JP2015059456A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気行程中の噴射による気化促進を図りつつ筒内における燃料分布の均一化を進めることができる、内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の低負荷領域であって吸気流速ＩＡＳが所定値ＴＨＬを超えない状態では、吸気ＴＤＣ後の吸気流速ＩＡＳがピーク値ＩＡＳmaxとなる時期よりも遅い時期を噴射終了時期ＴＩＥとして、吸気バルブ４の開弁前から開弁後にかけて燃料噴射を実施する。一方、内燃機関の高負荷領域であって吸気流速ＩＡＳが所定値ＴＨＬを超える状態では、吸気ＴＤＣ後の吸気流速ＩＡＳがピーク値ＩＡＳmaxとなる時期ＣＡＳよりも進角側であって、吸気流速ＩＡＳが所定値ＴＨＬとなる時期を噴射終了時期ＴＩＥとして、吸気バルブ４の開弁前から開弁後にかけて燃料噴射を実施する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気バルブの上流側の吸気通路に設けた燃料噴射弁による燃料噴射を制御する制御装置に関する。

特許文献１には、内燃機関の冷間始動時に、噴射された燃料が開弁中の吸気バルブを通過するように燃料噴射時期を吸気行程に同期させて設定する一方、燃料噴射期間中は、デューティ制御により、燃料噴射率を、吸気バルブを通過する吸入新気の流量の時間変化に合わせて変化させる、燃料噴射制御装置が開示されている。

特開２００５−００２８５３号公報

ところで、吸気行程中に燃料噴射を行わせ、吸気の流れに燃料噴霧を乗せて筒内に導入させるようにすれば、筒内での燃料の気化を促進でき、燃焼性を向上できる。
しかし、内燃機関の負荷が高くなって吸気バルブが開弁するときの吸気通路における吸気流速が速くなると、吸気通路の横断面において領域による吸気流速の差が拡大する。このため、高負荷域で吸気行程中に燃料噴射を行わせる場合、燃料噴霧が流速の速い吸気の流れに乗ることで、燃料噴霧の流れが吸気通路の一部に偏った流れとなり、これによって筒内での燃料分布の均一性が低下し、燃費性能を低下させてしまうという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、吸気行程中の噴射による気化促進を図りつつ筒内における燃料分布の均一化を進めることができる、内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

そのため、本願発明は、吸気バルブの開弁中を噴射終了時期とする噴射制御において、吸気バルブが開弁するときの吸気流速が増加したときに、噴射終了時期を進角して吸気バルブの開弁前から開弁後にかけて燃料噴射を行わせるようにした。

上記発明によると、噴射終了時期を進角させることで、開弁後の吸気流速が速い条件下で噴射される燃料量を減らして開弁前の噴射を相対的に増やすことになり、吸気行程中の噴射による気化促進を図りつつ筒内における燃料分布の均一化を進めることができる。

本発明の実施形態における内燃機関を示すシステム図である。 本発明の第１の実施形態における噴射時期を例示する線図であり、（Ａ）は低負荷領域、（Ｂ）は高負荷領域での噴射時期を示す図である。 本発明の第１の実施形態における噴射時期制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における噴射時期を例示する線図であり、（Ａ）は低負荷領域での一括噴射、（Ｂ）は高負荷領域での分割噴射における噴射パルス幅を示す図である。 本発明の第２の実施形態における噴射時期制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態における噴射時期を例示する線図であり、（Ａ）は高負荷領域での４分割噴射、（Ｂ）は高負荷領域での３分割噴射における噴射パルス幅を示す図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る制御装置を適用する内燃機関の一例を示す図である。
図１に示す内燃機関１は、駆動源として車両に搭載される。
内燃機関１は、各気筒のシリンダに連通する吸気ポート（吸気通路）２ａそれぞれに燃料噴射弁３を備える。燃料噴射弁３は、各気筒の吸気バルブ４の傘部に向け、吸気ポート２ａ内に燃料を噴射する。

燃料噴射弁３が吸気ポート２ａ内に噴射した燃料は、吸気行程において吸気バルブ４を介して燃焼室５内に吸引され、点火プラグ６による火花点火によって燃焼する。つまり、内燃機関１は、吸気ポート噴射式の火花点火機関である。
なお、内燃機関１は、直列機関、水平対向機関、Ｖ型機関などの気筒配置や、気筒数が限定されるものではない。
燃焼室５内の燃焼ガスは、排気行程において排気バルブ７を介して排気通路８に排出される。

吸気ポート２ａの上流側の吸気ダクト２ｂには、スロットルモータ９で動作する電子制御スロットル１０を設けてあり、この電子制御スロットル１０の開度によって内燃機関１の吸入空気量が調整される。
また、内燃機関１は、燃料タンク１１内の燃料を燃料噴射弁３に向けて圧送する燃料供給装置１３を備えている。

燃料供給装置１３は、燃料タンク１１、燃料ポンプ１２、燃料ギャラリー配管１４、燃料供給配管１５を備える。
燃料ポンプ１２は、電動式ポンプであって、燃料タンク１１内に配置される。
燃料ポンプ１２の吐出口には燃料供給配管１５の一端が接続され、燃料供給配管１５の他端は燃料ギャラリー配管１４に接続され、燃料ギャラリー配管１４に各気筒の燃料噴射弁３の燃料供給口が接続される。

ＥＣＭ（エンジン・コントロール・モジュール）３１は、燃料噴射弁３による燃料噴射、点火プラグ６による点火、電子制御スロットル１０の開度などを制御する内燃機関１の制御装置である。
また、ＦＣＭ（フューエル・コントロール・モジュール）３０は、燃料ポンプ１２を制御する制御装置である。

ＥＣＭ３１及びＦＣＭ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力回路などを含むマイクロコンピュータをそれぞれ備え、相互に通信可能に構成される。
そして、ＥＣＭ３１からＦＣＭ３０に向けては、燃料ポンプ１２の駆動デューティ（印加電圧）の指示信号などが送信され、ＦＣＭ３０からＥＣＭ３１に向けては、ＦＣＭ３０での診断結果を示す信号などが送信される。
なお、ＥＣＭ３１とＦＣＭ３０とを統合し、ＥＣＭ３１の機能とＦＣＭ３０の機能とを兼ね備える制御装置を設けることができる。

ＥＣＭ３１は、内燃機関１の運転状態を検出する各種センサの出力信号を入力する。
前述の各種センサとしては、燃料ギャラリー配管１６内の燃圧ＦＵＰＲを検出する燃料圧力センサ３３、図外のアクセルペダルの踏み込み量（換言すれば、アクセル開度）ＡＣＣを検出するアクセル開度センサ３４、内燃機関１の吸入空気流量ＱＡを検出するエアフローセンサ３５、内燃機関１の回転速度ＮＥを検出する回転センサ３６、内燃機関１の冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ３７、排気中の酸素濃度に応じて内燃機関１の混合気の空燃比Ａ／Ｆを検出する空燃比センサ３８などを設けてある。なお、冷却水温度ＴＷは、内燃機関１の温度を代表する状態量である。

そして、ＥＣＭ３１は、吸入空気流量ＱＡや機関回転速度ＮＥなどの機関運転条件に基づいて燃料噴射パルス幅ＴＩ（ms）を演算し、各気筒の噴射時期になると、燃料噴射弁３に噴射パルス幅ＴＩの噴射パルス信号を出力して、燃料噴射弁３による燃料噴射量及び噴射時期を制御する。
燃料噴射弁３は、噴射時間（開弁時間）に比例する量の燃料を噴射するので、噴射パルス幅ＴＩ（ms）は燃料噴射量に比例する値として演算される。

以下では、ＥＣＭ３１による燃料噴射制御を詳細に説明する。
ＥＣＭ３１は、各気筒の吸気行程にタイミングを合わせて各燃料噴射弁３による燃料噴射を個別に行わせる所謂シーケンシャル噴射制御を実施する、内燃機関１の制御装置である。
そして、燃料噴射弁３の噴射終了時期ＩＴＥが吸気行程中（吸気バルブ４の開弁中）になるように、つまり、吸気行程中（吸気バルブ４の開弁中）に燃料噴射が行われるように噴射時期を設定することで、燃料噴霧を吸気ポート２ａ内における吸気の流れに乗せて筒内に導入させることで、気化の促進を図る。

しかし、燃料噴射弁３の噴射場である吸気ポート２ａにおいて吸気バルブ４が開弁するときの吸気流速ＩＡＳが速くなると、吸気ポート２ａの横断面における領域による吸気流速差が拡大し、燃料噴霧は、流速ＩＡＳがより速い吸気の流れに乗るため、筒内における燃料分布にばらつきが生じる。
つまり、吸気流速ＩＡＳが所定値ＴＨＬを超えるときに燃料噴射弁３による燃料噴射を行わせると、筒内における燃料分布の均一性が損なわれることになる。

所定値ＴＨＬは、筒内における燃料分布の均一性を損ねることになる大きな吸気流速差を生じさせる吸気流速ＩＡＳ領域と、筒内における燃料分布の均一性を損ねる要因とならない程度の小さい吸気流速差を生じさせる吸気流速ＩＡＳ領域との境界値である。
ここで、吸気バルブ４が開弁するときの吸気流速ＩＡＳは、機関負荷が高く（吸入空気量が多く）なることでより速くなる。

このため、吸気流速ＩＡＳのピーク値（吸気バルブ４が開弁するときの吸気流速ＩＡＳの極大値）が所定値ＴＨＬを下回るような低負荷域では、吸気流速ＩＡＳの影響によって噴射時期を制限する必要性は低い。一方、吸気流速ＩＡＳのピーク値（吸気バルブ４が開弁するときの吸気流速ＩＡＳの極大値）が所定値ＴＨＬを上回るような高負荷域では、吸気流速ＩＡＳが所定値ＴＨＬを上回る期間を避けて燃料噴射を行わせるように噴射時期を設定することで、筒内における燃料分布の均一性が損なわれることを抑制できる。
そこで、ＥＣＭ３１は、吸気流速ＩＡＳ（機関負荷）に応じて燃料噴射弁３の噴射時期を変更する制御を行う。

図２は、ＥＣＭ３１が実施する噴射時期制御の第１実施形態を示す。
図２（Ａ）は、内燃機関１の低負荷領域であって吸気バルブ４が開弁するときの吸気流速ＩＡＳのピーク値ＩＡＳmaxが所定値ＴＨＬを下回る状態での噴射時期の一例を示す。
図２（Ａ）に示す噴射時期は、吸気バルブ４が開弁するときの吸気流速ＩＡＳが大きくなる期間に噴射期間が重なり、速い吸気流速を有効利用して燃料噴霧の気化促進させるように、吸気ＴＤＣ後の吸気流速ＩＡＳがピーク値ＩＡＳmaxとなる時期（クランク角位置ＣＡＳ）よりも遅い時期で燃料噴射を終えるように吸気バルブ４の開弁前から開弁後にかけて、換言すれば、吸気バルブ４の開時期ＩＶＯを跨いで燃料噴射を実施する。

なお、図２（Ａ）の噴射時期を実現する噴射制御は、噴射終了時期ＩＴＥ（噴射終了クランク角位置）を所定位置に設定し、噴射パルス幅ＴＩに相当するクランク角度だけ進角した位置を噴射開始時期ＩＴＳ（噴射開始クランク角位置）として定める制御の他、噴射開始時期ＩＴＳを所定位置に設定し、噴射パルス幅ＴＩに応じて噴射終了時期ＩＴＥが前後する制御とのいずれかを採用することができる。
また、噴射パルス幅ＴＩに相当するクランク角度とは、時間としての噴射パルス幅ＴＩをそのときの機関回転速度ＮＥに基づきクランク角度に換算した値である。

噴射終了時期ＩＴＥを所定位置に設定し、そのときの噴射パルス幅ＴＩ分だけ進角した位置を噴射開始時期ＩＴＳとする制御では、噴射終了時期ＩＴＥが略一定する。従って、例えば、吸気流速ＩＡＳがピーク値ＩＡＳmaxとなる時期ＣＡＳよりも遅い時期であって、吸気流速ＩＡＳが急激に落ち込む状態から緩やかな落ち込みに切り替わる時期ＣＳＣ（換言すれば、吸気流速ＩＡＳの減少速度が所定速度以下に低下する時期）付近を噴射終了時期ＩＴＥに設定することで、吸気バルブ４が開弁するとき（開弁初期、開弁期間前半）の吸気流速ＩＡＳが速くなる期間と噴射期間とを安定して重ねることができ、吸気流速を利用した燃料噴霧の気化効果を安定して得ることができる。

一方、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）での機関負荷に比べて機関負荷（吸入空気量）が高い高負荷領域であって、吸気バルブ４が開弁するときの吸気流速ＩＡＳのピーク値ＩＡＳmaxが所定値ＴＨＬを上回る高負荷領域での噴射時期の一例を示す。
図２（Ｂ）に示す噴射時期は、吸気バルブ４が開弁するときの吸気流速ＩＡＳが所定値ＴＨＬを上回る期間に噴射期間が重なることを抑制するために、吸気ＴＤＣ後の吸気流速ＩＡＳがピーク値ＩＡＳmaxとなる時期ＣＡＳよりも進角した時期で燃料噴射を終えるように、吸気バルブ４の開弁前から開弁後にかけて燃料噴射を実施する。換言すれば、高負荷領域では、噴射終了時期ＩＴＥを低負荷領域よりも進角させて、吸気バルブ４の開時期ＩＶＯを跨いで燃料噴射を実施する。

詳細には、図２（Ｂ）に示す高負荷領域での噴射制御では、吸気ＴＤＣ後の吸気流速ＩＡＳがピーク値ＩＡＳmaxとなる時期ＣＡＳよりも進角側及び遅角側である、吸気流速ＩＡＳが所定値ＴＨＬとなる２つのクランク角位置ＣＡ１，ＣＡ２のうち、進角側のクランク角位置ＣＡ１付近を噴射終了時期ＩＴＥに設定し、この噴射終了時期ＩＴＥからそのときの噴射パルス幅ＴＩに相当するクランク角だけ進角した位置を噴射開始時期ＩＴＳとし、当該噴射開始時期ＩＴＳから燃料噴射を開始させる。
なお、所定角度位置に設定した噴射終了時期ＩＴＥから噴射開始時期ＩＴＳを逆算する処理の代わりに、燃料噴射がクランク角位置ＣＡ１付近で終わると見込まれる所定角度位置を噴射開始時期ＩＴＳとして定め、当該噴射開始時期ＩＴＳから燃料噴射を開始させることができる。

上記の第１実施形態における噴射制御によると、吸気流速が過剰に速くならない低負荷領域では、吸気流速が速くなる期間に重ねて燃料噴射を行わせるので、吸気流速を利用した燃料噴霧の気化促進の効果を十分に得ることができる。
一方、低負荷領域に比べて吸気流速が速くなる高負荷領域で、低負荷領域と同様な噴射時期で燃料噴射を行わせると、吸気流速ＩＡＳが所定値ＴＨＬを超えるような吸気流速ＩＡＳが速い期間で燃料噴射を行わせることになってしまい、吸気ポート２内における吸気流速のばらつきが大きいことで筒内での燃料分布のばらつきを発生させてしまう。

しかし、第１実施形態のように、高負荷領域において低負荷領域に比べて噴射終了時期ＩＴＥを進角させれば、吸気流速ＩＡＳが過剰に速い状態（ＩＡＳ＞ＴＨＬの状態）で燃料が噴射されることを抑制でき、筒内における燃料分布のばらつきを抑制できる。
特に、吸気流速ＩＡＳが所定値ＴＨＬにまで上昇したときに（クランク角位置ＣＡ１で）燃料噴射を終了させれば、噴射期間での吸気流速ＩＡＳは全域で所定値ＴＨＬを下回ることになり、吸気流速による燃料分布のばらつきを可及的に小さくできる。

また、高負荷領域であっても、吸気バルブ４の開弁時期ＩＶＯから吸気流速ＩＡＳが所定値ＴＨＬに達するまでの期間では燃料噴射を行うから、吸気流速を利用して燃料噴霧の気化を促進させることができる。
更に、高負荷領域で吸気バルブ４の開弁前に噴射された燃料は、吸気ポート２内に拡散し、吸気バルブ４が開いて発生した吸気の流れに乗って筒内に導入されるので、筒内の燃料分布の均一化を促進できる。

これらにより、吸気流速が速くなる高負荷領域において、筒内に十分に気化した燃料を均一に分布させることができるので、燃焼性が改善され、燃費性能を向上させることができる。
なお、機関負荷領域を低負荷領域と高負荷領域とに分けることで、吸気流速ＩＡＳが速い状態と遅い状態とに分け、機関負荷が高負荷領域に該当する場合には、低負荷領域に該当する場合に比べてより進角した噴射終了時期ＩＴＥ（又は噴射開始時期ＩＴＳ）を設定することができる一方、機関負荷の増加に応じてより多段階に噴射終了時期ＩＴＥ（又は噴射開始時期ＩＴＳ）をより進角させることができる。

図３のフローチャートは、第１実施形態でのＥＣＭ３１による噴射時期制御の流れを示す。
図３のフローチャートのルーチンは、ＥＣＭ３１によって一定時間毎に繰り返し実行され、まず、ステップＳ１０１で、ＥＣＭ３１は、機関負荷ＴＰ、機関回転速度ＮＥを検出する。
なお、機関負荷は、内燃機関１の吸入空気量、吸気負圧、スロットル開度、燃料噴射パルス幅ＴＩなどで代表させることができる。

次いで、ステップＳ１０２においてＥＣＭ３１は、そのときの機関負荷ＴＰ及び機関回転速度ＮＥが、所定の低負荷領域（低負荷低回転領域）に含まれるか、所定の高負荷領域（高負荷高回転領域）に含まれるかの検出を行う。
ここで、低負荷領域は、吸気バルブ４が開弁するときの吸気流速ＩＡＳのピーク値ＩＡＳmaxが所定値ＴＨＬを下回る運転領域として設定してあり、高負荷領域は、ピーク値ＩＡＳmaxが所定値ＴＨＬを上回る運転領域である。つまり、低負荷領域、高負荷領域のいずれに該当するかの判断は、吸気バルブ４が開弁するときの吸気流速ＩＡＳが設定よりも速いか否かを判断する処理である。

所定値ＴＨＬは、前述のように、筒内における燃料分布の均一性を損ねることになる大きな吸気流速差を吸気ポート２ａ内に生じさせる吸気流速ＩＡＳ領域と、筒内における燃料分布の均一性を損ねる要因とならない程度の小さい吸気流速差を吸気ポート２ａ内に生じさせる吸気流速ＩＡＳ領域との境界値である。
そして、ステップＳ１０３で、ＥＣＭ３１は、現在の内燃機関１の運転状態が、低負荷領域に該当しているか否かを判定し、低負荷領域で内燃機関１が運転されている場合には、ＥＣＭ４１は、ステップＳ１０４にて噴射終了時期ＩＴＥに低負荷用（低流速用）噴射終了時期ＩＴＥＬをセットする。

上記の低負荷用噴射終了時期ＩＴＥＬは、図２（Ａ）に示したように、吸気バルブ４が開弁するときの吸気流速ＩＡＳがピーク値ＩＡＳmaxとなる時期よりも遅れた時期であり、吸気流速ＩＡＳがピーク値ＩＡＳmaxとなる時期を含む吸気流速ＩＡＳが速い領域と噴射期間とが重なるようにしてある。
一方、内燃機関１が高負荷領域で運転されている場合、ＥＣＭ３１は、ステップＳ１０５にて噴射終了時期ＩＴＥに高負荷用（高流速用）噴射終了時期ＩＴＥＬをセットする。

上記の高負荷用噴射終了時期ＩＴＥＨは、図２（Ｂ）に示したように、吸気バルブ４が開弁するときの吸気流速ＩＡＳがピーク値ＩＡＳmaxとなる時期よりも進角した時期であって、吸気流速ＩＡＳが所定値ＴＨＬ（ＴＨＬ＜ＩＡＳmax）となる時期又はその近傍に設定され、吸気流速ＩＡＳが所定値ＴＨＬを超える期間に燃料噴射期間が重なることを抑制する。
ＥＣＭ３１は、上記のようにして機関負荷状態（吸気流速）に応じて噴射終了時期ＩＴＥを決定すると、ステップＳ１０６にて、そのときの噴射パルス幅ＴＩに相当するクランク角だけ噴射終了時期ＩＴＥから進角したクランク角位置を噴射開始時期ＩＴＳと定め、この噴射開始時期ＩＴＳで噴射パルス幅ＴＩの噴射パルス信号を該当する気筒の燃料噴射弁３に出力する。

なお、ステップＳ１０４とステップＳ１０５との少なくとも一方における噴射終了時期ＩＴＥの設定を、噴射開始時期ＩＴＳの設定に置き換えることができる。
ステップＳ１０５における噴射終了時期ＩＴＥの設定を、噴射開始時期ＩＴＳの設定に置き換える場合には、例えば、高負荷領域のうちの燃費性能が要求される部分領域で、負荷変化による噴射パルス幅の変化があっても高負荷用噴射終了時期ＩＴＥＨ付近で略噴射を終了させることができる時期を噴射開始時期ＩＴＳＨとして定めておき、ステップＳ１０５において、ＥＣＭ３１が、噴射開始時期ＩＴＳＨを、最終的な噴射開始時期ＩＴＳにセットする構成とすることができる。

図４は、ＥＣＭ３１が実施する噴射時期制御の第２実施形態を示す。
図４に示す第２実施形態の噴射制御は、噴射終了時期ＩＴＥの設定制御については第１実施形態と同様であるが、第１実施形態では負荷領域（吸気流速）に関わらず燃料を一括して噴射し、第２実施形態では吸気流速ＩＳＡが高いときに（高負荷領域において）分割噴射を行わせる点が異なる。
なお、一括噴射とは、１サイクル分の燃料量を１回の連続した開弁動作で供給する噴射形式である。一方、分割噴射とは、１サイクル分の燃料量を、２回以上に分けて噴射する噴射形式であり、１回開弁動作（１回噴射）させると、噴射停止期間が経過してから次回の開弁動作（噴射）を行わせる。

図４（Ａ）に示す低負荷領域での噴射制御は、図２（Ａ）に示した低負荷領域での噴射制御と同様であって一括噴射を行う例を示し、図４（Ｂ）には、吸気流速ＩＳＡが高い高負荷領域で分割噴射を行う例を示してある。
図４（Ｂ）において、高負荷用噴射終了時期ＩＴＥＨは、吸気バルブ４が開弁するときの吸気流速ＩＡＳがピーク値ＩＡＳmaxとなる時期ＣＡＳよりも進角した時期であって、吸気流速ＩＡＳが所定値ＴＨＬとなる時期ＣＡ１（又はその近傍）に設定される。

そして、高負荷用噴射終了時期ＩＴＥＨで終了させる燃料噴射を、１サイクル分の燃料量を略均等に２回に分けて噴射する分割噴射としてある。
分割噴射において、ＥＣＭ３１は、噴射パルス幅ＴＩ（ms）の半分のパルス幅での初回噴射動作を行わせた後、所定の噴射停止期間（ms）を経て、残りの半分のパルス幅での２回目（最終回）噴射動作を行わせ、２回目（最終回）噴射動作の終了が高負荷用噴射終了時期ＩＴＥＨとなるように制御する。

即ち、噴射パルス幅ＴＩに相当するクランク角度と、噴射停止期間に相当するクランク角度とを合計した角度だけ、高負荷用噴射終了時期ＩＴＥＨから進角したクランク角位置を噴射開始時期ＩＴＳに定める。そして、噴射開始時期ＩＴＳからパルス幅ＴＩ／２の噴射パルス信号を出力した後、噴射停止期間（ms）だけの経過を待って、パルス幅ＴＩ／２の噴射パルス信号を出力する。
なお、図４（Ｂ）には、分割噴射として分割数を２とする例を示したが、分割数を２回に限定するものではなく、分割数を３回以上とする分割噴射を行わせることができ、また、機関運転状態に応じて分割数を可変に設定することができ、例えば、噴射パルス幅ＴＩが長くなるほど分割数を増やすことができる。

上記のように、吸気流速ＩＡＳが速くなる高負荷領域であって噴射終了時期ＩＴＥが低負荷領域よりも進角されるときに分割噴射を行わせることで、吸気バルブ４が開弁する前の噴射で吸気ポート２ａの壁面に付着する燃料の量を抑制でき、また、吸気バルブ４の開弁前での吸気ポート２ａ内における燃料噴霧の偏りを抑制でき、結果、筒内での燃料分布の均一化及び燃焼性の改善を図ることができる。
つまり、分割噴射によって１回当たりの噴射時間を短くすることで、燃料噴霧の貫徹力が低下するから、吸気バルブ４の開弁前の噴射、換言すれば、吸気の流れが弱い状態での噴射では、燃料噴霧を吸気ポート２ａ内に拡散させることができ、また、吸気ポート２ａの壁面に吹き付けられる燃料の量（壁流量）を抑制できる。

ここで、１回当たりの噴射時間を短くするほど、貫徹力を弱めることが可能であるので、分割数（分割噴射の１回当たりの噴射時間）は、上記の作用、効果が十分に得られる値に設定する。
分割回数を一定とすると、機関負荷の増大に伴って噴射パルス幅が増加することで分割噴射の１回当たりの噴射パルス幅が増加し、燃料噴霧の貫徹力が強くなってしまう。そこで、噴射パルス幅が増加するのに応じて分割数を増大させ、機関負荷が増大しても開弁前に噴射される燃料噴霧の貫徹力を所定値よりも弱く維持することができる。

図５のフローチャートは、第２実施形態でのＥＣＭ３１による噴射制御の流れを示す。
図５のフローチャートのルーチンは、ＥＣＭ３１によって一定時間毎に繰り返し実行され、まず、ステップＳ２０１で、ＥＣＭ３１は、機関負荷ＴＰ、機関回転速度ＮＥを検出する。

次いで、ステップＳ２０２においてＥＣＭ３１は、そのときの機関負荷ＴＰ及び機関回転速度ＮＥが、低負荷領域（低負荷低回転領域）に含まれるか、高負荷領域（高負荷高回転領域）に含まれるかの検出を行う。
なお、ステップＳ２０１、ステップＳ２０２におけるＥＣＭ３１の処理は、図３のフローチャートに示したステップＳ１０１、ステップＳ１０２と同様である。

そして、ステップＳ２０３で、ＥＣＭ３１は、現在の内燃機関１の運転状態が、低負荷領域に該当しているか否かを判定し、低負荷領域で内燃機関１が運転されている場合、ＥＣＭ４１は、ステップＳ２０４にて噴射終了時期ＩＴＥに低負荷用（低流速用）噴射終了時期ＩＴＥＬをセットする。
更に、低負荷領域に該当している場合、ＥＣＭ３１は、ステップＳ２０５において、噴射パルス幅ＴＩのクランク角度換算値だけ低負荷用噴射終了時期ＩＴＥＬから進角した角度位置を噴射開始時期ＩＴＳとして算出し、当該噴射開始時期ＩＴＳで噴射パルス幅ＴＩの噴射パルス信号の出力を行う一括噴射を設定する。

一方、内燃機関１が高負荷領域で運転されている場合、ＥＣＭ３１は、ステップＳ２０６にて噴射終了時期ＩＴＥに高負荷用（高流速用）噴射終了時期ＩＴＥＬをセットする。
内燃機関１が高負荷領域で運転されている場合、更にＥＣＭ３１は、ステップＳ２０７で分割噴射の設定を行う。
分割噴射の設定とは、分割数、噴射間の停止時間（噴射間隔）、各回における燃料噴射量の分担率などの設定であり、係る分割噴射の設定と噴射パルス幅ＴＩとから、分割噴射の開始（初回噴射の始まり）から終了（最終回噴射の終わり）までの時間が決まることになる。

次いで、ＥＣＭ３１は、ステップＳ２０８で、一括噴射におけるパルス幅である噴射パルス幅ＴＩと、分割噴射の設定（分割数、噴射間の停止時間など）とから、分割噴射の開始から終了までの時間、換言すれば、分割初回の噴射開始から最終回の噴射終了までの時間を算出する。
更に、ＥＣＭ３１は、ステップＳ２０８にて、分割噴射の開始から終了までの時間を、そのときの機関回転速度ＮＥに基づきクランク角に換算し、この換算演算で求めたクランク角だけ高負荷用噴射終了時期ＩＴＥＬから進角したクランク角位置を噴射開始時期ＩＴＳとして定める。そして、ＥＣＭ３１は、噴射開始時期ＩＴＳから、設定の分割数などに応じて複数回にわたって噴射パルスを出力する分割噴射を設定する。

ところで、図４（Ｂ）に示した高負荷領域（吸気流速が速い領域）での分割噴射では、各回の噴射パルス幅を均一に設定したが、不均一に設定することもできる。そして、各回の噴射パルス幅を不均一とすることで、分割噴射の各回の噴射時期に適した貫徹力に調整することができる。
図６は、ＥＣＭ３１が実施する噴射時期制御の第３実施形態を示す。

図６に示す第３実施形態において、ＥＣＭ３１は、噴射終了時期ＩＴＥを第１、第２実施形態と同様に制御し、第２実施形態と同様に、高負荷領域（吸気流速が速い領域）で分割噴射を行わせるが、分割噴射の各回の噴射パルス幅を不均一に制御する。
図６（Ａ）は、高負荷領域（吸気流速が速い領域）での分割噴射の分割回数を４回とした例であって、４回のうちの最初の３回の噴射パルス幅ＴＩ（１）〜ＴＩ（３）が略同等であり、最後の１回の噴射パルス幅ＴＩ（４）を噴射パルス幅ＴＩ（１）〜ＴＩ（３）よりも長く設定した例である。

一方、図６（Ｂ）は、分割噴射の分割回数を３回とした例であって、３回のうちの最初の２回の噴射パルス幅ＴＩ（１）、ＴＩ（２）が略同等であり、最後の１回の噴射パルス幅ＴＩ（３）を噴射パルス幅ＴＩ（１）、ＴＩ（２）よりも長く設定した例である。
分割噴射の最後の回の噴射期間は、少なくとも後半部分が吸気バルブ４の開弁期間に重なり、吸気流速が上昇する過程で噴射されることになる。そして、吸気流速の速い状態では、吸気の流れによって燃料噴霧の向う方向が偏向されることで、燃料噴霧が吸気ポート２ａの壁面に液状のまま付着する場合がある。

ここで、吸気バルブ４の開弁後では、燃料噴霧の貫徹力が弱いほど吸気の流れによって燃料噴霧が偏向され易くなって、吸気ポート２ａの壁面に燃料が液状のまま付着し易くなる。一方、吸気の流れが弱い吸気バルブ４の開弁前では、燃料噴霧の貫徹力が高いと、燃料噴霧が吸気の流れに影響されることなく進みかつ燃料噴霧の到達距離が長いことで、燃料噴霧が吸気ポート２ａの壁面に液状のまま付着し易くなる。
従って、吸気の流れが弱い吸気バルブ４の開弁前の噴射では、燃料噴霧の貫徹力を弱めることが燃料の壁面付着量を軽減することになり、逆に、吸気の流れが強くなる吸気バルブ４の開弁後の噴射では、燃料噴霧の貫徹力を強めることが燃料の壁面付着量を軽減することになる。

そこで、第３実施形態において、ＥＣＭ３１は、吸気バルブ４の開弁後に噴射が終了することになる分割最終回の噴射における噴射パルス幅を、最終回よりも前の回での噴射であって吸気バルブ４の開弁前に噴射を終える噴射における噴射パルス幅よりも長くし、最終回で噴射される燃料噴霧の貫徹力が、最終回よりも前の回で噴射される燃料噴霧の貫徹力よりも強くなるように制御する。
係る分割噴射制御による噴射パルス幅の設定例を示したのが、図６（Ａ）、（Ｂ）であり、いずれの場合も、最終回の噴射における噴射パルス幅を、最終回よりも前の回での噴射パルス幅よりも長くすることで、最終回で噴射される燃料噴霧の貫徹力を、最終回よりも前の回で噴射される燃料噴霧の貫徹力に比べて強くする。

上記第３実施形態では、高負荷領域（吸気流速が速い領域）での分割噴射において、吸気バルブ４の開弁前に噴射される燃料噴霧が吸気ポート２ａの壁面に液状のまま付着することを抑制しつつ、吸気バルブ４の開弁後に噴射される燃料噴霧が吸気ポート２ａの壁面に液状のまま付着することを抑制できる。これにより、吸気ポート２ａの壁面に付着した燃料が液状のまま燃焼室５内に流れ込み、燃焼性を悪化させることを抑制できる。
なお、最終回よりも前の回での噴射パルス幅は、全て同等に設定することができる他、例えば、噴射回数が増える毎に噴射パルス幅を増やすなど、最終回よりも前の回での噴射パルス幅を不均一に設定することもできる。最終回よりも前の回での噴射パルス幅を不均一に設定することで、各回の貫徹力（換言すれば、燃料噴霧の到達距離）が異なるようになるので、吸気バルブ４の開弁前に噴射される燃料を吸気ポート２ａ内に分散させることができる。

また、内燃機関１の負荷が増えるほど、吸気バルブ４が開いたときの吸気流速が速くなって燃料噴霧が偏向され易くなるので、機関負荷が増えるほど、燃料の全噴射量（分割噴射における各回での噴射量の総計）に占める最終回での噴射量の割合を増やして、吸気流速が速くなるほど燃料噴霧の貫徹力を強めることができる。
これにより、機関負荷の増加に伴って吸気流速がより速くなっても、最終回に噴射された燃料噴霧が吸気の流れによって偏向されて壁面付着量が増大することを抑制しつつ、機関負荷が低いときに貫徹力が過剰になって壁面付着量が増大することを抑制できる。

また、分割噴射における各回での噴射パルス幅の設定制御としては、最終回よりも前の回での噴射パルス幅を固定し、最終回での噴射パルス幅を機関負荷に応じて変更したり、分割噴射の各回での噴射量割合を設定し、各回での噴射量（噴射パルス幅）を内燃機関１の負荷に応じて変更したりすることができる。

上記実施形態で説明した各技術的思想は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて使用することができる。
また、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。

例えば、吸気バルブ４のバルブタイミングを可変とする可変動弁機構を備えた内燃機関１に本発明を適用することができ、この場合、バルブタイミングの変更に伴って吸気流速ＩＡＳがピーク値ＩＡＳmaxとなる時期及び所定値ＴＨＬが変わることから、バルブタイミングの変更に応じて噴射終了時期ＩＴＥを変更することができる。
また、機関温度が低く燃料噴霧の気化性能が低下する場合には、燃料噴霧の粒径が大きくなることで、噴霧の貫徹力が強まり、吸気の流れに影響を受け難くなるので、噴射終了時期ＩＴＥを高温である場合よりも遅角させて、吸気の流れを利用した気化促進を図ることができる。

また、機関温度が低い場合には壁流量が増え易くなるので、高負荷領域（吸気流速が速い領域）であるときに、機関温度が設定温度を下回る場合は分割噴射を行わせ、機関温度が設定温度を上回る場合は一括噴射を行わせることができ、更に、分割噴射における最終回よりも前の回での噴射パルス幅を、機関温度が低くなるほど短くしたり、分割噴射における分割数を機関温度が低くなるほど多くしたりすることができる。これにより、機関温度の条件が異なっても、壁流量を安定的に抑制でき、また、筒内における燃料分布の均一化を図ることができる。

また、機関負荷が増加することで吸気流速が速くなるので、上記各実施形態では、機関負荷の増大を吸気流速の増加として検出させたが、吸気流速を検出する流速センサを設け、ＥＣＭ３１が、流速センサが検出した吸気流速に応じて噴射終了時期ＩＴＥを制御する構成とすることができる。流速センサを設ければ、吸気流速に応じた噴射終了時期ＩＴＥの制御の精度を向上させることができるが、機関負荷に応じて噴射終了時期ＩＴＥを制御する構成では、流速センサが不要でシステム構成を簡略化できる。

１…内燃機関、２ａ…吸気ポート（吸気通路）、３…燃料噴射弁、４…吸気バルブ、５…燃焼室、３１…ＥＣＭ（制御装置）

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気バルブの上流側の吸気通路に設けた燃料噴射弁による燃料噴射を制御する制御装置であって、
   前記吸気バルブの開弁中を噴射終了時期とする噴射制御において、前記吸気バルブが開弁するときの吸気流速が増加したときに、噴射終了時期を進角して前記吸気バルブの開弁前から開弁後にかけて燃料噴射を行わせる、内燃機関の制御装置。
2. 前記吸気バルブが開弁するときの吸気流速が極大値となるタイミングよりも前に噴射終了時期を進角する、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記吸気バルブが開弁するときの吸気流速の増加に応じて、前記燃料噴射弁による燃料噴射を一括噴射から分割噴射に切り替える、請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
4. 噴射終了時期を、吸気流速が極大値となるタイミングより後から、吸気流速が極大値となるタイミングより前であって吸気流速が所定速度を下回る領域に進角する、請求項２記載の内燃機関の制御装置。
5. 分割噴射における最終回の噴射での噴射パルス幅を、最終回よりも前の回での噴射パルス幅よりも長くする、請求項３記載の内燃機関の制御装置。
6. 機関負荷の増大を前記吸気流速の増加として検出する、請求項１から５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。