JP2021046846A - 燃料噴射制御装置及び燃料噴射制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】環境条件が変化した場合であっても、点火プラグ周りにリッチな混合気を形成し、かつ排気を抑制する。【解決手段】本発明の一態様は、内燃機関の１燃焼サイクル中に燃料噴射装置１０１から複数回燃料を噴射する燃料噴射制御装置１５０において、燃料噴射装置１０１に供給する燃料圧力が高いほど、１燃焼サイクルにおける圧縮行程８０３の後期の中で一番大きな噴射量を伴う最大噴射よりも前に行われる噴射の噴射量の合計値に対する、最大噴射の噴射量の比率を小さくする方向に制御する制御部１０４、を備える。【選択図】図１２

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置及び燃料噴射制御方法に関する。

近年、地球温暖化防止や、化石燃料の資源枯渇抑制の観点から、内燃機関のエンジンでは、モード走行時の二酸化炭素（ＣＯ２）を低減することから求められる。ＣＯ２低減のためには燃料の消費量を抑制する必要があり、燃料が空気に対して希薄な状態で燃焼されるリーン燃焼が有効な技術である。特にリーン燃焼では、エンジン筒内の等量比が薄い状態で混合気に着火する必要があるため、燃焼速度が緩慢となり、燃焼が不安定となりやすい。このため、圧縮行程の後期に燃料を噴射して点火プラグ近傍を僅かに燃料がリッチな状態とすることで燃焼を安定化させる弱成層燃焼が有効な手段である。

近年、排気規制の強化に伴い、モード走行時のエンジンからの排気中の未燃焼粒子（ＰＭ：Particulate Matter）の総量と、その個数である未燃焼粒子数（ＰＮ：Particulate Number）と、ＨＣ(炭化水素)と、ＮＯｘ（窒素酸化物）とを低減することが求められている。排気中のＰＮ及びＨＣは、燃料噴射装置から噴射した燃料が、燃焼室のピストン及びボア壁面に付着することで生じる。また、未燃焼粒子数は、点火の直前における空気と燃料との比である当量比が大きい、すなわち、燃料が濃い領域があると増加する傾向にある。このことから、ＰＮとＨＣを抑制するためには、燃料付着を低減することが有効である。ＨＣは、触媒が活性化していないエンジン始動時に多く排出されるため、点火タイミングを暖機完了後のアイドルよりもリタード（遅角）させ、排気損失を大きくして排気の温度を高くして触媒を早期に昇温させる技術が求められる。

点火リタードでは、圧縮行程が終了し、ピストンが上死点から下死点に向かうまでの膨張期間で点火するため、燃焼が不安定となり易い。したがって、確実に点火するためには、点火プラグ周りに点火に必要な濃い（リッチな）混合気を形成する技術が求められる。点火するタイミングにおいて、点火プラグの周りにリッチな混合気を形成するためには、ピストンの冠面にキャビティを形成し、圧縮行程に燃料を噴射してキャビティに入れた混合気を巻き上げることで、点火プラグ周りに混合気を集める技術が有効である。

このためには、貫徹力が強い燃料を噴射して、混合気を点火プラグに確実に届かせる必要がある。また、噴霧の貫徹力は、燃料噴射装置に供給される燃料の圧力に依存して変化するため、燃料圧力などの環境条件の変化に応じて噴射条件を変化させる必要がある。

上記のような環境条件の変化に対応する手段として、特許文献１に開示されている方法がある。特許文献１では、燃料圧力が高い場合には、圧縮行程の２つの噴射のいずれか一方の噴射を、最大高さ位置（フルリフト）よりも低い高さ位置（ハーフリフト）で制御する方法が開示されている。

特開２０１８−２０４４４７号公報

エンジン始動後の触媒暖気時には、燃焼安定性に必要な点火プラグ周りの混合気を確保するため、圧縮行程に燃料を噴射する必要がある。特に燃料噴射装置が燃焼室の側面に取り付けられているサイド噴射の場合、燃料噴射装置と点火プラグとの距離が長いため、点火タイミングにおいて、点火プラグ周りに混合気を形成するためには、圧縮行程に噴射する噴射量を多くする必要がある。圧縮行程では、燃料噴射装置とピストン冠面との幾何学的な距離が短いため、噴射した燃料がピストンに付着しやすく、燃焼室から排出されるＨＣやＰＮが多くなってしまう課題がある。

触媒暖気時においては、エンジンを始動した直後であるので、燃料噴射装置に供給する燃料の圧力が低い状態から目標とする圧力まで徐々に上昇する。このような環境条件が変化する、例えば燃料噴射装置に供給される燃料の圧力が変化する場合、環境条件が変化する前と同じ噴射条件で燃料を噴射すると、点火プラグ周りに点火に必要な濃い（リッチな）混合気を形成できない場合や、ＰＮ、ＨＣ、ＮＯｘなどの排気が増加する場合があった。

上記の状況から、環境条件が変化した場合であっても、点火プラグ周りにリッチな混合気を形成し、かつ排気を抑制する手法が要望されていた。

上記課題を解決するために、内燃機関の１燃焼サイクル中に燃料噴射装置から複数回燃料を噴射する燃料噴射制御装置において、燃料噴射装置の燃料圧力が高いほど、１燃焼サイクルにおける圧縮行程の後期の中で一番大きな噴射量を伴う最大噴射よりも前に行われる噴射の噴射量の合計値に対する、最大噴射の噴射量の比率を小さくする方向に制御する制御部、を備える。

本発明の少なくとも一態様によれば、燃料圧力などの環境条件が変化した場合であっても燃料噴射装置の噴霧の貫徹力を調整し、点火プラグ周りにリッチな混合気を形成し、かつ排気を抑制することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射装置とＥＣＵを含む燃料噴射システムの一例を示した概略図である。 本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射装置の縦断面の例と、この燃料噴射装置に接続されるＥＣＵの構成例を示した図である。 本発明の第１の実施形態における燃料噴射装置の駆動部構造の断面拡大図を示した図である。 燃料噴射装置を駆動する際における一般的な、噴射パルス、駆動電圧、駆動電流、及び弁体変位量についての時間変化を示したタイミングチャートである。 本発明の第１の実施形態における燃料噴射装置のＥＣＵの詳細を示した回路図である。 本発明の第１の実施形態におけるエンジンの気筒内及びエンジン周囲の構成についての模式図である。 本発明の第１の実施形態におけるエンジンの吸気系及び排気系の一部を示した構成図である。 エンジン動作時の一般的なクランク角度と噴射タイミングの関係を示した図である。 図６のＡ−Ａ´断面において、燃料噴射装置の方向を向いた場合における燃料噴射装置のオリフィスから噴射される燃料噴霧についての投影図である。 エンジン停止後時間と燃料噴射装置に供給する燃料圧力の関係を示した図である。 本発明の第１の実施形態における燃料噴射装置に供給する燃料圧力と、燃焼変動率（ＣｏＶ）、ＮＯｘ、及びＰＮの関係を示した図である。 本発明の第１の実施形態におけるクランク角度と噴射タイミングの関係を示した図である。 本発明の第１の実施形態における燃料圧力と、吸気行程の噴射量に対する圧縮行程の噴射量の比率との関係を示した図である。 本発明の第２の実施形態における燃料圧力ごとの、クランク確度と噴射タイミングの関係を示した図である。 本発明の第２の実施形態における燃焼圧力と吸気行程に対する圧縮行程の噴射量の比率との関係、及び、燃焼圧力と圧縮行程の噴射タイミングとの関係を示した図である。 本発明の第２の実施形態における燃料噴射装置に供給する燃料圧力と、燃焼変動率（ＣｏＶ）、ＮＯｘ、及びＰＮの関係を示した図である。 本発明の第３の実施形態における点火リタード量と１燃焼サイクル当たりの噴射量の関係を示した図である。 本発明の第３の実施形態における燃料噴射装置に通電する噴射パルス幅と、噴射量及び噴射量のショットばらつきとの関係を示した図である。 本発明の第４の実施形態におけるエンジン再始動後の時間と、エンジン回転数及び燃料圧力との関係を示した図である。 本発明の第５の実施形態における燃料圧力ごとの、クランク確度と噴射タイミングの関係を示した図である。

以下、本発明を実施するための形態の例について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び添付図面において実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

＜１．第１の実施形態＞
［燃料噴射システムの構成］
本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射制御装置が適用された燃料噴射システムについて、図１〜図１３を用いて説明する。

始めに、図１を用いて、第１の実施形態に係る燃料噴射システムの概略を説明する。
図１は、第１の実施形態に係る燃料噴射システムの一例を示した概略図である。燃料噴射システム１は、本発明を筒内直接噴射式エンジン（内燃機関の一例）に適用した例であるが、本発明はこの例に限らない。本明細書において、筒内直接噴射式エンジンを単に「エンジン」と称することがある。

本実施形態に係る筒内直接噴射式エンジンは、４つの気筒１０８（エンジンシリンダ）を備える。燃料噴射システム１は、４つの気筒１０８に対応して、４つの燃料噴射装置１０１Ａ〜１０１Ｄと、燃料噴射制御装置の一例としてのＥＣＵ（Engine Control Unit）１５０を備える。以下の説明において、燃料噴射装置１０１Ａ〜１０１Ｄを区別しない場合には、「燃料噴射装置１０１」と称する。

燃料噴射システム１の各気筒１０８には、燃料噴射装置１０１Ａ〜１０１Ｄが、その燃料噴射孔２１９（後述する図２参照）から霧状の燃料が燃焼室１０７に直接噴射されるように設置されている。図示しない燃料タンクに貯留された燃料は、燃料ポンプ１０６によって昇圧されて高圧配管１２０を介してレール状の燃料配管１０５に送出され、燃料配管１０５から各燃料噴射装置１０１Ａ〜１０１Ｄに配送されるようになっている。燃料配管１０５の一端部には、燃料配管１０５内の燃料の圧力（燃料圧力：燃圧と称する）を測定する圧力センサ１０２が設置されている。

燃料配管１０５内の燃料圧力は、燃料ポンプ１０６によって吐出された燃料の流量と、各燃料噴射装置１０１によって各燃焼室１０７内に噴射された燃料の噴射量とのバランスによって変動する。

本実施形態では、ＥＣＵ１５０が、圧力センサ１０２から出力されるセンサ情報（燃圧値を示す情報）に基づいて、燃料配管１０５内の燃圧が所定の目標圧力値となるように、燃料ポンプ１０６の燃料の吐出量を制御する。

燃料噴射装置１０１による燃料の噴射は、ＥＣＵ１５０のＣＰＵ１０４（制御部の一例）から送出される噴射パルス（図４参照）によって制御される。すなわち、燃料の噴射量は、燃料噴射装置１０１に供給される噴射パルスのパルス幅（噴射パルス幅）に基づいて決定される。この噴射パルス幅の指令が、燃料噴射装置１０１ごとに設けられた駆動回路１０３に入力される。駆動回路１０３は、ＣＰＵ１０４からの指令に基づいて駆動電流の波形を決定し、噴射パルス（パルス幅）に基づく時間だけ燃料噴射装置１０１に上記波形の駆動電流を供給する。

すなわち、燃料噴射制御装置の制御部（ＥＣＵ１５０のＣＰＵ１０４）は、後述する１燃焼サイクルにおける噴射間の噴射量の比率を変更するときに、噴射パルスのパルス幅に基づいて燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）を駆動する電流波形を変更する。このように、噴射パルスのパルス幅に基づいて電流波形を変更することで、燃料噴射装置が噴射する燃料の噴射量を調整することができる。また、ＣＰＵ１０４から駆動回路１０３に送出する噴射パルスのタイミング（オフ／オンの切り替わり）を変更することで、燃料噴射装置が燃料を噴射するタイミングを調整することができる。

なお、ＥＣＵ１５０の駆動回路１０３とＣＰＵ１０４とは、一体の部品や基板として実装されてもよい。また、駆動回路１０３が、ＥＣＵ１５０とは別体でもよい。

次に、燃料噴射装置１０１及びＥＣＵ１５０の構成と基本的な動作を説明する。
図２は、燃料噴射装置１０１の縦断面の例と、この燃料噴射装置１０１に接続されるＥＣＵ１５０の構成例を示す。
図３は、燃料噴射装置１０１の駆動部構造の断面拡大図である。

ＥＣＵ１５０のＣＰＵ１０４は、エンジンの状態を示す各種信号を各種センサから取り込んで、エンジンの運転条件に応じて燃料噴射装置１０１から噴射する燃料の噴射量を制御するための噴射パルスの幅や噴射タイミングの演算を行う。ＣＰＵ１０４は、演算結果に対応する噴射パルスを駆動回路１０３に出力する。

ＣＰＵ１０４は、各種センサからの信号を取り込むための図示しないＡ／Ｄ変換器、Ｉ／Ｏポート等を備えている。各種センサとしては、例えば、エンジン回転数（回転速度）を測定可能なセンサ（例えば、エンジンの図示しないクランク軸の回転角を検出するセンサ）や、燃料配管１０５内の燃圧を測定する圧力センサ１０２や、排気温度を測定する排気温度センサ等がある。

ＣＰＵ１０４から出力される噴射パルスは、信号線１１０を通して駆動回路１０３に入力される。駆動回路１０３は、燃料噴射装置１０１のソレノイド２０５（コイルの一例）に印加する電圧を制御し、ソレノイド２０５に電流を供給する。ＣＰＵ１０４は、通信ライン１１１を通して、駆動回路１０３（図５の駆動ＩＣ５０２）と通信可能であり、燃料噴射装置１０１に供給されている燃料の圧力や運転条件等によって、駆動回路１０３により生成する駆動電流を切り替えるように制御したり、駆動電流及び電流を出力する時間の設定値を変更したりすることができる。

燃料噴射装置１０１は、通常時閉弁型の電磁弁（電磁式燃料噴射装置）であり、コイルの一例としてのソレノイド２０５と、可動子２０２と、固定コア２０７と、略棒状の弁体２１４とを備える。燃料噴射装置１０１は、ソレノイド２０５が通電されていない状態では、スプリング２１０によって弁体２１４が閉弁方向（図面下方向）に付勢され、弁体２１４が弁座２１８に密着した状態（閉弁状態）となっている。

可動子２０２は、戻しばね２１２によって開弁方向へ付勢されている。閉弁状態においては、スプリング２１０により弁体２１４に作用する力が、戻しばね２１２による力に比べて大きいため、可動子２０２の上端面２０２Ａが弁体２１４のつば部３０２に接触し、可動子２０２は静止した状態となる。

弁体２１４と可動子２０２とは、相対変位可能に構成されており、共にノズルホルダ２０１に内包されている。ノズルホルダ２０１は、その内部に戻しばね２１２のばね座となる端面３０３を有している。スプリング２１０による付勢力は、固定コア２０７の内径に固定されるバネ押さえ２２４の押し込み量によって組み立て時に調整されている。

燃料噴射装置１０１においては、固定コア２０７、可動子２０２、ノズルホルダ２０１、及びハウシング２０３によって磁気回路が構成されている。可動子２０２と、固定コア２０７との間には、空隙３０１が設けられている。ノズルホルダ２０１の空隙３０１に対応する部分（空隙３０１の外周側）には、ノズルホルダ２０１の外周面に周方向の溝部が形成されてなる磁気絞り２１１が形成されている。

ソレノイド２０５は、ボビン２０４に巻き付けられた状態でノズルホルダ２０１の外周側に取り付けられている。ノズルホルダ２０１の弁体２１４の弁座２１８側の先端部の近傍となる位置には、ロッドガイド２１５が固定されている。このような構成により、弁体２１４は、弁体２１４のつば部３０２と固定コア２０７とが摺動する箇所と、弁体２１４とロッドガイド２１５とが摺動する箇所との２つの摺動箇所により、弁軸方向（図面上下方向）にガイドされて動くようになっている。

ノズルホルダ２０１の先端部には、弁座２１８と燃料噴射孔２１９とが形成されたオリフィス２１６が固定されている。このような構成により、弁体２１４の先端部と、オリフィス２１６の弁座２１８とが接触することにより、ノズルホルダ２０１と弁体２１４の先端部との間の内部空間（燃料通路）を封止した状態（閉弁状態）にできるようになっている。

燃料配管１０５から燃料噴射装置１０１に供給された燃料は、燃料噴射装置１０１が閉弁状態の場合においては、燃料通路孔２３１を通って弁体２１４の先端側まで流れるが、弁体２１４の弁座２１８側の先端部分とオリフィス２１６の弁座２１８とが接触して燃料噴射孔２１９を封止しているので、燃料噴射孔２１９を介して外部に噴射されない。燃料噴射装置１０１が閉弁状態の場合には、燃料圧力によって弁体２１４の上部と下部との間に差圧が生じ、燃料圧力と弁座位置における受圧面積とを乗じて求まる差圧力及びスプリング２１０の荷重によって弁体２１４が閉弁方向に押されている。

そして、燃料噴射装置１０１が閉弁状態の場合において、ソレノイド２０５への電流の供給が開始されると、磁気回路に磁界が生じ、固定コア２０７と可動子２０２との間に磁束が通過して、可動子２０２に磁気吸引力が作用する。可動子２０２に作用する磁気吸引力が、差圧力及びスプリング２１０による荷重を超えるタイミングで、可動子２０２は、固定コア２０７に向かう方向に変位を開始する。そして、可動子２０２の移動に伴い弁体２１４が開弁動作を開始した後、可動子２０２は固定コア２０７に近づくように移動し、可動子２０２が固定コア２０７に衝突する。

可動子２０２が固定コア２０７に衝突した後には、可動子２０２は固定コア２０７からの反力を受けて跳ね返る動作をするが、可動子２０２に作用する磁気吸引力によって可動子２０２は固定コア２０７に吸引され、やがて停止し、開弁動作を終了する。このとき、可動子２０２には、戻しばね２１２によって固定コア２０７の方向に力が作用しているため、跳ね返りが収束するまでの時間を短縮できる。跳ね返り動作が小さいことで、可動子２０２と固定コア２０７との間のギャップが大きくなってしまう時間が短くなり、より小さい噴射パルス幅に対しても安定した動作が行えるようになる。

このようにして開弁動作を終えた可動子２０２及び弁体２１４は、開弁状態で静止する。開弁状態では、弁体２１４と弁座２１８との間には隙間が生じており、燃料噴射孔２１９より燃料が噴射される。なお、燃料通路孔２３１を通って供給される燃料は、固定コア２０７に設けられた中心孔と、可動子２０２に設けられた下部燃料通路孔３０５を通過して下流方向（燃料噴射孔２１９側）へ流れる。

この後、燃料噴射装置１０１のソレノイド２０５への通電が断たれると、磁気回路中に生じていた磁束が消滅し、可動子２０２に作用する磁気吸引力も消滅する。このように可動子２０２に作用する磁気吸引力が消滅すると、可動子２０２及び弁体２１４は、スプリング２１０の荷重と、差圧力とによって、弁座２１８に接触する閉弁位置に押し戻される。

このように、弁体２１４が開弁状態から閉弁状態となる際には、弁体２１４が弁座２１８と接触した後、可動子２０２が弁体２１４から分離して閉弁方向に移動して、或る程度の時間運動した後に、戻しばね２１２の作用によって、閉弁状態の初期位置まで戻される。すなわち、弁体２１４が閉弁状態となる瞬間に可動子２０２が、弁体２１４から離間する。これにより、弁体２１４が弁座２１８と衝突する瞬間の可動部材の質量を可動子２０２の質量分だけ低減することができるため、可動部材（実質的には弁体２１４）が弁座２１８と衝突する際の衝突エネルギーを小さくすることが可能である。したがって、弁体２１４が弁座２１８に衝突することによって生じる弁体２１４のバウンドを抑制できる。

本実施形態に係る燃料噴射装置１０１では、開弁時に可動子２０２が固定コア２０７と衝突した瞬間、及び、閉弁時に弁体２１４が弁座２１８と衝突した瞬間の短い時間において、弁体２１４と可動子２０２との間で相対的な変位を生じることにより、可動子２０２の固定コア２０７に対するバウンドや、弁体２１４の弁座２１８に対するバウンドを抑制することができる。

次に、第１の実施形態に係るＥＣＵ１５０の構成について説明する。
図５は、燃料噴射装置１０１の駆動回路１０３を含むＥＣＵ１５０の詳細を示した回路図である。

ＥＣＵ１５０は、制御部の一例としてのＣＰＵ１０４と、駆動回路１０３とを備えている。例えば駆動回路１０３には、駆動ＩＣ（Integrated Circuit）５０２が内蔵されている。ＣＰＵ５０１と駆動ＩＣ５０２を含めて、制御部と言うこともできる。ＣＰＵ１０４は、圧力センサ１０２に加え、図示しないＡ／Ｆ（Air Flow）センサ、酸素センサ、及びクランク角センサ等の各種センサが出力するエンジンの状態を示す信号（情報）を取り込む。

圧力センサ１０２は、燃料噴射装置１０１の上流の燃料配管１０５に取り付けられている（図１参照）。Ａ／Ｆセンサは、気筒１０８への流入空気量（空燃比）を測定する。酸素センサは、気筒１０８から排出された排気ガスの酸素濃度を検出する。ＣＰＵ１０４は、各種センサから取り込んだ信号に基づいて、内燃機関の運転条件に応じて燃料噴射装置１０１から噴射する燃料の噴射量を制御するための噴射パルスのパルス幅（噴射パルス幅Ｔｉ）や、噴射タイミングの演算を行う。

そして、ＣＰＵ１０４は、噴射パルス幅Ｔｉ（すなわち噴射量）や噴射タイミングを演算後、通信ライン５０４を通して駆動回路１０３の駆動ＩＣ５０２に、適切なタイミングで噴射パルス幅Ｔｉの噴射パルスを出力する。その後、駆動ＩＣ５０２によって、スイッチング素子５０５，５０６，５０７の通電／非通電を切り替えて燃料噴射装置１０１（ソレノイド２０５）へ駆動電流を供給する。

ＥＣＵ１５０には、噴射パルス幅の演算等のエンジンの制御に必要な数値データを記憶させるために、レジスタ及びメモリが搭載されている。レジスタ及びメモリは、ＣＰＵ１０４に内包されていてもよいし、ＣＰＵ１０４の外部に配置されてもよい。図５では、ＣＰＵ１０４の外部にメモリ１０４Ｍ（記憶媒体の一例）が配置された例が示されている。

メモリ１０４Ｍには、ＣＰＵ１０４が燃料噴射装置１０１の駆動を制御するためのコンピュータープログラムが格納されていてもよい。この場合、ＣＰＵ１０４が、メモリ１０４Ｍに記録されたコンピュータープログラムを読み出して実行することにより、燃料噴射装置１０１の駆動を制御する機能の全部又は一部が実現される。なお、ＣＰＵ１０４に代えてＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の他の演算処理装置を用いてもよい。

スイッチング素子５０５，５０６，５０７は、例えばＦＥＴやトランジスタ等によって構成され、燃料噴射装置１０１への通電／非通電を切り替えることができる。

スイッチング素子５０５は、昇圧電圧ＶＨを供給する昇圧回路５１４（高電圧源）と、燃料噴射装置１０１が備えるソレノイド２０５の高電圧側の端子（電源側端子５９０）との間に接続されている。昇圧回路５１４が出力する昇圧電圧ＶＨは、不図示の低電圧源（例えばバッテリ）が駆動回路１０３に供給する低電圧（バッテリ電圧ＶＢ）よりも高い。ここで、バッテリ電圧ＶＢの電圧値は、例えば、１２〜１４Ｖ程度である。昇圧回路５１４の初期電圧値である昇圧電圧ＶＨは、例えば６０Ｖであり、バッテリ電圧ＶＢを昇圧回路５１４によって昇圧することで生成される。

昇圧回路５１４は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等により構成するようにしてもよく、図５に示すように、ソレノイド５３０（コイル）、トランジスタ５３１（スイッチング素子）、ダイオード５３２、及びコンデンサ５３３で構成するようにしてもよい。図５に示す昇圧回路５１４の場合、トランジスタ５３１をＯＮにすると、バッテリ電圧ＶＢによる電流はソレノイド５３０を介して接地電位５３４側へ流れる。一方、トランジスタ５３１をＯＦＦにすると、ソレノイド５３０に発生する高い電圧がダイオード５３２を通して整流され、コンデンサ５３３に電荷が蓄積される。トランジスタ５３１のＯＮ／ＯＦＦが繰り返し実行されることで、コンデンサ５３３の電圧が昇圧電圧ＶＨまで上昇する。トランジスタ５３１は、駆動ＩＣ５０２もしくはＣＰＵ１０４と接続されて、駆動ＩＣ５０２もしくはＣＰＵ１０４によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。昇圧回路５１４から出力される電圧は、駆動ＩＣ５０２もしくはＣＰＵ５０１で検出できるように構成されている。

ソレノイド２０５の電源側端子５９０とスイッチング素子５０５との間には、昇圧回路５１４（高電圧源）から、ソレノイド２０５及び接地電位５１５の方向へ電流が流れるようにダイオード５３５が設けられている。また、ソレノイド２０５の電源側端子５９０とスイッチング素子５０７との間にも、低電圧源（例えばバッテリ）から、ソレノイド２０５及び接地電位５１５の方向へ電流が流れるようにダイオード５１１が設けられている。したがって、スイッチング素子５０６が通電している間は、接地電位５１５からソレノイド２０５を介して、バッテリ及び昇圧回路５１４へ向けては電流が流れない構成となっている。

また、スイッチング素子５０７は、低電圧源であるバッテリと燃料噴射装置１０１の電源側端子５９０との間に接続されている。スイッチング素子５０６は、燃料噴射装置１０１の低電圧側の端子と接地電位５１５との間に接続されている。駆動ＩＣ５０２は、電流検出用の抵抗５０８，５１２，５１３の各々により、燃料噴射装置１０１（駆動回路１０３の各部）に流れている電流値を検出する。駆動ＩＣ５０２は、検出した電流値によって、スイッチング素子５０５，５０６，５０７の通電／非通電を切り替え、所望の駆動電流を生成している。

ダイオード５０９，５１０は、燃料噴射装置１０１のソレノイド２０５に逆電圧を印加して、ソレノイド２０５に供給されている電流を急速に低減するために備え付けられている。ＣＰＵ１０４は、通信ライン５０３を通して、駆動ＩＣ５０２と通信を行っており、燃料噴射装置１０１に供給する燃料の圧力や運転条件に応じて、駆動ＩＣ５０２によって生成する駆動電流を切り替えることが可能である。また、抵抗５０８，５１２，５１３の両端は、駆動ＩＣ５０２のＡ／Ｄ変換ポートに接続されており、抵抗５０８，５１２，５１３の両端にかかる電圧を駆動ＩＣ５０２で検出できるように構成されている。

次に、ＣＰＵ１０４から出力される噴射パルスと、燃料噴射装置１０１が備えるソレノイド２０５の端子両端の駆動電圧と、駆動電流（励磁電流）と、燃料噴射装置１０１の弁体２１４の変位量（弁体挙動）との関係について説明する。

図４は、燃料噴射装置１０１を駆動する際における一般的な、噴射パルス、駆動電圧、駆動電流、及び弁体変位量についての時間変化を示したタイミングチャートである。

駆動ＩＣ５０２にＣＰＵ１０４からの噴射パルス（ＯＮ）が入力されると、駆動ＩＣ５０２は、スイッチング素子５０５，５０６を通電してバッテリ電圧よりも高い高電圧４０１（昇圧回路５１４により昇圧された昇圧電圧ＶＨ）をソレノイド２０５に印加して、ソレノイド２０５への電流の供給を開始する。駆動ＩＣ５０２は、ソレノイド２０５への電流値が予めＣＰＵ１０４において定められたピーク電流値Ｉ_ｐｅａｋに到達すると、高電圧４０１の印加を停止する。

その後、駆動ＩＣ５０２は、スイッチング素子５０５、スイッチング素子５０６、及びスイッチング素子５０７を非通電にする。この結果、燃料噴射装置１０１のインダクタンスによる逆起電力によって、ダイオード５０９とダイオード５１０とが通電し、電流が高圧電源（昇圧回路５１４）側へ帰還され、燃料噴射装置１０１に供給されていた電流は、電流４０２のようにピーク電流値Ｉ_ｐｅａｋから急速に低下する。

なお、ピーク電流値Ｉ_ｐｅａｋから電流４０３（保持電流）への移行期間にスイッチング素子５０６をＯＮにするようにしてもよく、このようにすると、逆起電力エネルギーによる電流は接地電位５１５側に流れ、電流が回路内を回生し、ソレノイド２０５には、ほぼ０Ｖの電圧が印加されて電流は緩やかに低下する。

電流値が所定の電流値４０４より小さくなると、駆動ＩＣ５０２は、スイッチング素子５０６を通電し、スイッチング素子５０７の通電／非通電によってバッテリ電圧ＶＢの印加を行い、所定の電流４０３が保たれるように制御するスイッチング期間を設ける。

ここで、燃料噴射装置１０１に供給される燃料圧力が大きくなると、弁体２１４に作用する閉弁方向の流体力が増加し、弁体２１４が目標開度に到達するまでの時間が長くなる。この結果、ピーク電流Ｉ_ｐｅａｋの到達時間に対して目標開度への到達タイミングが遅れる場合があるが、電流を電流４０２のように急速に低減すると、可動子２０２に働く磁気吸引力も急速に低下するため、弁体２１４の挙動が不安定となり、場合によっては通電中にも関わらず閉弁を開始してしまう場合がある。これに対し、ピーク電流Ｉ_ｐｅａｋから電流４０３への移行中にスイッチング素子５０５をＯＮにして電流を緩やかに減少させるようにすると、磁気吸引力の急速な低下を抑制できる。それにより、高燃料圧力での弁体２１４の安定性を確保でき、噴射量のばらつきを抑制することが可能となる。

このような駆動電流のプロファイルにより、燃料噴射装置１０１は駆動される。高電圧４０１の印加からピーク電流値Ｉ_ｐｅａｋに達するまでの間に、可動子２０２及び弁体２１４がタイミングｔ_４１で変位を開始し、その後、可動子２０２及び弁体２１４が最大高さ位置に到達する。可動子２０２が最大高さ位置に到達したタイミングｔ_４２で、可動子２０２が固定コア２０７に衝突し、可動子２０２が固定コア２０７との間でバウンド動作を行う。弁体２１４は可動子２０２に対して相対変位可能に構成されているため、弁体２１４は可動子２０２から離間し、弁体２１４の変位は、最大高さ位置を超えてオーバーシュートする。その後、電流４０３によって生成される磁気吸引力と戻しばね２１２の開弁方向への力によって、可動子２０２は、所定の最大高さ位置で静止し、弁体２１４は可動子２０２に着座して最大高さ位置で静止し、開弁状態となる（タイミングｔ_４３）。

なお、弁体と可動子とが一体となっている可動弁を持つ燃料噴射装置の場合には、弁体の変位量は、最大高さ位置よりも大きくならず、最大高さ位置に到達後の可動子と弁体の変位量は同等となる。

次に、第１の実施形態に係るエンジンの気筒１０８内及びエンジン周囲の構成について説明する。

図６は、第１の実施形態におけるエンジンの気筒１０８内及びエンジン周囲の構成を示す。図６は、エンジンの気筒１０８内の中心における断面図であり、燃料噴射装置１０１のオリフィス２１６の先端部から燃料が噴射された直後の状態を示している。筒内直接噴射式エンジンでは、気筒１０８内に直接燃料が噴射される。なお、吸気バルブ６０５を２個備え、排気バルブ６１０を２個備えている筒内直接噴射式エンジンでは、気筒１０８内の中心における断面では、吸気バルブ６０５及び排気バルブ６１０は見えないが、図６では、説明上、吸気バルブ６０５と排気バルブ６１０とを図示している。

エンジンは、燃料噴射装置１０１と、点火プラグ６０４と、吸気ポート６０７と、排気ポート６０８と、ピストン６０９と、吸気バルブ６０５と、排気バルブ６１０とを備える。

ピストン６０９の点火プラグ６０４側の面（冠面）には、ピストン６０９の点火プラグ６０４側（図中右側）の上端部よりも低いキャビティ６０６（凹部）が形成されている。このキャビティ６０６は、燃料噴射装置１０１から噴射された燃料と吸気ポート６０７から吸気された空気との混合気を一時的に保持する機能を有している。

ここで、本実施形態では、キャビティ６０６とは、ピストン６０９の点火プラグ６０４側の冠面において、上端部から最も深い（点火プラグ６０４側から最も遠い）部分のことをいう。キャビティ６０６は、点火プラグ６０４のマイナス電極６１２とプラス電極６１３との間の中心ギャップ６１７から、ピストン６０９のストローク方向（摺動方向）へ引いた一点鎖線の延長線６１８がキャビティ６０６内となるような範囲に形成されている。中心ギャップ６１７は、マイナス電極６１２とプラス電極６１３との間の火花が発生する発火位置を含む領域である。

本実施形態では、キャビティ６０６は、ストローク方向に垂直な方向については、吸気ポート６０７側（図面左側）から、中心ギャップ６１７のピストン６０９のストローク方向の延長線６１８との交点よりも排気ポート６０８側（図面右側）となる範囲まで形成されている。このような構成により、キャビティ６０６に保持された混合気が、点火プラグ６０４の中心ギャップ６１７の直下（延長線６１８上）に位置することとなる。これにより、キャビティ６０６の混合気を点火プラグ６０４側に引き上げることにより、点火プラグ６０４による点火によって効果的に燃焼させることができる。

吸気ポート６０７には、当該吸気ポート６０７の上部流路（第１流路）６２０と下部流路（第２流路）６１１とに空気の流れを分断する固定式の隔壁６０２が取り付けられている。下部流路６１１の上流には、下部流路６１１側の開閉（解放／遮断）を行うバルブ６０１が設けられている。このバルブ６０１は、ＥＣＵ１５０のＣＰＵ１０４により開弁／閉弁を制御できるように構成されている。図６においては、バルブ６０１が閉弁している状態を示している。

次に、エンジンにおける吸気及び排気に関わる構成の一部について説明する。

図７は、第１の実施形態におけるエンジンの吸気系及び排気系の一部を示す。
エンジンの燃焼室１０７には、図示しない吸気口から、エアークリーナー７０１、過給室７０４、インタークーラー７０５、スロットルバルブ７０６、及び吸気ポート６０７を介して、空気が吸入される。エアークリーナー７０１は、吸入した空気中のごみを取り除く。これにより、エンジンにごみが吸入されて、エンジン内部が摩耗等することが抑制される。

過給室７０４には過給機７０２が備えられている。過給機７０２は、吸気側の空気を圧縮するコンプレッサ７０２Ａと、排気側に配置され排気ガスの流れにより回転されるタービン７０２Ｂと、コンプレッサ７０２Ａとタービン７０２Ｂとを接続するシャフト７０７とを備える。過給機７０２においては、タービン７０２Ｂが排気ガスの流速に応じて回転され、さらにシャフト７０７を介してコンプレッサ７０２Ａが回転される。その結果、エアークリーナー７０１を通過した空気が、コンプレッサ７０２Ａの回転により圧縮されてインタークーラー７０５側に流される。これにより、エンジンの燃焼室１０７への流入空気量を増加することができ、エンジンの出力を向上することができる。なお、過給室７０４を通過した空気は、コンプレッサ７０２Ａにより圧縮されるので、温度が上昇する。

インタークーラー７０５は、コンプレッサ７０２Ａで圧縮された温度が上昇した空気を冷却する。スロットルバルブ７０６は、エンジンの燃焼室１０７に吸入する空気量を調整する。スロットルバルブ７０６の開度は、図示しないアクセルの開度等に基づいて、ＥＣＵ１５０により制御される。

吸気ポート６０７には、吸気バルブ６０５が設けられており、所定のタイミングで吸気バルブ６０５を開弁することにより、エンジンの燃焼室１０７内に空気が流入する。

エンジンにおいては、吸気ポート６０７側のピストン６０９のストローク方向と交わる方向から燃焼室１０７に向けて燃料を噴射するように燃料噴射装置１０１が配置されている。

エンジンの燃焼室１０７においては、流入した空気と、燃料噴射装置１０１から噴射された燃料とが混合されて混合気となり、点火プラグ６０４による着火により、燃焼される。この混合気の燃焼により発生する力がピストン６０９、コンロッド（コネクティングロッド）７１０を介して、図示しないクランクシャフトに伝達される。

燃焼室１０７において混合気が燃焼して発生した排気ガスは、膨張行程に排気バルブ６１０が開弁された際に、排気ポート６０８を通過して、過給機７０２のタービン７０２Ｂを回転させる。タービン７０２Ｂを回転させた排気ガスは、触媒７０３を通過して、外部に排出される。触媒７０３は、例えば、パラジウム、ロジウム、及びプラチナなどにより作製された触媒を有する３元触媒であり、排ガス中に含まれるＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯ（一酸化炭素）を触媒により還元をさせたり、酸化させたりすることにより除去する。この触媒７０３は、温度が低い場合では、還元能力が低いため、例えば、エンジンの始動直後においては、触媒７０３の温度を早期に暖めるための暖機が必要となる。

次に、エンジン動作時の一般的な噴射タイミングの制御について説明する。
図８は、エンジン動作時の一般的なクランク角度と噴射タイミングの関係を示す。図８において、横軸は、上死点後（ＡＴＤＣ）のクランクシャフトの角度（クランク角度）を示し、縦軸は、吸気バルブ６０５のリフト量（Valve lift）、燃焼室１０７の空気の乱れ速度（Turbulent velocity）、タンブル（tumble）を示す。図８においては、吸気バルブ６０５のリフト量を点線で示し、エンジンの燃焼室１０７内における空気の乱れ速度の平均値を破線で示し、燃焼室１０７内のタンブル（縦渦流）を実線で示す。クランク角度は、吸気行程のＴＤＣ（上死点）を−３６０ｄｅｇとし、ＢＤＣ（下死点）を−１８０ｄｅｇとし、圧縮行程のＴＤＣを０ｄｅｇとしている。

ＥＣＵ１５０は、ピストン６０９がＴＤＣ（−３６０ｄｅｇ）に到達するタイミングｔ８１、且つ排気バルブ６１０が閉弁する直前又は同時のタイミングにおいて、吸気バルブ６０５の開弁を開始させ、燃焼室１０７に空気を取り込む。

次いで、ＥＣＵ１５０は、吸気バルブ６０５が開弁を開始し、最大リフト量に到達するまでの間のタイミングｔ８２（クランク角度−３００ｄｅｇ付近）において、吸気行程８０２の噴射（噴射パルス幅８１０）を行う。

次いで、ＥＣＵ１５０は、ピストン６０９がＢＤＣに到達して燃焼サイクルが圧縮行程８０３に入り、ピストン６０９がＴＤＣに到達する前のタイミングｔ８３（クランク角度−６０ｄｅｇ付近）において、圧縮行程８０３の噴射（噴射パルス幅８１１）を行う。

次いで、ＥＣＵ１５０は、ピストン６０９がＴＤＣに到達した後の点火タイミングｔ８４において、点火プラグ６０４による点火を行って、混合気に着火させて燃焼させる。

ここで、点火タイミングｔ８４において点火プラグ６０４の電極周りに混合気を確保するためには、圧縮行程８０３の噴射量を多くすることが考えられる。しかしながら、圧縮行程８０３では燃料噴射装置１０１とピストン６０９との距離が近いため、燃料噴射装置１０１から噴射した燃料がピストン６０９に付着し、ＨＣやＰＮが増加する場合があった。

次に、本実施形態に係る燃料噴射装置１０１から噴射される噴霧の状態について説明する。

図９は、図６のＡ−Ａ’断面において、燃料噴射装置１０１の方向を向いた場合における燃料噴射装置のオリフィスから噴射される燃料噴霧についての投影図である。
燃料噴射装置１０１は、複数の燃料噴射孔を有するマルチホールタイプの燃料噴射装置である。燃料噴射装置１０１は、例えば、点火プラグ６０４を指向する噴霧Ｄ１を形成する燃料噴射孔と、吸気バルブ６０５に近い方向へ噴射される噴霧Ｄ２，Ｄ６のそれぞれを形成する２つの燃料噴射孔と、ピストン６０９側を指向する噴霧Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５のそれぞれを形成する３つの燃料噴射孔との合計６つの燃料噴射孔を備える。

燃料噴射装置１０１による噴霧をこのようにしたのは、圧縮行程における燃料の噴射において、噴霧Ｄ４をキャビティ６０６に入れて、点火プラグ６０４の近傍に当量比の高い混合気を形成するコンセプトに基づいている。キャビティ６０６の大きさや、噴射タイミングによっては噴霧Ｄ１，Ｄ２，Ｄ６をキャビティ６０６内に入れるようにしてもよい。

第１実施形態における燃料噴射装置１０１では、噴霧Ｄ１，Ｄ２，Ｄ６に比べて、ピストン６０９を指向する噴霧Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５の流量を小さくするように構成するとよい。この構成により、圧縮行程に燃料を噴射する場合であっても、ピストン６０９への燃料付着を抑制できるため、ＰＮやＨＣを低減することができる。具体的には、噴霧Ｄ１，Ｄ２，Ｄ６の燃料噴射孔に比べて、噴霧Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５の燃料噴射孔の断面積を小さくするように、例えば、燃料噴射孔の径を小さくするとよい。

次に、第１実施形態に係る触媒暖機時の燃料圧力が高い（燃料圧力が所定の目標燃圧以上）場合における燃料の噴射タイミングについて説明する。

図１０は、エンジン停止後時間と燃料噴射装置１０１に供給する燃料圧力の関係を示す。図１０において、横軸はエンジン停止後時間、縦軸は燃料圧力を表している。
ＨＥＶ(Hybrid-Electric Vehicle)では、バッテリの電力でモーターを駆動する場合に、エンジンが停止する時間がある。例えばエンジンがタイミング１００５で停止すると、高圧の燃料は、燃料ポンプ１０６の低圧側と燃料噴射装置１０１の先端側とから徐々に漏れる。そのため、燃料圧力曲線１００１，１００２，１００３に示すように、タイミング１００５においてそれぞれ異なる燃料圧力が時間の経過とともに徐々に減少する。エンジンが停止する燃料圧力とエンジン停止後時間との関係は、噴射制御やバッテリの充填状態（ＳＯＣ）で決まるため、エンジン再始動時の燃料圧力が変動する。したがって、燃料圧力が変動した場合であっても安定的に燃焼できる制御が必要になる。

また、エンジンが高負荷の条件で車両が停止した場合には、走行風によるエンジンの冷却効果がなくなるため、エンジンの温度が上昇し、燃料配管１０５内の燃料の体積が膨張して、燃料配管１０５内の圧力が上がる場合がある。この場合には、燃料圧力曲線１００４に示すように、エンジン停止後に燃料圧力が増加することがあった。燃料圧力が増加すると、燃料ポンプ１０６に設けた図示しないリリーフ弁が開いて燃料が低圧側に流れて燃料配管１０５内の圧力が減少するように構成されている。しかし、リリーフ弁が開く燃料圧力までは燃料配管１０５内の燃料圧力が増加する場合があり、燃料圧力が高い場合であっても燃焼安定性を確保する技術が重要である。

次に、図８に示した一般的な噴射制御を用いた場合において、燃料噴射装置１０１に供給される燃料圧力が変化した場合の燃焼変動率（ＣｏＶ：Coefficient of Variation）について説明する。

図１１は、図８の燃料噴射装置に供給する燃料圧力と、ＣｏＶ、ＮＯｘ、及びＰＮの関係を示す。図１１では上側に、燃焼室１０７内において異なる燃料圧力（１）〜（３）で燃料を噴射したときの噴霧の状態を表し、その下側にＣｏＶ［％］、ＮＯｘ［ｇ／ｋＷｈ］、及びＰＮ［＃／ｃｃ］の測定結果を表している。ＣｏＶ、ＮＯｘ、及びＰＮの各測定結果において、黒い四角のプロット点は燃料圧力の変化前後で噴射条件が一定の場合の例を示し、丸いプロット点は燃料圧力の変化後に、本実施形態における噴射制御を実施した場合の例を示す。燃料は、燃焼室１０７の吸気側（左側のＩｎ）から排気側（右側のＥｘ）に向かって噴射されている。

図１１に示すように、燃料配管１０５内の燃料圧力すなわち燃料噴射装置１０１に供給する燃料圧力が（１）１０ＭＰａから（２）２５ＭＰａまで高くなるにつれて、ＣｏＶが小さくなり、燃焼安定性が改善する。これは、燃料圧力が大きくなることで噴霧の到達距離が長くなり、燃料圧力２５ＭＰａの範囲１１０２（一点鎖線で示す丸）に示すように、点火プラグ６０４の中心ギャップ６１７を中心にして当量比Φ１．５以上となるリッチな混合気１１１５が形成されるためである。なお、リッチな混合気の当量比Φを１．５以上としたが、この値に限定するものではない。

燃料圧力が（１）１０ＭＰａの場合は、燃料噴射装置１０１から噴射する噴霧の貫徹力が小さいため、当量比Φ１．５以上となるリッチな混合気１１１４が点火プラグ６０４の中心ギャップ６１７に形成できない。それにより、一点鎖線の範囲１１０１に示すように、点火プラグ６０４の中心ギャップ６１７の周りの混合気１１１４がリーンになるため、燃焼安定性が悪化する場合があった。

また、燃料圧力が（３）３５ＭＰａまで高くなると，燃料噴射装置１０１から噴射する噴霧の貫徹力がさらに強くなり、一点鎖線の範囲１１０３に示すように、混合気１１１６が排気側（Ｅｘ）に寄ってしまう。そのため、点火プラグ６０４の中心ギャップ６１７の周りを中心にリッチな混合気１１１６が形成できず、燃焼が不安定になる場合があった。特に、圧縮行程８０３（図８参照）の後期で燃料を噴射する場合には、ピストン６０９が上死点方向に動いており、燃焼室１０７内の体積が小さくなって燃焼室１０７の圧力（筒内圧力）が上昇するため、噴霧の貫徹力を調整する制御が重要となる。

なお、圧縮行程８０３の後期とは、内燃機関（気筒１０８、ピストン６０９）のクランク角度について吸気行程８０２の上死点を０度とし、圧縮行程８０３の上死点を３６０度とした場合、クランク角度が２８０度以降に相当する。この後期に該当するクランク角度では、燃料噴射が点火タイミングｔ８４に近く、且つ、点火タイミングｔ８４までに燃料噴射が完了することが好ましい。

以上に説明したように、燃料噴射装置１０１に供給する燃料圧力が変動した場合に、変動前と同じ噴射条件で燃料を噴射すると、噴霧の貫徹力が変化し、燃焼安定性が変化する。このため、燃料圧力に応じた噴射条件の設定が必要となる。

次に、第１の実施形態におけるエンジン動作時の噴射タイミングの制御について説明する。
図１２は、第１の実施形態におけるクランク角度と噴射タイミングの関係を示す。図１２の上側（ａ）は、比較のため図８の場合と同じ噴射条件での噴射制御を示し、図１２の下側（ｂ）は、上側（ａ）よりも燃料圧力が高くなった場合の噴射制御の例を示している。

図１２の下側（ｂ）に示すように、燃料噴射装置１０１に供給する燃料圧力が高くなった場合には、吸気行程８０２の噴射量（上側（ａ））に対して圧縮行程８０３の噴射量の比率を小さくするよう制御するとよい。具体的には、燃料圧力が高くなった場合には、圧縮行程８０３の噴射パルス幅８１１（上側（ａ））を噴射パルス幅１２１１（下側（ｂ））まで小さくし、且つ、吸気行程８０２の噴射パルス幅８１０（上側（ａ））を噴射パルス幅１２１０まで大きくするように、吸気行程８０２と圧縮行程８０３の噴射パルス幅の比率をＥＣＵ１５０により補正する。吸気行程８０２及び圧縮行程８０３において、噴射を開始するタイミングｔ８２，ｔ８３は同じである。

このように、燃料圧力が高くなった場合に、圧縮行程８０３の噴射パルス幅１２１１を小さくすることによって、燃料噴射装置１０１から噴射される噴霧の貫徹力が弱くなる。それにより、噴霧の到達距離が短くなり、点火プラグ６０４周りにリッチな混合気が形成されやすい。この結果、図１１の燃料圧力の（３）３５ＭＰａに示すように、燃焼変動率（ＣｏＶ）がプロット点１１０４からプロット点１１０５まで低下し、燃焼安定性を改善できる。

燃料噴射装置１０１に供給する燃料圧力は、燃料配管１０５に取り付けた圧力センサ１０２（図１参照）を用いて検出するとよい。

また、燃料圧力が高い条件において、吸気行程８０２の噴射パルス幅に対する圧縮行程８０３の噴射パルス幅の比率を小さくすることによって、当量比Φが１．５以上となるリッチな混合気の量が減少する。その結果、図１１の燃料圧力の（３）３５ＭＰａに示すように、ＰＮをプロット点１１０８からプロット点１１０９まで小さくでき、ＣｏＶとＰＮを両立できる。

また、ＮＯｘについては、点火前の点火プラグ６０４周りの温度が支配的であるが、圧縮行程の噴射量を絞ったとしても、点火プラグ６０４周りを中心としてリッチな混合気を形成することで、気化冷却効果によって点火プラグ６０４周りの温度を低減できる。そのため、図１１の燃料圧力の（３）３５ＭＰａに示すように、ＮＯｘをプロット点１１０６からプロット点１１０７まで低減することができる。

また、図１１に示すように、同じ噴射条件で噴射した場合、燃料圧力が高いほど燃料噴射装置１０１から噴射される噴霧の微粒化が促進され、さらに噴霧の貫徹力が増加する。そのため、圧縮行程８０３の後期で燃料を噴射しても、混合気が拡散しやすく、ＰＮが低減する。第１の実施形態における噴射制御によれば、高い燃料圧力であっても、ＣｏＶを小さくすることで燃焼安定性を確保でき、燃焼安定性とＰＮを両立することが可能である。

図１３は、第１の実施形態における燃料圧力と、吸気行程の噴射量に対する圧縮行程の噴射量の比率との関係を示す。図１３において、横軸は燃料圧力［ＭＰａ］、縦軸は吸気行程の噴射量に対する圧縮行程の噴射量の比率［％］を表す。

本実施形態の噴射制御方法では、図１３に示すように、燃料圧力が高くなるほど吸気行程の噴射量に対する圧縮行程の噴射量の比率を小さくするように制御する。このように制御することで、燃料噴射装置１０１に供給する燃料圧力が高くなった場合であっても、噴霧の到達距離（貫徹力）を調整し、点火プラグ６０４周りを中心としてリッチな混合気を形成することで燃焼安定性を改善できる。例えば、図１３では、噴射量比率の補正量の一例として、燃料圧力２０ＭＰａでの吸気行程に対する圧縮行程の噴射量比率が２５％とすると、燃料圧力３５ＭＰａでは吸気行程に対する圧縮行程の噴射量の比率を１８％程度まで小さくなるように補正するとよい。

また、図１１に示すように、燃料圧力が（１）２５ＭＰａから（２）３５ＭＰａに変化すると、ＣｏＶが急激に大きくなる。しかし、例えば、燃料圧力２５ＭＰａから１５ＭＰａの範囲においては燃焼変動率（ＣｏＶ）の増加幅が小さいため、吸気行程に対する圧縮行程の噴射量比率を変えない燃料圧力の範囲があってもよい。部分的に噴射量比率を変えない範囲を設けることで、制御を容易にできる利点がある。

本実施形態における噴射制御方法は、エンジン再始動時の触媒暖気の制御に用いると有効である。一般に、触媒暖気の制御では、点火タイミングを上死点よりも遅角し、膨張行程で点火して排気損失を意図的に大きくして、触媒の温度を上昇させる。例えば、点火タイミングは、上死点後１０〜３０［ｄｅｇ］の範囲で設定されることが多い。この噴射条件では、燃焼が不安定となりやすいが、本実施形態の噴射制御を用いることで、燃焼安定性を確保でき、さらにＰＮやＮＯｘを抑制する効果が得られる。

以上のとおり、本実施形態では、内燃機関（気筒１０８、ピストン６０９）の１燃焼サイクル中に燃料噴射装置（燃料噴射装置１０1）から複数回燃料を噴射する燃料噴射制御装置（ＥＣＵ１５０）において、燃料噴射装置に供給する燃料圧力が高いほど、１燃焼サイクルにおける圧縮行程８０３の後期の中で一番大きな噴射量を伴う最大噴射（例えば噴射１２１１ａ）よりも前に行われる噴射（例えば噴射１２１０ａ）の噴射量の合計値に対する、最大噴射の噴射量の比率を小さくする方向に制御する制御部（ＣＰＵ１０４）、を備えるように構成されている。

また、上記の本実施形態では、制御部（ＣＰＵ１０４）は、燃料噴射装置の燃料圧力が高いほど、吸気行程８０２における噴射量の合計値に対する、圧縮行程８０３における噴射量の合計値の比率を小さくする方向に制御するように制御されている。

＜２．第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る燃料噴射装置の制御方法について、図１４、図１５及び図１６を用いて説明する。第２の実施形態に係る噴射制御が、第１の実施形態に係る噴射制御と異なる点は、燃料噴射装置１０１に供給する燃料圧力に応じて圧縮行程の噴射タイミングを変更することである。

（第２の実施形態における第１の噴射制御）
図１４は、第２の実施形態における燃料圧力ごとの、クランク角度と噴射タイミングの関係を示す。図１４の上側（ａ）には、図８との比較のため、図８に示した噴射制御の一例を併記する。図１４の中央（ｂ）は、上側（ａ）よりも燃料圧力が高くなった場合の噴射制御の例（第１の噴射制御）を示している。図１４の下側（ｃ）は、上側（ａ）よりも燃料圧力が高くなった場合の噴射制御の他の例（第２の噴射制御）を示している。

図１４の上側（ａ）に示すように、図８の噴射制御では、ＥＣＵ１５０は、燃焼サイクルが圧縮行程８０３に入り、ピストン６０９がＴＤＣに到達する前のタイミングｔ８３（クランク角度−６０ｄｅｇ付近）において圧縮行程の噴射を行っていた。これに対し、本実施形態では、図１４の中央（ｂ）に示すように、タイミングｔ８３（クランク角度−６０ｄｅｇ付近）よりも遅いタイミングｔ１４１（クランク角度−５０ｄｅｇ付近）において圧縮行程の噴射を行う（第１の噴射制御）。このとき圧縮行程の噴射パルス幅８１１すなわち噴射量は変わらない。また、吸気行程８０２の噴射タイミング（タイミングｔ８２）と噴射パルス幅８１０も変わらない。

ここで、燃料圧力と圧縮行程の噴射タイミングについて図１５を用いて説明する。
図１５は、第２の実施形態における燃料圧力と吸気行程に対する圧縮行程の噴射量の比率との関係、及び、燃料圧力と圧縮行程の噴射タイミングとの関係を示す。図１５において、吸気行程に対する圧縮行程の噴射量の比率を実線で表し、圧縮行程の噴射タイミング［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］を一点鎖線で表す。圧縮行程の噴射タイミングを、吸気行程のＴＤＣを０度とし、圧縮行程のＴＤＣを３６０度とした場合のクランク角度で表している。

図１５に示すように、燃料圧力が高くなるほど圧縮行程の噴射タイミングが遅角する。図１５の例では、燃料圧力が１５ＭＰａのとき噴射タイミングは３１５度、燃料圧力が３０ＭＰａのとき噴射タイミングは３２１度であることが示されている。

図１６は、第２の実施形態における燃料噴射装置に供給する燃料圧力と、燃焼変動率（ＣｏＶ）、ＮＯｘ、及びＰＮとの関係を示す。図１６では、図８及び図１２の上側（ａ）と同じ噴射条件で噴射した場合の結果を黒い四角印、燃料圧力が高い条件（例えば３５ＭＰa）で図１２の下側（ｂ）に示す噴射制御（第１：噴射量比率の低下）を実施した場合の結果を丸印で示す。さらに、図１６では、燃料圧力が高い条件（例えば３５ＭＰa）で図１４（ｃ）の噴射制御（第２：噴射量比率の低下と噴射タイミングの遅角化）を実施した場合の結果を三角印で示している。

第２の実施形態における第１の制御方法によれば、ＥＣＵ１５０は、燃料圧力が高い条件の場合（図１４の中央（ｂ））には、燃料圧力が低い条件の場合（図１４（ａ））に比べて、圧縮行程８０３の噴射タイミングを遅角化するように制御する。燃料圧力が高い場合には、燃料噴射装置１０１から噴射する噴霧の貫徹力が強くなるが、圧縮行程８０３の噴射を遅らせることで、気筒１０８内の圧力が高くなって、噴霧の貫徹力が弱くなる。これにより、燃料噴射装置１０１から噴射した混合気を点火プラグ６０４周りに保持する効果が得られ、その結果、燃焼安定性を改善できる。

また、燃料圧力が低い場合には、噴霧の貫徹力が弱く、圧縮行程８０３の後期で燃料を噴射すると当量比Φが１．５以上となるリッチな混合気の量が増加し、ＰＮが増加する場合があった。これに対し、燃料圧力が高くなるほど、圧縮行程８０３の最後の噴射タイミングを遅角化することで、ＰＮを抑制しつつ燃焼安定性を改善することができる。

（第２の実施形態における第２の噴射制御）
また、第２の実施形態における第１の噴射制御は、第１の実施形態の噴射制御と組み合わせることで燃焼安定性と排気を両立しやすくなる。以下、第１の実施形態の噴射制御と第２の実施形態における第１の噴射制御とを組み合わせた場合の制御方法（第２の実施形態における第２の噴射制御）について、図１４の下側（ｃ）を用いて説明する。

第２の実施形態における第２の噴射制御では、制御部（ＥＣＵ１５０のＣＰＵ１０４）は、燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）の燃料圧力が高いほど、圧縮行程８０３の最大噴射（例えば噴射１４０２ａ）よりも前に行われる噴射（例えば噴射１４０１ａ）の噴射量の合計値に対する、最大噴射の噴射量の比率を小さくし、且つ圧縮行程８０３の噴射タイミングを遅角する方向に制御する。

ＥＣＵ１５０は、図１４の上側（ａ）の環境条件が変化して燃料噴射装置１０１に供給される燃料圧力が高くなると、図１４の下側（ｃ）に示すように、吸気行程８０２に対する圧縮行程８０３の噴射量の比率を小さくし、さらに圧縮行程８０３の噴射タイミングをタイミングｔ１４１まで遅角化させるよう制御する。噴射量の比率は、具体的には、吸気行程８０２の噴射パルス幅８１０と圧縮行程８０３の噴射パルス幅８１１を変えて、図１４の上側（ａ）に比べて、吸気行程８０２に対する圧縮行程８０３の噴射量の比率が小さくなるようにＥＣＵ１５０で設定する。吸気行程８０２の噴射量に対する圧縮行程８０３の噴射量の比率を小さくすることによって、噴射タイミングを遅角化してもリッチな混合気の増加を抑えられるため、ＰＮを抑制しつつ燃焼安定性をさらに改善できる。

例えば、図１６の燃料圧力１６０１の条件で、吸気行程８０２に対する圧縮行程８０３の噴射量の比率を小さくし、且つ圧縮行程８０３の噴射タイミングを遅角化すると、ＣｏＶがプロット点１６０２からプロット点１６０３まで改善し、ＰＮがプロット点１６０４からプロット点１６０５に減少する。

一方、圧縮行程８０３の噴射タイミングを固定して、吸気行程８０２に対する圧縮行程８０３の噴射量の比率を小さくした場合（第１の実施形態、図１２の下側（ｂ））には、ＣｏＶがプロット点１６０２からプロット点１６０６に低下し、ＰＮがプロット点１６０４からプロット点１６０７まで減少する。

第１の実施形態の噴射制御では、ＣｏＶの改善幅は、噴射タイミングと噴射量の比率を両方変える場合（第２の実施形態における第２の噴射制御）よりも小さい。しかし、圧縮行程８０３の噴射タイミングを遅角化しない分、当量比Φが１．５以上となるリッチな混合気が減少するため、ＰＮを大幅に抑制することができる。

以上の結果から、ＥＣＵ１５０が、燃焼変動率とＰＮを検出し、検出結果に基づくエンジンの状態に合わせて、噴射制御を切り替えることが有効である。すなわち、ＥＣＵ１５０は、燃焼変動率改善が必要な場合には、吸気行程８０２に対する圧縮行程８０３の噴射量の比率を小さくして、圧縮行程８０３の噴射タイミングを遅角する。また、ＥＣＵ１５０は、ＰＮ低減が必要な場合には、吸気行程８０２に対する圧縮行程８０３の噴射量の比率を小さくするように制御する。燃焼変動率は、筒内の筒内圧を直接検出することで求められ、ＰＮは計測装置、又は予め各噴射条件に対するＰＮ発生量のマップデータ（テーブル）をＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。

このように、制御部（ＣＰＵ１０４）は、燃焼変動率ＣｏＶの低下を優先する場合には、圧縮行程の最大噴射よりも前に行われる噴射の噴射量の合計値に対する、最大噴射の噴射量の比率を小さくし、且つ圧縮行程の噴射タイミングを遅角する制御を行い、未燃焼粒子数ＰＮの低減を優先する場合には、圧縮行程の最大噴射よりも前に行われる噴射の噴射量の合計値に対する、最大噴射の噴射量の比率を小さくする制御を行うように構成されるとよい。

圧縮行程８０３の噴射タイミングが遅いほど、燃料噴射装置１０１から噴射した噴霧によって形成される混合気が、ピストン６０９のキャビティ６０６に入りやすくなる。そして、点火タイミングと圧縮行程の噴射タイミングの差が小さいほど、混合気のサイクルごとのばらつきが小さくなるため、燃焼安定性が改善する。しかし、ピストン６０９への燃料付着が増えることによって、排気が悪化したり、気筒１０８内の平均当量比が小さくなったりすることがある。本実施形態における第２の噴射制御によれば、圧縮行程８０３の噴射タイミングを遅角化しつつ、吸気行程に対する圧縮行程の噴射量の比率を小さくすることで、ピストン６０９への燃料付着の低減や当量比の高いリッチな混合気を抑制できる効果が得られる。

＜３．第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態に係る燃料噴射装置の制御方法について、図２、図１７及び図１８を用いて説明する。

図１７は、第３の実施形態における点火リタード量と１燃焼サイクル当たりの噴射量の関係を示す。図１７に示すように、圧縮行程８０３のＴＤＣからの点火タイミングｔ８４の遅角量（点火リタード量）が大きくなるほど、排気損失が増えて熱効率が下がるため、１燃焼サイクル当たりの噴射量が増加する。１燃焼サイクル当たりの噴射量が増加すると、圧縮行程８０３の噴射量も相対的に大きくなる。

図１８は、第３の実施形態における燃料噴射装置１０１に通電する噴射パルス幅と、噴射量及び噴射量のショットばらつきとの関係を示す。図１８では、噴射量とその噴射量のショットばらつきについて、燃料圧力が低い条件の場合の例を一点鎖線で、燃料圧力が高い条件の場合の例を実線で記載する。

燃料圧力が高くなると、弁体２１４に作用する流体力が増加するため、図１８に示すように、弁体２１４が開弁を開始するタイミングが遅れて、気筒１０８内の噴射量が増加するタイミングが、タイミング１８０１からタイミング１８０２へと遅くなる（図１８上側）。弁体２１４が固定コア２０７に衝突せずに弁体２１４が放物運動する期間１８０３，１８０４は、弁体２１４が固定コア２０７に衝突してから弁体２１４が閉弁を開始する場合に比べて、噴射量のショットばらつきが大きくなる（図１８下側）。これは、弁体２１４のリフト量が固定コア２０７で決まる場合に比べて、弁体２１４が放物運動する条件では、弁体２１４が、流体力及び磁気吸引力などのばらつきの影響を受けやすいためである。

また、燃料噴射装置１０１が噴射する噴射量は、燃料圧力の増加に応じて大きくなるため、噴射量のショットばらつきが閾値１８０５を下回る噴射パルス幅は、燃料圧力が低い条件の噴射パルス幅１８０６に比べて、燃料圧力が高い条件の噴射パルス幅１８０７の方が大きくなる。また、噴射量のショットばらつきが閾値１８０５を下回る期間では、同じ噴射パルス幅で比較した場合の噴射量も、燃料圧力が低い場合に比べて燃料圧力が高い場合の方が大きくなる。ＰＮを小さくするために、燃料圧力を上げたい要求があり、また燃焼安定性を確保するためには、圧縮行程８０３の噴射量の比率を小さくする必要がある。しかし、噴射量のショットばらつきが大きくなると燃焼変動が大きくなるため、吸気行程８０２に対する圧縮行程８０３の噴射量の比率を適切に設定することが重要となる。

本発明の第３の実施形態では、制御部（ＥＣＵ１５０のＣＰＵ１０４）が、点火リタード量が大きくなるほど、燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）に供給する燃料圧力を高くする機能を有するとよい。そして、第１の実施形態と同様に、制御部（ＣＰＵ１０４）は、燃料圧力が高いほど、吸気行程８０２における噴射量の合計値に対する、圧縮行程８０３における噴射量の合計値の比率を小さくする方向に制御する。

点火リタード量に応じて１燃焼サイクルの噴射量が大きくなることで、圧縮行程８０３の噴射量も相対的に増加する。そのため、燃料圧力を大きくして且つ圧縮行程８０３の噴射量を小さくしたとしても、ショットばらつきが閾値１８０５を下回る噴射パルス幅で運転することが可能となる。この結果、噴射量のショットばらつき低減に加えて、吸気行程８０２に対する圧縮行程８０３の噴射量の比率を小さくしたことで燃焼安定性も改善することができ、燃焼安定性の確保とＰＮ低減を両立できる。

また、上記の本実施形態において、さらに燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）の燃料圧力が高いほど、圧縮行程８０３の噴射タイミングを遅角する方向に制御してもよい。すなわち、第２の実施形態における第２の噴射制御と同様に、燃料圧力が高いほど、圧縮行程８０３の噴射タイミングを遅角する方向に制御する。これにより、上記本実施形態の効果の他に、既述の第２の実施形態における第２の噴射制御と同様の効果が得られる。

圧縮行程８０３の最後の噴射、すなわち点火タイミングｔ８４に最も近い燃料噴射では、ＥＣＵ１５０が、噴射量のショットばらつきが小さい、弁体２１４が固定コア２０７に衝突するフルリフトの条件を用いるように噴射パルス幅を設定してもよい。精密な混合気の制御が求められる圧縮行程８０３の最後の噴射をフルリフトの条件で噴射することで、点火プラグ６０４の周りにリッチな混合気を形成でき、燃焼安定性を向上することができる。

＜４．第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態に係る燃料噴射装置の制御方法について、図１９を参照して説明する。

図１９は、第４の実施形態におけるエンジン再始動後の時間と、エンジン回転数及び燃料圧力との関係を示す。
バッテリとモーターを搭載した電動化車両（例えばＨＥＶ）において、エンジンとモーターが連動して動くことが可能に構成されている場合は、エンジンが再始動する前に、モーターでエンジン回転数を目標値１９０１まで上昇させることができる。エンジン回転数の上昇に伴って、燃料ポンプ１０６で加圧した燃料が燃料配管１０５に吐出されて、燃料配管１０５の燃料圧力が上昇していく。燃料圧力がＥＣＵ１５０で設定した目標値１９０２を超えたタイミング以降で、燃料噴射装置１０１から燃料を噴射して燃焼させることで、ＰＮを抑制しやすい燃料圧力が高い条件でエンジンを始動することが可能となる。

エンジンが始動しない条件においては、吸気バルブ６０５の閉弁するタイミングが早いと、圧縮行程８０３で空気を圧縮する仕事によって機械圧縮分の駆動損失が発生する。エンジンが始動せずにモーターでエンジン回転数を変化させる場合には、吸気バルブ６０５の閉弁タイミングを遅くするような制御を行うことで、駆動損失を抑制し、消費電力を低減できる。

以上のとおり、本実施形態の一例として、内燃機関（気筒１０８）が車両に搭載されたモーターにより回転数を上昇可能に構成されている場合、制御部（ＣＰＵ１０４）は、モーターにより内燃機関の回転数が上昇して燃料噴射装置１０１の燃料圧力が目標値を超えたタイミング以降で、燃料噴射装置１０１から複数回燃料を噴射する制御を行うとよい。燃料噴射装置１０１から複数回燃料を噴射する制御方法は、第１〜第３、又は第５の実施形態のいずれかを実行する。

また、ＨＥＶでは、バッテリの充電状態を表す充電率（ＳＯＣ：State of charge）が一定値を下回った状態で車両が始動されると、モーターでエンジン回転数を上昇させられない場合がある。ＳＯＣがＥＣＵ１５０で予め設定した閾値を超えていると、モーターでエンジン回転数を上昇させる制御を行い、ＳＯＣがＥＣＵ１５０で予め設定した閾値を下回ると、エンジンでの始動すなわち第１〜第３の実施形態に記載した制御方法に切り替えてもよい。制御方法を切り替えることで、バッテリのＳＯＣの状況に応じて、ＰＮ低減と燃焼安定性の確保を両立することができる。

ＨＥＶでは、モーターが搭載されていない内燃機関の動力のみで走行する車両に比べて、エンジンの停止頻度が増える。エンジンの再始動はＳＯＣがＥＣＵ１５０で設定した閾値を下回ったタイミングと、触媒温度がある閾値を下回ったタイミングのいずれかにするとよい。

触媒温度がＥＣＵ１５０で設定した閾値を下回ったタイミングでエンジンを始動する場合には、触媒温度が低いほど点火リタード量を大きくするように設定するとよい。点火リタード量を大きくすると、触媒に捨てる熱量が増加するため、触媒の温度を短時間に増加させることができる。また、触媒温度が高い条件では点火リタード量を小さくして、燃焼安定性を確保する制御を行うことで、燃焼安定性を確保しつつ燃料噴射装置１０１から噴射する１燃焼サイクル当たりの噴射量が低下する。このため、単位時間当たりのＨＣ、ＮＯｘ、ＰＮを抑制することが可能となる。

さらにまた、触媒温度が低い条件では触媒温度が高い条件に比べて、エンジンの再始動時の燃料圧力が高くなるようにモーターを制御してもよい。触媒温度が低下するほど点火リタード量を大きくし、さらに燃料圧力を高めることで、微粒化効果を高めつつ、圧縮行程８０３の最後の噴射量の比率を小さくすることができる。このため、圧縮行程８０３の最後の噴射タイミングを遅角でき、燃焼安定性の向上とＰＮ低減を両立できる。

以上のとおり、本実施形態の一例として、制御部（ＣＰＵ１０４）は、内燃機関（気筒１０８）の排気が供給される触媒（触媒７０３）の温度が低いほど、点火遅角量を大きくし、当該点火遅角量が大きくなるほど、燃料噴射装置１０１の燃料圧力を高くするとよい。燃料噴射装置１０１から複数回燃料を噴射する制御方法は、第１〜第３、又は第５の実施形態のいずれかを実行する。

ところで、気筒１０８内に噴射した燃料の気化時間は、燃料噴射装置１０１に供給する燃料の組成に依存する。軽質燃料に比べて重質燃料では、燃料の気化速度が遅いため、軽質燃料と重質燃料とで同じタイミングで燃料を噴射すると、重質燃料で当量比の高いリッチな混合気が増加し、ＰＮが増加する場合があった。

重質燃料の場合、分子を構成する炭素数が多いため、一般的に自着火する限界温度が下がってノッキングが発生しやすい。点火タイミングを進角化し、エンジンに取り付けたノッキングセンサを用いてノッキングの点火限界を検出することで、燃料の重質、軽質を判定することができる。軽質燃料に比べて重質燃料が入った場合には、圧縮行程８０３の噴射タイミングを早期化するようにＥＣＵ１５０により制御するとよい。その結果、気化時間を確保することででき、点火プラグ６０４周りの当量比を確保しつつＰＮを低減できる。なお、重質燃料と軽質燃料の噴射制御については、第１の実施形態から第４の実施形態のいずれかの制御方法と組み合わせてもよい。

また、軽質燃料に比べて重質燃料が燃料噴射装置１０１に供給される場合には、エンジンを始動する前にモーターでエンジンを駆動して燃料圧力を上昇させてから燃料を噴射するとよい。重質燃料は気化しにくいが、燃料圧力を高くして微粒化を促進させることで、ピストン６０９や気筒１０８内の壁面への燃料付着を抑制し、混合を促進させて均質性を高める。これにより、重質燃料であっても気化を促進させて、ＰＮ抑制並びに燃焼安定性を確保できる。

＜５．第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態に係る燃料噴射装置の制御方法について、図２、図１２、及び図２０を用いて説明する。本実施形態では、制御部（ＣＰＵ１０４）は、１燃焼サイクルにおける圧縮行程の後期の中で一番大きな噴射量を伴う最大噴射よりも前に行われる噴射の噴射タイミングを遅角する方向に制御するものである。

図２０は、第５の実施形態における燃料圧力ごとの、クランク角度と噴射タイミングの関係を示す。図２０の上側（ａ）は、燃料噴射装置１０１に供給する燃料圧力が低い場合の噴射制御を示し、図２０の中央（ｂ）は、燃料圧力が高い場合の噴射制御を示している。また、図２０の下側（ｃ）には、図１４（ｃ）との比較のため、図１４（ｃ）に示した噴射制御の一例を併記する。

本実施形態の一例として、制御部（ＣＰＵ１０４）は、燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）に供給する燃料圧力が高いほど、吸気行程８０２の噴射タイミングを遅角する方向に制御する。

冷機始動時などの燃料圧力が低い条件では、図２０の上側（ａ）に示すように、吸気行程８０２の噴射タイミングを遅角化し、さらに噴射回数を増やすことが有効である。これにより、噴霧の到達距離を低減して、燃料の気筒１０８の内壁及びピストン６０９への付着を抑制することができる。

図２０の上側（ａ）では、吸気行程８０２において２回の噴射２００１ａ，２００２ａが行われ、圧縮行程８０３においても、２回の噴射２００３ａ，２００４ａが行われている例が示されている。吸気行程８０２の最初の噴射２００１ａの噴射タイミングは、タイミングｔ８２よりも遅いタイミングｔ２０１である。なお、噴射２００１ａ〜２００４ａはそれぞれ、噴射パルス幅２００１〜２００４で実施されている。圧縮行程８０３の後期（図中最後）における噴射２００４ａの噴射パルス幅２００４は、同じ圧縮行程８０３の噴射２００３ａの噴射パルス幅２００３よりも大きい。一般に、圧縮行程の後期（特に最後）に行われる噴射は、圧縮行程の中でも最大の噴射量である。圧縮行程の最後の噴射２００４ａ，２００８ａのような、１燃焼サイクルにおける圧縮行程の後期の中で一番大きな噴射量を伴う最大噴射（噴射２００４ａ，２００８ａ）よりも前に行われる噴射の噴射量の合計値に対する、最大噴射の噴射量の比率を小さくする方向に制御することで、噴射量比率を変更する本発明の効果が高まる。

また、燃料圧力が高くなると、燃料噴射装置１０１から噴射する噴霧の流速が増加して、微粒化が促進される。噴霧の貫徹力が増加することで、噴霧の到達距離が増加し、気筒１０８の内壁及びピストン６０９へ付着する燃料が増加する場合があった。そこで、燃料圧力が高い場合は、燃料圧力が低い場合に比べて、圧縮行程８０３の最後に行われる噴射２００４ａより前の噴射２００１ａ〜２００３ａの噴射タイミングを遅角するように制御してもよい。

図２０の中央（ｂ）では、上側（ａ）の噴射２００１ａ〜２００３ａに対応する噴射２００５ａ〜２００７ａの噴射タイミングがそれぞれ遅角している例が示されている。さらに、噴射２００５ａ〜２００７ａはそれぞれ、噴射パルス幅２００１〜２００４よりも長い噴射パルス幅２００５〜２００７で実施されている。このため、圧縮行程８０３の最後の噴射２００８ａの噴射パルス幅２００８は、噴射２００４ａの噴射パルス幅２００４よりも短くなっている。

圧縮行程８０３の最後の噴射より前の噴射の噴射タイミングを遅角することで、燃料噴射装置１０１とピストン６０９との距離を確保できるため、燃料圧力を大きくしたことによる微粒化によって混合気の均質度を確保しつつ、燃料の付着を抑制することができる。このように、混合気の均質度を確保することで、気筒１０８内においてリッチな混合気の発生が抑制される。さらに、燃料付着の抑制によって、ＰＮ及びＨＣを低減し、且つ燃焼安定性を高められる。

また、ピストン６０９への燃料付着量は、燃料噴射装置１０１からピストン６０９までの距離に依存する。このため、燃料圧力が高い場合には、燃料圧力が低い場合に比べて、燃料噴射装置１０１とピストン６０９との距離が近い吸気行程８０２の最初の噴射２００１ａに相当する噴射２００５ａのみ噴射タイミングを遅角化してもよい。あるいは、最初の噴射２００１ａに相当する噴射２００５ａと次の噴射２００２ａに相当する噴射２００６ａのみ噴射タイミングを遅角化してもよい。

圧縮行程８０３の最初の噴射２００３ａは、噴射タイミングが遅いほど、燃料噴射装置１０１とピストン６０９との距離が近づくため、吸気行程８０２の噴射を燃料圧力に応じて変化させることで、排気抑制効果が高められる。なお、燃料圧力が高いほど、圧縮行程８０３の噴射２００３ａをＢＤＣに近づけるように噴射タイミングを早める制御を行ってもよい（図示略）。噴射タイミングをＢＤＣの方向に早期化することで、燃料噴射装置１０１とピストン６０９との距離を確保し、ＰＮが抑制できる。さらに、場合によっては、噴射２００３ａの噴射開始タイミングは、吸気行程８０２まで早期化してもよい。

このように、第５の実施形態では、図２０の上側（ａ）に示す燃料圧力が低い場合に比べて、図２０の中央（ｂ）に示す燃料圧力が高い場合には、１燃焼サイクル中の最後の噴射２００８ａより前の噴射２００５ａ，２００６ａ，２００７ａの噴射量に比べて１燃焼サイクル中の最後の噴射２００８ａの噴射量の比率を小さくする制御方法を備えるとよい。この結果、高い燃料圧力の条件においても、噴霧の貫徹力を抑制して、点火プラグ６０４の中心ギャップ６１７の周りにリッチな混合気を形成しつつ、当量比Φが１．５以上となるリッチな混合気の量を抑制することができる。また、吸気行程８０２の噴射により気筒１０８及びピストン６０９への燃料付着を抑制することによって、ＰＮを低減できる。

また、燃料圧力が低い場合の４回の噴射、すなわち噴射２００１ａ，２００２ａ，２００３ａ，２００４ａにおいて、圧縮行程８０３よりも吸気行程８０２の方が噴射量の割合を大きくするとよい。吸気行程８０２に多くの燃料を噴射して、乱れ速度が大きいタイミングで最後の噴射をすることで、空気と燃料の混合が促進され、点火タイミングｔ８４における気筒１０８内の混合気の均質度を高められる。その結果、燃焼安定性を向上し、部分的に高い当量比の発生を抑制してＰＮを低減できる。

例えば、図２０の上側（ａ）において、１燃焼サイクルの噴射量を１．０とすると、噴射２００１ａ，２００２ａ，２００３ａ，及び２００４ａの噴射量の比率は、一例として０．２５：０．２５：０．２：０．３のように設定（補正）するとよい。また、図２０の中央（ｂ）において、噴射２００５ａ，２００６ａ，２００７ａ、及び２００８ａの噴射量の比率は、一例として０．３：０．２５：０．２５：０．２のように設定（補正）するとよい。すなわち、燃料圧力が高いほど、１燃焼サイクル中の最後の噴射２００８ａより前の噴射２００５ａ，２００６ａ，２００７ａの噴射量の合計値に比べて、１燃焼サイクル中の最後の噴射２００８ａの噴射量の比率をより小さくする。

吸気行程８０２の噴射量の比率は、乱れ速度が大きいタイミングで噴射する噴射２００１ａ又は２０００５ａの噴射量が最も大きくなるように設定してもよい。この結果、空気と燃料の混合が促進されて、均質度を向上させることができる。また、１燃焼サイクル中において、吸気行程８０２に対して、圧縮行程８０３の最後の噴射である２００４ａ又は２００８ａの噴射量の比率が最も小さくなるように設定してもよい。圧縮行程８０３の噴射量を小さくすることで、点火プラグ６０４の周りに形成するリッチな混合気の量を必要最低限にすることができ、燃焼安定性を確保しつつ、当量比が１．５以上となるリッチな混合気の量を抑制し、ＰＮを低減できる。

また、本実施形態の一例として、制御部（ＣＰＵ１０４）は、さらに１燃焼サイクルにおける圧縮行程８０３の後期の中で一番大きな噴射量を伴う最大噴射（噴射２００４ａ，２００８ａ）よりも前に行われる噴射間の間隔を広げる方向に制御する。

燃料圧力が高くなった場合は、弁体２１４に作用する閉弁方向に働く流体力が増加するため、開弁開始が遅くなり、噴射パルスを停止してから弁体２１４が閉弁するまでの時間が早くなる。また、燃料圧力が高くなると、単位時間に噴射する噴射量が増加するため、同じ噴射量の比率の場合には、噴射パルス幅が短くなる傾向にある。

したがって、燃料圧力が高くなった場合には、噴射１回目と２回目、噴射２回目と３回目の噴射間隔が短くなるように噴射タイミングを変更してもよい。燃料圧力が高くなるほど、噴射間隔を短くすることによって、燃料圧力が高い場合には、燃料圧力が低い場合に比べて噴射タイミングを遅らせつつ、２回目又は３回目の噴射が終了するタイミングが早くなるため、吸気行程８０２の乱れ速度、並びにタンブルが強いタイミングで燃料を噴射でき、ＰＮ抑制と、均質度の向上による燃焼安定性の向上を両立できる。

噴射１回目又は２回目の噴射間隔と、噴射２回目と３回目の噴射間隔は、燃料圧力が高い場合には、燃料圧力が低い場合に比べて噴射１回目と２回目の噴射間隔のみ、小さく制御してもよい。特に、噴射１回目と２回目は噴射３回目以降に比べて、乱れ速度が大きいタイミングで燃料を噴射するため、噴射間隔を低減する効果が高められる。言い換えれば、燃料圧力が高い場合には、燃料圧力が低い場合に比べて、噴射２回目と噴射３回目の噴射間隔に対して噴射１回目と２回目の噴射間隔の方が小さくなるように制御してもよい。

また、図２０に示した噴射制御によれば、噴射回数が増加したり、流動と噴霧を同期させたりするために、噴射２００３ａ及び噴射２００７ａのように、吸気行程８０２の噴射が圧縮行程８０３の前半にくる場合がある。この場合、燃料圧力が低い条件の１燃焼サイクル中の最後の噴射２００４ａと、噴射２００４ａより前の噴射である噴射２００１ａ，２００２ａ，２００３ａとの噴射量の比率に比べて、燃料圧力が高い場合には、噴射２００５ａ，２００６ａ，２００７ａと比較して１燃焼サイクル中の最後の噴射２００８ａの噴射量比率が小さくなるようにＥＣＵ１５０で制御するとよい。

燃料圧力が高い場合に、１燃焼サイクル中の最後、すなわち点火タイミングｔ８４に最も近い噴射の噴射量の比率を他の噴射量の合計値よりも小さくすることで、燃料圧力が高くなった場合であっても、噴霧の貫徹力を抑制し、点火タイミングｔ８４において点火プラグ６０４の周りにリッチな混合気を形成できる。この結果、燃焼安定性が向上できる。

さらに、本発明は上述した各実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。

例えば、上述した各実施形態は本発明に対する理解を助けるために燃料噴射装置及び燃料噴射システムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成要素を備えるものに限定されない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成要素に置き換えることが可能である。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成要素を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成要素の追加又は置換、削除をすることも可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。ハードウェアとして、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などを用いてもよい。

１００…燃料噴射システム、 １０１…燃料噴射装置、 １０２…圧力センサ、 １０５…燃料配管、 １０７…燃焼室、 １０８…気筒、 ６０９…ピストン、 １０４…ＣＰＵ、 １０４Ｍ…メモリ、 １５０…ＥＣＵ、 ８０２…吸気行程、 ８０３…圧縮行程、 １４０１ａ〜１４０２ａ，２００１ａ〜２００８ａ…噴射、 ８１０〜８１１，１２１０〜１２１１，１４０１〜１４０２，２００１〜２００８…噴射パルス幅、 ｔ８４…点火タイミング

Claims (15)

1. 内燃機関の１燃焼サイクル中に燃料噴射装置から複数回燃料を噴射する燃料噴射制御装置において、
   前記燃料噴射装置に供給する燃料圧力が高いほど、１燃焼サイクルにおける圧縮行程の後期の中で一番大きな噴射量を伴う最大噴射よりも前に行われる噴射の噴射量の合計値に対する、前記最大噴射の噴射量の比率を小さくする方向に制御する制御部、を備える
   燃料噴射制御装置。
2. 前記制御部は、前記燃料噴射装置の燃料圧力が高いほど、吸気行程における噴射量の合計値に対する、圧縮行程における噴射量の合計値の比率を小さくする
   請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記制御部は、前記燃料噴射装置の燃料圧力が高いほど、圧縮行程の前記最大噴射よりも前に行われる噴射の噴射量の合計値に対する、前記最大噴射の噴射量の比率を小さくし、且つ圧縮行程の噴射タイミングを遅角する
   請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記制御部は、
   燃焼変動率の低下を優先する場合には、圧縮行程の前記最大噴射よりも前に行われる噴射の噴射量の合計値に対する、前記最大噴射の噴射量の比率を小さくし、且つ圧縮行程の噴射タイミングを遅角する制御を行い、
   未燃焼粒子数の低減を優先する場合には、圧縮行程の前記最大噴射よりも前に行われる噴射の噴射量の合計値に対する、前記最大噴射の噴射量の比率を小さくする制御を行う
   請求項３に記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記制御部は、点火遅角量が大きくなるほど、前記燃料噴射装置の燃料圧力を高くする
   請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
6. 前記制御部は、前記燃料噴射装置の燃料圧力が高いほど、圧縮行程の噴射タイミングを遅角する
   請求項５に記載の燃料噴射制御装置。
7. 前記内燃機関が車両に搭載されたモーターにより回転数を上昇可能に構成されている場合、
   前記制御部は、前記モーターにより前記内燃機関の回転数が上昇して前記燃料噴射装置の燃料圧力が目標値を超えたタイミング以降で、前記燃料噴射装置から複数回燃料を噴射する制御を行う
   請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
8. 前記制御部は、前記内燃機関の排気が供給される触媒の温度が低いほど、点火遅角量を大きくし、前記点火遅角量が大きくなるほど、前記燃料噴射装置の燃料圧力を高くする
   請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
9. 前記制御部は、前記噴射量の比率を変更するときに、噴射パルスのパルス幅に基づいて前記燃料噴射装置を駆動する電流波形を変更する
   請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
10. 前記制御部は、１燃焼サイクルにおける圧縮行程の後期の中で一番大きな噴射量を伴う最大噴射よりも前に行われる噴射の噴射タイミングを遅角する
    請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
11. 前記制御部は、前記燃料噴射装置の燃料圧力が高いほど、吸気行程の噴射タイミングを遅角する
    請求項１０に記載の燃料噴射制御装置。
12. 前記制御部は、さらに１燃焼サイクルにおける圧縮行程の後期の中で一番大きな噴射量を伴う最大噴射よりも前に行われる噴射間の間隔を広げる
    請求項１０に記載の燃料噴射制御装置。
13. 前記内燃機関のクランク角度について吸気行程の上死点を０度とし、圧縮行程の上死点を３６０度とした場合、
    前記圧縮行程の後期とは、前記クランク角度が２８０度以降である
    請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
14. 前記最大噴射は、圧縮工程の最後に行われる噴射である
    請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
15. 内燃機関の１燃焼サイクル中に燃料噴射装置から複数回燃料を噴射する燃料噴射制御装置による燃料噴射制御方法であって、
    前記燃料噴射制御装置は、前記燃料噴射装置に供給する燃料圧力が高いほど、１燃焼サイクルにおける圧縮行程の後期の中で一番大きな噴射量を伴う最大噴射よりも前に行われる噴射の噴射量の合計値に対する、前記最大噴射の噴射量の比率を小さくする方向に制御する
    燃料噴射制御方法。

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