JP3711602B2 - 内燃機関の燃料供給制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料供給制御装置の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関の燃料供給制御装置としては、例えば、特開平４−２３１６４５号公報に開示されるようなものがある（図８，図９参照）。
このものは、リーンＮＯｘ触媒に良質のＨＣを供給できるようにしてＮＯｘ浄化率を広範囲に亘って高めるべく、主燃料噴射とは別に副燃料噴射を行なわせ、その副燃料噴射の噴射タイミングを、排気温度が低いときには吸気行程から圧縮行程初期の期間内に設定し、排気温度が高いときには燃焼期間の後半から排気行程の初期にかけての期間内に設定するようにしている。これにより、低温時には低沸点成分のＨＣを多量に供給できる一方、高温時には高沸点成分のＨＣを多量に供給することができるようになるので、リーンＮＯｘ触媒でのＨＣによるＮＯｘの還元反応（２ＨＣ＋２ＮＯｘ→２ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋Ｎ2 ）特性を排気温度に応じて適正化することができ、延いてはリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を広範囲に亘って高めることができるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平４−２３１６４５号公報に記載された装置では、成層燃焼時（例えばリーン〔希薄とも言う）燃焼時）の排気エミッション（特に、ＮＯｘ）の低減を主眼とし、主燃料噴射時期を固定し、副燃料噴射時期を排気温度によって変更する制御となっていた。なお、成層（層状とも言う）燃焼とは、軽負荷時等においてリーン燃焼させる際等に有効な燃焼形態であり、燃焼室内混合気に層状に変化する濃度分布を与え、この層状に変化する濃度分布のうち可燃混合気層域を点火プラグ近傍に導いて点火し、混合気全体へ燃焼を進行させていくようにした燃焼形態である。当該成層燃焼によれば、局所的に可燃混合気層域を形成すれば良いので、混合気全体として空燃比（以下、Ａ／Ｆとも言う）を極めてリーン化することができることになる。
【０００４】
ところが、例えば、機関の出力（高負荷）領域では、煤排出量，空気利用率を改善する等の観点から、燃焼形態（以下、燃焼状態とも言う）を成層燃焼から比較的濃い混合気の均質燃焼（混合気全体を均一な空燃比に形成して燃焼させる燃焼形態）へ切り換える必要がある。その際、均質燃焼で要求される空燃比と、前述した成層燃焼で要求される空燃比と、の間に差異があるため、燃焼形態の切り換え中には、燃焼形態にマッチしない空燃比特性となり燃焼が悪化する惧れがあり、同一空気量であってもトルク段差が生じる惧れがある。
【０００５】
本発明は、かかる従来の実情に鑑みなされたもので、運転領域に応じ燃焼形態を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換えても、当該燃焼形態の切り換えに伴う燃焼段差延いてはトルク段差を抑制でき、排気特性や運転性を高く維持することができる内燃機関の燃料供給制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の発明に係る内燃機関の燃料供給制御装置は、
直接筒内に燃料を供給する燃料供給装置を備え、要求空燃比を内燃機関の要求負荷が大なほど小に設定し、低負荷領域では圧縮行程中の燃料供給時期で要求空燃比に見合う量の燃料を供給して成層燃焼を行わせ、高負荷領域では吸気行程中の燃料供給時期で要求空燃比に見合う量の燃料を供給して均質燃焼を行わせる一方、
前記一方の燃焼状態から他方の燃焼状態への移行時を含む中負荷領域では、吸気行程中と圧縮行程中の両方の燃料供給時期で、要求空燃比に見合う量の燃料を所定の分担率で分担して供給し、
かつ、要求空燃比が成層燃焼側判定値を超える低負荷領域で、要求空燃比を得るのに必要な量の燃料を圧縮行程中の燃料供給時期のみで供給して成層燃焼を行わせ、要求空燃比が成層燃焼側判定値以下の中負荷領域では、成層燃焼側判定値に相当する空燃比を得るのに必要な量の燃料を圧縮行程中の燃料供給時期で供給し、要求空燃比を得るのに必要な燃料供給量から前記圧縮行程中の燃料供給時期で供給された燃料供給量を差し引いた量の燃料を吸気行程中の燃料供給時期で供給する
構成とした。
【０００７】
上記構成によれば、成層燃焼と均質燃焼との切り換えに際し、一方の燃焼状態の燃料供給時期から他方の燃焼状態の燃料供給時期へ、両方の燃料供給時期で燃料を所定の分担率で分担して供給する形態を経て徐々に移行させることができる。これにより、燃焼形態の切り換えに伴う燃焼段差を最小限に抑制することができ、以って同一空気量でのトルク段差を抑制でき運転性を改善できると共に、燃費，排気性能等の悪化も最小限に抑制することができることとなる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、要求空燃比が前記成層燃焼側判定値より小さく設定された出力要求領域側判定値より小さい高負荷領域で、吸気行程中の燃料供給時期のみで燃料を供給して均質燃焼を行わせるように構成した。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、一方の燃料供給時期での燃料供給量が最低燃料供給量を確保できない場合に、前記所定の分担率に拘わらず、最低燃料供給量を確保できる側の燃料供給時期で全燃料を供給する最低燃料供給量確保手段を含んで構成されるようにした。
【００１３】
これにより、例えば、燃料供給装置（例えば、燃料噴射弁）が安定して燃料を供給することができる最低燃料供給量より少ない燃料供給量で燃料を供給しなければならないという事態を回避することができるので、常に、燃料供給量の制御を高精度なものとすることができる。
請求項４に記載の発明では、吸気行程中の燃料供給時期が設定されている状態において、該吸気行程中の燃料供給時期での燃料供給終了後、圧縮行程中の燃料供給時期までに、所定の加速要求があった場合には、当該所定の加速要求に見合うように、圧縮行程中の燃料供時期に強制的に燃料供給を行なわせるようにした。
【００１４】
これにより、例えば、先の燃料供給時期である吸気行程中の燃料供給後、吸気弁が閉弁するまでに、所定の加速要求（例えば、急加速要求）があった場合に、後の燃料供給時期である圧縮行程中の燃料供給時に、加速要求に見合った燃料量を直ちに供給することが可能となるので、加速応答性を改善することが可能となる。なお、加速要求が継続されているときで、吸気行程中の燃料供給量では要求燃料量を賄えないような場合には、燃料不足分を圧縮行程中の燃料供給で補うようにすることも可能であり、燃料供給装置等の小容量化を図ることができることにもなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、添付の図面に基づき説明する。
図１に示すように、本発明の第１の実施形態における内燃機関（直列４気筒ガアソリン機関）１の吸気通路４の上流にはエアクリーナ３が設けられている。そして、吸気通路４の下流側は、サージタンク２に連結されている。
【００１６】
また、各気筒内に直接燃料を噴射供給する（所謂直噴式）電磁燃料噴射弁５が、各気筒内に臨ませて設けられている。この燃料噴射弁５は、後述するコントロールユニット２０からの運転状態に応じて設定された駆動信号を受け所定時期に所定時間開弁駆動されることで、所定量に調量された燃料を、気筒内に間欠的に噴射供給できるようになっている。
【００１７】
ところで、本実施形態においては、前記燃料噴射弁５のそれぞれに枝管１５が連結されており、当該各枝管１５は、機関１により駆動される高圧燃料ポンプ８によって圧送供給される高圧燃料を高圧燃料通路９を介して導き貯留する高圧燃料サージタンク７に連結されている。前記高圧燃料ポンプ８は、逆止弁１１、燃料フィルタ１２を介して、燃料タンク１０から燃料を吸い上げるようになっている。
【００１８】
なお、高圧燃料サージタンク７内の燃料圧力を、所望に維持できるように、前記高圧燃料サージタンク７には、高圧レギュレータ，低圧レギュレータが連通されており、これらの調圧作用により余剰となった燃料が、燃料タンク１０へリターンされるようになっている。これにより、前記燃料噴射弁５から、気筒内に直接噴射供給可能に調整された高圧な燃料を噴射できることになる。
【００１９】
ところで、点火栓６が各気筒内に臨んで設けられており、これにより気筒内の混合気は点火され着火燃焼されるようになっている。この点火栓６の点火時期は、コントロールユニット２０により運転状態に応じて設定されるようになっている。
なお、排気通路７０には、排気浄化触媒７１（三元触媒、リーンＮＯｘ触媒、或いは酸化触媒等）が介装されている。
【００２０】
コントロールユニット２０は、デジタルコンピュータからなり、双方向バス２１によって相互に接続されたＲＯＭ２２，ＲＡＭ２４，入力ポート２５及び出力ポート２６を具備する。
このコントロールユニット２０には、クランク角度センサ（図示せず）により検出されるクランク角度信号２９や気筒判別信号３１が、前記入力ポート２５を介して入力されるようになっている。
【００２１】
また、アクセルペダル（図示せず）の操作量に応じた出力電圧を発生するアクセル開度センサ（図示せず）からのアクセル開度信号（出力電圧）３０は、Ａ／Ｄ変換器３１を介してデジタル変換された後、前記入力ポート２５を介して入力されるようになっている。
ところで、各燃料噴射弁５は、各駆動回路３４及び各カウンタ３５を介して出力ポート２６に接続されており、各点火栓６は、各駆動回路３６及び各カウンタ３７を介して出力ポート２６に接続されている。
【００２２】
以上のような構成を備えた本実施形態では、以下のような作用を奏する。
即ち、
比較的濃い空燃比が要求される機関の出力（高負荷）領域において、燃費，排気エミッション（特にＮＯｘ）低減に効果が高い成層燃焼（希薄燃焼にマッチした燃焼形態）で燃焼させると、局所的に過濃混合気が形成され空気利用率が低下した状態となり燃焼が却って不活性化し、以って煤（黒煙等）や未燃成分（ＨＣ）等の排出量が増大しパティキュレート等の排出量が増大するので、混合気全体で空燃比を均一化して空気利用率を高めることができる均質燃焼を行なわせた方が有利である。
【００２３】
一方、軽負荷領域では、元々燃料噴射量が少ないので空気利用率の悪化はそれ程問題とならないので、均質燃焼を行なわせておくより、空燃比をでるだけ希薄化し、燃費，排気エミッション（特にＮＯｘ）低減に効果が高い成層燃焼で燃焼させた方が有利である。
かかる両者を両立させようとした場合、図３で示される成層燃焼領域では、空燃比の希薄化要求があるので、従来の均質燃焼のようにスロットル開度（換言すればエアフローメータで検出される吸入空気流量Ｑ）と出力（換言すれば燃料噴射量〔＝ｋ・Ｑ／Ｎｅ，ｋは定数，Ｎｅは機関回転速度〕）とが対応しなくなり運転者に違和感を与えることになるのを防止するため、運転者の要求する負荷が得られるように、運転者の要求する負荷をアクセル開度（操作量）から読み取り、かつ、目標の空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＞３０）が達成できるように、スロットル開度（換言すれば吸気通路断面積延いては吸入空気流量Ｑ）と燃料噴射量とを修正するようにしている。
【００２４】
このため、運転領域が変化し成層燃焼形態から均質燃焼状態へ切り換える際に、成層燃焼形態と同一スロットル開度状態で成層燃焼形態から均質燃焼状態へ切り換えると、空燃比が均質燃焼形態に見合った空燃比に対して希薄化する惧れが生じるが、均質燃焼形態は、成層燃焼形態とは燃焼形態が異なるが故に空燃比の希薄限界が成層燃焼形態より狭いため、燃焼そのものが悪化（例えば、失火等）することにもなり、通常の（燃焼形態を変化させない場合の）空燃比段差による運転性，排気特性の悪化以上に運転性や排気特性が損なわれてしまう惧れがある。即ち、本実施形態では、燃焼形態を切り換える際には、空燃比を切り換えることになるが、この空燃比段差を抑制するように一方の空燃比から他方の空燃比へ徐々に近づけて行くような制御をしても、燃焼形態の切り換え自体に燃焼段差（変化）要因があり、これを解決できなければ、運転性，排気特性等を効果的に改善することができないのである。
【００２５】
そこで、本実施形態では、空燃比延いては燃焼形態の切り換えに伴う運転性，排気特性の悪化を改善するために、燃料噴射弁５からの燃料噴射のさせ方を最適に制御することにより、両燃焼形態をなだらかにつなぐようにする。
ここで、本実施形態におけるコントロールユニット２０が行なう燃料供給制御（燃焼形態切換制御）について、図２のフローチャートに従って説明することにする。
【００２６】
ステップ（図では、Ｓと記してある。以下、同様）１００では、機関回転数（速度）Ｎｅ，アクセル開度を読み込む。
ステップ１０１では、ステップ１００で読み込んだ情報に基づいて、要求トルクＴｅを算出する。
ステップ１０２では、算出された要求トルクＴｅと、機関回転速度Ｎｅと、に基づいて、図３に示すような要求Ａ／Ｆマップを参照して、要求Ａ／Ｆを算出する。
【００２７】
ステップ１０３では、算出された要求Ａ／Ｆと、機関回転速度Ｎｅと、エアフローメータ（図示せず）から検出される吸入空気流量Ｑと、に基づいて、必要な燃料噴射量（噴射パルス幅）ＴＰを算出する。
ステップ１０４では、例えば、要求Ａ／Ｆ＞３０であるか否かを判別する。ＹＥＳであれば、成層燃焼領域であると判断し（図３の要求Ａ／Ｆマップ参照）、ステップ１０５へ進む。ＮＯであれば、その他の燃焼領域であると判断して、ステップ１０６へ進ませる。
【００２８】
ステップ１０５では、成層燃焼領域であるので、吸気行程での燃料噴射（以下、吸気行程噴射とも言う）を停止して、圧縮行程での燃料噴射（以下、圧縮行程噴射とも言う）のみを行なわせるようにする。即ち、圧縮行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ２に、ステップ１０３で求めた要求Ａ／Ｆが得られる要求燃料噴射パルス幅ＴＰを最終的にセットして（吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１＝０とする）、即ち、燃料噴射を図４の▲４▼の状態で行なわせるようにして、本フローを終了する。
【００２９】
一方、ステップ１０６へ進む場合には、成層燃焼領域ではないので、ステップ１０６では、圧縮行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ２に、Ａ／Ｆ＝３０となるＴＰ’をセットすると共に、要求Ａ／Ｆを得るために必要なＴＰ（ステップ１０３で求めた必要燃料噴射パルス幅ＴＰ）とＴＰ２にセットしたＴＰ’との差分を、吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１（＝ＴＰ−ＴＰ２）にセットしてみる。即ち、圧縮行程噴射での燃料噴射量変化（換言すれば、燃焼形態の急激な変化）を極力抑えつつ、不足する燃料噴射量を吸気行程噴射で補わせることを考えて、ステップ１０７へ進ませる。
【００３０】
ステップ１０７では、ステップ１０６でセットした吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が、吸気行程噴射を良好に行なうことができる最小噴射パルス幅ＴＰｍｉｎより短いか否かを判断する。
ＹＥＳであれば、吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が短か過ぎて、例えば安定した燃料噴射が行なえない等と判断し、ステップ１０５へ進ませ、ステップ１０６でセットしてみたＴＰ２＝ＴＰ’、ＴＰ１＝ＴＰ−ＴＰ２の関係をキャンセルして、ＴＰ２に、ステップ１０３で求めた要求Ａ／Ｆが得られる要求燃料噴射パルス幅ＴＰを最終的にセットして（吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１＝０とする）、即ち、燃料噴射を図４の▲３▼の状態で行なわせるようにして、本フローを終了する。
【００３１】
一方、ＮＯであれば、吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が短か過ぎることもなく、良好に吸気行程噴射を行なわせることができると判断して、ステップ１０８へ進ませる。
ステップ１０８では、ステップ１０６でセットしてみたＴＰ２＝ＴＰ’、ＴＰ１＝ＴＰ−ＴＰ２の関係をそのまま最終的なものとし、即ち、燃料噴射を図４の▲２▼（或いは▲１▼）の状態で行なわせるようにして、本フローを終了する。
【００３２】
なお、図４の▲２▼（或いは▲１▼）の状態は、圧縮行程噴射が行なわれ、点火栓６の周りに過濃混合気が存在するため、燃焼形態は成層燃焼形態であるが、吸気行程噴射を併せて行なわせることにより、通常の成層燃焼形態において本来希薄となる領域（気筒内の濃度分布の希薄領域）にも、均質な混合気を存在させることができるので、過濃領域で始まる燃焼を、希薄領域までゆっくりと進行させることができ、延いては気筒内略全域で燃焼を行なわせることができる。
【００３３】
即ち、通常の成層燃焼形態において出力増加要求に合わせて燃料噴射量を増加させた（空燃比をリッチ化させた）場合には、濃い混合気が局所的に過濃混合気状態で燃焼されるので燃焼自体が不活性化すると共に、燃焼がその後気筒内全域に良好に進行することもないので、気筒内の空気を有効に利用した燃焼ができず、以って燃焼が不活性化して煤やエミッション，運転性を悪化させることになるが、
本実施形態によれば、出力増加要求に合わせて燃料噴射量を増加させても（空燃比をリッチ化しても）、燃焼形態は圧縮行程噴射による成層燃焼形態であるが、吸気行程噴射を併せて行なわせることにより、前述したように、過濃領域で始まる燃焼を、希薄領域までゆっくりと進行させることができ、延いては気筒内略全域で燃焼を行なわせることができるので、空気利用率を最大限高めることができ、以って煤やエミッション，運転性の悪化を格段に改善することが可能となる。
【００３４】
なお、出力要求領域（Ａ／Ｆ＜１４）の場合には、吸気行程噴射の割合が極めて高くなり、均質燃焼を達成できるものであるが、より一層完全な均質燃焼を達成したい場合には、本フロー実行後に、運転状態が安定した場合等において、吸気行程噴射のみを行なわせるように噴射形態を切り換えるようにしてもよい。
これにより、圧縮行程と吸気行程との両方で燃料噴射させる場合に比べ、完全な均質燃焼が達成できるので、出力増大や煤の低減をより一層促進することが可能となる。
【００３５】
このように、本実施形態では、１サイクル中の異なる時期に設定された燃料供給時期を切り換えることにより、燃焼形態（燃焼状態）を切り換えるようにした場合に、当該燃焼形態の切り換えに際し、一方の燃料供給時期（燃焼形態）から他方の燃料供給時期（燃焼形態）へ、両方の燃料供給時期で燃料を所定の分担率で分担して供給する形態を経て徐々に移行させることができるようにしたので、燃焼形態の切り換えに伴う燃焼段差を最小限に抑制することができるので、同一空気量でのトルク段差を抑制でき運転性を改善できると共に、燃費，排気性能等の悪化も最小限に抑制することができる。
【００３６】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、システム構成は、第１の実施形態の場合（図１）と同様であり、また、コントロールユニット２０が行なう燃料供給（燃焼形態切換）制御については図５のフローチャートに示すように、ステップ１００〜ステップ１０７までは、第１の実施形態の図２のフローチャートのステップ１００〜ステップ１０７と同様であるので、説明を省略し、異なるステップ１０９〜ステップ１１１について詳細に説明することとする。
【００３７】
即ち、ステップ１０７で、ステップ１０６でセットした吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が、吸気行程噴射を良好に行なうことができる最小噴射パルス幅ＴＰｍｉｎより短いか否かを判断し、ＹＥＳであれば、吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が短か過ぎて、例えば安定した燃料噴射が行なえない等と判断し、ステップ１０５へ進ませ、第１の実施形態と同様に、燃料噴射を図４の▲４▼の状態で行なわせるようにして、本フローを終了する。
【００３８】
一方、ＮＯであれば、吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が短か過ぎることもなく、良好に吸気行程噴射を行なわせることができると判断して、ステップ１０９へ進ませる。
ステップ１０９では、要求Ａ／Ｆ＜１４であるか否かを判断する。ＹＥＳであればステップ１１０へ進み、ＮＯであればステップ１１１へ進む。
【００３９】
ステップ１１０では、要求Ａ／Ｆ＜１４であり、出力要求領域であると判断し、圧縮行程での燃料噴射（成層燃焼形態）を停止して、吸気行程のみでの燃料噴射（均質燃焼形態）を行なわせる。
これは、出力要求領域（例えば、要求Ａ／Ｆ＜１４）では、燃焼形態を完全な均質燃焼形態に切り換えて出力要求領域に見合った燃焼形態とすると共に、吸気行程噴射を行なわせることで、吸気弁の開いている間に燃料を吸気にぶつけ気化促進を図ると共に燃料の気化潜熱を利用して吸気温度を下げることで空気充填効率を向上させることができるので、燃焼形態の変更に伴う瞬間的なトルク段差を多少犠牲にしても、応答性良く一層の出力向上を望めるからである。
【００４０】
ステップ１１１では、それ程出力向上要求や応答性要求が強くないので、燃焼形態を切り換える際のトルクショックを低減することを最優先すべく、ステップ１０６でセットしてみたＴＰ２＝ＴＰ’、ＴＰ１＝ＴＰ−ＴＰ２の関係をそのまま最終的なものとし、即ち、燃料噴射を図４の▲２▼（或いは▲１▼）の状態で行なわせるようにして、本フローを終了する。
【００４１】
なお、図４の▲２▼（或いは▲１▼）の状態は、前述したように、圧縮行程噴射が行なわれ、点火栓６の周りに過濃混合気が存在するため、燃焼形態は成層燃焼形態であるが、吸気行程噴射を併せて行なわせることにより、通常の成層燃焼形態において本来希薄となる領域（気筒内の濃度分布の希薄領域）にも、均質な混合気を存在させることができるので、過濃領域で始まる燃焼を、希薄領域までゆっくりと進行させることができ、延いては気筒内略全域で燃焼を行なわせることができる。
【００４２】
このように、第２の実施形態では、燃焼形態の切り換えに伴う燃焼段差によるトルクショックを低減できると共に、出力要求領域（例えば、Ａ／Ｆ＜１４）では、燃焼形態を完全な均質燃焼形態に切り換えられるようにしたので、運転者に出力増大要求がある場合には、その出力増大要求に応答性よく応えることができ、以って運転者の出力増大要求を最優先させることが可能となる。
【００４３】
つづけて、第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態は、システム構成は、第１の実施形態の場合（図１）と同様であり、また、コントロールユニット２０が行なう燃料供給（燃焼形態切換）制御については図７のフローチャートに示すように、ステップ１００〜ステップ１０７までは、第１の実施形態の図２のフローチャートのステップ１００〜ステップ１０７と同様であるので、説明を省略し、異なるステップ１１２〜ステップ１１６について詳細に説明することとする。なお、第３の実施形態におけるコントロールユニット２０が、本発明にかかる加速時燃料供給手段としの機能を備えることとなる。
【００４４】
即ち、
ステップ１０７で、ステップ１０６でセットした吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が、吸気行程噴射を良好に行なうことができる最小噴射パルス幅ＴＰｍｉｎより短いか否かを判断し、ＹＥＳであれば、吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が短か過ぎて、例えば安定した燃料噴射が行なえない等と判断し、ステップ１０５へ進ませ、第１の実施形態と同様に、燃料噴射を図４の▲１▼の状態で行なわせるようにして、本フローを終了する。
【００４５】
一方、ＮＯであれば、吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が短か過ぎることもなく、良好に吸気行程噴射を行なわせることができると判断して、ステップ１１２へ進ませる。
ステップ１１２では、要求Ａ／Ｆ＜１４であるか否かを判断する。ＹＥＳであればステップ１１３へ進み、ＮＯであればステップ１１６へ進む。
【００４６】
ステップ１１３では、吸気行程での噴射後、同一サイクル内の圧縮行程での噴射が行なわれる時期までに、加速判定（加速要求）があったか否かを判断する。ＹＥＳであればステップ１１４へ進み、ＮＯであればステップ１１５へ進む。当該加速判定は、アクセル開度変化やＴＰ変化、吸入空気流量変化等に基づいて行なうことができる。
【００４７】
ステップ１１４では、加速要求を、同一サイクル内において直後に行なわれる圧縮行程噴射に直ちに反映させるべく、吸気行程で参照したＴＰをＴＰｏｌｄし、圧縮行程で参照されたＴＰをＴＰｎｅｗとし、差分（＝ＴＰｎｅｗ−ＴＰｏｌｄ）を圧縮行程で噴射させるようにする。即ち、燃料噴射を図４の▲１▼の状態で行なわせるようにして、本フローを終了する。
【００４８】
一方、ステップ１１５では、吸気行程での噴射後、同一サイクル内の圧縮行程での噴射が行なわれる時期までに、加速要求がないので、要求Ａ／Ｆ＜１４の出力要求領域に見合うように、第２の実施形態で説明したと同様に、圧縮行程での燃料噴射（成層燃焼形態）を停止して、吸気行程のみでの燃料噴射（均質燃焼形態）を行なわせる。
【００４９】
また、ステップ１１６では、それ程出力向上要求や応答性要求が強くないので、燃焼形態を切り換える際のトルクショックを低減することを最優先すべく、ステップ１０６でセットしてみたＴＰ２＝ＴＰ’、ＴＰ１＝ＴＰ−ＴＰ２の関係をそのまま最終的なものとし、即ち、燃料噴射を図４の▲２▼（或いは▲１▼）の状態で行なわせるようにして、本フローを終了する。
【００５０】
このように、第３の実施形態によれば、燃焼形態の切り換えに伴う燃焼段差によるトルクショックを低減できると共に、出力増大要求がある場合には、その出力増大要求に応答性よく応えることができ、然も、従来、加速要求があっても、次サイクル或いは他の気筒における燃料噴射の時からしかその加速要求に追従した燃料噴射を行なうことができず、加速要求に迅速に対応することができなかったが、加速要求を同一サイクル内の圧縮行程噴射に直ちに反映させることができるようになるので、空燃比のリーン化を抑制でき加速要求に応答性よく応えることができることとなる。即ち、加速要求に対する応答性改善のための過渡時の空気計量の位相制御や先取り補正を不要とすることができる。
【００５１】
なお、加速要求が継続されているときで、吸気行程中の燃料供給量では要求燃料量を賄えないような場合にも、燃料不足分を圧縮行程中の燃料供給で補うようにすることも可能であり、燃料供給装置等の小容量化を図ることができることにもなる。
ところで、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との分担は、上記各実施形態において説明した例に限るものではなく、両燃焼形態をなだらかに繋げることができれば、他の所定の分担率で徐々に分担度合いを変化させるようにすることも可能である。
【００５２】
なお、上記各実施形態では、成層燃焼時には、圧縮行程（気筒内空気流動が減衰した状態）で燃料を噴射し燃料の気化・拡散を抑えつつ、濃い混合気を点火栓６の近傍に集められるようにして成層燃焼を達成するようにしているが、このとき、例えば、スワール制御弁等を介して、吸気行程中に気筒内空気流動を均質燃焼時に対して変化させておくようにしても良い。そして、均質燃焼時には、吸気行程（筒内空気流動が促進された状態）で燃料を噴射することで吸気流れに噴射燃料を乗せて燃料の気化・拡散を促進し、気筒内全体に均一な混合気を形成して均質燃焼を達成させるが、このとき、例えば、スワール制御弁等を介して、気筒内空気流動を成層燃焼時に対して変化させるようにしても良い。
【００５３】
また、本発明は、燃料の供給のさせ方（例えば、燃料噴射時期）を変更することにより燃焼形態（燃焼状態）を異ならせることができるガソリン機関に適用できることは勿論であるが、例えば、ディーゼル機関等にあっても、１サイクル中に複数回に分けて燃料等を噴射させる場合等（例えば、初期噴射率低減等のために複数回に分けて燃料を噴射させる場合、更にはＮＯｘ低減のための水噴射等を行なわせるような場合をも含めることができる）に、各燃料噴射の分担率を徐々に変更することで、両燃焼状態をなだらかに繋げるようにする場合にも適用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施形態の全体構成図。
【図２】同上実施形態におけるコントロールユニット２０が行なう燃料供給制御を説明するためのフローチャート。
【図３】同上実施形態における要求Ａ／Ｆマップの一例。
【図４】同上実施形態における各領域毎の燃料噴射パルスの発生状態を説明するためのタイムチャート。
【図５】本発明における第２の実施形態におけるコントロールユニット２０が行なう燃料供給制御を説明するためのフローチャート。
【図６】本発明における第３の実施形態におけるコントロールユニット２０が行なう燃料供給制御を説明するためのフローチャート。
【図７】従来装置の全体構成図。
【図８】従来装置の燃料供給制御を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１ 内燃機関
５ 燃料噴射弁
20 コントロールユニット
29 クランク角度信号
30 アクセル開度信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料供給制御装置の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関の燃料供給制御装置としては、例えば、特開平４−２３１６４５号公報に開示されるようなものがある（図８，図９参照）。
このものは、リーンＮＯｘ触媒に良質のＨＣを供給できるようにしてＮＯｘ浄化率を広範囲に亘って高めるべく、主燃料噴射とは別に副燃料噴射を行なわせ、その副燃料噴射の噴射タイミングを、排気温度が低いときには吸気行程から圧縮行程初期の期間内に設定し、排気温度が高いときには燃焼期間の後半から排気行程の初期にかけての期間内に設定するようにしている。これにより、低温時には低沸点成分のＨＣを多量に供給できる一方、高温時には高沸点成分のＨＣを多量に供給することができるようになるので、リーンＮＯｘ触媒でのＨＣによるＮＯｘの還元反応（２ＨＣ＋２ＮＯｘ→２ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋Ｎ2 ）特性を排気温度に応じて適正化することができ、延いてはリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を広範囲に亘って高めることができるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平４−２３１６４５号公報に記載された装置では、成層燃焼時（例えばリーン〔希薄とも言う）燃焼時）の排気エミッション（特に、ＮＯｘ）の低減を主眼とし、主燃料噴射時期を固定し、副燃料噴射時期を排気温度によって変更する制御となっていた。なお、成層（層状とも言う）燃焼とは、軽負荷時等においてリーン燃焼させる際等に有効な燃焼形態であり、燃焼室内混合気に層状に変化する濃度分布を与え、この層状に変化する濃度分布のうち可燃混合気層域を点火プラグ近傍に導いて点火し、混合気全体へ燃焼を進行させていくようにした燃焼形態である。当該成層燃焼によれば、局所的に可燃混合気層域を形成すれば良いので、混合気全体として空燃比（以下、Ａ／Ｆとも言う）を極めてリーン化することができることになる。
【０００４】
ところが、例えば、機関の出力（高負荷）領域では、煤排出量，空気利用率を改善する等の観点から、燃焼形態（以下、燃焼状態とも言う）を成層燃焼から比較的濃い混合気の均質燃焼（混合気全体を均一な空燃比に形成して燃焼させる燃焼形態）へ切り換える必要がある。その際、均質燃焼で要求される空燃比と、前述した成層燃焼で要求される空燃比と、の間に差異があるため、燃焼形態の切り換え中には、燃焼形態にマッチしない空燃比特性となり燃焼が悪化する惧れがあり、同一空気量であってもトルク段差が生じる惧れがある。
【０００５】
本発明は、かかる従来の実情に鑑みなされたもので、運転領域に応じ燃焼形態を成層燃焼と均質燃焼との間で切り換えても、当該燃焼形態の切り換えに伴う燃焼段差延いてはトルク段差を抑制でき、排気特性や運転性を高く維持することができる内燃機関の燃料供給制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の発明に係る内燃機関の燃料供給制御装置は、
直接筒内に燃料を供給する燃料供給装置を備え、要求空燃比を内燃機関の要求負荷が大なほど小に設定し、低負荷領域では圧縮行程中の燃料供給時期で要求空燃比に見合う量の燃料を供給して成層燃焼を行わせ、高負荷領域では吸気行程中の燃料供給時期で要求空燃比に見合う量の燃料を供給して均質燃焼を行わせる一方、
前記一方の燃焼状態から他方の燃焼状態への移行時を含む中負荷領域では、吸気行程中と圧縮行程中の両方の燃料供給時期で、要求空燃比に見合う量の燃料を所定の分担率で分担して供給し、
かつ、要求空燃比が成層燃焼側判定値を超える低負荷領域で、要求空燃比を得るのに必要な量の燃料を圧縮行程中の燃料供給時期のみで供給して成層燃焼を行わせ、要求空燃比が成層燃焼側判定値以下の中負荷領域では、成層燃焼側判定値に相当する空燃比を得るのに必要な量の燃料を圧縮行程中の燃料供給時期で供給し、要求空燃比を得るのに必要な燃料供給量から前記圧縮行程中の燃料供給時期で供給された燃料供給量を差し引いた量の燃料を吸気行程中の燃料供給時期で供給する
構成とした。
【０００７】
上記構成によれば、成層燃焼と均質燃焼との切り換えに際し、一方の燃焼状態の燃料供給時期から他方の燃焼状態の燃料供給時期へ、両方の燃料供給時期で燃料を所定の分担率で分担して供給する形態を経て徐々に移行させることができる。これにより、燃焼形態の切り換えに伴う燃焼段差を最小限に抑制することができ、以って同一空気量でのトルク段差を抑制でき運転性を改善できると共に、燃費，排気性能等の悪化も最小限に抑制することができることとなる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、要求空燃比が前記成層燃焼側判定値より小さく設定された出力要求領域側判定値より小さい高負荷領域で、吸気行程中の燃料供給時期のみで燃料を供給して均質燃焼を行わせるように構成した。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、一方の燃料供給時期での燃料供給量が最低燃料供給量を確保できない場合に、前記所定の分担率に拘わらず、最低燃料供給量を確保できる側の燃料供給時期で全燃料を供給する最低燃料供給量確保手段を含んで構成されるようにした。
【００１３】
これにより、例えば、燃料供給装置（例えば、燃料噴射弁）が安定して燃料を供給することができる最低燃料供給量より少ない燃料供給量で燃料を供給しなければならないという事態を回避することができるので、常に、燃料供給量の制御を高精度なものとすることができる。
請求項４に記載の発明では、吸気行程中の燃料供給時期が設定されている状態において、該吸気行程中の燃料供給時期での燃料供給終了後、圧縮行程中の燃料供給時期までに、所定の加速要求があった場合には、当該所定の加速要求に見合うように、圧縮行程中の燃料供時期に強制的に燃料供給を行なわせるようにした。
【００１４】
これにより、例えば、先の燃料供給時期である吸気行程中の燃料供給後、吸気弁が閉弁するまでに、所定の加速要求（例えば、急加速要求）があった場合に、後の燃料供給時期である圧縮行程中の燃料供給時に、加速要求に見合った燃料量を直ちに供給することが可能となるので、加速応答性を改善することが可能となる。なお、加速要求が継続されているときで、吸気行程中の燃料供給量では要求燃料量を賄えないような場合には、燃料不足分を圧縮行程中の燃料供給で補うようにすることも可能であり、燃料供給装置等の小容量化を図ることができることにもなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、添付の図面に基づき説明する。
図１に示すように、本発明の第１の実施形態における内燃機関（直列４気筒ガアソリン機関）１の吸気通路４の上流にはエアクリーナ３が設けられている。そして、吸気通路４の下流側は、サージタンク２に連結されている。
【００１６】
また、各気筒内に直接燃料を噴射供給する（所謂直噴式）電磁燃料噴射弁５が、各気筒内に臨ませて設けられている。この燃料噴射弁５は、後述するコントロールユニット２０からの運転状態に応じて設定された駆動信号を受け所定時期に所定時間開弁駆動されることで、所定量に調量された燃料を、気筒内に間欠的に噴射供給できるようになっている。
【００１７】
ところで、本実施形態においては、前記燃料噴射弁５のそれぞれに枝管１５が連結されており、当該各枝管１５は、機関１により駆動される高圧燃料ポンプ８によって圧送供給される高圧燃料を高圧燃料通路９を介して導き貯留する高圧燃料サージタンク７に連結されている。前記高圧燃料ポンプ８は、逆止弁１１、燃料フィルタ１２を介して、燃料タンク１０から燃料を吸い上げるようになっている。
【００１８】
なお、高圧燃料サージタンク７内の燃料圧力を、所望に維持できるように、前記高圧燃料サージタンク７には、高圧レギュレータ，低圧レギュレータが連通されており、これらの調圧作用により余剰となった燃料が、燃料タンク１０へリターンされるようになっている。これにより、前記燃料噴射弁５から、気筒内に直接噴射供給可能に調整された高圧な燃料を噴射できることになる。
【００１９】
ところで、点火栓６が各気筒内に臨んで設けられており、これにより気筒内の混合気は点火され着火燃焼されるようになっている。この点火栓６の点火時期は、コントロールユニット２０により運転状態に応じて設定されるようになっている。
なお、排気通路７０には、排気浄化触媒７１（三元触媒、リーンＮＯｘ触媒、或いは酸化触媒等）が介装されている。
【００２０】
コントロールユニット２０は、デジタルコンピュータからなり、双方向バス２１によって相互に接続されたＲＯＭ２２，ＲＡＭ２４，入力ポート２５及び出力ポート２６を具備する。
このコントロールユニット２０には、クランク角度センサ（図示せず）により検出されるクランク角度信号２９や気筒判別信号３１が、前記入力ポート２５を介して入力されるようになっている。
【００２１】
また、アクセルペダル（図示せず）の操作量に応じた出力電圧を発生するアクセル開度センサ（図示せず）からのアクセル開度信号（出力電圧）３０は、Ａ／Ｄ変換器３１を介してデジタル変換された後、前記入力ポート２５を介して入力されるようになっている。
ところで、各燃料噴射弁５は、各駆動回路３４及び各カウンタ３５を介して出力ポート２６に接続されており、各点火栓６は、各駆動回路３６及び各カウンタ３７を介して出力ポート２６に接続されている。
【００２２】
以上のような構成を備えた本実施形態では、以下のような作用を奏する。
即ち、
比較的濃い空燃比が要求される機関の出力（高負荷）領域において、燃費，排気エミッション（特にＮＯｘ）低減に効果が高い成層燃焼（希薄燃焼にマッチした燃焼形態）で燃焼させると、局所的に過濃混合気が形成され空気利用率が低下した状態となり燃焼が却って不活性化し、以って煤（黒煙等）や未燃成分（ＨＣ）等の排出量が増大しパティキュレート等の排出量が増大するので、混合気全体で空燃比を均一化して空気利用率を高めることができる均質燃焼を行なわせた方が有利である。
【００２３】
一方、軽負荷領域では、元々燃料噴射量が少ないので空気利用率の悪化はそれ程問題とならないので、均質燃焼を行なわせておくより、空燃比をでるだけ希薄化し、燃費，排気エミッション（特にＮＯｘ）低減に効果が高い成層燃焼で燃焼させた方が有利である。
かかる両者を両立させようとした場合、図３で示される成層燃焼領域では、空燃比の希薄化要求があるので、従来の均質燃焼のようにスロットル開度（換言すればエアフローメータで検出される吸入空気流量Ｑ）と出力（換言すれば燃料噴射量〔＝ｋ・Ｑ／Ｎｅ，ｋは定数，Ｎｅは機関回転速度〕）とが対応しなくなり運転者に違和感を与えることになるのを防止するため、運転者の要求する負荷が得られるように、運転者の要求する負荷をアクセル開度（操作量）から読み取り、かつ、目標の空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＞３０）が達成できるように、スロットル開度（換言すれば吸気通路断面積延いては吸入空気流量Ｑ）と燃料噴射量とを修正するようにしている。
【００２４】
このため、運転領域が変化し成層燃焼形態から均質燃焼状態へ切り換える際に、成層燃焼形態と同一スロットル開度状態で成層燃焼形態から均質燃焼状態へ切り換えると、空燃比が均質燃焼形態に見合った空燃比に対して希薄化する惧れが生じるが、均質燃焼形態は、成層燃焼形態とは燃焼形態が異なるが故に空燃比の希薄限界が成層燃焼形態より狭いため、燃焼そのものが悪化（例えば、失火等）することにもなり、通常の（燃焼形態を変化させない場合の）空燃比段差による運転性，排気特性の悪化以上に運転性や排気特性が損なわれてしまう惧れがある。即ち、本実施形態では、燃焼形態を切り換える際には、空燃比を切り換えることになるが、この空燃比段差を抑制するように一方の空燃比から他方の空燃比へ徐々に近づけて行くような制御をしても、燃焼形態の切り換え自体に燃焼段差（変化）要因があり、これを解決できなければ、運転性，排気特性等を効果的に改善することができないのである。
【００２５】
そこで、本実施形態では、空燃比延いては燃焼形態の切り換えに伴う運転性，排気特性の悪化を改善するために、燃料噴射弁５からの燃料噴射のさせ方を最適に制御することにより、両燃焼形態をなだらかにつなぐようにする。
ここで、本実施形態におけるコントロールユニット２０が行なう燃料供給制御（燃焼形態切換制御）について、図２のフローチャートに従って説明することにする。
【００２６】
ステップ（図では、Ｓと記してある。以下、同様）１００では、機関回転数（速度）Ｎｅ，アクセル開度を読み込む。
ステップ１０１では、ステップ１００で読み込んだ情報に基づいて、要求トルクＴｅを算出する。
ステップ１０２では、算出された要求トルクＴｅと、機関回転速度Ｎｅと、に基づいて、図３に示すような要求Ａ／Ｆマップを参照して、要求Ａ／Ｆを算出する。
【００２７】
ステップ１０３では、算出された要求Ａ／Ｆと、機関回転速度Ｎｅと、エアフローメータ（図示せず）から検出される吸入空気流量Ｑと、に基づいて、必要な燃料噴射量（噴射パルス幅）ＴＰを算出する。
ステップ１０４では、例えば、要求Ａ／Ｆ＞３０であるか否かを判別する。ＹＥＳであれば、成層燃焼領域であると判断し（図３の要求Ａ／Ｆマップ参照）、ステップ１０５へ進む。ＮＯであれば、その他の燃焼領域であると判断して、ステップ１０６へ進ませる。
【００２８】
ステップ１０５では、成層燃焼領域であるので、吸気行程での燃料噴射（以下、吸気行程噴射とも言う）を停止して、圧縮行程での燃料噴射（以下、圧縮行程噴射とも言う）のみを行なわせるようにする。即ち、圧縮行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ２に、ステップ１０３で求めた要求Ａ／Ｆが得られる要求燃料噴射パルス幅ＴＰを最終的にセットして（吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１＝０とする）、即ち、燃料噴射を図４の▲４▼の状態で行なわせるようにして、本フローを終了する。
【００２９】
一方、ステップ１０６へ進む場合には、成層燃焼領域ではないので、ステップ１０６では、圧縮行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ２に、Ａ／Ｆ＝３０となるＴＰ’をセットすると共に、要求Ａ／Ｆを得るために必要なＴＰ（ステップ１０３で求めた必要燃料噴射パルス幅ＴＰ）とＴＰ２にセットしたＴＰ’との差分を、吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１（＝ＴＰ−ＴＰ２）にセットしてみる。即ち、圧縮行程噴射での燃料噴射量変化（換言すれば、燃焼形態の急激な変化）を極力抑えつつ、不足する燃料噴射量を吸気行程噴射で補わせることを考えて、ステップ１０７へ進ませる。
【００３０】
ステップ１０７では、ステップ１０６でセットした吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が、吸気行程噴射を良好に行なうことができる最小噴射パルス幅ＴＰｍｉｎより短いか否かを判断する。
ＹＥＳであれば、吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が短か過ぎて、例えば安定した燃料噴射が行なえない等と判断し、ステップ１０５へ進ませ、ステップ１０６でセットしてみたＴＰ２＝ＴＰ’、ＴＰ１＝ＴＰ−ＴＰ２の関係をキャンセルして、ＴＰ２に、ステップ１０３で求めた要求Ａ／Ｆが得られる要求燃料噴射パルス幅ＴＰを最終的にセットして（吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１＝０とする）、即ち、燃料噴射を図４の▲３▼の状態で行なわせるようにして、本フローを終了する。
【００３１】
一方、ＮＯであれば、吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が短か過ぎることもなく、良好に吸気行程噴射を行なわせることができると判断して、ステップ１０８へ進ませる。
ステップ１０８では、ステップ１０６でセットしてみたＴＰ２＝ＴＰ’、ＴＰ１＝ＴＰ−ＴＰ２の関係をそのまま最終的なものとし、即ち、燃料噴射を図４の▲２▼（或いは▲１▼）の状態で行なわせるようにして、本フローを終了する。
【００３２】
なお、図４の▲２▼（或いは▲１▼）の状態は、圧縮行程噴射が行なわれ、点火栓６の周りに過濃混合気が存在するため、燃焼形態は成層燃焼形態であるが、吸気行程噴射を併せて行なわせることにより、通常の成層燃焼形態において本来希薄となる領域（気筒内の濃度分布の希薄領域）にも、均質な混合気を存在させることができるので、過濃領域で始まる燃焼を、希薄領域までゆっくりと進行させることができ、延いては気筒内略全域で燃焼を行なわせることができる。
【００３３】
即ち、通常の成層燃焼形態において出力増加要求に合わせて燃料噴射量を増加させた（空燃比をリッチ化させた）場合には、濃い混合気が局所的に過濃混合気状態で燃焼されるので燃焼自体が不活性化すると共に、燃焼がその後気筒内全域に良好に進行することもないので、気筒内の空気を有効に利用した燃焼ができず、以って燃焼が不活性化して煤やエミッション，運転性を悪化させることになるが、
本実施形態によれば、出力増加要求に合わせて燃料噴射量を増加させても（空燃比をリッチ化しても）、燃焼形態は圧縮行程噴射による成層燃焼形態であるが、吸気行程噴射を併せて行なわせることにより、前述したように、過濃領域で始まる燃焼を、希薄領域までゆっくりと進行させることができ、延いては気筒内略全域で燃焼を行なわせることができるので、空気利用率を最大限高めることができ、以って煤やエミッション，運転性の悪化を格段に改善することが可能となる。
【００３４】
なお、出力要求領域（Ａ／Ｆ＜１４）の場合には、吸気行程噴射の割合が極めて高くなり、均質燃焼を達成できるものであるが、より一層完全な均質燃焼を達成したい場合には、本フロー実行後に、運転状態が安定した場合等において、吸気行程噴射のみを行なわせるように噴射形態を切り換えるようにしてもよい。
これにより、圧縮行程と吸気行程との両方で燃料噴射させる場合に比べ、完全な均質燃焼が達成できるので、出力増大や煤の低減をより一層促進することが可能となる。
【００３５】
このように、本実施形態では、１サイクル中の異なる時期に設定された燃料供給時期を切り換えることにより、燃焼形態（燃焼状態）を切り換えるようにした場合に、当該燃焼形態の切り換えに際し、一方の燃料供給時期（燃焼形態）から他方の燃料供給時期（燃焼形態）へ、両方の燃料供給時期で燃料を所定の分担率で分担して供給する形態を経て徐々に移行させることができるようにしたので、燃焼形態の切り換えに伴う燃焼段差を最小限に抑制することができるので、同一空気量でのトルク段差を抑制でき運転性を改善できると共に、燃費，排気性能等の悪化も最小限に抑制することができる。
【００３６】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、システム構成は、第１の実施形態の場合（図１）と同様であり、また、コントロールユニット２０が行なう燃料供給（燃焼形態切換）制御については図５のフローチャートに示すように、ステップ１００〜ステップ１０７までは、第１の実施形態の図２のフローチャートのステップ１００〜ステップ１０７と同様であるので、説明を省略し、異なるステップ１０９〜ステップ１１１について詳細に説明することとする。
【００３７】
即ち、ステップ１０７で、ステップ１０６でセットした吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が、吸気行程噴射を良好に行なうことができる最小噴射パルス幅ＴＰｍｉｎより短いか否かを判断し、ＹＥＳであれば、吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が短か過ぎて、例えば安定した燃料噴射が行なえない等と判断し、ステップ１０５へ進ませ、第１の実施形態と同様に、燃料噴射を図４の▲４▼の状態で行なわせるようにして、本フローを終了する。
【００３８】
一方、ＮＯであれば、吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が短か過ぎることもなく、良好に吸気行程噴射を行なわせることができると判断して、ステップ１０９へ進ませる。
ステップ１０９では、要求Ａ／Ｆ＜１４であるか否かを判断する。ＹＥＳであればステップ１１０へ進み、ＮＯであればステップ１１１へ進む。
【００３９】
ステップ１１０では、要求Ａ／Ｆ＜１４であり、出力要求領域であると判断し、圧縮行程での燃料噴射（成層燃焼形態）を停止して、吸気行程のみでの燃料噴射（均質燃焼形態）を行なわせる。
これは、出力要求領域（例えば、要求Ａ／Ｆ＜１４）では、燃焼形態を完全な均質燃焼形態に切り換えて出力要求領域に見合った燃焼形態とすると共に、吸気行程噴射を行なわせることで、吸気弁の開いている間に燃料を吸気にぶつけ気化促進を図ると共に燃料の気化潜熱を利用して吸気温度を下げることで空気充填効率を向上させることができるので、燃焼形態の変更に伴う瞬間的なトルク段差を多少犠牲にしても、応答性良く一層の出力向上を望めるからである。
【００４０】
ステップ１１１では、それ程出力向上要求や応答性要求が強くないので、燃焼形態を切り換える際のトルクショックを低減することを最優先すべく、ステップ１０６でセットしてみたＴＰ２＝ＴＰ’、ＴＰ１＝ＴＰ−ＴＰ２の関係をそのまま最終的なものとし、即ち、燃料噴射を図４の▲２▼（或いは▲１▼）の状態で行なわせるようにして、本フローを終了する。
【００４１】
なお、図４の▲２▼（或いは▲１▼）の状態は、前述したように、圧縮行程噴射が行なわれ、点火栓６の周りに過濃混合気が存在するため、燃焼形態は成層燃焼形態であるが、吸気行程噴射を併せて行なわせることにより、通常の成層燃焼形態において本来希薄となる領域（気筒内の濃度分布の希薄領域）にも、均質な混合気を存在させることができるので、過濃領域で始まる燃焼を、希薄領域までゆっくりと進行させることができ、延いては気筒内略全域で燃焼を行なわせることができる。
【００４２】
このように、第２の実施形態では、燃焼形態の切り換えに伴う燃焼段差によるトルクショックを低減できると共に、出力要求領域（例えば、Ａ／Ｆ＜１４）では、燃焼形態を完全な均質燃焼形態に切り換えられるようにしたので、運転者に出力増大要求がある場合には、その出力増大要求に応答性よく応えることができ、以って運転者の出力増大要求を最優先させることが可能となる。
【００４３】
つづけて、第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態は、システム構成は、第１の実施形態の場合（図１）と同様であり、また、コントロールユニット２０が行なう燃料供給（燃焼形態切換）制御については図７のフローチャートに示すように、ステップ１００〜ステップ１０７までは、第１の実施形態の図２のフローチャートのステップ１００〜ステップ１０７と同様であるので、説明を省略し、異なるステップ１１２〜ステップ１１６について詳細に説明することとする。なお、第３の実施形態におけるコントロールユニット２０が、本発明にかかる加速時燃料供給手段としの機能を備えることとなる。
【００４４】
即ち、
ステップ１０７で、ステップ１０６でセットした吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が、吸気行程噴射を良好に行なうことができる最小噴射パルス幅ＴＰｍｉｎより短いか否かを判断し、ＹＥＳであれば、吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が短か過ぎて、例えば安定した燃料噴射が行なえない等と判断し、ステップ１０５へ進ませ、第１の実施形態と同様に、燃料噴射を図４の▲１▼の状態で行なわせるようにして、本フローを終了する。
【００４５】
一方、ＮＯであれば、吸気行程噴射の噴射パルス幅ＴＰ１が短か過ぎることもなく、良好に吸気行程噴射を行なわせることができると判断して、ステップ１１２へ進ませる。
ステップ１１２では、要求Ａ／Ｆ＜１４であるか否かを判断する。ＹＥＳであればステップ１１３へ進み、ＮＯであればステップ１１６へ進む。
【００４６】
ステップ１１３では、吸気行程での噴射後、同一サイクル内の圧縮行程での噴射が行なわれる時期までに、加速判定（加速要求）があったか否かを判断する。ＹＥＳであればステップ１１４へ進み、ＮＯであればステップ１１５へ進む。当該加速判定は、アクセル開度変化やＴＰ変化、吸入空気流量変化等に基づいて行なうことができる。
【００４７】
ステップ１１４では、加速要求を、同一サイクル内において直後に行なわれる圧縮行程噴射に直ちに反映させるべく、吸気行程で参照したＴＰをＴＰｏｌｄし、圧縮行程で参照されたＴＰをＴＰｎｅｗとし、差分（＝ＴＰｎｅｗ−ＴＰｏｌｄ）を圧縮行程で噴射させるようにする。即ち、燃料噴射を図４の▲１▼の状態で行なわせるようにして、本フローを終了する。
【００４８】
一方、ステップ１１５では、吸気行程での噴射後、同一サイクル内の圧縮行程での噴射が行なわれる時期までに、加速要求がないので、要求Ａ／Ｆ＜１４の出力要求領域に見合うように、第２の実施形態で説明したと同様に、圧縮行程での燃料噴射（成層燃焼形態）を停止して、吸気行程のみでの燃料噴射（均質燃焼形態）を行なわせる。
【００４９】
また、ステップ１１６では、それ程出力向上要求や応答性要求が強くないので、燃焼形態を切り換える際のトルクショックを低減することを最優先すべく、ステップ１０６でセットしてみたＴＰ２＝ＴＰ’、ＴＰ１＝ＴＰ−ＴＰ２の関係をそのまま最終的なものとし、即ち、燃料噴射を図４の▲２▼（或いは▲１▼）の状態で行なわせるようにして、本フローを終了する。
【００５０】
このように、第３の実施形態によれば、燃焼形態の切り換えに伴う燃焼段差によるトルクショックを低減できると共に、出力増大要求がある場合には、その出力増大要求に応答性よく応えることができ、然も、従来、加速要求があっても、次サイクル或いは他の気筒における燃料噴射の時からしかその加速要求に追従した燃料噴射を行なうことができず、加速要求に迅速に対応することができなかったが、加速要求を同一サイクル内の圧縮行程噴射に直ちに反映させることができるようになるので、空燃比のリーン化を抑制でき加速要求に応答性よく応えることができることとなる。即ち、加速要求に対する応答性改善のための過渡時の空気計量の位相制御や先取り補正を不要とすることができる。
【００５１】
なお、加速要求が継続されているときで、吸気行程中の燃料供給量では要求燃料量を賄えないような場合にも、燃料不足分を圧縮行程中の燃料供給で補うようにすることも可能であり、燃料供給装置等の小容量化を図ることができることにもなる。
ところで、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との分担は、上記各実施形態において説明した例に限るものではなく、両燃焼形態をなだらかに繋げることができれば、他の所定の分担率で徐々に分担度合いを変化させるようにすることも可能である。
【００５２】
なお、上記各実施形態では、成層燃焼時には、圧縮行程（気筒内空気流動が減衰した状態）で燃料を噴射し燃料の気化・拡散を抑えつつ、濃い混合気を点火栓６の近傍に集められるようにして成層燃焼を達成するようにしているが、このとき、例えば、スワール制御弁等を介して、吸気行程中に気筒内空気流動を均質燃焼時に対して変化させておくようにしても良い。そして、均質燃焼時には、吸気行程（筒内空気流動が促進された状態）で燃料を噴射することで吸気流れに噴射燃料を乗せて燃料の気化・拡散を促進し、気筒内全体に均一な混合気を形成して均質燃焼を達成させるが、このとき、例えば、スワール制御弁等を介して、気筒内空気流動を成層燃焼時に対して変化させるようにしても良い。
【００５３】
また、本発明は、燃料の供給のさせ方（例えば、燃料噴射時期）を変更することにより燃焼形態（燃焼状態）を異ならせることができるガソリン機関に適用できることは勿論であるが、例えば、ディーゼル機関等にあっても、１サイクル中に複数回に分けて燃料等を噴射させる場合等（例えば、初期噴射率低減等のために複数回に分けて燃料を噴射させる場合、更にはＮＯｘ低減のための水噴射等を行なわせるような場合をも含めることができる）に、各燃料噴射の分担率を徐々に変更することで、両燃焼状態をなだらかに繋げるようにする場合にも適用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施形態の全体構成図。
【図２】同上実施形態におけるコントロールユニット２０が行なう燃料供給制御を説明するためのフローチャート。
【図３】同上実施形態における要求Ａ／Ｆマップの一例。
【図４】同上実施形態における各領域毎の燃料噴射パルスの発生状態を説明するためのタイムチャート。
【図５】本発明における第２の実施形態におけるコントロールユニット２０が行なう燃料供給制御を説明するためのフローチャート。
【図６】本発明における第３の実施形態におけるコントロールユニット２０が行なう燃料供給制御を説明するためのフローチャート。
【図７】従来装置の全体構成図。
【図８】従来装置の燃料供給制御を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１ 内燃機関
５ 燃料噴射弁
20 コントロールユニット
29 クランク角度信号
30 アクセル開度信号
Claims (4)
- 直接筒内に燃料を供給する燃料供給装置を備え、要求空燃比を内燃機関の要求負荷が大なほど小に設定し、低負荷領域では圧縮行程中の燃料供給時期で要求空燃比に見合う量の燃料を供給して成層燃焼を行わせ、高負荷領域では吸気行程中の燃料供給時期で要求空燃比に見合う量の燃料を供給して均質燃焼を行わせる一方、
前記一方の燃焼状態から他方の燃焼状態への移行時を含む中負荷領域では、吸気行程中と圧縮行程中の両方の燃料供給時期で、要求空燃比に見合う量の燃料を所定の分担率で分担して供給し、
かつ、要求空燃比が成層燃焼側判定値を超える低負荷領域で、要求空燃比を得るのに必要な量の燃料を圧縮行程中の燃料供給時期のみで供給して成層燃焼を行わせ、要求空燃比が成層燃焼側判定値以下の中負荷領域では、成層燃焼側判定値に相当する空燃比を得るのに必要な量の燃料を圧縮行程中の燃料供給時期で供給し、要求空燃比を得るのに必要な燃料供給量から前記圧縮行程中の燃料供給時期で供給された燃料供給量を差し引いた量の燃料を吸気行程中の燃料供給時期で供給する
ことを特徴とする燃料供給制御装置。 - 要求空燃比が前記成層燃焼側判定値より小さく設定された出力要求領域側判定値より小さい高負荷領域で、吸気行程中の燃料供給時期のみで燃料を供給して均質燃焼を行わせることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
- 一方の燃料供給時期での燃料供給量が最低燃料供給量を確保できない場合に、前記所定の分担率に拘わらず、最低燃料供給量を確保できる側の燃料供給時期で全燃料を供給する最低燃料供給量確保手段を含んで構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
- 吸気行程中の燃料供給時期が設定されている状態において、該吸気中の燃料供給時期での燃料供給終了後、圧縮行程中の燃料供給時期までに、所定の加速要求があった場合には、当該所定の加速要求に見合うように、圧縮行程中の燃料供給時期に強制的に燃料供給を行わせることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
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| JP31693195A JP3711602B2 (ja) | 1995-12-05 | 1995-12-05 | 内燃機関の燃料供給制御装置 |
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