JP4529835B2

JP4529835B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP4529835B2
Application number: JP2005226007A
Authority: JP
Inventors: 大輔内田; 孝寛櫛部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2025-08-03
Also published as: JP2007040205A

Description

本発明は内燃機関の制御装置に係り、特に、筒内燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射弁を備えた内燃機関の制御装置に関する。

ガソリンエンジンに代表される火花点火式内燃機関において、エンジンの出力トルクを増大しようとした場合、ノッキングをいかに抑え込むかが重要なテーマとなる。ノッキングは、点火プラグを起点として伝播する火炎が末端部分に到達する前に、末端部分の未燃ガスが自己着火することによって起きる。

ここで、燃料を筒内燃焼室に直接噴射する直噴式ガソリンエンジンの場合だと、燃料の気化潜熱を利用して筒内燃焼室内の吸気を直接冷却することができ、これを以て吸気の充填効率を向上することができる。従って高出力化に有利であり、また、耐ノック性も比較的良好である。

なお、特許文献１には、筒内に燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを備えた内燃機関の燃料噴射装置において、筒内に噴射された燃料の気化潜熱による充填効率の向上が見込まれる範囲内の燃料が第１の燃料噴射弁から噴射されるように、第１及び第２の燃料噴射弁のそれぞれの燃料噴射量の割合を制御することが開示されている。

特開２００４−２７０５８３号公報

ところで、筒内燃焼室内の吸気の燃料による冷却が必要とされる場合、燃料噴射量を増加すれば、その分多くの熱を筒内燃焼室内の吸気から奪うことができ、吸気温度を低下させられ、吸気の充填効率及び耐ノック性を向上することができる。

しかし、燃料噴射量が少なくなるような場合には、当然に熱を吸気から奪う効果が減少され、吸気の充填効率及び耐ノック性向上に不利となる。

そこで、以上の事情に鑑みて本発明は創案され、その目的は、燃料噴射量が少ない場合においても筒内燃焼室内の吸気の冷却に有利であり、吸気の充填効率及び耐ノック性を良好にすることができる内燃機関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、本発明の一形態は、筒内燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射弁を備えた内燃機関の制御装置において、機関運転状態が、筒内燃焼室内の吸気の燃料による冷却が必要とされるような所定の第一領域にあるとき、その第一領域以外の所定の第二領域にある場合に比べ、燃料噴射の噴射率を低下させる噴射率制御手段を備えたことを特徴とする。

この本発明の一形態によれば、機関運転状態が、筒内燃焼室内の吸気の燃料による冷却が必要とされるような所定の第一領域にあるとき、その第一領域以外の所定の第二領域にある場合に比べ、燃料噴射の噴射率が低下させられるので、その噴射率が低下した分、噴射期間を長くすることができ、筒内燃焼室内の吸気の冷却に有利となる。例えば、一旦冷却された吸気が燃焼室内壁からの受熱等によって温度上昇してしまうことが抑制され、これによって、燃料噴射量が少ない場合においても吸気の充填効率及び耐ノック性を良好にすることができる。

ここで、好ましくは、機関運転状態が前記第一領域にあるとき、燃料噴射を吸気行程噴射と圧縮行程噴射とに分割して行わせる噴射制御手段をさらに備え、前記噴射率制御手段は、機関運転状態が前記第一領域にあるとき、前記吸気行程噴射と前記圧縮行程噴射との少なくとも一方の噴射率を低下させる。

このように燃料噴射を吸気行程噴射と圧縮行程噴射とに分割して行わせることで、圧縮行程噴射により、点火前に筒内燃焼室内に乱れを発生させて燃焼速度を高め、ノッキングを抑制することができる。また、吸気行程噴射により、吸気行程中に吸気温度を下げることができ、さらに圧縮行程噴射により、圧縮行程中に吸気温度をさらに下げることができる。他方、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との少なくとも一方の噴射率が低下させられるので、その噴射率が低下させられた方の燃料噴射において、噴射期間を長期化でき、前記作用効果を得ることができる。特にこのように分割噴射を行うと、分割噴射を行わない場合に比べ必然的に各燃料噴射の噴射量が少なくなるが、この形態のように噴射率が低下されれば、噴射量が少なくなっても噴射期間を長期化できるので、吸気温度の上昇を抑制し、吸気の充填効率及び耐ノック性を良好にすることができる。

好ましくは、前記噴射制御手段は、機関運転状態が前記第一領域の高負荷側になるほど圧縮行程噴射の噴射割合を増加する。

一般に機関負荷が増大するとノッキングが発生しやすくなるが、このように圧縮行程噴射の噴射割合を増加することで、筒内燃焼室内に乱れを発生させて燃焼速度を増大させる効果と、吸気冷却効果とが増大され、ノッキングを抑制することができる。

好ましくは、前記噴射率制御手段は、前記吸気行程噴射の噴射終了時期が所定時期より遅くならないように前記吸気行程噴射の噴射率を増加可能である。

機関負荷が増大すると吸気行程噴射の噴射量が増大し、噴射期間が長くなり、噴射終了時期が遅れていく。このとき吸気行程噴射の噴射終了時期が所定時期よりも遅くなると、筒内燃焼室内における空気と燃料との混合が悪化する。この好ましい形態によれば、吸気行程噴射の噴射終了時期が所定時期より遅くならないように吸気行程噴射の噴射率を増加可能であるので、噴射量を増大しつつ、噴射終了時期を所定時期以前に止めておくことが可能である。これにより筒内燃焼室内における空気と燃料との混合悪化が防止される。

好ましくは、前記噴射制御手段は、前記圧縮行程噴射の噴射終了時期が所定時期より遅くならないように前記圧縮行程噴射の噴射時期を制御する。

圧縮行程噴射の噴射終了時期が遅くなるにつれ、スモーク排出量が増大するようになる。その理由は、噴射終了から点火までの間の燃料の蒸発時間が短くなるからである。この好ましい形態によれば、圧縮行程噴射の噴射終了時期を、スモーク排出量を所定値より少ない値に制限できるような所定時期より遅くならないように、圧縮行程噴射の噴射時期を制御することができる。これにより、スモーク排出量を所定値より少ない値に抑制することが可能である。

好ましくは、前記噴射制御手段は、機関運転状態が前記第二領域にあるとき燃料噴射を前記吸気行程噴射のみで行わせ、前記第二領域は、少なくとも、機関の全運転領域中の高回転側の所定領域を含む。

機関の高回転域ではサイクル時間が短いため、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との両方を行うようにすると、例えば圧縮行程噴射終了から次の吸気行程噴射開始までの間に、燃料噴射弁駆動に必要なバッテリ電圧の充電時間を十分確保できないなどの問題が生じる。この好適な形態によれば、機関高回転側の所定領域で吸気行程噴射のみが行われるので、このような問題を回避することができる。

本発明によれば、燃料噴射量が少ない場合においても筒内燃焼室内の吸気の冷却に有利であり、吸気の充填効率及び耐ノック性を良好にす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いて詳述する。

図１は、本実施形態にかかる内燃機関の制御装置を示す。図示されるエンジン１は多気筒火花点火式内燃機関であり、図示例は４気筒だが気筒数に特に制限は無い。これら気筒毎に、筒内燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射弁１１が設けられている。つまりエンジン１は直噴式である。本実施形態のエンジン１は燃料としてガソリンを用いるものだが、代替燃料としての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、その他の燃料を用いるものであってもよい。またエンジンは、筒内噴射弁１１に加えて別途、吸気通路特に吸気ポート内に燃料を噴射する吸気通路噴射弁を備えたいわゆるデュアル噴射式内燃機関であってもよい。

エアクリーナ２から吸入された空気は、吸気通路６を介して各気筒の燃焼室に分配供給される。吸気通路６は、上流側から順に配置された吸気管１７、吸気マニホールド３１及び吸気ポート（図示せず）により主に区画形成される。吸気管１７には電子制御式スロットル弁３が設けられる。吸気マニホールド３１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、サージタンク４及び各気筒の吸気ポートを気筒毎に接続する複数の枝管５とからなる。吸気ポートはエンジン１のシリンダヘッドに気筒毎に形成される。

筒内噴射弁１１は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）３０により通電（オン）されることで開弁し、燃料を噴射し、ＥＣＵ３０により非通電（オフ）とされることで閉弁し、燃料噴射を停止する。

燃焼室に形成された混合気は、ＥＣＵ３０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（図示せず）と、これら排気ポートに連通してシリンダヘッドに取り付けられた排気マニホールドと、排気マニホールドの下流側に取り付けられた排気浄化用の触媒９及び排気管により形成される。吸気ポートの出口及び排気ポートの入口はそれぞれ図示しない吸気弁及び排気弁により開閉される。

各筒内噴射弁１１には、燃料タンク１０に貯留された燃料が燃料供給系１２を介して供給される。燃料供給系１２は、各筒内噴射弁１１に共通に接続されたデリバリパイプ１３と、デリバリパイプ１３及び燃料タンク１０を接続する燃料供給管１６と、燃料供給管１６に燃料タンク１０内の燃料を送り込むための低圧燃料ポンプ１４と、低圧燃料ポンプ１４により送られてきた燃料をデリバリパイプ１３に圧送する高圧燃料ポンプ１５とを備える。高圧燃料ポンプ１５は、デリバリパイプ１３内の燃料圧、即ち筒内噴射弁１１における噴射圧を、比較的高圧となるまで高める。高圧燃料ポンプ１５はその吐出流量が調節可能であり、この吐出流量がＥＣＵ３０により制御されることで、デリバリパイプ１３内の燃料圧、即ち筒内噴射における噴射圧が、特に上昇側において、制御される。このように本実施形態においては、高圧燃料ポンプ１５及びＥＣＵ３０により、噴射圧を制御するための噴射圧制御手段が構成されている。なおこの噴射圧制御手段は、後に理解されるが、筒内噴射の噴射率を制御するための噴射率制御手段をなすものである。

本実施形態においては、デリバリパイプ１３内の燃料を燃料タンク１０に積極的に回収するための燃料回収系１８も設けられる。この燃料回収系１８は、デリバリパイプ１３及び燃料タンク１０を接続するリリーフ管３２と、リリーフ管３２特にそのデリバリパイプ１３出口付近に設けられたリリーフバルブ２０とから構成される。リリーフバルブ２０がＥＣＵ３０により開閉制御されることで、デリバリパイプ１３内の燃料圧、即ち筒内噴射における噴射圧が、特に下降側において、制御される。このようにリリーフバルブ２０も噴射圧制御手段をなすものである。なおリリーフバルブ２０はエンジン運転時には通常閉とされ、噴射圧を低下させるときのみ開とされる。

ＥＣＵ３０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演算処理を行い、筒内噴射弁１１、点火プラグ７、スロットル弁３の駆動モータ１９、低圧燃料ポンプ１４、高圧燃料ポンプ１５、リリーフバルブ２０等を制御する。

デリバリパイプ１３には、その内部の燃料圧力を検出する燃料圧力センサ２３が設けられ、この燃料圧力センサ２３は前記センサ類に含まれる。このほか、前記センサ類には以下のものも含まれる。すなわち、エンジン１にはそのクランク角を検出するためのクランクセンサ２４が設けられる。クランクセンサ２４は、所定のクランク角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ＥＣＵ３０はエンジン１の実際のクランク角を検出すると共に、回転速度を演算する。このように本実施形態ではクランクセンサ２４及びＥＣＵ３０によりクランク角検出手段及びエンジン回転速度検出手段が構成される。

また、吸気温を検出する吸気温センサ２６、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の冷却水温を検出する水温センサ２９、及びスロットル弁３下流の吸気通路６内の圧力を検出する吸気圧センサ２５が、前記センサ類に含まれる。ＥＣＵ３０は、基本的には、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、スロットル弁３の開度を制御する。またＥＣＵ３０は、吸気圧センサ２５の出力値に基づきエンジン負荷を演算する。このように本実施形態では吸気圧センサ２５及びＥＣＵ３０によりエンジン負荷検出手段が構成される。なお、アクセル開度センサ２７の出力値に基づきエンジン負荷を演算するようにしたり、空気量センサを設けてその出力値に基づきエンジン負荷を演算するようにしてもよい。この場合、アクセル開度センサ２７及びＥＣＵ３０、或いは空気量センサ及びＥＣＵ３０によりエンジン負荷検出手段が構成される。

次に、本実施形態におけるエンジン制御の内容を説明する。

図２にはＥＣＵ３０に記憶された領域マップが示され、この領域マップにおいては、エンジンの全運転領域が二つの領域Ａ，Ｂに区分されている。領域Ａは、筒内噴射弁１１による燃料噴射が吸気行程と圧縮行程とに分割して行われる領域（分割噴射領域）である。領域Ｂは、筒内噴射弁１１による燃料噴射がそのように分割して行われない領域（非分割噴射領域）であり、本実施形態では燃料噴射が吸気行程でのみ行われる。特に、領域Ａは、燃料の気化潜熱を利用した筒内燃焼室内の吸気の冷却が必要とされるような領域、言い換えればノッキングが発生しやすい領域であり、本発明にいう第一領域に相当する。他方、領域Ｂは、領域Ａ以外の領域であり、本発明にいう第二領域に相当する。領域Ａは、特に全運転領域中の低回転高負荷側の領域を含む。また領域Ｂは、特に全運転領域中の高回転高負荷側の領域を含む。

この領域マップは、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶され、その横軸がエンジン回転速度、縦軸がエンジン負荷である。ＥＣＵ３０は、検出された機関運転状態即ち回転速度と負荷とがいずれの領域Ａ，Ｂにあるかを判定し、分割噴射を行うか、非分割噴射を行うかを決定する。

さて、本実施形態においては、検出された回転速度と負荷とが領域Ａにあると判定したとき、領域Ｂにある場合に比べ、燃料噴射の噴射率を低下させる制御が実行される。以下これについて説明する。

図３は、分割噴射及び非分割噴射といった各噴射形態における噴射期間の比較を示し、（I）が吸気行程で行われる非分割噴射の場合、（II）、（III）が吸気行程と圧縮行程とで行われる分割噴射の場合である。ここで（I）、（II）、（III）の各場合において燃料噴射量の総量は等しいとする。まず、（I）の場合に全噴射量を噴射するのにＣという噴射期間を要したとする。（II）の場合は、このＣという噴射期間が単純にＣ’、Ｄ‘というように分割された場合である。即ち、Ｃ＝Ｃ’＋Ｄ‘という関係が成立する。

ここで、これら（I）の場合及び（II）の場合では噴射率が等しい。噴射率とは、単位時間当たりに噴射される燃料の量をいう。この噴射率の関係は図４に示され、（I）の場合及び（II）の場合ではともに等しいＲ１という噴射率を有する。

しかしながら、（I）から（II）というような単純な噴射分割化では燃焼室内の吸気冷却にそれほど有利でないことが判明した。

即ち、図５には、（I）、（II）、（III）の各場合における、圧縮行程中のクランク角と筒内ガス（吸気）温度との関係が示される。ｔｃは圧縮行程噴射の開始時期である。（I）の場合（細い実線）と（II）の場合（細い破線）とを比較すると、圧縮行程噴射開始時期ｔｃの前の段階で、（II）の場合の方が（I）の場合より筒内ガス温度が上昇している。これは、噴射分割化により、吸気行程噴射の噴射量が少なくなり、噴射期間が短縮したため、その分、一旦冷却された筒内ガスが燃焼室内壁から熱を受けて温度上昇したためと考えられる。この温度上昇は吸気の充填効率を下げる要因となる。もっとも（II）の場合でも、圧縮行程噴射が開始されれば、この噴射の気化潜熱により筒内ガス温度が低下させられる。これにより筒内ガス温度は（I）の場合のレベルに戻り、圧縮端温度は（I）の場合と同等となる。

これに対し、図３に示す（III）の場合、（I）、（II）の場合よりも噴射率が低下されて噴射期間の長期化が図られている。図３に示すように、（III）の場合の吸気行程噴射の噴射期間Ｃ”は、（I）の場合の噴射期間Ｃと同等であり、（II）の場合よりも長期である。そして（III）の場合の圧縮行程噴射の噴射期間Ｄ”は、（II）の場合の噴射期間Ｄ’より長い。噴射率については、図４に（i）で示すように、（III）の場合の吸気行程噴射及び圧縮行程噴射の噴射率は、（I）、（II）の場合の噴射率Ｒ１より低いＲ２である。

このようにすると以下のような利点が得られる。即ち、図５に示すように、（III）の場合（太い実線）、圧縮行程噴射開始時期ｔｃの前の段階で、（I）の場合と同等且つ（II）の場合よりも低い筒内ガス温度が得られる。これは噴射期間が長期化したため、燃焼室内壁からの受熱に起因する筒内ガスの温度上昇が抑制された効果によるものと考えられる。これにより、吸気行程の段階で、既に（I）の場合と同等の吸気充填効率が得られる。そしてさらに圧縮行程噴射が実行されれば、この噴射の気化潜熱により筒内ガス温度はさらに低下させられる。これにより筒内ガス温度は（I）の場合よりさらに低下させられ、圧縮端温度が（I）の場合より低くなり、耐ノック性が向上する。

このように、噴射率を下げて噴射期間を長期化することは、燃焼室内壁からの受熱の影響を少なくして吸気冷却、即ち筒内ガス温度を低下させるのに有利である。そしてこの結果、吸気の充填効率向上や耐ノック性向上が達成できる。

なお、噴射率低下の態様としては、図４に（i）で示したように、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との両方の噴射率を、非分割噴射の場合（I）の噴射率Ｒ１より低下させる態様の他、（ii）で示すように、吸気行程噴射のみの噴射率を非分割噴射の噴射率Ｒ１より低下させる態様、或いは（iii）で示すように、圧縮行程噴射のみの噴射率を非分割噴射の噴射率Ｒ１より低下させる態様なども可能である。

本実施形態では、噴射率を低下させる方法として、噴射圧を低下させる方法を採用する。具体的には、実際の回転速度と負荷とが領域Ｂから領域Ａに入ったとき、デリバリパイプ１３内の燃料圧力が所定の目標圧に低下させられるようにリリーフバルブ２０が開放制御される。この目標圧はＥＣＵ３０が、例えば所定のマップに従って、機関運転状態即ち回転速度と負荷とに基づき決定する。なお、他の噴射率低下方法を採用することも可能であり、例えば噴孔径が可変か或いは切替可能な燃料噴射弁を用い、噴孔径を小径側にして噴射率を低下する方法も可能である。このように本実施形態では噴射率制御手段が設けられている。

なお、噴射圧を変更することで噴射率を変更し、且つ図４の（ii）（iii）に示したように吸気行程噴射と圧縮行程噴射とで噴射率を変更するようにすると、吸気行程噴射と圧縮行程噴射との間の短い期間で噴射圧を変更しなければならず、実際上は制御が困難である。従って本実施形態では制御を容易にするため、図４の（i）に示したように吸気行程噴射と圧縮行程噴射とで噴射率を同一としている。

ところで、本実施形態においては、前述したように、機関運転状態が領域Ａにあるとき分割噴射が行われるが、これは特に圧縮行程噴射により、点火前に筒内燃焼室内に乱れを発生させて燃焼速度を高め、ノッキングを抑制するためである。即ち、筒内燃焼室内が適度に乱れた状態にあるタイミングで点火を行うことにより、燃料の点火後の火炎の伝播速度を実質的に高められ、ノッキングの原因である末端ガスの自着火が起きる前に、火炎を燃焼室全体に行き渡らせることが容易となる。この結果、例えばエンジンの圧縮比を高めたり、点火時期を進角させたりしても、ノッキングが起き難くなる。ノッキングの抑制のためには点火の段階でできるだけ筒内燃焼室内に乱れが発生しているのが有利であり、従ってこのためには圧縮行程噴射時期はできるだけ点火に近い遅い時期とするのが有利である。一方、圧縮行程噴射時期があまりに遅すぎると点火前の燃料の蒸発時間が不足してスモークの発生原因となることも分かっている。従って圧縮行程噴射時期は、スモークが発生しない範囲でできるだけ遅い時期とするのがよい。

次に、本実施形態における内燃機関の制御について図６に基づき具体的に説明する。図示されるルーチンはＥＣＵ３０によって各噴射サイクル毎に繰り返し実行される。なお、以下の説明において各ステップをＳで表す。

ＥＣＵ３０はまず機関運転状態を示すデータ（回転速度、負荷等）を取得し（Ｓ１０１）、そのうち取得した回転速度及び負荷に基づき、所定のマップを参照して、燃料噴射量Ｑを算出する（Ｓ１０２）。この燃料噴射量Ｑは、１噴射サイクル中に１気筒から噴射される燃料噴射量の総量である。次に、ＥＣＵ３０は、図２のマップを参照して、機関運転状態が領域Ａにあるか否かを判定する（Ｓ１０３）。

領域Ａにあると判定した場合、ＥＣＵ３０は、所定のマップを参照して、機関運転状態（回転速度及び負荷）に対応する分担率αを決定する（Ｓ１０４）。ここで分担率αとは、全燃料噴射量Ｑに対する圧縮行程噴射量の割合であり、０＜α＜１である。図７には、ある一定のエンジン回転速度における負荷と分担率αとの関係を表し、見られるように、負荷が増大するにつれ分担率αは増加し、圧縮行程噴射の噴射割合は増加される。これは、負荷が増大するとノッキングが発生しやすくなるので、圧縮行程噴射量の割合を増加し、筒内燃焼室内に乱れを積極的に発生させて燃焼速度を高めると共に、圧縮行程噴射による吸気冷却効果を増大させて、ノッキングを抑制するためである。

次にＥＣＵ３０は、この分担率αと燃料噴射量Ｑとに基づき、吸気行程噴射量Ｑｉｎ及び圧縮行程噴射量Ｑｃｏを次式により算出する（Ｓ１０５）。
Ｑｉｎ＝（１−α）Ｑ
Ｑｃｏ＝αＱ

次いでＥＣＵ３０は、これら吸気行程噴射量Ｑｉｎ及び圧縮行程噴射量Ｑｃｏを噴射期間ＴＱｉｎ及びＴＱｃｏに換算する（Ｓ１０６）。これら噴射期間ＴＱｉｎ及びＴＱｃｏは、噴射率（即ち噴射圧）が後述するような領域Ｂにおける値より小さい値であることを前提とした上での噴射期間である。

次にＥＣＵ３０は、吸気行程噴射と圧縮行程噴射とのそれぞれの噴射時期を、回転速度及び負荷に基づき、所定のマップを参照して決定する（Ｓ１０７）。次いでＥＣＵ３０は、回転速度及び負荷に基づき、所定のマップを参照して目標噴射圧を決定すると共に、この目標噴射圧に実際の噴射圧（燃料圧力センサ２３によって検出された燃料圧力）が一致するように、噴射圧を制御する（Ｓ１０８）。前述したように、このときの噴射圧は、機関運転状態が領域Ｂにあるときの噴射圧より低い。

図８には、吸気行程噴射におけるエンジン負荷と噴射期間（（ａ）図）及び噴射率（（ｂ）図、なお噴射率は噴射圧と等価）との関係を示す。図示されるように、負荷が所定負荷Ｌ２より低負荷であるときは、噴射率は一定であり、負荷の増大につれ噴射期間Ａ”が長くなり（つまり吸気行程噴射量が増大し）、噴射終了時期は遅れていく。一方、負荷が所定負荷Ｌ２以上のときは、負荷が増大しても噴射期間Ａ”は一定に保持され、噴射終了時期も一定に保持され、代わりに噴射率が増大されて吸気行程噴射量が増大されていく。

この理由は以下の通りである。負荷が増大すると吸入空気量の増加に伴い吸気行程噴射量（噴射期間）が増加し、噴射終了時期も遅くなる。しかしながら、噴射終了時期が、上記所定負荷Ｌ２に対応する時期よりも遅くなると（破線参照）、筒内燃焼室内における空気と燃料との混合が悪化する。この所定負荷Ｌ２に対応する時期とは例えば吸気弁閉時期である。そこでこれを回避するため、負荷が所定負荷Ｌ２以上となったときは、負荷の増大に応じて噴射率を増加し、噴射終了時期を、所定負荷Ｌ２に対応する時期を超えぬように制限することとしている。これにより筒内燃焼室内における空気と燃料との混合悪化が防止される。

他方、図９には、圧縮行程噴射における燃料噴射終了時期とスモーク排出量との関係を示す。図示されるように、圧縮行程噴射の噴射終了時期が遅くなるにつれ、スモーク排出量は増大する。これは前述したように、圧縮行程噴射の終了時期が遅くなるにつれ、その噴射終了時期から点火までの燃料の蒸発時間が短くなるからである。そこで本実施形態では、許容可能なスモーク排出量の最大値であるスモーク限界ＳＭｍａｘなるものを定め、スモーク排出量がこのスモーク限界ＳＭｍａｘを超えないように、圧縮行程噴射の終了時期が制御される。より具体的には、圧縮行程噴射の終了時期が、スモーク限界ＳＭｍａｘに相当する噴射終了時期ＣＡ１以前になるように、噴射時期（噴射開始時期）が制御される。こうして、スモーク排出量はスモーク限界ＳＭｍａｘ以下の値に抑制される。また、噴射時期は、噴射終了時期ができるだけＣＡ１に近づくように制御される。これにより、噴射終了時期を可能な限り遅らせて、筒内燃焼室内の乱れ発生によるノッキング抑制効果を最大限得ることができる。なお実際上は、以上の条件を満たすような噴射時期がマップに入力されている。

図６に戻って、Ｓ１０８の後はＳ１０９に進み、ＥＣＵ３０は、吸気行程噴射と圧縮行程噴射とのそれぞれの噴射時期に、対応する噴射期間ＴＱｉｎ，ＴＱｃｏだけ、筒内噴射弁１１を通電し、各燃料噴射を実行する（Ｓ１０９）。以上で本ルーチンを終了する。

一方、ＥＣＵ３０がＳ１０３において機関運転状態が領域Ａにない（つまり領域Ｂにある）と判定した場合、以下のＳ１１０〜Ｓ１１３で吸気行程噴射のための制御が行われる。まずＥＣＵ３０は、燃料噴射量Ｑを噴射期間ＴＱに換算する（Ｓ１１０）。そして吸気行程噴射の噴射時期を、回転速度及び負荷に基づき、所定のマップを参照して決定する（Ｓ１１１）。次いでＥＣＵ３０は、回転速度及び負荷に基づき、所定のマップを参照して、目標噴射圧を決定すると共に、この目標噴射圧に実際の噴射圧（燃料圧力センサ２３によって検出された燃料圧力）が一致するように、噴射圧を制御する（Ｓ１１２）。このときの目標噴射圧は、Ｓ１０８で決定される目標噴射圧より高い。そしてＥＣＵ３０は、吸気行程噴射の噴射時期から噴射期間ＴＱだけ、筒内噴射弁１１を通電し、吸気行程噴射を実行する（Ｓ１１３）。以上で本ルーチンを終了する。

ここで図２のマップに示されるように、領域Ｂは、エンジンの全運転領域中の高回転側の所定領域、即ち高負荷側の領域Ｂ１（ハッチングで示す）を含み、この領域Ｂ１で吸気行程噴射のみが実行される。これは、高回転高負荷域ではサイクル時間が短く、しかも燃料噴射量が多いため、圧縮行程噴射を行うと、噴射終了から点火までの間に十分な燃料蒸発時間を確保できず、また、圧縮行程噴射終了から次の他気筒の吸気行程噴射開始までの間に、筒内噴射弁１１の駆動に必要なバッテリ電圧の充電時間を十分確保できないからである。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を示すシステム平面図である。領域マップである。各噴射形態における噴射期間の比較を示す図である。各噴射形態における噴射率の比較を示す図である。各噴射形態における圧縮行程中のクランク角と筒内ガス温度との関係を示すグラフである。本実施形態に係る制御ルーチンを示すフローチャートである。エンジン負荷と分担率との関係を示す線図である。領域Ａでの吸気行程噴射におけるエンジン負荷と噴射期間及び噴射率との関係を示す線図である。領域Ａでの圧縮行程噴射における燃料噴射終了時期とスモーク排出量との関係を示す線図である。

符号の説明

１エンジン
１０燃料タンク
１１筒内噴射弁
１３デリバリパイプ
１４低圧燃料ポンプ
１５高圧燃料ポンプ
１６燃料供給管
２０リリーフバルブ
２３燃料圧力センサ
３０電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３２リリーフ管
α 分担率
ＳＭｍａｘスモーク限界

Claims

筒内燃焼室に燃料を噴射する筒内噴射弁を備えた内燃機関の制御装置において、
機関運転状態が、筒内燃焼室内の吸気の燃料による冷却が必要とされるような所定の第一領域にあるとき、その第一領域以外の所定の第二領域にある場合に比べ、燃料噴射の噴射率を低下させる噴射率制御手段と、機関運転状態が前記第一領域にあるとき、燃料噴射を吸気行程噴射と圧縮行程噴射とに分割して行わせる噴射制御手段とを備え、前記噴射率制御手段は、機関運転状態が前記第一領域にあるとき、前記吸気行程噴射と前記圧縮行程噴射との少なくとも一方の噴射率を低下させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記噴射制御手段は、機関運転状態が前記第一領域の高負荷側になるほど圧縮行程噴射の噴射割合を増加することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
前記噴射率制御手段は、前記吸気行程噴射の噴射終了時期が所定時期より遅くならないように前記吸気行程噴射の噴射率を増加可能であることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
前記噴射制御手段は、前記圧縮行程噴射の噴射終了時期が所定時期より遅くならないように前記圧縮行程噴射の噴射時期を制御することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の内燃機関の制御装置。
前記噴射制御手段は、機関運転状態が前記第二領域にあるとき燃料噴射を前記吸気行程噴射のみで行わせ、前記第二領域は、少なくとも、機関の全運転領域中の高回転側の所定領域を含むことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の内燃機関の制御装置。