JP2014148961A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、渦流の形状の変動に起因するサイクル間での燃焼変動を抑制することを目的とする。
【解決手段】筒内ガスに点火する点火プラグ２６と、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１８とを備える。内燃機関１０は、燃料噴射の実行時に筒内に生成されるタンブル流の位置が当該タンブル流の動圧の影響によって燃料噴射量を減少させる位置となるサイクルでは当該サイクルにおける点火時に点火プラグ２６の周りを流れる筒内ガスの流速が減少する特性を有する。燃料噴射弁１８に供給される燃料の燃料圧力（フィード圧）を検知する燃料圧力センサ２４を備える。燃料噴射弁１８による燃料噴射の実行に伴うフィード圧力の降下量ΔＰおよび降下時間θに基づいて燃料噴射量が設計値よりも少ないと判定された場合に、点火時期を進角する。
【選択図】図４

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、かつ筒内に渦流が生成される内燃機関を制御する装置として好適な内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関の燃料圧力の制御装置が開示されている。この従来の制御装置は、設定フィード圧（燃料タンクから燃料を送り出すフィードポンプの吐出圧の設定値）を検知し、高圧燃料ポンプの停止条件が成立すると、燃圧センサを用いてフィード圧（上記フィードポンプの吐出圧）を検知し、設定フィード圧と検知フィード圧とから燃圧センサのフィード圧学習値を算出する。そして、高圧燃料ポンプの作動時において高圧デリバリパイプ内の燃圧が閾値以下である時に、フィード圧学習値を用いて燃圧補正係数を算出し、算出した燃圧補正係数を用いて上記燃料噴射弁の噴射量を補正する。

特開２００６−３４２７３３号公報

ところで、筒内に生成されるタンブル流等の渦流を利用する内燃機関において、渦流の形状はサイクル間で変動する。その結果、点火時における点火プラグ周りの筒内ガスの流速が変動してしまう。また、渦流の形状のサイクル間での変動によって、筒内において燃料が噴射される噴射場の動圧が変化し、サイクル間で燃料噴射量にばらつきが生じてしまう。これらの要因のうちの少なくとも１つにより、燃焼（トルク）がサイクル間で変動してしまうことが懸念される。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、渦流の形状の変動に起因するサイクル間での燃焼変動を抑制することの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。

第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
筒内ガスに点火する点火プラグと、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、燃料噴射の実行時に筒内に生成される渦流の位置が当該渦流の動圧の影響によって燃料噴射量を減少させる位置となるサイクルでは当該サイクルにおける点火時に前記点火プラグの周りを流れる筒内ガスの流速が減少する特性を有する内燃機関の制御装置であって、
前記燃料噴射弁に供給される燃料の燃料圧力を検知する燃料圧力センサと、
前記燃料噴射弁による燃料噴射の実行に伴う燃料圧力の降下量および降下時間のうちの少なくとも一方の値が第１所定値以上小さい場合に、点火時期を進角する点火時期制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記燃料噴射弁による燃料噴射の実行に伴う燃料圧力の降下量および降下時間のうちの前記少なくとも一方の値が第２所定値以上小さい場合に、追加の燃料噴射を実行する追加燃料噴射実行手段を更に備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、内燃機関の制御装置であって、
筒内ガスに点火する点火プラグと、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、燃料噴射の実行時に筒内に生成される渦流の位置に応じて燃料噴射量が当該渦流の動圧の影響によって変動する特性を有する内燃機関の制御装置であって、
前記燃料噴射弁に供給される燃料の燃料圧力を検知する燃料圧力センサと、
前記燃料噴射弁による燃料噴射の実行に伴う燃料圧力の降下量および降下時間のうちの少なくとも一方の値が第２所定値以上小さい場合に、追加の燃料噴射を実行する追加燃料噴射実行手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１〜第３の発明の何れか１つにおいて、
前記内燃機関は、第１の燃料噴射と当該第１の燃料噴射よりも後のタイミングでの第２の燃料噴射とが同一サイクル中に行われ、かつ、前記第１の燃料噴射の実行時に筒内に生成される渦流の位置が当該渦流の動圧の影響によって燃料噴射量を減少させる位置となるサイクルでは当該サイクルにおける前記第２の燃料噴射の実行時に前記点火プラグ側から前記燃料噴射弁に向かうガス流れが強くなるように前記渦流が作用する特性を有するものであって、
前記第１の燃料噴射の実行に伴う燃料圧力の降下量および降下時間のうちの少なくとも一方の値が第３所定値より小さい場合に、前記第２の燃料噴射時の燃料圧力を高める燃料圧力制御手段を更に備えることを特徴とする。

第１の発明における上記特性を有する内燃機関では、燃料噴射弁による燃料噴射の実行に伴う燃料圧力の降下量および降下時間のうちの少なくとも一方の値が小さいために燃料噴射量が少ない場合には、点火時に点火プラグの周りを流れる筒内ガスの流速が減少することが推測される。本発明によれば、上記値が第１所定値以上小さい場合に、点火時期を進角することにより、点火の実行時における点火プラグ周りの筒内ガスの流速を安定的に高く確保できるようになる。これにより、燃焼（トルク）変動を抑制することができる。

第２の発明によれば、降下量および降下時間のうちの少なくとも一方の値が第２所定値以上小さいことで渦流の動圧の変動によって燃料噴射量のばらつきが大きい場合に、点火時期の進角に加え、追加の燃料噴射の実行によって燃料噴射量が補われるので、燃焼変動をより効果的に抑制できるようになる。

第３の発明によれば、降下量および降下時間のうちの少なくとも一方の値が第２所定値以上小さいことで渦流の動圧の変動によって燃料噴射量のばらつきが大きい場合に、追加の燃料噴射の実行によって燃料噴射量が補われるので、燃焼変動を抑制できるようになる。

第４の発明によれば、第２の燃料噴射による燃料の噴霧を点火プラグの周りに集めた状態で点火を行うようにする要求のある運転時において、渦流の作用によって燃料の噴霧を点火プラグの周りに集めることが難しくなる状況下において、第２の燃料噴射の貫徹力を高めることができる。これにより、上記のような状況下であっても、第２の燃料噴射による燃料の噴霧を点火プラグの周りに集め易くすることができる。

本発明の実施の形態１の内燃機関のシステム構成を説明するための模式図である。 タンブル流の形状のサイクル間変動が内燃機関に与える影響を説明するための図である。 燃料噴射の実行に伴うフィード圧の変化を概略的に表した図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２の変形例において実行されるルーチンのフローチャートである。 タンブル流の形状のサイクル間変動が２回噴射を用いた大幅遅角燃焼に与える影響を説明するための図である。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関１０のシステム構成を説明するための模式図である。本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関（ここでは、一例としてガソリンエンジンであるものとする）１０を備えている。内燃機関１０では、所定の運転領域において、均質リーン燃焼運転が行われる。内燃機関１０の各気筒の燃焼室１２には、吸気通路１４および排気通路１６が連通している。吸気通路１４（特に、吸気ポート１４ａ）は、筒内に渦流（本実施形態では、タンブル流（縦渦流））を生成可能となるように形成されているものとする。

内燃機関１０の各気筒には、筒内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁１８が設けられている。各気筒の燃料噴射弁１８には、燃料供給配管２０を介して、高圧燃料ポンプ２２によって加圧された燃料が供給されるようになっている。燃料供給配管２０には、燃料噴射弁１８に供給される燃料の燃料圧力（以下、「フィード圧」と称する）を検知するための燃料圧力センサ２４が取り付けられている。高圧燃料ポンプ２２は、燃料吐出量を調整可能に構成されている。このため、内燃機関１０では、高圧燃料ポンプ２２の燃料吐出量を調整することによってフィード圧を運転状態に応じた目標フィード圧に制御することが可能となっている。

更に、内燃機関１０の各気筒には、筒内の混合気に点火するための点火プラグ２６が設けられている。また、クランク軸（図示省略）の近傍には、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ２８が配置されている。

吸気通路１４の入口近傍には、吸気通路１４に吸入される空気の流量を計測するためのエアフローメータ３０が設けられている。エアフローメータ３０の下流には、吸気通路１４を流れる空気の流量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ３２が設けられている。吸気通路１４は、スロットルバルブ３２の下流において各気筒に分岐し、各気筒の吸気ポート１４ａを形成している。より具体的には、本実施形態では、上述した燃料噴射弁１８は、一例として、吸気ポート１４ａの直下においてシリンダの外周側から中央側に向けて燃料が噴射されるように配置されている。

更に、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力部には、上述した燃料圧力センサ２４、クランク角センサ２８およびエアフローメータ３０等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ４０の出力部には、上述した燃料噴射弁１８、高圧燃料ポンプ２２、点火プラグ２６およびスロットルバルブ３２等の内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、上述した各種センサと所定のプログラムとに従って各種アクチュエータを作動させることにより、燃料噴射制御および点火制御などの所定のエンジン制御を行うものである。

［実施の形態１における特徴的な点火時期制御］
（タンブル流の形状のサイクル間変動に起因する燃焼変動）
図２は、タンブル流の形状のサイクル間変動が内燃機関１０に与える影響を説明するための図である。
本実施形態の内燃機関１０のように筒内に生成されるタンブル流を利用する内燃機関においては、図２に示すように、タンブル流の形状がサイクル間で変動する。

ここでは、図２（Ａ）に示す「サイクル１」におけるタンブル流は、内燃機関１０の運転状態に応じた所定の燃料噴射タイミングにおけるタンブル流の中心位置が設計（理想）通りの位置となっているものであるとする。これに対し、図２（Ｂ）に示す「サイクル２」におけるタンブル流は、サイクル１と同一の燃料噴射タイミングにおけるタンブル流の中心位置がサイクル１よりも点火プラグ２６側の方向にリフトしているものである。

上記のようにタンブル流の形状のサイクル間変動によってタンブル流の中心位置がサイクル間で変動すると、点火時における点火プラグ２６周りの筒内ガスの流速もサイクル間で変動する。その結果、サイクル間での燃焼変動（トルク変動）が生じ得る。特に、理論空燃比よりもリーンな空燃比でのリーン運転中には、サイクル間での燃焼変動（トルク変動）が生じ易くなり、燃焼変動は、リーン限界空燃比付近で急激に大きくなるという特徴がある。

図２のケースでは、図２（Ａ）に示すサイクル１と比べ、図２（Ｂ）に示すサイクル２の方が、点火プラグ２６の先端部（電極部）がタンブル流の中心位置に近い状態で（すなわち、タンブル流がひしゃげた状態で）点火時期を迎えることとなり、点火時における点火プラグ２６周りの筒内ガスの流速が低くなる。その結果、サイクル２では、燃焼が悪化し、燃焼変動が生じてしまう。

（タンブル流の形状変化の把握）
図２を参照して上述したように、タンブル流の中心位置がサイクル間で変動すると、筒内において燃料が噴射される噴射場（噴射弁周りの空間）の動圧が変化する。本実施形態の内燃機関１０の仕様では、設計通りのタンブル流の形状が得られるサイクル１に対して、サイクル２の方が、燃料噴射時に点火プラグ２６に対するタンブルの対向流が強くなり、噴射場の動圧が高くなる。その結果、図２（Ｃ）に示すように、設計通りの燃料噴射量（すなわち、今回のサイクルにおいて要求された燃料噴射量（運転状態に応じた量）相当）が得られるサイクル１と比べ、サイクル２の方が、燃料噴射弁１８から噴射される燃料量が減少してしまう。

図３は、燃料噴射の実行に伴うフィード圧の変化を概略的に表した図である。尚、図３においては、説明の簡略化のため、１気筒の燃料噴射のみを取り上げている。また、サイクル１とサイクル２における燃料噴射開始時のフィード圧が等しく、かつ、サイクル１における燃料噴射期間（燃料噴射弁１８の開弁期間）とサイクル２における燃料噴射期間とは同一であるものとする。尚、フィード圧の降下量ΔＰとは、燃料噴射直前のフィード圧と、最も降下した時のフィード圧との差である。フィード圧の降下時間θとは、燃料噴射の実行に伴いフィード圧が所定の基準値以下に落ち込んでいる時間のことである。尚、ここでいうフィード圧の基準値とは、降下時間θの長短の程度を特定するために用いる指標値である。

図３に示すように、所定の燃料噴射タイミングにて燃料噴射が実行されると、燃料噴射弁１８の上流の燃料供給配管２０内のフィード圧に変化が表れる。そして、このようなフィード圧の変化の波形に対して、噴射場の動圧の変化に応じた変化が表れることとなる。より具体的には、噴射場の動圧が相対的に低いサイクル１と比べ、当該動圧が相対的に高いサイクル２においては、図３中に「ΔＰ１」および「ΔＰ２」と付して示すように、燃料噴射の実行に伴うフィード圧の降下量ΔＰが小さくなるとともに、図３中に「θ１」および「θ２」と付して示すように、燃料噴射の実行に伴うフィード圧の降下時間θが短くなる。

そこで、本実施形態では、燃料圧力センサ２４の出力を利用して算出するフィード圧の降下量ΔＰと降下時間θとに基づいて、燃料噴射の終了後に直ちに燃料噴射量を推定（予測）するようにした。より具体的には、フィード圧の降下量ΔＰが設計値に対して所定の降下量判定値以上小さく、かつ、降下時間θが設計値に対して所定の降下時間判定値以上短い場合に、燃料噴射量が設計値（サイクル１での値）よりも少ないと判断するようにした。タンブル流の形状と噴射場の動圧との関係が上記のようになる仕様の内燃機関１０では、燃料噴射量が設計値よりも減少した場合には、燃料噴射時の噴射場の動圧が設計値よりも高いと判断することができる。そこで、本実施形態では、この場合には、燃料噴射実行時のタンブル流の中心位置が設計（理想）通りの位置に対して点火プラグ２６側にリフトしていると判断するようにした。

（点火時期制御）
そのうえで、本実施形態では、フィード圧を利用して推定された燃料噴射量が設計値（サイクル１での値）よりも少ないために燃料噴射実行時のタンブル流の中心位置が設計（理想）通りの位置に対して点火プラグ２６側にリフトしていると判断された場合には、当該判断を行ったサイクルの点火時期を、運転状態に応じた通常時（燃料噴射時のタンブル流の中心位置が設計通りとなる時）の点火時期に対して進角するようにした。

［実施の形態１における具体的な処理］
図４は、上述した特徴的な点火時期制御を実現するために、本実施の形態１においてＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、各気筒において燃料噴射タイミングと同期して起動され、サイクル毎に繰り返し実行されるものとする。

図４に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、先ず、燃料圧力センサ２４の出力値を用いて燃料噴射に伴うフィード圧の降下量ΔＰおよび降下時間θを算出する（ステップ１００）。

次に、ＥＣＵ４０は、算出したフィード圧の降下量ΔＰおよび降下時間θに基づいて、今回の燃料噴射量が設計値よりも少ないか否かを判定する（ステップ１０２）。より具体的には、ＥＣＵ４０は、上述したように、フィード圧の降下量ΔＰが設計値（燃料噴射実行時のタンブル流の中心位置が設計通りとなる時の降下量）に対して所定の降下量判定値（本発明における「第１所定値」に相当）以上小さく、かつ、降下時間θが設計値（燃料噴射実行時のタンブル流の中心位置が設計通りとなる時の降下時間）に対して所定の降下時間判定値（本発明における「第１所定値」に相当）以上小さい（短い）場合に、燃料噴射量が設計値（サイクル１での値）に対して所定値以上少ないと判断する。ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の運転状態毎に、タンブル流の形状（ここでは、タンブル流の中心位置を形状の指標値として用いる）の設計値（理想値、すなわち、サイクル１のように噴射場の動圧が低くなる時の形状）を燃料噴射量（設計値）と関連付けて記憶している。また、前提として、内燃機関１０は、図２を参照して既述したように、燃料噴射タイミングにおけるタンブル流の中心位置が上記設計値と比べて点火プラグ２６側にリフトしているタンブル流が筒内に存在している場合に、当該タンブル流の動圧の影響によって燃料噴射量が設計値よりも少なくなるという特性を有している。尚、燃料噴射量に対するタンブル流の動圧の影響度は、運転状態に応じて変化する。したがって、上記の降下量判定値および降下時間判定値は、運転状態に応じた値として予め定められている。その結果、これらの判定値を利用したフィード圧の降下量ΔＰおよび降下時間θに基づいて判断される燃料噴射量についての上記所定値も、運転状態に応じて変化する値となるといえる。

上記ステップ１０２において燃料噴射量が設計値よりも少なくないと判定された場合には、ＥＣＵ４０は、今回のサイクルにおける燃料噴射タイミングにおけるタンブル形状が理想通り（設計通り）のものであると判断する（ステップ１０４）。この場合には、通常通りの運転、すなわち、運転状態に応じた通常の点火時期を用いた点火が行われることになる。

一方、上記ステップ１０２において燃料噴射量が設計値よりも少ないと判定された場合には、ＥＣＵ４０は、燃料噴射タイミングにおけるタンブル流の中心位置が設計値と比べて点火プラグ２６側にリフトしていると判断し、今回のサイクルの点火の実行時に、運転状態に応じた通常の点火時期に対して点火時期を所定量だけ進角する処理を実行する（ステップ１０６）。

以上説明した図４に示すルーチンによれば、フィード圧の降下量ΔＰおよび降下時間θに基づいて燃料噴射量を推定するようにしたことで、噴射場の動圧の影響を反映させた燃料噴射量を得ることができるようになる。そして、推定された燃料噴射量に基づいて、サイクル間のタンブル流の形状の変化を把握できるようになる。

そして、上記ルーチンによれば、フィード圧を利用して推定された燃料噴射量に基づいて燃料噴射タイミングにおけるタンブル流が点火プラグ２６側にリフトしていると判断された場合には、通常の点火時期に対して点火時期が進角される。燃料噴射タイミングにおけるタンブル流が点火プラグ２６側にリフトしている場合には、設計通りのタンブル流が存在する場合と比べ、圧縮行程の後期においてタンブル流が減衰され易くなる。このため、点火時期を進角する（早める）ことにより、点火の実行時における点火プラグ２６周りの筒内ガスの流速を安定的に高く確保できるようになる。これにより、燃焼（トルク）変動を抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、フィード圧の降下量ΔＰが設計値に対して所定の降下量判定値以上小さく、かつ、降下時間θが設計値に対して所定の降下時間判定値以上短い場合に、燃料噴射量が設計値（サイクル１での値）よりも少ない（より具体的には、設計値に対して所定値以上少ない）と判断するという手法で、燃料噴射量を推定している。これに代え、降下量ΔＰと降下時間θのうちのどちらか一方のみが設計値に対して第１所定値（本発明における「第１所定値に相当」）以上小さい場合に、燃料噴射量が設計値よりも少ないと判断してもよい。更には、フィード圧の降下量ΔＰおよび降下時間θのうちの少なくとも一方の値が第１所定値以上小さい場合において、当該値が小さくなるほど、基準値（現在の運転状態の設計値）に対してより少ない値として燃料噴射量の推定するようにしてもよい。そして、例えば、推定される燃料噴射量が少ないほど、点火時期の進角量を大きくしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ１０２の判定が成立する場合に上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「点火時期制御手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ４０に図４に示すルーチンに代えて後述の図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。

［実施の形態２における特徴的な制御］
実施の形態１において既述したように、タンブル流の形状のサイクル間変動によって、サイクル間で燃料噴射量にばらつきが生じてしまう。このような燃料噴射量のばらつきが大きくなると、燃料噴射量のばらつき自体も、燃焼（トルク）がサイクル間で変動してしまう要因となってしまう。

そこで、本実施形態では、フィード圧を利用して推定される燃料噴射量の減少量が設計値に対して所定割合（例えば、５％）を超える場合には、実施の形態１で説明した点火時期の進角とともに、燃料噴射量の減少分を補うべく、追加の燃料噴射を行うこととした。

[実施の形態２における具体的な処理]
図５は、上述した特徴的な点火時期制御および燃料噴射制御を実現するために、本実施の形態２においてＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、各気筒において燃料噴射タイミングと同期して起動され、サイクル毎に繰り返し実行されるものとする。また、図５において、実施の形態１における図４に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図５に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、ステップ１００において算出したフィード圧の降下量ΔＰおよび降下時間θに基づいて、燃料噴射量の推定値を算出する（ステップ２００）。より具体的には、ＥＣＵ４０は、フィード圧の降下量ΔＰおよび降下時間θとの関係で燃料噴射量の推定値を運転状態毎に予め定めたマップを参照して、降下量ΔＰおよび降下時間θがそれぞれ小さくなるほど、現在の運転状態の設計値に対してより少ない値として燃料噴射量の推定値を算出する。

次に、ＥＣＵ４０は、算出した燃料噴射量の推定値が上記設計値よりも少ないか否かを判定する（ステップ２０２）。その結果、本ステップ２０２の判定が成立する場合には、ＥＣＵ４０は、次いで、設計値に対する燃料噴射量の減少量が５％（本発明における「第２所定値」に相当）以上であるか否かを判定する（ステップ２０４）。

上記ステップ２０４において減少量が５％未満であると判定された場合には、ＥＣＵ４０は、今回のサイクルにおいて上記ステップ１０６における点火時期の進角のみを実行する。一方、上記ステップ２０４において減少量が５％以上であると判定された場合には、ＥＣＵ４０は、次いで、設計値に対する燃料噴射量の減少を補うために必要な量で、追加の燃料噴射を実行する(ステップ２０６)。この場合には、ＥＣＵ４０は、更に、今回のサイクルにおける点火時期を進角させる（ステップ１０６）。

以上説明した図５に示すルーチンによれば、フィード圧を利用して推定される燃料噴射量の、設計値に対する減少量が所定割合（５％）以上となることで燃料噴射量のばらつき自体を要因として燃焼の変動や失火が懸念されるサイクルにおいて、点火時期の進角とともに追加の燃料噴射が実行される。これにより、燃焼変動や失火をより効果的に抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態２においては、フィード圧を利用して推定された燃料噴射量の減少量が設計値に対して所定割合（例えば、５％）を超える場合には、点火時期の進角とともに、燃料噴射量の減少分を補うための追加の燃料噴射を行うこととしている。このような制御に代え、以下の図６に示す制御ルーチンのように、フィード圧を利用して推定された燃料噴射量の減少量が設計値に対して所定割合（例えば、５％）を超える場合に、燃料噴射量の減少分を補うための追加の燃料噴射を単独で行うこととしてもよい。

図６は、上述した特徴的な燃料噴射制御を実現するために、本実施の形態２の変形例においてＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、各気筒において燃料噴射タイミングと同期して起動され、サイクル毎に繰り返し実行されるものとする。また、図６において、実施の形態２における図５に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図６に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、ステップ２００において燃料噴射量の推定値を算出した後に、次いで、算出した燃料噴射量の推定値が、同一運転状態における燃料噴射量の設計値に対して所定値（本発明における「第２所定値」に相当）以上少ないか否かを判定する（ステップ３００）。その結果、本ステップ３００の判定が成立する場合には、設計値に対する燃料噴射量の減少を補うために必要な量で、追加の燃料噴射を実行する(ステップ２０６)。

以上説明した図６に示すルーチンによれば、フィード圧を利用して推定される燃料噴射量が同一運転状態における燃料噴射量の設計値に対して所定値減少量が所定値以上少ないことで燃料噴射量のばらつき自体を要因として燃焼の変動や失火が懸念されるサイクルにおいて追加の燃料噴射が実行される。これにより、燃焼変動や失火を抑制することができる。

尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ２０４の判定が成立した場合に上記ステップ２０６の処理を実行することにより前記第２の発明における「追加燃料噴射実行手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態２の変形例においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ３００の判定が成立した場合に上記ステップ２０６の処理を実行することにより前記第３の発明における「追加燃料噴射実行手段」が実現されている。

実施の形態３．
次に、図７および図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ４０に図４に示すルーチン（実施の形態１）とともに、後述の図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。

［実施の形態３における特徴的な制御］
内燃機関１０の運転中には、例えば、始動時において排気通路１６に配置される触媒（図示省略）を暖機することなどを目的として、燃料噴射を２回に分け、かつ、２回目に噴射される燃料を点火プラグ２６の周りに集めた状態で点火して燃焼させるようにすることによって、大きく点火時期を遅角させた状態での遅角燃焼（以下、「大幅遅角燃焼」と称する）を行う場合がある。

図７は、タンブル流の形状のサイクル間変動が２回噴射を用いた大幅遅角燃焼に与える影響を説明するための図である。より具体的には、図７（Ａ）は、１回目の燃料噴射（第１の燃料噴射）の実行時のタンブル流の中心位置が設計通りのタンブル流の中心位置（図２（Ａ）参照）と比べて、点火プラグ２６側にリフトしている場合のものである。図７（Ｂ）および図７（Ｃ）は、２回目の燃料噴射タイミングにおける筒内ガスの流れを表した図である。より具体的には、図７（Ｃ）は、シリンダの軸線方向から燃焼室１２を見下ろした図である。

内燃機関１０は、図７（Ａ）に示すように１回目の燃料噴射タイミングにおけるタンブル流の中心位置が点火プラグ２６側にリフトしているサイクルでは、２回目の燃料噴射タイミングにおける筒内ガスの流れが２つのスワール流（横渦流）成分を含むω形状のタンブル流（以下、単に「ωタンブル流」と称する）となる特性を有するものである。このようなωタンブル流が生じた場合には、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）中に「矢視Ａ」を用いて表したように、排気ポート１６ａ側から吸気ポート１４ａ側に向かう強い流れが生ずる。

上記の強い流れは、２回目の燃料噴射時において点火プラグ２６側から燃料噴射弁１８の噴射場に向かう流れ（燃料噴霧への対向流）となる。このような対向流が生じている状況下において２回目の燃料噴射が行われた場合には、図７（Ｂ）に示すように、点火プラグ２６の方向に向かおうとする燃料の噴霧が上記対向流によって遮られてしまう。その結果、上記の大幅遅角燃焼のために、点火プラグ２６の周りに燃料を十分に集めることが困難となる。

そこで、本実施形態では、上記の大幅遅角燃焼の実行時においてフィード圧を利用して推定される１回目の燃料噴射時の燃料噴射量が設計値よりも少ない場合には、タンブル流の中心位置が点火プラグ２６側にリフトしていることでタンブル流がωタンブル流化していると判断するようにした。そして、この場合には、２回目の燃料噴射時のフィード圧を高めるようにした。

［実施の形態３における具体的な処理］
図８は、上述した特徴的なフィード圧制御を実現するために、本実施の形態３においてＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、大幅遅角燃焼運転を行う運転条件において、各気筒において１回目の燃料噴射タイミングと同期して起動され、サイクル毎に繰り返し実行されるものとする。また、図８において、実施の形態２における図５に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図８に示すルーチンでは、ステップ２０２において１回目の燃料噴射時の燃料噴射量の推定値が設計値（本実施形態では、本発明における「第３所定値」に相当）よりも少なくないと判定された場合には、ＥＣＵ４０は、今回のサイクルにおける１回目の燃料噴射タイミングにおけるタンブル形状が理想通り（設計通り）のものであると判断する（ステップ４００）。この場合には、通常通りの運転、すなわち、予め規定された通常時のフィード圧を用いた２回目の燃料噴射が行われることになる。

一方、上記ステップ２０２において燃料噴射量が設計値よりも少ないと判定された場合には、ＥＣＵ４０は、１回目の燃料噴射タイミングにおけるタンブル流の中心位置が設計値と比べて点火プラグ２６側にリフトしていることで、２回目の燃料噴射タイミングにおけるタンブル流がωタンブル流化すると判断する（ステップ４０２）。この場合には、次いで、ＥＣＵ４０は、高圧燃料ポンプ２２の燃料吐出量を増やすことで、フィード圧を上記の規定のフィード圧よりも高める処理を実行し（ステップ４０４）、フィード圧が高められた状態で２回目の燃料噴射タイミングの到来時に燃料噴射を実行する（ステップ４０６）。

以上説明した図８に示すルーチンによれば、１回目の燃料噴射タイミングにおけるタンブル流の中心位置が点火プラグ２６側にリフトしている場合にはその後のタンブル流がωタンブル化する特性を有する内燃機関１０において、フィード圧を利用して推定される燃料噴射量に基づいてωタンブル化が生じると判断した場合に、２回目の燃料噴射時のフィード圧を高めることにより、２回目の燃料噴射の貫徹力が高められる。これにより、２回目の燃料噴射による燃料噴霧を点火プラグ２６の周りに集め易くすることができるので、大幅な遅角燃焼を安定して行えるようになる。

ところで、上述した実施の形態３においては、上述した実施の形態１の図４に示すルーチンの制御を行うシステムにおいて、上記図８に示すルーチンの制御を行う例について説明を行った。これに代え、上記図８に示すルーチンの制御は、上述した実施の形態２またはその変形例における図５または図６に示すルーチンの制御を行うシステムに組み合されていてもよい。

尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ２０２の判定が成立する場合に上記ステップ４０６の処理に先立って上記ステップ４０４を実行することにより前記第４の発明における「燃料圧力制御手段」が実現されている。

１０ 内燃機関
１２ 燃焼室
１４ 吸気通路
１４ａ 吸気ポート
１６ 排気通路
１６ａ 排気ポート
１８ 燃料噴射弁
２０ 燃料供給配管
２２ 高圧燃料ポンプ
２４ 燃料圧力センサ
２６ 点火プラグ
２８ クランク角センサ
３０ エアフローメータ
３２ スロットルバルブ
４０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)

Claims (4)

1. 筒内ガスに点火する点火プラグと、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、燃料噴射の実行時に筒内に生成される渦流の位置が当該渦流の動圧の影響によって燃料噴射量を減少させる位置となるサイクルでは当該サイクルにおける点火時に前記点火プラグの周りを流れる筒内ガスの流速が減少する特性を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記燃料噴射弁に供給される燃料の燃料圧力を検知する燃料圧力センサと、
   前記燃料噴射弁による燃料噴射の実行に伴う燃料圧力の降下量および降下時間のうちの少なくとも一方の値が第１所定値以上小さい場合に、点火時期を進角する点火時期制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料噴射弁による燃料噴射の実行に伴う燃料圧力の降下量および降下時間のうちの前記少なくとも一方の値が第２所定値以上小さい場合に、追加の燃料噴射を実行する追加燃料噴射実行手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 筒内ガスに点火する点火プラグと、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、燃料噴射の実行時に筒内に生成される渦流の位置に応じて燃料噴射量が当該渦流の動圧の影響によって変動する特性を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記燃料噴射弁に供給される燃料の燃料圧力を検知する燃料圧力センサと、
   前記燃料噴射弁による燃料噴射の実行に伴う燃料圧力の降下量および降下時間のうちの少なくとも一方の値が第２所定値以上小さい場合に、追加の燃料噴射を実行する追加燃料噴射実行手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関は、第１の燃料噴射と当該第１の燃料噴射よりも後のタイミングでの第２の燃料噴射とが同一サイクル中に行われ、かつ、前記第１の燃料噴射の実行時に筒内に生成される渦流の位置が当該渦流の動圧の影響によって燃料噴射量を減少させる位置となるサイクルでは当該サイクルにおける前記第２の燃料噴射の実行時に前記点火プラグ側から前記燃料噴射弁に向かうガス流れが強くなるように前記渦流が作用する特性を有するものであって、
   前記第１の燃料噴射の実行に伴う燃料圧力の降下量および降下時間のうちの少なくとも一方の値が第３所定値より小さい場合に、前記第２の燃料噴射時の燃料圧力を高める燃料圧力制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。

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