JP4349344B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明はエンジンの制御装置に係り、特に、吸気通路噴射と筒内噴射との双方を実行可能なエンジンの制御装置に関する。

吸気通路噴射を実行するための吸気通路噴射用インジェクタと、筒内噴射を実行するための筒内噴射用インジェクタとを備えたいわゆるデュアル噴射式のエンジンが公知である。またこのデュアル噴射式エンジンにおいて、１噴射サイクル中の全噴射量をそれぞれのインジェクタで分担する噴き分けを行い、且つ燃料噴射量の分担率をエンジン運転状態に応じて変化させることが公知である（例えば特許文献１参照。）。

特開２００１−２０８３７号公報

ところで、空燃比を所定の目標空燃比に近づけるようにする空燃比制御を実行する場合、エンジンの運転状態によって定まる燃焼特性等を考慮した適切な補正を実施するのが好ましく、またこうしないと、燃料噴射量を補正しても逆に空燃比が目標空燃比から外れる事態が生じ得る。また、空燃比は全気筒全てが目標空燃比に一致しているのが望ましいが、実際には多少なりとも気筒毎にばらつきがある。このばらつきの要因として、インジェクタの製造誤差等に基づく個体差があり、さらに噴き分けを行うと、燃料噴射を行うインジェクタの数が増加し１インジェクタ当たりの噴射量も減少することから、一層の空燃比ずれが生じる。このような事態は正確な空燃比制御を行う上で好ましくない。

そこで本発明は、以上の事情に鑑みて創案されたものであり、その目的は、空燃比制御に際して好適な態様で燃料噴射量補正を実行すると共に、空燃比制御の精度を高めることができるエンジンの制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第一の形態は、吸気通路噴射を実行するための吸気通路噴射用インジェクタと、筒内噴射を実行するための筒内噴射用インジェクタとを備えたエンジンの制御装置において、空燃比を所定の目標空燃比に近づけるように燃料噴射量を増減補正する補正手段と、該補正手段による補正実行時に、燃料噴射量の増量分又は減量分のうち、多い割合を前記両インジェクタの一方に負担させ、少ない割合を前記両インジェクタの他方に負担させると共に、その多い割合を負担させるインジェクタをエンジン運転状態に応じて切り替える切替手段とを備えたことを特徴とする。

この本発明の第一の形態によれば、空燃比制御に係る燃料噴射量の補正実行時に、燃料噴射量の増量分又は減量分のうち多い割合を負担させるインジェクタをエンジン運転状態に応じて切り替えるので、エンジンの運転状態によって定まる燃焼特性等を考慮した適切な補正を実施することができ、好適な態様で燃料噴射量補正を実行することができる。

ここで、好ましくは、エンジン運転状態が所定の噴き分け領域にあるときに前記切替手段が前記インジェクタの切り替えを実行する。

また、好ましくは、前記切替手段は、エンジン運転状態が、筒内混合気の均質性が要求されるような領域にあるとき、増量補正時には前記多い割合を負担させるインジェクタを前記吸気通路噴射用インジェクタとし、減量補正時には前記多い割合を負担させるインジェクタを前記筒内噴射用インジェクタとする。

また、好ましくは、前記切替手段は、エンジン運転状態が、前記筒内噴射用インジェクタの先端温度の抑制が要求されるような領域にあるとき、増量補正時には前記多い割合を負担させるインジェクタを前記筒内噴射用インジェクタとし、減量補正時には前記多い割合を負担させるインジェクタを前記吸気通路噴射用インジェクタとする。

また、本発明の第二の形態は、吸気通路噴射を実行するための吸気通路噴射用インジェクタと、筒内噴射を実行するための筒内噴射用インジェクタとを各気筒に備えたエンジンの制御装置において、エンジンの低負荷側の定常運転時に各気筒の空燃比が所定の目標空燃比に一致するように各気筒の吸気通路噴射用インジェクタ又は筒内噴射用インジェクタの燃料噴射量を変化させ、その一致したときの各気筒の所定の補正係数をそれぞれ学習する学習手段を備えたことを特徴とする。

この本発明の第二の形態によれば、空燃比ずれが起こらないような最適な補正係数を学習することができるので、インジェクタ間或いは気筒間の噴射量バラツキ或いは空燃比バラツキを抑制することができ、空燃比制御の精度を高めることが可能となる。

ここで、好ましくは、前記学習手段は、エンジンのアイドル運転時に前記補正係数の学習を実行し、これによって得られた各気筒の補正係数の学習値をアイドル域の補正係数とすると共に、このアイドル域の補正係数と、高負荷域における所定の補正係数とに基づき、アイドル域と高負荷域との間の負荷領域における補正係数を補間演算する。

これによれば、学習を行うのがアイドル運転時のみなので、全ての負荷領域に対して学習を行う場合に比べて極めて簡便であり、学習時間を短縮することができる。

また、好ましくは、前記学習手段は、前記筒内噴射用インジェクタのための前記補正係数の学習に際し、複数の燃料圧のそれぞれに対し前記学習を実行する。

筒内噴射の場合、空燃比バラツキの原因として燃料圧があるので、このように複数の燃料圧のそれぞれに対し学習を実行することにより、広範囲の領域に亘って空燃比制御の精度を高めることが可能になる。

本発明によれば、空燃比制御に際して好適な態様で燃料噴射量補正を実行すると共に、空燃比制御の精度を高めることができるという、優れた効果が発揮される。

以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づき詳述する。

図１は、本実施形態に係るエンジンの制御装置を示す。図示されるエンジン１はいわゆるデュアル噴射式のエンジンであり、本実施形態では４気筒であるが（１気筒のみ図示）、気筒数に特に制限は無い。これら気筒毎に筒内噴射用インジェクタ１１と吸気通路噴射用インジェクタ６とが設けられている。このエンジン１に使用される燃料は、本実施形態ではガソリンであるが、アルコール又はこれとガソリンとの混合燃料、ＣＮＧ等の気体燃料、その他の燃料であってもよい。

エアクリーナ（図示せず）から吸入された空気は、吸気通路５を介して各気筒の燃焼室に分配供給される。吸気通路５は、上流側から順に配置された吸気管５１、吸気マニホールド５２及び吸気ポート４１により区画形成される。吸気マニホールド５２は、上流側に位置された集合部としてのサージタンク４と、各気筒の吸気ポート４１にそれぞれ接続された気筒毎の枝管５３とからなる。吸気管５１にはエアフローメータ２と電子制御式スロットル弁３とが設けられている。吸気通路噴射用インジェクタ６は、各気筒の吸気通路５特に吸気ポート４１の出口部に向けて燃料噴射を行うように気筒毎に配設されている。吸気通路噴射用インジェクタ６から噴射された燃料は空気と混合して筒内燃焼室に比較的均質な混合気を形成する。吸気通路噴射用インジェクタ６は、制御手段としての電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１００から出力されるオン信号により開弁し、燃料を噴射し、ＥＣＵ１００から出力されるオフ信号により閉弁し、燃料噴射を停止する。この吸気通路噴射の噴射期間は、吸気ポート４１の出口を開閉する吸気弁４２の開弁時期の前か、あるいは吸気弁４２の開弁期間と少なくとも一部重なるように、設定されている。

他方、筒内燃焼室に直接燃料を噴射するように、電磁式の筒内噴射用インジェクタ１１が気筒毎に設けられている。本実施形態の筒内噴射用インジェクタ１１は、吸気行程及び圧縮行程のいずれか一方又は両方で燃料噴射を行う。圧縮行程噴射の場合、図２に示されるように、上昇してくるピストン４３の頂部の凹部４４に向けて燃料Ｆを噴射し、凹部４４内面に沿って巻き上がるタンブル状の流れを生成する過程で燃料と空気とを混合させ、点火プラグ７付近に比較的リッチな混合気層を形成する。また、図示しないが吸気行程噴射の場合は、吸気通路噴射の場合と同様に、筒内燃焼室に比較的均質な混合気を形成する。筒内噴射用インジェクタ１１も吸気通路噴射用インジェクタ６と同様、ＥＣＵ１００から出力されるオン信号により開弁し、燃料を噴射し、ＥＣＵ１００から出力されるオフ信号により閉弁し、燃料噴射を停止する。

かかる二つの噴射形態（吸気通路噴射及び筒内噴射）の一方又は両方により、燃焼室に形成された混合気は、ＥＣＵ１００からの点火信号に基づき、点火プラグ７により点火されて、燃焼する。エンジン１からの排気は排気通路８を通じて排出される。排気通路８は、エンジン１のシリンダヘッドに気筒毎に形成された排気ポート４５と、これら排気ポート４５に接続される排気マニホールド５４と、排気マニホールド５４の下流側に接続された排気浄化用の触媒９と、触媒９の下流側に接続された排気管５５とにより区画形成される。排気ポート４５の入口は排気弁４６により開閉される。排気マニホールド５４は、各気筒の排気ポート４５にそれぞれ接続された気筒毎の枝管と、枝管の下流側に位置された集合部とからなる。

各吸気通路噴射用インジェクタ６及び各筒内噴射用インジェクタ１１には、燃料タンク内の燃料が図示しない燃料供給装置を介して供給される。筒内噴射用インジェクタ１１には高圧の燃料が高圧ポンプによって供給され、噴射圧は筒内噴射の方が高圧である。図示しないが筒内噴射用インジェクタ１１には、各気筒に共通の燃料室であるデリバリパイプから高圧燃料が供給され、この高圧燃料の圧力（燃料圧或いは噴射圧）が燃料圧センサにより検出される。

吸気弁４２及び排気弁４６は、それぞれ吸気弁用カムシャフト１２及び排気弁用カムシャフト１３によって開閉駆動される。そして任意的事項ではあるが、これら吸気弁４２及び排気弁４６の開閉時期を可変にするため、吸気弁用カムシャフト１２及び排気弁用カムシャフト１３にはそれぞれ可変バルブタイミング機構１４、１５が設けられる。可変バルブタイミング機構１４、１５はＥＣＵ１００からの制御信号に基づきそれぞれ吸気弁用カムシャフト１２及び排気弁用カムシャフト１３をクランク軸２３に対し進角・遅角作動させる。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサ類からの入力信号を受け、これに基づいて所定の処理を行い、筒内噴射用インジェクタ１１、吸気通路噴射用インジェクタ６、点火プラグ７、スロットル弁３の駆動モータ１９等を制御する。

前記センサ類には前述のエアフローメータ２が含まれる。エアフローメータ２は、これを通過する吸入空気の流量に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。ＥＣＵ１００は、エアフローメータ２の出力値に基づきエンジンの負荷率を算出する。また、前記センサ類にはクランク軸２３の角度を検出するクランクセンサ２４が含まれる。クランクセンサ２４は、所定のクランク角度間隔でパルス信号を出力する。このパルス信号に基づいてＥＣＵ１００はエンジン１の実際のクランク角度を検知すると共に、エンジンの回転速度を算出する。

また、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ２７、スロットル弁３の開度（スロットル開度）を検出するスロットルポジションセンサ２８、エンジン１の冷却水温（以下単にエンジン水温という）を検出する水温センサ２９、排気ガスの酸素濃度を検出する空燃比センサ３０が前記センサ類に含まれる。

スロットル弁３の開度はＥＣＵ１００によって制御される。即ち、ＥＣＵ１００は、通常、スロットルポジションセンサ２８の出力値がアクセル開度センサ２７の出力値に応じた値となるように駆動モータ１９を制御し、スロットル開度をアクセル開度に連動させる。

本実施形態では各気筒の空燃比を検出する手段が備えられる。即ち、空燃比センサ３０が、排気マニホールド５４の各気筒の枝管毎にそれぞれ設けられ、空燃比を各気筒毎に検出し、空燃比制御を各気筒毎に行うようになっている。なお、各気筒に共通の空燃比センサを一つだけ設け、センサの出力変動を利用して各気筒の空燃比を検出するようにしてもよい。

次に、本実施形態におけるエンジン制御について説明する。

ＥＣＵ１００は、検出されたエンジン運転状態（本実施形態では回転速度と負荷率）に基づき、予め記憶された所定のマップを参照して、基本噴射量Ｑ０を算出する。また同様にＥＣＵ１００は、検出された回転速度と負荷率とに基づき、予め記憶された所定のマップを参照して、噴射時期及び点火時期を算出する。そしてＥＣＵ１００は、筒内噴射を行う場合、検出された回転速度と負荷率とに基づき、予め記憶された所定のマップを参照して、目標燃料圧を算出し、検出された燃料圧が目標燃料圧に近づくよう、燃料圧をフィードバック制御する。

また、本実施形態では、検出された空燃比を所定の目標空燃比に近づけるよう、燃料噴射量を増減補正する補正手段が備えられている。本実施形態において、補正手段はＥＣＵ１００によって構成され、ＥＣＵ１００は、各気筒毎に、検出された空燃比λが目標空燃比λ２に一致するように燃料噴射量をフィードバック制御する。

さらに本実施形態では、１気筒で１噴射サイクル中に噴射される全燃料噴射量を所定の分担率αに応じて吸気通路噴射用インジェクタ６及び筒内噴射用インジェクタ１１に分担させる噴き分けが行われる。このときＥＣＵ１００は、分担率αに応じて、吸気通路噴射用インジェクタ６から噴射される燃料量（以下、適宜「吸気通路噴射量」という）と、筒内噴射用インジェクタ１１から噴射される燃料量（以下、適宜「筒内噴射量」という）とを設定し、これら燃料量に応じて各インジェクタ６，１１を通電制御する。分担率αは、ここでは全燃料噴射量に対する筒内噴射量の比をいい、０〜１の値を持つ。全燃料噴射量をＱｔとした場合、筒内噴射量Ｑｄはα×Ｑｔで表され、吸気通路噴射量Ｑｐは（１−α）×Ｑｔで表される。

ＥＣＵ１００は、１気筒で１噴射サイクル中に噴射される燃料噴射量Ｑｔを次式に基づき算出する。
Ｑｔ＝Ｑ０×Ｋ１×Ｋ２ ・・・ （１）

ここで、Ｑ０は前述のマップから求められる基本噴射量である。Ｋ１はインジェクタのバラツキないし個体差等に関する補正係数であり、後に詳述するが、１付近の値である。Ｋ２は空燃比フィードバック補正係数である。Ｋ２の値は、検出された実際の空燃比λが目標空燃比λ２に等しいときは１であり、実際の空燃比λが目標空燃比λ２を上回る（つまりリーンずれする）ほど、１に対してより大きい値となり、実際の空燃比λが目標空燃比λ２を下回る（つまりリッチずれする）ほど、１に対してより小さい値となる。なお、水温、吸気温、バッテリ電圧等に基づく補正を加えることも可能である。この（１）式から、筒内噴射量Ｑｄと吸気通路噴射量Ｑｐとはそれぞれ次のように表される。
Ｑｄ＝α×Ｑ０×Ｋ１×Ｋ２ ・・・ （２）
Ｑｐ＝（１−α）×Ｑ０×Ｋ１×Ｋ２ ・・・ （３）

本実施形態のエンジンでは、図３に示されるように、エンジンの全運転領域のうち、ハッチングが施された低〜中負荷且つ低〜中速領域（いわゆる常用域）が均質リーンバーン領域Ｚとして設定されている。均質リーンバーン領域Ｚでは、吸気通路噴射及び吸気行程筒内噴射の一方又は両方による均質燃焼が実行され、且つ、目標空燃比が理論空燃比よりも大幅にリーン側の値に設定される。均質リーンバーン領域Ｚ以外の領域Ｙでは、目標空燃比は理論空燃比（ストイキ）又はそれよりリッチ側の値に設定され、噴射形態としては、成層或いは弱成層燃焼を実施するための圧縮行程筒内噴射が含まれるようになる。

均質リーンバーン領域Ｚでは、図中破線より下側の低負荷側を除いて、噴き分けが実行される。この噴き分け領域では、エンジン運転状態が高負荷側になるほど分担率αが減少され、即ち筒内噴射の噴射割合が減少され、吸気通路噴射の噴射割合が増加される。噴き分け領域以外、即ち、図中破線より下側の低負荷域では、分担率αが１（１００％）とされ、筒内噴射のみが行われる。なお図示される均質リーンバーン領域Ｚは分担率マップとして見ることもでき、この場合、回転速度及び負荷率と分担率αとの関係を定めた図示されるようなマップがＥＣＵ１００に記憶される。

図４は、空燃比（Ａ／Ｆ）とＮＯｘ排出量との関係を示したグラフであり、示されるように、理論空燃比λ０よりやや大きい空燃比λ１でＮＯｘ排出量のピークが訪れ、以降空燃比が増大するのに応じてＮＯｘ排出量は減少する。本実施形態では、エンジン運転状態が均質リーンバーン領域Ｚにあるとき、空燃比制御における目標空燃比を、理論空燃比λ０よりも著しく高い空燃比λ２としており、これにより大幅なＮＯｘ低減を狙っている。なお、エンジン運転状態が均質リーンバーン領域Ｚ以外の領域Ｙにあるときは、目標空燃比が理論空燃比λ０（ストイキ制御）か又は理論空燃比λ０よりも低い値（リッチ制御）に設定される。

均質リーンバーン領域Ｚにおける目標空燃比がこのような高い目標空燃比λ２であることから、通常のストイキ制御等に比べ燃料噴射量は少なめになり、特に低負荷側ではインジェクタの最小噴射量付近となることもある。空燃比制御において、実際の空燃比が目標空燃比λ２より大きくなればこれはリーンずれであり、燃料噴射量は増量補正される。また、実際の空燃比が目標空燃比λ２より小さくなればこれはリッチずれであり、燃料噴射量は減量補正される。特にこのような均質リーンバーンでは、通常のストイキ燃焼に比べ、リーンずれが起きたときのトルク変動の悪化が著しく、リッチずれが起きたときのＮＯｘ排出量への影響が大きいという特性がある。

さて、図５に示すように、本実施形態では、先の均質リーンバーン領域Ｚがさらに複数の領域Ａ〜Ｄに区分され、マップ化されると共に、空燃比制御実行時に、燃料噴射量の増量補正又は減量補正の態様を、それら領域Ａ〜Ｄ毎に切り替えるようにしている。

領域Ａは、均質リーンバーン領域Ｚにおける低回転高負荷側の領域であり、筒内混合気の均質性が要求されるような領域である。即ち、この領域では筒内燃焼室における燃料と空気との混合が必ずしも良好でないので、その混合を促進し筒内混合気の均質性を確保する必要がある。

このため、増量補正時には、その増量分の燃料のうちの多くの割合を吸気通路噴射用インジェクタ６に負担させ、少ない割合を筒内噴射用インジェクタ１１に負担させるようにしている。また、減量補正時には、その減量分の燃料のうちの多くの割合を筒内噴射用インジェクタ１１に負担させ、少ない割合を吸気通路噴射用インジェクタ６に負担させるようにしている。これは、吸気通路噴射の方が吸気行程筒内噴射よりも噴射時期が早く、均質化に有利だからである。

特に本実施形態では、多くの割合とは１００％を意味し、少ない割合とは０％を意味する。例えば増量補正時には、その全増量分が吸気通路噴射用インジェクタ６から噴射され、減量補正時には、その全減量分が筒内噴射用インジェクタ１１の噴射量から差し引かれる。但し、このような１００％、０％という負担分けは一例であり、これ以外の負担分けの方法も可能である。

この補正の態様をより詳細に説明する。例えば増量補正時、即ち実際の空燃比が目標空燃比λ２より高くリーンずれである場合、増量分の燃料噴射量ΔＱ＋は前記（１）式を用いて以下のように求められる。
ΔＱ＋＝Ｑ０×Ｋ１×Ｋ２−Ｑ０×Ｋ１×１
＝Ｑ０×Ｋ１×（Ｋ２−１） ・・・ （１）’（但しここではＫ２＞１）

そしてここでは全増量分ΔＱ＋が吸気通路噴射用インジェクタ６に負担させられるので、増量補正後の筒内噴射量Ｑｄ及び吸気通路噴射量Ｑｐは以下のようになる。
Ｑｄ＝α×Ｑ０×Ｋ１×１ ・・・ （２）’
Ｑｐ＝（１−α）×Ｑ０×Ｋ１×１＋Ｑ０×Ｋ１×（Ｋ２−１） ・・・ （３）’

ところで、この補正の態様を、所定の負担率βを用いて一般化したとすると以下のようになる。負担率βは０．５＜β≦１の範囲内の値で、負担分けについては多い方の割合がβ、少ない方の割合が（１−β）となる。前記（２）’、（３）’式は以下のように書き換えられる。
Ｑｄ＝α×Ｑ０×Ｋ１×１＋Ｑ０×Ｋ１×（Ｋ２−１）×（１−β）・・・（２）”
Ｑｐ＝（１−α）×Ｑ０×Ｋ１×１＋Ｑ０×Ｋ１×（Ｋ２−１）×β・・・（３）”
ここでβ＝１とすると本実施形態の場合となる。

同様に、減量補正時、即ち実際の空燃比が目標空燃比λ２より低くリッチずれである場合、減量分の燃料噴射量ΔＱ−は前記（１）式を用いて以下のように求められる。
ΔＱ−＝Ｑ０×Ｋ１×１−Ｑ０×Ｋ１×Ｋ２
＝Ｑ０×Ｋ１×（１−Ｋ２） ・・・ （１）”（但しここではＫ２＜１）

そして、この減量分ΔＱ−のうちの多くの割合が筒内噴射用インジェクタ１１に負担させられるから、前記（２）”、（３）”式は以下のように書き換えられる。
Ｑｄ＝α×Ｑ０×Ｋ１×１−Ｑ０×Ｋ１×（１−Ｋ２）×β・・・（２）'''
Ｑｐ＝（１−α）×Ｑ０×Ｋ１×１−Ｑ０×Ｋ１×（１−Ｋ２）×（１−β）
・・・（３）'''
これら（２）'''、（３）'''式においてβ＝１とすれば本実施形態となる。

次に、図５に示される領域Ｂは、均質リーンバーン領域Ｚにおける高回転高負荷側の領域であり、筒内噴射用インジェクタ１１の先端温度の抑制が要求されるような領域である。即ち、この領域では筒内温度が比較的高温になり、筒内噴射用インジェクタ１１の先端温度も上昇し、そのインジェクタ先端へのデポジットの付着等の問題があることから、一定以上の筒内噴射量を確保しインジェクタ先端温度の上昇を抑制する必要がある。そこで増量補正時には、その増量分の多くの割合（本実施形態では１００％）を筒内噴射用インジェクタ１１に負担させ、減量補正時には、その減量分の多くの割合（本実施形態では１００％）を吸気通路噴射用インジェクタ６に負担させる。これにより筒内噴射用インジェクタ１１の先端温度の過度の上昇が防止される。なお、増量補正後及び減量補正後の筒内噴射量Ｑｄ及び吸気通路噴射量Ｑｐは前記同様の方法で求められる。

領域Ｃは、均質リーンバーン領域Ｚにおける低負荷側の領域であり、特にそのうちの大部分（破線より下側）が分担率α＝１（１００％）となり噴き分けが行われない領域である。ここで分担率α＝１としている理由は、元々の燃料噴射量の総量が少なく、噴き分けを行うと１インジェクタ当たりの燃料噴射量が極めて少なくなり、場合によっては最小噴射量以下となり、大きな空燃比ズレを引き起こしたり噴射不可能になったりする可能性があるからである。また、吸気通路噴射ではなく全量筒内噴射としているのは、筒内噴射を停止すると先に述べたような筒内噴射用インジェクタ１１の先端温度上昇の問題があるからである。いずれにしても、この領域Ｃでは、その大部分で筒内噴射のみが行われるので、領域Ｃ全体における燃料噴射量の補正も筒内噴射のみで行い、増量補正時には増量分の燃料を筒内噴射用インジェクタ１１から噴射させ、減量補正時には減量分の燃料を筒内噴射用インジェクタ１１の噴射量から差し引くようにしている。このように、元々一方のインジェクタからのみ燃料噴射が行われるような領域では、補正時に他方のインジェクタから突然燃料噴射を行うようなことはしない。

残りの領域Ｄは、均質リーンバーン領域Ｚにおける中負荷側の領域であり、燃料噴射量の補正に対して特に上記のような制約はない。よって筒内噴射用インジェクタ１１と吸気通路噴射用インジェクタ６とのいずれに増量分又は減量分の燃料噴射を受け持たせてもよく、本実施形態では両方のインジェクタに受け持たせるようにしている。

次に、このような空燃比制御の具体的内容を図６に示すフローチャートに基づいて説明する。図示されるルーチンはＥＣＵ１００によって各気筒毎、各燃料噴射サイクル毎に実行される。また図示されるルーチンはエンジン運転状態が均質リーンバーン領域Ｚにあるときに実行される。以下、各ステップを「Ｓ」で表す。

まずＥＣＵ１００は、検出された回転速度及び負荷率から目標空燃比を算出する（Ｓ１０１）。即ち、ＥＣＵ１００には均質リーンバーン領域Ｚ内における目標空燃比のマップが記憶されており、ＥＣＵ１００はこのマップを参照して、検出された回転速度及び負荷率に対応する目標空燃比を算出する。なおこの目標空燃比は前述したように理論空燃比より著しく高い値λ２である。

次にＥＣＵ１００は、制御対象となっている気筒の空燃比センサ３０によって検出された実際の空燃比（実Ａ／Ｆ）の値を読み込み（Ｓ１０２）、この実際の空燃比を、算出された目標空燃比と比較し、実際の空燃比が目標空燃比から所定値以上ずれているかどうかを判断する（Ｓ１０３）。所定値は例えば０．２〜０．３程度の値である。ずれていないと判断した場合、本ルーチンを終了し、ずれていると判断した場合、検出された回転速度及び負荷率（現在のエンジン運転状態）が、領域Ａ〜Ｄのうちのどの領域に存在するかを図５のマップを参照して判定する。（Ｓ１０４）

次にＥＣＵ１００は、空燃比ずれがリーンずれであるか否かを判定する（Ｓ１０５）。リーンずれであると判定した場合、現在のエンジン運転状態が領域Ａにあるか否かを判定し（Ｓ１０６）、領域Ａにあると判定した場合、吸気通路噴射の燃料噴射量を、リーンずれを解消するような所定量だけ増量する（Ｓ１０７）。現在のエンジン運転状態が領域Ａにないと判定した場合は、次に領域Ｂにあるか否かを判定し（Ｓ１０８）、領域Ｂにあると判定した場合、筒内噴射の燃料噴射量を、リーンずれを解消するような所定量だけ増量する（Ｓ１０９）。現在のエンジン運転状態が領域Ｂにないと判定した場合は、次に領域Ｃにあるか否かを判定し（Ｓ１１０）、領域Ｃにあると判定した場合、筒内噴射の燃料噴射量を、リーンずれを解消するような所定量だけ増量する（Ｓ１１１）。現在のエンジン運転状態が領域Ｃにないと判定した場合（つまり領域Ｄにあると判定した場合）、吸気通路噴射と筒内噴射との両方の燃料噴射量を、リーンずれを解消するような所定量ずつ増量する（Ｓ１１２）。この場合、どの程度の割合で全増量分を双方のインジェクタに受け持たせるかは任意であり、例えば双方の燃料噴射量の増量分は等しくされる。

他方、ＥＣＵ１００は、Ｓ１０５で空燃比ずれがリーンずれでない、つまりリッチずれであると判定した場合、現在のエンジン運転状態が領域Ａにあるか否かを判定し（Ｓ１１３）、領域Ａにあると判定した場合、筒内噴射の燃料噴射量を、リッチずれを解消するような所定量だけ減量する（Ｓ１１４）。現在のエンジン運転状態が領域Ａにないと判定した場合は、次に領域Ｂにあるか否かを判定し（Ｓ１１５）、領域Ｂにあると判定した場合、吸気通路噴射の燃料噴射量を、リッチずれを解消するような所定量だけ減量する（Ｓ１１６）。現在のエンジン運転状態が領域Ｂにないと判定した場合は、次に領域Ｃにあるか否かを判定し（Ｓ１１７）、領域Ｃにあると判定した場合、筒内噴射の燃料噴射量を、リッチずれを解消するような所定量だけ減量する（Ｓ１１８）。現在のエンジン運転状態が領域Ｃにないと判定した場合（つまり領域Ｄにあると判定した場合）は、吸気通路噴射と筒内噴射との両方の燃料噴射量を、リッチずれを解消するような所定量ずつ減量する（Ｓ１１９）。この場合も前記同様に、どの程度の割合で全減量分を双方のインジェクタに受け持たせるかは任意であり、例えば双方の燃料噴射量の減量分は等しくされる。

次に、インジェクタの個体差等に関する前記補正係数Ｋ１について説明する。元来、個々のインジェクタには製造誤差に起因するバラツキないし個体差があり、同一時間通電しても燃料噴射量は微妙にばらつく。しかも、この燃料噴射量のばらつきは、燃料噴射量が少なくなるほど、特にインジェクタの持つ最小噴射量に近づくほど、大きくなる傾向にある。そして既に述べたように、本実施形態で実施される均質リーンバーンではストイキ燃焼に比べて燃料噴射量が少なめであり、低負荷側では燃料噴射量が一層少なくなる。ましてや噴き分けを行うと、個々のインジェクタの燃料噴射量はさらに少なくなる。このような理由から本実施形態では気筒間の噴射量バラツキや空燃比ズレは大きくなる傾向にあり、しかも目標空燃比を通常より高く設定するリーンバーンの空燃比制御では、空燃比ズレに対するトルク変動及びＮＯｘ悪化への影響が大きく、空燃比ズレへの許容度が小さい。従って、気筒間或いはインジェクタ間の空燃比バラツキを通常よりも抑制し、個々のインジェクタに対する空燃比精度を高める必要がある。なお、気筒間の吸気経路長等の相違に起因する空気量バラツキも気筒間で空燃比ズレが生じる理由である。

補正係数Ｋ１は、かかる観点に鑑みて気筒間の空燃比バラツキを抑制すべく採用された補正パラメータである。本実施形態では、インジェクタ毎に、適切な補正係数Ｋ１を学習及び設定し、インジェクタに与えられた制御信号に対して常に所望の空燃比が得られるように補正係数Ｋ１の値が設定される。

以下、このような補正係数Ｋ１の学習及び設定について説明する。図７及び図８は燃料噴射量と補正係数Ｋ１との関係を示している。図７は、インジェクタに与えられた信号に対して燃料噴射量が予定よりも少なくなる場合、即ちリーンずれの場合を示す。逆に、図８は、インジェクタに与えられた信号に対して燃料噴射量が予定よりも多くなる場合、即ちリッチずれの場合を示す。これらは補正係数Ｋ１＝１の軸に対して対称の関係にあり、以下、図７のリーンずれの場合を中心に説明を行う。

図７において、破線ａは、検出された実際の空燃比が目標空燃比に常に一致するような場合の燃料噴射量に対する補正係数Ｋ１の変化を示すインジェクタの特性線図である。これから見られるように、燃料噴射量が少なくなるほど（つまり低負荷側になるほど）、増量補正分の燃料が増し、補正係数Ｋ１が大きくなる。特にアイドル噴射量Ｑｉ付近では、インジェクタに与えられる信号に対しての燃料噴射量のズレは顕著に大きく、補正係数Ｋ１の値は大きくなる。逆に、燃料噴射量が多くなれば、燃料噴射量のズレが少なくなり、高負荷側では補正係数Ｋ１をほぼ１とみなせる。

このような特性を利用した本実施形態の補正係数Ｋ１の決定方法を、以下、図７を参照しつつ説明する。まず、エンジンの運転領域を、例えばアイドル域、低負荷域、中負荷域、高負荷域というように、複数の領域に区分して、ＥＣＵ１００に記憶させる。アイドル域は、燃料噴射量がアイドル噴射量Ｑｉより若干高いＱ１以下の領域である。低負荷域、中負荷域及び高負荷域は、燃料噴射量がＱ１より大きく且つ最大負荷時の値Ｑ４以下となる領域をほぼ三等分したときの個々の領域にそれぞれ対応する。燃料噴射量ＱがＱ１＜Ｑ≦Ｑ２である領域が低負荷域、燃料噴射量ＱがＱ２＜Ｑ≦Ｑ３である領域が中負荷域、燃料噴射量ＱがＱ３＜Ｑである領域が高負荷域である。高負荷域の補正係数Ｋ１ｈｐは予め１と定められてＥＣＵ１００に記憶されている。

そしてまず、各気筒の吸気通路噴射用インジェクタ６に対する補正係数Ｋ１の設定について説明すると、ＥＣＵ１００は、エンジンの暖機完了後の所定のタイミングで、且つエンジンが低負荷側で定常運転しているとき（本実施形態ではアイドル運転しているとき）、図３のマップに拘わらず、燃料噴射を吸気通路噴射のみに切り替え、各気筒の補正係数Ｋ１を変化させることにより各気筒の燃料噴射量を変化させ、各気筒の実際の空燃比をそれぞれ所定の目標空燃比に一致させる。そしてこのときに得られる各気筒の補正係数Ｋ１ｉｐを、各気筒の吸気通路噴射用インジェクタ６のアイドル域の補正係数として、それぞれ学習ないし記憶する。

次いで、ＥＣＵ１００は、アイドル域の補正係数Ｋ１ｉｐと高負荷域の補正係数Ｋ１ｈｐ（＝１）とに基づき、低負荷域及び中負荷域の補正係数を補間演算する。このときの補間演算の方法は任意であるが、本実施形態では低負荷域の補正係数Ｋ１ｌｐ及び中負荷域の補正係数Ｋ１ｍｐを次式により演算する。
Ｋ１ｌｐ＝１＋（（Ｋ１ｉｐ−１）／ｎ） ・・・（４）
Ｋ１ｍｐ＝１＋（（Ｋ１ｉｐ−１）／２ｎ） ・・・（５）
ここで、ｎは補間定数で、２以上の整数、好ましくは４〜８程度の整数である。

こうして演算された補正係数Ｋ１ｌｐ、Ｋ１ｍｐもＥＣＵ１００に記憶される。以上によりアイドル域から高負荷域までの補正係数Ｋ１が全て設定・記憶される。なお各領域毎の補正係数Ｋ１は図９に示すとおりである。これら補正係数Ｋ１は以降の燃料噴射制御で用いられる。例えば、低負荷域で吸気通路噴射が行われるときにはそのための補正係数Ｋ１としてＫ１ｌｐが用いられる。補正係数Ｋ１は、例えば始動時毎或いはＥＣＵ１００の初期化毎といった所定の更新時期に更新される（但し高負荷域を除く）。これによりインジェクタの経年劣化等にも対応できる。

以上がリーンずれの場合であるが、図８に示すようなリッチずれの場合も同様の手順により各領域の補正係数Ｋ１が設定される。補間についても上記（４）、（５）式が用いられる。

このように、空燃比ずれが起こらないような最適な補正係数Ｋ１を全ての吸気通路噴射用インジェクタ６及び運転領域に対して設定できるので、インジェクタ間或いは気筒間の噴射量バラツキ、空燃比バラツキを抑制することができ、空燃比制御の精度を高めることが可能となる。そして、特に均質リーンバーン領域において、空燃比制御を好適に実施することが可能となる。

また、学習を行うのは低負荷側（本実施形態ではアイドル域）のみなので、全ての負荷領域或いは噴射量に対して学習を行う場合に比べて極めて簡便であり、学習時間も大幅に短縮することが可能である。

次に、各気筒の筒内噴射用インジェクタ１１に対する補正係数Ｋ１の設定について説明する。筒内噴射の場合、エンジン運転状態に応じて燃料圧が制御されるので、燃料噴射量や空燃比バラツキの原因となるものとして燃料圧もある。そこで本実施形態では、複数の燃料圧のそれぞれに対して、各領域の補正係数Ｋ１がＥＣＵ１００によって設定・記憶され、その後の燃料噴射制御に際しては、燃料圧に対する補間演算を行って、筒内噴射に用いる補正係数Ｋ１を決定するようにしている。

図１０には、設定・記憶された各領域毎、各燃料圧毎の補正係数Ｋ１の値を示しており、言い換えれば補正係数Ｋ１を算出するためのマップを示している。ここでＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は所定の燃料圧であり、それぞれ極低圧、低圧、中圧、高圧となるような値である。これらＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は燃料圧の格子点となる。ＥＣＵ１００は、前記更新時期に行われる補正係数Ｋ１の設定或いは更新の際、燃料圧をまずＰ１に固定し、この状態で前記同様の方法でアイドル域、低負荷域、中負荷域の補正係数Ｋ１ｉｄ１、Ｋ１ｌｄ１、Ｋ１ｍｄ１をそれぞれ設定・記憶する。次いで、ＥＣＵ１００は、燃料圧をＰ２に固定し、この状態で前記同様の方法でアイドル域、低負荷域、中負荷域の補正係数Ｋ１ｉｄ２、Ｋ１ｌｄ２、Ｋ１ｍｄ２を設定・記憶する。燃料圧Ｐ３、Ｐ４でも同様の操作を実行し、これによって図１０のようなマップが得られる。

この後の燃料噴射制御において、筒内噴射が行われるとき、ＥＣＵ１００は、検出された回転速度及び負荷率に対応する領域を決定すると共に、検出された燃料圧を読み込む。そして燃料圧に対応した補正係数Ｋ１を補間演算によって求める。例えば、エンジン運転状態がアイドル域にあり、検出された燃料圧ＰがＰ１とＰ２とのちょうど中間の値であるとき、ＥＣＵ１００は、Ｋ１ｉｄ１とＫ１ｉｄ２との和を２で除した値を補正係数Ｋ１とする。

これによれば、燃料圧も考慮して補正係数Ｋ１が決定されるので、筒内噴射の空燃比バラツキを好適に抑制することができる。

なお、吸気通路噴射及び筒内噴射の両方について言えることだが、この実施形態ではエンジンの運転領域を複数の負荷領域に区分し、各負荷領域の中では同じ補正係数Ｋ１の値を用いるようにしたが、この実施形態の筒内噴射の燃料圧のように、噴射量についても複数の格子点を設け、実際の燃料噴射制御時に噴射量格子点間の補正係数を補間演算するようにしてもよい。

次に、筒内噴射の補正係数Ｋ１の学習・設定に関する他の形態を述べる。

図１０に示したように、前記実施形態においては、各燃料圧Ｐ１〜Ｐ４毎に、アイドル域の補正係数Ｋ１のみが学習され、高負荷域を除く残りの低負荷域及び中負荷域では補間によって補正係数Ｋ１が算出された。これに対し、図１１に示されるように、各燃料圧Ｐ１〜Ｐ４毎に、低負荷域及び中負荷域で学習を行ってもよい。これによれば、全体の学習時間は増加するものの、広範囲の領域でより正確な補正係数Ｋ１が得られ、空燃比制御の精度がさらに向上される。

図１２に示す形態では、対角状に、極低燃料圧Ｐ１におけるアイドル域の補正係数と、低燃料圧Ｐ２における低負荷域の補正係数と、中燃料圧Ｐ３における中負荷域の補正係数とが学習値とされ、残りは高負荷域を除いて補間計算される。これによれば一律にアイドル域で学習する訳ではなく、各負荷領域で多用されるであろう燃料圧で学習を行うので、より実用的となる可能性がある。

図１３に示す形態では、極低燃料圧Ｐ１におけるアイドル域の補正係数のみが学習値とされ、残りは高負荷域を除いて補間計算される。これは最も簡便な方法であり、学習時間は大幅に短縮される。

以上の説明で理解されるように、本実施形態においてはＥＣＵ１００が補正手段、切替手段及び学習手段を構成する。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、他にも様々な実施形態を採り得る。例えば、前記実施形態では、均質リーンバーン領域内で増量・減量補正するインジェクタを切り替えるようにしたが、この領域以外でもかかる切り替えは実行可能である。

本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置を示すシステム平面図である。 圧縮行程筒内噴射の様子を示す断面図である。 エンジンの全運転領域と均質リーンバーン領域とを示す図である。 空燃比とＮＯｘ排出量との関係を示す線図である。 均質リーンバーン領域の各領域Ａ〜Ｄを示す図である。 空燃比制御のルーチンを示すフローチャートである。 補正係数Ｋ１の設定に関する図であり、リーンずれの場合である。 補正係数Ｋ１の設定に関する図であり、リッチずれの場合である。 各領域の吸気通路噴射用インジェクタの補正係数を示す表である。 各領域の筒内噴射用インジェクタの補正係数を示す表である。 筒内噴射用インジェクタの補正係数の設定に関する他の形態を示す表である。 筒内噴射用インジェクタの補正係数の設定に関する他の形態を示す表である。 筒内噴射用インジェクタの補正係数の設定に関する他の形態を示す表である。

符号の説明

１ エンジン
６ 吸気通路噴射用インジェクタ
１１ 筒内噴射用インジェクタ
３０ 空燃比センサ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
α 分担率
Ａ／Ｆ 空燃比
Ｋ１ 補正係数
Ｋ２ 補正係数

Claims (5)

1. 吸気通路噴射を実行するための吸気通路噴射用インジェクタと、筒内噴射を実行するための筒内噴射用インジェクタとを備えたエンジンの制御装置において、
   空燃比を所定の目標空燃比に近づけるように燃料噴射量を増減補正する補正手段と、
   該補正手段による補正実行時に、燃料噴射量の増量分又は減量分のうち、多い割合を前記両インジェクタの一方に負担させ、少ない割合を前記両インジェクタの他方に負担させると共に、その多い割合を負担させるインジェクタをエンジン運転状態に応じて切り替える切替手段と
   を備え、
   前記切替手段は、エンジン運転状態が所定の噴き分け領域にあるときに前記インジェクタの切り替えを実行すると共に、エンジン運転状態が、筒内混合気の均質性が要求されるような領域にあるとき、増量補正時には前記多い割合を負担させるインジェクタを前記吸気通路噴射用インジェクタとし、減量補正時には前記多い割合を負担させるインジェクタを前記筒内噴射用インジェクタとすることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記切替手段は、エンジン運転状態が、前記筒内噴射用インジェクタの先端温度の抑制が要求されるような領域にあるとき、増量補正時には前記多い割合を負担させるインジェクタを前記筒内噴射用インジェクタとし、減量補正時には前記多い割合を負担させるインジェクタを前記吸気通路噴射用インジェクタとすることを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
3. エンジンの低負荷側の定常運転時に各気筒の空燃比が所定の目標空燃比に一致するように各気筒の吸気通路噴射用インジェクタ又は筒内噴射用インジェクタの燃料噴射量を変化させ、その一致したときの各気筒の所定の補正係数をそれぞれ学習する学習手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの制御装置。
4. 前記学習手段は、エンジンのアイドル運転時に前記補正係数の学習を実行し、これによって得られた各気筒の補正係数の学習値をアイドル域の補正係数とすると共に、このアイドル域の補正係数と、高負荷域における所定の補正係数とに基づき、アイドル域と高負荷域との間の負荷領域における補正係数を補間演算することを特徴とする請求項３記載のエンジンの制御装置。
5. 前記学習手段は、前記筒内噴射用インジェクタのための前記補正係数の学習に際し、複数の燃料圧のそれぞれに対し前記学習を実行することを特徴とする請求項３又は４記載のエンジンの制御装置。

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