４にて算出される各噴射の噴射パルス幅Ｔｉ_ｎ（ｎ＝１〜４）が徐々に増加し、負荷増加量が所定以上となると図９のステップ９０２で算出される分割数Ｎが１つ増加して５となる。さらにエンジン負荷が増加すると、図９のステップ９０４にて算出される各噴射の噴射パルス幅Ｔｉ_ｎ（ｎ＝１〜５）が徐々に増加する。その結果、図９のステップ９０５で算出される推定ペネトレーションｐｎｔ_ｎは、低負荷からエンジン負荷が徐々に増大するにつれて徐々に大きくなり、分割数が１つ増加したときに一度小さくなって、さらにエンジン負荷が徐々に増大するにつれて徐々に大きくなってゆく。最終的に図１１にて設定される各噴射開始タイミングＳＯＩｎは、低負荷時に図１４に図示の噴射タイミングであった場合、低負荷からエンジン負荷が徐々に増大するにつれて徐々に図１４の噴射タイミングよりも遅角側になり、分割数が１つ増加したときには図１５に図示の噴射タイミングのようになり、さらにエンジン負荷が徐々に増大するにつれて図１５の噴射タイミングよりも遅角側になってゆく。

図１５は、ピストン冠面温度Ｔｐが低温、例えば低温でエンジン始動後、暖機が完了しておらず、油温や水温はまだ十分に上昇していない場合で、１サイクル中に５回の分割噴射を実行した場合のタイムチャートである。図１５の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、図１３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）と同様である。図１３の場合に比較して、ピストン冠面温度が低いため、図１１に示した処理によって、ピストン冠面温度が低温の場合の、分割された各噴射のペネトレーションが許容できるよう、噴射開始タイミングＳＯＩｎが図１３よりもやや遅角側（ＢＤＣ側）に設定された上で、５回の分割噴射を実行している。

図１６は、ピストン冠面温度Ｔｐが高温、例えば高負荷で連続運転した場合で、１サイクル中に５回の分割噴射を実行した場合のタイムチャートである。図１６の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、図１３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）と同様である。図１３の場合に比較して、ピストン冠面温度が高いため、図１１に示した処理によってピストン冠面温度が高温の場合の、分割された各噴射のペネトレーションが許容できるよう、噴射開始タイミングＳＯＩｎが図１３よりもやや遅角側（ＢＤＣ側）に設定された上で、５回の分割噴射を実行している。

図８から図１２に示すようにして構成することで、図１３から図１６に示したような様々な運転状態において、ペネトレーション増大を防止するための噴射間隔を維持しつつ、ピストン冠面温度を考慮して、分割された各噴射のペネトレーションに応じて噴射タイミングを設定して分割多段噴射制御を実行するため、筒内燃料付着を低減することができ、ＰＭ排出粒子数の増大、および未燃燃料の増大を抑制することができる。

なお、筒内噴射エンジン１が所定条件の成立中に一時的に自動停止させる間欠運転制御、いわゆるアイドルストップを実行する場合、アイドルストップ中は燃焼が発生しないため、燃焼室内の壁面温度は低下してゆくが、図１１に示した噴射タイミングの設定では、ステップ１１０１にて温度許容噴射角度ＰＣＡｔを算出するため、アイドルストップ機能を備えた筒内噴射式エンジンに本制御を適用することによって、ピストン冠面温度を考慮して、分割された各噴射のペネトレーションに応じて噴射タイミングを設定して分割多段噴射制御を実行するため、アイドルストップから筒内噴射エンジン１を再始動させた後の運転において、筒内燃料付着を低減することができ、ＰＭ排出粒子数の増大、および未燃燃料の増大を抑制することができる。

図１７は、冷機始動後に、吸気行程噴射，圧縮行程噴射による弱成層混合気形成を行い、さらに点火時期を遅角させることによって触媒昇温を行う、いわゆる触媒暖機制御において、吸気行程噴射に、図８から図１２に示した分割多段噴射制御を適用した場合のタイムチャートである。図１７の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、図１３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）と同様である。図１７は吸気行程から圧縮行程までを示しており、図１７（Ａ）のクランク角度は０から３６０まで増加している。したがって、図１３（Ｄ）の各ビームの最短距離は徐々に大きくなり、徐々に小さくなっている。図１７（Ａ）のクランク角度が０から１８０までの期間、すなわち吸気行程において、３回の分割噴射を実行している。さらに図１７（Ａ）のクランク角度が１８０から３６０までの期間、すなわち圧縮行程においてさらに１回噴射を実行している。このように構成することで、点火プラグ周りに可燃混合気を形成しつつ、吸気行程噴射においては、分割された各噴射のペネトレーションに応じて噴射タイミングを設定して分割多段噴射を実行するため、筒内燃料付着を低減することができ、ＰＭ排出粒子数の増大、および未燃燃料の増大を抑制することができる。

次に、図９から図１２に示した制御方式とは別の方式を用いて図８のステップ８０３（分割噴射設定）を構成した場合の詳細について、図１８から図２４を用いて説明する。

図１８は初めに１サイクルにおける分割噴射の分割数を設定する方式ではなく、ペネトレーションが許容できるパルス幅を算出してＮ回の分割噴射を行う制御方式の制御フローチャートである。分割数をＮとすると、ｎ＝１〜Ｎの各噴射パルス幅と各噴射タイミングを設定する。

ステップ１８０１では、カウンタの初期化を行う。

ステップ１８０２では、図８のステップ８０１，８０２でそれぞれ設定した合計噴射パルス幅Ｔｉ_all，最小噴射パルス幅Ｔｉ_minを用いて、分割噴射が実行可能か否かの判断を行う。Ｔｉ_all＜Ｔｉ_min×２の場合、ステップ１８０５（非分割時処理）を実行する。ステップ１８０５の詳細は図１９に示す。

ステップ１８０３では、１サイクルにおける分割噴射のうち、１回目噴射の噴射パルス幅、及び噴射タイミングの設定か否かの判定を行う。ｎ＝１の場合、ステップ１８０６（１回目噴射処理）に進み、ステップ１８０６を実行後にステップ１８０７に進む。ｎ≠１の場合（２回目以降の場合）、ステップ１８０７に進む。ステップ１８０６の詳細は図２０に示す。

ステップ１８０７では、合計噴射パルス幅Ｔｉ_allから、分割噴射した各噴射パルス幅を引いた残りの噴射時間がさらに分割可能か否かの判断を行う。Ｔｉ_min×２＞Ｔｉ_all−ΣＴｉ_ｘ（ｘ＝１〜ｎ）の場合、ステップ１８０８（最終噴射処理）を実行する。ステップ１８０８の詳細は図２２に示す。Ｔｉ_min×２≦Ｔｉ_all−ΣＴｉ_ｘ（ｘ＝１〜ｎ）の場合、ステップ１８０７（分割噴射処理）を実行し、ふたたびステップ１８０４に戻る。ステップ１８０７の詳細は図２１に示す。

次に、図１９を用いて、図１８のステップ１８０５（非分割時処理）の詳細について説明する。

ステップ１９０１では、噴射パルス幅Ｔｉ_ｎを設定する。図１９の処理においては分割無し、すなわち分割数Ｎ＝１となるため、ｎ回目噴射パルス幅Ｔｉ_ｎ＝合計噴射パルス幅Ｔｉ_allとする。

ステップ１９０２では、図９のステップ９０５と同一処理を行い、ペネトレーション（燃料到達距離の最大値）ｐｎｔ_ｎを算出する。

ステップ１９０３では、図１１のステップ１１０１からステップ１１０３までの処理を行い、許容噴射角度ＰＣＡを算出する。

ステップ１９０４では、噴射開始タイミングＳＯＩ１＝許容噴射角度ＰＣＡとして終了する。

次に、図２０を用いて、図１８のステップ１８０６（１回目噴射処理）の詳細について説明する。

ステップ２００１では、ｎ＝１回目の噴射パルス幅Ｔｉ_ｎを設定する。ｎ＝１回目の噴射パルス幅Ｔｉ_ｎ＝最小噴射パルス幅Ｔｉ_minとする。

ステップ２００２では、図９のステップ９０５と同一処理を行い、ペネトレーション（燃料到達距離の最大値）ｐｎｔ_ｎを算出する。

ステップ２００３では、図１１のステップ１１０１からステップ１１０３までの処理を行い、許容噴射角度ＰＣＡを算出する。

ステップ２００４では、ｎ＝１回目の噴射開始タイミングＳＯＩ１＝許容噴射角度ＰＣＡとして終了する。

なお、本実施例においては、１回目の噴射パルス幅を最小噴射パルス幅Ｔｉ_minとする形態で構成しているが、ステップ１９０１〜１９０２の替わりに、予め１回目噴射の許容ペネトレーションをピストン冠面温度やシリンダボア壁面温度、または簡略化して油温や水温に基づいて設定し、後述の図２１のステップ２１０５と同様の処理によって、１回目噴射の許容ペネトレーションと燃圧に基づいて１回目の噴射パルス幅を算出する構成としても良い。

次に、図２１を用いて、図１８のステップ１８０７（分割噴射処理）の詳細について説明する。

ステップ２１０１では、カウンタｎのインクリメント処理を行う。

ステップ２１０２では、ｎ−１回目の噴射と、ｎ回目噴射の噴射インターバルである噴射間隔ＣＡＩＮＴ（ｎ−１）を算出する。ステップ２１０２の処理は、図９のステップ９０６の処理と同様である。

ステップ２１０３では、ｎ回目の噴射開始可能角度ＰＣＡｎを算出する。前回（ｎ−１回目）の噴射終了時期ＥＯＩ（ｎ−１）にステップ２１０２で算出した噴射間隔ＣＡＩＮＴ（ｎ−１）を加算してｎ回目噴射開始可能角度ＰＣＡｎを算出する。

ステップ２１０４では、ステップ２１０３で算出したｎ回目噴射開始可能角度ＰＣＡｎと、ピストン冠面温度Ｔｐを入力として、マップＭｃａｔ２を参照することによって、ｎ回目の噴射として許容できるペネトレーションである、許容ペネトレーションＰＰＮＴｎを算出する。マップＭｃａｔ２の設定は、図１２に示した図１１のステップ１１０１で用いたマップＭｃａｔの逆マップとして設定する。

ステップ２１０５では、ステップ２１０４で設定した許容ペネトレーションＰＰＮＴｎと、燃圧Ｐｆを入力として、マップＭｐｎｔ２を参照することによって、ｎ回目噴射の噴射パルス幅Ｔｉ_ｎを算出する。マップＭｐｎｔ２の設定は、図１０に示した図９のステップ９０５で用いたマップＭｐｎｔの逆マップとして設定する。

ステップ２１０６では、ステップ２１０３で算出したｎ回目噴射開始可能角度ＰＣＡｎを、ｎ回目の噴射開始タイミングＳＯＩｎとして終了する。

次に、図２２を用いて、図１８のステップ１８０８（最終噴射処理）の詳細について説明する。

ステップ２２０１では、カウンタｎのインクリメント処理を行う。

ステップ２２０２では、最終のｎ＝Ｎ回目の噴射に相当する、噴射パルス幅Ｔｉ_ｎを設定する。合計噴射パルス幅Ｔｉ_allから、１回目〜ｎ−１回目の噴射パルス幅を合計した値を減算した値を、Ｔｉ_ｎとする。

ステップ２２０３では、図９のステップ９０５と同一処理を行い、ペネトレーション（燃料到達距離の最大値）ｐｎｔ_ｎを算出する。

ステップ２２０４では、図１１のステップ１１０１からステップ１１０３までの処理を行い、許容噴射角度ＰＣＡを算出する。

ステップ２２０５では、ｎ−１回目の噴射と、ｎ回目噴射の噴射インターバルである噴射間隔ＣＡＩＮＴ（ｎ−１）を算出する。ステップ２２０５の処理は、図９のステップ９０６の処理と同様である。

ステップ２２０６では、ｎ回目の噴射開始可能角度ＰＣＡｎを算出する。前回（ｎ−１回目）の噴射終了時期ＥＯＩ（ｎ−１）にステップ２２０５で算出した噴射間隔ＣＡＩＮＴ（ｎ−１）を加算してｎ回目噴射開始可能角度ＰＣＡｎを算出する。

ステップ２２０７では、最終のｎ＝Ｎ回目の噴射開始タイミングＳＯＩｎを算出する。ｎ回目噴射開始タイミングＳＯＩｎは、ステップ２２０４で算出した許容噴射角度ＰＣＡと、ステップ２２０６で算出したｎ回目噴射開始可能角度ＰＣＡｎの大きい値、すなわち進角側の値とする。

以上、図１８から図２２に示した処理を実行することによって、分割回数Ｎの増大を抑制し、分割噴射の噴射間隔を確保しつつ、各噴射タイミングを可能な限り進角側に設定でき、かつ、当該噴射タイミングでペネトレーションが許容できる各パルス幅を算出して、分割噴射を行うことができる。

次に、図２３から図２４を用いて、図１８から図２２に示した制御方式を用いて図８のステップ８０３（分割噴射設定）を構成した場合の詳細について説明する。

図２３は、ピストン冠面温度Ｔｐが適温、例えばエンジン暖機が完了し通常運転している場合で、１サイクル中に４回の分割噴射を実行した場合のタイムチャートである。図２３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、図１３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）と同様である。

図２３（Ａ）のクランク角度が０から１８０まで増加してゆく途中で、インジェクタ２５４の駆動パルスを４回発生させ、クランク角度０〜１８０、すなわち吸気行程の中盤で４回の分割噴射を実行している。１回目の噴射は、図１８のステップ１８０６によって噴射パルス幅が設定されるとともに、当該噴射パルス幅のペネトレーションが許容できる噴射タイミングで燃料噴射を実行している。図１８のステップ１８０７によって、１回目の噴射終了後、噴射間隔ＣＡＩＮＴ（ｎ−１）を明けて２回目の噴射タイミングが設定されるとともに、当該タイミングで許容できるペネトレーションに基づいて２回目の噴射パルス幅が設定される。続いて、２回目の噴射終了後、噴射間隔ＣＡＩＮＴ（ｎ−１）を明けて３回目の噴射タイミングが設定されるとともに、当該タイミングで許容できるペネトレーションに基づいて３回目の噴射パルス幅が設定される。最後に図１８のステップ１８０８によって、最終すなわち４回目の噴射パルス幅が設定されるとともに、当該噴射パルス幅のペネトレーションが許容できる噴射タイミングで燃料噴射を実行している。

図２４は、ピストン冠面温度Ｔｐが低温、例えば低温でエンジン始動後、暖機が完了しておらず、油温や水温はまだ十分に上昇していない場合で、１サイクル中に４回の分割噴射を実行した場合のタイムチャートである。図２４の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、図１３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）と同様である。図２３の場合に比較して、ピストン冠面温度が低いため、図１８に示した処理によって噴射開始タイミングＳＯＩｎが図２３よりもやや遅角側（ＢＤＣ側）に設定された上で、４回の分割噴射を実行している。

このように構成することで、様々な運転状態において、ペネトレーション増大を防止するための噴射間隔を維持しつつ、ピストン冠面温度を考慮して、分割された各噴射のペネトレーションに応じて噴射タイミングを設定して分割多段噴射制御を実行するため、分割噴射回数Ｎの増大を抑制し、かつ、筒内燃料付着を低減することができ、ＰＭ排出粒子数の増大、および未燃燃料の増大を抑制することができる。

１ 筒内噴射エンジン
１０１ エンジン制御ユニット
１０１ａ Ｉ／Ｏ ＬＳＩ
１０１ｂ ＣＰＵ
２００ ポンプ駆動カム
２０１ 吸気管
２０２ エアクリーナ
２０３ エアフロセンサ
２０４ スロットルセンサ
２０５ スロットルボディ
２０５ａ 電制スロットル弁
２０６ コレクタ
２０７ａ ピストン
２０７ｂ シリンダ
２０７ｃ 燃焼室
２０７ｄ クランク軸
２０８ 点火プラグ
２０９ 高圧燃料ポンプ
２０９ａ ポンプソレノイド
２１１ カム角センサ
２１６ クランク角センサ
２１７ 水温センサ
２１８ 空燃比センサ
２１９ 油温センサ
２２２ 点火コイル
２２５ 吸気弁
２２６ 排気弁
２５０ 燃料タンク
２５１ 低圧燃料ポンプ
２５２ 燃圧レギュレータ
２５３ フューエルレール
２５４ インジェクタ
２５６ 圧力センサ
４０１ キースイッチ
４０２ アクセル開度センサ
４０３ ブレーキスイッチ
４０４ 車速センサ

Claims (14)

1. 駆動電流を噴射パルス幅に基づいて制御することで燃焼室内へ燃料を噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関の制御装置であって、
   前記制御装置は、少なくとも初回噴射を吸気行程中に行う複数回の燃料噴射を実行する分割多段噴射制御を行い、
   前記初回噴射の噴射パルス幅が短い場合は、前記初回噴射の噴射パルス幅が長い場合に比較して、前記初回噴射の噴射タイミングが進角するように、
   前記初回噴射の噴射パルス幅に基づいて、前記初回噴射の噴射タイミングを設定することを特徴とする制御装置。
2. 前記内燃機関は、前記燃料噴射弁に供給する燃料を貯蔵するフューエルレールと、前記フューエルレール内の燃料圧力を検出する圧力センサとを備え、
   前記制御装置は、
   複数回に分割された１回あたりの噴射パルス幅が前記燃料噴射弁が許容する最小パルス幅以上となるように、一サイクル中に噴射する燃料を複数回に分割して燃料噴射を実行すると共に、
   前記圧力センサで検出した燃料圧力に基づいて、前記燃料噴射弁の噴射パルス幅の最小値を設定することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. 前記筒内噴射式内燃機関に備えられたピストンの冠面温度に影響を与えるパラメータを検出し、前記パラメータに基づいて複数回に分割された各噴射のうち、少なくとも前記初回噴射の噴射タイミングを設定することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
4. 請求項３記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、前記パラメータは、前記筒内噴射式内燃機関の冷却水温度、または、前記筒内噴射式内燃機関の潤滑油温度であることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
5. 請求項３記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、前記パラメータが低温の場合は、常温の場合に比較して、複数回に分割された各噴射のうち、少なくとも１回目噴射の噴射タイミングを遅角することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
6. 請求項３記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、前記パラメータが高温の場合は、常温の場合に比較して、複数回に分割された各噴射のうち、少なくとも１回目噴射の噴射タイミングを遅角することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
7. 請求項１記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、複数回に分割された各噴射のうち、少なくとも１回目の噴射パルス幅と、前記燃料圧力を用いて、１回目の噴射のペネトレーションを推定し、前記推定したペネトレーションに基づいて、１回目の噴射タイミングを設定することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
8. 請求項７記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、前記推定したペネトレーションが短い場合は、前記推定したペネトレーションが長い場合に比較して、１回目噴射の噴射タイミングを進角することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
9. 請求項１記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、複数回に分割された各噴射の噴射パルス幅と、前記燃料圧力を用いて、各噴射のペネトレーションを推定し、前記推定した各ペネトレーションに基づいて、各噴射タイミングを設定することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
10. 請求項１記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、複数回に分割された各噴射の間隔を、ペネトレーション増大を抑制するに十分な所定インターバル時間あけて、各噴射の噴射タイミングを設定することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
11. 請求項９記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、複数回に分割された各噴射のうちの前回の噴射終了後、前記所定インターバル時間あけた噴射タイミングで許容できるペネトレーションを設定し、前記設定したペネトレーションと、前記燃料圧力を用いて、複数回に分割された各噴射のうちの今回の噴射パルス幅を設定することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
12. 請求項１記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、前記初回噴射の噴射タイミングは、前記噴射パルス幅の最小値で燃料を噴射するタイミングと同じ又は遅角側にあることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
13. 請求項２又は１２記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置であって、前記噴射パルス幅の最小値で燃料を噴射するタイミングは、前記噴射パルス幅の最所地で燃料を噴射した場合のペネトレーションが、燃料噴射弁の噴射口からピストン冠面又はシリンダボア壁面までのいずれか短い方よりも短くなるタイミングに設定されることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
14. 駆動電流を噴射パルス幅に基づいて制御することで燃焼室内へ燃料を噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関の制御装置であって、
    前記制御装置は、前記内燃機関の冷機始動時に、
    少なくとも初回噴射を吸気行程中に行う複数回の燃料噴射を実行する分割多段噴射制御を行い、
    前記初回噴射の噴射パルス幅が短い場合は、前記初回噴射の噴射パルス幅が長い場合に比較して、前記初回噴射の噴射タイミングが進角するように、
    前記初回噴射の噴射パルス幅に基づいて、前記初回噴射の噴射タイミングを設定することを特徴とする制御装置。

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