JP4991589B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、気筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート燃料噴射弁を有する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来、この種の内燃機関の燃料噴射制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関では、高回転高負荷時に均質燃焼が行われ、低回転低負荷時に成層燃焼が行われる。成層燃焼時には、圧縮行程中に、筒内燃料噴射弁から燃焼室に燃料を噴射する。一方、均質燃焼時には、吸気行程中に、ポート燃料噴射弁から吸気ポートに燃料を噴射する。また、均質燃焼時には、圧縮行程中に、筒内燃料噴射弁から極少量の燃料が補助的に噴射される。それにより、燃料の気化による冷却効果によって、筒内燃料噴射弁の先端部の過熱を防止し、過熱による噴孔部へのデポジットの堆積などを抑制するようにしている。

筒内燃料噴射弁による筒内噴射とポート燃料噴射弁によるポート噴射を比較した場合、前者は、燃料を気筒内に直接、噴射するため、燃料の無駄が非常に少なく、燃料の充填率が高いとともに、燃料の気化による冷却が、もっぱら気筒内に吸入された吸気に対して行われるため、圧縮行程終了時の混合気の温度が十分に低下することで、高負荷時のノッキングを効果的に抑制できるなどの利点を有する。これに対して、上述した従来の燃料噴射制御装置では、均質燃焼時には、燃料の大部分がポート噴射によって噴射され、筒内噴射は極少量の燃料の供給に用いられるにすぎない。このため、上述した筒内噴射の利点をほとんど得ることができない。特に、この燃料噴射制御装置では、均質燃焼が高負荷高回転時に行われるので、そのときに生じやすいノッキングを十分に抑制することができない。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、筒内噴射を可能な限り行うことで、燃料の充填率の向上や吸気の冷却によるノッキングの抑制などの筒内噴射による利点を最大限に得ることができるとともに、内燃機関に要求される燃料量を過不足なく供給することができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

特開２００２−３６４４０９号公報

上記の目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明は、気筒３ａ内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁６と、吸気ポート３ｆに燃料を噴射するポート燃料噴射弁８を有する内燃機関３の燃料噴射制御装置１であって、内燃機関３の回転数（実施形態における（以下、本項において同じ）エンジン回転数ＮＥ）を検出する回転数検出手段（実施形態における（以下、本項において同じ）クランク角センサ２１）と、内燃機関３の負荷（アクセル開度ＡＰ）を検出する負荷検出手段（アクセル開度センサ２２）と、検出された内燃機関の回転数および負荷に応じて、内燃機関３に要求される要求燃料量ＧＣＹＬを算出する要求燃料量算出手段（ＥＣＵ２、図６のステップ２１）と、内燃機関３の回転数に応じて、筒内燃料噴射弁６から噴射される筒内噴射量のリミット値（上リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ、上リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ）を設定するリミット値設定手段（ＥＣＵ２、図７のステップ３１〜３４）と、算出された要求燃料量ＧＣＹＬが設定された筒内噴射量のリミット値以下のときに、噴射モードを、筒内燃料噴射弁６のみから燃料を噴射する筒内噴射モードに設定し、要求燃料量ＧＣＹＬが筒内噴射量のリミット値よりも大きいときに、噴射モードを、筒内燃料噴射弁６およびポート燃料噴射弁８の双方から燃料を噴射する筒内・ポート噴射モードに設定する噴射モード設定手段（ＥＣＵ２、図７のステップ４０、３８）と、要求燃料量ＧＣＹＬおよび噴射モードに応じて、筒内燃料噴射弁６から噴射される筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎ、およびポート燃料噴射弁８から噴射されるポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎを算出する噴射量算出手段（ＥＣＵ２、図６のステップ２４〜２７）と、を備え、噴射量算出手段は、筒内・ポート噴射モードにおいて、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎを、ポート燃料噴射弁８の最小噴射時間に相当する最小噴射量よりも大きな値に設定し（図６のステップ２５）、筒内噴射量のリミット値は、内燃機関３の回転数に応じて設定された上リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨと、上リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨよりも少なくともポート燃料噴射弁８の最小噴射量だけ小さな下リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬとから、ヒステリシス域を有するように設定され（図９）、噴射モード設定手段は、要求燃料量ＧＣＹＬが上リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨよりも大きいときに、噴射モードを筒内・ポート噴射モードに設定し（図７のステップ３８）、噴射量算出手段は、筒内・ポート噴射モードにおいて、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎを下リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ以下の値（筒内噴射量の最大値ＣＹＬＤ＿ＭＡＸ）に設定するとともに、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎを、要求燃料量ＧＣＹＬから筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎを差し引いた値に設定する（図６のステップ２３〜２５）ことを特徴とする。

この内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、筒内燃料噴射弁から噴射される筒内噴射量のリミット値を、内燃機関の回転数に応じて設定する。筒内燃料噴射弁によって噴射可能な時間すなわち筒内噴射量は、内燃機関の回転数に左右され、回転数が高いほど、より短くなる。したがって、上記のような設定により、筒内噴射量のリミット値を、内燃機関の回転数に応じて適切に設定することができる。

また、本発明では、内燃機関の回転数および負荷に応じて算出された要求燃料量が、筒内噴射量のリミット値以下のときに、噴射モードを筒内噴射モードに設定することによって、燃料を筒内燃料噴射弁のみから噴射する。したがって、上記のように設定されたリミット値による限度内で、筒内噴射を可能な限り適切に行うことができる。それにより、燃料の充填率を向上させるとともに、燃料の気化による吸気の冷却によってノッキングを十分に抑制できるなど、筒内噴射による利点を最大限に得ることができる。

また、要求燃料量が筒内噴射量のリミット値よりも大きいときに、噴射モードを筒内・ポート噴射モードに設定することによって、筒内燃料噴射弁およびポート燃料噴射弁の双方から燃料を噴射する。これにより、筒内噴射だけでは燃料量が不足する場合、その不足分をポート燃料噴射弁によるポート噴射によって適切に補うことができる。

さらに、筒内噴射量およびポート噴射量を、要求燃料量および噴射モードに応じて算出するので、内燃機関に要求される燃料量を過不足なく供給することができる。

また、筒内・ポート噴射モードにおいて、ポート噴射量は、ポート燃料噴射弁の最小噴射時間に相当する最小噴射量よりも大きな値に設定される。この構成によれば、筒内・ポート噴射モードにおけるポート燃料噴射弁の噴射時間として、その最小噴射時間よりも大きな噴射時間が確保されるので、算出されたポート噴射量を確実に噴射することができる。

さらに、筒内噴射量のリミット値が上リミット値と下リミット値からヒステリシス域を有するように設定され、上リミット値と下リミット値との差、すなわちヒステリシス域の幅は、ポート燃料噴射弁の最小噴射量以上に設定される。また、要求燃料量が上リミット値よりも大きいときに、噴射モードを筒内・ポート噴射モードに設定するとともに、そのときの筒内噴射量は下リミット値以下の値に、ポート噴射量は、要求燃料量から筒内噴射量を差し引いた値に設定される。以上の関係から、筒内・ポート噴射モードでのポート噴射量は、ヒステリシス域の幅、すなわちポート燃料噴射弁の最小噴射量よりも常に大きくなる。これにより、最小噴射時間を上回るポート燃料噴射弁の噴射時間を確保でき、設定したポート噴射量を確実に供給することができる。また、それぞれの噴射モードにおいて要求燃料量が過不足なく供給されるので、噴射モードの切換時におけるトルク段差がなくなり、トルクショックなどを抑制することができる。さらに、要求燃料量がヒステリシス域に移行したときに噴射モードを維持することによって、噴射モードのハンチングを防止することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の燃料噴射制御装置１において、噴射量算出手段は、筒内・ポート噴射モードにおいて、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎを下リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬよりも少なくともポート燃料噴射弁８の最小噴射量だけ小さな値（筒内噴射量の最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸ）に設定するとともに、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎを、要求燃料量ＧＣＹＬから筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎを差し引いた値に設定する（図６のステップ２３〜２５）ことを特徴とする。

この構成によれば、筒内・ポート噴射モードにおいて、筒内噴射量は、下リミット値よりも少なくともポート燃料噴射弁の最小噴射量だけ小さな値に設定される。このため、要求燃料量が上リミット値よりも大きな領域からヒステリシス域に移行したことによって、噴射モードが筒内・ポート噴射モードに維持されている状態においても、最小噴射時間を上回るポート燃料噴射弁の噴射時間を確保でき、設定したポート噴射量を確実に供給することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施形態による燃料噴射制御装置１を適用した内燃機関３を概略的に示している。内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば直列４気筒の４サイクルガソリンエンジンである。

エンジン３のシリンダヘッド３ｃには、吸気管４および排気管５が接続されるとともに、気筒３ａごとに、筒内燃料噴射弁６および点火プラグ７（図２参照）が、燃焼室３ｄに臨むように取り付けられている（いずれも１つのみ図示）。この筒内燃料噴射弁６は、第１燃料ポンプ（図示せず）で高圧に昇圧された燃料を、燃焼室３ｄ内の点火プラグ７の付近に噴射する。また、筒内燃料噴射弁６の開弁時間および開弁時期と点火プラグ７の点火時期は、制御装置１の後述するＥＣＵ２によって制御される。

エンジン３には、クランク角センサ２１が設けられている。クランク角センサ２１は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップ（いずれも図示せず）で構成されており、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号（図１０参照）をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒３ａにおいて、ピストン３ｂが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定のクランク角度位置にあることを表す信号であり、本実施形態のように４気筒の場合には、クランク角１８０゜ごとに出力される。

また、ＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号には、所定のクランク角度位置に、気筒３ａを判別するためのパルス信号である気筒判別信号が含まれている。ＥＣＵ２は、これらの３つの信号に基づいて、燃料噴射制御用のクランク角ステージＦＩＳＴＧ＃ｎを気筒３ａごとに算出する。このクランク角ステージＦＩＳＴＧ＃ｎは、各気筒３ａにおいて、所定のクランク角（例えばＴＤＣ信号の発生クランク角）を基準として、１燃焼サイクルに相当する７２０°のクランク角を３０゜ごとに区分し、順にステージ番号０〜２３を割り当てたものである。なお、このＦＩＳＴＧ＃ｎの添え字「＃ｎ」は、そのパラメータが気筒３ａごとに設定されることを表しており（ｎ＝１〜４）、このことは該当する他のパラメータについても同様である。

吸気管４の吸気マニホルドには、ポート燃料噴射弁８が、気筒３ａごとに、吸気ポート３ｆに臨むように設けられている。ポート燃料噴射弁８は、第２燃料ポンプ（図示せず）で昇圧された燃料を吸気ポート３ｆに噴射する。ポート燃料噴射弁８の開弁時間および開弁時期は、ＥＣＵ２によって制御される。

また、吸気管４には、スロットル弁機構９が設けられている。スロットル弁機構９は、吸気管４内に配置された回動自在のスロットル弁９ａと、これを駆動するＴＨアクチュエータ９ｂを有している。ＴＨアクチュエータ９ｂは、モータとギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの制御信号で駆動され、それにより、スロットル弁９ａの開度が変化することで、吸入空気量が制御される。

ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ２２から、アクセルペダルの操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、エンジン水温センサ２３から、エンジン３の本体内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを表す検出信号が、それぞれ出力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述したセンサ２１〜２３からの検出信号に応じて、エンジン３の運転状態を判別し、エンジン３の燃焼モードを決定する。また、決定した燃焼モードに従って、筒内燃料噴射弁６およびポート燃料噴射弁８を制御する燃料噴射制御や、スロットル弁機構９を制御する吸入空気量制御などを実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、要求燃料量算出手段、リミット値設定手段、噴射モード設定手段および噴射量算出手段に相当する。

上記の燃焼モードは、次の成層自己着火燃焼モード、成層火炎伝播燃焼モード、および均質火炎伝播燃焼モードで構成されている。

（１）成層自己着火燃焼モード
圧縮行程中に筒内燃料噴射弁６から燃料を噴射することにより、成層混合気を生成し、これを自己着火燃焼させる燃焼モード
（２）成層火炎伝播燃焼モード
圧縮行程中に筒内燃料噴射弁６から燃料を噴射することにより、成層混合気を生成し、これを点火プラグ７による火花点火により火炎伝播燃焼させる燃焼モード
（３）均質燃焼モード
吸気行程中に筒内燃料噴射弁６から燃料を噴射することにより、均質混合気を生成し、これを火花点火により火炎伝播燃焼させる燃焼モード。また、エンジン３に要求される要求燃料量ＧＣＹＬに対して、筒内燃料噴射弁６による筒内噴射だけでは燃料量が不足する場合には、これを補うために、排気行程の終期から吸気行程にかけて、ポート燃料噴射弁８によるポート噴射が併せて実行される。

また、上記の燃焼モードは、次のようにして決定される。まず、図３の要求トルク算出処理により、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、エンジン３に要求される要求トルクＰＭＣＭＤを算出する（ステップ１）。

次に、図４の燃焼モード決定処理により、エンジン回転数ＮＥと算出した要求トルクＰＭＣＭＤに応じて、燃焼モードを決定する。まず、そのステップ１１では、図５のマップを参照することによって、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤが、低中回転・中負荷域に相当する第１運転域にあるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、燃焼モードを成層自己着火燃焼モードに決定するとともに、燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤを「１」にセットする（ステップ１２）。

ステップ１１の判別結果がＮＯのときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤが、低中回転・低負荷域に相当する第２運転域にあるか否かを判別する（ステップ１３）。この判別結果がＹＥＳのときには、燃焼モードを成層火炎伝播燃焼モードに決定するとともに、燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤを「２」にセットする（ステップ１４）。

ステップ１３の判別結果がＮＯで、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤが第１および第２運転域以外の第３運転域にあるときには、燃焼モードを均質火炎伝播燃焼モードに決定するとともに、燃焼モード値ＳＴＳ＿ＢＵＲＮＣＭＤを「３」にセットする（ステップ１５）、本処理を終了する。

次に、上記の燃焼モードのうち、均質燃焼モード用の燃料噴射制御処理を、図６を参照しながら説明する。本処理は、ＣＲＫ信号が発生するごとに、これに同期して実行される。

まず、ステップ２１では、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、エンジン３の各気筒３ａに要求される要求燃料量ＧＣＹＬを算出する。

次に、筒内噴射量ＧＣＹＬＤのリミット処理を実行する（ステップ２２）。このリミット処理は、筒内噴射量ＧＣＹＬＤの最大値を算出するとともに、噴射モードを、筒内燃料噴射弁６による筒内噴射のみを実行する筒内噴射モード（以下「ＤＩモード」という）と、筒内噴射とポート燃料噴射弁８によるポート噴射を併用する筒内・ポート噴射モード（以下「ＤＩ・ＰＩモード」という）に、気筒３ａごとに切り換えて設定するものである。

図７はそのサブルーチンを示している。まず、ステップ３１において、エンジン回転数ＮＥおよびエンジン水温ＴＷに応じ、図８のマップを検索することによって、筒内燃料噴射弁６の噴射時間（以下「筒内噴射時間」という）の上リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨを算出する。このマップでは、上リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、筒内燃料噴射弁６で噴射可能な時間が短くなるため、より小さな値に設定されている。また、上リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨは、エンジン水温ＴＷが低いほど、筒内噴射による吸気の冷却の必要性が低くなるため、より小さな値に設定されている。

次に、算出した上リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨを用い、次式（１）によって、筒内噴射時間の下リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬを算出する（ステップ３２）。
ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ
＝ ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ−ＤＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴ ……（１）
ここで、ＤＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴは、所定のヒステリシス量であり、ポート燃料噴射弁８の最小噴射時間よりも若干大きな値に設定されている。以上のように、筒内噴射時間のリミット値は、上下のリミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ／Ｌから、所定のヒステリシス量ＤＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴを有するように設定される。

次いで、筒内噴射時間の上リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨおよび下リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬを、所定の噴射時間−噴射量変換テーブル（図示せず）を検索することによって、筒内噴射量の上リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨおよび下リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬにそれぞれ変換する（ステップ３３、３４）。

次に、筒内噴射時間の最大値ＴＣＹＬＤ＿ＭＡＸを、次式（２）によって算出する（ステップ３５）。
ＴＣＹＬＤ＿ＭＡＸ
＝ ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ−ＤＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴ ……（２）
このように、筒内噴射時間の最大値ＴＣＹＬＤ＿ＭＡＸは、下リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬからさらにヒステリシス量ＤＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴを差し引いた値に設定される。

次いで、算出した筒内噴射時間の最大値ＴＣＹＬＤ＿ＭＡＸを、噴射時間−噴射量変換テーブルを検索することによって、筒内噴射量の最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸに変換する（ステップ３６）。

次に、図６のステップ２１で算出した要求燃料量ＧＣＹＬが、筒内噴射量の上リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨよりも大きいか否かを判別する（ステップ３７）。この判別結果がＹＥＳで、ＧＣＹＬ＞ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨのときには、要求燃料量ＧＣＹＬに対して筒内噴射だけでは燃料量が不足するため、噴射モードをＤＩ・ＰＩモードに設定し、ポート噴射を併せて実行するものとして、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴを「１」にセットする（ステップ３８）。

一方、ステップ３７の判別結果がＮＯのときには、要求燃料量ＧＣＹＬが筒内噴射量の下リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ以下であるか否かを判別する（ステップ３９）。この判別結果がＹＥＳで、ＧＣＹＬ≦ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬのときには、要求燃料量ＧＣＹＬに対して筒内噴射だけで燃料量が足りるため、噴射モードをＤＩモードに設定し、ポート噴射を実行しないものとして、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴを「０」にセットする（ステップ４０）。

また、ステップ３９の判別結果がＮＯで、ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ＜ＧＣＹＬ≦ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨのとき、すなわち要求燃料量ＧＣＹＬが上下のリミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ／Ｌで規定されるヒステリシス域にあるときには、そのまま本処理を終了する。すなわち、この場合には、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴが前回値に維持され、噴射モードの切換は行われない。

前記ステップ３８または４０に続くステップ４１では、気筒３ａごとのクランク角ステージＦＩＳＴＧ＃ｎが、所定の下限値ＰＩＳＥＴＳＤＬ（例えば６）以上で、かつ所定の上限値ＰＩＳＥＴＳＤＨ（例えば１７）以下であるか否かを判別する。これらの下限値ＰＩＳＥＴＳＤＬと上限値ＰＩＳＥＴＳＤＬで規定されるクランク角度区間は、圧縮行程の始期から膨張行程の終期に相当する。

このステップ４１の判別結果がＹＥＳで、エンジン３が圧縮行程または膨張行程にあるときには、その気筒３ａの気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃ｎを、ステップ３８または４０でセットされたポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴの値にセットし（ステップ４２）、本処理を終了する。すなわち、この場合には、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴが「０」と「１」の間で切り換えられているとすると、それに応じて、気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃ｎも同様に切り換えられ、噴射モードの切換が許可される。

一方、ステップ４１の判別結果がＮＯで、エンジン３が排気行程または吸気行程にあるときには、気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃ｎをその前回値Ｆ＿ＤＬＭＴ＃ｎｚに維持し（ステップ４３）、本処理を終了する。すなわち、この場合には、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴが「０」と「１」の間で切り換えられたとしても、気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃ｎの切換は行われず、噴射モードの切換が禁止される。

図６に戻り、上述したステップ２２の筒内噴射量リミット処理に続くステップ２３では、気筒別ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴ＃ｎが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、その気筒３ａの噴射モードがＤＩ・ＰＩモードのときには、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎを、図７のステップ３６で算出した最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸに設定する（ステップ２４）。また、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎを、要求燃料量ＧＣＹＬと最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸとの差（＝ＧＣＹＬ−ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸ）に設定し（ステップ２５）、本処理を終了する。

一方、前記ステップ２３の判別結果がＮＯで、その気筒３ａの噴射モードがＤＩモードのときには、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎを要求燃料量ＧＣＹＬに設定する（ステップ２６）。また、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎを値０に設定し（ステップ２７）、本処理を終了する。

以下、図９を参照しながら、上述した燃料噴射制御によって得られる動作をとりまとめて説明する。まず、エンジン回転数ＮＥおよびエンジン水温ＴＷに応じて、筒内噴射時間の上リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨが算出され（ステップ３１）、この上リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨから所定のヒステリシス量をＤＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴを順次、差し引くことによって、筒内噴射時間の下リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬおよび最大値ＴＣＹＬＤ＿ＭＡＸが算出される（ステップ３２、３５）。さらに、これら３つの値が、噴射時間−噴射量変換テーブルを用いて噴射量に変換され、筒内噴射量の上リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ、下リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬおよび最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸが求められる（ステップ３３、３４、３６）。

次に、要求燃料量ＧＣＹＬと上記の筒内噴射量の３つのパラメータとの関係から、以下のケースＡ〜Ｄに応じて、噴射モードが設定されるとともに、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎおよびポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎが算出される。

・ケースＡ（ＧＣＹＬ≦ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ）
要求燃料量ＧＣＹＬが下リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ以下のときには、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴが「０」にセットされ（ステップ４０）、噴射モードがＤＩモードに設定される。これに伴い、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎが要求燃料量ＧＣＹＬに設定される（ステップ２６）とともに、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎは値０に設定される（ステップ２７）。

・ケースＢ（ＧＣＹＬ：ケースＡからのヒステリシス域）
上記のケースＡから要求燃料量ＧＣＹＬが増大し、上下のリミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ／Ｌ間のヒステリシス域に移行したときには（ステップ３９：ＮＯ）、噴射モードはＤＩモードに維持される。その結果、ケースＡと同様、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎは要求燃料量ＧＣＹＬに、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎは値０に、それぞれ設定される。この場合、要求燃料量ＧＣＹＬは上リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨよりも小さいので、筒内噴射のみで要求燃料量ＧＣＹＬを供給することができる。

・ケースＣ（ＧＣＹＬ＞ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ）
上記のケースＢから要求燃料量ＧＣＹＬがさらに増大し、上リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨを上回ると、ポート噴射実行フラグＦ＿ＤＬＭＴが「１」にセットされ（ステップ３８）、噴射モードがＤＩ・ＰＩモードに切り換えられる。これに伴い、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎは最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸに設定される（ステップ２４）とともに、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎは、要求燃料量ＧＣＹＬから最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸを差し引いた値（＝ＧＣＹＬ−ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸ）に設定される（ステップ２５）。

図９から明らかなように、このときのポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎは、ポート噴射時間のヒステリシス量ＤＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴに相当する噴射量の２倍よりも大きな値になる。前述したように、このヒステリシス量ＤＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴは、ポート燃料噴射弁８の最小噴射時間よりも若干大きな値に設定されている。以上の関係から、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎが上記のように設定されることにより、ポート燃料噴射弁８の最小噴射時間の２倍を上回るポート噴射時間が確保されるので、ポート噴射量弁ＧＣＹＬＰ＃ｎを余裕をもって確実に供給することができる。

・ケースＤ（ＧＣＹＬ：ケースＣからのヒステリシス域）
上記のケースＣから要求燃料量ＧＣＹＬが減少し、上下のリミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ／Ｌ間のヒステリシス域に移行したときには、噴射モードはＤＩ・ＰＩモードに維持される。その結果、ケースＣと同様、筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎは最大値ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸに、ポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎは（ＧＣＹＬ−ＧＣＹＬＤ＿ＭＡＸ）に、それぞれ設定される。図９に示すように、この場合には、ポート燃料噴射弁８の最小噴射時間を上回るポート噴射時間が確保されるので、ポート噴射量弁ＧＣＹＬＰ＃ｎを確実に供給することができる。

以上のように、本実施形態によれば、筒内噴射量の上下のリミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ／Ｌをエンジン回転数ＮＥに応じて設定するとともに、要求燃料量ＧＣＹＬが下リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ以下のときに、噴射モードをＤＩモードに設定するので、エンジン回転数ＮＥに応じた限度内で、筒内噴射を可能な限り適切に行うことができる。それにより、燃料の充填率を向上させるとともに、燃料の気化による吸気の冷却によってノッキングを十分に抑制できるなど、筒内噴射による利点を最大限に得ることができる。

また、要求燃料量ＧＣＹＬが筒内噴射量の上リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨよりも大きいときに、噴射モードをＤＩ・ＰＩモードに設定するので、筒内噴射だけでは燃料量が不足する場合、その不足分をポート噴射によって適切に補うことができる。以上により、エンジン３に要求される要求燃料量ＧＣＹＬを過不足なく供給することができる。さらに、要求燃料量ＧＣＹＬが上下のリミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ／Ｌのヒステリシス域にあるときには、噴射モードが維持されるので、噴射モードのハンチングを防止することができる。

さらに、このヒステリシス域の幅を、ポート燃料噴射弁８の最小噴射時間に相当する最小噴射量以上に設定し、筒内噴射量の最大値ＧＣＹＬ＿ＭＡＸを、下リミット値ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬよりもさらにヒステリシス域の幅だけ小さな値に設定するとともに、ＤＩ・ＰＩモードでは、この最大値ＧＣＹＬ＿ＭＡＸを筒内噴射量ＧＣＹＬＤ＃ｎとして設定する。このような設定により、ＤＩ・ＰＩモードでのポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎは、要求燃料量ＧＣＹＬがヒステリシス域にある場合も含めて、ポート燃料噴射弁８の最小噴射量よりも常に大きくなる。これにより、最小噴射時間を上回るポート燃料噴射弁８の噴射時間を確保でき、したがって、設定したポート噴射量ＧＣＹＬＰ＃ｎを確実に供給することができる。

以上により、ＤＩモードおよびＤＩ・ＰＩモードのいずれにおいても、要求燃料量ＧＣＹＬを過不足なく供給できるので、噴射モードの切換時におけるトルク段差がなくなり、トルクショックなどを抑制することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、筒内噴射時間の上リミット値ＴＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨを設定する際のエンジンパラメータとして、エンジン回転数ＮＥおよびエンジン水温ＴＷを用いているが、エンジン回転数ＮＥを必須とし、エンジン水温ＴＷに加えて、またはこれに代えて、他の適当なパラメータを用いてもよい。また、実施形態では、筒内噴射時間の上下のリミット値および最大値を求めた後、これらを筒内噴射量のリミット値などに変換しているが、そのような変換を行わずに、筒内噴射量のリミット値などをダイレクトに求めてもよい。

さらに、実施形態は、内燃機関の燃焼モードが均質燃焼モードを含む３つの燃焼モードで構成され、そのうちの均質燃焼モードに本発明を適用した例であるが、筒内噴射モードとポート噴射モードが切り換えられる燃焼モードである限り、本発明を適用してもよいことはもちろんである。

また、本実施形態は、本発明を車両用のエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、クランク軸を鉛直方向に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンや他の産業用の内燃機関に適用してもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本実施形態による燃料噴射制御装置を適用した内燃機関を概略的に示す図である。 燃料噴射制御装置のブロック図である。 要求トルク算出処理を示すフローチャートである。 燃焼モードの決定処理を示すフローチャートである。 図４の処理で用いられるマップである。 均質燃焼モード用の燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。 筒内噴射量のリミット処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 図７の処理で用いられるマップである。 燃料噴射制御による各種のパラメータおよび噴射モードの設定状況を示す図である。

符号の説明

１ 燃料噴射制御装置
２ ＥＣＵ（要求燃料量算出手段、リミット値設定手段、噴射モード設定手段、噴射量 算出手段）
３ エンジン
３ａ 気筒
３ｆ 吸気ポート
６ 筒内燃料噴射弁
８ ポート燃料噴射弁
２１ クランク角センサ（回転数検出手段）
２２ アクセル開度センサ（負荷検出手段）
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の回転数）
ＡＰ アクセル開度（内燃機関の負荷）
ＧＣＹＬ 要求燃料量
ＧＦＰＩ 要求ポート噴射量
ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＨ 筒内噴射量の上リミット値
ＧＣＹＬＤ＿ＬＭＴＬ 筒内噴射量の下リミット値
ＧＣＹＬＤ＃ｎ 筒内噴射量
ＧＣＹＬＰ＃ｎ ポート噴射量

Claims (2)

1. 気筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート燃料噴射弁を有する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、
   前記検出された内燃機関の回転数および負荷に応じて、前記内燃機関に要求される要求燃料量を算出する要求燃料量算出手段と、
   前記内燃機関の回転数に応じて、前記筒内燃料噴射弁から噴射される筒内噴射量のリミット値を設定するリミット値設定手段と、
   前記算出された要求燃料量が前記設定された筒内噴射量のリミット値以下のときに、噴射モードを、前記筒内燃料噴射弁のみから燃料を噴射する筒内噴射モードに設定し、前記要求燃料量が前記筒内噴射量のリミット値よりも大きいときに、前記噴射モードを、前記筒内燃料噴射弁および前記ポート燃料噴射弁の双方から燃料を噴射する筒内・ポート噴射モードに設定する噴射モード設定手段と、
   前記要求燃料量および前記噴射モードに応じて、前記筒内燃料噴射弁から噴射される筒内噴射量、および前記ポート燃料噴射弁から噴射されるポート噴射量を算出する噴射量算出手段と、を備え、
   前記噴射量算出手段は、前記筒内・ポート噴射モードにおいて、前記ポート噴射量を、前記ポート燃料噴射弁の最小噴射時間に相当する最小噴射量よりも大きな値に設定し、
   前記筒内噴射量のリミット値は、前記内燃機関の回転数に応じて設定された上リミット値と、当該上リミット値よりも少なくとも前記ポート燃料噴射弁の前記最小噴射量だけ小さな下リミット値とから、ヒステリシス域を有するように設定され、
   前記噴射モード設定手段は、前記要求燃料量が前記上リミット値よりも大きいときに、前記噴射モードを前記筒内・ポート噴射モードに設定し、
   前記噴射量算出手段は、前記筒内・ポート噴射モードにおいて、前記筒内噴射量を前記下リミット値以下の値に設定するとともに、前記ポート噴射量を、前記要求燃料量から前記筒内噴射量を差し引いた値に設定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記噴射量算出手段は、前記筒内・ポート噴射モードにおいて、前記筒内噴射量を、前記下リミット値よりも少なくとも前記ポート燃料噴射弁の前記最小噴射量だけ小さな値に設定するとともに、前記ポート噴射量を、前記要求燃料量から前記筒内噴射量を差し引いた値に設定することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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