JP2019094783A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気通路噴射及び筒内噴射が可能な内燃機関において、燃料噴射量の比率を切り替えた直後の筒内空燃比を適切に制御する。【解決手段】吸気通路噴射弁２２と筒内噴射弁２１を備え、エンジン１の運転状態に基づいてＭＰＩモードとＤＩ＋ＭＰＩモードとに切り替え可能な内燃機関において、ＤＩ噴射量Ｆdiのうち筒内に付着せずに燃焼する燃料量の割合であるＤＩ直接燃焼率αdiを演算する直接燃焼率演算部３３と、筒内に付着している燃料量のうち蒸発する燃料量の割合である筒内蒸発率Ｚを演算する筒内蒸発率演算部３４と、を有し、少なくともＤＩ直接燃焼率αdi及び筒内蒸発率Ｚに基づいて燃料噴射制御を行う噴射量演算部３２を備え、噴射量演算部３２は、ＭＰＩモードとＤＩ＋ＭＰＩモードとの間を切り替えた際に、ＤＩ直接燃焼率αdiまたは筒内蒸発率Ｚを補正して、燃料噴射モードが維持されている場合とは燃料噴射量を異なる値に補正する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に吸気通路噴射及び筒内噴射が可能な内燃機関における燃料噴射制御に関する。

自動車等に搭載されるエンジン（内燃機関）において、高圧の燃料を筒内（燃焼室内）に噴射する筒内噴射弁と、筒内噴射よりも相対的に低圧の燃料を吸気ポート等の吸気通路に噴射する吸気通路噴射弁とを備え、エンジンの運転状態に応じて筒内噴射弁と吸気通路噴射弁とを切り替えて、エンジンの全運転領域で良好に燃料供給を行うデュアル噴射型エンジンが知られている。

ところで、吸気通路噴射弁を備えたエンジンにおいて、吸気通路噴射弁により吸気ポート内に噴射された燃料の一部は、吸気バルブの表面や吸気ポートの壁面に付着して液膜を形成する。また、この液膜状に付着している燃料は、吸気ポートの温度や圧力に応じて蒸発し、筒内へ導入される。したがって、筒内に導入される燃料量は、温度に応じて吸気通路噴射弁からの燃料噴射量に対して減少したり増加したりする可能性がある。そこで、吸気バルブや吸気ポート等の吸気通路内における燃料付着量や燃料蒸発量を推定し、これらを吸気通路噴射弁の燃料噴射量に反映させ、筒内の空燃比を所望の値に制御する技術が提案されている。

更に、特許文献１には、上記のようなデュアル噴射型エンジンにおいて、吸気ポート内における燃料付着量及び燃料蒸発量だけでなく、筒内噴射弁により燃料を噴射した際の筒内の燃料付着量及び燃料蒸発量を推定し、筒内噴射弁及び吸気通路噴射弁の燃料噴射量に反映させる技術が提案されている。詳しくは、特許文献１においては、筒内噴射及び吸気通路噴射の両方を行う燃料噴射モード（ＤＩ＋ＭＰＩモード）を備え、当該ＤＩ＋ＭＰＩモードにおいて、吸気ポート燃料付着量、筒内燃料付着量、更には吸気ポート燃料蒸発量、筒内燃料蒸発量を推定し、これらの燃料付着量及び燃料蒸発量を考慮して筒内燃料噴射量及び吸気ポート燃料噴射量を設定する。

特開２０１５−１５８１８０号公報

しかしながら、上記特許文献１のように、吸気ポート及び筒内における燃料付着量及び燃料蒸発量を推定して筒内燃料噴射量及び吸気ポート燃料噴射量を設定したとしても、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射モードが切り替わった場合、例えば筒内燃料噴射を行う燃料噴射モード（ＤＩ＋ＭＰＩモードあるいはＤＩモード）と筒内燃料噴射量を行わない燃料噴射モード（ＭＰＩモード）との間で切り替わった直後では、切り替わる前の筒内燃料付着状態が影響して、筒内空燃比が所望の値と異なってしまう虞があり、排気性能が低下するといった問題点があった。

本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、吸気通路噴射及び筒内噴射が可能な内燃機関において、燃料噴射量の比率を切り替えた直後の筒内空燃比を適切に制御する内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関の吸気通路に燃料を噴射する第１の燃料噴射手段と、前記内燃機関の筒内に燃料を噴射する第２の燃料噴射手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第１の燃料噴射手段による燃料噴射量と前記第２の燃料噴射手段による燃料噴射量との比率を設定し、前記第１の燃料噴射手段及び前記第２の燃料噴射手段の燃料噴射量を制御する噴射量制御部と、を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記噴射量制御部は、前記第２の燃料噴射手段により噴射された燃料噴射量のうち前記筒内に付着せずに前記筒内で燃焼する燃料量の割合である直接燃焼率を演算する直接燃焼率演算部と、前記筒内に付着している燃料量のうち蒸発する燃料量の割合である筒内蒸発率を演算する筒内蒸発率演算部と、を備え、少なくとも前記直接燃焼率及び前記筒内蒸発率に基づいて前記第１の燃料噴射手段による燃料噴射量と前記第２の燃料噴射手段による燃料噴射量を設定するとともに、前記第１の燃料噴射手段による燃料噴射量と前記第２の燃料噴射手段による燃料噴射量との比率を変更した際に、前記直接燃焼率または前記筒内蒸発率を補正して、前記第１の燃料噴射手段による燃料噴射量または前記第２の燃料噴射手段による燃料噴射量を設定することを特徴とする。

筒内への燃料噴射量と吸気通路への燃料噴射量との比率を変更可能な内燃機関においては、当該燃料噴射量の比率を変更した直後では、変更する直前までの筒内の燃料付着量が影響するため、比率の変更から所定噴射回数を経過するまでの間と所定噴射回数の経過後とは筒内燃料付着量または筒内燃料蒸発量が異なる。したがって、比率の変更直後において、比率が変更せずに維持されている場合と同様に直接燃焼率及び筒内蒸発率を設定して第１の燃料噴射手段及び第２の燃料噴射手段の燃料噴射量を制御すると、筒内空燃比が所望の値から一時的に外れる可能性がある。

これに対し、本発明は、筒内への燃料噴射量と吸気通路への燃料噴射量との比率を変更した際に、前記直接燃焼率または前記筒内蒸発率を補正して、前記第１の燃料噴射手段による燃料噴射量または前記第２の燃料噴射手段による燃料噴射量を設定することで、燃料噴射量の比率を変更した直後から筒内空燃比を所望の値に制御することができる。
その他の態様として、前記噴射量制御部は、前記第１の燃料噴射手段により吸気通路に燃料を噴射する第１の噴射モードと、少なくとも前記第２の燃料噴射手段により筒内に燃料を噴射する第２の噴射モードとを切り替えることで、前記第１の燃料噴射手段による燃料噴射量と前記第２の燃料噴射手段による燃料噴射量との比率を変更することが好ましい。

この態様によれば、第１の噴射モードと第２の噴射モードとの間で切り替えた際には、これらの噴射モードが維持されている場合と、直接燃焼率または筒内蒸発率が異なる値に設定され、噴射モードを変更した直後から筒内空燃比を所望の値に制御することが可能となる。
その他の態様として、前記直接燃焼率演算部は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第１の噴射モードから前記第２の噴射モードへの切り替え直後の所定噴射回数では、当該所定噴射回数以降よりも前記直接燃焼率を低下するように補正し、前記噴射量制御部は、前記第１の噴射モードから前記第２の噴射モードへの切り替え直後の所定噴射回数において、低下した前記直接燃焼率に応じて前記第２の燃料噴射手段による燃料噴射量を増加させることが好ましい。

この態様によれば、第１の噴射モードから第２の噴射モードに切り替わった際に、切り替え直後の所定噴射回数では直接燃焼率が低下し第２の燃料噴射手段による燃料噴射量が増加するので、第１の噴射モードから第２の噴射モードへの切り替わり直後における筒内空燃比の一時的な増加を解消して所望の筒内空燃比に維持することができる。
その他の態様として、前記筒内蒸発率演算部は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第２の噴射モードから前記第１の噴射モードに切り替わった際に、前記筒内蒸発率を前記第２の噴射モードにおいて設定される値よりも増加するように補正し、前記噴射量制御部は、前記第２の噴射モードから前記第１の噴射モードへの切り替え直後の所定噴射回数において、増加した前記筒内蒸発率に応じて前記第１の燃料噴射手段による燃料噴射量を低下させることが好ましい。

この態様によれば、第２の噴射モードから第１の噴射モードに切り替わった際に筒内蒸発率が増加し、切り替え直後の所定噴射回数では第１の燃料噴射手段による燃料噴射量が低下するので、第２の噴射モードから第１の噴射モードに切り替わった直後における筒内空燃比の一時的な低下を解消して所望の筒内空燃比に維持することができる。
その他の態様として、前記直接燃焼率演算部は、前記第２の噴射モードから前記第１の噴射モードに切り替わって所定燃焼サイクル経過する前に前記第２の噴射モードに切り替わった場合には、前記第１の噴射モードにおいて前記所定燃焼サイクル以上経過して前記第２の噴射モードに切り替わった場合よりも、前記直接燃焼率を増加するように補正することが好ましい。

この態様によれば、第２の噴射モードから前記第１の噴射モードに切り替わって所定燃焼サイクル経過する前に第２の噴射モードに切り替わった場合には、筒内に燃料が付着している状態で第２の噴射モードに切り替わるので、所定燃焼サイクル以上経過して第２の噴射モードに切り替わった場合よりも直接燃焼率を増加させることで、第２の燃料噴射手段による燃料噴射量の増加を抑え、第１の噴射モードから第２の噴射モードに切り替わった直後における筒内空燃比の一時的な増加を解消させる制御を過度に実行することを抑えて、所望の筒内空燃比に維持することができる。

本発明によれば、燃料噴射量の比率を変更した直後から、筒内空燃比を適切に制御して排気性能を向上させることができる。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。 ＭＰＩモードにおける燃料噴射量の演算方法を説明するための模式図である。 ＤＩ＋ＭＰＩモードにおける燃料噴射量の演算方法を説明するための模式図である。 ＭＰＩモード→ＤＩ＋ＭＰＩモード切り替え時における燃料噴射量の演算方法を説明するための模式図である。 ＤＩ＋ＭＰＩモード→ＭＰＩモード切り替え時における燃料噴射量の演算方法を説明するための模式図である。 燃料噴射モードを切り替えた場合の各種パラメータの推移を示すタイムチャートの一例である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の燃料噴射制御装置が適用されたエンジン１（内燃機関）の概略構成図である。
図１に示すように、エンジン１は、シリンダヘッド３とピストン６とで形成される燃焼室１０に臨むようにシリンダヘッド３に配設された筒内噴射弁（第２の燃料噴射手段）２１より燃焼室１０内（筒内）へ燃料を直接噴射する筒内噴射と、吸気ポート（吸気通路）１２に臨むようにシリンダヘッド３に配設された吸気通路噴射弁２２（第１の燃料噴射手段）より吸気ポート１２内へ燃料を噴射するポート噴射とが可能な４サイクル直列多気筒型ガソリンエンジンである。

図１にはエンジン１の１つの気筒についての縦断面が示されている。なお、他の気筒についても同様の構成をしているものとして図示及び説明を省略する。
図１に示すように、エンジン１はシリンダブロック２にシリンダヘッド３が載置されて構成されている。
シリンダブロック２には、エンジン１を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサ４が設けられている。また、シリンダブロック２に形成されているシリンダ５内には上下摺動可能にピストン６が設けられている。当該ピストン６はコンロッド７を介してクランクシャフト８に連結されている。また、シリンダブロック２には、当該エンジン１の回転速度及びクランクシャフト８の位相を検出するクランク角センサ９が設けられている。また、シリンダヘッド３とシリンダ５とピストン６で燃焼室１０が形成されている。

シリンダヘッド３には、燃焼室１０に臨むようにして点火プラグ１１が設けられている。また、シリンダヘッド３には、燃焼室１０からシリンダヘッド３の一側面に向かって吸気ポート１２が形成されており、燃焼室１０からシリンダヘッド３の他側面に向かって排気ポート１３が形成されている。そして、シリンダヘッド３には、燃焼室１０と吸気ポート１２との連通及び遮断を行う吸気バルブ１４と、燃焼室１０と排気ポート１３との連通及び遮断を行う排気バルブ１５が設けられている。また、シリンダヘッド３上部には吸気バルブ１４を駆動する吸気カム１６を有した吸気カムシャフト１８と、排気バルブ１５を駆動する排気カム１７を有した排気カムシャフト１９とがそれぞれ設けられている。また、シリンダヘッド３の一側面には吸気ポート１２と連通するように吸気マニホールド２０が接続されている。更にシリンダヘッド３の吸気マニホールド２０が接続された側面には、燃焼室１０内に臨むように筒内噴射弁２１と、吸気ポート（吸気通路）１２内に臨むように吸気通路噴射弁２２が設けられている。一方、シリンダヘッド３の吸気マニホールド２０が接続された側面とは反対側の側面には、排気ポート１３と連通するように排気マニホールド２３が接続されている。

筒内噴射弁２１には、燃料配管２４を介して、高圧の燃料を供給する高圧ポンプ２５と高圧ポンプ２５に燃料タンク２６内の燃料を供給するフィードポンプ２７が接続されている。そして、筒内噴射弁２１は、燃焼室１０内に高圧の燃料を噴射するものである。
吸気通路噴射弁２２には、燃料配管２４を介して燃料タンク２６内の燃料を供給するフィードポンプ２７が接続されている。そして、吸気通路噴射弁２２は、吸気ポート（吸気通路）１２内に筒内噴射弁２１から噴射される燃料と比べ比較的低圧な燃料を噴射するものである。

吸気マニホールド２０の吸気上流端には図示しない吸気管、吸入空気流量を調節する図示しない電子制御スロットルバルブが設けられている。そして、電子制御スロットルバルブには、スロットルバルブの開き度合を検出する図示しないスロットルポジションセンサが備えられている。また、電子制御スロットルバルブの上流側の吸気管には吸入空気流量を検出する図示しないエアフローセンサが設けられているとともに、吸気管の吸気上流端には図示しないエアクリーナが設けられている。

また、排気マニホールド２３の排気下流端には、排気管（排気通路）２８を介して三元触媒等の排気浄化触媒２９が備えられている。
そして、上記水温センサ４、クランク角センサ９、吸気圧センサ、スロットルポジションセンサ、エアフローセンサ及び車両の車速を検出する図示しない車速センサ等の各種センサ類は、車両に搭載されているエンジンコントロールユニット３０の入力側に電気的に接続されている。

エンジンコントロールユニット３０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、タイマ及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成され、上記の各種センサ等から検出情報を入力する。
一方、エンジンコントロールユニット３０の出力側には、上記点火プラグ１１、筒内噴射弁２１、吸気通路噴射弁２２、電子制御スロットルバルブ等の各種装置が電気的に接続されており、これら各種装置には各種センサ類からの検出情報に基づき演算された点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等がそれぞれ出力される。

エンジンコントロールユニット３０には、燃料噴射モードを判定するモード判定部３１と、吸気通路噴射弁２２及び筒内噴射弁２１の夫々の燃料噴射量を演算する噴射量演算部３２（噴射量制御部）を備えている。更に、噴射量演算部３２は、直接燃焼率演算部３３と筒内蒸発率演算部３４とを備えている。
モード判定部３１は、アクセル操作量等の情報からエンジン１の負荷を演算し、当該負荷とエンジン回転速度センサ４１により検出したエンジン回転速度に基づいて、燃料噴射モードを選択する。燃料噴射モードは、吸気通路噴射弁２２により吸気ポート１２に燃料を噴射する吸気通路燃料噴射モード（ＭＰＩモード）と、筒内噴射弁２１により筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射モード（ＤＩモード）と、吸気通路噴射弁２２による燃料噴射と筒内噴射弁２１による燃料噴射とを同時に行う吸気通路＋筒内燃料噴射モード（ＤＩ＋ＭＰＩモード）とを選択可能となっている。なお、ＭＰＩモードは本発明の第1の噴射モードに該当し、ＤＩモード及びＤＩ＋ＭＰＩモードは本発明の第２の噴射モードに該当する。

モード判定部３１は、例えば高負荷領域ではＤＩモード、低負荷領域ではＭＰＩモードを選択する。更に、モード判定部３１は、ＭＰＩモードを行なう低負荷領域において、高圧ポンプ２５の温度上昇を抑制するために、例えば低回転低負荷域において筒内燃料噴射を追加してＤＩ＋ＭＰＩモードを選択する。
噴射量演算部３２は、アクセル操作量等に基づいて筒内で燃焼する燃料量である必要燃料量ＱＦを演算する。また噴射量演算部３２は、ＤＩ＋ＭＰＩモードにおいては、吸気通路噴射弁２２及び筒内噴射弁２１からの合計燃料噴射量のうち、筒内噴射弁２１からの燃料噴射量Ｑdiの比率である直接噴射率Ｒdiを設定する。即ち、筒内噴射弁２１からの燃料噴射量ＱdiはＱＦ×Ｒdiとし、吸気通路噴射弁２２からの燃料噴射量ＱmpiはＱＦ×（１−Ｒdi）とする。なお、ＭＰＩモードにおいてはＲdi＝０であり、ＤＩモードにおいてはＲdi＝１とも言える。

ここで、ＭＰＩモードにおける燃料噴射量を演算するためのＭＰＩ噴射モデル、ＤＩ＋ＭＰＩモードにおける燃料噴射量を演算するためのＭＰＩ＋ＤＩ噴射モデルについて説明する。
図２は、ＭＰＩモードにおける燃料噴射量の演算方法を説明するための模式図である。なお、以降の説明において各値に付与した（n）は今回の燃焼サイクルにおける値であり、（n-1）は前回の燃焼サイクルにおける値である。

図２に示すように、ＭＰＩモードにおいては、吸気通路噴射弁２２から噴射した燃料は、直接筒内に流入するものと、吸気ポート１２に付着するもの、吸気バルブ１４に付着するものがある。一方、吸気ポート１２に付着した燃料や吸気バルブ１４に付着した燃料は蒸発して筒内（燃焼室１０内）へ流入する。即ち、吸気通路噴射弁２２から噴射した燃料は、直接筒内に流入して噴射した時期の燃焼サイクルにおいて燃焼するものと、吸気ポート１２や吸気バルブ１４に付着してから噴射時期以降の燃焼サイクルにおいて燃焼するものとがある。

吸気通路噴射弁２２からの燃料噴射量であるＭＰＩ噴射量Ｆmpi(n）、吸気通路噴射弁２２から噴射した燃料のうち直接筒内に流入する燃料量の割合である直入率αとすると、吸気通路噴射弁２２から噴射した燃料のうち直接筒内に流入する燃料量はα×Ｆmpi(n）となる。なお、吸気ポート１２の燃料付着量Ｒw(n）、吸気バルブ１４の燃料付着量Ｒv(n）とすると、Ｆmpi(n）＝α×Ｆmpi(n）＋Ｒw(n）＋Ｒv(n）の関係となる。

また、吸気ポート１２に付着した燃料のうち１サイクルで蒸発する割合である壁部蒸発率Ｙ、吸気バルブ１４に付着した燃料のうち１サイクルで蒸発する割合である弁部蒸発率Ｘとすると、前回のＭＰＩ噴射量Ｆmpi（n-1）のうち、吸気ポート１２に付着してから蒸発する燃料量は、Ｙ×Ｒw（n-1）となり、吸気バルブ１４に付着してから蒸発する燃料量は、Ｘ×Ｒv（n-1）となる。

そして、今回の燃焼サイクルにおいて燃焼に寄与する燃料量は、図２において一点鎖線内に示すように、今回のＭＰＩ噴射量Ｆmpi（n）の一部であるα×Ｆmpi（n）と、前回のＭＰＩ噴射量Ｆmpi（n-1）の一部であるＹ×Ｒw（n-1）及びＸ×Ｒv（n-1）との和となる。したがって、エンジンコントロールユニット３０は、エンジン１に要求される必要燃料量ＱＦが、これらの和であるα×Ｆmpi（n）＋Ｙ×Ｒw（n-1）＋Ｘ×Ｒv（n-1）と一致するように、今回のＭＰＩ噴射量Ｆmpi（n）を調節すればよい。

図３は、ＤＩ＋ＭＰＩモードにおける燃料噴射量の演算方法を説明するための模式図である。
図３に示すように、ＤＩ＋ＭＰＩモードにおいては、上記ＭＰＩモードにおける燃料噴射に、筒内噴射弁２１による燃料噴射が加わる。
筒内噴射弁２１から噴射した燃料は、直接筒内に流入するものと、ピストン６の上面等の筒内に付着するものがある。一方、筒内に付着した燃料は蒸発して燃焼に寄与する。即ち、筒内噴射弁２１から噴射した燃料は、直接筒内に燃焼するものと、筒内に付着してから以降の燃焼サイクルにおいて蒸発して燃焼するものとがある。

筒内噴射弁２１からの燃料噴射量であるＤＩ噴射量Ｆdi(n）、筒内噴射弁２１から噴射した燃料のうち直接燃焼する燃料量の割合であるＤＩ直接燃焼率αdi（直接燃焼率）とすると、筒内噴射弁２１から噴射した燃料のうち直接燃焼する燃料量はαdi×Ｆdi(n）となる。なお、筒内の燃料付着量Ｒc(n）とすると、Ｆdi(n）＝αdi×Ｆdi(n）＋Ｒc(n）の関係となる。

また、筒内に付着した燃料のうち１サイクルで蒸発する割合である筒内蒸発率Ｚとすると、前回のＤＩ噴射量Ｆdi（n-1）のうち、筒内に付着してから蒸発する燃料量は、Ｚ×Ｒc（n-1）となる。
そして、今回の燃焼サイクルにおいて燃焼に寄与する燃料量は、図３において一点鎖線内に示すように、上記ＭＰＩモードにおいて説明したα×Ｆmpi（n）＋Ｙ×Ｒw（n-1）＋Ｘ×Ｒv（n-1）に、更に今回のＤＩ噴射量Ｆdi（n）の一部であるαdi×Ｆdi（n）と、前回のＤＩ噴射量Ｆdi（n-1）の一部であるＺ×Ｒc（n-1）との和となる。したがって、エンジンコントロールユニット３０は、エンジン１に要求される必要燃料量ＱＦが、これらの和であるα×Ｆmpi（n）＋Ｙ×Ｒw（n-1）＋Ｘ×Ｒv（n-1）＋αdi×Ｆdi（n）＋Ｚ×Ｒc（n-1）と一致するように、今回のＤＩ噴射量Ｆdi(n)を調節すればよい。

図４は、ＭＰＩモード→ＤＩ＋ＭＰＩモード切り替え時における燃料噴射量の演算方法を説明するための模式図である。図５は、ＤＩ＋ＭＰＩモード→ＭＰＩモード切り替え時における燃料噴射量の演算方法を説明するための模式図である。
図４に示すように、ＭＰＩモードからＤＩ＋ＭＰＩモードに切り替わった直後では、筒内に燃料が付着していない。したがって、ＤＩ＋ＭＰＩモードに切り替わった際に、筒内噴射弁２１から噴射した燃料は、ＤＩ＋ＭＰＩモードが継続している場合よりも多く、筒内に付着する。

また、図５に示すように、ＤＩ＋ＭＰＩモードからＭＰＩモードに切り替わった直後では、筒内に燃料が付着している。したがって、ＭＰＩモードに切り替わった直後においては、筒内に付着している燃料が蒸発する。
そこで、本実施形態のエンジンコントロールユニット３０は、ＭＰＩモードからＤＩ＋ＭＰＩモードへの切り替え後のＩＧ（イグニッション）数をカウントするカウンターを備えており、モード切り替え時におけるＤＩ直接燃焼率αdi及び筒内蒸発率Ｚの補正を行う。

詳しくは、筒内蒸発率演算部３４は、筒内蒸発量を演算する際に用いる筒内蒸発率Ｚに筒内蒸発率補正係数Ｘｚを乗算して、筒内蒸発率Ｚを補正する。なお、筒内蒸発率Ｚは、筒内蒸発率演算部３４において、例えば水温センサ４により検出した冷却水の温度やエンジン回転速度が上昇するに伴って増加するように演算され、０〜１の間に設定される。筒内蒸発率補正係数Ｘｚは、本実施形態においては、例えばＤＩモードあるいはＤＩ＋ＭＰＩモード時では１、ＭＰＩモード時では１より大きい値に設定される。但し、筒内蒸発率Ｚは、ＭＰＩモード時において筒内蒸発率補正係数Ｘｚを積算しても１を超えないように制限される。

また、直接燃焼率演算部３３は、筒内噴射弁２１から噴射した燃料のうち直接燃焼する燃料量を演算する際に用いるＤＩ直接燃焼率αdiに直接燃焼率補正係数Ｘαdiを補正する。なお、ＤＩ直接燃焼率αdiは、直接燃焼率演算部３３において、例えば水温センサ４により検出した冷却水の温度やエンジン回転速度が上昇するに伴って増加するように演算され、０〜１の間に設定される。また、ＤＩ直接燃焼率αdiは筒内噴射弁２１の燃料噴射タイミング、即ちピストン位置によっても変化する。直接燃焼率補正係数Ｘαdiは、ＤＩモードあるいはＤＩ＋ＭＰＩモード時では１、ＭＰＩモード時では１より小さい値（略０）に設定される。

図６は、燃料噴射モードを切り替えた場合の各種パラメータの推移の一例を示すタイムチャートである。図６においては、ＭＰＩモード、ＤＩ＋ＭＰＩモード、ＭＰＩモードの順番に切り替えた際のＤＩ直接燃焼率αdi、筒内蒸発率Ｚ、ＭＰＩ噴射量Ｆｍpi、ＤＩ噴射量Ｆdi、筒内付着量Ｒc、筒内空燃比Ａ/Ｆの推移の一例を示している。
以下、図６を用いて、エンジンの運転状態に基づいて、ＭＰＩモードからＤＩ＋ＭＰＩモード、ＭＰＩモードの順番に切り替えた際の、各パラメータの推移について、筒内蒸発率Ｚ及びＤＩ直接燃焼率αdiの補正を行わない、即ち筒内蒸発率補正係数Ｘｚ及び直接燃焼率補正係数Ｘαdiを常に１とする参考例と、本実施形態との相違点を説明する。

なお、図６中において、実線は筒内蒸発率Ｚ及びＤＩ直接燃焼率αdiの補正を行わない参考例における推移を示し、破線は筒内蒸発率Ｚ及びＤＩ直接燃焼率αdiの補正を行う本実施形態における推移を示す。
筒内蒸発率Ｚは、例えば運転の経過により筒内温度が上昇するに伴って高くなるので、参考例では、ＭＰＩモード、ＤＩ＋ＭＰＩモードに拘わらず、筒内温度の上昇に伴って徐々に高くなる。

本実施形態では、ＭＰＩモードにおける筒内蒸発率Ｚは、１より大きい筒内蒸発率補正係数Ｘｚが乗算されるので、参考例よりも筒内蒸発量が大きくなる。
また、ＭＰＩモードにおいては、本実施形態ではＤＩ直接燃焼率αdiに直接燃焼率補正係数Ｘαdiを積算して反映させるので、参考例よりもＤＩ直接燃焼率αdiが大幅に小さくなる。なお、ＭＰＩモードが継続されている状態においては、ＭＰＩ噴射量Ｆmpi、ＤＩ噴射量Ｆdi及び筒内付着量Ｒcは、参考例と本実施形態とで同一に推移する。

次に、ＭＰＩモードからＤＩ＋ＭＰＩモードに切り替わることでＤＩ切り替え後ＩＧ数が０からカウントアップされる(図６中ａ)。
本実施形態においては、各気筒においてＤＩ＋ＭＰＩモードに切替後の初回燃料噴射時は、ＭＰＩモード時と同様に、ＤＩ直接燃焼率αdiに１より小さい直接燃焼率補正係数Ｘαdiを乗算して、ＤＩ直接燃焼率αdiが小さく維持される（図６中ｂ）。

各気筒においてＤＩ切り替え後の初回燃料噴射が終了（４気筒のエンジンではＩＧ数が４経過）したら、直接燃焼率補正係数Ｘαdiを１として直接燃焼割合の補正を終了する。(図６中ｃ)。なお、この初回燃料噴射、即ち燃料噴射回数１回が、本発明の所定噴射回数に該当する。
ＤＩ＋ＭＰＩモード切り替え後の初回燃料噴射時においては、ＤＩ直接燃焼率αdiに１より小さい直接燃焼率補正係数Ｘαdiを乗算して小さくし、これに伴い筒内噴射弁２１から噴射した燃料のうち直接燃焼する燃料量αdi×Ｆdi(n)が減少するので、この分を補完するようにＤＩ噴射量Ｆdi(n)が増加する(図６中ｄ)。

なお、ＤＩ＋ＭＰＩモードへの切り替えによって、ＭＰＩ燃料量は低下し、ＤＩ燃料量は増加するが、参考例ではＤＩ切り替わり直後の初回の燃焼において、筒内空燃比は一時的にリーンとなる。これは、ＭＰＩモードによって燃焼を継続していた状態からＤＩ＋ＭＰＩモードに切り替わった際に、筒内に燃料の液膜のない状態から液膜を生成するためにＤＩ燃料量が消費されてしまうためである。

本実施形態では、ＤＩ＋ＭＰＩモード切替後の初回燃料噴射時において、ＤＩ直接燃焼率αdiに直接燃焼率補正係数Ｘαdiを反映させて小さくすることで、ＤＩ燃料量Ｆdiを増加させ、ＤＩ＋ＭＰＩモード切替直後の筒内空燃比のリーン化を解消させ、所望の筒内空燃比Ａ/Ｆに維持させることができる（図６中ｅ)。
次に、ＤＩ＋ＭＰＩモードからＭＰＩモードに切り替えた場合には、本実施形態では、筒内蒸発率Ｚに１より大きい筒内蒸発率補正係数Ｘｚを乗算して補正し、筒内蒸発率補正係数Ｘｚが１に固定される参考例よりも筒内蒸発率Ｚを増加させる（図６中ｆ)。

本実施形態では、このようにＭＰＩモードにおいて筒内蒸発率Ｚが増加することで、筒内からの燃料蒸発量Ｚ×Ｒc（n-1）は大きく推定され、筒内付着量Ｒｃが大きく減少するものと推定される。なお、ＤＩ＋ＭＰＩモードからＭＰＩモードに切り替わることで、筒内温度が上昇するので、図６中の一点鎖線で示す実際の筒内付着量も本実施形態で推定した筒内付着量Ｒｃと略同一に推移する（図６中ｇ)。

本実施形態では、ＭＰＩモードにおいて筒内蒸発率Ｚが増加することで、ＤＩ＋ＭＰＩモードからＭＰＩモードに切り替わった際に、筒内から蒸発する燃料量も増加するものと推定して、ＭＰＩ噴射量Ｆｍpiを減量させる（図６中ｈ）。
なお、参考例では、ＤＩ＋ＭＰＩモードからＭＰＩモードに切り替わった直後に筒内空燃比がリッチになる。これは、ＭＰＩモードでは、筒内への燃料噴射がないため、ＤＩ＋ＭＰＩモードよりも筒内温度が上昇するためである。ＤＩ＋ＭＰＩモードからＭＰＩモードに切り替わると、筒内温度の上昇により実際の筒内蒸発率Ｚが上昇するため、ＤＩ＋ＭＰＩモードにおいて筒内に付着している燃料が多量に蒸発するために発生する現象である。この筒内蒸発率の上昇は、実際の筒内付着量が０になるまで、例えば数燃焼サイクル発生する。

本実施形態では、ＭＰＩモードにおいて筒内蒸発率Ｚを大きく設定することで、ＤＩ＋ＭＰＩモードからＭＰＩモードに切り替わった直後のＭＰＩ噴射量Ｆｍpiを減少させ、切り替わった直後でのリッチ化を解消させ、所望の空燃比に設定することができる（図６中ｉ）。
また、ＤＩ＋ＭＰＩ＋モードからＭＰＩモードに切り替わり、直ぐにＤＩ＋ＭＰＩモードに戻った場合には、ＭＰＩモードからＤＩ＋ＭＰＩモードに切り替わった直後にＤＩ直接燃焼率αdiの低下を抑えるとよい。詳しくは、ＤＩ＋ＭＰＩモードからＭＰＩモードに切り換わって所定サイクル以内（筒内付着量が０になる数燃焼サイクル経過前）にＤＩ＋ＭＰＩモードに切り換わった場合には、直接燃焼率補正係数Ｘαdiを１、あるいは１と上記ＭＰＩモードからＤＩ＋ＭＰＩモードに切り替わった直後に設定される直接燃焼率補正係数Ｘαdiよりも大きい値の間に設定するとよい。

これにより、ＤＩ＋ＭＰＩ＋モード、ＭＰＩモード、ＤＩ＋ＭＰＩモードの順番に直ぐに切り替わった場合には、筒内に燃料が付着しているのでＭＰＩモードが継続している場合よりも筒内温度は上昇していない。ここで、上記のＭＰＩモードからＤＩ＋ＭＰＩモードに切り替わった場合のように、ＤＩ直接燃焼率αdiを低下してＤＩ噴射量Ｆdiを増加させると筒内空燃比Ａ／Ｆが過度に低下（リッチ化）してしまうので、上記のように直接燃焼率補正係数Ｘαdiを大きい値に設定してＤＩ直接燃焼率αdiを増加させることでＤＩ噴射量Ｆdiの過度な増加を抑え、筒内空燃比Ａ／Ｆの過度な低下を抑制することができる。

以上で発明の実施形態の説明を終えるが、発明の形態は本実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、ＤＩ＋ＭＰＩモードとＭＰＩモードの切り替え時における制御について説明したが、ＤＩモードとＭＰＩモードの切り替え時においても同様に制御してもよい。即ち、ＤＩありモードとＤＩなしモードとの間の切り替え時に上記制御を行うとよい。あるいは、ＤＩ噴射量の割合が大きく変化した場合にも同様の制御を行ってもよい。

１ エンジン（内燃機関）
２１ 筒内噴射弁（第２の燃料噴射手段）
２２ 吸気通路噴射弁（第１の燃料噴射手段）
３０ エンジンコントロールユニット
３２ 噴射量演算部（噴射量制御部）
３３ 直接燃焼率演算部
３４ 筒内蒸発率演算部

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気通路に燃料を噴射する第１の燃料噴射手段と、前記内燃機関の筒内に燃料を噴射する第２の燃料噴射手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第１の燃料噴射手段による燃料噴射量と前記第２の燃料噴射手段による燃料噴射量との比率を設定し、前記第１の燃料噴射手段及び前記第２の燃料噴射手段の燃料噴射量を制御する噴射量制御部と、を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記噴射量制御部は、
   前記第２の燃料噴射手段により噴射された燃料噴射量のうち前記筒内に付着せずに前記筒内で燃焼する燃料量の割合である直接燃焼率を演算する直接燃焼率演算部と、前記筒内に付着している燃料量のうち蒸発する燃料量の割合である筒内蒸発率を演算する筒内蒸発率演算部と、を備え、少なくとも前記直接燃焼率及び前記筒内蒸発率に基づいて前記第１の燃料噴射手段による燃料噴射量と前記第２の燃料噴射手段による燃料噴射量を設定するとともに、
   前記第１の燃料噴射手段による燃料噴射量と前記第２の燃料噴射手段による燃料噴射量との比率を変更した際に、前記直接燃焼率または前記筒内蒸発率を補正して、前記第１の燃料噴射手段による燃料噴射量または前記第２の燃料噴射手段による燃料噴射量を設定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記噴射量制御部は、前記第１の燃料噴射手段により吸気通路に燃料を噴射する第１の噴射モードと、少なくとも前記２の燃料噴射手段により筒内に燃料を噴射する第２の噴射モードとを切り替えることで、前記第１の燃料噴射手段による燃料噴射量と前記第２の燃料噴射手段による燃料噴射量との比率を変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記直接燃焼率演算部は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第１の噴射モードから前記第２の噴射モードへの切り替え直後の所定噴射回数では、当該所定噴射回数以降よりも前記直接燃焼率を低下するように補正し、
   前記噴射量制御部は、前記第１の噴射モードから前記第２の噴射モードへの切り替え直後の所定噴射回数において、低下した前記直接燃焼率に応じて前記第２の燃料噴射手段による燃料噴射量を増加させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記筒内蒸発率演算部は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第２の噴射モードから前記第１の噴射モードに切り替わった際に、前記筒内蒸発率を前記第２の噴射モードにおいて設定される値よりも増加するように補正し、
   前記噴射量制御部は、前記第２の噴射モードから前記第１の噴射モードへの切り替え直後の所定噴射回数において、増加した前記筒内蒸発率に応じて前記第１の燃料噴射手段による燃料噴射量を低下させることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記直接燃焼率演算部は、前記第２の噴射モードから前記第１の噴射モードに切り替わって所定燃焼サイクル経過する前に前記第２の噴射モードに切り替わった場合には、前記第１の噴射モードにおいて前記所定燃焼サイクル以上経過して前記第２の噴射モードに切り替わった場合よりも、前記直接燃焼率を増加するように補正することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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