JP2015025396A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射量を増量補正する時に、プラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）５００は、燃焼室１ｄ内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタ２ａを備え、筒内噴射用インジェクタ２ａによる圧縮行程後半での燃料噴射と、それ以前の燃料噴射とに分割して燃料噴射を実行可能なエンジン１に適用される。ＥＣＵ５００は、燃料噴射量を増量補正する時に、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて燃焼室１ｄ内への噴霧状態を変更するように構成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタを備える内燃機関の制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の内燃機関の制御装置では、所定の運転領域の場合に、吸気行程に１回目の燃料噴射を行い、圧縮行程後半に２回目の燃料噴射を行うことにより、弱成層燃焼が行われるようになっている。

特開２００８−５７４３６号公報

しかしながら、上記した内燃機関の制御装置のように、吸気行程と圧縮行程後半とに分割して燃料噴射が行われる場合において、燃料噴射量の増量補正が行われると、プラグ周りの空燃比が過リッチとなり、燃焼が悪化する場合がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、燃料噴射量を増量補正する時に、プラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することである。

本発明による内燃機関の制御装置は、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内用燃料噴射弁を備え、筒内用燃料噴射弁による圧縮行程後半での燃料噴射と、それ以前の燃料噴射とに分割して燃料噴射を実行可能な内燃機関に適用される。内燃機関の制御装置は、筒内用燃料噴射弁による圧縮行程後半での燃料噴射とそれ以前の燃料噴射とに分割して燃料噴射を行う際に、燃焼室内に供給される燃料噴射量を内燃機関の負荷に基づいて定められる基準の燃料噴射量から増量補正する時に、その増量補正の大きさに応じて圧縮行程後半での燃焼室内への噴霧状態を変更するように構成されている。

このように、燃料噴射量を増量補正する時に、増量補正の大きさに応じて燃焼室内への噴霧状態を変更することにより、増量補正に起因するプラグ周りの空燃比の変化に対応することができるので、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。

上記内燃機関の制御装置において、増量補正量に応じて、それ以前の燃料噴射の噴射割合を増やすことにより、燃焼室内への噴霧状態を変更するように構成されていてもよい。

このように構成すれば、圧縮行程後半での増量分をそれ以前に振り分けることができるので、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。

上記それ以前の燃料噴射の噴射割合を増やす内燃機関の制御装置において、内燃機関は、過給機と、吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート用燃料噴射弁とをさらに備えており、スカベンジが発生する場合には、吸気ポート用燃料噴射弁による燃料噴射の噴射割合を増やし、スカベンジが発生しない場合には、筒内用燃料噴射弁による吸気行程での燃料噴射の噴射割合を増やすように構成されていてもよい。

上記内燃機関の制御装置において、増量補正量に応じて、点火時におけるプラグ周りの燃料噴霧状態を変更するように構成されていてもよい。

このように構成すれば、それ以前の燃料噴射の噴射割合を増やすことなく、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。

上記燃料噴霧状態を変更する内燃機関の制御装置において、圧縮行程後半の燃料噴射時期を制御することにより、点火時におけるプラグ周りの燃料噴霧状態を変更するように構成されていてもよい。

上記燃料噴霧状態を変更する内燃機関の制御装置において、点火時期を制御することにより、点火時におけるプラグ周りの燃料噴霧状態を変更するように構成されていてもよい。

上記燃料噴霧状態を変更する内燃機関の制御装置において、筒内用燃料噴射弁から噴射される燃料の燃圧を制御することにより、点火時におけるプラグ周りの燃料噴霧状態を変更するように構成されていてもよい。

上記内燃機関の制御装置において、増量補正量に応じて、燃焼室内への吸気の充填状態を制御することにより、燃焼室内への噴霧状態を変更するように構成されていてもよい。

このように構成すれば、それ以前の燃料噴射の噴射割合を増やすことなく、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。

上記燃焼室内への吸気の充填状態を制御する内燃機関の制御装置において、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉を制御することにより、燃焼室内への吸気の充填状態を制御するように構成されていてもよい。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、燃料噴射量を増量補正する時に、プラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。

本発明を適用するエンジンの一例を示した概略構成図である。 図１のエンジンの１気筒のみを示した概略構成図である。 図１のＥＣＵを示したブロック図である。 増量補正値Δｋｒｉｃｈと、ポート噴射用インジェクタによる燃料噴射の噴射割合の指示値ｋｐｆｉｃｍｐとの関係の一例を示したグラフである。 増量補正値Δｋｒｉｃｈと、筒内噴射用インジェクタによる吸気行程での燃料噴射の噴射割合の指示値ｅｋ１ｆｃｍｐとの関係の一例を示したグラフである。 増量補正値Δｋｒｉｃｈと、圧縮行程後半の燃料噴射時期の指示値ａｉｎｊｄ２ｃｍｐとの関係の一例を示したグラフである。 増量補正値Δｋｒｉｃｈと、点火時期の指示値ｅｓａｃｍｐとの関係の一例を示したグラフである。 増量補正値Δｋｒｉｃｈと、燃圧の指示値ｅｐｒｃｍｐとの関係の一例を示したグラフである。 増量補正値Δｋｒｉｃｈと、吸気バルブの開弁時期の指示値ｉｎｖｖｔｃｍｐｓｃａとの関係の一例を示したグラフである。 増量補正値Δｋｒｉｃｈと、排気バルブの閉弁時期の指示値ｅｘｖｖｔｃｍｐｓｃａとの関係の一例を示したグラフである。 増量補正値Δｋｒｉｃｈと、吸気バルブの閉弁時期の指示値ｉｎｖｖｔｃｍｐとの関係の一例を示したグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、本発明を適用する内燃機関（以下、エンジンともいう）について説明する。

−エンジン−
図１及び図２は本発明を適用するエンジンの概略構成を示した図である。なお、図２にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。また、図２においてターボチャージャ及びＥＧＲ装置の図示は省略している。

この例のエンジン１は、図１に示すように、車両に搭載される４気筒ガソリンエンジンであり、４ストローク１サイクルエンジンである。そして、図２に示すように、各気筒を構成するシリンダブロック１ａ内には上下方向に往復動するピストン１ｃが設けられている。ピストン１ｃはコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されており、ピストン１ｃの往復運動がコネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転へと変換される。

クランクシャフト１５にはシグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の外周面には複数の歯（突起）１７ａが等角度（この例では、例えば１０°ＣＡ（クランク角度））ごとに設けられている。また、シグナルロータ１７は、歯１７ａの２枚分が欠落した欠歯部１７ｂを有している。

シグナルロータ１７の側方近傍には、クランク角を検出するクランクポジションセンサ（エンジン回転数センサ）３０１が配置されている。クランクポジションセンサ３０１は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の歯１７ａに対応するパルス状の信号（電圧パルス）を発生する。このクランクポジションセンサ３０１の出力信号からエンジン回転数ＮＥを算出することができる。

エンジン１のシリンダブロック１ａにはエンジン冷却水の水温を検出する水温センサ３０３が配置されている。また、シリンダブロック１ａの上端にはシリンダヘッド１ｂが設けられており、このシリンダヘッド１ｂとピストン１ｃとの間に燃焼室１ｄが形成されている。エンジン１の燃焼室１ｄには点火プラグ３が配置されている。点火プラグ３の点火タイミングはイグナイタ４によって調整される。イグナイタ４はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５００によって制御される。

エンジン１のシリンダブロック１ａの下部には、潤滑油（エンジンオイル）を貯留するオイルパン１８が設けられている。オイルパン１８に貯留された潤滑油は、エンジン１の運転時に、異物を除去するオイルストレーナを介してオイルポンプ（図示せず）によって汲み上げられて、ピストン１ｃ、クランクシャフト１５、コネクティングロッド１６などエンジン各部に供給され、その各部の潤滑・冷却等に使用される。そして、このようにして供給された潤滑油は、エンジン各部の潤滑・冷却等のために使用された後、オイルパン１８に戻され、再びオイルポンプによって汲み上げられるまでオイルパン１８内に貯留される。

エンジン１の燃焼室１ｄには吸気通路１１と排気通路１２とが接続されている。吸気通路１１の一部は吸気ポート１１ａ及び吸気マニホールド１１ｂによって形成されている。また、排気通路１２の一部は排気ポート１２ａ及び排気マニホールド１２ｂによって形成されている。

吸気通路１１には、図１に示すように、吸入空気（新気）を濾過するエアクリーナ７、エアフロメータ３０４、後述するターボチャージャ１００のコンプレッサインペラ１０２、ターボチャージャ１００での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ８、エンジン１の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ５などが配置されている。また、吸気通路１１の吸気マニホールド１１ｂには、吸気温センサ３０７及びインマニ圧センサ（過給圧センサ）３０８が配置されている。

エアフロメータ３０４は、吸入空気量（新気空気量）を検出する。吸気温センサ３０７は、インタークーラ８にて冷却された後であって、エンジン１の燃焼室１ｄに吸入される前の空気の温度（吸気温）を検出する。インマニ圧センサ３０８は、吸気マニホールド１１ｂ内の圧力つまり過給圧（吸気圧）を検出する。

スロットルバルブ５のスロットル開度はＥＣＵ５００によって駆動制御される。具体的には、クランクポジションセンサ３０１（図２参照）の出力信号から算出されるエンジン回転数ＮＥ、及び、ドライバのアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）等のエンジン１の運転状態に応じた最適な吸入空気量（目標吸気量）が得られるようにスロットルバルブ５のスロットル開度を制御している。より詳細には、スロットル開度センサ３０５を用いてスロットルバルブ５の実際のスロットル開度を検出し、その実スロットル開度が、上記目標吸気量が得られるスロットル開度（目標スロットル開度）に一致するようにスロットルバルブ５のスロットルモータ６をフィードバック制御している。

図２に示すように、吸気通路１１と燃焼室１ｄとの間に吸気バルブ１３が設けられており、この吸気バルブ１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。また、排気通路１２と燃焼室１ｄとの間に排気バルブ１４が設けられており、この排気バルブ１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１３及び排気バルブ１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転がタイミングチェーン等を介して伝達される吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２の各回転によって行われる。なお、吸気バルブ１３の動弁系には吸気側可変バルブタイミング機構２１ａ（図３参照）が設けられるとともに、排気バルブ１４の動弁系には排気側可変バルブタイミング機構２２ａ（図３参照）が設けられており、吸気バルブ１３及び排気バルブ１４のバルブ開閉タイミングがクランク角に対して可変となっている。

吸気カムシャフト２１の近傍には、特定の気筒（例えば第１気筒＃１）のピストン１ｃが圧縮上死点（ＴＤＣ）に達したときにパルス状の信号を発生するカムポジションセンサ３０２が設けられている。カムポジションセンサ３０２は、例えば電磁ピックアップであって、吸気カムシャフト２１に一体的に設けられたロータ外周面の１個の歯（図示せず）に対向するように配置されており、その吸気カムシャフト２１が回転する際にパルス状の信号（電圧パルス）を出力する。なお、吸気カムシャフト２１（及び排気カムシャフト２２）は、クランクシャフト１５の１／２の回転速度で回転するので、クランクシャフト１５が２回転（７２０°回転）するごとにカムポジションセンサ３０２が１つのパルス状の信号を発生する。

一方、排気通路１２には、図１に示すように、ターボチャージャ１００のタービンホイール１０１の下流側（排気流れの下流側）に三元触媒９が配置されている。三元触媒９においては、燃焼室１ｄから排気通路１２に排気された排気ガス中のＣＯ、ＨＣの酸化及びＮＯｘの還元が行われ、それらを無害なＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂とすることで排気ガスの浄化が図られている。

三元触媒９の上流側（排気流れの上流側）の排気通路１２に空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３０９が配置されている。空燃比センサ３０９は、空燃比に対してリニアな特性を示すセンサである。また、三元触媒９の下流側の排気通路１２にはＯ₂センサ３１０が配置されている。Ｏ₂センサ３１０は、排気ガス中の酸素濃度に応じて起電力を発生するものであって、理論空燃比に相当する電圧（比較電圧）よりも出力が高いときはリッチと判定し、逆に比較電圧よりも出力が低いときはリーンと判定する。

＜燃料噴射系＞
次に、エンジン１の燃料噴射系について説明する。

エンジン１の各気筒には、それぞれ、各燃焼室１ｄ内に燃料を直接噴射することが可能な筒内噴射用インジェクタ（筒内用燃料噴射弁）２ａが配置されている。これら筒内噴射用インジェクタ２ａは、共通の高圧燃料用デリバリパイプ２０ａに接続されている。

また、エンジン１の吸気通路１１には、各吸気ポート１１ａ内に燃料を噴射可能なポート噴射用インジェクタ（吸気ポート用燃料噴射弁）２ｂが配置されている。ポート噴射用インジェクタ２ｂは各気筒毎に設けられている。これらポート噴射用インジェクタ２ｂは共通の低圧燃料用デリバリパイプ２０ｂに接続されている。

高圧燃料用デリバリパイプ２０ａ、及び、低圧燃料用デリバリパイプ２０ｂへの燃料供給は、図２に示すように、低圧ポンプとしてのフィードポンプ４０１及び高圧ポンプ４０２によって行われる。フィードポンプ４０１は、燃料タンク４００内の燃料（ガソリン等）を汲み上げて、低圧燃料用デリバリパイプ２０ｂ及び高圧ポンプ４０２に供給する。高圧ポンプ４０２は、フィードポンプ４０１からの低圧燃料を加圧して高圧燃料用デリバリパイプ２０ａに供給する。また、高圧ポンプ４０２は、筒内噴射用インジェクタ２ａに供給される燃料の圧力（燃圧）を調整することが可能である。

筒内噴射用インジェクタ２ａは、所定電圧が印加されたときに開弁して燃焼室１ｄ内に燃料を直接噴射する電磁駆動式の開閉弁である。筒内噴射用インジェクタ２ａの開閉（噴射時間・噴射タイミング）は、ＥＣＵ５００によってデューティ制御される。

ポート噴射用インジェクタ２ｂも、同様に、所定電圧が印加されたときに開弁して吸気ポート１１ａ内に燃料を噴射する電磁駆動式の開閉弁である。ポート噴射用インジェクタ２ｂについても、ＥＣＵ５００によって開閉（噴射時間・噴射タイミング）がデューティ制御される。

そして、以上の筒内噴射用インジェクタ２ａ及びポート噴射用インジェクタ２ｂのいずれか一方または両方から燃料が供給され、点火プラグ３にて点火されて燃焼・爆発する。このときに生じた高温高圧の燃焼ガスによりピストン１ｃが往復動され、クランクシャフト１５が回転されてエンジン１の駆動力（出力トルク）が得られる。燃焼室１ｄ内で燃焼した燃焼ガスは、排気バルブ１４の開弁にともない排気通路１２に排出される。

＜ターボチャージャ＞
この例のエンジン１には、図１に示すように、排気圧を利用して吸入空気を過給するターボチャージャ（過給機）１００が装備されている。

ターボチャージャ１００は、排気通路１２に配置されたタービンホイール１０１、吸気通路１１に配置されたコンプレッサインペラ１０２、及び、これらタービンホイール１０１とコンプレッサインペラ１０２とを回転一体に連結する連結シャフト１０３などを備えており、排気通路１２に配置のタービンホイール１０１が排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路１１に配置のコンプレッサインペラ１０２が回転する。そして、コンプレッサインペラ１０２の回転により吸入空気が過給され、エンジン１の各気筒の燃焼室１ｄに過給空気が強制的に送り込まれる。

タービンホイール１０１はタービンハウジング１１０内に収容されており、コンプレッサインペラ１０２はコンプレッサハウジング１２０内に収容されている。これらタービンハウジング１１０とコンプレッサハウジング１２０とはセンターハウジング１３０の両側に取り付けられている。そして、上記コンプレッサインペラ１０２及びコンプレッサハウジング１２０などによってコンプレッサ１００Ｂが構成されており、また、上記タービンホイール１０１及びタービンハウジング１１０などによってタービン１００Ａが構成されている。

また、この例のターボチャージャ１００においては、タービンホイール１０１の上流側と下流側とを連通する排気バイパス通路１０４、及び、その排気バイパス通路１０４を開閉するウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）１０５が設けられており、そのウェイストゲートバルブ１０５の開度を調整し、タービンホイール１０１をバイパスする排気ガス量を調整することにより過給圧を制御することができる。ウェイストゲートバルブ１０５の開度はＥＣＵ５００によって調整される。

なお、ターボチャージャ１００としては、タービン１００Ａ側に可変ノズルベーン機構が設けられた可変ノズル式ターボチャージャ（ＶＮＴ）を用いてもよい。

＜ＥＧＲ装置＞
また、エンジン１にはＥＧＲ装置（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ装置）２００が装備されている。ＥＧＲ装置２００は、吸入空気に排気ガスの一部を導入することで、燃焼室１ｄ内の燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生量を低減させる装置である。

ＥＧＲ装置２００は、ターボチャージャ１００のタービンホイール１０１よりも上流側（排気ガス流れの上流側）の排気通路１２（排気マニホールド１２ｂ）と、インタークーラ８（ターボチャージャ１００のコンプレッサインペラ１０２）の下流側（吸入空気流れの下流側）の吸気通路１１（吸気マニホールド１１ｂ）とを連通するＥＧＲ通路（排気還流通路）２０１、このＥＧＲ通路２０１に設けられたＥＧＲクーラ２０２、及び、ＥＧＲバルブ２０３などによって構成されている。

このような構成のＥＧＲ装置２００において、ＥＧＲバルブ２０３の開度を調整することにより、ＥＧＲ率［ＥＧＲ量／（ＥＧＲ量＋吸入空気量（新気空気量））（％）］を変更することができ、排気通路１２から吸気通路１１に導入されるＥＧＲ量（排気還流量）を調整することができる。

なお、ＥＧＲ装置２００には、ＥＧＲクーラ２０２をバイパスするＥＧＲバイパス通路及びＥＧＲバイパス切替バルブを設けておいてもよい。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ５００は、図３に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５０３、及び、バックアップＲＡＭ５０４などを備えている。

ＲＯＭ５０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ５０１は、ＲＯＭ５０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ５０３は、ＣＰＵ５０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ５０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

以上のＣＰＵ５０１、ＲＯＭ５０２、ＲＡＭ５０３及びバックアップＲＡＭ５０４は、バス５０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース５０５及び出力インターフェース５０６と接続されている。

入力インターフェース５０５には、クランクポジションセンサ（エンジン回転数センサ）３０１、カムポジションセンサ３０２、水温センサ３０３、エアフロメータ３０４、スロットル開度センサ３０５、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ３０６、吸気温センサ３０７、インマニ圧センサ（過給圧センサ）３０８、空燃比センサ３０９、Ｏ₂センサ３１０、筒内噴射用インジェクタ２ａに供給する高圧燃料の圧力（燃圧）を検出する高圧燃料用燃圧センサ３１１、及び、ポート噴射用インジェクタ２ｂに供給する低圧燃料の圧力（燃圧）を検出する低圧燃料用燃圧センサ３１２などの各種センサ類が接続されている。

出力インターフェース５０６には、筒内噴射用インジェクタ２ａ、ポート噴射用インジェクタ２ｂ、点火プラグ３のイグナイタ４、スロットルバルブ５のスロットルモータ６、フィードポンプ４０１、高圧ポンプ４０２、吸気側可変バルブタイミング機構２１ａ、及び、排気側可変バルブタイミング機構２２ａなどが接続されている。なお、出力インターフェース５０６には、ターボチャージャ１００のウェイストゲートバルブ１０５（図１参照）及びＥＧＲ装置２００のＥＧＲバルブ２０３（図１参照）なども接続されている。

そして、ＥＣＵ５００は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、燃料噴射制御、点火プラグ３の点火時期制御、及び、スロットルバルブ５のスロットルモータ６の駆動制御（吸入空気量制御）などを含むエンジン１の各種制御を実行する。なお、以上のＥＣＵ５００により実行されるプログラムによって本発明の内燃機関（エンジン）の制御装置が実現される。

例えば、ＥＣＵ５００は、運転状態などに応じて、マップなどから１サイクル分の燃料噴射量を算出し、ポート噴射用インジェクタ２ｂ及び筒内噴射用インジェクタ２ａの一方または両方から１サイクル分の燃料を１回または複数回に分けて噴射させる。また、ＥＣＵ５００は、三元触媒９（図１参照）が過熱するのを防止するために、燃料噴射量を増量するＯＴ増量を実行する。ＯＴ増量は、燃料の気化熱により排気の温度を低下させて三元触媒９の冷却を図る技術であり、例えば推定触媒温度などに応じて実行される。また、ＯＴ増量では、最終的な増量値ｋｒｉｃｈが、適合時のベース増量値αと、そのベース増量値αに対する増量補正値Δｋｒｉｃｈとに基づいて以下の式（１）により算出される。

増量値ｋｒｉｃｈ＝ベース増量値α＋増量補正値Δｋｒｉｃｈ ・・・（１）
なお、ベース増量値αは、例えばエンジン回転数及び吸入空気量などに基づいて算出され、増量補正値Δｋｒｉｃｈは、例えば燃費マックスまたはトルクマックスとなるように運転状態などに応じて設定される。また、増量補正値Δｋｒｉｃｈは、本発明の「増量補正量」の一例である。

ここで、本実施形態によるＥＣＵ５００では、所定の運転状態（例えば、エンジン回転数が低く、かつ、エンジン負荷が高い状態）の場合に、筒内噴射用インジェクタ２ａによる圧縮行程後半での燃料噴射と、それ以前の燃料噴射とに分割して１サイクル分の燃料噴射を実行することにより、弱成層燃焼を行うようになっている。この弱成層燃焼を行う運転モードを直噴圧縮行程噴射モードという。なお、それ以前の燃料噴射には、ポート噴射用インジェクタ２ｂによる燃料噴射と、筒内噴射用インジェクタ２ａによる吸気行程での燃料噴射とが含まれる。弱成層燃焼では、それ以前の燃料噴射により、燃焼室１ｄ内の全体に均質な希薄混合気が形成され、圧縮行程後半での燃料噴射により、プラグ周りに可燃混合気層が形成される。そして、点火プラグ３により可燃混合気層に点火され、点火後に生じる火炎を着火源として燃焼室１ｄ内の全体の希薄混合気の燃焼が行われる。

さらに、ＥＣＵ５００は、直噴圧縮行程噴射モードのときに、燃料噴射量の増量補正が行われた場合に、その増量補正の大きさに応じて燃焼室１ｄ内への噴霧状態を変更するように構成されている。具体的には、ＥＣＵ５００は、直噴圧縮行程噴射モード時に、以下の式（２）が成立する場合（ＯＴ増量時にベース増量値αに対して増量補正が行われる場合）に、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて燃焼室１ｄ内への噴霧状態を変更するようになっている。

増量値ｋｒｉｃｈ＞ベース増量値α ・・・（２）
次に、燃焼室１ｄ内への噴霧状態の変更について説明する。本実施形態では、燃焼室１ｄ内への噴霧状態を変更する手段として、以下の手段１〜８を挙げることができる。

［手段１］
手段１では、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じてポート噴射用インジェクタ２ｂによる燃料噴射の噴射割合を増やすことにより、燃焼室１ｄ内への噴霧状態を変更する。なお、この手段１における噴射割合は、例えば総噴射量に対するポート噴射用インジェクタ２ｂからの燃料噴射量の割合である。

具体的には、ポート噴射用インジェクタ２ｂによる燃料噴射の噴射割合の指示値ｋｐｆｉｃｍｐは、例えば以下の式（３）により算出される。

ｋｐｆｉｃｍｐ＝ｋｐｆｉ＋Ｋｋｐｆｉ×Δｋｒｉｃｈ ・・・（３）
なお、式（３）において、ｋｐｆｉは噴射割合のベースの指示値であり、Ｋｋｐｆｉは補正係数である。この式（３）をグラフで示すと、図４のようになる。

図４に示すように、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて、噴射割合の指示値ｋｐｆｉｃｍｐを増やすことにより、圧縮行程後半での増量分をそれ以前に振り分けることができるので、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。すなわち、従来では、増量補正値Δｋｒｉｃｈにかかわらず、噴射割合の指示値ｋｐｆｉｃｍｐがベースの指示値ｋｐｆｉで一定であったが、この手段１では、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて噴射割合の指示値ｋｐｆｉｃｍｐを増やすことにより、従来に比べて圧縮行程後半での燃料噴射量を減少させることができるので、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。なお、この手段１は、スカベンジ（掃気）が発生する場合に行うことが好ましい。これは、スカベンジの発生時には、ポート噴射用インジェクタ２ｂから噴射された燃料を吹き抜けさせることができるので、過リッチの抑制を効果的に行うことができるためである。なお、スカベンジは、ターボチャージャ１００により吸気側の圧力が高くなった状態におけるバルブオーバーラップ期間に発生する。

［手段２］
手段２では、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて筒内噴射用インジェクタ２ａによる吸気行程での燃料噴射の噴射割合を増やすことにより、燃焼室１ｄ内への噴霧状態を変更する。なお、この手段２における噴射割合は、例えば筒内噴射用インジェクタ２ａからの燃料噴射量に対する吸気行程での燃料噴射量の割合である。

具体的には、吸気行程での燃料噴射の噴射割合の指示値ｅｋ１ｆｃｍｐは、例えば以下の式（４）により算出される。

ｅｋ１ｆｃｍｐ＝ｅｋ１ｆ＋Ｋｅｋ１ｆ×Δｋｒｉｃｈ ・・・（４）
なお、式（４）において、ｅｋ１ｆは噴射割合のベースの指示値であり、Ｋｅｋ１ｆは補正係数である。この式（４）をグラフで示すと、図５のようになる。

図５に示すように、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて、噴射割合の指示値ｅｋ１ｆｃｍｐを増やすことにより、圧縮行程後半での増量分をそれ以前に振り分けることができるので、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。すなわち、従来では、増量補正値Δｋｒｉｃｈにかかわらず、噴射割合の指示値ｅｋ１ｆｃｍｐがベースの指示値ｅｋ１ｆで一定であったが、この手段２では、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて噴射割合の指示値ｅｋ１ｆｃｍｐを増やすことにより、従来に比べて圧縮行程後半での燃料噴射量を減少させることができるので、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。なお、この手段２は、スカベンジが発生しない場合に行うことが好ましい。これは、スカベンジが発生しない場合には、吹き抜けが発生しないため、筒内噴射用インジェクタ２ａによる燃料噴射の噴射割合を増やすことにより、ポート噴射用インジェクタ２ｂによる燃料噴射の噴射割合を増やす場合に比べて、冷却効果を得ることができるので、耐ノック性の向上を図ることができるためである。

［手段３］
手段３では、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて筒内噴射用インジェクタ２ａからの圧縮行程後半の燃料噴射時期を制御することにより、点火時におけるプラグ周りの燃料噴霧状態を変更する。具体的には、圧縮行程後半の燃料噴射時期の指示値ａｉｎｊｄ２ｃｍｐは、例えば以下の式（５）により算出される。

ａｉｎｊｄ２ｃｍｐ＝ａｉｎｊｄ２＋Ｋａｉｎｊｄ２×Δｋｒｉｃｈ ・・・（５）
なお、式（５）において、ａｉｎｊｄ２は燃料噴射時期のベースの指示値であり、Ｋａｉｎｊｄ２は補正係数である。この式（５）をグラフで示すと、図６のようになる。

図６に示すように、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて、圧縮行程後半の燃料噴射時期の指示値ａｉｎｊｄ２ｃｍｐを進角側に制御することにより、点火時におけるプラグ周りの燃料噴霧状態を変更（好適化）することができるので、それ以前の燃料噴射の噴射割合を増やさない場合であっても、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。すなわち、従来では、増量補正値Δｋｒｉｃｈにかかわらず、燃料噴射時期の指示値ａｉｎｊｄ２ｃｍｐがベースの指示値ａｉｎｊｄ２で一定であったが、この手段３では、燃料噴射時期の指示値ａｉｎｊｄ２ｃｍｐを増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて進角することにより、点火時におけるプラグ周りが局所的に過リッチになるのを回避して、点火時にプラグ周りに好適な可燃混合気層（例えば、出力空燃比の混合気層）を形成するようにしている。

［手段４］
手段４では、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて点火プラグ３の点火時期を制御することにより、点火時におけるプラグ周りの燃料噴霧状態を変更する。具体的には、点火時期の指示値ｅｓａｃｍｐは、例えば以下の式（６）により算出される。

ｅｓａｃｍｐ＝ｅｓａ＋Ｋｅｓａ×Δｋｒｉｃｈ ・・・（６）
なお、式（６）において、ｅｓａは点火時期のベースの指示値であり、Ｋｅｓａは補正係数である。この式（６）をグラフで示すと、図７のようになる。

図７に示すように、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて、点火時期の指示値ｅｓａｃｍｐを進角側に制御することにより、点火時におけるプラグ周りの燃料噴霧状態を変更（好適化）することができるので、それ以前の燃料噴射の噴射割合を増やさない場合であっても、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。すなわち、従来では、増量補正値Δｋｒｉｃｈにかかわらず、点火時期の指示値ｅｓａｃｍｐがベースの指示値ｅｓａで一定であったが、この手段４では、点火時期の指示値ｅｓａｃｍｐを増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて進角することにより、点火時におけるプラグ周りが局所的に過リッチになるのを回避して、点火時にプラグ周りに好適な可燃混合気層（例えば、出力空燃比の混合気層）を形成するようにしている。

［手段５］
手段５では、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて高圧燃料用デリバリパイプ２０ａの燃圧を制御することにより、点火時におけるプラグ周りの燃料噴霧状態を変更する。具体的には、燃圧の指示値ｅｐｒｃｍｐは、例えば以下の式（７）により算出される。

ｅｐｒｃｍｐ＝ｅｐｒ＋Ｋｅｐｒ×Δｋｒｉｃｈ ・・・（７）
なお、式（７）において、ｅｐｒは燃圧のベースの指示値であり、Ｋｅｐｒは補正係数である。この式（７）をグラフで示すと、図８のようになる。

図８に示すように、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて、燃圧の指示値ｅｐｒｃｍｐを高圧側に制御することにより、点火時におけるプラグ周りの燃料噴霧状態を変更（好適化）することができるので、それ以前の燃料噴射の噴射割合を増やさない場合であっても、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。すなわち、従来では、増量補正値Δｋｒｉｃｈにかかわらず、燃圧の指示値ｅｐｒｃｍｐがベースの指示値ｅｐｒで一定であったが、この手段５では、燃圧の指示値ｅｐｒｃｍｐを増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて高圧にすることにより、筒内噴射用インジェクタ２ａから圧縮行程後半に噴射された燃料を高分散化させることができるので、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。

［手段６］
手段６では、バルブオーバーラップが発生する場合に、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて吸気バルブ１３の開弁時期ＩＶＯを制御することにより、燃焼室１ｄ内への吸気の充填状態を制御することによって、燃焼室１ｄ内への噴霧状態を変更する。具体的には、開弁時期ＩＶＯの指示値ｉｎｖｖｔｃｍｐｓｃａは、例えば以下の式（８）により算出される。

ｉｎｖｖｔｃｍｐｓｃａ＝ｉｎｖｖｔ＋Ｋｉｎｓｃａ×Δｋｒｉｃｈ ・・・（８）
なお、式（８）において、ｉｎｖｖｔは開弁時期ＩＶＯのベースの指示値であり、Ｋｉｎｓｃａは補正係数である。この式（８）をグラフで示すと、図９のようになる。

図９に示すように、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて、開弁時期ＩＶＯの指示値ｉｎｖｖｔｃｍｐｓｃａを遅角側に制御することにより、バルブオーバーラップ期間を小さくすることができるので、吹き抜けを抑制することができる。これにより、燃焼室１ｄ内に充填される吸気量を増やすことができるので、それ以前の燃料噴射の噴射割合を増やさない場合であっても、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。すなわち、従来では、増量補正値Δｋｒｉｃｈにかかわらず、開弁時期ＩＶＯの指示値ｉｎｖｖｔｃｍｐｓｃａがベースの指示値ｉｎｖｖｔで一定であったが、この手段６では、開弁時期ＩＶＯの指示値ｉｎｖｖｔｃｍｐｓｃａを増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて遅角することにより、従来に比べて燃焼室１ｄ内に充填される吸気量を増やすことができるので、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。

［手段７］
手段７では、バルブオーバーラップが発生する場合に、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて排気バルブ１４の閉弁時期ＥＶＣを制御することにより、燃焼室１ｄ内への吸気の充填状態を制御することによって、燃焼室１ｄ内への噴霧状態を変更する。具体的には、閉弁時期ＥＶＣの指示値ｅｘｖｖｔｃｍｐｓｃａは、例えば以下の式（９）により算出される。

ｅｘｖｖｔｃｍｐｓｃａ＝ｅｘｖｖｔ＋Ｋｅｘｓｃａ×Δｋｒｉｃｈ ・・・（９）
なお、式（９）において、ｅｘｖｖｔは閉弁時期ＥＶＣのベースの指示値であり、Ｋｅｘｓｃａは補正係数である。この式（９）をグラフで示すと、図１０のようになる。

図１０に示すように、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて、閉弁時期ＥＶＣの指示値ｅｘｖｖｔｃｍｐｓｃａを進角側に制御することにより、バルブオーバーラップ期間を小さくすることができるので、吹き抜けを抑制することができる。これにより、燃焼室１ｄ内に充填される吸気量を増やすことができるので、それ以前の燃料噴射の噴射割合を増やさない場合であっても、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。すなわち、従来では、増量補正値Δｋｒｉｃｈにかかわらず、閉弁時期ＥＶＣの指示値ｅｘｖｖｔｃｍｐｓｃａがベースの指示値ｅｘｖｖｔで一定であったが、この手段７では、閉弁時期ＥＶＣの指示値ｅｘｖｖｔｃｍｐｓｃａを増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて進角することにより、従来に比べて燃焼室１ｄ内に充填される吸気量を増やすことができるので、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。

［手段８］
手段８では、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて吸気バルブ１３の閉弁時期ＩＶＣを制御することにより、燃焼室１ｄ内への吸気の充填状態を制御することによって、燃焼室１ｄ内への噴霧状態を変更する。具体的には、閉弁時期ＩＶＣの指示値ｉｎｖｖｔｃｍｐは、例えば以下の式（１０）により算出される。

ｉｎｖｖｔｃｍｐ＝ｉｎｖｖｔ＋Ｋｉｎ×Δｋｒｉｃｈ ・・・（１０）
なお、式（１０）において、ｉｎｖｖｔは閉弁時期ＩＶＣのベースの指示値であり、Ｋｉｎは補正係数である。この式（１０）をグラフで示すと、図１１のようになる。

図１１に示すように、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて、閉弁時期ＩＶＣの指示値ｉｎｖｖｔｃｍｐを進角側に制御することにより、ピストン１ｃが下死点を通過した後における吸気バルブ１３の閉弁時期ＩＶＣを早くすることができる。これにより、燃焼室１ｄ内に充填される吸気量を増やし、実圧縮比を高めることができるので、それ以前の燃料噴射の噴射割合を増やさない場合であっても、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。すなわち、従来では、増量補正値Δｋｒｉｃｈにかかわらず、閉弁時期ＩＶＣの指示値ｉｎｖｖｔｃｍｐがベースの指示値ｉｎｖｖｔで一定であったが、この手段８では、閉弁時期ＩＶＣの指示値ｉｎｖｖｔｃｍｐを増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて進角することにより、従来に比べて実圧縮比を高くすることができるので、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができる。

以上説明してきた手段１〜８は、直噴圧縮行程噴射モード時に、上記の式（２）が成立する場合に、運転状態などに応じて、いずれか１つを実行するようにしてもよいし、選択的に複数のものを同時（１サイクル中）に実行するようにしてもよい。例えば、直噴圧縮行程噴射モード時に、上記の式（２）が成立する場合において、スカベンジが発生する場合に手段１及び３〜７を同時に実行し、スカベンジが発生しない場合に手段２〜５及び８を同時に実行するようにしてもよい。なお、手段１、２または５を実行する場合には、点火時におけるプラグ周りの燃料噴霧状態が変化するため、手段３及び４を同時に実行することが好ましい。

そして、本実施形態では、直噴圧縮行程噴射モード時に、上記の式（２）が成立する場合に、上記した手段１〜８のうちの少なくともいずれか１つを実行することにより、点火時にプラグ周りの空燃比が過リッチになるのを抑制することができるので、弱成層燃焼が悪化するのを抑制することができる。これにより、燃費、排気エミッション及びドライバビリティの改善を図ることができる。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、本実施形態では、筒内噴射用インジェクタ２ａ及びポート噴射用インジェクタ２ｂを備えるエンジン１を制御するＥＣＵ５００に本発明を適用する例を示したが、これに限らず、ポート噴射用インジェクタが設けられておらず、インジェクタとして筒内噴射用インジェクタのみを備えるエンジンを制御するＥＣＵに本発明を適用してもよい。

また、本実施形態では、ターボチャージャ１００が設けられる例を示したが、これに限らず、ターボチャージャが設けられていなくてもよい。また、本実施形態では、吸気側可変バルブタイミング機構２１ａ及び排気側可変バルブタイミング機構２２ａが設けられる例を示したが、これに限らず、吸気側可変バルブタイミング機構及び排気側可変バルブタイミング機構の一方または両方が設けられていなくてもよい。

また、本実施形態の手段１〜８では、各指示値が増量補正値に対して直線的に変化する例を示したが、これに限らず、各指示値が増量補正値に対して曲線的に変化するようにしてもよい。

また、本実施形態において、手段１〜８のうち選択的に複数のものを同時に実行する場合に、その実行する組合せなどに応じて、各指示値を算出する際の補正係数を適宜調整するようにしてもよい。

また、本実施形態において、手段１〜８の全てを同時に実行するようにしてもよい。なお、手段６と手段８とでは、吸気側可変バルブタイミング機構２１ａの作動方向が逆であるが、吸気バルブ１３の動弁系に可変バルブリフト機構（図示省略）が設けられていれば、手段６と手段８とを同時に実行し得る。

また、本実施形態では、増量補正値Δｋｒｉｃｈに応じて燃焼室１ｄ内への噴霧状態を変更する例を示したが、これに限らず、増量値ｋｒｉｃｈに応じて燃焼室１ｄ内への噴霧状態を変更するようにしてもよい。

また、本実施形態において、吸気行程における噴射回数は、１回であってもよいし、複数回であってもよい。

本発明は、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内用燃料噴射弁を備える内燃機関の制御装置に利用可能である。

１ エンジン（内燃機関）
１ｄ 燃焼室
２ａ 筒内噴射用インジェクタ（筒内用燃料噴射弁）
２ｂ ポート噴射用インジェクタ（吸気ポート用燃料噴射弁）
１１ａ 吸気ポート
１３ 吸気バルブ
１４ 排気バルブ
１００ ターボチャージャ（過給機）
５００ ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）

Claims (9)

1. 燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内用燃料噴射弁を備え、前記筒内用燃料噴射弁による圧縮行程後半での燃料噴射と、それ以前の燃料噴射とに分割して燃料噴射を実行可能な内燃機関の制御装置であって、
   前記筒内用燃料噴射弁による圧縮行程後半での燃料噴射とそれ以前の燃料噴射とに分割して燃料噴射を行う際に、前記燃焼室内に供給される燃料噴射量を内燃機関の負荷に基づいて定められる基準の燃料噴射量から増量補正する時に、その増量補正の大きさに応じて圧縮行程後半での前記燃焼室内への噴霧状態を変更するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   増量補正量に応じて、前記それ以前の燃料噴射の噴射割合を増やすことにより、前記燃焼室内への噴霧状態を変更するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   内燃機関は、過給機と、吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート用燃料噴射弁とをさらに備えており、
   スカベンジが発生する場合には、前記吸気ポート用燃料噴射弁による燃料噴射の噴射割合を増やし、
   スカベンジが発生しない場合には、前記筒内用燃料噴射弁による吸気行程での燃料噴射の噴射割合を増やすように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
   増量補正量に応じて、点火時におけるプラグ周りの燃料噴霧状態を変更するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
   圧縮行程後半の燃料噴射時期を制御することにより、点火時におけるプラグ周りの燃料噴霧状態を変更するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項４または５に記載の内燃機関の制御装置において、
   点火時期を制御することにより、点火時におけるプラグ周りの燃料噴霧状態を変更するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項４〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
   前記筒内用燃料噴射弁から噴射される燃料の燃圧を制御することにより、点火時におけるプラグ周りの燃料噴霧状態を変更するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
   増量補正量に応じて、前記燃焼室内への吸気の充填状態を制御することにより、前記燃焼室内への噴霧状態を変更するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
9. 請求項８に記載の内燃機関の制御装置において、
   吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉を制御することにより、前記燃焼室内への吸気の充填状態を制御するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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