JP2014077421A - エンジンの制御装置及びエンジンの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分割噴射によって付着燃料量の低減を図りつつ、過度な分割噴射による燃費、燃焼性能などの悪化を抑制する。
【解決手段】吸気行程における分割噴射の開始時期IT1_Aを、吸入空気量とエンジン回転速度とに応じて決定する（S103）。一方、完了時期IT1_Bを、冷却水温度TWが所定水温K_TW以上になると、所定水温K_TW未満であるときに比べて進角させ（S104）、開始時期IT1_A及び完了時期IT1_Bから、総噴射期間IT1を算出する（S105）。また、要求噴射期間IT_REQ（S106）、及び、分割噴射回数I_TIMES（S107）に基づき、分割噴射パルス期間IT1_SP(n)を算出し（S108）、更に、分割噴射休止期間IT1_RES(n)を算出する（S109）。そして、分割噴射休止期間IT1_RES(n)が要求休止期間RES_Kよりも短い場合には、分割噴射回数I_TIMESを減らす（S111→S113）。
【選択図】図２０

Description

本発明は、燃料噴射装置による燃料噴射を吸気行程において複数回に分けて行わせる、エンジンの制御装置及びエンジンの制御方法に関する。

特許文献１には、筒内直接噴射式エンジンにおいて、シリンダボア内壁温度が閾値を下回る状況において、シリンダボア温度が高くなるほど燃料噴射時期を進角させることが開示されている。
また、特許文献２には、筒内直接噴射式エンジンにおいて、エンジン温度が所定温度未満のときに、燃料を吸気行程で複数回に分割して噴射する構成とし、かつ、複数回に分割する燃料の分割比をエンジン温度に応じて設定することが開示されている。
更に、特許文献３には、筒内直接噴射式エンジンにおいて、均質運転時に１サイクル中複数回の燃料噴射を実施することとし、かつ、エンジン回転速度及びエンジン負荷に応じて各噴射の時間間隔及び噴射量割合を可変とすることが開示されている。

特開２００９−１０２９９７号公報 特開平１１−６２６８０号公報 特開２００２−１６１７９０号公報

ところで、燃料を複数回に分けて噴射する分割噴射は、燃料噴霧のペネトレーションを弱く（噴霧の到達距離を短く）することになり、筒内に直接燃料を噴射するインジェクタを備えるエンジンや吸気ポートに設けたインジェクタから吸気バルブの開口を狙って噴射するエンジンでは、シリンダボア内壁やピストン冠面への燃料付着量が低減し、粒子状物質（パティキュレートマター）ＰＭの排出粒子数ＰＮ、及び、エンジンオイルに燃料が溶けるオイル希釈量を抑制することができる。

しかし、エンジンの暖機後は燃料温度も上昇し気化が促進され、係る燃料自体の気化性能の向上によって燃料噴霧のペネトレーションが弱く（噴霧の到達距離が短く）なり、分割噴射によるペネトレーションの低下は、冷機時に比べてその必要性が低下する。
ここで、暖機後にも冷機時と同様に分割噴射を行うと、インジェクタの駆動電流が増加することによる消費電力の増加、これに伴う燃費の悪化、また、インジェクタの駆動音の増大、インジェクタの劣化などを招く可能性がある。更に、過度の分割噴射は、燃焼室内における燃料と吸入空気の混合状態を悪化させ、燃焼性能を悪化させる可能性もある。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、分割噴射によって付着燃料量の低減を図りつつ、過度な分割噴射による燃費、燃焼性能などの悪化を抑制できる、エンジンの制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

そのため、本願発明のエンジンの制御装置は、燃料噴射装置による燃料噴射を吸気行程において複数回に分けて行わせる吸気行程分割噴射における、初回の噴射開始から最終回の噴射完了までの総噴射期間を、エンジン温度の上昇に応じて短縮するようにした。
また、本発明のエンジンの制御方法は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置を備えたエンジンにおいて、エンジン温度を検出し、吸気行程において燃料噴射を複数回に分けて行わせるときの初回の噴射開始から最終回の噴射完了までの総噴射期間を、エンジン温度の上昇に応じて短縮し、吸気行程の前記総噴射期間で前記燃料噴射装置による燃料噴射を複数回に分けて行わせるようにした。

本発明によれば、エンジン温度の上昇に応じて総噴射期間を短縮することにより、冷機時には分割噴射によってペネトレーションを弱め、付着燃料量の低減によるＰＮ、オイル希釈量低減を図ることができると共に、暖機後には、噴射回数の低下や、休止期間の短縮などによって、燃費、燃焼性能の低下を抑制できる。

本発明の実施形態における自動車用エンジンシステムのシステム構成図である。 本発明の実施形態におけるＥＣＵの構成を示すシステムブロック図である。 本発明の実施形態における複数回の噴射指令値の一例を示す特性図である。 本発明の実施形態における噴射開始時期IT1_Aの指令値を演算する制御マップを示す図である。 本発明の実施形態における噴射回数I_TIMESを演算する制御マップを示す図である。 本発明の実施形態における要求噴射期間IT_REQを演算する制御マップを示す図である。 本発明の実施形態における噴射完了時期IT1_Bを演算する制御マップを示す図である。 本発明の実施形態における分割噴射許可判定部の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態における分割噴射許可判定部の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における回転変動の判定処理を説明するための図である。 本発明の実施形態における回転変動に基づく分割噴射許可判定の補正動作を示す図である。 本発明の実施形態における吸気行程の総噴射期間の噴射開始、完了時期などを算出する処理を示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態における吸気行程の総噴射期間の噴射開始、完了時期などの算出動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における分割噴射制御演算部の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態における分割噴射制御演算部の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における分割噴射判定部の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態における分割噴射判定部が分割噴射制御指令値を出力する場合の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における分割噴射判定部が分割噴射回数補正指令値を出力する場合の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における分割噴射判定部が燃圧制御指令値を出力する場合の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態におけるＥＣＵによる制御の流れを示すフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係る制御装置を適用するエンジン（内燃機関）の一例を示す。
図１において、エンジン１００は、火花点火式燃焼を実施する自動車用エンジンであり、エンジン１００の吸気管９には、吸入空気量を計測するエアフロセンサ３と、吸気管圧力（吸入空気量）を調整する電子制御式のスロットル５と、吸入空気の温度を計測する吸気温センサ４とを配設してある。
尚、エアフロセンサ３に代えて、吸気管内圧を検出する吸入空気圧力センサ（ブーストセンサ）を備えることができる。

また、エンジン１００には、燃焼室１４内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置であるインジェクタ（燃料噴射弁）６と、燃焼室１４内で火花点火を行う点火プラグ１６が備えられ、更に、燃焼室１４への吸入空気の流入、及び、燃焼室１４からの排気を調整する可変吸気排気動弁１０が設けられている。
また、上記インジェクタ６と連結することでインジェクタ６に燃料を供給するコモンレール８と、該コモンレール８に燃料を圧送するための燃料ポンプ７が設けられており、コモンレール８には、燃料の温度を検出する燃料温度センサ２１を設けてある。

更に、エンジン１００の排気管１７には、排気を浄化する排気浄化装置である三元触媒１８と、三元触媒１８の上流側にて排気の温度を計測する排気温センサ１９と、同じく三元触媒１８の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ２０とを設けてある。
尚、空燃比センサ２０に代えて、排気空燃比の理論空燃比に対するリッチ、リーンを検出する酸素濃度センサを設けることができる。

また、エンジン１００のクランクシャフト１２には、該クランクシャフト１２の角度位置を検出するクランク角センサ１３が備えられている。
また、エンジン１００の冷却水温を検出する冷却水温センサ１５が設けられている。
尚、冷却水温はエンジン１００の温度を代表する温度であるが、エンジン温度の代表する温度は冷却水温に限定されず、潤滑オイル、シリンダブロック、吸気温、筒内ガス温度などのエンジン１００の温度に相関して変化する温度を、エンジン１００の温度を代表する温度とすることができる。

上記の排気温センサ１９、空燃比センサ２０、冷却水温センサ１５、クランク角センサ１３、吸気温センサ４、エアフロセンサ３の信号、更に、アクセルペダルの踏み込み量、即ち、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ２の信号は、マイクロコンピュータを備えるエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）１に送られる。
ＥＣＵ１は、アクセル開度センサ２の出力信号、つまり、アクセル開度に基いて要求トルクを演算し、また、クランク角センサ１３の出力信号に基づいて、ピストン１１の位置、及び、エンジン回転速度を演算する。

そして、ＥＣＵ１は、前記各種センサの出力から検出されるエンジン１００の運転状態に基づき、スロットル５の開度、インジェクタ６の噴射パルス期間、点火プラグ１６の点火時期、可変吸気排気動弁１０の弁開閉時期などのエンジン１００の作動量を演算する。
ＥＣＵ１は、演算した噴射パルス期間を、インジェクタ６の開弁パルス信号に変換してインジェクタ６に送り、演算した点火時期で点火されるように点火プラグ駆動信号を点火プラグ１６（点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタ）に送り、演算したスロットル開度を、スロットル駆動信号としてスロットル５に送り、演算した弁開閉時期に応じた駆動信号を可変吸気排気動弁１０に送る。

そして、吸気管９から可変吸気排気動弁１０を経て燃焼室１４内に流入した空気に対し、インジェクタ６から燃料を噴射して混合気を形成し、混合気は、所定の点火時期で点火プラグ１６から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストン１１を押し下げてエンジン１００の駆動力となる。
爆発後の排気は、燃焼室１４から可変吸気排気動弁１０及び排気管１７を経て三元触媒１８に送られ、排気成分は三元触媒１８内で浄化された後、排出される。

図２は、ＥＣＵ１の構成の一例を示すブロック図である。
アクセル開度センサ２、エアフロセンサ３、吸気温センサ４、クランク角センサ１３、冷却水温センサ１５、排気温センサ１９、空燃比センサ２０、燃料温度センサ２１の出力信号は、ＥＣＵ１の入力回路３０ａに入力される。但し、入力回路３０ａに対する入力信号は、上記センサからの出力信号に限られない。

入力回路３０ａに入力された各センサの入力信号は入出力ポート３０ｂの入力ポートに送られ、入出力ポート３０ｂの入力ポートに送られた入力信号は、ＲＡＭ３０ｃに保管されてＣＰＵ３０ｅでの演算処理に供される。
ＣＰＵ３０ｅにおける演算処理内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ３０ｄに予め書き込まれている。
制御プログラムに従って演算した各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ３０ｃに保管された後、入出力ポート３０ｂの出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。

本実施形態では、上記駆動回路として、スロットル駆動回路３０ｆ、インジェクタ駆動回路３０ｇ、点火出力回路３０ｈ、可変動弁駆動回路３０ｉを備えており、これらの駆動回路は、スロットル５、インジェクタ６、点火プラグ１６、可変吸気排気動弁１０を駆動する。
尚、本実施形態のＥＣＵ１は駆動回路を内蔵するが、係る構成に限るものではなく、ＥＣＵ１とは別体に駆動回路を設けることができ、例えば、スロットル５などに駆動回路を一体的に設けることができる。

図３は、インジェクタ６に送られる噴射パルス信号（開弁パルス信号）として、インジェクタ６による１サイクル当たりの燃料噴射を複数回に分けて行わせる分割噴射における噴射パルス信号の一例を示す。
図３において、縦軸は噴射パルスの電圧IT（開弁駆動電圧）を示し、横軸は経過時間を示している。また、ＢＤＣはピストン１１の下死点を示し、ＴＤＣはピストン１１の上死点を示し、経過時間に対応するエンジン１００の各行程（排気行程，吸気行程，圧縮行程，膨張行程）を図下に示してある。

図３に示すように、ＥＣＵ１は、エンジン１００の吸気行程から圧縮行程にかけて、インジェクタ６による燃料噴射を複数回に分けて行わせることが可能であり、図３に示す例では、吸気行程と圧縮行程とでそれぞれに３回の噴射パルスを示している。
更に、ＥＣＵ１は、吸気行程での分割噴射（吸気ＴＤＣから吸気ＢＤＣまでの間で行われる分割噴射であり、以下では、吸気行程分割噴射という）における初回の噴射開始から最終回の噴射完了までの総噴射期間（吸気行程総噴射期間）IT1を、エンジン温度の上昇に応じて短縮する処理を行うようになっており、以下では、係る分割噴射の制御を詳細に説明する。
尚、エンジン温度による総噴射期間IT1の長短は、エンジン負荷及びエンジン回転速度が同一の条件での総噴射期間IT1の違いを示すものとする。

ここで、吸気行程分割噴射における複数回の噴射パルスのうちの初回パルスの立ち上がり時期を噴射開始時期IT1_Aとし、該立ち上がり時期から続く立ち下り時期までのオン期間を初回の噴射パルス期間IT1_SP(1)とし、該立ち下り時期から続く次のパルスの立ち上がり時期までのオフ期間を噴射休止期間IT1_RES(1)とする。更に、吸気行程分割噴射における最終回パルスの立ち下り時期を噴射完了時期IT1_Bとし、該噴射完了時期IT1_Bと前記最終回パルスの立ち上がり時期の間のオン期間を、最終回の噴射パルス期間IT1_SP(n)とし、更に、初回の噴射開始時期IT1_Aと最終回の噴射完了時期IT1_Bの間の期間を、吸気行程分割噴射の総噴射期間IT1とする。

同様に、圧縮行程（吸気ＢＤＣから圧縮ＴＤＣまでの間）において実施される圧縮行程分割噴射において、複数回の噴射パルスのうちの初回の噴射開始時期（初回パルスの立ち上がり時期）と最終回の噴射完了時期（最終回パルスの立ち下り時期）の間の期間を、圧縮行程分割噴射の総噴射期間IT2とする。
上記のように、燃料を複数回に分けて噴射すれば、燃料噴霧のペネトレーションが弱く（噴霧の到達距離が短く）なり、シリンダボア内壁やピストン１１冠面への燃料付着量が低減し、粒子状物質（パティキュレートマター）ＰＭの排出粒子数ＰＮ、及び、エンジンオイルに燃料が溶けるオイル希釈量を抑制することができる。

以下では、ＥＣＵ１による吸気行程分割噴射の制御を詳細に説明する。
ＥＣＵ１は、図４、図５に示す制御マップを参照して、吸気行程分割噴射の総噴射期間IT1の噴射開始時期IT1_A、及び、吸気行程分割噴射での噴射回数I_TIMES（分割回数）の指令値を演算する。
図４は、吸入空気量ＱＡ（エンジン負荷）とエンジン回転速度ＮＥとを変数として、吸気行程の総噴射期間IT1の噴射開始時期IT1_Aを記憶する制御マップを示す。
尚、噴射開始時期IT1_Aは、例えば、吸気ＴＤＣからのクランク角度（deg）として表される。

ここで、高回転、高負荷時に対して低回転、低負荷時には、噴射開始時期IT1_Aがより遅い時期、つまり、より遅角して吸気ＢＤＣに近いクランク角位置とする特性に、噴射開始時期IT1_Aの制御マップが設定されていて、エンジン負荷が高くなるほど、また、エンジン回転速度が高くなるほど、噴射開始時期IT1_Aをより進角させるようになっている。
噴射開始時期IT1_Aの進角は、ピストン１１がより上死点ＴＤＣに近い状態で燃料噴射を開始させることになり、ピストン１１冠面への燃料付着量を増加させることになってしまう。一方、高回転、高負荷時には、総噴射時間の要求が長くなり、かつ、総噴射期間IT1の時間が短くなるので、早めに燃料噴射を開始させる必要が生じる。

そこで、ピストン１１が下死点ＢＤＣになるべく近い位置で燃料噴射を開始させることができるように、吸入空気量ＱＡ（エンジン負荷）とエンジン回転速度ＮＥとに応じて噴射開始時期IT1_Aを変更する。
また、図５は、吸入空気量ＱＡ（エンジン負荷）とエンジン回転速度ＮＥとを変数として、吸気行程分割噴射の総噴射期間IT1中の複数回の噴射パルスの数、つまり噴射回数I_TIMESを記憶する制御マップを示す。

ここで、図５では、代表例として、１回から５回の噴射回数を、エンジン負荷とエンジン回転速度ＮＥとで区分される各運転領域に割り付けているが、例えば、全領域で噴射回数I_TIMESを２回以上とすることができ、更に、エンジン負荷が高くなるほど、また、エンジン回転速度が高くなるほど、噴射回数I_TIMESをより多くする特性とすることができる。
前記噴射回数I_TIMESは、燃料噴射量の要求や、吸気流速の条件などを考慮し、要求される燃料を噴射でき、また、燃料噴霧がピストン冠面に付着し易い条件でペネトレーションを弱めることができるように、予め適合される。

また、ＥＣＵ１は、図６、図７に示す制御マップを参照して、吸気行程分割噴射における、要求噴射期間IT_REQ、及び、総噴射期間IT1の噴射完了時期IT1_Bの指令値を演算する。
図６は、吸入空気量QA（エンジン負荷）、燃圧FP、空燃比AFを変数として、吸気行程での要求噴射期間IT_REQ（ms）を記憶する制御マップを示す。

ここで、要求噴射期間IT_REQは、分割噴射を行わずに１回の噴射で空燃比AFの混合気を形成するために要求される噴射時間（インジェクタ６の開弁時間）であり、吸入空気量QA（シリンダ吸入空気量）が多いほど、要求噴射期間IT_REQをより長く設定する。
また、燃圧FPが低いと、インジェクタ６の単位開弁時間当たりの噴射量が低下するので、同じ量の燃料を噴射するための時間が、燃圧FPが高い場合に比べてより長くなる。そのため、同じ吸入空気量QAであっても、燃圧FPが低い場合には要求噴射期間IT_REQをより長くする。

また、空燃比AFの設定がよりリッチであれば、吸入空気量QAが同じであっても、より多くの燃料を噴射させるので、空燃比AFの設定がよりリッチになるほど、要求噴射期間IT_REQをより長くする。
上記のようにして要求噴射期間IT_REQを設定することで、目標空燃比の混合気を形成するのに必要な燃料量に見合った要求噴射期間IT_REQを設定できる。

図７は、エンジン温度を代表する冷却水温TWに応じて噴射完了時期IT1_Bを記憶する制御マップ（変換テーブル）を示す。
尚、噴射完了時期IT1_Bは、例えば、吸気ＴＤＣからのクランク角度（deg）として表される。

ここで、冷却水温TWが所定水温K_TW未満の場合の噴射完了時期IT1_Bに比べ、冷却水温TWが所定水温K_TW以上の場合の噴射完了時期IT1_Bを吸気TDC側へ進角するように、所定水温K_TWを境に、噴射完了時期IT1_Bが異なる値に設定されている。
つまり、冷却水温TWが所定水温K_TW未満の場合に比べて、冷却水温TWが所定水温K_TW以上の場合の噴射完了時期IT1_Bを進角させることで、吸気行程分割噴射の総噴射期間IT1を冷却水温TW（エンジン温度）の上昇に対して短縮するようにしてある。

前記所定水温K_TWは、燃料の気化が十分に促進される温度条件であるか否かを判定するための閾値であって、燃料の気化が十分に促進される暖機後の状態であるか、燃料の気化が不十分な冷機状態であるかを、冷却水温TWと所定水温K_TWとの比較に基づいて判断する。所定水温K_TWは、燃料の留出温度を基準に設定することができ、例えば、７０℃程度（５０％留出温度Ｔ５０）に設定することができる。

尚、冷却水温TWの検出値に代えて、冷却水温TWの推定値に基づいて噴射完了時期IT1_Bを設定することができる。また、エンジン温度を代表する温度として、冷却水温TWに代えて、潤滑オイル温度、吸気温度、燃料温度の検出値或いは推定値に基づいて噴射完了時期IT1_Bを設定することができ、この場合も、低温時に比べて高温時の噴射完了時期IT1_Bを進角させる（早める）設定を行う。
更に、低温時に比べて高温時の噴射完了時期IT1_Bを進角させる特性において、温度の変化に対してより多段に噴射完了時期IT1_Bを変化させることができる。

噴射開始時期IT1_Aは、前述のように吸入空気量ＱＡ（エンジン負荷）とエンジン回転速度ＮＥとに応じて決定されるのに対し、噴射完了時期IT1_Bは上記のようにエンジン温度に応じて変更されるので、吸入空気量ＱＡ（エンジン負荷）及びエンジン回転速度ＮＥが同一の条件でも、エンジン温度が高い場合には低い場合に比べて、吸気行程分割噴射の総噴射期間IT1が短くなる。
エンジン温度の上昇に伴って燃料温度も上昇し、燃料温度が上昇すると気化し易くなり、燃料噴霧のペネトレーションが弱く（噴霧の到達距離が短く）なり、相対的に、ペネトレーションを弱めるための分割噴射の要求が低下するので、エンジン温度の上昇に対して総噴射期間IT1を短縮して、分割噴射途中での休止期間の短縮や噴射回数の減少を図る。

これにより、エンジン温度の上昇に伴って燃料温度も上昇したときに、ピストン冠面などに対する燃料付着を抑えつつ、過度に分割噴射がなされることを抑制でき、燃料と吸入空気の混合状態の改善や、インジェクタ６での消費電力を低下させて燃費性能を改善できる。
即ち、噴射回数を減らすことなく総噴射期間IT1を短縮すれば、分割噴射における休止期間が短くなり、燃料と吸入空気の混合状態が改善される。また、総噴射期間IT1の短縮に伴って噴射回数を減じれば、インジェクタの駆動電流の減少による消費電力の低下、これに伴う燃費の改善、更に、インジェクタの駆動音の低下、インジェクタの劣化抑止を図ることができる。

また、総噴射期間IT1を噴射完了時期IT1_Bの進角によって短縮すれば、分割噴射の完了が早まり、その後の吸気行程において、燃料と吸入空気との混合を図ることができ、混合状態が改善される。そして、混合状態が改善されれば、燃焼性が向上し、排気性状が改善される。
換言すれば、エンジン温度（燃料温度）の上昇に対して、総噴射期間IT1を短縮することで、分割噴射休止期間の短縮と、噴射回数の減少との少なくとも一方を実施し、分割噴射によって付着燃料量の低減を図りつつ、過度な分割噴射による燃費、燃焼性能などの悪化を抑制する。

図８は、ＥＣＵ１における、分割噴射の許可判定処理（分割噴射許可フラグの設定処理）を示す機能ブロック図である。
図８において、分割噴射許可判定部４１には、アクセル開度センサ２から得られたアクセル開度信号APOと、クランク角センサ１３から得られた信号に基づくエンジン回転速度NEと、エンジン１００が搭載された自動車の走行情報である車速VXと、排気温センサ１９から得られた排気温度TC、ＥＣＵ１のＲＯＭ３０ｄに書き込まれている要求排気温度TC_Kなどが入力される。そして、分割噴射許可判定部４１は、これらの信号に基づいて、分割噴射を許可できる運転状態であるか否かを判定し、分割噴射を許可できる運転状態になると分割噴射許可フラグを立てる。

図９は、分割噴射許可判定部４１の動作例を示すタイムチャートであり、クランクシャフト１２が回転し始める、つまり、エンジン１００が起動する時点を０とする経過時間に対する、アクセル開度信号APO、エンジン回転速度NE、車速VX、触媒温度TC、及び、分割噴射許可フラグの変化を示す。
図９に示す一例では、エンジン回転速度NEは、エンジン１００の起動に伴い上昇した後に安定期に入り、前記安定期の間は触媒温度TCが上昇し、時刻ｔ１で触媒温度TCが要求温度TC_K以上となると、つまり、触媒暖機が完了すると、時刻ｔ１から任意のディレイ時間が経過した時刻ｔ２の時点で、分割噴射許可フラグを立ち上げ、分割噴射を許可する状態とする。そして、触媒温度TCが要求温度TC_K以上の状態を保持していれば、分割噴射の許可状態を維持させ、触媒温度TCが要求温度TC_K未満に低下すると、分割噴射許可フラグを落とし、分割噴射の実施を禁止する。

尚、触媒暖機の完了を判断して分割噴射許可フラグを設定する構成において、排気温センサ１９で検出される排気温度と共に、アクセル開度信号APO、エンジン回転速度NE、車速VXなどの他の条件を加味して、触媒暖機が完了しているか否かを判定させることができる。
また、排気温センサ１９で検出される排気温度に代えて冷却水温度TWを、触媒暖機の完了判定に用いることができる。

図１０及び図１１は、分割噴射の許可判定（触媒暖機完了判定）の補正動作を説明する図である。
図１０の横軸は、圧縮行程の総噴射期間中に噴射指令を実施している時間を示し、更に、圧縮行程の総噴射期間中の噴射指令が完了した時期を終了時期として示している。
尚、本実施形態においては、エンジン始動直後の触媒暖機運転の際に、圧縮行程で噴射を行わせるようになっており、圧縮行程の総噴射期間中に噴射指令を実施している時間は、触媒暖機運転制御の時間に相当し、終了時期とは、要求温度TC_Kに基づき触媒暖機完了が判定されるタイミングを示す。

また、図１０の縦軸は、エンジン回転速度NEのばらつき（以下、回転変化量いう）σNEを示している。回転変化量σNEは、例えば、エンジン回転速度NEの検出周期間における変化量である。また、回転変化量σNEに対する閾値であるSIGMA_Kは、ＥＣＵ１内のＲＯＭ３０ｄに書き込まれた値である。
そして、圧縮行程の総噴射期間中に噴射指令を実施している時間（触媒暖機運転中）において、回転変化量σNEが閾値SIGMA_K以上の値となった場合、図１１に示すように、要求温度TC_K（又は触媒暖機完了判定における冷却水温の閾値）をより高温度側にシフトさせて補正要求温度TC_Kとし、この補正要求温度TC_Kに基づき分割噴射の許可判定を行わせる。

即ち、要求温度TC_Kに基づき触媒暖機完了が判定されても、それまでの触媒暖機運転中の回転変化量σNEが閾値SIGMA_Kよりも大きかった場合には、要求温度TC_Kをより高温側にシフトさせることで分割噴射の開始を遅らせ、触媒暖機運転時間を延長させる。
エンジン１００の始動直後からの触媒暖機運転において、エンジン１００の燃焼が不安定で回転変動が設定よりも大きい場合に、分割噴射を許可すると更に大きな回転変動が発生する可能性がある。そこで、要求温度TC_K（又は触媒暖機完了判定における冷却水温の閾値）をより高温度側にシフトさせ、触媒暖機完了がより高い温度で判定されるようにして、触媒暖機運転をより長く継続させ、相対的に、吸気行程分割噴射がより高温側で開始されるようにする。

これにより、触媒暖機を十分に実施できると共に、大きな回転変動の発生を抑制しつつ、可及的に分割噴射の許可を早めて、排気性状を改善できる。
尚、触媒暖機運転中の回転変化量σNEが大きくなるほど、要求温度TC_Kの高温側へのシフト量を増大させることができる。

図１２は、ＥＣＵ１における、噴射開始時期IT1_A、噴射回数I_TIMES、要求噴射期間IT_REQ、及び、噴射完了時期IT1_Bの算出処理を示す機能ブロック図である。
図１２において、ＥＣＵ１は、算出ロジック部として、噴射開始時期演算部５１、分割噴射回数演算部５２、要求噴射期間演算部５３、噴射完了時期演算部５４を備え、これらの算出ロジック部に対する入力として、吸入空気量QA、エンジン回転速度NE、燃圧FP、空燃比AF、要求空燃比AF_K、冷却水温TW、所定水温TW_Kを設定してある。
尚、要求空燃比AF_K及び所定水温TW_Kは、ＲＯＭ３０ｄに予め書き込まれた値である。

そして、噴射開始時期演算部５１は、前記図４に示す制御マップに従い、吸入空気量QAとエンジン回転速度NEに基いて吸気行程の総噴射期間IT1の噴射開始時期IT1_Aを算出して出力する。
分割噴射回数演算部５２は、前記図５に示す制御マップに従い、吸入空気量QAとエンジン回転数NEに基いて分割噴射回数I_TIMESを演算して出力する。

要求噴射期間演算部５３は、前記図６に示す制御マップに従い、吸入空気量QAと燃圧FPと空燃比AFと要求空燃比AF_Kに基いて要求噴射期間IT_REQを算出して出力する。
噴射完了時期演算部５４は、前記図７に示す制御マップに従い、冷却水温TWと所定水温TW_Kに基いて吸気行程の総噴射期間IT1の噴射完了時期IT1_Bを算出して出力する。

図１３は、噴射開始時期IT1_A、噴射回数I_TIMES、要求噴射期間IT_REQ、及び、噴射完了時期IT1_Bを算出するロジックの動作を説明するためのタイムチャートである。
図１３において、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間で吸入空気量QAが減少し、係る吸入空気量QAの減少に伴いエンジン回転速度NEが低下し、係る吸入空気量QA及びエンジン回転速度NEの低下によって、吸気行程の総噴射期間IT1の噴射開始時期IT1_Aが遅角され、噴射回数I_TIMESが減少され、要求噴射期間IT_REQが短くなる。

また、冷却水温度TWが上昇変化し、時刻ｔ３で所定水温TW_Kを超えると、所定水温TW_Kを下回っていた場合に比べて噴射完了時期IT1_Bが進角される。
尚、図１３において、空燃比AFが時刻ｔ１から時刻ｔ２の間でリーンとなるのは、減速燃料カットの実施に因るものである。

図１４は、ＥＣＵ１における、吸気行程の総噴射期間IT1における分割噴射パルス期間IT1_SP(n)、分割噴射休止期間IT1_RES(n)、総噴射期間IT1の算出処理を示す機能ブロック図である。
図１４において、分割噴射パルス期間IT1_SP(n)、分割噴射休止期間IT1_RES(n)、総噴射期間IT1を算出する分割噴射制御演算部６１には、噴射開始時期IT1_A、噴射完了時期IT1_B、要求噴射期間IT_REQ、分割噴射回数I_TIMES、及び、エンジン回転速度NEが入力される。

そして、分割噴射制御演算部６１は、噴射開始時期IT1_A、噴射完了時期IT1_B、要求噴射期間IT_REQ、分割噴射回数I_TIMESに基づき、以下の式を従って、分割噴射パルス期間IT1_SP(n)、分割噴射休止期間IT1_RES(n)、総噴射期間IT1を演算し出力する。
尚、下式において、ｎは分割噴射回数I_TIMESを示している。

IT1_SP(n)＝（IT_REQ／I_TIMES）・・・式（１）
IT1_RES(n)＝（IT1−Σ（IT1_SP(n)））／（ｎ−１）・・・式（２）
IT1＝（IT1_B−IT1_A）／（NE／60／1e-3*360)・・・式（３）

式（１）では、要求噴射期間IT_REQ（ms）を分割噴射回数I_TIMESで除算することで、分割噴射の１回当たりのインジェクタ６の開弁時間（ms）を分割噴射パルス期間IT1_SP(n)として算出する。
また、式（２）では、式（３）で算出される総噴射期間IT1（ms）から、分割噴射の噴射毎のインジェクタ６の開弁時間の総和（ms）を減算することで、総噴射期間IT1における休止期間の総計（ms）を求め、これを、分割噴射回数I_TIMESよりも１回だけ少ない回数で除算することで、ある回の分割噴射を終えてから次の回の分割噴射を開始するまでの時間（ms）、つまり、分割噴射の途中でインジェクタ６を閉じている時間である、分割噴射休止期間IT1_RES(n)を求める。
更に、式（３）は、噴射開始時期IT1_Aと噴射完了時期IT1_Bとの間のクランク角を、その時のエンジン回転速度NE（rpm）に基づき、総噴射期間IT1（ms）に換算する。

図１５は、分割噴射演算部６１の動作例を説明するタイムチャートであり、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間では、分割噴射回数I_TIMES＝４回、かつ、要求噴射期間IT_REQ＝2.0（ms）であるため，初回の分割噴射パルス期間IT1_SP(1)から４回目の分割噴射パルス期間IT1_SP(4)は0.5ms程度の値となり、分割噴射休止期間IT1_RES(1)から分割噴射休止期間IT1_RES(3)までは一定値となる。
上記の分割噴射回数I_TIMES＝４回の状態から、時刻ｔ１で分割噴射回数I_TIMESが３回に減ると、分割噴射パルス期間IT1_SP(4)を零とし、４回目の噴射で噴射していた燃料を初回から３回目までに振り分けることで、分割噴射パルス期間IT1_SP(1)から分割噴射パルス期間IT1_SP(3)までを増加させる。

また、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間で、要求噴射期間IT_REQ（ms）が減少すると、分割噴射パルス期間IT1_SP(n)は減る。
更に、時刻ｔ３で、冷却水温TWが所定水温TW_K以上となり吸気行程の総噴射期間の噴射完了時期IT1_Bが吸気TDC側へ進角されると、吸気行程の総噴射期間IT1が短くなることから分割噴射パルス期間IT1_SP(1)とIT1_SP(2)との間の分割噴射休止期間IT1_RES(1)が短縮される。

図１６は、ＥＣＵ１における、分割噴射指令値、分割噴射回数補正指令値、燃圧制御指令値の算出処理を示す機能ブロック図である。
図１６に示す分割噴射判定部７１は、分割噴射回数I_TIMES、分割噴射休止期間IT1_RES(n)、ＲＯＭ３０ｄに書き込まれた要求休止期間RES_K、吸気行程の総噴射期間IT1を入力し、分割噴射指令値、分割噴射回数補正指令値、燃圧制御指令値を算出して出力する。

ここで、分割噴射回数I_TIMESが１回であれば、総噴射期間IT1内において１回だけインジェクタ６を開弁させることで要求燃料量が噴射されるように、つまり、要求燃料量を噴射するためのパルス期間が総噴射期間IT1よりも長くならないような、単位開弁時間当たりの噴射量を設定し、係る単位開弁時間当たりの噴射量が得られる燃圧の指令値を演算して出力する。
また、分割噴射休止期間IT1_RES(n)が、下限値である要求休止期間RES_Kを下回る場合には、分割噴射回数I_TIMESを減らして、要求休止期間RES_Kを上回る分割噴射休止期間IT1_RES(n)が設定されるようにする。

即ち、分割噴射休止期間IT1_RES(n)が要求休止期間RES_Kを下回るようになると、インジェクタ６の閉弁動作期間内で次の噴射の指令が出力されることになって、燃料の計量精度が低下する。そこで、分割噴射休止期間IT1_RES(n)が要求休止期間RES_Kを下回る場合には、分割噴射回数I_TIMESを減らすことで、分割噴射休止期間IT1_RES(n)を延ばして要求休止期間RES_Kを上回るようにする。これにより、インジェクタ６から噴射される燃料量を、分割噴射パルス期間IT1_SP(n)に比例する量として、空燃比の制御精度の低下を抑制できる。
そして、分割噴射回数I_TIMES、分割噴射休止期間IT1_RES(n)が決定すると、係る決定に対応する分割噴射制御指令値を出力する。

図１７は、分割噴射判定部７１において、分割噴射制御指令値を出力する場合の動作例を示すタイムチャートである。
図１７に示す例では、分割噴射回数I_TIMES、分割噴射休止期間IT1_RES(1)，IT1_RES(2)，IT1_RES(3)、要求休止期間RES_Kの入力に対して、分割噴射休止期間IT1_RES(1)，IT1_RES(2)，IT1_RES(3)のいずれもが要求休止期間RES_K以上となっている。従って、分割回数判定フラグと休止期間エラーフラグはいずれも落ちた状態（OFF）となり、分割噴射パルス期間IT1_SP(1)，IT1_SP(2)，IT1_SP(3)，IT1_SP(4)と、分割噴射休止期間IT1_RES(1)，IT1_RES(2)，IT1_RES(3)とが変更なく分割噴射制御指令値としてそのまま出力される。

一方、図１８は、分割噴射判定部７１において、分割噴射回数補正指令値を出力する（分割噴射回数を変更する）場合の動作例を示すタイムチャートであり、実線は分割噴射回数補正を実施しない場合、点線は分割噴射回数補正を実施した場合を示している。
図１８において、分割噴射回数I_TIMES、分割噴射休止期間IT1_RES(1)，IT1_RES(2)，IT1_RES(3)、要求休止期間RES_Kの入力に対して、分割噴射回数I_TIMESが２回に設定されたときの１回目の噴射と２回目の噴射との間の休止期間である分割噴射休止期間IT1_RES(1)が要求休止期間RES_K未満となっている。

この場合に、分割噴射回数補正を実施せず、要求休止期間RES_K未満の分割噴射休止期間IT1_RES(1)で分割噴射制御指令値を出力すると、インジェクタ6では分割噴射休止期間IT1_RES(1)が不足することで分割噴射パルス期間IT1_SP(1)とIT1_SP(2)に対する応答性が補償できず、実際の噴射量にばらつきが生じることで排気が悪化する。
そこで、分割噴射休止期間IT1_RES(1)が要求休止期間RES_K未満となると、休止期間エラーフラグを立ち上げ、分割噴射休止期間IT1_RES(1)が要求休止期間RES_K以上となるように分割噴射回数I_TIMESを２回から１回に減じる。そして、減じた分割噴射回数I_TIMESを用いて分割噴射パルス期間IT1_SP(1)が再演算され、該分割噴射パルス期間IT1_SP(1)の値に基いて分割噴射制御指令値が出力される。

これにより、インジェクタ６での分割噴射休止期間IT1_RES(n)の不足による実際の噴射量のばらつき（誤差）を抑制することができる。
尚、要求休止期間RES_Kは、実際の噴射量のばらつきを許容レベル内とすることができる最小休止期間として予め設定されている。

図１８に示した例では、分割噴射回数I_TIMESが２回の条件において１回に減じる例を示したが、分割噴射回数I_TIMESは３回以上でも同様の補正を実施する。また、図１８に示した例では、分割噴射回数I_TIMESが１回に補正される場合を示しているため、分割回数判定フラグはONとなり、分割噴射を行わずに１回の噴射で要求燃料量を噴射することを示す。

図１９は、分割噴射判定部７１において、燃圧制御指令値を出力する場合の動作例を示すタイムチャートである。
分割回数判定フラグがONでかつ休止期間エラーフラグがONとなり、分割噴射回数I_TIMESが1回となり、更に、吸気行程の総噴射期間IT1と分割噴射パルス期間IT1_SP(1)が異なる場合、分割噴射パルス期間IT1_SP(1)が吸気行程の総噴射期間IT1内となるように燃圧を補正する指令値を出力する。
これにより、総噴射期間IT1を超える長さの噴射パルス期間で燃料噴射が行われることが無く、総噴射期間IT1内で１回の燃料噴射が実施されるから、付着量の抑制や燃料混合などに最適な期間で燃料噴射を実施させることができ、PM，PN排出量及びオイル希釈量の増加を抑制すると共に、燃費と排気性能の悪化を抑制することができる。

以上説明したＥＣＵ１による分割噴射制御の流れを、図２０のフローチャートに従って説明する。
図２０のフローチャートに示されるルーチンは、ＥＣＵ１によって所定の周期で繰り返し実行される。
まず、ステップＳ１０１では、エンジン回転速度NE、吸入空気量QA、冷却水温TWなどのエンジン１００の運転状態を示す状態量を読み込み、更に、ＲＯＭ３０ｄに書き込まれている閾値SIGMA_K、要求温度TC_K、所定水温TW_Kなどの定数を読み込む。

ステップＳ１０２では、分割噴射を許可する条件が成立しているか否かを判断し、例えば、触媒温度TCが要求温度TC_K以上であるなどの許可条件が成立していれば、分割噴射許可フラグを立ち上げて、ステップＳ１０３以降へ進む。ここで、触媒暖機運転中にエンジン１００の回転変動が大きければ、分割噴射を許可する温度条件を標準よりも高くして、分割噴射の開始を遅らせる。
一方、分割噴射の許可条件が成立していない場合（触媒暖機運転中）には、ステップＳ１０１に戻って、状態量の再読み込みを行う。

ステップＳ１０３では、図４の制御マップを参照して求めた噴射開始時期IT1_Aを読み込み、ステップＳ１０４では、図７の制御マップを参照して求めた噴射完了時期IT1_Bを読み込む。
ステップＳ１０５では、前述の式（３）に従って、噴射開始時期IT1_Aと噴射完了時期IT1_Bとの間のクランク角を時間に変換した総噴射期間IT1（ms）を読み込む。

更に、ステップＳ１０６では、標準の燃圧で要求燃料量を噴射することになる要求噴射期間IT_REQ（ms）を読み込み、ステップＳ１０７では、図５の制御マップを参照して求めた分割噴射回数I_TIMESを読み込む。
ステップＳ１０８では、要求噴射期間IT_REQ（ms）、及び、分割噴射回数I_TIMESに基づき、前述の式（１）に従って算出した分割噴射パルス期間IT1_SP(n)を読み込む。

ステップＳ１０９では、総噴射期間IT1、分割噴射パルス期間IT1_SP(n)、分割噴射回数I_TIMESに基づき、前述の式（２）に従って算出した分割噴射休止期間IT1_RES(n)を読み込む。
そして、ステップＳ１１０では、分割噴射回数I_TIMESが２以上であるか否かを判断し、分割噴射回数I_TIMESが２以上であれば、ステップＳ１１１へ進み、分割噴射休止期間IT1_RES(n)が要求休止期間RES_Kよりも長いか否かを判断する。

分割噴射休止期間IT1_RES(n)が要求休止期間RES_Kよりも長い場合には、分割噴射回数I_TIMESの変更は不要であるので、そのままステップＳ１１２へ進んで、噴射開始時期IT1_Aから噴射完了時期IT1_Bまでの間で、分割噴射回数I_TIMESの分割噴射を行わせる。
一方、分割噴射休止期間IT1_RES(n)が要求休止期間RES_Kよりも短い場合には、そのままの設定で分割噴射を行わせると、噴射量のばらつきが大きく、空燃比制御精度が低下して排気性状を悪化させることになるので、分割噴射休止期間IT1_RES(n)を要求休止期間RES_Kよりも長くするために、ステップＳ１１３へ進んで、分割噴射回数I_TIMESを１回だけ減じる補正を行う。

分割噴射回数I_TIMESを１回だけ減じる補正を行うと、係る減算後の分割噴射回数I_TIMESに基づき、分割噴射パルス期間IT1_SP(n)及び分割噴射休止期間IT1_RES(n)を算出させるために、ステップＳ１０７に戻る。
そして、減じた後の分割噴射回数I_TIMESが２回以上であって、かつ、分割噴射回数I_TIMESを減じた結果、分割噴射休止期間IT1_RES(n)が要求休止期間RES_Kよりも長くなれば、ステップＳ１１５へ進み、分割噴射を行わせる。

一方、減じた後の分割噴射回数I_TIMESが１回である場合、及び、図５の制御マップを参照して求めた分割噴射回数I_TIMESが１回である場合は、ステップＳ１１０からステップＳ１１４へ進む。
ステップＳ１１４では、総噴射期間IT1内での１回の噴射で要求燃料量を噴射できるように、分割噴射パルス期間IT1_SP(1)が総噴射期間IT1内とならない場合に燃圧を増加させて単位時間当たりの噴射量を増やす、燃圧制御を実施する。
そして、ステップＳ１１５では、ステップＳ１１４で制御された燃圧下で、総噴射期間IT1内での１回の噴射で要求燃料量を噴射させる。

以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
本実施形態では、燃料噴射装置としてのインジェクタ６が燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内直接噴射式エンジンを例示したが、例えば、吸気行程において、吸気弁の開口を介して燃焼室内を指向するように燃料を噴射する燃料噴射装置（インジェクタ）を吸気ポート（吸気通路）に備えたポート噴射式エンジンにおいて、吸気行程分割噴射を行わせるようにし、かつ、上記実施形態と同様に、初回の噴射開始から最終回の噴射完了までの総噴射期間を、エンジン温度の上昇に応じて短縮する構成とすることができ、かつ、総噴射期間の短縮を、最終回の噴射完了時期をエンジン温度の上昇に対して早めることで実施させることができ、この場合も同様な作用効果を得ることができる。

１…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、２…アクセル開度センサ、３…エアフロセンサ、４…吸気温センサ、５…スロットル、６…インジェクタ、７…燃料ポンプ、８…コモンレール、９…吸気管、１０…可変吸気排気動弁、１１…ピストン、１２…クランクシャフト、１３…クランク角センサ、１４…燃焼室、１５…冷却水温センサ、１６…点火プラグ、１７…排気管、１８…三元触媒

Claims (8)

1. 燃料噴射装置による燃料噴射を吸気行程において複数回に分けて行わせる吸気行程分割噴射における、初回の噴射開始から最終回の噴射完了までの総噴射期間を、エンジン温度の上昇に応じて短縮する、エンジンの制御装置。
2. 前記最終回の噴射完了時期をエンジン温度の上昇に対して早める、請求項１記載のエンジンの制御装置。
3. 前記初回の噴射開始時期及び前記複数回の噴射回数を、エンジン負荷及びエンジン回転速度に応じて変更する、請求項２記載のエンジンの制御装置。
4. 前記吸気行程分割噴射の途中における噴射休止期間が設定期間を下回る場合に、噴射回数を減じる、請求項１から３のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。
5. 前記噴射回数を１回にまで減じたときに、前記総噴射期間内で燃料噴射を完了するように燃圧を変更する、請求項４記載のエンジンの制御装置。
6. 暖機運転中におけるエンジン回転速度の変動の増加に対して前記吸気行程分割噴射の開始を遅らせる請求項１から５のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。
7. 前記燃料噴射装置がエンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射する装置である、請求項１から６のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。
8. 燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置を備えたエンジンにおいて、
   エンジン温度を検出し、
   吸気行程において燃料噴射を複数回に分けて行わせるときの初回の噴射開始から最終回の噴射完了までの総噴射期間を、エンジン温度の上昇に応じて短縮し、
   吸気行程の前記総噴射期間で前記燃料噴射装置による燃料噴射を複数回に分けて行わせる、エンジンの制御方法。