JP5011413B2 - 筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置 - Google Patents

筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置 Download PDF

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Description

本発明は、燃料を燃焼室内部に直接噴射する燃料噴射弁を備えた筒内直接燃料噴射方式内燃機関の燃料噴射装置およびその制御装置に関する。
現在の車両（自動車）は、環境保全の観点から自動車の排出ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ），炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）等の排出ガス物質の削減、および燃料消費量の削減が求められている。これらの削減を目的として、筒内直接燃料噴射方式内燃機関の開発が行われている。筒内直接燃料噴射方式内燃機関は、燃料噴射弁による燃料噴射を気筒の燃焼室内に直接行うことにより、排出ガス物質の削減及び燃料消費量の削減、エンジン出力の向上等を図っている。
排ガス物質としては粒子状物質、いわゆるパティキュレートマター（以下ＰＭ）の排出粒子数がある。ここで、ＰＭ排出粒子数とは、所定の運転パターンで車両を運転した際に、排出されるＰＭ粒子の総排出粒子数である。近年では、車両用エンジン、特に筒内直接燃料噴射方式内燃機関に対しては、ＰＭ排出粒子数を低減する必要性が高まっている。
スモークや未燃ガス、そして前記ＰＭ排出粒子数の低減を目的として、筒内直接燃料噴射方式内燃機関の運転時には、該内燃機関が必要とする燃料量を複数回に分割して噴射することが知られている。
例えば、燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁を備えた筒内噴射式内燃機関において、吸気行程の前期，中期，後期にそれぞれ少なくとも１回ずつ燃料を噴射し、かつ各々の燃料噴射量を噴射のタイミングにおける単位時間当たりの吸入空気流量の比に対応させる筒内噴射式内燃機関が提案されている（特許文献１）。
特開２００７−１７７７３１号公報
本発明の課題は、エンジンから排出される排ガス中のＴＨＣ，ＣＯ，ＰＭを低減することである。この課題を解決するために本発明者らは、分割噴射を行う場合、各噴射のタイミングにおける該内燃機関の筒内の混合気の均質性に着目した。筒内に流入する吸入空気量と各噴射の燃料量とのバランスが崩れると、筒内に局所的なリッチ混合気を生成し、混合気の均質性が損なわれる。その結果、排気に含まれるＴＨＣ，ＣＯ，ＰＭの増加が生じるとともに、出力と燃費の低下が生じる。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、筒内直接燃料噴射方式内燃機関において、分割噴射を行い、内燃機関が運転状態にあるとき、各噴射における筒内の混合気の均質性を向上させ、筒内の局所的リッチ混合気の生成を抑制することで、排気に含まれるＴＨＣ，ＣＯ，ＰＭを低減し、かつ出力と燃費の向上を図った筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置を提供することにある。
吸気行程中に複数回の燃料噴射を行う筒内噴射式内燃機関の制御方法であって、吸気行程中の合計燃料噴射量に対する任意の燃料噴射終了時点での積算燃料量の比である燃料噴射量割合と、吸気行程中にピストンが上死点から下死点まで移動する距離に対する燃料噴射終了時点での上死点からのピストン移動距離の比であるピストン移動割合との比が、一定値となるように燃料噴射量を制御することを特徴とする制御方法である。
本発明によれば、筒内の局所的リッチ混合気の生成を抑制し、結果として、排気に含まれるＴＨＣ，ＣＯ，ＰＭを低減し、かつ出力と燃費の向上を得ることができる。
本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成を示すシステム構成図である。 本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置の構成を示すシステムブロック図である。 本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における制御プログラムの特性における燃料の分割噴射回数を決定するための制御マップの説明図である。 本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における制御プログラムの特性における分割噴射の各噴射のタイミングを決定するための制御マップの説明図である。 本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における可変バルブ機構の特性の説明図である。 本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における運転領域についての説明図である。 本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、吸気バルブおよび排気バルブの設定の代表例である。 本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における該内燃機関のクランク角度当たりのピストン移動速度ｄｘ／ｄθについての説明図である。 本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、前記内燃機関のピストンが吸気上死点にあるときから１回目の噴射終了時期までのピストン移動距離、および前記１回目の噴射以降は、直前の噴射終了時期から当該噴射終了時期までのピストン移動距離ｘ(ｉ)（ｉは分割噴射回数：［回目］）と、前記ピストン移動距離に対応する噴射パルス幅ｗ(ｉ)の比αの特性についての説明図である。 本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、前記内燃機関のピストンが吸気上死点にあるときから１回目の噴射終了時期までのピストン移動距離、および前記１回目の噴射以降は、直前の噴射終了時期から当該噴射終了時期までのピストン移動距離ｘ(ｉ)（ｉは分割噴射回数：［回目］）と、前記ピストン移動距離に対応する噴射パルス幅ｗ(ｉ)の比αの特性についての説明図である。 本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における分割噴射制御の説明図である。 本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における分割噴射の制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による３回噴射の場合の、ピストン移動速度ｄｘ／ｄθとピストン移動距離ｘとαとインジェクタを駆動する噴射信号の関係を示している。 本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による、サイクル内でα(ｉ)を一定として分割噴射制御を行った場合の、吸気行程における筒内の混合気の空燃比の推移を示している。 本発明の第２の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成図である。 本発明の第２の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムブロック図である。 本発明の第２の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における制御プログラムの特性における分割噴射の噴射比率を決定するための制御マップの説明図である。 本発明の第２の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における分割噴射の制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による３回噴射の場合の、ピストン移動速度ｄｘ／ｄθとピストン移動距離ｘとαとインジェクタを駆動する噴射信号の関係を示している。 本発明の第２の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による吸気バルブ開弁時期が進角する場合の、吸気バルブリフト量とαとインジェクタを駆動する噴射信号の関係を示している。 本発明の第２の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による、サイクル内でα(ｉ)を一定として分割噴射制御を行った場合の、吸気行程における筒内の混合気の空燃比の推移を示している。 本発明の第３の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、前記内燃機関のピストンが吸気上死点にあるときから１回目の噴射終了時期までのピストン移動距離、および前記１回目の噴射以降は、直前の噴射終了時期から当該噴射終了時期までのピストン移動距離ｘ(ｉ)（ｉは分割噴射回数：［回目］）と、前記ピストン移動距離に対応する噴射パルス幅ｗ(ｉ)の比αの特性についての説明図である。 本発明の第３の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、前記内燃機関のピストンが吸気上死点にあるときから１回目の噴射終了時期までのピストン移動距離、および前記１回目の噴射以降は、直前の噴射終了時期から当該噴射終了時期までのピストン移動距離ｘ(ｉ)（ｉは分割噴射回数：［回目］）と、前記ピストン移動距離に対応する噴射パルス幅ｗ(ｉ)の比αの特性についての説明図である。 本発明の第３の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における分割噴射の制御内容を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による吸気バルブ開弁時期が遅角する場合の、吸気バルブリフト量とαとインジェクタを駆動する噴射信号の関係を示している。 本発明の第３の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による、該内燃機関が冷機状態にあるとき、サイクル内でα(ｉ)を単調増加させ、分割噴射制御を行った場合の、吸気行程における筒内の混合気の空燃比の推移を示している。 本発明の第３の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による、該内燃機関の吸気バルブ開弁時期が遅角されるとき、サイクル内でα(ｉ)を単調増加させ、分割噴射制御を行った場合の、吸気行程における筒内の混合気の空燃比の推移を示している。
本発明の実施形態は以下のようなものである。
すなわち、吸気行程中に複数回の燃料噴射を行う筒内噴射式内燃機関の制御方法であって、吸気行程中の合計燃料噴射量に対する任意の燃料噴射終了時点での積算燃料量の比である燃料噴射量割合と、ピストンが上死点から下死点まで移動する距離に対する前記燃料噴射終了時点での上死点からの移動距離の比であるピストン移動割合とが一定値となるように各分割噴射の燃料噴射タイミングとそれぞれの燃料噴射量を制御する。
燃料噴射量割合は、その運転状態において要求される目標空燃比等により決定され、本実施例においては理論空燃比(ストイキ空燃比)である。分割噴射の各噴射が終了した時点での燃料室内の空燃比が目標空燃比よりもリッチ側にならないように制御することで、燃料室内において、空燃比がリッチとなるリッチ領域をできるだけ生成させないように制御することが重要である。このリッチ領域が排気ガスの悪化の原因となるからである。
また、燃料噴射量は燃料パルス幅に比例するため、燃料噴射量を燃料パルス幅に置き換えても良い。ここで、「一定値」は、その時点での内燃機関の運転状態や、外部(ユーザ)等から要求される目標空燃比と相関する値となる。分割噴射の各燃料噴射量や燃料パルス幅を合計することで総燃料噴射燃料量が算出され、ピストンの移動距離から、燃焼室内に流入した空気量を算出できるため、これらの比を一定値となるように制御することは、吸気行程中に分割噴射をすることにより燃焼室内における時々刻々と変化する燃料量と空気量との比すなわち空燃比を一定値となるように制御することに他ならないからである。
また、分割噴射の最後の燃料噴射終了時点がピストン下死点でない場合には、最後の燃料噴射終了時点で燃焼室内は目標空燃比よりもややリッチ側に振れその後に燃料室内に流入する吸気により目標空燃比と一致させる。最後の燃料噴射が必ずピストンが吸気行程の下死点にきたときに噴き終わるように制御するとは限らず、最後の燃料噴射が吸気行程下死点よりも進角側で噴き終わる場合には、噴き終わりから吸気行程が終了するまでの間は、燃焼室内は目標空燃比よりもリッチ側に空燃比がシフトする。この場合であっても、噴き終わり時点で燃焼室内が目標空燃比になるように、すなわち燃料噴射割合又は燃料噴射パルス幅割合とピストン移動割合との比が一定値となるように制御することが重要である。
内燃機関のピストン移動距離と各噴射パルス幅の比を、運転条件毎に設定し、ピストン移動距離と各噴射パルス幅の比に従い、分割して燃料噴射を行う。運転条件に合わせて適切な燃料噴射制御を行うことができる。
好ましくは、ピストン距離と各噴射パルス幅の比を、目標空燃比と吸気圧力、あるいは目標空燃比と吸入空気量から算出する。
好ましくは、吸気バルブ進角時は、ピストン移動距離と各噴射パルス幅の比を、吸気バルブ遅角時の値以上とし、かつサイクル内で一定になるように分割して燃料を噴射する。
好ましくは、内燃機関が冷機時であるとき、ピストン移動距離と各噴射パルス幅の比が、サイクル内で単調増加するように分割して燃料を噴射する。
冷機始動時は排気ガスの改善が最も要求される場面であるため、冷機始動時に本発明にかかる実施例を実施することにより大きな効果を得ることができる。
好ましくは、吸気バルブ遅角時は、ピストン移動距離と各噴射パルス幅の比が、サイクル内で単調増加するように分割して燃料を噴射する。
以下、図１〜図１２を用いて、本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置の構成および動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成を示すシステム構成図である。
エンジン１００は、火花点火式燃焼を実施する自動車用のガソリンエンジンである。吸入空気量を計測するエアフローセンサ１８と、吸気管圧力を調整する電子制御スロットル１６と、吸入空気温度検出器の一態様であって吸入空気の温度を計測する吸気温度センサ１７が、吸気管１５の各々の適宜位置に備えられている。また、エンジン１００には、該気筒の燃焼室８の中に燃料を噴射する燃料噴射装置（以下、インジェクタ）１３と、点火エネルギを供給する点火プラグ１４が気筒毎に備えられ、エンジンの冷却水の温度を計測する冷却水温度センサ９がエンジン１００の適宜位置に備えられている。また、筒内に流入する吸入ガスを調整する吸気バルブ可変装置７ａと筒内から流出する排出ガスを調整する排気バルブ可変装置７ｂとから構成される可変バルブ７が、エンジン１００の各々の適宜位置に備えられている。可変バルブ７を調整することにより、吸入ガス量およびＥＧＲ量を調整する。
さらに、エンジン１００は、圧力調整器の一態様であって、インジェクタ１３に燃料を供給する燃料ポンプ２１が、エンジン１００の適宜位置に備えられている。また、燃料ポンプ２１は、燃料圧力検出器の一態様であって燃料の圧力を計測する燃料圧力センサ２０が備えられている。
さらに、排気を浄化する三元触媒５と、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒５の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ４と、排気温度検出器が一態様であって、三元触媒５の上流側にて排気の温度を計測する排気温度センサ３とが排気管６の各々の適宜位置に備えられている。また、クランク軸１１には、回転角度およびピストン１２の移動距離を算出するためのクランク角度センサ１０が備えられている。
エアフローセンサ１８と吸気温度センサ１７と冷却水温度センサ９と燃料圧力センサ２０と空燃比センサ４と排気温度センサ３とから得られる信号は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵ）１に送られる。また、アクセル開度センサ２から得られる信号がＥＣＵ１に送られる。アクセル開度センサ２は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。ＥＣＵ１は、アクセル開度センサ２の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ２は、エンジン１００への要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ＥＣＵ１は、クランク角度センサ１０の出力信号に基づいて、エンジン１００の回転速度およびピストン１２の移動距離を演算する。ＥＣＵ１は、前記各種センサの出力から得られるエンジン１００の運転状態に基づき、空気流量，燃料噴射量，点火時期等のエンジン１００の主要な作動量を最適に演算する。
ＥＣＵ１で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ１３に送られる。また、ＥＣＵ１で演算された点火時期で点火されるように、点火プラグ駆動信号が点火プラグ１４に送られる。またＥＣＵ１で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル１６へ送られる。また、ＥＣＵ１で演算された可変バルブの作動量は、可変バルブ駆動信号として可変バルブ７へ送られる。また、ＥＣＵ１で演算された燃料ポンプの作動量は、燃料ポンプ駆動信号として燃料ポンプ２１へ送られる。
吸気管１５から吸気バルブを経て燃焼室８内に流入した空気に対し、燃料が噴射され、混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ１４から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストン１２を押し下げてエンジン１００の駆動力となる。さらに、爆発後の排気は排気管６を経て、三元触媒５に送りこまれ、排気成分は三元触媒５内で浄化され、外部へと排出される。
次に、図２を用いて、実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置の構成について説明する。
図２は、本発明を第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置の構成を示すシステムブロック図である。
アクセル開度センサ２，排気温度センサ３，空燃比センサ４，冷却水温度センサ９，クランク角度センサ１０，吸気温度センサ１７，エアフローセンサ１８，燃料圧力センサ２０の出力信号は、ＥＣＵ１の入力回路２０ａに入力する。ただし、入力信号はこれらだけに限られない。入力された各センサの入力信号は、入出力ポート２０ｂ内の入力ポートに送られる。入出力ポート２０ｂに送られた値は、ＲＡＭ２０ｃに保管され、ＣＰＵ２０ｅで演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ２０ｄに予め書き込まれている。
制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ２０ｃに保管された後、入出力ポート２０ｂの出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。本実施形態の場合は、駆動回路として、電子制御スロットル駆動回路２０ｆ，インジェクタ駆動回路２０ｇ，点火出力回路２０ｈ，可変バルブ駆動回路２０ｉ，燃料ポンプ駆動回路２０ｊがある。各回路は、それぞれ、電子制御スロットル１６，インジェクタ１３，点火プラグ１４，可変バルブ７，燃料ポンプ２１を制御する。本実施形態においては、ＥＣＵ１内に前記駆動回路を備えた装置であるが、これに限るものではなく、前記駆動回路のいずれかをＥＣＵ１内に備えるものであってもよい。
次に、図３，図４を用いて、本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における制御プログラムの特性について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における制御プログラムの特性における燃料の分割噴射回数を決定するための制御マップの説明図である。本実施形態では、インジェクタ１３から燃料を複数回に分割して噴射する制御マップを備えており、アクセル開度センサ２の出力信号から演算される要求トルクと、クランク角度センサ１０の出力信号から演算されるエンジン１００の回転速度と、燃料圧力センサ２０の出力信号から演算される燃料圧力とから、各運転条件に最適となる燃料の分割噴射回数を設定することができる。
図４は、本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における制御プログラムの特性における分割噴射の各噴射のタイミングを決定するための制御マップの説明図である。本実施形態では、インジェクタ１３から燃料を複数回に分割して噴射する制御マップを備えており、アクセル開度センサ２の出力信号から演算される要求トルクと、クランク角度センサ１０の出力信号から演算されるエンジン１００の回転速度と、燃料圧力センサ２０の出力信号から演算される燃料圧力とから、各運転条件に最適となる燃料の分割噴射回数を設定した後、図４に示す分割噴射の制御マップに従って、各噴射のタイミングを設定することができる。また、各噴射のタイミングは、それぞれが重なり合うことなく、間欠的に設定される。本実施形態においては、要求トルクとエンジン回転速度から演算される、噴射毎の制御マップを備えているが、これに限るものではなく、前記要求トルクおよびエンジン回転速度のいずれかから演算される制御マップを備えるものであってもよい。さらに、図４に示す噴射毎の制御マップの数は、前記分割噴射回数に従うものであり、３回に限るものではない。
次に、図５，図６，図７を用いて、本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における可変バルブの特性について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における可変バルブ機構の特性の説明図である。本実施形態では、吸気バルブおよび排気バルブに位相およびリフト量の連続可変機構を備えており、吸気バルブの開弁時期および閉弁時期を独立に制御することができる。本実施形態においては、吸気バルブおよび排気バルブに位相およびリフト量の連続可変機構を備えているが、これに限るものではなく、前記吸気バルブおよび排気バルブのいずれかを備えるものであってもよい。さらに、前記位相およびリフト量いずれかを備えるものであってもよい。
図６は、本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における運転領域についての説明図である。本実施形態では、低負荷低回転領域Ｃ，低負荷高回転領域Ｄ，高負荷低回転領域Ａ，高負荷高回転領域Ｂは、エンジントルクとエンジン回転速度のマップ上で予め規定されており、図２のＲＯＭ２０ｄ内に保持されている。ＥＣＵ１は、アクセル開度センサ２の出力信号から演算される要求トルクと、クランク角度センサ１０の出力信号から演算されるエンジン１００の回転速度から、現在のエンジン運転状態が前記いずれかの運転領域であるかを判定する。
図７は、本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、吸気バルブおよび排気バルブの設定の代表例である。図７における運転領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、図６中に示した運転領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応する。図７において、横軸はクランク角を示し、縦軸はバルブリフト量Ｌｖを示している。なお、実線Ｖ−ＥＸＴは、排気バルブのリフト量を示し、実線Ｖ−ＩＮＴは、吸気バルブリフトを示している。
多量の空気を必要とする高負荷低回転領域Ａでは、吸気バルブ閉時期を下死点付近に設定する。高負荷高回転Ｂでは、吸気バルブ開弁および閉弁時期を進角する。低負荷低回転領域Ｃでは、吸気バルブリフト量Ｌｖを高負荷低回転領域に比べ少なく設定する。低負荷高回転領域Ｄでは、吸気バルブ開弁および閉弁時期を進角する。
次に、図８，図９，図１０，図１１を用いて、本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における分割燃料噴射の特性について説明する。
図８は、本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における該内燃機関のクランク角度当たりのピストン移動速度ｄｘ／ｄθについての説明図である。
該内燃機関が吸気行程であるとき、ピストン移動速度ｄｘ／ｄθは正となる。ピストン移動速度ｄｘ／ｄθは、該内燃機関の幾何学的構造から決定される。そして、ピストン移動速度ｄｘ／ｄθを任意のクランク角度で積分した値が、ピストン移動距離ｘとなる。ピストン移動速度ｄｘ／ｄθは、図２のＲＯＭ２０ｄ内に保持されている。
図９は、本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、前記内燃機関のピストンが吸気上死点にあるときから１回目の噴射終了時期までのピストン移動距離、および前記１回目の噴射以降は、直前の噴射終了時期から当該噴射終了時期までのピストン移動距離ｘ(ｉ)（ｉは分割噴射回数：［回目］）と、前記ピストン移動距離に対応する噴射パルス幅ｗ(ｉ)の比αの特性についての説明図である。図９において、横軸は目標空燃比を示し、縦軸は該内燃機関の吸入空気量を示している。なお、実線で区切られた領域は、前記内燃機関のピストンが吸気上死点にあるときから１回目の噴射終了時期までのピストン移動距離、および前記１回目の噴射以降は、直前の噴射終了時期から当該噴射終了時期までのピストン移動距離ｘ(ｉ)（ｉは分割噴射回数：［回目］）と、前記ピストン移動距離に対応する噴射パルス幅ｗ(ｉ)の比αの範囲を示している。本実施形態では、前記比αは、目標空燃比と吸入空気量のマップ上に予め規定されており（図９）、図２のＲＯＭ２０ｄ内に保持されている。
図１０は、本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、前記比αの特性についての説明図である。図１０において、横軸は吸気バルブ開弁のタイミングを示し、縦軸は該内燃機関の吸入空気量を示している。なお、実線で区切られた領域は、前記比αの範囲を示している。本実施形態では、前記比αは、吸気バルブ開弁のタイミングと吸入空気量のマップ上に予め規定されており（図１０）、図２のＲＯＭ２０ｄ内に保持されている。
図１１は、本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における分割噴射制御の説明図である。
該内燃機関のピストンが、吸気上死点にあるときから１回目の噴射終了時期までのピストン移動距離、および前記１回目の噴射以降は、直前の噴射終了時期から当該噴射終了時期までのピストン移動距離ｘ(ｉ)（ｉは分割噴射回数：［回目］）を演算する。次に、前記αがサイクル内で一定となるように、前記各噴射パルス幅ｗ(ｉ)を設定する。
次に、図１２を用いて、本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における分割噴射の制御内容について説明する。
図１２は、本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における燃料噴射の制御内容を示すフローチャートである。
図１２に示す制御内容は、ＥＣＵ１によって、所定の周期で繰り返し実行される。
ＥＣＵ１は、ステップＳ１０１において、現在のエンジン運転領域に関する情報（エンジン回転速度，要求エンジントルク，冷却水温度等）を読み込む。記述の通り、要求エンジントルクは、アクセル開度センサ２の出力信号に基づいて演算される。
次に、ステップＳ１０２において、現在のエンジン運転領域に基づき、適切な吸入空気量を実現するように電子制御スロットル、および可変動弁を制御する。
次に、ＥＣＵ１は、ステップＳ１０４において、予め記憶されたマップ等から、現在の運転領域が、分割噴射運転領域であるか否かを判定する。分割噴射運転領域である場合は、ステップＳ１０５において、現在の目標空燃比，吸入空気量，分割噴射回数，噴射タイミング，吸気バルブ開弁時期，インジェクタ噴射率，エンジンストロークを読み込む。ここで、インジェクタ噴射率，エンジンストロークは、図２のＲＯＭ２０ｄ内に予め保持されているものを参照する。
次に、ＥＣＵ１は、ステップＳ１０６において、ピストン移動距離を演算する。具体的には、まず、読み込んだ各噴射タイミングから、予め記憶されたピストン移動速度を参照し（図８）、該内燃機関のピストンが、吸気上死点にあるときから１回目の噴射終了時期までのピストン移動距離、および前記１回目の噴射以降は、直前の噴射終了時期から当該噴射終了時期までのピストン移動距離ｘ(ｉ)（ｉは分割噴射回数：［回目］）を演算する。
次に、ＥＣＵ１は、ステップＳ１０７において、前記比αを演算する。具体的には、まず、読み込んだ現在の目標空燃比，吸入空気量，分割噴射回数，噴射タイミング，吸気バルブ開弁時期，インジェクタ噴射率，エンジンストロークから、予め記憶された前記比αの特性を参照し（図９，図１０）、前記比αを演算する。
上記では、目標空燃比とエアフローセンサで直接検出した吸入空気量から前記比αを演算する例を示したが、あるいは、吸気圧センサで検出した吸入空気圧力から演算した吸入空気量としてもよい。
次に、ＥＣＵ１は、ステップＳ１０８において、各噴射パルス幅を演算する。具体的には、前記比αから、各噴射パルス幅ｗ(ｉ)を演算する。具体的には、以下の式より各噴射パルス幅ｗ(ｉ)を演算する。
Figure 0005011413
次に、ＥＣＵ１は、ステップＳ１０９において、ステップＳ１０８で演算された各噴射パルス幅に基づいて、分割噴射を制御する。
これに対し、ステップＳ１０４にて、分割噴射領域でないと判定された場合、ステップＳ１０３において、所望の空燃比（主に量論比）の混合気になるように、燃料噴射量を演算し、これに基づいて一回噴射の処理を行い、制御を終了する。
次に、図１３，図１４，図１５を用いて、本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による分割噴射制御内容の詳細について説明する。
図１３は、本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による３回噴射の場合の、ピストン移動速度ｄｘ／ｄθとピストン移動距離ｘとαとインジェクタを駆動する噴射信号の関係を示している。ピストン移動速度ｄｘ／ｄθから演算されたピストン移動距離ｘを、予め記憶されている分割噴射の各噴射のタイミングで区分し、該内燃機関のピストンが、吸気上死点にあるときから１回目の噴射終了時期までのピストン移動距離、および前記１回目の噴射以降は、直前の噴射終了時期から当該噴射終了時期までのピストン移動距離ｘ(ｉ)（ｉは分割噴射回数：［回目］）を演算する。つまり、インジェクタから燃料を複数回に分割して噴射する制御マップを参照し（図３）、アクセル開度センサの出力信号から演算される要求トルクと、クランク角度センサの出力信号から演算されるエンジンの回転速度と、燃料圧力センサの出力信号から演算される燃料圧力から、各運転条件に最適となる燃料の分割噴射回数を設定した後、各噴射のタイミングを設定し、前記各噴射のタイミングに基づいて、ピストン移動距離ｘ(ｉ)を演算する。具体的には、以下の式２に従い、演算する。
Figure 0005011413
次に、目標空燃比と吸入空気量のマップ上に予め規定されたαを参照し（図９）、かつ、サイクル内の各噴射において、前記比α(ｉ)を一定として分割噴射の各噴射パルス幅ｗ(ｉ)を演算し、これに基づいて噴射信号を出力する。
図１４は、本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による、サイクル内で前記比α(ｉ)を一定として分割噴射制御を行った場合の、吸気行程における筒内の混合気の空燃比の推移を示している。
前記比α(ｉ)を、サイクル内で一定として、分割噴射制御を行った場合、筒内の混合気の空燃比は、各噴射終了のタイミングで目標の空燃比（主に量論比）となる。
以上の理由により、前記比α(ｉ)を、サイクル内で一定とし、分割噴射制御を行うことで、吸入される空気量に応じた燃料量が、筒内に供給されるため、筒内に局所的リッチ混合気を生成することなく、目標空燃比の混合気を生成することが可能である。
ここでは、前記比α(ｉ)を演算する際、エアフローセンサの出力信号を演算した吸入空気量を適用したが、吸気圧センサと吸気温度センサから演算される吸入空気量を適用してもよい。
次に、図１５，図１６，図１７，図１８を用いて、本発明の第２の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置の構成および動作について説明する。
図１５は、本発明の第２の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置を、自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成図である。図１に示した第１の実施形態のシステム構成に加え、本実施形態では、吸気圧検出器の一態様であって、吸気圧力を検出する吸気圧センサ１９が、吸気管１５の適宜位置に備えられている。
図１６は、本発明の第２の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムブロック図である。
図２に示した、本発明の第１の実施形態による火花点火内燃機関の制御装置の構成と基本的には同じであるが、本実施形態では、吸気圧センサ１９の出力信号が、入力回路２０ａに入力されることが特徴である。
本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、燃料の分割噴射回数を決定するための制御マップは、図３と同様である。
図１７は、本発明の第２の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、制御プログラムの特性における、分割噴射の各噴射の比率を決定するための制御マップの説明図である。本実施形態では、インジェクタ１３から燃料を複数回に分割して噴射する制御マップを備えており、アクセル開度センサ２の出力信号から演算される要求トルクと、クランク角度センサ１０の出力信号から演算されるエンジン１００の回転速度と、燃料圧力センサ２０の出力信号から演算される燃料圧力とから、各運転条件に最適となる燃料の分割噴射回数を設定した後（図３）、各噴射の比率を設定することができる。ただし、各噴射の比率は、図１７に示す比率に限るものではなく、エンジン回転速度と要求トルクなどから設定されるものでもよい。
本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、可変バルブの特性は、図５と同様である。本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、運転領域は、図６と同様である。本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、図６中に示したエンジンの運転領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける、吸気バルブおよび排気バルブの設定の代表例は、図７と同様である。本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、該内燃機関のクランク角度当たりのピストン移動速度ｄｘ／ｄθについては、図８と同様である。本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、前記比αの特性については、図９と同様である。本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、前記比αの特性については、図１０と同様である。本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、分割噴射制御は、図１１と同様である。
次に、図１８を用いて、本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における分割噴射の制御内容について説明する。
図１８は、本発明の第２の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における分割噴射の制御内容を示すフローチャートである。
図１８に示す制御内容は、ＥＣＵ１によって、所定の周期で繰り返し実行される。
ＥＣＵ１は、ステップＳ１０１において、現在のエンジン運転領域に関する情報（エンジン回転速度，要求エンジントルク，冷却水温度等）を読み込む。記述の通り、要求エンジントルクは、アクセル開度センサ２の出力信号に基づいて演算される。
次に、ステップＳ１０２において、現在のエンジン運転領域に基づき、適切な吸入空気量を実現するように電子制御スロットル、および可変動弁を制御する。
次に、ＥＣＵ１は、ステップＳ１０４において、予め記憶されたマップ等から、現在の運転領域が、分割噴射運転領域であるか否かを判定する。
分割噴射運転領域である場合は、ステップＳ１０５において、現在の目標空燃比，吸気圧，吸気温度，分割噴射回数，各噴射比率，吸気バルブ開弁時期，インジェクタ噴射率を読み込む。ここで、インジェクタ噴射率は、図２のＲＯＭ２０ｄ内に予め保持されているものを参照する。
次に、ＥＣＵ１は、ステップＳ１０６において、前記比α(ｉ)を演算する。具体的には、まず、読み込んだ現在の目標空燃比，吸気圧，吸気温度，分割噴射回数，各噴射比率，吸気バルブ開弁時期，インジェクタ噴射率から、予め記憶された前記αの特性を参照し（図９，図１０）、α(ｉ)を演算する。
次に、ＥＣＵ１は、ステップＳ１０７において、各噴射パルス幅ｗ(ｉ)を演算する。具体的には、読み込んだ現在の目標空燃比，吸気圧，吸気温度，分割噴射回数，各噴射比率から、各噴射パルス幅ｗ(ｉ)を演算する。
次に、ＥＣＵ１は、ステップＳ１０８において、分割噴射の各噴射のタイミングＩＴ(ｉ)を演算する。具体的には、ステップＳ１０６で演算された前記比α(ｉ)と各噴射パルス幅ｗ(ｉ)から、式１に従い、ピストン移動距離ｘ(ｉ)を演算した後、予め記憶された該内燃機関のクランク角度当たりのピストン移動速度ｄｘ／ｄθを参照し（図８）、前記ピストン移動距離ｘ(ｉ)を区分するタイミングを、各噴射のタイミングＩＴ(ｉ)として演算する。
上記では、目標空燃比と、吸気圧センサと吸気温度センサで検出した吸気圧と吸気温度から演算した吸入空気量から前記比αを演算する例を示したが、あるいは、エアフローセンサで直接検出した吸入空気量としてもよい。
次に、ＥＣＵ１は、ステップＳ１０９において、ステップＳ１０７とステップＳ１０８で演算された噴射パルス幅ｗ(ｉ)と噴射のタイミングＩＴ(ｉ)に基づいて、分割噴射を制御する。
これに対し、ステップＳ１０４にて、分割噴射領域でないと判定された場合、続いて、ステップＳ１０３において、所望の空燃比（主に量論比）の混合気になるように、燃料噴射量を制御する一連の分割噴射制御を行わずに制御を終了する。
次に、図１９，図２０，図２１を用いて、本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による分割噴射制御内容の詳細について説明する。
図１９は、本発明の第２の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による３回噴射の場合の、ピストン移動速度ｄｘ／ｄθとピストン移動距離ｘ(ｉ)と前記比α(ｉ)とインジェクタを駆動する噴射信号の関係を示している。参考としてピストン移動距離ｘ(ｉ)を示している。まず、読み込んだ分割噴射回数と各噴射の比率と目標空燃比と吸気圧と吸気温度から、予め記憶されている前記比α(ｉ)を演算する。その後、読み込んだ現在の目標空燃比，吸気圧，吸気温度，分割噴射回数，各噴射比率から、各噴射パルス幅ｗ(ｉ)を演算する。次に、前記比α(ｉ)と各噴射パルス幅ｗ(ｉ)から、式１に従い、ピストン移動距離ｘ(ｉ)を演算した後、前記ピストン移動距離ｘ(ｉ)を区分するタイミングを、各噴射のタイミングＩＴ(ｉ)として演算する。
前記分割噴射の各噴射のタイミングＩＴ(ｉ)と噴射パルス幅ｗ(ｉ)に基づき、噴射信号を出力する。
図２０は、本発明の第２の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による吸気バルブ開弁時期が進角する場合の、吸気バルブリフト量とαとインジェクタを駆動する噴射信号の関係を示している。実線は、吸気バルブ開弁時期が最も遅角されている場合を示し、点線は、吸気バルブ開弁時期が進角されている場合を示している。
吸気バルブ開弁時期が進角する場合、まず、読み込んだ分割噴射回数と各噴射の比率と目標空燃比と吸気圧と吸気温度から、予め記憶されている前記比α′(ｉ)を演算する。その後、読み込んだ現在の目標空燃比，吸気圧，吸気温度，分割噴射回数，各噴射比率から、各噴射パルス幅ｗ(ｉ)を演算する。次に、前記比α′(ｉ)と各噴射パルス幅ｗ(ｉ)から、式１に従い、ピストン移動距離ｘ′(ｉ)を演算した後、前記ピストン移動距離ｘ′(ｉ)を区分するタイミングを、各噴射のタイミングＩＴ′(ｉ)として演算する。
ここで、吸気バルブ開弁時期が進角する場合のα′(ｉ)は、吸気バルブ開弁時期が最も遅角されている場合のα(ｉ)の値以上に設定することを特徴とする。かつ、サイクル内でα′(ｉ)を一定とし、分割噴射のタイミングＩＴ′(ｉ)と噴射パルス幅ｗ(ｉ)に基づいて、噴射信号を出力する。これにより、吸気バルブ開弁時期が進角した場合でも、吸入される空気量に応じた燃料量が筒内に供給できるため、筒内に局所的リッチ混合気を生成することなく、目標空燃比の混合気を生成することが可能である。
図２１は、本発明の第２の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による、サイクル内で前記比α(ｉ)を一定として分割噴射制御を行った場合の、吸気行程における筒内の混合気の空燃比の推移を示している。この際、吸気バルブ開弁時期を進角する場合のα′(ｉ)をサイクル内で一定として分割噴射制御を行った場合でも同様である。
前記比α(ｉ)を、サイクル内で一定として、分割噴射制御を行った場合、筒内の混合気の空燃比は、各噴射終了のタイミングで目標の空燃比（主に量論比）となる。
以上の理由により、前記比α(ｉ)を、サイクル内で一定とし、分割噴射制御を行うことで、筒内に局所的リッチ混合気を生成することなく、目標空燃比の混合気を生成することが可能である。
次に、図２２，図２３を用いて、本発明の第３の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置の構成および動作について説明する。
本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムの構成は、図１あるいは図１５と同様である。本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置を自動車用ガソリンエンジンに適用させたシステムブロック図は、図２あるいは図１６と同様である。
本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、燃料の分割噴射回数を決定するための制御マップは、図３と同様である。本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における制御プログラムの特性における分割噴射の各噴射の比率を決定するための制御マップの説明図は、図１７と同様である。
図２２は、本発明の第３の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、前記比α(ｉ)の特性についての説明図である。図２２において、横軸は該内燃機関の冷機状態と暖機状態を示している。ここで、冷機状態とは、該内燃機関の冷却水温度が概ね６０度以下である状態を示している。縦軸は、直前の噴射のα(ｉ)に対する、当該噴射のα(ｉ＋１)の比を示している。
本実施形態では、前記内燃機関が冷機状態にあるとき、直前の噴射のα(ｉ)に対する、当該噴射のα(ｉ＋１)の比は、１以上となるように規定され、図２あるいは図１６のＲＯＭ２０ｄ内に保持されている。
図２３は、本発明の第３の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、前記比α(ｉ)の特性についての説明図である。図２３において、横軸は該内燃機関の吸気バルブ開弁時期を示している。ここで、吸気バルブ開弁時期が早い場合とは、該内燃機関が運転されていない場合の、吸気バルブ開弁の設定時期に対して進角されている場合を示しており、吸気バルブ開弁時期が遅い場合とは、該内燃機関が運転されていない場合の、吸気バルブ開弁の設定時期に対して遅角されている場合を示している。縦軸は、直前の噴射のα(ｉ)に対する、当該噴射のα(ｉ＋１)の比を示している。
本実施形態では、前記内燃機関の吸気バルブ開弁時期が前記遅角された状態にあるとき、直前の噴射のα(ｉ)に対する、当該噴射のα(ｉ＋１)の比は、１以上となるように規定され、図２あるいは図１６のＲＯＭ２０ｄ内に保持されている。
本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、可変バルブの特性は、図５と同様である。本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、運転領域は、図６と同様である。本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、図６中に示したエンジンの運転領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける、吸気バルブおよび排気バルブの設定の代表例は、図７と同様である。本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、該内燃機関のクランク角度当たりのピストン移動速度ｄｘ／ｄθについては、図８と同様である。本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、前記比αの特性については、図９と同様である。本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、前記αの特性については、図１０と同様である。本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における、分割噴射制御は、図１１と同様である。
次に、図２４を用いて、本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における分割噴射の制御内容について説明する。
図２４は、本発明の第３の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置における分割噴射の制御内容を示すフローチャートである。
図２４に示す制御内容は、ＥＣＵ１によって、所定の周期で繰り返し実行される。
ＥＣＵ１は、ステップＳ１０１において、現在のエンジン運転領域に関する情報（エンジン回転速度，要求エンジントルク，冷却水温度等）を読み込む。記述の通り、要求エンジントルクは、アクセル開度センサ２の出力信号に基づいて演算される。
次に、ステップＳ１０２において、現在のエンジン運転領域に基づき、適切な吸入空気量を実現するように電子制御スロットル、および可変動弁を制御する。
次に、ＥＣＵ１は、ステップＳ１０４において、予め記憶されたマップ等から、現在の運転領域が、分割噴射運転領域であるか否かを判定する。分割噴射運転領域である場合は、ステップＳ１０５において、現在の目標空燃比，吸気圧，吸気温度，分割噴射回数，各噴射の比率，吸気バルブ開弁時期，インジェクタ噴射率を読み込む。ここで、インジェクタ噴射率は、図２あるいは図１６のＲＯＭ２０ｄ内に予め保持されているものを参照する。
次に、ＥＣＵ１は、ステップＳ１０６において、前記比α(ｉ)を演算する。具体的には、まず、読み込んだ現在の目標空燃比，吸気圧，吸気温度，分割噴射回数，各噴射比率，吸気バルブ開弁時期，インジェクタ噴射率，冷却水温度から、予め記憶された前記αの特性を参照し（図９，図１０）、α(ｉ)を演算する。その後、冷機および吸気バルブ開弁遅角補正制御（図２２，図２３）により、α′(ｉ)を演算する。
次に、ＥＣＵ１は、ステップＳ１０７において、各噴射パルス幅ｗ(ｉ)を演算する。具体的には、読み込んだ現在の目標空燃比，吸気圧，吸気温度，分割噴射回数，各噴射比率から、各噴射パルス幅ｗ(ｉ)を演算する。
次に、ＥＣＵ１は、ステップＳ１０８において、分割噴射の各噴射のタイミングＩＴ′(ｉ)を演算する。具体的には、ステップＳ１０６で演算された前記比α′(ｉ)と各噴射パルス幅ｗ(ｉ)から、式１に従い、ピストン移動距離ｘ′(ｉ)を演算した後、予め記憶された該内燃機関のクランク角度当たりのピストン移動速度ｄｘ／ｄθを参照し（図８）、前記ピストン移動距離ｘ′(ｉ)を区分するタイミングを、各噴射のタイミングＩＴ′(ｉ)として演算する。
上記では、目標空燃比と、吸気圧センサと吸気温度センサで検出した吸気圧と吸気温度から演算した吸入空気量から前記比αを演算する例を示したが、あるいは、エアフローセンサで直接検出した吸入空気量としてもよい。
次に、ＥＣＵ１は、ステップＳ１０９において、ステップＳ１０７とステップＳ１０８で演算された噴射パルス幅ｗ(ｉ)と噴射のタイミングＩＴ′(ｉ)に基づいて、分割噴射を制御する。
これに対し、ステップＳ１０４にて、分割噴射領域でないと判定された場合、続いて、ステップＳ１０３において、所望の空燃比（主に量論比）の混合気になるように、燃料噴射量を制御する一連の分割噴射制御を行わずに制御を終了する。
次に、図２５，図２６，図２７を用いて、本実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による分割噴射制御内容の詳細について説明する。
図２５は、本発明の第３の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による吸気バルブ開弁時期が遅角する場合の、吸気バルブリフト量とαとインジェクタを駆動する噴射信号の関係を示している。実線は、吸気バルブ開弁時期が進角されている場合を示し、点線は、吸気バルブ開弁時期が遅角されている場合を示している。
吸気バルブ開弁時期が遅角する場合、まず、読み込んだ分割噴射回数と各噴射の比率と目標空燃比と吸気圧と吸気温度と吸気バルブ開弁時期，冷却水温度から、予め記憶されている前記比α′(ｉ)を演算する。その後、読み込んだ現在の目標空燃比，吸気圧，吸気温度，分割噴射回数，各噴射比率から、各噴射パルス幅ｗ(ｉ)を演算する。次に、前記比α′(ｉ)と各噴射パルス幅ｗ(ｉ)から、式１に従い、ピストン移動距離ｘ′(ｉ)を演算した後、前記ピストン移動距離ｘ′(ｉ)を区分するタイミングを、各噴射のタイミングＩＴ′(ｉ)として演算する。
ここで、吸気バルブ開弁時期が遅角する場合のα′(ｉ)は、サイクル内で単調増加することを特徴とする。単調増加するα′(ｉ)から演算される、噴射のタイミングＩＴ′(ｉ)と噴射パルス幅ｗ(ｉ)に基づいて、噴射信号を出力する。これにより、吸気バルブ開弁時期が遅角した場合でも、吸入される空気量に応じた燃料量が筒内に供給できるため、筒内に局所的リッチ混合気を生成することなく、目標空燃比の混合気を生成することが可能である。
図２６は、本発明の第３の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による、該内燃機関の吸気バルブ開弁時期が遅角されるとき、サイクル内でα′(ｉ)を単調増加させ、分割噴射制御を行った場合の、吸気行程における筒内の混合気の空燃比の推移を示している。参考として、吸気バルブリフト量と吸気バルブ開弁時期を遅角した場合の吸気バルブリフト量の動作を示す。実線は、吸気バルブ開弁時期が進角されている場合を示し、点線は、吸気バルブ開弁時期が遅角されている場合を示している。
前記内燃機関の吸気バルブ開弁時期が遅角されるとき、前記比α′(ｉ)を、サイクル内で単調増加させ、分割噴射制御を行った場合、筒内の混合気の空燃比は、１回目の噴射の終了タイミングから最後の噴射の終了タイミングまでの間に、リーンから目標の空燃比（主に量論比）に近付き、最後の噴射の終了タイミングにおいて、目標の空燃比（主に量論比）となる。
以上の理由により、前記比α′(ｉ)を、サイクル内で単調増加させ、分割噴射制御を行うことで、筒内に局所的リッチ混合気を生成することなく、目標空燃比の混合気を生成することが可能である。
図２７は、本発明の第３の実施形態による筒内直接燃料噴射方式内燃機関の制御装置による、該内燃機関が冷機状態にあるとき、サイクル内でα′(ｉ)を単調増加させ、分割噴射制御を行った場合の、吸気行程における筒内の混合気の空燃比の推移を示している。実線は、該内燃機関が暖機状態である場合を示し、点線は、該内燃機関が冷機状態である場合を示している。
前記内燃機関が冷機状態にあるとき、前記比α′(ｉ)を、サイクル内で単調増加させ、分割噴射制御を行った場合、筒内の混合気の空燃比は、１回目の噴射の終了タイミングから最後の噴射の終了タイミングまでの間に、リーンから目標の空燃比（主に量論比）に近付き、最後の噴射の終了タイミングにおいて、目標の空燃比（主に量論比）となる。これにより、吸入される空気量に応じた燃料量が筒内に供給され、かつ筒内壁面への燃料付着が回避可能であることから、筒内に局所的リッチ混合気を生成することなく、目標空燃比の混合気を生成することが可能である。
以上の理由により、前記比α′(ｉ)を、サイクル内で単調増加させ、分割噴射制御を行うことで、筒内に局所的リッチ混合気を生成することなく、目標空燃比の混合気を生成することが可能である
１ ＥＣＵ
２ アクセル開度センサ
３ 排気温度センサ
４ 空燃比センサ
５ 三元触媒
６ 排気管
７ａ 吸気バルブ可変装置
７ｂ 排気バルブ可変装置
８ 燃焼室
９ 冷却水温度センサ
１０ クランク角度センサ
１１ クランク軸
１２ ピストン
１３ インジェクタ
１４ 点火プラグ
１５ 吸気管
１６ 電子制御スロットル
１７ 吸気温度センサ
１８ エアフローセンサ
１９ 吸気圧センサ
２０ 燃料圧力センサ
２０ａ 入力回路
２０ｂ 入出力ポート
２０ｃ ＲＡＭ
２０ｄ ＲＯＭ
２０ｅ ＣＰＵ
２０ｆ 電子制御スロットル駆動回路
２０ｇ インジェクタ駆動回路
２０ｈ 点火出力回路
２０ｉ 可変バルブ駆動回路
２０ｊ 燃料ポンプ駆動回路
２１ 燃料ポンプ
１００ エンジン

Claims (6)

  1. 吸気行程中に複数回の燃料噴射を行う筒内噴射式内燃機関の制御方法であって、吸気行程中の合計燃料噴射量に対する任意の燃料噴射終了時点での積算燃料量の比である燃料噴射量割合と、吸気行程中にピストンが上死点から下死点まで移動する距離に対する前記燃料噴射終了時点での上死点からのピストン移動距離の比であるピストン移動割合との比が、一定値となるように燃料噴射量を制御することを特徴とする制御方法。
  2. 吸気行程中に複数回の燃料噴射を行う筒内噴射式内燃機関の制御方法であって、吸気行程中の合計燃料噴射パルス幅に対する任意の燃料噴射終了時点での積算燃料噴射パルス幅の比である燃料噴射パルス幅割合と、吸気行程中にピストンが上死点から下死点まで移動する距離に対する前記燃料噴射終了時点での上死点からのピストン移動距離の比であるピストン移動割合との比が、一定値となるように燃料噴射量を制御することを特徴とする制御方法。
  3. 前記複数回の燃料噴射のうち最後の燃料噴射終了直後は、燃料噴射量割合又は燃料噴射パルス幅割合がピストン移動割合よりも大きくなることを特徴とする請求項１又は２記載の制御方法。
  4. 吸気バルブ進角時は、前記燃料噴射パルス幅割合を、ピストン移動割合より大きくすることを特徴とする請求項２に記載の制御方法。
  5. 吸気行程中に複数回の燃料噴射を行う筒内噴射式内燃機関の制御方法であって、該内燃機関が冷機状態にあるとき、吸気上死点から１回目の噴射終了時期までのピストン移動距離と１回目の噴射の噴射パルス幅の比、および前記１回目の噴射以降は、直前の噴射終了時期から当該噴射終了時期までのピストン移動距離と当該噴射の噴射パルス幅の比が、サイクル内で単調増加するように燃料噴射量を制御することを特徴とする制御方法。
  6. 吸気バルブ遅角時は、前記吸気上死点から１回目の噴射終了時期までのピストン移動距離と１回目の噴射の噴射パルス幅の比、および前記１回目の噴射以降は、直前の噴射終了時期から当該噴射終了時期までのピストン移動距離と当該噴射の噴射パルス幅の比を、サイクル内で単調増加するように燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項５に記載の制御方法。
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