JP2013253555A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過給機を有する内燃機関の加速性能を向上させる、内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１０の制御装置１２は、内燃機関１０の充填効率が第２閾値Ｅｃｔｈ２未満であるときには、内燃機関１０のトルクが定常的な条件下で最大となるトルク最大点Ｒｔｍａｘに圧縮噴射比率が一致するように、筒内インジェクタ４２による吸気行程及び圧縮行程での燃料の噴射量を制御する第１制御モードを実行する。また、制御装置１２は、内燃機関１０の充填効率が第２閾値Ｅｃｔｈ２以上であるときには、充填効率が定常的な条件下で最大となる充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘに圧縮噴射比率が一致するように、筒内インジェクタ４２による吸気行程及び圧縮行程での燃料の噴射量を制御する第２制御モードを実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、筒内インジェクタを有する内燃機関に適用され、分割噴射を行うように構成された内燃機関の制御装置に関する。

火花点火式の内燃機関には、筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁を有する直噴ガソリンエンジンがある。直噴ガソリンエンジンにおいて、吸気行程及び圧縮行程の両行程にて燃料を噴射させることが知られている。

例えば特許文献１が開示する火花点火式ガソリンエンジンでは、制御手段が、エンジン本体の運転領域が、低速域において少なくとも所定の中負荷運転領域からスロットル全開域を含む中高負荷運転領域の場合には、吸気行程から圧縮行程の所定期間内に燃料を複数回噴射する分割噴射を実行させる。

このような分割噴射によれば、吸気行程で噴射された燃料の気化霧化が促進し、燃焼室内に弱成層の混合気を形成することができるので、燃焼時間を短縮することができ、高い出力と燃費の向上を図ることが可能になるとされている。

そして、特許文献２が開示する火花点火式内燃機関の制御方法では、プレイグニッションを防止するために、要求トルクが大きいほど、吸気行程で噴射される前段燃料及び圧縮行程で噴射される後段燃料のトータル量に対する後段燃料の量の比率（圧縮噴射比率）が大きくされる。前段燃料は、後段燃料よりもかなり前に噴射されることから、燃焼室の壁からより多くの熱を受け取っており、プレイグニッションが生じ易い。そこで、この制御方法では、後段燃料の比率を大きくすることで、前段燃料の比率を小さくし、プレイグニッションを防止している。

特開２００７−２９２０５０号公報（段落番号００２７等） 特開２０１０−１０１３１２号公報（段落番号００１１、００１７等）

近年、燃費向上のために排気量のダウンサイジングを図りながら、十分なトルクを確保可能な内燃機関として、過給機を有する直噴ガソリンエンジン（直噴ターボエンジン）が普及し始めている。
直噴ターボエンジンにおいても、非過給の直噴ガソリンエンジンと同様に、分割噴射が用いられている。本願発明者の知るところでは、現在、直噴ターボエンジンを制御するにあたり、定常状態にてトルクが最大となる圧縮噴射比率の値（トルク最大点）が予め求められている。そして、直噴ターボエンジンの制御装置は、加速の際に、トルク最大点にて分割噴射を実行するように構成されている。

このような構成の直噴ターボエンジンはある程度の加速性能を有するが、更なる加速性能の向上が求められている。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、過給機を有する内燃機関の加速性能を向上させる、内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本願発明者は種々検討を行った。検討の結果、本願発明者は、加速の際に、充填効率、体積効率又は負荷が所定値以上になると、定常的な条件下で求められたトルク最大点で分割噴射を行うよりも、充填効率最大点で分割噴射を行う方が、加速性能が向上することを見出した。
また、検討の結果、本願発明者は、過給域では、定常的な条件下で求められたトルク最大点で分割噴射を行うよりも、充填効率最大点で分割噴射を行う方が、加速性能が向上することを見出した。

そこで、本発明の一態様によれば、過給機と、燃料を燃焼室内に直接噴射する筒内燃料噴射手段とを有する内燃機関の加速の際に、内燃機関の吸気行程及び圧縮行程の両行程で筒内燃料噴射手段により燃焼室内に燃料を噴射する分割噴射を行うように構成された内燃機関の制御装置において、吸気行程及び圧縮行程で噴射する燃料の合計噴射量に対する圧縮行程で噴射する燃料の噴射量の比率を圧縮噴射比率としたとき、内燃機関の充填効率、体積効率又は負荷が所定の閾値未満であるときには、内燃機関のトルクが定常的な条件下で最大となるトルク最大点に圧縮噴射比率が一致するように、筒内燃料噴射手段による吸気行程及び圧縮行程での燃料の噴射量を制御する第１制御モードを実行する第１制御モード実行手段と、内燃機関の充填効率、体積効率又は負荷が閾値以上であるときには、充填効率が定常的な条件下で最大となる充填効率最大点に圧縮噴射比率が一致するように、筒内燃料噴射手段による吸気行程及び圧縮行程での燃料の噴射量を制御する第２制御モードを実行する第２制御モード実行手段とを有するように構成されたことを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。

一態様の内燃機関の制御装置は、内燃機関の充填効率、体積効率又は負荷が所定の閾値以上であるときに、第２制御モードを実行する。第２制御モードでは、充填効率が最大となる充填効率最大点に圧縮噴射比率が一致するように、筒内燃料噴射手段による吸気行程及び圧縮行程の各々での燃料の噴射量が制御され、これにより加速性能が向上する。

また、本発明の一態様によれば、過給機と、燃料を燃焼室内に直接噴射する筒内燃料噴射手段とを有する内燃機関の加速の際に、内燃機関の吸気行程及び圧縮行程の両行程で筒内燃料噴射手段により燃焼室内に燃料を噴射する分割噴射を行うように構成された内燃機関の制御装置において、吸気行程及び圧縮行程で噴射する燃料の合計噴射量に対する圧縮行程で噴射する燃料の噴射量の比率を圧縮噴射比率としたとき、内燃機関の運転が非過給域であるときには、内燃機関のトルクが定常的な条件下で最大となるトルク最大点に圧縮噴射比率が一致するように、筒内燃料噴射手段による吸気行程及び圧縮行程での燃料の噴射量を制御する第１制御モードを実行する第１制御モード実行手段と、内燃機関の運転が過給域であるときには、充填効率が定常的な条件下で最大となる充填効率最大点に圧縮噴射比率が一致するように、筒内燃料噴射手段による吸気行程及び圧縮行程での燃料の噴射量を制御する第２制御モードを実行する第２制御モード実行手段とを有するように構成されたことを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。

一態様の内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転が過給域であるときに、第２制御モードを実行する。第２制御モードでは、充填効率が最大となる充填効率最大点に圧縮噴射比率が一致するように、筒内燃料噴射手段による吸気行程及び圧縮行程の各々での燃料の噴射量が制御され、これにより加速性能が向上する。

一態様の内燃機関の制御装置は、第２制御モードを実行しているときに、吸気弁閉弁時期よりも後になるように、筒内燃料噴射手段により圧縮行程で燃料を噴射する圧縮噴射時期を遅角させてもよい。
圧縮噴射時期を吸気弁閉弁時期よりも遅角させることで、燃焼室内により多くの空気を押し込めることができる。このため、充填効率の低下が抑制され、加速性能をより効率的に向上させることができる。

一態様の内燃機関の制御装置は、第２制御モードを実行しているときに、筒内燃料噴射手段により圧縮行程で燃料を噴射する圧縮噴射時期よりも前になるように、吸気弁閉弁時期を進角させてもよい。
吸気弁閉弁時期を圧縮噴射時期よりも進角させることで、燃焼室内により多くの空気を押し込めることができる。このため、充填効率の低下が抑制され、加速性能をより効率的に向上させることができる。

本発明によれば、過給機を有する内燃機関の加速性能を向上させる、内燃機関の制御装置が提供される。

第１実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成を説明するための図である。 図１の内燃機関における、圧縮噴射比率と、トルク及び充填効率の各々との間の定常状態での関係を示す概略的なグラフである。 図１の制御装置が実行する分割噴射制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。 図３の分割噴射制御方法を実行した場合の概略的なタイミングチャートであり、（ａ）はアクセル開度変化量、（ｂ）は分割噴射のオン／オフ、（ｃ）は圧縮噴射比率、（ｄ）は充填効率、そして（ｅ）はトルクについて、それぞれ時間変化を示している。 第２実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成を説明するための図である。 第３実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成を説明するための図である。 第４実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成を説明するための図である。 第５実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成を説明するための図である。 図８の内燃機関における、圧縮噴射時期と、トルク及び充填効率の各々との間の定常状態での関係を示す概略的なグラフである。 図８の制御装置が実行する分割噴射制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。 図１０の分割噴射制御方法を実行した場合の概略的なタイミングチャートであり、（ａ）はアクセル開度変化量、（ｂ）は分割噴射のオン・オフ、（ｃ）は圧縮噴射比率、（ｄ）は充填効率、（ｅ）はトルク、そして（ｆ）は分割噴射時期について、それぞれ時間変化を示している。 第６実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成を説明するための図である。 図１２の内燃機関における吸気弁のバルブリフトの時間変化と圧縮噴射時期を概略的に示しており、（ａ）は、第１制御モードにおけるバルブリフトの時間変化と圧縮噴射時期、（ｂ）は、第２制御モードにおけるバルブリフトの時間変化と圧縮噴射時期を概略的に示している。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る内燃機関１０、及び、内燃機関１０の制御装置１２の概略的な構成を示している。内燃機関１０及び制御装置１２は図示しない車両に搭載されている。

内燃機関１０は、クランクケース１４及びシリンダブロック１６を有し、シリンダブロック１６の内部には一つ以上のシリンダ１８が区画されている。クランクケース１４内にはクランク軸２０が回転可能に配置され、各シリンダ１８内にはピストン２２が往復動可能に配置されている。ピストン２２は連接棒２４を介してクランク軸２０に連結されている。

シリンダブロック１６には、シリンダヘッド２６が取り付けられている。シリンダヘッドは、シリンダ１８の開口端を閉塞するように配置され、ピストン２２とシリンダヘッド２６との間に燃焼室２８が形成される。

シリンダヘッド２６には、燃料室２８に連通する吸気ポート３０及び排気ポート３２が設けられ、吸気ポート３０及び排気ポート３２には、吸気弁３４及び排気弁３６がそれぞれ設けられている。吸気弁３４は吸気カム３８によって往復動させられ、吸気ポート３０を開閉する。排気弁３６は排気カム４０によって往復動させられ、排気ポート３２を開閉する。

また、シリンダヘッド２６には、各シリンダ１８に対応して、筒内インジェクタ（筒内燃料噴射弁）４２が取り付けられている。筒内インジェクタ４２は、燃焼室２８内に燃料を直接噴射する筒内燃料噴射手段を構成している。燃料はガソリンであり、筒内インジェクタ４２には、図示しないけれども、高圧ポンプを介して燃料タンクから燃料が供給される。筒内インジェクタ４２は、制御装置１２からの指令に従って開閉作動し、所定の噴射量にて燃焼室２８内に燃料を噴射する。
更に、シリンダヘッド２６には、各シリンダ１８に対応して点火プラグ４４が取り付けられ、点火プラグ４４は、燃焼室２８内の燃料を含む混合気に点火して燃焼させる。

吸気ポート３０には吸気通路４６が接続されている。吸気通路４６は、燃焼室２８に空気を供給するための通路であり、配管等によって構成される。吸気通路４６には、空気を浄化するためのエアフィルタ４８、空気を圧縮するためのコンプレッサ５０、圧縮された空気を冷却するためのインタークーラ５２、及び、空気の流量を調整するためのスロットルバルブ５４が設けられている。
スロットルバルブ５４は、例えば、開度を電子的に制御可能な電子制御バルブ（ＥＴＶ）であり、スロットルバルブ５４はスロットルバルブアクチュエータ５５によって駆動される。

排気ポート３２には、排気通路５６が接続されている。排気通路５６は、燃焼室２８から排気を排出させるための通路であり、配管等によって構成される。排気通路５６には、排気によって駆動される排気タービン５８、排気を浄化するための触媒６０、及び、消音のためのマフラー６２が設けられている。

排気タービン５８はコンプレッサ５０に連結されており、排気によって駆動された排気タービン５８の動力は、コンプレッサ５０が空気を圧縮するための動力として利用される。つまり、コンプレッサ５０及び排気タービン５８は、排気ターボチャージャからなる過給機６４を構成しており、内燃機関１０は、過給機６４を有する直噴ガソリンエンジンである。

また、内燃機関１０は、複数種類のセンサを有している。
具体的には、内燃機関１０は、空気流量センサ６６、スロットルバルブ開度センサ、クランク回転角センサ６８、及び、アクセル開度センサ６９を有している。
空気流量センサ６６は、エアフィルタ４８よりも下流の吸気通路４６の部分に設けられ、吸気の流量を検出する。

スロットルバルブ開度センサは、スロットルバルブ５４の開度を計測するためのセンサであり、本実施形態ではスロットルバルブアクチュエータ５５が、スロットルバルブ開度センサを兼ねている。そこで以下では、スロットルバルブ開度センサ５５ともいう。

クランク回転角センサ６８は、クランク軸２０の近傍に設けられ、クランク軸２０の回転角を検出する。
アクセル開度センサ６９は、アクセルペダルの近傍に設けられ、アクセル開度及びアクセル開度の単位時間当たりの変化量を検出することができる。

空気流量センサ６６、スロットルバルブ開度センサ、クランク回転角センサ６８、及び、アクセル開度センサ６９によって連続的又は断続的に検出された、吸気流量、スロットルバルブ開度、クランク軸の回転角、アクセル開度、及びアクセル開度の変化量の検出値は、制御装置１２に連続的又は断続的に入力される。

制御装置１２は、例えばＥＣＵ（電子中央制御装置）によって構成され、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ、外部記憶装置、及び、入出力装置等によって構成される。
制御装置１２は、内燃機関１０を含め、車両全体の制御を統括するコントロールユニットである。

制御装置１２は、入力されたアクセル開度及びアクセル開度の変化量の検出値に応じて、筒内インジェクタ４２によって燃焼室２８内に供給される燃料の量、及び、スロットルバルブ５４を通じて燃焼室２８内に供給される吸気の量を調整する。また、制御装置１２は、入力されたクランク軸２０の回転角の検出値に基づいて、燃料の供給時期（噴射時期）、及び、点火プラグ４４の点火時期も制御している。

ここで、図１は、本実施形態の制御装置１２の機能的な構成を概略的に示している。制御装置１２は、分割噴射制御部７０を有し、分割噴射制御部７０は、加速要求判定部７１、充填効率判定部７２、圧縮噴射比率設定部（圧縮噴射比率変更部）７３、第１制御モード実行部（第１制御モード実行手段）７４、第２制御モード実行部（第２制御モード実行手段）７５、及び、加速終了判定部７６を有する。

加速要求判定部７１は、入力された直近のアクセル開度の単位時間当たりの変化量の検出値ΔＡＰＳと、所定の加速要求判定用閾値ΔＡＰＳｔｈとを比較する。そして、加速要求判定部７１は、検出値ΔＡＰＳが加速要求判定用閾値ΔＡＰＳｔｈ以上になると、運転者が加速を要求していると判定し、検出値ΔＡＰＳが所定の加速要求判定用閾値ΔＡＰＳｔｈ未満であれば、運転者が加速を要求していないと判定する。

充填効率判定部７２は、入力された空気流量の検出値ＡＦに基づいて、充填効率を演算する。そして、充填効率判定部７２は、演算により求められた充填効率の演算値Ｅｃが、所定の第１閾値Ｅｃｔｈ１以上であるか否かを判定する。また、充填効率判定部７２は、演算により求められた充填効率の演算値Ｅｃが、所定の第２閾値Ｅｃｔｈ２以上であるか否かを判定する。第２閾値Ｅｃｔｈ２は、第１閾値Ｅｃｔｈ１よりも大である（Ｅｃｔｈ２＞Ｅｃｔｈ１）。
本実施形態では、一例として、第１閾値Ｅｃｔｈ１は、０．６〜０．９の範囲内にあり、第２閾値Ｅｃｔｈ２は、０．８〜１．１の範囲内にある。

分割噴射制御部７０は、運転者が加速を要求しているときに、演算値Ｅｃが第１閾値Ｅｃｔｈ１未満であると判定した場合、筒内インジェクタ４２に吸気噴射を実行させ、演算値Ｅｃが第１閾値Ｅｃｔｈ１以上であると判定した場合、筒内インジェクタ４２に分割噴射を実行させる。
ここで、吸気噴射とは、吸気行程中に燃焼室２８内に燃料を噴射することである。
そして分割噴射とは、吸気行程で吸気噴射を行った後、更に、当該吸気行程に続く圧縮行程で燃焼室内２８内に燃料を噴射（圧縮噴射）することである。つまり分割噴射は、吸気噴射と圧縮噴射の組合せである。

なお、内燃機関１０では、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程及び排気行程の４つの行程が繰り返されており、ピストン２２の位置についていえば、吸気行程では、ピストン２２は上死点から下死点までの位置にあり、圧縮行程では、ピストン２２は下死点から上死点までの位置にある。

圧縮噴射比率設定部７３は、分割噴射制御部７０が筒内インジェクタ４２に分割噴射を実行させる場合に、充填効率の演算値Ｅｃに応じて圧縮噴射比率を設定する。分割噴射制御部７０は、圧縮噴射比率設定部７３によって設定された圧縮噴射比率に従って、分割噴射を実行させる。
ここで、圧縮噴射比率とは、筒内インジェクタ４２が分割噴射の吸気行程及び圧縮行程で噴射する燃料の合計噴射量（Ａ）に対する、圧縮行程で噴射する燃料の噴射量（圧縮噴射量）（Ｂ）の比率（Ｂ／Ａ）である。

圧縮噴射比率設定部７３には、予め、定常状態で内燃機関１０のトルクが最大値Ｔｍａｘになる圧縮噴射比率の値（トルク最大点Ｒｔｍａｘ）が登録されている。トルク最大点Ｒｔｍａｘは、例えば内燃機関１０のベンチテストで求めることができる。圧縮噴射比率設定部７３は、演算値Ｅｃが第１閾値Ｅｃｔｈ１以上第２閾値Ｅｃｔｈ２未満である場合、圧縮噴射比率をトルク最大点Ｒｔｍａｘに設定する。

また、圧縮噴射比率設定部７３には、予め、定常状態で内燃機関１０の充填効率が最大値Ｅｃｍａｘになる圧縮噴射比率の値（充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘ）が登録されている。充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘｍは、例えば内燃機関１０のベンチテストで求めることができる。圧縮噴射比率設定部７３は、演算値Ｅｃが第２閾値Ｅｃｔｈ１以上である場合、圧縮噴射比率を充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘに設定する。

第１制御モード実行部７４は、充填効率の演算値Ｅｃが第１閾値Ｅｃｔｈ１以上第２閾値Ｅｃｔｈ２未満である場合、第１制御モードにて、筒内インジェクタ４２に分割噴射を実行させる。第１制御モードでは、圧縮噴射比率設定部７３によって設定されたトルク最大点Ｒｔｍａｘに圧縮噴射比率が一致するように、吸気行程及び圧縮行程の各々での燃料の噴射量が制御される。

第２制御モード実行部７５は、充填効率の演算値Ｅｃが第２閾値Ｅｃｔｈ２以上である場合、第２制御モードにて筒内インジェクタ４２に分割噴射を実行させる。第２制御モードでは、圧縮噴射比率設定部７３によって設定された充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘに圧縮噴射比率が一致するように、吸気行程及び圧縮行程の各々での燃料の噴射量が制御される。

ここで図２は、定常状態における、圧縮噴射比率と、トルク及び充填効率の各々との関係を概略的に示している。図２に示したように、トルクが最大値Ｔｍａｘになるトルク最大点Ｒｔｍａｘと、充填効率Ｅｃが最大値Ｅｃｍａｘになる充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘとは異なっている。圧縮噴射比率の高低でいえば、トルク最大点Ｒｔｍａｘよりも充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘの方が高い。本実施形態では、一例として、トルク最大点Ｒｔｍａｘは０．１〜０．４の範囲内にあり、充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘは０．４〜０．７の範囲内にある。

加速終了判定部７６は、入力された直近のアクセル開度の検出値ＡＰＳが所定の加速終了判定用閾値ＡＰＳｔｈ未満になると、運転者による加速の要求が終了したと判定する。そして、運転者による加速の要求が終了したと判定されると、分割噴射制御部７０は、分割噴射を終了し、制御装置１２は吸気噴射のみを実行する。

次に、内燃機関１０の制御装置１２が実行する分割噴射制御方法について図３を参照して説明する。図３は、分割噴射制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
分割噴射制御方法では、まず、加速要求判定工程Ｓ１０が行われる。加速要求判定工程Ｓ１０では、入力された直近のアクセル開度の変化量の検出値ΔＡＰＳが、予め設定された加速要求判定用閾値ΔＡＰＳｔｈと比較される。

加速要求判定工程Ｓ１０での比較の結果、検出値ΔＡＰＳが加速要求判定用閾値ΔＡＰＳｔｈよりも小さければ、加速要求判定工程Ｓ１０が繰り返され、検出値ΔＡＰＳが加速要求判定用閾値ΔＡＰＳｔｈ以上であれば、充填効率演算工程Ｓ１２が実行される。
充填効率演算工程Ｓ１２では、入力された直近の吸気流量の検出値ＡＦに基づいて、充填効率の演算値Ｅｃが演算される。

それから、第１充填効率判定工程Ｓ１４が実行される。第１充填効率判定工程Ｓ１４では、演算値Ｅｃが、第１閾値Ｅｃｔｈ１以上であるか否かが判定される。判定の結果、演算値Ｅｃが第１閾値Ｅｃｔｈ１以上であれば、第２充填効率判定工程Ｓ１６が実行される。
なお、本実施形態では、第１充填効率判定工程Ｓ１４と第２充填効率判定工程Ｓ１６とを区別しているが、第１充填効率判定工程Ｓ１４と第２充填効率判定工程Ｓ１６を同時に行ってもよい。

第２充填効率判定工程Ｓ１６では、演算値Ｅｃが、第２閾値Ｅｃｔｈ２以上であるか否かが判定される。判定の結果、演算値Ｅｃが第２閾値Ｅｃｔｈ２未満であれば、圧縮噴射比率がトルク最大点Ｒｔｍａｘに設定される（Ｓ１８）。そして、分割噴射オン工程Ｓ２０が実行されて、ステップＳ１８で設定されたトルク最大点Ｒｔｍａｘにて分割噴射が開始される。つまり、第１制御モードにて分割噴射が実行され、圧縮噴射比率がトルク最大点Ｒｔｍａｘに一致するように、吸気行程で噴射される燃料の噴射量、及び、圧縮行程で噴射される燃料の噴射量が制御装置１２によって制御される。

一方、第２充填効率判定工程Ｓ１６の判定の結果、演算値Ｅｃが第２閾値Ｅｃｔｈ２以上であれば、圧縮噴射比率が充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘに設定される（Ｓ２２）。そして、分割噴射オン工程Ｓ２０が実行されて、ステップＳ２２で設定された充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘにて分割噴射が開始される（Ｓ２０）。

つまり、第２制御モードにて分割噴射が実行され、圧縮噴射比率が圧縮効率最大点Ｒｅｃｍａｘに一致するように、吸気行程で噴射される燃料の噴射量、及び、圧縮行程で噴射される燃料の噴射量が制御装置１２によって制御される。
なお、第１制御モード及び第２制御モードのそれぞれにおいて、吸気行程及び圧縮行程で噴射される燃料の合計噴射量は、吸気噴射のみの場合と同様に、アクセル開度の検出値ＡＰＳ、及び、車両の走行状態に基づいて、制御装置１０によって決定される。

分割噴射オン工程Ｓ２０の後、加速終了判定工程Ｓ２４が実行される。また、第１充填効率判定工程Ｓ１４の判定の結果、充填効率の演算値Ｅｃが第１閾値Ｅｃｔｈ１未満である場合も、加速終了判定工程Ｓ２４が実行される。

加速終了判定工程Ｓ２４では、入力された直近のアクセル開度の検出値ＡＰＳが、加速終了判定用閾値ＡＰＳｔｈ以上であるか否かが判定される。判定の結果、検出値ＡＰＳが加速終了判定用閾値ＡＰＳｔｈ未満であれば、分割噴射オフ工程Ｓ２６が実行され、分割噴射が終了させられる。分割噴射オフ工程Ｓ２６の後、再び加速要求判定工程Ｓ１０が実行される。なお、分割噴射の終了後は、通常の吸気噴射のみが行われる。

また、加速終了判定工程Ｓ２４の判定の結果、検出値ＡＰＳが加速終了判定用閾値ＡＰＳｔｈ以上であれば、再び充填効率演算工程Ｓ１２が実行される。なお、すでに分割噴射が行われている状態では、分割噴射オン工程Ｓ２０にて分割噴射がオン状態に維持される。

図４は、制御装置１２が分割噴射を実行する場合のタイミングチャートの一例である。
図４（ａ）に示したように、アクセル開度の変化量の検出値ΔＡＰＳが加速要求判定用閾値ΔＡＰＳｔｈ以上になり、且つ、図４（ｄ）に示したように、充填効率の演算値Ｅｃが第１閾値Ｅｃｔｈ１以上になると、図４（ｂ）に示したように分割噴射がオン状態にされ、分割噴射が開始される。

このとき、図４（ｃ）に示したように、圧縮噴射比率は、演算値Ｅｃが第１閾値Ｅｃｔｈ１以上第２閾値未Ｅｃｔｈ２未満であるため、トルク最大点Ｒｔｍａｘに設定されている。
加速が進み、充填効率の演算値Ｅｃが第２閾値Ｅｃｔｈ２以上になると、圧縮噴射比率が充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘに設定される。

上述した第１実施形態の制御装置１２によれば、内燃機関１０の充填効率の演算値Ｅｃが第２閾値Ｅｃｔｈ２以上になると、第２制御モードが実行される。第２制御モードでは、充填効率が最大となる充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘに一致するように、筒内インジェクタ４２による吸気行程及び圧縮行程の各々での燃料の噴射量が制御される。

これにより、図４（ｄ）に実線で示したように圧縮噴射比率を変更して充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘで分割噴射を行った場合、一点鎖線で示したようにトルク最大点Ｒｔｍａｘのまま分割噴射を行った場合に比べて、充填効率がΔＥｃだけ上昇する。

そして、図４（ｅ）に実線で示したように圧縮噴射比率を変更して充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘで分割噴射を行った場合、一点鎖線で示したようにトルク最大点Ｒｔｍａｘのまま分割噴射を行った場合に比べて、トルクがΔＴだけ上昇する。
このように、充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘで分割噴射を行うことによって充填効率が上昇してトルクが上昇する結果、この制御装置１２によれば加速性能が向上する。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について説明する。なお、後述の実施形態の説明において、先行する実施形態と同一又は類似の構成については、同一の名称又は符号を付して説明を省略又は簡略化する。

第２実施形態の制御装置８０は、充填効率の演算値Ｅｃに代えて、体積効率の演算値Ｅｖを判定する点において、第１実施形態と異なっている。図５に示すように、第２実施形態では、体積効率を演算するために、内燃機関１０に外気の温度及び圧力をそれぞれ測定するための温度センサ８２及び圧力センサ８４が設けられている。温度センサ８２及び圧力センサ８４は、例えば、吸入通路４６の入口近傍に配置され、温度センサ８２及び圧力センサ８４によって連続的又は断続的に測定された外気温度及び圧力の検出値が、制御装置８０に連続的又は断続的に入力される。

制御装置８０は体積効率判定部８６を有し、体積効率判定部８６は、入力された直近の吸気流量、外気温度及び圧力の検出値に基づいて、体積効率の演算値Ｅｖを演算する。そして、体積効率判定部８６は、第１閾値Ｅｃｔｈ１に対応する第１閾値Ｅｖｔｈ１、及び、第２閾値Ｅｃｔｈ２に対応する第２閾値Ｅｖｔｈ２と、演算値Ｅｖとを比較し、比較結果に応じて、第１制御モード又は第２制御モードが実行される。

上述した第２実施形態の制御装置８０によれば、内燃機関１０の体積効率の演算値Ｅｖが第２閾値Ｅｖｔｈ２以上になると、第２制御モードが実行される。第２制御モードでは、充填効率が最大となる充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘに一致するように、筒内インジェクタ４２による吸気行程及び圧縮行程の各々での燃料の噴射量が制御される。このため、この制御装置８０によれば、加速性能が向上する。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について説明する。
第３実施形態の制御装置９０は、充填効率の演算値Ｅｃに代えて、負荷を判定する点において、第１実施形態と異なっている。より具体的には、負荷として、筒内インジェクタ４２が噴射する燃料の噴射量を用いることができ、本実施形態では、制御装置９０が筒内インジェクタ４２に燃料を噴射させる燃料噴射時間（開弁時間）の指令値Ｔｉｎを用いる。

図６に示したように、制御装置９０は負荷判定部９２を有し、負荷判定部９２は、第１閾値Ｅｃｔｈ１に対応する第１閾値Ｔｉｎｔｈ１、及び、第２閾値Ｅｃｔｈ２に対応する第２閾値Ｔｉｎｔｈ２と、指令値Ｔｉｎとを比較し、比較結果に応じて、第１制御モード又は第２制御モードが実行される。
なお、燃料噴射時間の指令値Ｔｉｎは、入力されたアクセル開度の検出値ＡＰＳと、車両の走行状態とに基づいて、予め登録されたマップデータを参照して決定することができる。

上述した第３実施形態の制御装置９０によれば、内燃機関１０の負荷に対応する燃料噴射時間の指令値Ｔｉｎが第２閾値Ｔｉｎｔｈ２以上になると、第２制御モードが実行される。第２制御モードでは、充填効率が最大となる充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘに一致するように、筒内インジェクタ４２による吸気行程及び圧縮行程の各々での燃料の噴射量が制御される。このため、この制御装置９０によれば、加速性能が向上する。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について説明する。
第４実施形態の制御装置１００は、充填効率の演算値Ｅｃに代えて、内燃機関１０の運転が過給域（過給状態）にあるか非過給域（非過給状態）にあるかを判定する点において、第１実施形態と異なっている。図７に示すように、第４実施形態では、過給／非過給の判定を行うために、吸気通路４６のサージタンク１０２に圧力センサ１０４が取り付けられている。圧力センサ１０４は、サージタンク１０２内における吸気圧力を連続的又は断続的に測定し、得られた吸気圧力の検出値Ｐｉｎが制御装置１００に連続的又は断続的に入力される。

制御装置１００は過給／非過給判定部１０６を有し、過給／非過給判定部１０６は、入力された直近の吸気圧力の検出値Ｐｉｎと、第１閾値Ｅｃｔｈ１に対応する第１閾値Ｐｉｔｈ１、及び、第２閾値Ｅｃｔｈ２に対応する第２閾値Ｐｉｎｔｈ２とを比較し、比較結果に応じて、第１制御モード又は第２制御モードが実行される。

上述した第４実施形態の制御装置１００によれば、内燃機関１０が過給状態にあるとき、即ち、吸気圧力の検出値Ｐｉｎが第２閾値Ｐｉｎｔｈ２以上であると、第２制御モードが実行される。第２制御モードでは、充填効率が最大となる充填効率最大点Ｒｅｃｍａｘに一致するように、筒内インジェクタ４２による吸気行程及び圧縮行程の各々での燃料の噴射量が制御される。このため、この制御装置１００によれば、加速性能が向上する。

なお、本実施形態では、一例として、第１閾値Ｐｉｎｔｈ１は、ゲージ圧にて−３０〜２０ｋＰａの範囲内にあり、第２閾値Ｐｉｎｔｈ２は、ゲージ圧にて０〜５０ｋＰａの範囲内にある。第２閾値Ｐｉｎｔｈ２は、第１閾値Ｐｉｎｔｈ１よりも大きい値に設定される。

（第５実施形態）
以下、第５実施形態について説明する。
図８に示したように、第５実施形態の制御装置１１０は、圧縮噴射時期設定部１１２を更に有する点において、第１実施形態の制御装置１０と異なっている。
具体的には、圧縮噴射時期設定部１１２は、第２制御モードを実行するときに、圧縮噴射時期を変更する機能を有する。

ここで、図９は、定常状態における、圧縮噴射時期と、トルク及び充填効率の各々との関係を概略的に示しており、図１０は、制御装置１１０が実行する分割噴射制御方法の概略的な手順を示すフローチャートであり、図１１は、該分割噴射制御方法を実行した場合の概略的なタイミングチャートを示している。

これら図９、１０及び図１１に示したように、第５実施形態の制御装置１１０によれば、第１制御モードでは、トルクが最大となる圧縮噴射時期の値（トルク最大点Ｔｔｍａｘ）に圧縮噴射時期が設定され（Ｓ２８）、第２制御モードでは、充填効率が最大となる圧縮噴射時期の値（充填効率最大点Ｔｅｃｍａｘ）に圧縮噴射時期が設定される（Ｓ３０）。
なお、トルク最大点Ｔｔｍａｘは、下死点（ＢＤＣ）と吸気弁３４の閉弁時期（ＩＣ）との間に位置し、充填効率最大点Ｔｅｃｍａｘは、吸気弁３４の閉弁直後に位置している。

第５実施形態の制御装置１１０によれば、第２制御モードにおいて、圧縮噴射時期を吸気弁３４の閉弁時期よりも遅角させることで、燃焼室２８内により多くの空気を押し込めることができる。このため、充填効率の低下が抑制され、加速性能をより効率的に向上させることができる。

（第６実施形態）
以下、第６実施形態について説明する。
第６実施形態の制御装置１２０は、第２制御モードにおいて、圧縮噴射時期を吸気弁３４の閉弁時期よりも後にするために、圧縮噴射時期を遅角させるのではなく、吸気弁３４の閉弁時期を進角させる点において、第５実施形態の制御装置１１０と異なっている。

そのために、図１２に示したように、内燃機関１０には、吸気ＶＶＴ（可変バルブタイミング）機構１２２が設けられ、制御装置１２０は、吸気弁閉弁時期設定部１２４を有する。吸気ＶＶＴ機構１２２は、例えば、吸気カム３８を回転させるカムシャフトの位相をクランク軸２０の位相に対して変化させることによって、吸気弁３４の閉弁時期を調整することができる。

ここで、図１３（ａ）は、第１制御モードにおける、吸気弁３４のバルブリフトの時間変化を圧縮噴射時期とともに概略的に示しており、図１３（ｂ）は、第２制御モードにおける、吸気弁３４のバルブリフトの時間変化を圧縮噴射時期とともに概略的に示している。
吸気弁閉弁時期設定部１２４は、第１制御モードの場合、吸気弁３４の閉弁時期が下死点よりも後になるように吸気ＶＶＴ機構１２２を制御しており、圧縮噴射時期が吸気弁３４の閉弁時期よりも前に位置している。

一方、吸気弁閉弁時期設定部１２４は、第２制御モードの場合、吸気弁３４の閉弁時期が圧縮噴射時期よりも前になるように吸気ＶＶＴ機構１２２を制御しており、第１制御モードに比べて、吸気弁３４の閉弁時期が進角されている。

第６実施形態の制御装置１２０によれば、第２制御モードにおいて、吸気弁３４の閉弁時期が進角させることで、燃焼室２８内により多くの空気を押し込めることができる。このため、充填効率の低下が抑制され、加速性能をより効率的に向上させることができる。

本発明は上述した第１乃至第６実施形態に限定されることなく、第１乃至第６実施形態の各々に変形を加えた形態や、これら形態を組み合わせた形態も含む。
例えば、第２乃至第４実施形態において、第５実施形態又は第６実施形態のように、第２制御モードでの圧縮噴射時期を吸気弁３４の閉弁時期の後に設定してもよい。

１０ 内燃機関
１２ 制御装置
１４ クランクケース
１６ シリンダブロック
１８ シリンダ
２２ ピストン
２６ シリンダヘッド
２８ 燃焼室
３４ 吸気弁
３６ 排気弁
４２ 筒内インジェクタ
４４ 点火プラグ
６４ 過給機
６６ 空気流量センサ
６８ クランク回転角センサ
６９ アクセル開度センサ
７０ 分割噴射制御部
７１ 加速要求判定部
７２ 充填効率判定部
７３ 圧縮噴射比率設定部
７４ 第１制御モード実行部（第１制御モード実行手段）
７５ 第２制御モード実行部（第２制御モード実行手段）
７６ 加速終了判定部

Claims (4)

1. 過給機と、燃料を燃焼室内に直接噴射する筒内燃料噴射手段とを有する内燃機関の加速の際に、前記内燃機関の吸気行程及び圧縮行程の両行程で前記筒内燃料噴射手段により前記燃焼室内に燃料を噴射する分割噴射を行うように構成された内燃機関の制御装置において、
   前記吸気行程及び前記圧縮行程で噴射する前記燃料の合計噴射量に対する前記圧縮行程で噴射する前記燃料の噴射量の比率を圧縮噴射比率としたとき、
   前記内燃機関の充填効率、体積効率又は負荷が所定の閾値未満であるときには、前記内燃機関のトルクが定常的な条件下で最大となるトルク最大点に前記圧縮噴射比率が一致するように、前記筒内燃料噴射手段による前記吸気行程及び前記圧縮行程での前記燃料の噴射量を制御する第１制御モードを実行する第１制御モード実行手段と、
   前記内燃機関の充填効率、体積効率又は負荷が前記閾値以上であるときには、前記充填効率が定常的な条件下で最大となる充填効率最大点に前記圧縮噴射比率が一致するように、前記筒内燃料噴射手段による前記吸気行程及び前記圧縮行程での前記燃料の噴射量を制御する第２制御モードを実行する第２制御モード実行手段とを有する
   ように構成されたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 過給機と、燃料を燃焼室内に直接噴射する筒内燃料噴射手段とを有する内燃機関の加速の際に、前記内燃機関の吸気行程及び圧縮行程の両行程で前記筒内燃料噴射手段により前記燃焼室内に燃料を噴射する分割噴射を行うように構成された内燃機関の制御装置において、
   前記吸気行程及び前記圧縮行程で噴射する前記燃料の合計噴射量に対する前記圧縮行程で噴射する前記燃料の噴射量の比率を圧縮噴射比率としたとき、
   前記内燃機関の運転が非過給域であるときには、前記内燃機関のトルクが定常的な条件下で最大となるトルク最大点に前記圧縮噴射比率が一致するように、前記筒内燃料噴射手段による前記吸気行程及び前記圧縮行程での前記燃料の噴射量を制御する第１制御モードを実行する第１制御モード手段と、
   前記内燃機関の運転が過給域であるときには、前記充填効率が定常的な条件下で最大となる充填効率最大点に前記圧縮噴射比率が一致するように、前記筒内燃料噴射手段による前記吸気行程及び前記圧縮行程での前記燃料の噴射量を制御する第２制御モードを実行する第２制御モード実行手段とを有する
   ように構成されたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 前記第２制御モードを実行しているときに、吸気弁閉弁時期よりも後になるように、前記筒内燃料噴射手段により前記圧縮行程で燃料を噴射する圧縮噴射時期を遅角させるように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記第２制御モードを実行しているときに、前記筒内燃料噴射手段により前記圧縮行程で燃料を噴射する圧縮噴射時期よりも前になるように、吸気弁閉弁時期を進角させるように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。

Images