JP4483451B2

JP4483451B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP4483451B2
Application number: JP2004214401A
Authority: JP
Inventors: 善一郎益城
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2024-07-22
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Description

本発明は、筒内に向けて燃料を噴射する第１の燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）と吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射する第２の燃料噴射手段（吸気通路噴射用インジェクタ）とを備えた内燃機関の制御装置に関し、特に、機関軽負荷時において、第１の燃料噴射手段から発生するノイズや振動（ＮＶ：Noise and Vibration）を抑制する技術に関する。

機関吸気通路内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射弁（背景技術においては、吸気通路噴射用インジェクタ）と、機関燃焼室内に常時燃料を噴射するための第２の燃料噴射弁（背景技術においては、筒内噴射用インジェクタ）とを具備し、機関負荷が予め定められた設定負荷よりも低いときには第１燃料噴射弁（吸気通路噴射用インジェクタ）からの燃料噴射を停止するとともに機関負荷が設定負荷よりも高いときには第１燃料噴射弁（吸気通路噴射用インジェクタ）から燃料を噴射するようにした内燃機関が公知である。この内燃機関では両燃料噴射弁から噴射される燃料の合計である全噴射量が機関負荷の関数として予め定められており、この全噴射量は機関負荷が高くなるほど増大せしめられる。

第２の燃料噴射弁（筒内噴射用インジェクタ）は、直接に内燃機関の燃焼室に開口するように装着され、燃料ポンプで高い圧力まで加圧して、高圧の燃料を直接に筒内に噴射する。この内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタは、圧縮行程の後期に燃料を噴射して気筒内の混合気の混合状態を精密に制御することにより、燃費の向上等を図るようにしている。このように、筒内噴射用インジェクタは、気筒内に燃料を直接噴射するので、燃料の圧力が高い。そのことに起因して、高圧燃料系にはノイズや振動が発生する。特に、内燃機関が軽負荷（アイドル時等）には内燃機関から発生する音が小さいので、高圧燃料系からのノイズや振動が目立つことになる。

特開平９−２１３６９号公報（特許文献１）は、このような高圧の燃料供給系を有する内燃機関における、機関低負荷時における機関の燃焼の安定化を図る内燃機関の燃料噴射制御装置を開示する。この内燃機関の燃料噴射制御装置は、燃料を加圧する燃料加圧手段と、燃料加圧手段によって加圧された加圧燃料を弁体の開閉によって噴射制御する燃料噴射手段と、機関へ入力される外部からの負荷を検出する外部負荷検出手段と、外部負荷検出手段によって検出された負荷が所定値以下のとき、燃料加圧手段の圧力を低くする圧力変更手段とを含む。

内燃機関の燃料噴射制御装置によると、外部負荷検出手段によって現在、機関へ入力される外部からの負荷が検出され、その検出値が圧力変更手段に向けて出力される。圧力変更手段は、外部負荷検出手段によって検出された検出値に基づいて燃料噴射手段で噴射される燃料加圧手段の加圧力を設定する。そして、燃料噴射手段は設定された加圧力にて燃料を噴射する。外部負荷検出手段によって機関へ入力される外部からの負荷が所定値以下であることが検出されると、圧力変更手段が燃料加圧手段の加圧力を低くするよう制御することによって燃料噴射手段に供給される燃料の圧力は低くなる。燃料圧力が低くなると、高いときに比して燃料噴射手段の弁体開弁速度が速くなるため、弁体がフルリフトするまでの時間を短くして、短い噴射時間で噴射される噴射量を安定させることができる。
特開平９−２１３６９号公報

特許文献１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置により、機関軽負荷時には、燃料の圧力を低く変更するので、高圧であることに起因する燃料系のＮＶが、低減すると考えられる。なお、この点は、特許文献１は開示していないが、加圧力が低下すれば高圧燃料系のＮＶは低減するであろう。

しかしながら、高圧燃料系の噴射の安定化やＮＶ低減を目的として、燃圧を低下させると、内燃機関に要求される出力性能に対応する燃料を噴射できなくなる可能性がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、筒内に燃料を噴射する第１の燃料噴射手段と吸気通路に燃料を噴射する第２の燃料噴射手段とで噴射燃料を分担する内燃機関において、内燃機関の性能を低下させることなく、第１の燃料噴射手段を含む高圧の燃料系から発生するノイズや振動を低減させることができる、内燃機関の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る制御装置は、筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段とを備えた内燃機関を制御する。この制御装置は、内燃機関に要求される条件に基づいて、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、第１の燃料噴射手段に供給される燃料の圧力を調整するための調圧手段とを含む。調圧手段は、内燃機関の負荷が予め定められた負荷よりも低い場合には、第１の燃料噴射手段からの燃料噴射量が最小噴射量近傍になるように、燃料の圧力を調整するための手段を含む。制御手段は、調圧手段による燃料の圧力が調整されている場合においても、内燃機関に要求される性能を満足させるように、燃料噴射手段を制御するための手段を含む。

第１の発明によると、内燃機関の負荷が軽いアイドルの場合には内燃機関から発生する音が小さく、高圧の燃料が供給される第１の燃料噴射手段（たとえば筒内噴射用インジェクタ）を含む燃料系からのノイズや振動が目立つが、調圧手段が燃料の圧力が低くなるように調整する。筒内噴射用インジェクタへ供給される燃料の圧力が低くなると、筒内噴射用インジェクタを含む高圧系から発生するノイズや振動が低減する。このとき、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量が最小噴射量近傍になるように調圧されるので、最小限の燃料が筒内噴射用インジェクタに流れる。これにより筒内噴射用インジェクタの噴口が冷却され噴口にデポジットが堆積することを回避できる。さらに、このように筒内噴射用インジェクタに供給する燃料の圧力が低くなるように調整すると、内燃機関に要求される性能から算出された燃料噴射量が筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量では不足する場合がある。このような場合には、制御手段は、第２の燃料噴射手段（たとえば吸気通路噴射用インジェクタ）から不足分を噴射するようにする。このようにすると、内燃機関の燃焼室には、要求性能を満足するだけの燃料量が供給できる。その結果、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとで、噴射燃料を分担する内燃機関において、内燃機関の性能を低下させることなく、筒内噴射用インジェクタを含む高圧の燃料系から発生するノイズや振動を低減させることができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、制御手段は、調圧手段により燃料の圧力が調整されたことにより、要求燃料噴射量に対して、不足分が生じる場合には、不足分を補うように吸気通路噴射用インジェクタを制御するための手段を含む。

第２の発明によると、筒内噴射用インジェクタへ供給される燃料の圧力が低く調圧されると、内燃機関に要求される性能から算出された燃料噴射量が筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量では不足する場合がある。このような場合には、制御手段は、吸気通路噴射用インジェクタから不足分を噴射するようにする。このようにすると、内燃機関の燃焼室には、要求性能を満足するだけの燃料量が供給でき、要求される性能を発現させることができる。

第３の発明に係る制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、第１の燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、第２の燃料噴射手段は、吸気通路用インジェクタである。

第３の発明によると、第１の燃料噴射手段である筒内噴射用インジェクタと第２の燃料噴射手段である吸気通路噴射用インジェクタとを別個に設けて噴射燃料を分担する内燃機関において、内燃機関の性能を低下させることなく、筒内噴射用インジェクタを含む高圧の燃料系から発生するノイズや振動を低減させることができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）で制御されるエンジンシステムの概略構成図を示す。なお、図１には、エンジンとして直列４気筒ガソリンエンジンを示すが、本発明はこのようなエンジンに限定されるものではない。

図１に示すように、エンジン１０は、４つの気筒１１２を備え、各気筒１１２はそれぞれ対応するインテークマニホールド２０を介して共通のサージタンク３０に接続されている。サージタンク３０は、吸気ダクト４０を介してエアクリーナ５０に接続され、吸気ダクト４０内にはエアフローメータ４２が配置されるとともに、電動モータ６０によって駆動されるスロットルバルブ７０が配置されている。このスロットルバルブ７０は、アクセルペダル１００とは独立してエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてその開度が制御される。一方、各気筒１１２は共通のエキゾーストマニホールド８０に連結され、このエキゾーストマニホールド８０は三元触媒コンバータ９０に連結されている。

各気筒１１２に対しては、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１１０と、吸気ポートまたは／および吸気通路内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ１２０とがそれぞれ設けられている。これらインジェクタ１１０、１２０はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。また、各気筒内噴射用インジェクタ１１０は共通の燃料分配管１３０に接続されており、この燃料分配管１３０は燃料分配管１３０に向けて流通可能な逆止弁１４０を介して、機関駆動式の高圧燃料ポンプ１５０に接続されている。なお、本実施の形態においては、２つのインジェクタが別個に設けられた内燃機関について説明するが、本発明はこのような内燃機関に限定されない。たとえば、筒内噴射機能と吸気通路噴射機能とを併せ持つような１個のインジェクタを有する内燃機関であってもよい。

図１に示すように、高圧燃料ポンプ１５０の吐出側は電磁スピル弁１５２を介して高圧燃料ポンプ１５０の吸入側に連結されており、この電磁スピル弁１５２の開度が小さいときほど、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０内に供給される燃料量が増大され、電磁スピル弁１５２が全開にされると、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０への燃料供給が停止されるように構成されている。なお、電磁スピル弁１５２はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいて制御される。

より詳しくは、カムシャフトに取り付けられたカムによりポンププランジャーが上下することにより燃料を加圧する高圧燃料ポンプ１５０における、ポンプ吸入側に設けられた電磁スピル弁１５２を、加圧行程中に閉じるタイミングを、燃料分配管１３０に設けられた燃料圧センサ４００を用いて、エンジンＥＣＵ３００でフィードバック制御することにより、燃料分配管１３０内の燃料圧力（燃圧）が制御される。すなわち、エンジンＥＣＵ３００により電磁スピル弁１５２を制御することにより、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０への供給される燃料量および燃料圧力が制御される。

一方、各吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、共通する低圧側の燃料分配管１６０に接続されており、燃料分配管１６０および高圧燃料ポンプ１５０は共通の燃料圧レギュレータ１７０を介して、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ１８０に接続されている。さらに、低圧燃料ポンプ１８０は燃料フィルタ１９０を介して燃料タンク２００に接続されている。燃料圧レギュレータ１７０は低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の一部を燃料タンク２００に戻すように構成されており、したがって吸気通路噴射用インジェクタ１２０に供給されている燃料圧および高圧燃料ポンプ１５０に供給されている燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを阻止している。

エンジンＥＣＵ３００は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス３１０を介して相互に接続されたＲＯＭ(Read Only Memory)３２０、ＲＡＭ(Random Access Memory)３３０、ＣＰＵ(Central Processing Unit)３４０、入力ポート３５０および出力ポート３６０を備えている。

エアフローメータ４２は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ４２の出力電圧はＡ／Ｄ変換器３７０を介して入力ポート３５０に入力される。エンジン１０には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８０が取付けられ、この水温センサ３８０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器３９０を介して入力ポート３５０に入力される。

燃料分配管１３０には燃料分配管１３０内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４００が取付けられ、この燃料圧センサ４００の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４１０を介して入力ポート３５０に入力される。三元触媒コンバータ９０上流のエキゾーストマニホールド８０には、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生する空燃比センサ４２０が取付けられ、この空燃比センサ４２０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４３０を介して入力ポート３５０に入力される。

本実施の形態に係るエンジンシステムにおける空燃比センサ４２０は、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比に比例した出力電圧を発生する全域空燃比センサ（リニア空燃比センサ）である。なお、空燃比センサ４２０としては、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出するＯ₂センサを用いてもよい。

アクセルペダル１００は、アクセルペダル１００の踏込み量に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ４４０に接続され、アクセル開度センサ４４０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４５０を介して入力ポート３５０に入力される。また、入力ポート３５０には、機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ４６０が接続されている。エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０には、上述のアクセル開度センサ４４０および回転数センサ４６０により得られる機関負荷率および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値や機関冷却水温に基づく補正値などが予めマップ化されて記憶されている。

図２を参照して、筒内噴射用インジェクタ１１０について説明する。図２は、筒内噴射用インジェクタ１１０の縦方向の断面図である。

図２に示すように、筒内噴射用インジェクタ１１０は、その本体７４０の下端にノズルボディ７６０がスペーサを介してノズルホルダによって固定される。ノズルボディ７６０は、その下端に噴口５００を形成しており、ノズルボディ７６０内にニードル５２０が上下可動に配置される。ニードル５２０の上端は本体７４０内を摺動自在なコア５４０に当接しており、スプリング５６０はコア５４０を介してニードル５２０を下向きに付勢しており、ニードル５２０はノズルボディ７６０の内周シート面５２２に着座され、その結果、常態では噴口５００を閉鎖している。

本体７４０の上端にはスリーブ５７０が挿入固定され、スリーブ５７０内には燃料通路５８０が形成され、燃料通路５８０の下端側は、本体７４０内の通路を介してノズルボディ７６０の内部まで連通され、ニードル５２０のリフト時に燃料は噴口５００から噴射される。燃料通路５８０の上端側は、フィルタ６００を介して燃料導入口６２０に接続され、この燃料導入口６２０は、図１の燃料分配管１３０に接続される。

電磁ソレノイド６４０は、本体７４０内においてスリーブ５７０の下端部を包囲するように配置される。ソレノイド６４０の通電時においては、コア５４０はスプリング５６０に抗して上昇され、燃料圧はニードル５２０を押し上げ、噴口５００が開放されるので燃料噴射が実行される。ソレノイド６４０は絶縁ハウジング６５０内のワイヤ６６０に取り出され、開弁のための電気信号を、エンジンＥＣＵ３００から受信することができる。この開弁のための電気信号をエンジンＥＣＵ３００が出力しないと、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射が行なわれない。

エンジンＥＣＵ３００から受信した開弁のための電気信号により、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射時期および燃料噴射期間が制御される。この燃料噴射期間を制御することにより、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量を調節できる。すなわち、この電気信号により、（最小燃料噴射量以上の領域において）、少量の燃料を噴射するように制御することもできる。なお、このような制御のために、エンジンＥＣＵ３００と筒内噴射用インジェクタ１１０との間に、ＥＤＵ（Electronic Driver Unit）が設けられることもある。

このような構造を有する筒内噴射用インジェクタ１１０に供給される燃料の圧力は非常に高圧（１３ＭＰａ程度）であるので、そのために開弁時および閉弁時に、大きなノイズや振動が発生する。このようなノイズや振動は、エンジン１０の負荷が大きく回転数が高い領域においては、このエンジン１０を搭載した車両の搭乗者の聴覚により検知されないが、エンジン１０の負荷が小さく回転数が低い領域においては、搭乗者により検知されてしまう。そこで、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ３００は、軽負荷時においては、筒内噴射用インジェクタ１１０へ供給される燃料の圧力を低下させる制御を実行する。さらに、このように燃圧を低下させた場合において筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量だけでは不足が生じないように、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から燃料を噴射して、エンジン１０に要求される出力性能を発現させる制御を実行する。

図３を参照して、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ３００において実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、エンジンＥＣＵ３００は、エンジン１０がアイドル状態であるか否かを判断する。この判断は、アクセル開度センサ４４０により検知されたアクセル１００の開度に基づいて行なわれる。エンジン１０がアイドル状態であると判断されると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１０００へ移される。

Ｓ２００にて、エンジンＥＣＵ３００は、筒内噴射用インジェクタ１１０へ供給される燃料の圧力の目標燃圧を、予め定められた低い燃圧Ａ以下の燃圧Ｐrに設定する。Ｓ３００にて、エンジンＥＣＵ３００は、目標燃圧Ｐrから筒内噴射インジェクタ１１０から噴射される筒内噴射量Ｑdを計算する。

Ｓ４００にて、エンジンＥＣＵ３００は、エンジン１０に対する要求負荷から筒内噴射インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射される燃料の総量である必要噴射量Ｑallを計算する。Ｓ５００にて、エンジンＥＣＵ３００は、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射されるポート噴射量Ｑpを計算する。このときポート噴射量Ｑp＝Ｑall−Ｑdで算出される。

Ｓ６００にて、エンジンＥＣＵ３００は、ポート噴射量Ｑpを吸気通路噴射用インジェクタ１２０の噴射期間ＴＡＵpに変換する。

Ｓ７００にて、エンジンＥＣＵ３００は、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射期間ＴＡＵpは吸気通路噴射用インジェクタ１２０の噴射最小期間ＴＡＵminＰより大きいか否かを判断する。ＴＡＵpがＴＡＵminＰよりも大きいと（Ｓ７００にてＹＥＳ）、処理はＳ８００へ移される。もしそうでないと（Ｓ３００にてＮＯ）、処理はＳ９００へ移される。

Ｓ８００にて、エンジンＥＣＵ３００は、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量であるポート噴射量をＱpとして設定するとともに、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量である筒内噴射量をＱdに設定する。

Ｓ９００にて、エンジンＥＣＵ３００は、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量であるポート噴射量を０に設定するとともに、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量である筒内噴射量をＱallに設定する。

Ｓ１０００にて、エンジンＥＣＵ３００は、吸気通路噴射用インジェクタ１２０による燃料噴射量と筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射量との比率を別処理にて算出し噴き分け状態を算出する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ３００により制御されるエンジンシステムの動作について説明する。

エンジン１０がアイドル状態であると判断されると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、目標燃圧が予め定められた低い燃圧Ａ以下の燃圧Ｐrに設定される。低い燃圧Ｐrから筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射される筒内噴射量Ｑdが計算される（Ｓ３００）。エンジン１０に対する要求負荷から筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射される全燃料量である必要噴射量Ｑallが計算される（Ｓ４００）。必要噴射量Ｑallから筒内噴射量Ｑdを減算することにより吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射される燃料量であるポート噴射量Ｑpが計算される（Ｓ５００）。ポート噴射量Ｑpが吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射期間ＴＡＵpに変換される（Ｓ６００）。

吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射期間ＴＡＵpは吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料最小噴射期間であるＴＡＵminＰよりも大きいと（Ｓ７００にてＹＥＳ）、吸気通路噴射用インジェクタ１２０による燃料噴射量であるポート噴射量がＱpと設定され、筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射量である筒内噴射量がＱdと設定される（Ｓ８００）。

一方、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射期間ＴＡＵpが吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料最小噴射期間ＴＡＵminＰ以下であると（Ｓ７００にてＮＯ）、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料噴射量であるポート噴射量が０に設定され、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射量である筒内噴射量がＱallに設定される（Ｓ９００）。すなわち、Ｓ９００においては、すべての必要噴射量Ｑallが筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射されることになる。これは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０による燃料噴射量であるポート噴射量Ｑpが吸気通路噴射用インジェクタ１２０の燃料の最小噴射期間ＴＡＵminＰ以下であったためである。

以上のようにして、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵにより制御されるエンジンシステムにおいては、エンジン負荷が小さくエンジン回転数が低く筒内噴射インジェクタを含む高圧燃料系からのＮＶが車両の搭乗者の聴覚に検知される場合には筒内噴射用インジェクタへ供給される燃料の圧力を低く変更する。これにより、高圧燃料系のＮＶが低減される。このとき筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量が最小噴射量（ＴＡＵｍｉｎＤ）近傍になるように調圧することにより、最小限の燃料が筒内噴射用インジェクタに流れるので筒内噴射用インジェクタの噴口が冷却され噴口にデポジットが堆積することを回避できる。

さらに、このように筒内噴射用インジェクタに供給する燃料の圧力が低くなるように調整されると、エンジンに要求される性能から算出された必要噴射量が筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量では不足する場合がある。このような場合には、給気通路用噴射用インジェクタからその不足分を噴射するようにする。このようにすると、エンジンの燃焼室には要求性能を満足するだけの燃料量を供給することができる。その結果、筒内噴射インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとで噴射燃料を分担するエンジンにおいて、エンジンの性能を低下させることなく、筒内噴射用インジェクタを含む高圧の燃料系から発生するＮＶを低減させることができる。

なお、図３に示すフローチャートにおけるＳ２００の処理において目標燃圧を予め定められた低い燃圧Ａ以下の目標燃圧Ｐrとしたが、このような固定値でもよいし、図４に示すような、エンジン１０の回転数と負荷率とにより定まるマップで目標燃圧を設定するようにしてもよい。

＜本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンについて＞
図５および図６を参照して、エンジン１０の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け比率（以下、ＤＩ比率（r）とも記載する。）を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図５は、エンジン１０の温間用マップであって、図６は、エンジン１０の冷間用マップである。

図５および図６に示すように、これらのマップは、エンジン１０の回転数を横軸にして、負荷率を縦軸にして、筒内噴射用インジェクタ１１０の分担比率がＤＩ比率ｒとして百分率で示されている。

図５および図６に示すように、エンジン１０の回転数と負荷率とに定まる運転領域ごとに、ＤＩ比率ｒが設定されている。「ＤＩ比率ｒ＝１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味し、「ＤＩ比率ｒ＝０％」とは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味する。「ＤＩ比率ｒ≠０％」、「ＤＩ比率ｒ≠１００％」および「０％＜ＤＩ比率ｒ＜１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０とで燃料噴射が分担して行なわれる領域であることを意味する。なお、概略的には、筒内噴射用インジェクタ１１０は、出力性能の上昇に寄与し、吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、混合気の均一性に寄与する。このような特性の異なる２種類のインジェクタを、エンジン１０の回転数と負荷率とで使い分けることにより、エンジン１０が通常運転状態（たとえば、アイドル時の触媒暖気時が、通常運転状態以外の非通常運転状態の一例であるといえる）である場合には、均質燃焼のみが行なわれるようにしている。

さらに、これらの図５および図６に示すように、温間時のマップと冷間時のマップとに分けて、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０のＤＩ分担率ｒを規定した。エンジン１０の温度が異なると、筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が異なるように設定されたマップを用いて、エンジン１０の温度を検知して、エンジン１０の温度が予め定められた温度しきい値以上であると図５の温間時のマップを選択して、そうではないと図６に示す冷間時のマップを選択する。それぞれ選択されたマップに基づいて、エンジン１０の回転数と負荷率とに基づいて、筒内噴射用インジェクタ１１０および／または吸気通路噴射用インジェクタ１２０を制御する。

図５および図６に設定されるエンジン１０の回転数と負荷率について説明する。図５のＮＥ（１）は２５００〜２７００ｒｐｍに設定され、ＫＬ（１）は３０〜５０％、ＫＬ（２）は６０〜９０％に設定されている。また、図６のＮＥ（３）は２９００〜３１００ｒｐｍに設定されている。すなわち、ＮＥ（１）＜ＮＥ（３）である。その他、図５のＮＥ（２）や、図６のＫＬ（３）、ＫＬ（４）も適宜設定されている。

図５および図６を比較すると、図５に示す温間用マップのＮＥ（１）よりも図６に示す冷間用マップのＮＥ（３）の方が高い。これは、エンジン１０の温度が低いほど、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が高いエンジン回転数の領域まで拡大されるということを示す。すなわち、エンジン１０が冷えている状態であるので、（たとえ、筒内噴射用インジェクタ１１０から燃料を噴射しなくても）筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが堆積しにくい。このため、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を使って燃料を噴射する領域を拡大するように設定され、均質性を向上させることができる。

図５および図６を比較すると、エンジン１０の回転数が、温間用マップにおいてはＮＥ（１）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＮＥ（３）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。また、負荷率が、温間用マップにおいてはＫＬ（２）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＫＬ（４）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されるということを示す。すなわち、高回転領域や高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料を噴射しても、エンジン１０の回転数や負荷が高く吸気量が多いので筒内噴射用インジェクタ１１０のみでも混合気を均質化しやすいためである。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。

図５に示す温間マップでは、負荷率ＫＬ（１）以下では、筒内噴射用インジェクタ１１０のみが用いられる。これは、エンジン１０の温度が高いときであって、予め定められた低負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されるということを示す。これは、温間時においてはエンジン１０が暖まった状態であるので、筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが堆積しやすい。しかしながら、筒内噴射用インジェクタ１１０を使って燃料を噴射することにより噴口温度を低下させることができるので、デポジットの堆積を回避することも考えられ、また、筒内噴射用インジェクタの最小燃料噴射量を確保して、筒内噴射用インジェクタ１１０を閉塞させないことも考えられ、このために、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた領域としている。

図５および図６を比較すると、図６の冷間用マップにのみ「ＤＩ比率ｒ＝０％」の領域が存在する。これは、エンジン１０の温度が低いときであって、予め定められた低負荷領域（ＫＬ（３）以下）では吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみが使用されるということを示す。これはエンジン１０が冷えていてエンジン１０の負荷が低く吸気量も低いため燃料が霧化しにくい。このような領域においては筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射では良好な燃焼が困難であるため、また、特に低負荷および低回転数の領域では筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた高出力を必要としないため、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いないで、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみを用いる。

また、通常運転時以外の場合、エンジン１０がアイドル時の触媒暖気時の場合（非通常運転状態であるとき）、成層燃焼を行なうように筒内噴射用インジェクタ１１０が制御される。このような触媒暖気運転中にのみ成層燃焼させることで、触媒暖気を促進させ、排気エミッションの向上を図る。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る制御装置で制御されるエンジンシステムの概略構成図である。筒内噴射用インジェクタの断面図である。本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵに記憶される燃圧マップを示す図である。本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの温間時のＤＩ比率マップを表わす図である。本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの冷間時のＤＩ比率マップを表わす図である。

符号の説明

１０エンジン、２０インテークマニホールド、３０サージタンク、４０吸気ダクト、４２エアフローメータ、５０エアクリーナ、６０電動モータ、７０スロットルバルブ、８０エキゾーストマニホールド、９０三元触媒コンバータ、１００アクセルペダル、１１０筒内噴射用インジェクタ、１１２気筒、１２０吸気通路噴射用インジェクタ、１３０燃料分配管、１４０逆止弁、１５０高圧燃料ポンプ、１５２電磁スピル弁、１６０燃料分配管（低圧側）、１７０燃料圧レギュレータ、１８０低圧燃料ポンプ、１９０燃料フィルタ、２００燃料タンク、３００エンジンＥＣＵ、３１０双方向性バス、３２０ＲＯＭ、３３０ＲＡＭ、３４０ＣＰＵ、３５０入力ポート、３６０出力ポート、３７０，３９０，４１０，４３０，４５０Ａ／Ｄ変換器、３８０水温センサ、４００燃料圧センサ、４２０空燃比センサ、４４０アクセル開度センサ、４６０回転数センサ。

Claims

筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段とを備えた内燃機関の制御装置であって、
前記第１の燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、
前記第２の燃料噴射手段は、吸気通路用インジェクタであり
前記制御装置は、
前記内燃機関に要求される条件に基づいて、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、
前記第１の燃料噴射手段に供給される燃料の圧力を調整するための調圧手段とを含み、
前記調圧手段は、前記内燃機関のアイドル状態において、前記アイドル状態以外の場合に設定される前記燃料の圧力よりも低圧になるように、前記燃料の圧力を調整するための手段を含み、
前記制御手段は、前記調圧手段により前記燃料の圧力が調整されている場合においても、前記内燃機関に要求される性能を満足させるために、前記内燃機関全体の燃料噴射量の少なくとも一部を前記第１の燃料噴射手段から噴射するように前記第１および前記第２の燃料噴射手段を制御するための燃料噴射制御手段を含み、
前記燃料噴射制御手段は、
前記調圧手段により前記燃料の圧力が調整されたことにより、要求燃料噴射量に対して、不足分が生じる場合には、前記不足分を補うように前記第２の燃料噴射手段を制御するための手段を含む、内燃機関の制御装置。