JP2021161974A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】演算遅れに拘わらず、燃料カットからの復帰条件が成立した場合に燃料カットからの復帰を早期に実現する。
【解決手段】燃料噴射制御装置１００は、モード切換指令部３１２により燃料カットからの復帰が指令されたとき、目標値演算部３１１により演算された噴射目標値に応じた燃料の噴射が噴射可能領域内に可能であるか否かを判定する噴射可否判定部３１３と、目標値演算部３１１により演算された噴射目標値に含まれる目標噴射回数が複数回であるとき、噴射可否判定部３１３により噴射目標値に応じた燃料の噴射が不可能と判定されると、目標噴射回数を減少して噴射目標値を修正する目標値修正部３１４と、目標値修正部３１４により噴射目標値が修正されると、修正後の噴射目標値に応じてインジェクタ１２が燃料を噴射するようにインジェクタ１２を制御するインジェクタ制御部３０５を備える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、直噴式内燃機関の燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置に関する。

この種の装置として、従来、吸気行程で燃料を噴射する場合に、噴射に係る演算処理の負荷を考慮して、吸気行程で燃料噴射時間を演算するだけでなく、予め排気行程で燃料の噴射時間の演算を行って、燃料噴射を開始するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１９−１５２１４４号公報

しかしながら、車両走行中に所定の燃料カット条件が成立すると燃料の噴射を停止する機能を有する装置において、例えば吸気行程で燃料カットからの復帰条件が成立して燃料噴射が再開される場合に、吸気行程で噴射を行うことが困難な場合があり、その結果、燃料カットからの復帰のタイミングが遅れる。

本発明の一態様は、シリンダの内部を往復動するピストンと、ピストンに面したシリンダ内の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射部と、を有する内燃機関における燃料噴射制御装置であって、内燃機関の運転状態に基づいて、クランク角の噴射可能領域内における１燃焼サイクル当たりの目標噴射量と目標噴射時期と目標噴射回数とを含む噴射目標値を演算する目標値演算部と、目標値演算部により演算された噴射目標値に応じて燃料噴射部が燃料を噴射するように燃料噴射部を制御する噴射制御部と、燃焼室に燃料が噴射される第１モードから燃焼室への燃料の噴射が停止される第２モードへの切換、および第２モードから第１モードへの切換を指令するモード切換指令部と、モード切換指令部により第２モードから第１モードへの切換が指令されたとき、目標値演算部により演算された噴射目標値に応じた燃料の噴射が前記噴射可能領域内に可能であるか否かを判定する噴射可否判定部と、目標値演算部により演算された噴射目標値に含まれる目標噴射回数が複数回であるとき、噴射可否判定部により噴射目標値に応じた燃料の噴射が不可能と判定されると、目標噴射回数を減少して噴射目標値を修正する目標値修正部と、を備える。噴射制御部は、目標値修正部により噴射目標値が修正されると、修正後の噴射目標値に応じて燃料噴射部が燃料を噴射するように燃料噴射部を制御する。

本発明によれば、燃料カットからの復帰条件が成立した場合に燃料カットからの復帰を早期に実現することができる。

本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置が適用されるエンジンが搭載されたハイブリッド車両の走行駆動部の構成を概略的に示す図。 図１のエンジンの要部構成を概略的に示す図。 本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置が適用される内燃機関の制御装置の要部構成を示すブロック図。 図３の内燃機関の制御装置による噴射モードの遷移の一例を示す図。 図４の付着低減モードに対応した噴射マップの一例を示す図。 図３の状態判定部の機能的構成を示すブロック図。 図３のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。 吸気行程で燃料を噴射する場合の目標噴射量の演算時期の一例を示す図。 吸気行程で燃料を噴射する場合の目標噴射量の演算時期の他の例を示す図。 燃料カットからの復帰後に吸気行程で燃料を噴射する場合の目標噴射量の演算時期の一例を示す図。 本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置の要部構成を示すブロック図。 図１０のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。 本実施形態に係る燃料噴射制御装置による動作の一例を示す図。

以下、図１〜図１２を参照して本発明の一実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置は、内燃機関としての直噴式のガソリンエンジンに適用される。このエンジンは、車両、すなわち、エンジンのみを駆動源として走行するエンジン車およびエンジンとモータとを駆動源として走行するハイブリッド車両に搭載される。以下では、特に、燃料噴射制御装置を有するエンジンがハイブリッド車両に搭載される例を説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置を有するエンジンが搭載されるハイブリッド車両の走行駆動部の構成を概略的に示す図である。図１に示すように、エンジン（ＥＮＧ）１の出力軸１ａには第１モータジェネレータ（ＭＧ１）２が接続され、駆動輪４の回転軸４ａには第２モータジェネレータ（ＭＧ２）３が接続される。第１モータジェネレータ２は、主に、エンジン１により駆動されて電力を発生する発電機として機能し、第１モータジェネレータ２から発生した電力は、図示しないインバータを介してバッテリ（ＢＡＴ）５に蓄電される。第２モータジェネレータ３は、主に、図示しないインバータを介してバッテリ５から供給される電力によって駆動する走行用モータとして機能する。

エンジン１の出力軸１ａと駆動輪４の回転軸４ａとの間にはクラッチ６が介装され、出力軸１ａと回転軸４ａとは、クラッチ６を介して連結または遮断される。出力軸１ａと回転軸４ａとが遮断されると、車両は第２モータジェネレータ３の動力のみによって走行する（ＥＶ走行）。出力軸１ａと回転軸４ａとがクラッチ６を介して連結されると、車両はエンジン１の動力のみによって走行（エンジン走行）またはエンジン１と第２モータジェネレータ３の動力によって走行する（ハイブリッド走行）。すなわち、車両は、ＥＶ走行を行うＥＶモード、エンジン走行を行うエンジンモード、およびハイブリッド走行を行うハイブリッドモードに、走行モードを変更することができる。

図２は、エンジン１の要部構成を概略的に示す図である。エンジン１は、車両の減速走行時等に複数の気筒への燃料供給を停止する燃料カット機能を有する火花点火式の内燃機関であり、動作周期の間に吸気、圧縮、膨張および排気の４つの行程を経る４ストロークエンジンである。４つの行程全体を、便宜上、燃焼行程の１サイクルまたは単に１サイクルと称する。例えば吸気行程の開始から排気行程の終了まで、あるいは排気行程の開始から膨張行程の終了までを、１サイクルと称する。エンジン１は４気筒、６気筒、８気筒等、複数の気筒を有するが、図２には、単一の気筒の構成を示す。なお、各気筒の構成は互いに同一である。

図２に示すように、エンジン１は、シリンダブロック１０１に形成されたシリンダ１０２と、シリンダ１０２の内部に摺動可能に配置されたピストン１０３と、ピストン１０３の冠面（ピストン冠面）１０３ａとシリンダヘッド１０４との間に形成された燃焼室１０５と、を有する。ピストン冠面１０３ａには、例えばシリンダ内のタンブル流に沿うように凹部１０３ｂが形成される。ピストン１０３は、コンロッド１０６を介してクランクシャフト１０７に連結され、シリンダ１０２の内壁に沿ってピストン１０３が往復動することにより、クランクシャフト１０７（図１の出力軸１ａ）が回転する。

シリンダヘッド１０４には、吸気ポート１１１と排気ポート１１２とが設けられる。燃焼室１０５には、吸気ポート１１１を介して吸気通路１１３が連通する一方、排気ポート１１２を介して排気通路１１４が連通する。吸気ポート１１１は吸気バルブ１１５により開閉され、排気ポート１１２は排気バルブ１１６により開閉される。吸気バルブ１１５の上流側の吸気通路１１３には、スロットルバルブ１１９が設けられる。スロットルバルブ１１９は、例えばバタフライ弁により構成され、スロットルバルブ１１９により燃焼室１０５への吸入空気量が調整される。吸気バルブ１１５と排気バルブ１１６とは動弁機構１２０により開閉駆動される。

シリンダヘッド１０４には、それぞれ燃焼室１０５に臨むように点火プラグ１１および直噴式のインジェクタ１２が装着される。点火プラグ１１は、吸気ポート１１１と排気ポート１１２との間に配置され、電気エネルギーにより火花を発生し、燃焼室１０５内の燃料と空気との混合気を点火する。

インジェクタ１２は、吸気バルブ１１５の近傍に配置される。インジェクタ１２は、電磁アクチュエータやピエゾアクチュエータ等の駆動部を有し、電気エネルギーにより駆動されて燃料を噴射する。より詳しくは、インジェクタ１２には、燃料ポンプを介して燃料タンクから高圧の燃料が供給される。インジェクタ１２は、燃料を高微粒子化して、燃焼室１０５内に所定のタイミングで斜め下方に向けて燃料を噴射する。なお、インジェクタ１２の配置はこれに限らず、例えば点火プラグ１１の近傍に配置することもできる。

動弁機構１２０は、吸気カムシャフト１２１と排気カムシャフト１２２とを有する。吸気カムシャフト１２１は、各気筒（シリンダ１０２）にそれぞれ対応した吸気カム１２１ａを一体に有し、排気カムシャフト１２２は、各気筒にそれぞれ対応した排気カム１２２ａを一体に有する。吸気カムシャフト１２１と排気カムシャフト１２２とは、不図示のタイミングベルトを介してクランクシャフト１０７に連結され、クランクシャフト１０７が２回転する度にそれぞれ１回転する。

吸気バルブ１１５は、吸気カムシャフト１２１の回転により、不図示の吸気ロッカーアームを介して、吸気カム１２１ａのプロファイルに応じた所定のタイミングで開閉する。排気バルブ１１６は、排気カムシャフト１２２の回転により、不図示の排気ロッカーアームを介して、排気カム１２２ａのプロファイルに応じた所定のタイミングで開閉する。

排気通路１１４には、排気ガスを浄化するための触媒装置１３が介装される。触媒装置１３は、排ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化・還元作用によって除去・浄化する機能を有する三元触媒である。なお、排ガス中のＣＯ、ＨＣの酸化を行う酸化触媒等、他の触媒装置を用いることもできる。触媒装置１３に含まれる触媒の温度が高くなると触媒が活性化し、触媒装置１３による排ガスの浄化作用が高まる。

エンジン１は、燃費の向上を目的として、エンジン走行時に所定の燃料カット条件が成立するとインジェクタ１２からの燃料噴射を停止する燃料カット機能（フューエルカット機能）を有する。すなわち、燃料カット条件が成立すると、燃料カットモード（Ｆ／Ｃモードと呼ぶ）に移行して燃料噴射が停止される。燃料カット条件は、例えばアクセルペダルの操作量（アクセル開度）が所定値以下で、かつ、クランクシャフト１０７の回転数（エンジン回転数）が所定値以上で、かつ、車速が所定値以上の状態が検出されると、成立する。例えば減速走行時に燃料カット条件が成立する。Ｆ／Ｃモードでは、燃焼室１０５内への吸気が継続される。

さらにエンジン１は、燃費の向上を目的として、所定のアイドリングストップ条件が成立するとインジェクタ１２からの燃料噴射を停止するアイドリングストップ機能を有する。すなわち、アイドリングストップ条件が成立するアイドリングストップモード（Ｉ／Ｓモードと呼ぶ）に移行して燃料噴射が停止される。アイドリングストップ条件は、例えば停車時等、車速が所定車速以下で、かつ、アクセルペダルが非操作で、かつ、ブレーキペダルの操作が検出されると成立する。Ｉ／Ｓモードではエンジン１の稼働が停止しており、ＥＶ走行のときと同様、燃焼室１０５内への吸気が停止する。

図示は省略するが、エンジン１は、排気ガスの一部を吸気系に還流する排気ガス再循環装置、ブローバイガスを吸気系に戻して再燃焼させるブローバイガス還元装置、および燃料タンク内で蒸発した燃料ガスの吸気系への供給を制御するパージ制御装置などを有する。排気ガス再循環装置には、動弁機構１２０の制御によって排気ガスを燃焼室１０５で再循環させる内部ＥＧＲと、排気通路１１４からの排気ガスの一部を、ＥＧＲ通路およびＥＧＲバルブを介して吸気系に導く外部ＥＧＲとが含まれる。パージ制御装置は、燃料タンク内で蒸発した燃料ガスを吸気系に導くパージ通路、パージ通路の途中に設けられ、パージ通路を通過するガスの流れを制御するパージバルブと、を有する。なお、エンジン１は、過給機を備えることもできる。

以上のように構成されたエンジン１は、内燃機関の制御装置により制御される。図３は、内燃機関の制御装置の要部構成を示すブロック図である。図３に示すように、内燃機関の制御装置は、エンジン制御用のコントローラ３０を中心として構成され、コントローラ３０に接続された各種のセンサやアクチュエータなどを有する。具体的には、コントローラ３０には、クランク角センサ３１と、アクセル開度センサ３２と、水温センサ３３と、吸気量センサ３４と、ＡＦセンサ３５と、点火プラグ１１と、インジェクタ１２とが接続される。

クランク角センサ３１は、クランクシャフト１０７に設けられ、クランクシャフト１０７が所定回転角度（例えば３０°）回転する度にパルス信号を出力するように構成される。コントローラ３０は、クランク角センサ３１からのパルス信号に基づいて、ピストン１０３の吸気行程開始時の上死点ＴＤＣの位置を基準としたクランクシャフト１０７の回転角度（クランク角）を特定するとともに、エンジン回転数を算出する。

アクセル開度センサ３２は、車両の図示しないアクセルペダルに設けられ、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出する。アクセル開度センサ３２の検出値に応じてエンジン１の目標トルクが指令される。水温センサ３３は、エンジン１を冷却するためのエンジン冷却水が流れる経路に設けられ、エンジン冷却水の温度（冷却水温）を検出する。吸気量センサ３４は、吸入空気量を検出するセンサであり、例えば吸気通路１１３（より具体的にはスロットルバルブの上流）に配置されたエアフロメータにより構成される。ＡＦセンサ３５は、触媒装置１３の上流の排気通路１１４に設けられ、排気通路１１４における排気ガスの空燃比を検出する。なお、図示は省略するが、コントローラ３０には、吸気圧センサ、大気圧センサ、吸気温センサ等、上述した以外に種々のセンサが接続される。

コントローラ３０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成され、ＣＰＵ等の演算部と、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶部と、その他の周辺回路とを有するコンピュータを含んで構成される。コントローラ３０は、機能的構成として、噴射モード切換部３０１と、温度情報取得部３０２と、状態判定部３０３と、点火制御部３０４と、インジェクタ制御部３０５とを有する。

噴射モード切換部３０１は、エンジン１の運転状態に応じて噴射モードを切り換える。図４は、例えばイグニッションスイッチのオンによりエンジン１の稼働が開始（スタート）されてから、イグニッションスイッチのオフによりエンジン１の稼働が停止（エンド）されるまでの間における、噴射モードの遷移の一例を示す図である。図４に示すように、噴射モードは、始動モードＭ１と、触媒暖機モードＭ２と、付着低減モードＭ３と、均質向上モードＭ４と、ノック抑制モードＭ５と、燃料停止モードＭ６とを含む。均質向上モードＭ４とノック抑制モードＭ５とは、ピストン温度（筒内温度）が高い高筒内温度状態であり、均質向上モードＭ４とノック抑制モードＭ５とをまとめて高筒内温度モードＭ７と呼ぶ。

図中の燃料停止モード以外の各モードＭ１〜Ｍ５には、吸気行程の開始（吸気上死点ＴＤＣ）から圧縮行程の終了（圧縮上死点ＴＤＣ）までの区間のクランク角を、吸気上死点ＴＤＣを起点とした時計周りの円の角度によって示すとともに、燃料噴射のタイミングを、円の中心から放射状に延びる扇形のハッチングによって示す。吸気行程は、クランク角が０°以上１８０°以下の範囲であり、圧縮行程は、クランク角が１８０°以上３６０以下の範囲である。なお、クランク角が０°以上９０°以下の範囲を吸気行程前半、９０°以上１８０°以下の範囲を吸気行程後半、１８０°以上２７０°以下の範囲を圧縮行程前半、２７０°以上３６０°以下の範囲を圧縮行程後半と呼ぶことがある。

始動モードＭ１は、エンジン１を始動するためのモードであり、イグニッションスイッチのオン直後またはＥＶモードやＩ／Ｓモードからの復帰時に実行される。始動モードＭ１では、エンジン１のクランキング後に、図示のように圧縮行程前半で２回に分けて、すなわち圧縮２段で燃料が噴射されて混合気が生成される。この場合の１回当たりの噴射量は互いに等しい。圧縮行程で燃料を噴射することで、エンジン１の始動性を向上することができる。また、圧縮行程前半で燃料を多段噴射することで、１回当たりの燃料噴射量が抑えられる。その結果、ピストン冠面１０３ａやシリンダ１０２の壁面への燃料の付着を抑えることができ、煤の発生を抑制することができる。

なお、始動性の向上と煤の抑制とを両立することができるのであれば、始動モードＭ１は、圧縮２段に限らず圧縮行程で１回の噴射（圧縮１段）、または吸気行程と圧縮行程とでそれぞれ噴射（吸圧多段）、吸気行程で１回または複数回の噴射等、他の噴射パターンの噴射であってもよい。始動モードＭ１が完了すると、触媒暖機モードＭ２、付着低減モードＭ３および高筒内温度モードＭ７（例えば均質向上モードＭ４）のいずれかの噴射モードに移行する。

触媒暖機モードＭ２は、触媒装置１３の暖機を促進して触媒の早期活性化を実現するモードである。触媒暖機モードＭ２では、図示のように吸気行程で２回に分けて、すなわち吸気２段で燃料が噴射されて、混合気が生成される。この場合の１回当たりの噴射量は互いに等しい。さらに、触媒暖機モードＭ２では、点火プラグ１１による点火時期が、最大トルクが得られる最適点火時期ＭＢＴよりもリタード（遅角）される。点火時期のリタードによって混合気を後燃えさせることで、目標トルクを発生するための燃焼室１０５への空気供給量が増加して燃料噴射量が増加し、これにより混合気の燃焼によって生じる熱量が増加して、触媒装置１３を早期に暖機することができる。触媒暖機モードＭ２では、予めメモリに記憶された、エンジン回転数や吸入空気量に応じて変化することのない所定のタイミングで噴射が噴射される。

触媒暖機モードＭ２において吸気２段で燃料を噴射することで、混合気を均質化することができ、燃焼効率が高まり、エミッションの悪化を抑制することができる。なお、エミッションの悪化を抑制することができるのであれば、触媒暖機モードＭ２は、吸気２段に限らず吸気行程で１回の噴射（吸気１段）、または吸圧多段等、他の噴射パターンでの噴射であってもよい。触媒暖機モードＭ２が完了すると、付着低減モードＭ３または高筒内温度モードＭ７（例えば均質向上モードＭ４）に移行する。

付着低減モードＭ３は、ピストン温度が低温度のときに煤の低減を目的として実行される。付着低減モードＭ３では、吸気行程開始時の吸気上死点ＴＤＣおよび圧縮行程終了時の圧縮上死点ＴＤＣの近傍の所定の噴射禁止領域以外の領域、すなわちピストン冠面１０３ａがインジェクタ１２から離れる領域（噴射可能領域）で、燃料が噴射される。噴射禁止領域は、例えば吸気行程前半の一部またはほぼ全域と、圧縮行程後半の一部あるいはほぼ全域とに設定される。

より詳しくは、噴射禁止領域はエンジン回転数に応じて設定される。エンジン回転数が高いほど、吸気行程でピストン冠面１０３ａがインジェクタ１２から退避する速度および圧縮行程でピストン冠面１０３ａがインジェクタ１２に接近する速度が速い。このため、エンジン回転数が高いほど、吸気行程における噴射禁止領域が狭くなり（噴射禁止領域の終了が進角側に移動）、圧縮行程における噴射禁止領域が広くなる（噴射禁止領域の開始が遅角側に移動）。

噴射可能領域における燃料の噴射回数と噴射タイミングとは、予めメモリに記憶されたマップ、例えば図５に示すマップにより決定される。すなわち、図５に示すように、エンジン回転数Ｎｅと目標噴射量Ｑとに応じた最大出力トルクの特性ｆ１に対応付けて、予め定められたマップにより決定され、１回〜４回の範囲で噴射回数が定められる。噴射回数が複数回であるときの１回当たりの噴射量は互いに等しい。なお、目標噴射量Ｑは、実空燃比が目標空燃比となるような値として算出され、吸入空気量に応じて定まる。このため、図５のマップを、図４の均質向上モードＭ４のマップと同様、エンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｇのマップに書き換えることもできる。

ピストン冠面１０３ａへの燃料の付着を抑えるためには、噴射回数を多くして１回当たりの噴射量を低減することが好ましい。しかし、インジェクタ１２の仕様によってインジェクタ１２の１回当たりの最小噴射量Ｑｍｉｎが規定され、インジェクタ１２は最小噴射量Ｑｍｉｎを下回る量の噴射を行うことはできない（ＭｉｎＱ制約）。したがって、目標噴射量が少ない領域では、噴射回数は１回となり、目標噴射量Ｑの増加に伴い、噴射回数が２回、３回および４回へと徐々に増加する。

一方、噴射回数を増加するためには、インジェクタ１２を高速で駆動する必要がある。そのため、例えばコントローラ３０のインジェクタ駆動用の電気回路におけるコンデンサの充放電を短時間で繰り返す必要がある。この場合、エンジン回転数Ｎｅが高いほど、インジェクタ１２の駆動速度を速める必要があり、コントローラ３０の電気的な負荷が増大して、コントローラ３０の発熱量が増大する。その結果、コントローラ３０の熱的な制約（ＥＣＵ熱制約）により、噴射回数が制限される。すなわち、エンジン回転数Ｎｅが小さい領域では、噴射回数が４回であるが、エンジン回転数Ｎｅの増加に伴い、噴射回数が３回、２回および１回と徐々に制限される。

以上より、例えばエンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎ１未満かつ目標噴射量Ｑが所定値Ｑ３以上の領域ＡＲ１で、噴射回数は４回（４段噴射）に設定される。エンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎ２未満かつ目標噴射量Ｑが所定値Ｑ２以上で、領域ＡＲ１を除く領域ＡＲ２で噴射回数は３回（３段噴射）に設定される。エンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎ３未満かつ目標噴射量Ｑが所定値Ｑ１以上で、領域ＡＲ１，ＡＲ２を除く領域ＡＲ３で噴射回数は２回（２段噴射）に設定される。エンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎ３以上または目標噴射量Ｑが所定値Ｑ１未満の領域ＡＲ４で、噴射回数は１回（単発噴射）に設定される。

なお、所定値Ｎ１〜Ｎ３には、Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３の関係があり、所定値Ｑ１〜Ｑ３には、Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３の関係がある。所定値Ｎ１〜Ｎ３，Ｑ１〜Ｑ３は予め実験によって定められ、メモリに記憶される。付着低減モードＭ３での最大噴射回数は、インジェクタ１２やコントローラ３０等の仕様、およびインジェクタ１２の取付位置などにより定まり、４回より少ない、または４回より多い場合がある。付着低減モードが完了すると、高筒内温度モードＭ７（例えば均質向上モードＭ４）または燃料停止モードＭ６に移行する。

均質向上モードＭ４は、燃費が最適となる噴射モードである。均質向上モードでは、予めメモリに記憶されたエンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｇとに応じた制御マップに従い、吸気１段または吸気２段の燃料噴射が行われる。すなわち、図４に示すように、エンジン回転数Ｎｅが低く、かつ、吸入空気量Ｇが多い高負荷低回転の領域では、吸気２段で燃料が噴射され、エンジン回転数Ｎｅが高いまたは吸入空気量Ｇが低い領域では、吸気１段で燃料が噴射される。この場合の制御マップは、冷却水温に応じて変化する。なお、吸気２段の１回当たりの噴射量は互いに等しい。均質向上モードにおいて、吸気１段または吸気２段で燃料を噴射することで、燃焼室１０５内の混合気がタンブル流れによって均質化され、燃焼効率を高めることができる。

さらに均質向上モードＭ４では、主にエンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｇとに応じて点火プラグ１１の点火時期が制御される。具体的には、ノッキングが生じないまたは生じにくい領域では、圧縮上死点ＴＤＣよりも進角側の予めメモリに記憶された最適点火時期ＭＢＴに点火時期が制御される。一方、ノッキングが生じるまたは生じやすい領域、例えばエンジン回転数が低くかつ吸入空気量が多い高負荷低回転の領域では、ノッキングの発生を抑制するために、予めメモリに記憶された特性に従い点火時期が最適点火時期ＭＢＴよりもリタードされる。なお、ノッキングの発生を検出するノックセンサを設け、ノックセンサによりノッキングの発生が検出されると、点火時期をリタードするようにしてもよい。均質向上モードＭ４は、所定のノック抑制条件が成立すると、ノック抑制モードＭ５に切り換わる。

ノック抑制モードＭ５は、ノッキングの発生を抑制する噴射モードである。ノック抑制モードＭ５に移行すると、リタードされた点火時期がＭＢＴ側に戻される（進角される）とともに、吸気行程（例えば吸気行程前半）で１回かつ圧縮行程（例えば圧縮行程前半）で１回、燃料が噴射される（吸圧多段）。この場合、圧縮行程での噴射量は最小噴射量Ｑｍｉｎであり、目標噴射量Ｑから最小噴射量Ｑｍｉｎを減算した量が吸気行程で噴射される。圧縮行程で燃料を噴射することで、気化潜熱により燃焼室１０５内のエンドガス温度が低減される。

これにより、点火時期のリタード量を抑えつつ、ノッキングの発生を抑制することができる。したがって、点火時期をリタードさせて吸気行程のみで燃料噴射を行う場合に比べて、燃焼効率を高めることができる。ノック抑制モードが完了すると、すなわちノック抑制条件が不成立となると、均質向上モードに切り換わる。つまり、高筒内温度状態（高筒内温度モードＭ７）であるときには、ノック抑制条件の成否に応じて噴射モードが均質向上モードＭ４とノック抑制モードＭ５との間で切り換わる。

燃料停止モードＭ６は、燃料噴射が停止して燃焼室１０５内で燃焼が停止したときのモードであり、ＥＶモード時、Ｆ／Ｃモード時およびＩ／Ｓモード時のいずれかにおいて、燃料停止モードＭ６に切り換わる。例えば付着低減モードＭ３で燃焼が停止すると、または高筒内温度モードＭ７で燃焼が停止すると、燃料停止モードＭ６に切り換わる。燃料停止モードＭ６が完了すると、噴射モードが始動モードＭ１、付着低減モードＭ３および高筒内温度モードＭ７のいずれかに切り換わる。

図３の温度情報取得部３０２は、シリンダ１０２内の温度情報を取得する。この温度情報は、シリンダ１０２内での燃料の付着に影響を及ぼす筒内温度の情報であり、ピストン冠面１０３ａの温度に対応する。したがって、ピストン冠面１０３ａの温度を精度よく検出可能なセンサを設けることができれば、温度情報取得部３０２は、そのセンサからの情報を取得すればよい。しかし、ピストン冠面１０３ａは高温の燃焼室１０５に面してシリンダ１０２内を往復動するため、ピストン冠面１０３ａの温度をセンサによって直接的に精度よく検出することは困難である。

一方、ピストン冠面１０３ａの温度は、燃焼室１０５での燃焼のために燃焼室１０５内に供給された吸入空気量Ｇと相関関係を有する。すなわち、吸入空気量Ｇの積算量が多いほど、燃焼室１０５内で発生する熱量が増加するため、筒内温度に対応するピストン冠面１０３ａの温度が上昇する。そこで、温度情報取得部３０２は、吸気量センサ３４からの信号を取得するとともに、取得した信号に基づいて吸入空気量Ｇの積算量を算出する。

状態判定部３０３は、噴射モードの切換に関わるエンジン１の運転状態を判定する。図６は、状態判定部３０３の機能的構成を示すブロック図である。図６に示すように、状態判定部３０３は、始動判定部３０３Ａと、触媒暖機判定部３０３Ｂと、筒内温度判定部３０３Ｃと、ノック判定部３０３Ｄと、燃料カット判定部３０３Ｅとを有する。

始動判定部３０３Ａは、図４の始動モードＭ１で、エンジン１が始動を完了したか否かを判定する。具体的には、クランク角センサ３１からの信号に基づいて算出されたクランキング後のエンジン回転数が、自力で回転を維持できる完爆回転数まで上昇した後、所定カウント値がカウントされたか否かにより、始動が完了したか否かを判定する。始動判定部３０３Ａによりエンジン１の始動が完了したと判定されると、噴射モード切換部３０１は、始動モードＭ１から触媒暖機モードＭ２、付着低減モードＭ３または高筒内温度モードＭ７（例えば均質向上モードＭ４）に噴射モードを切り換える。

始動判定部３０３Ａは、エンジン１の始動完了だけでなく、エンジン１の始動の要否も判定する。すなわち、図４の燃料停止モードＭ６で、ＥＶモードからエンジンモードまたはハイブリッドモードへ走行モードを切り換える必要があるか否か、およびＩ／Ｓモードから復帰する必要があるか否かを判定する。始動判定部３０３Ａによりエンジンモードへ切り換える必要がある、またはＩ／Ｓモードから復帰する必要があると判定されると、噴射モード切換部３０１は、噴射モードを燃料停止モードＭ６から始動モードＭ１に切り換える。

触媒暖機判定部３０３Ｂは、図４の触媒暖機モードＭ２で、触媒装置１３の暖機（触媒暖機）が完了したか否かを判定する。この判定は、エンジン１の総仕事量が、触媒暖機に要する目標総仕事量に到達したか否かの判定である。目標総仕事量は、予め記憶された関係式や特性あるいはマップを用いて、エンジン１の始動時に水温センサ３３により検出される冷却水温に応じて設定される。例えば冷却水温が低いと、エンジン１が暖機されていないため、触媒暖機に時間を要する。この点を考慮し、冷却水温が低いほど目標総仕事量が大きい値に設定される。

触媒暖機判定部３０３Ｂは、まず、水温センサ３３からの信号に基づいて、冷却水温に対応したエンジン１の総仕事量を算出する。そして、総仕事量が目標総仕事量に達すると、触媒暖機が完了したと判定する。触媒暖機判定部３０３Ｂにより触媒暖機が完了したと判定されると、噴射モード切換部３０１は、触媒暖機モードＭ２から付着低減モードＭ３または高筒内温度モードＭ７（例えば均質向上モードＭ４）に噴射モードを切り換える。

触媒暖機判定部３０３Ｂは、図４の始動モードＭ１において、触媒暖機の要否も判定する。例えばＥＶ走行からの復帰等で、冷却水温が高い場合には、目標総仕事量が０に設定され、触媒暖機が不要と判定する。この場合、噴射モード切換部３０１は、始動モードＭ１から付着低減モードＭ３または高筒内温度モードＭ７（例えば均質向上モードＭ４）に噴射モードを切り換える。一方、始動モードＭ１で目標総仕事量が０より大きい値に設定され、触媒暖機が必要と判定されると、噴射モード切換部３０１は、噴射モードを始動モードＭ１から触媒暖機モードＭ２に切り換える。

筒内温度判定部３０３Ｃは、温度情報取得部３０２により取得された吸入空気量Ｇの積算量に基づいて、筒内温度が所定値（例えば１００℃）以上であるか否かを判定する。すなわち、筒内温度が所定値以上の高筒内温度であるか、それとも所定値未満の低筒内温度であるかを判定する。筒内温度判定部３０３Ｃは、図４の始動モードＭ１と、触媒暖機モードＭ２と、燃料停止モードＭ６とで、それぞれ筒内温度が高筒内温度であるか否かを判定する。

ノック判定部３０３Ｄは、図４の均質向上モードＭ４において、ノック抑制条件の成否を判定する。この判定は、ノッキングの発生を抑制するための点火時期のリタード量が所定値以上になったか否かの判定であり、ノッキングの発生を抑制する噴射モードへの切換の要否の判定である。ノッキングは、エンジン回転が高いときおよび冷却水温が低いときには生じにくい。この点を考慮し、ノック抑制条件は、最適点火時期ＭＢＴからの点火時期のリタード量が所定値以上、かつ、冷却水温が所定値以上、かつ、エンジン回転数が所定値以下のときに成立する。ノック判定部３０３Ｄによりノック抑制条件が成立したと判定されると、噴射モード切換部３０１は、噴射モードを均質向上モードＭ４からノック抑制モードＭ５に切り換える。

一方、ノック抑制モードＭ５において、ノック判定部３０３Ｄによりノック抑制条件が不成立と判定されると、噴射モード切換部３０１は、噴射モードをノック抑制モードＭ５から均質向上モードＭ４に切り換える。なお、均質向上モードＭ４を経ずに付着低減モードＭ３からノック抑制モードＭ５に噴射モードが切り換わることもある。すなわち、付着低減モードＭ３において、筒内温度判定部３０３Ｃにより高筒内温度と判定されると、ノック抑制モードＭ５に切り換わることもある。

燃料カット判定部３０３Ｅは、図４の触媒暖機モードＭ２、付着低減モードＭ３および高筒内温度モードＭ７において、燃料カットの要否を判定する。すなわち、ＥＶモード、Ｆ／ＣモードまたはＩ／Ｓモードへの切換が必要か否かを判定する。燃料カット判定部３０３Ｅにより燃料カットが必要と判定されると、噴射モード切換部３０１は、触媒暖機モードＭ２、付着低減モードＭ３または高筒内温度モードＭ７から燃料停止モードＭ６に噴射モードを切り換える。

図３の点火制御部３０４は、点火時期が、予めメモリに記憶された、運転状態に応じたマップや特性に従った目標点火時期となるように、点火プラグ１１に制御信号を出力する。例えば、触媒暖機モードＭ２では、点火時期が最適点火時期ＭＢＴよりもリタードするように点火プラグ１１に制御信号を出力する。均質向上モードＭ４では、点火時期が最適点火時期ＭＢＴとなるように、またはノッキングの発生を抑制するためにリタードするように、点火プラグ１１に制御信号を出力する。ノック抑制モードＭ５では、点火時期がリタードからＭＢＴ側に復帰（進角）するように点火プラグ１１に制御信号を出力する。

インジェクタ制御部３０５は、ＡＦセンサ３５により検出された実空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比）となるようなフィードバック制御を行いながら、吸気量センサ３４により検出された吸入空気量に応じて１サイクル当たりの目標噴射量を算出する。そして、図４の噴射モードに応じて１回当たりの目標噴射量（単位目標噴射量）を算出し、この単位目標噴射量をインジェクタ１２が所定のタイミングで噴射するようにインジェクタ１２に制御信号を出力する。

図７は、予めメモリに記憶されたプログラムに従いコントローラ３０で実行される処理の一例、特に噴射モードの切換に係る処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばイグニッションスイッチのオンによりエンジン１の稼働開始が指令されると開始され、所定周期で繰り返される。なお、図７では、図４の燃料停止モードＭ６から他の噴射モードへの切換、および他の噴射モードから燃料停止モードＭ６への切換に係る処理についての記載を省略する。

図７に示すように、まず、ステップＳ１で、始動完了フラグが１であるか否かを判定する。始動完了フラグは初期時点では０であり、始動モードＭ１でエンジン１の始動が完了すると１に設定される。ステップＳ１で否定されるとステップＳ２に進み、肯定されるとステップＳ２〜ステップＳ４をパスしてステップＳ５に進む。ステップＳ２では、噴射モードを始動モードに切り換える。

次いで、ステップＳ３で、クランク角センサ３１からの信号に基づいて、エンジン１の始動が完了したか否か、すなわちエンジン回転数が完爆回転数に到達したか否かを判定する。ステップＳ３で肯定されるとステップＳ４に進み、否定されるとステップＳ２に戻る。ステップＳ４では、始動完了フラグを１にセットする。

次いで、ステップＳ５で、水温センサ３３からの信号に基づいて設定された目標総仕事量が０であるか否かにより、触媒装置１３の暖機運転が必要か否かを判定する。ステップＳ５で肯定されるとステップＳ６に進み、否定されるとステップＳ６、ステップＳ７をパスしてステップＳ８に進む。ステップＳ６では、噴射モードを触媒暖機モードＭ２に切り換える。ステップＳ７では、吸気量センサ３４からの信号に基づいてエンジン１の総仕事量を算出するとともに、総仕事量が目標総仕事量に達したか否かにより、触媒暖機が完了したか否かを判定する。ステップＳ７で肯定されるとステップＳ８に進み、否定されるとステップＳ６に戻る。

ステップＳ８では、温度情報取得部３０２により取得された吸入空気量Ｇの積算量に基づいて、筒内温度が所定値以上であるか否か、すなわち高筒内温度であるか否かを判定する。ステップＳ８で肯定されるとステップＳ９に進み、噴射モードを高筒内温度モードＭ７に切り換える。

次いで、ステップＳ１０で、点火時期の最適点火時期ＭＢＴからのリタード量と、水温センサ３３により検出された冷却水温と、クランク角センサ３１により検出されたエンジン回転数とに基づいて、ノック抑制条件が成立したか否かを判定する。ステップＳ１０で肯定されるとステップＳ１１に進み、否定されるとステップＳ１２に進む。ステップＳ１１では、噴射モードをノック抑制モードＭ５に切り換え、ステップＳ１２では、噴射モードを均質向上モードＭ４に切り換える。一方、ステップＳ８で否定されるとステップＳ１３に進み、噴射モードを付着低減モードＭ３に切り換える。

以上の内燃機関の制御装置による主たる動作をより具体的に説明する。イグニッションスイッチがオンされると、圧縮２段で燃料が噴射され、エンジン１が始動される（ステップＳ２）。エンジン１の初回始動時等で、冷却水温が低い状態では、触媒装置１３の暖機運転が必要となり、吸気２段で燃料が噴射される（ステップＳ６）。このとき、点火時期が最適点火時期ＭＢＴよりもリタードされて混合気が後燃えされ、触媒装置１３を早期に暖機することができる。

触媒装置１３の暖機完了後（例えばエンジン１の初回始動後の暖機完了直後）に、筒内温度が、ピストン冠面１０３ａへの煤の付着を低減するために必要な所定温度（例えば１００℃）まで上昇していないことがある。この場合、煤の付着低減を優先するため、例えば吸気後半から圧縮前半の範囲内で、図５のマップに従い燃料が噴射される（ステップＳ１３）。したがって、例えば高負荷低回転の領域ＡＲ１において、噴射回数は４回となる。これにより、インジェクタ１２の１回当たりの燃料噴射量が減少し、燃料の付着を効果的に抑えることができる。

一方、触媒装置１３の暖機完了後の筒内温度が所定温度以上であるとき、仮にピストン冠面１０３ａに燃料が付着しても燃料は即座に蒸発するため、煤が発生しにくい。この場合、吸気行程（吸気２段または吸気単発）で燃料が噴射される（ステップＳ１２）。これにより燃焼室１０５内の混合気が均質化され、燃焼効率を高めることができる。なお、触媒暖機運転においても吸気２段で燃料が噴射されるが、触媒暖機運転とは、吸気行程での燃料の噴射タイミングが異なる。

筒内温度が高い状態において、吸気行程で燃料を噴射しているとき、ノッキング抑制条件が成立すると、吸気行程に加え、圧縮行程で最小噴射量Ｑｍｉｎの燃料が噴射される（ステップＳ１２）。これにより混合気の温度を低下させることができ、ノッキングの発生を抑制することができる。その結果、ノッキング抑制を目的とした点火時期のリタードの量を低減することができ、点火時期が最適点火時期ＭＢＴに近づくため、燃焼効率を高めることができる。

ＥＶモードやＩ/Ｓモードからの復帰時等でエンジン１が始動されたときには、冷却水温が十分に高いことがある。この場合には、エンジン始動後に触媒装置１３の暖機運転を行うことなく、高筒内温度モードＭ７（例えば均質向上モードＭ４）または付着低減モードＭ３に移行する（ステップＳ５→ステップＳ８→ステップＳ９、ステップＳ５→ステップＳ８→ステップＳ１３）。これにより、ピストン冠面１０３ａへの煤の付着を抑えながら、エンジン始動後に効率的な燃焼を行うことができる。

以上の構成を前提として、本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置について説明する。インジェクタ１２から燃料を噴射する場合には、上述したように、噴射モード切換部３０１により切り換えられた噴射モードに応じて、噴射パターンが決定される。さらに、吸入空気量等に応じて定まる目標噴射量を噴射するために必要な目標噴射時間が算出される。そして、噴射パターンに応じて定まる所定の目標クランク角（目標噴射開始時期）から目標噴射時間だけ燃料を噴射するように、インジェクタ１２（より厳密にはインジェクタ１２の駆動回路）に制御信号が出力される。

ところで、例えば吸気行程で燃料を噴射する場合、コントローラ３０（図３）は、吸気量センサ３４により検出された吸入空気量、すなわち燃料噴射されるシリンダ１０２の吸気行程の開始時に得られた吸入空気量等の情報から目標噴射量を演算する。しかし、コントローラ３０での処理負荷の増大等に起因して、吸気行程での目標噴射量の演算完了時点が遅延するおそれがある。その結果、目標噴射量の演算完了時点が燃料の目標噴射開始時期よりも遅れ、所定のタイミングで燃料を噴射できないおそれがある。これを回避するため、本実施形態では、吸気行程だけでなく排気行程においても、目標噴射量等の演算を行う。

図８Ａ，８Ｂは、それぞれ吸気行程で燃料を噴射する場合の目標噴射量の演算時期を示す図である。図８Ａに示すように、クランク角センサ３１により吸気上死点ＴＤＣが検出されると、コントローラ３０は、吸気行程の開始時に得られた各種パラメータに基づいて、予め記憶されたマップ等を参照して、目標噴射量と噴射開始の目標クランク角とを演算する。この場合の演算時間は、クランク角範囲Δθ１で示される。

そして、吸気行程でクランク角θが３０°変化する度に、クランク角センサ３１により検出されたエンジン回転数に基づいて噴射開始時期を演算し、目標噴射量に応じた目標噴射時間だけ燃料を噴射する。図８Ａでは、クランク角θ１１、θ１２、θ１３、θ１４でそれぞれ噴射開始時期が演算され、クランク角θ１４を基準とした噴射開始時期（目標クランク角）で目標噴射量Ｑａの燃料が噴射される。

このとき、コントローラ３０は、吸気行程の１つ前の行程、すなわち排気行程でも、目標噴射量の演算を行う。具体的には、コントローラ３０は、排気行程の開始時に得られた各種パラメータに基づいて、予め記憶されたマップ等を参照して、目標噴射量と噴射開始の目標クランク角とを演算する。この場合の演算時間はクランク角範囲Δθ２で示される。

そして、吸気上死点ＴＤＣの３０°手前のクランク角θ２１を起点として吸気行程での目標噴射量の演算が完了するまで、クランク角が３０°変化する度に、クランク角センサ３１により検出されたエンジン回転数に基づいて噴射開始時期を演算する。図８Ａでは、クランク角θ２１、θ２２でそれぞれ噴射開始時期が演算される。なお、排気行程での演算により求められた目標噴射量はＱｂであり、吸気行程での演算により求められるＱａとの間には、噴射開始時期に関し誤差が生じる。

図８Ａは、吸気行程での目標噴射量の演算が早期に完了した場合、すなわちクランク角範囲Δθ１が小さい場合の例である。これに対し、吸気行程での目標噴射量の演算完了が遅延し、クランク角範囲Δθ１が大きい場合の例が図８Ｂである。図８Ｂでは、排気行程で演算された目標噴射量に基づいてクランク角θ２１、θ２２、θ２３、θ２４およびθ２５でそれぞれ噴射開始時期が演算される。吸気行程で演算された目標噴射量に基づいて噴射開始時期が演算されるクランク角はθ１４であり、噴射開始の目標クランク角はθ２５とθ１４の間である。したがって、排気行程で演算された目標噴射量に基づく噴射開始時期に目標噴射量Ｑｂの燃料が噴射される。

このように排気行程でも目標噴射量を演算し、所定クランク角θ２１からクランク角が３０°変化する度に噴射開始時期を演算することで、吸気行程での演算完了が遅延した場合でも、目標クランク角で目標噴射量Ｑｂの燃料を噴射することができる。しかし、Ｆ／Ｃモードからの復帰時に多段噴射（分割噴射）する場合、各噴射間に所定のインターバルが必要になるため、１サイクルの噴射時間が長くなり、目標噴射量Ｑｂの燃料を噴射できないおそれがある。この点を、図９を参照して説明する。

図９は、Ｆ／Ｃモードで走行中に燃料カットからの復帰条件が成立して、例えばクランク角θａで噴射モードがＦ／Ｃモード（Ｆ／Ｃオン）から燃料噴射が開始される他のモード、例えば付着低減モードＭ３（Ｆ／Ｃオフ）に切り換えられる場合の例である。燃料カットからの復帰条件は、例えばエンジン回転数が所定値以下に低下またはアクセルペダルの踏み込み操作開始により成立する。なお、燃料カットからの復帰時には、均質向上モードＭ４等、他の噴射モードに切り換えられることもある。図９では、燃料カットからの復帰時に、吸気行程で２回かつ圧縮行程で２回それぞれ目標噴射量Ｑｃが噴射される（点線の三角形）。圧縮行程後半（クランク角θｂ以降）は噴射禁止領域であり、この領域での燃料噴射は禁止される。

このとき、吸気行程での目標噴射量の演算完了が遅延し、演算時間に対応するクランク角範囲Δθ１が大きくなると、クランク角θ２１、θ２２、・・・、θ２７で、それぞれ排気行程のクランク角範囲Δθ２で演算された目標噴射量に基づいて噴射開始時期が演算される。但し、Ｆ／Ｃモード時には目標噴射量が０であるため、クランク角θ２１、θ２２、・・・、θ２７での目標噴射量は０となる。したがって、クランク角θ２５とθ２６の間の目標クランク角における目標噴射量Ｑｃは０となる。また、クランク角θａで噴射モードがＦ／Ｃモードから切り換えられても、吸気行程での目標噴射量の演算が完了していなければ、目標噴射量は０のままである。

Ｆ／Ｃモードの終了後に、吸気行程での目標噴射量の演算が完了すると、目標噴射量に基づいてクランク角θ１５で噴射開始時期が演算される。この場合、クランク角θ１５の直後から多段噴射で目標噴射量Ｑａを噴射することは（実線の三角形）、噴射時期が噴射禁止領域と重なるため、禁止される。このため、燃料噴射の開始を１サイクル分だけ遅らせる必要があり、燃料カット復帰のタイミングが遅れて商品性が低下する。このような問題を解決するため、本実施形態は以下のように燃料噴射制御装置を構成する。

図１０は、本実施形態に係る燃料噴射制御装置１００の要部構成を示すブロック図である。この燃料噴射制御装置１００は、図３の制御装置と一部の構成が共通であり、図３と同一の箇所には同一の符号を付す。図１０に示すように、燃料噴射制御装置１００は、コントローラ３０と、コントローラ３０にそれぞれ接続されたクランク角センサ３１と、アクセル開度センサ３２と、吸気量センサ３４と、インジェクタ１２とを有する。

コントローラ３０は、機能的構成として、目標値演算部３１１と、モード切換指令部３１２と、噴射可否判定部３１３と、目標値修正部３１４と、インジェクタ制御部３０５と、記憶部３１５とを有する。記憶部３１５には、エンジン回転数と吸入空気量ないし目標噴射量とに応じた噴射パターンを示すマップが記憶される。例えばＦ／Ｃモード（燃料停止モードＭ６）から付着低減モードＭ３や均質向上モードＭ４に切り換わるとき、各モードでの噴射パターンを示すマップが記憶される。記憶されたマップには、目標噴射回数と目標噴射開始時期と噴射禁止領域の情報が含まれる。

目標値演算部３１１は、クランク角センサ３１や吸気量センサ３４等、エンジン１の運転状態を表す各種センサからの信号に基づいて、記憶部３１５に記憶されたマップ等を参照して、所定のタイミングで、噴射可能領域内における１燃焼サイクル当たりの噴射目標値を演算する。より具体的には、排気行程の開始後のクランク角範囲Δθ２で目標噴射量と目標クランク角とを演算するとともに、吸気行程の開始後のクランク角範囲Δθ１で目標噴射量と目標クランク角とを演算する。噴射目標値には、目標噴射回数も含まれ、目標値演算部３１１は、噴射モードに応じて目標噴射回数も決定する。

さらに目標値演算部３１１は、吸気上死点ＴＤＣよりも所定クランク角３０°手前のクランク角θ２１を起点として、クランク角が３０°変化する度に、目標噴射開始時期と目標噴射時間とを演算する。すなわち、排気行程のクランク角範囲Δθ２で目標噴射量の演算が完了すると、吸気行程のクランク角範囲Δθ１で目標噴射量の演算が完了するまで、排気行程での演算値を用いて目標噴射開始時期と目標噴射時間とを演算する。吸気行程のクランク角範囲Δθ１で目標噴射量の演算が完了すると、以降、吸気行程での演算値を用いて目標噴射開始時期と目標噴射時間とを演算する。

モード切換指令部３１２は、Ｆ／Ｃモードから燃料噴射が行われる他の噴射モード（例えば付着低減モードＭ３や均質向上モードＭ４）への切換およびこれら他の噴射モードからＦ／Ｃモードへの切換を指令する。具体的には、モード切換指令部３１２は、燃料カット判定部３０３Ｅ（図６）により、燃料カット条件の成立により燃料カットが必要と判定されると、Ｆ／Ｃモードへの切換を指令する。一方、Ｆ／Ｃモードにおいて、アクセル開度センサ３２によりアクセルペダルの所定の踏み込み操作が検出されると、あるいはクランク角センサ３１により検出されたエンジン回転数が所定値以下に低下すると、燃料カット復帰条件が成立したと判定し、Ｆ／Ｃモードから他の噴射モードへの切換を指令する。なお、他の噴射モードとしてどの噴射モードへの切換を指令するかは、筒内温度等により決定される。

噴射可否判定部３１３は、目標値演算部３１１で演算された噴射目標値に含まれる目標噴射量を、噴射禁止領域を除いた噴射可能領域内で噴射可能であるか否かを判定する。目標噴射量を噴射するための噴射パターンが多段噴射（分割噴射）である場合、インジェクタ１２の駆動回路の昇圧時間を確保する等の理由で、各回の噴射毎に所定長さのインターバルが必要である。例えば図９に示す４段噴射の場合、噴射毎に所定長さΔｔ２のインターバルが必要であり、１回の噴射に要する時間をΔｔ１とすると、４段噴射の場合の１サイクルの噴射時間Δｔ０は全体で４・Δｔ１＋３・Δｔ２となる。

目標値演算部３１１は、目標噴射量に応じた１サイクルの噴射時間Δｔ０（目標噴射時間）を算出し、噴射開始時期に目標噴射時間Δｔ０を加算して噴射終了時期を算出する。噴射可否判定部３１３は、この噴射終了時期のクランク角が噴射可能領域内であるか否かを判定し、これにより目標噴射量を噴射可能領域内で噴射可能であるか否かを判定する。

目標値修正部３１４は、噴射可否判定部３１３により目標噴射量を噴射禁止領域内で噴射可能でないと判定されると、多段噴射の目標噴射回数を１回に減少する。すなわち、目標値演算部３１１で演算された噴射目標値に含まれる目標噴射回数（例えば４回）を１回に変更することにより、噴射目標値を修正する。これにより噴射毎のインターバルが不要となるため、目標噴射時間がΔｔ０からΔｔ０ａに短縮される。例えば４段噴射の場合の目標噴射時間Δｔ０ａは４・Δｔ１となる。

目標値演算部３１１は、噴射開始時期に目標噴射時間Δｔ０ａを加算して噴射終了時期を再度算出する。噴射可否判定部３１３は、この噴射終了時期のクランク角が噴射可能領域内であるか否か、すなわち単発噴射により、噴射領域（クランク角）が噴射可能領域内に収まるか否かを再度判定する。

インジェクタ制御部３０５は、噴射可否判定部３１３により、噴射可能領域内での目標噴射時間Δｔ０の噴射が可能と判定されると、目標値演算部３１１で演算された噴射開始時期から目標噴射回数（例えば４回）だけ燃料を噴射するようにインジェクタ１２に制御信号を出力する。この場合、１回当たりの噴射量（単位目標噴射量）は、１サイクルの目標噴射量を噴射回数で除算した値に相当する。一方、噴射可否判定部３１３により、多段噴射での噴射は不可能であるが、単発噴射での噴射は可能と判定されると、目標値演算部３１１で演算された噴射開始時期から１回だけ燃料を噴射するようにインジェクタ１２に制御信号を出力する。この場合、１回当たりの噴射量が、１サイクルの目標噴射量に相当する。

図１１は、コントローラ３０で実行される燃料噴射に係る処理の一例、特に目標値演算部３１１以外での処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばＦ／Ｃモードで開始され、所定周期で繰り返される。なお、目標値演算部３１１での処理は、上述したように所定のタイミングで別途行われる。以下では、目標値演算部３１１で演算された噴射目標値に含まれる初期の目標噴射回数が複数回（例えば４回）であるとして、フローチャートを説明する。

まず、ステップＳ２１で、センサ３１，３２，３４や目標値演算部３１１からの信号を読み込む。次いで、ステップＳ２２で、クランク角センサ３１とアクセル開度センサ３２とからの信号に基づいて、燃料カット復帰条件が成立したか否かを判定する。ステップＳ２２で肯定されるとステップＳ２３に進み、否定されると処理を終了する。ステップＳ２３では、Ｆ／Ｃモードからの復帰後に多段噴射が可能か否か、すなわち多段噴射を行う場合の噴射終了時期のクランク角が噴射可能領域内であるか否かを判定する。

ステップＳ２３で肯定されるとステップＳ２４に進み、目標値演算部３１１により演算された噴射目標値に含まれる目標噴射回数（複数回）を、そのまま目標噴射回数として設定する。次いで、ステップＳ２５で、噴射開始時期から目標噴射回数分だけ所定インターバルを空けてそれぞれ単位目標噴射量の燃料を噴射するように、インジェクタ１２に制御信号を出力する。

一方、ステップＳ２３で否定されるとステップＳ２６に進み、Ｆ／Ｃモードからの復帰後に単発噴射が可能か否か、すなわち単発噴射を行う場合の噴射終了時期のクランク角が噴射可能領域内であるか否かを判定する。ステップＳ２６で肯定されるとステップＳ２７に進み、否定されると処理を終了する。ステップＳ２７では、目標値演算部３１１により演算された噴射目標値に含まれる目標噴射回数を１回（単発）に変更する。次いで、ステップＳ２５で、噴射開始時期から１回だけ目標噴射量の燃料を噴射するように、インジェクタ１２に制御信号を出力する。

図１１は、Ｆ／Ｃモードからの復帰直後の処理を示すフローチャートである。したがって、ステップＳ２５の処理が終了すると、図１１の処理は終了する。

本実施形態に係る燃料噴射制御装置による動作をより具体的に説明する。Ｆ／Ｃモードで走行中に、例えばアクセルペダルが操作されて燃料カット復帰条件が成立すると、コントローラ３０は、吸入空気量やエンジン回転数などに応じて目標噴射量や噴射開始時期を演算するとともに、噴射モードに応じて目標噴射回数（例えば４回）を決定する。このとき、噴射終了時期のクランク角が噴射可能領域内であれば、噴射目標値に応じて多段噴射が行われる（ステップＳ２４→ステップＳ２５）。

一方、吸気行程での演算の遅れにより、図９に示すように多段噴射が不可能な場合（図９の実線の三角形）、目標噴射回数が１回に変更される。これにより、図１２に示すように目標噴射時間がΔｔ０からΔｔ０ａに短縮され、単発噴射で目標噴射量Ｑａの燃料が噴射される（ステップＳ２７→ステップＳ２５）。その結果、燃料カット復帰のタイミングが１サイクル分遅れることを防止でき、商品性を高めることができる。なお、Ｆ／Ｃモードから復帰するときは、ショックを低減するために点火時期がリタードされるが、この点についての説明は省略する。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）燃料噴射制御装置１００は、シリンダ１０２の内部を往復動するピストン１０３と、ピストン１０３に面したシリンダ１０２内の燃焼室１０５に燃料を噴射するインジェクタ１２と、を有するエンジン１に適用される。この燃料噴射制御装置１００は、エンジン１の運転状態に基づいて、クランク角の噴射可能領域内における１燃焼サイクル当たりの目標噴射量と目標噴射時期と目標噴射回数とを含む噴射目標値を演算する目標値演算部３１１と、目標値演算部３１１により演算された噴射目標値に応じてインジェクタ１２が燃料を噴射するようにインジェクタ１２を制御するインジェクタ制御部３０５と、燃焼室１０５に燃料が噴射される付着低減モードＭ３や均質向上モードＭ４等の第１モードから燃焼室１０５への燃料の噴射が停止されるＦ／Ｃモード（第２モード）への切換、および第２モードから第１モードへの切換を指令するモード切換指令部３１２と、モード切換指令部３１２により第２モードから第１モードへの切換が指令されたとき、目標値演算部３１１により演算された噴射目標値に応じた燃料の噴射が噴射可能領域内に可能であるか否かを判定する噴射可否判定部３１３と、目標値演算部３１１により演算された噴射目標値に含まれる目標噴射回数が複数回（例えば４回）であるとき、噴射可否判定部３１３により噴射目標値に応じた燃料の噴射が不可能と判定されると、目標噴射回数を１回に減少して噴射目標値を修正する目標値修正部３１４と、を備える（図１０）。インジェクタ制御部３０５は、目標値修正部３１４により噴射目標値が修正されると、修正後の噴射目標値（目標噴射回数１回）に応じてインジェクタ１２が燃料を噴射するようにインジェクタ１２を制御する。

この構成により、Ｆ／Ｃモードからの復帰時に、噴射可能領域の制限により分割噴射が行えない場合に単発噴射が行われるようになるため、Ｆ／Ｃモードからの復帰のタイミングが早まる。その結果、エンジン１はドライバのアクセルペダルの操作に応じて即座にトルクを出力することができ、ドライバは車両の挙動に違和感を抱くことがなく、車両の商品性が高まる。

（２）１燃焼サイクルに含まれる排気行程、吸気行程、圧縮行程および膨張行程のうち、吸気行程で燃料噴射を開始するとき、目標値演算部３１１は、吸気行程で燃料が噴射されるときの噴射目標値を、排気行程と吸気行程とでそれぞれ演算する（図１２）。インジェクタ制御部３０５は、目標値演算部３１１により吸気行程での噴射目標値の演算が完了する前は、排気行程で演算された噴射目標値に応じてインジェクタ１２が燃料を噴射し、目標値演算部３１１により吸気行程での噴射目標値の演算が完了すると、吸気行程で演算された噴射目標値に応じてインジェクタ１２が燃料を噴射するようにインジェクタ１２を制御する（図）。これにより、処理負荷の増大等により吸気行程での演算完了時点が遅延する場合においても、目標噴射量を算出して目標噴射量に相当する燃料をインジェクタ１２から噴射することができる。

なお、上記実施形態では、目標値演算部３１１により演算された噴射目標値に含まれる目標噴射回数が複数回であるとき、噴射可否判定部３１３により噴射目標値に応じた燃料の噴射が不可能と判定されると、目標噴射回数を１回にして目標値を修正するようにしたが、修正後の目標噴射回数は１回より多い回数であってもよい。例えば目標噴射回数が４回である場合、修正後の目標噴射回数が３回または２回であってもよい。すなわち、目標噴射回数を減少して噴射目標値を修正するのであれば、目標値修正部の構成はいかなるものでもよい。したがって、噴射制御部としてのインジェクタ制御部３０５の構成も上述したものに限らない。

上記実施形態では、モード切換指令部３１２が、燃焼室１０５への燃料供給が停止されるＦ／Ｃモードと燃焼室１０５へ燃料が噴射される噴射モード（付着低減モードＭ３や均質向上モードＭ４）との間で噴射モードを切り換えるようにしたが、燃焼室１０５に燃料が噴射される第１モードと燃料噴射が停止される第２モードとは、上述した以外の噴射モードであってもよい。上記実施形態では、吸気行程を噴射開始行程として吸気行程で燃料噴射を開始するとともに、吸気行程の１行程前の排気行程を噴射前行程として吸気行程での噴射目標値の演算を排気行程で行うようにしたが、噴射開始行程と噴射前行程は上述した以外の行程であってもよい。上記実施形態では、燃料噴射部としてのインジェクタ１２を燃焼室１０５の斜め下方に向けて配置するようにしたが、ピストンに面したシリンダ内の燃焼室に燃料を噴射するのであれば、燃料噴射部の構成は上述したものに限らない。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１ エンジン、１２ インジェクタ、１００ 燃料噴射制御装置、１０２ シリンダ、１０３ ピストン、１０５ 燃焼室、３０５ インジェクタ制御部、３１１ 目標値演算部、３１２ モード切換指令部、３１３ 噴射可否判定部、３１４ 目標値修正部

Claims (3)

1. シリンダの内部を往復動するピストンと、前記ピストンに面した前記シリンダ内の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射部と、を有する内燃機関における燃料噴射制御装置であって、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて、クランク角の噴射可能領域内における１燃焼サイクル当たりの目標噴射量と目標噴射時期と目標噴射回数とを含む噴射目標値を演算する目標値演算部と、
   前記目標値演算部により演算された前記噴射目標値に応じて前記燃料噴射部が燃料を噴射するように前記燃料噴射部を制御する噴射制御部と、
   前記燃焼室に燃料が噴射される第１モードから前記燃焼室への燃料の噴射が停止される第２モードへの切換、および前記第２モードから前記第１モードへの切換を指令するモード切換指令部と、
   前記モード切換指令部により前記第２モードから前記第１モードへの切換が指令されたとき、前記目標値演算部により演算された前記噴射目標値に応じた燃料の噴射が前記噴射可能領域内に可能であるか否かを判定する噴射可否判定部と、
   前記目標値演算部により演算された前記噴射目標値に含まれる前記目標噴射回数が複数回であるとき、前記噴射可否判定部により前記噴射目標値に応じた燃料の噴射が不可能と判定されると、前記目標噴射回数を減少して前記噴射目標値を修正する目標値修正部と、を備え、
   前記噴射制御部は、前記目標値修正部により前記噴射目標値が修正されると、修正後の噴射目標値に応じて前記燃料噴射部が燃料を噴射するように前記燃料噴射部を制御することを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 請求項１に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記目標値修正部は、前記噴射目標値に含まれる前記目標噴射回数を１回に減少することを特徴とする燃料噴射制御装置。
3. 請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記１燃焼サイクルに含まれる排気行程、吸気行程、圧縮行程および膨張行程のうち、燃料噴射を開始する行程を噴射開始行程とし、前記噴射開始行程の１行程前の行程を噴射前行程とするとき、
   前記目標値演算部は、前記噴射開始行程で燃料が噴射されるときの前記噴射目標値を、前記噴射前行程と前記噴射開始行程とでそれぞれ演算し、
   前記噴射制御部は、前記目標値演算部により前記噴射開始行程での噴射目標値の演算が完了する前は、前記噴射前行程で演算された噴射目標値に応じて前記燃料噴射部が燃料を噴射し、前記目標値演算部により前記噴射開始行程での噴射目標値の演算が完了すると、前記噴射開始行程で演算された噴射目標値に応じて前記燃料噴射部が燃料を噴射するように前記燃料噴射部を制御することを特徴とする燃料噴射制御装置。

Images