JP5487978B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関するものであり、詳しくは、燃料噴射弁から気筒内に直接噴射される燃料と空気との混合気に対して点火を行う内燃機関の制御装置に関するものである。

従来、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式の内燃機関が知られている。この筒内噴射式の内燃機関では、主に吸気行程で燃料噴射することにより燃料と空気との均一な混合気を形成して燃焼を行わせる均質燃焼と、圧縮行程で燃料噴射することにより燃料の濃い層と薄い層とを形成して燃焼を行わせる成層燃焼とが内燃機関の運転状態等に応じて実施される。また、燃焼形態に応じて、点火装置による点火のエネルギを変更することが行われている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１には、種々の成層燃焼方式ごとに異なる点火エネルギを与えることが開示されている。具体的には、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が所定値よりも短い成層燃焼と、該間隔が所定値よりも長い成層燃焼とを行う内燃機関において、その間隔が所定値よりも小さい場合に、所定値よりも大きい場合に比べて点火エネルギを増大させる。つまり、燃料噴射時期から点火時期までの間隔が短く、点火プラグ周辺の混合気がリッチになりやすい状況下では点火エネルギを増大させることにより、点火のくすぶりや失火が抑制されるようにしている。

特開２００６−４６２７６号公報

ところで、筒内噴射式の内燃機関における燃料噴射方式としては種々のものがあり、例えば、上記特許文献１のように１燃焼サイクルごとに燃料噴射を１回行うもののほか、１燃焼サイクルごとに燃料噴射を複数回（例えば２回）行うものがある。ところが、上記特許文献１では、燃料噴射を複数回行う場合の点火エネルギの増大については検討されていない。

ここで、１燃焼サイクルごとに燃料噴射を１回行う構成では、その１回の噴射燃料によって内燃機関の燃焼が行われる。したがって、その１回の噴射燃料における気筒内での状態、すなわち均質状態か成層状態かを考慮して点火エネルギを考慮すればよい。一方、１燃焼サイクルで燃料噴射を複数回行う構成では、各噴射回のタイミング及びそのタイミングごとの燃料噴射量が内燃機関の運転状態等に応じて都度異なる。そのため、各噴射回の噴射の実施状況に応じて、点火タイミングでの気筒内の燃料の状態が相違すると考えられる。したがって、１燃焼サイクルごとに燃料噴射を複数回行う場合に、燃料噴射を１回行う場合と同じ態様で点火エネルギを制御すると、燃料噴射を複数回行う場合において点火エネルギの過不足が生じることがあると考えられる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、筒内噴射式の内燃機関において１燃焼サイクルごとに燃料噴射を複数回実施する場合の点火制御を適正に実施することができる内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、燃料を直接気筒内に噴射する燃料噴射弁を備え、１燃焼サイクルごとに前記燃料噴射弁により各々異なるタイミングで複数回噴射された燃料と空気との混合気に対し点火装置による点火が行われることにより燃焼が行われる筒内噴射式の内燃機関に適用される制御装置に関するものである。第１の構成は、前記複数回の燃料噴射について各噴射回の燃料噴射量をそれぞれ算出する燃料量算出手段と、前記燃料量算出手段により算出した各噴射回の燃料噴射量に基づいて前記点火装置による点火のエネルギを制御する点火制御手段と、を備えることを特徴とする。

１燃焼サイクルごとに各々異なるタイミングで複数回の燃料噴射が行われる場合、各回の燃料噴射がいずれのタイミングで実施されるかに応じて、点火タイミングにおける気筒内の燃料均質度が相違する。すなわち、先に噴射された燃料と後に噴射された燃料とを比べると、気筒内において燃料の均質化の程度に差異が生じ、先に噴射された燃料の方が均質状態になりやすいと考えられる。また、このとき、先行する燃料噴射の燃料が多いほど、点火タイミングにおける気筒内の燃料均質度が大きくなる。かかる場合、点火タイミングにおける気筒内の燃料均質度によっては点火エネルギの過不足が生じることとなる。その点、本発明では、各噴射回の燃料噴射量に基づいて都度の点火エネルギを設定するため、点火タイミングにおける気筒内の燃料均質度が相違することを考慮しつつ適正な点火制御を実現することができる。

点火タイミングにおける気筒内の燃料均質度は、前段噴射と後段噴射との燃料量の大小関係（差や比率など）に大きく依存する。この点、第２の構成によれば、前記前段噴射と前記後段噴射との燃料噴射量の大小関係に基づいて前記点火のエネルギを制御するため、前段噴射と後段噴射との燃料噴射量の大小関係を考慮しつつ点火エネルギを制御することができる。

前段噴射と後段噴射との燃料噴射量の大小関係に基づいて点火制御を行う場合、好ましくは第３の構成のように、前記前段噴射として吸気行程で燃料噴射を行う第１燃料噴射と、前記後段噴射として圧縮行程で燃料噴射を行う第２燃料噴射とを実施する装置において、前記第１燃料噴射の燃料噴射量と前記第２燃料噴射の燃料噴射量とを算出し、前記第１燃料噴射の燃料噴射量と前記第２燃料噴射の燃料噴射量との大小関係に基づいて前記点火のエネルギを制御するものとする。気筒内に噴射された燃料のうち、吸気行程噴射による均質分と圧縮行程噴射による成層分との大小関係に応じて、点火タイミングにおける燃料均質度の相違の程度が吸気行程噴射を複数回行う場合に比べて大きくなるからである。

前段噴射及び後段噴射の燃料噴射量の比率は都度の運転状態に応じて変化する。したがって、第４の構成のように、前記前段噴射と前記後段噴射とにおける燃料噴射量の比率を前記内燃機関の運転状態に基づいて算出する手段を備え、都度算出した比率に基づいて点火のエネルギを制御するとよい。また、前記後段噴射に対する前記前段噴射の燃料噴射量の比率が大きいほど前記点火のエネルギを大きくするとよい。こうすることにより、気筒内の燃料均質度が大きい場合において点火エネルギが不足するのを好適に抑制することができる。

前段噴射と後段噴射との燃料噴射量の大小関係から気筒内の燃料均質度が大きいと判断される場合であっても、後段噴射の燃料噴射量が十分に確保されている場合には、後段噴射による噴射燃料が気筒内において成層状態になりやすいと考えられる。この場合、前段噴射と後段噴射との燃料噴射量の大小関係に基づき点火エネルギを設定しなくても、その成層状態の燃料により混合気の着火を確実に実施できると考えられる。したがって、第５の構成のように、前記後段噴射の燃料噴射量が所定値よりも大きい場合に、前記前段噴射の燃料噴射量と前記後段噴射の燃料噴射量との大小関係に基づく前記点火のエネルギ制御を実施しないものとするとよい。

気筒内における燃料の均質化の程度は、各噴射回における燃料噴射量だけでなく、各噴射回の噴射時期から点火時期までの間隔に応じて差異が生じると考えられる。例えば、各噴射回の燃料噴射量に基づき気筒内の燃料均質度が比較的小さいと判断される場合であっても、実際には燃料均質度が比較的大きいことがあると考えられる。その点に鑑み、第６の構成では、前記複数回の燃料噴射について各噴射回の噴射時期をそれぞれ設定する噴射時期設定手段を備え、該噴射時期設定手段により設定した各噴射回の噴射時期に基づいて前記点火のエネルギを制御する。こうすることにより、点火タイミングにおける気筒内の燃料均質度が相違することを考慮しつつ適正な点火制御を実現するといった効果を好適に実現することができる。

噴射時期に基づいて点火エネルギを設定する構成において、具体的には第７の構成のように、前記複数回の燃料噴射のうち先に実施される燃料噴射における噴射時期から前記点火装置による点火時期までの間隔が大きいほど前記点火のエネルギを大きくする。噴射時期と点火時期との間隔が大きいほど、気筒内の燃料の拡散時間が長くなることにより気筒内における燃料の均質度合いが大きくなりやすいと考えられるからである。

エンジン制御システムの全体概略を示す構成図。 吸気行程噴射及び圧縮行程噴射の燃焼噴射時期を示すタイムチャート。 エンジン運転状態と噴射モードとの関係の一例を示す図。 燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート。 点火制御の処理手順を示すフローチャート。 分割噴射における分割比ＳＲを算出するためのサブルーチン。 エンジン回転速度と点火エネルギとの関係を示す図。 分割噴射での点火エネルギを説明するためのタイムチャート。 第２の実施形態における点火制御の処理手順を示すフローチャート。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、内燃機関である筒内噴射式の車載多気筒４サイクルガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしている。当該制御システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施する。このエンジン制御システムの全体概略構成図を図１に示す。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１の最上流部にはエアクリーナ１２が設けられ、エアクリーナ１２の下流側には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１３が設けられている。エアフロメータ１３の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１５に内蔵されたスロットル開度センサにより検出される。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には、吸気管内圧力を検出するための吸気管内圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポートに接続されている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられている。この吸気バルブ２１の開動作によりサージタンク１６内の空気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２４に排出される。

エンジンの各気筒の上部には、燃焼室２３内に燃料を直接供給する燃料噴射弁１９が取り付けられている。燃料噴射弁１９は、燃料配管２５を介して燃料タンク（図示略）に接続されている。燃料タンク内の燃料は、図示しない電磁駆動式の低圧用ポンプにより汲み上げられた後、機械駆動式の高圧用ポンプ２６により加圧される。この高圧燃料は、高圧用ポンプ２６からデリバリパイプ２７に圧送され、デリバリパイプ２７から各気筒の燃料噴射弁１９に供給される。その後、燃料噴射弁１９により燃焼室２３内に噴射される。

また、エンジン１０のシリンダヘッドには点火プラグ２８が取り付けられている。点火プラグ２８には、一次コイル及び二次コイルからなる点火コイル２９と、点火装置としてのイグナイタ３１とが接続されている。点火プラグ２８では、イグナイタ３１におけるパワートランジスタ３２のスイッチング制御により、所望とする点火タイミングにて火花放電が発生される。より具体的には、イグナイタ３１におけるパワートランジスタ３２のスイッチがオンからオフに切り替えられることにより、点火コイル２９で増幅された高電圧がその切替タイミングにおいて点火プラグ２８に印加される。これにより、各点火プラグ２８の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入された混合気が着火され燃焼に供される。

排気管２４には、排ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３３が設けられている。また、触媒３３の上流側には、排ガスを検出対象として混合気の空燃比（酸素濃度）を検出するためのＯ2センサ３４が設けられている。

その他、エンジン１０には、冷却水温を検出する冷却水温センサ３５や、エンジンの所定クランク角毎に（例えば１０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ３６などが取り付けられている。

ＥＣＵ４０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）４１を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ４０のマイコン４１は、前述した各種センサなどから各々検出信号を入力し、それらの各種検出信号に基づいて燃料噴射量や点火時期等を演算して燃料噴射弁１９やイグナイタ３１の駆動を制御する。

点火制御についてマイコン４１は、都度のエンジン回転速度やエンジン負荷等に基づいて最適な点火時期を算出し、その点火時期に基づいて点火コイル２９の一次コイルへ流す電流（一次電流）の流し始めと流し終わりとを決定して点火信号（ＩＧＴ信号）としてイグナイタ３１に出力する。なお、一次電流の流し終わりのタイミングが点火時期（点火タイミング）に相当する。イグナイタ３１に点火信号が入力されると、その点火信号に同期してパワートランジスタ３２がＯＮ／ＯＦＦされ、そのオフタイミングにて点火コイル２９に高電圧が発生する。この高電圧により点火プラグ２８にて火花が発生し、混合気が着火される。

点火時期について具体的には、都度のエンジン回転速度やエンジン負荷に応じて設定される基本進角度に対し、暖機進角特性やノック補正進角等の各種の補正進角度を加えることにより算出する。例えば、エンジン１０の冷間始動時では、触媒３３の暖機を促進すべく点火時期を遅角側（例えば圧縮上死点後３０°ＣＡ）に設定する。また、ノッキングが発生した場合には、ノッキングが発生しなくなるまで点火時期を遅角側に変更する。このように、点火時期は、都度のエンジン運転状態に応じて可変に設定される。

また、燃料噴射制御についてマイコン４１は、エンジン１０の運転状態に応じて燃料の噴射時期（噴射タイミング）及びその噴射タイミングでの燃料噴射量を算出している。燃料噴射量について具体的には、例えば吸入空気量とエンジン回転速度とから燃焼ごとの筒内充填空気量を算出し、その算出した筒内充填空気量に見合う燃料噴射量を算出する。そして、その燃料噴射量に対応する噴射時間だけ燃料噴射弁１９を開弁する。

エンジン１０の燃焼形態として本実施形態では、吸気行程で燃料噴射を行う吸気行程噴射により燃焼室２３内で燃料と空気とを均一に混合し空燃比が均一な（例えば理論空燃比の）混合気に対して点火を行う均質燃焼と、圧縮行程で燃料噴射を行う圧縮行程噴射により燃焼室２３内の全体としては空燃比リーンでありながら点火プラグ２８近傍を部分的に空燃比リッチにして点火を行う成層燃焼とをエンジン運転状態に応じて使い分けている。すなわち、都度のエンジン運転状態に応じて燃料の噴射モードを切り替えている。

ここで、吸気行程噴射及び圧縮行程噴射の燃料噴射時期について図２のタイムチャートを用いて説明する。図２において、吸気バルブ２１は、吸気行程直前の排気行程で開弁され、吸気行程直後の圧縮行程で閉弁される。吸気行程噴射は、吸気バルブ２１が開弁している期間、具体的には吸気行程及び圧縮行程前半の期間内においてエンジン運転状態等に応じて決定される最適期間で実施される。一方、圧縮行程噴射は、吸気行程後半及び圧縮行程の期間内においてエンジン運転状態等に応じて決定される最適期間、例えば吸気バルブ２１の閉弁後に実施される。

また特に、本実施形態では、都度のエンジン運転状態に応じて、１燃焼サイクル（吸気行程→圧縮行程→膨張行程→排気行程）ごとに燃料噴射を１回行う１回噴射モードと、１燃焼サイクルごとに各々異なるタイミングで燃料噴射を複数回（本実施形態では２回）行う分割噴射モードとを切り替えている。分割噴射として本実施形態では、吸気行程で燃料噴射を２回行う吸気−吸気噴射モードと、吸気行程と圧縮行程とにそれぞれ１回ずつ燃料噴射を行う吸気−圧縮噴射モードとを有している。分割噴射によれば、１回目の噴射燃料の気化潜熱による吸気冷却効果により吸気の充填効率が向上され、これにより高出力を得ることが可能になる。

図３は、各エンジン運転状態における噴射モードの一例を示す図である。図３中、（ａ）はエンジン水温と噴射モードとの関係を示す図であり、（ｂ）はエンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷と噴射モードとの関係を示す図である。

図３（ａ）に示すように、エンジン水温が所定温度ＴＷ１（例えば８０℃）以下では、触媒暖機性能を向上させるべく、１燃焼サイクルにおいて圧縮行程噴射が１回実施されるか又は吸気−圧縮噴射モードにより２回の燃料噴射が実施される。一方、エンジン水温が所定温度ＴＷ１よりも高い場合には、図３（ｂ）に示すＮｅ−負荷マップに基づき噴射モードが決定される。

また、図３（ｂ）に示すように、エンジン水温が所定温度ＴＷ１よりも高い場合、低回転又は低負荷領域では１燃焼サイクルにおいて吸気行程噴射が１回実施され、高回転かつ高負荷領域では１燃焼サイクルにおいて吸気−吸気噴射モードにより２回の燃料噴射が実施される。

分割噴射における各噴射回の噴射タイミング及び燃料噴射量は、都度のエンジン運転状態に応じて設定される。換言すれば、同じモードであっても、吸気行程又は圧縮行程で実施される各噴射回の噴射タイミング及びその噴射タイミングでの燃料噴射量はエンジン運転状態に応じて都度異なる。

分割噴射における各噴射回の燃料噴射量について詳しくは、マイコン４１は、まず、１燃焼サイクルごとの筒内充填空気量Ｑｔｌを算出し、その算出した筒内充填空気量Ｑｔｌに見合う燃料噴射量を算出する。そして、１回目の燃料噴射（先噴射）による燃料量と、２回目の燃料噴射（後噴射）による燃料量との合計である総噴射量が、筒内充填空気量Ｑｔｌに基づき算出した燃料噴射量となるよう１回目及び２回目の燃料噴射量を設定する。１回目の燃料噴射量（先噴射量Ｆ１）と２回目の燃料噴射量（後噴射量Ｆ２）との振り分けについて本実施形態では、都度のエンジン運転状態に基づいて先噴射量Ｆ１と後噴射量Ｆ２との比率を分割比ＳＲとして算出し、その算出した分割比ＳＲに基づいて、１燃焼サイクルごとの筒内充填空気量Ｑｔｌに基づき算出した燃料噴射量である総噴射量を１回目の燃料噴射と２回目の燃料噴射とに振り分ける。分割比ＳＲとして本実施形態では、総噴射量（Ｆ１＋Ｆ２＝Ｆａｌ）を１とした場合の先噴射量Ｆ１の割合を分割比ＳＲとする。つまり、先噴射量Ｆ１及び後噴射量Ｆ２は、それぞれ下記の式（１）及び（２）で表される。
Ｆ１＝ＳＲ・Ｆａｌ …（１）
Ｆ２＝（１−ＳＲ）・Ｆａｌ …（２）

ところで、分割噴射では、複数回の燃料噴射がいずれのタイミングで実施されるかに応じて点火タイミングにおける燃焼室２３内の燃料の均質化の程度が相違すると考えられる。すなわち、分割噴射の場合、複数回の燃料噴射が１燃焼サイクル内のそれぞれ異なるタイミングで実施され、１燃焼サイクルにおいて先の噴射の方が後の噴射よりも点火タイミングまでの時間が長い。よって、先の噴射による燃料は、後の噴射による燃料よりも燃料の拡散時間が長く、燃焼室２３内で均質状態になりやすいと言える。また、この傾向は先に噴射された燃料量に応じて異なり、先に噴射された燃料が多いほど点火タイミングにおいて燃焼室２３内の燃料均質度が大きくなると考えられる。このとき、燃焼室２３内の燃料均質度が大きければ、それに合わせて点火プラグ２８周りの燃料が希薄になり、その結果、混合気の着火性が低下することが考えられる。

そこで、本実施形態では、吸気−圧縮噴射モード又は吸気−吸気噴射モードにより分割噴射を行う場合、各噴射回の燃料噴射量に基づいて点火装置による点火のエネルギを制御することとしている。具体的には、複数回の燃料噴射のうち前段の前段噴射の燃料量と後段の後段噴射の燃料量との大小を比較し、その大小関係に基づいて点火エネルギを設定する。より詳細には、本実施形態では分割噴射として２回の燃料噴射を実施することとしており、そのうち１回目の燃料噴射である先の噴射（前段噴射）と２回目の燃料噴射である後の噴射（後段噴射）との燃料噴射量の大小を比較する。その比較の結果、１燃焼サイクルにおいて、先の噴射の燃料量（先噴射量Ｆ１）の比率が後の噴射の燃料量（後噴射量Ｆ２）の比率よりも大きい場合に、後噴射量Ｆ２の比率の方が大きい場合に比べて点火エネルギが大きくなるようにしている。

また特に、本実施形態では、後噴射量Ｆ２が所定値よりも大きい場合には、先噴射量Ｆ１の比率の方が大きいときであっても点火エネルギの増大を実施しないこととしている。後の噴射において比較的十分な量の燃料量が確保されている場合には、点火プラグ２８周りにおいて燃料が比較的濃い状態で存在していると考えられる。したがって、燃焼室２３内の混合気の着火を確実に実施することができ、また混合気の着火ができれば、その後の火炎伝播により混合気の燃焼を適正に実施できるからである。これにより、点火エネルギが過大になるのを回避するとともに、点火によるバッテリの電力消費が抑制されるようにする。

以下に、本実施形態における燃料噴射制御及び点火制御についてフローチャートを用いて説明する。図４は、燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャートであり、図５は、点火制御の処理手順を示すフローチャートである。これらの処理は、ＥＣＵ４０のマイコン４１により所定周期毎に実行される。

まず、燃料噴射制御について説明する。図４において、ステップＳ１０１では、噴射時期算出フラグｆａに値０がセットされているか否かを判定する。噴射時期算出フラグｆａは、燃料の噴射タイミングを設定済みであって燃料の噴射前であることを示すフラグであり、噴射タイミングを設定済みかつ燃料噴射前の場合に値１がセットされる。噴射時期算出フラグｆａに値０がセットされている場合には、ステップＳ１０２へ進み、各種センサに基づき検出されるエンジン運転状態に関するパラメータを取得する。ここでは、エンジン運転状態に関するパラメータとして、クランク角度センサ３６に基づき検出されるエンジン回転速度や、エアフロメータ１３により検出されるエンジン負荷としての吸入空気量、冷却水温センサ３５に基づき検出されるエンジン冷却水温等を取得する。

続くステップＳ１０３では、取得したエンジン運転状態に関するパラメータに基づいて、図３に示すマップを用いて燃料噴射弁１９の噴射モードを設定する。また、ステップＳ１０４では、例えば吸入空気量とエンジン回転速度とに基づいて１燃焼サイクルでの筒内充填空気量を算出し、その算出した筒内充填空気量に相応する燃料噴射量として総噴射量Ｆａｌを算出する。なお、総噴射量Ｆａｌは、設定される噴射モードに応じて異なる。

ステップＳ１０５では、燃料の噴射モードが分割噴射モードか否かを判定し、分割噴射モードの場合には、ステップＳ１０６のサブルーチンにおいて、総噴射量Ｆａｌを先噴射量Ｆ１と後噴射量Ｆ２とに振り分けるための分割比ＳＲを算出する。

図６は、分割噴射における分割比ＳＲを算出するためのサブルーチンである。図６において、ステップＳ３０１では、基本分割比Ｓｒｂａｓｅを算出する。基本分割比Ｓｒｂａｓｅはエンジン運転状態（本実施形態ではエンジン回転速度及びエンジン負荷）に基づいて算出されるものである。本実施形態では、エンジン回転速度とエンジン負荷と基本分割比Ｓｒｂａｓｅとの関係が例えばテーブルに予め規定されており、そのテーブルを基に都度のエンジン回転速度及びエンジン負荷に対応する基本分割比Ｓｒｂａｓｅを読み出す。ステップＳ３０２では、エンジン冷却水温に基づいて分割比補正係数ＫＳＲＷを算出する。そして、ステップＳ３０３において、基本分割比Ｓｒｂａｓｅと分割比補正係数ＫＳＲＷとを積算することにより分割比ＳＲを算出する。

図４の説明に戻り、ステップＳ１０７では、算出した総噴射量Ｆａｌ及び分割比ＳＲを用いて、上記式（１）及び（２）により先噴射量Ｆ１及び後噴射量Ｆ２を算出する。

一方、燃料の噴射モードが１回噴射モードの場合には、ステップＳ１０５で否定判定がされ、ステップＳ１０８へ進み、分割比ＳＲとして値１を設定する。この場合、燃料の噴射モードが吸気行程噴射であれば、吸気行程で噴射する燃料量として総噴射量Ｆａｌが設定され、圧縮行程噴射であれば、圧縮行程で噴射する燃料量として総噴射量Ｆａｌが設定される。

さて、ステップＳ１０９では、エンジン回転速度やエンジン負荷等のエンジン運転状態に基づいて、燃料の噴射開始タイミングを算出する。このとき、噴射モードとして分割噴射モードが設定されている場合には先噴射の噴射開始タイミングと後噴射の噴射開始タイミングとを算出し、１回噴射モードが設定されている場合には１つの噴射開始タイミングを算出する。また、燃料の噴射開始タイミングの算出後、噴射時期算出フラグｆａに値１をセットする。

ステップＳ１１０では、今現在、噴射開始タイミングであるか否かを判定し、噴射開始タイミングでなければ一旦本ルーチンを終了する。そして、噴射開始タイミングが到来すると、ステップＳ１０１で否定判定された後ステップＳ１１０で肯定判定され、ステップＳ１１１へ進む。ステップＳ１１１では、今回の噴射期間で噴射すべき燃料量に相応する噴射時間、燃料噴射弁１９を開弁することにより燃料噴射を実施する。その後、噴射時期算出フラグｆａを値０にリセットし、本ルーチンを終了する。

次に、本実施形態の特徴部分である点火制御について図５のフローチャートを用いて説明する。図５において、まずステップＳ２０１では、エンジン回転速度やエンジン冷却水温、図示しないバッテリの状態（バッテリ電圧）等のエンジン運転状態に関するパラメータを取得し、ステップＳ２０２において、その取得したパラメータに基づいて点火タイミングを算出する。このとき、例えばエンジン冷間始動時であれば、暖機完了後に比べて点火タイミングを遅角側に設定する。

ステップＳ２０３では、上記図４の燃料噴射制御において燃料の噴射モードとして分割噴射モードが設定されているか否かを判定し、分割噴射モードが設定されていない、すなわち１回噴射モードが設定されている場合には、ステップＳ２０４において基本エネルギ設定用テーブルＴＢＬ１を用いて点火エネルギを算出する。基本エネルギ設定用テーブルＴＢＬ１について詳しくは、エンジン運転状態に関するパラメータ（本実施形態ではエンジン回転速度及びバッテリ電圧）と点火エネルギとの関係を予め規定してＲＯＭ等に記憶したものである。本実施形態では、基本エネルギ設定用テーブルＴＢＬ１を用いて今現在のエンジン回転速度及びバッテリ電圧に対応する点火エネルギを読み出すことにより、１回噴射モード時における点火エネルギを算出する。

なお、基本エネルギ設定用テーブルＴＢＬ１では、エンジン回転速度が大きいほど又はバッテリ電圧が低いほど、点火エネルギが小さくなっている。また、基本エネルギ設定用テーブルＴＢＬ１として噴射モードごとに異なるテーブルが記憶してある場合、ここでは１回噴射用（吸気行程噴射用又は圧縮行程噴射用）のテーブルを用いて点火エネルギを設定する。

一方、燃料の噴射モードとして分割噴射モードが設定されている場合にはステップＳ２０３で肯定判定され、ステップＳ２０５へ進む。ステップＳ２０５では、後噴射量Ｆ２が判定値ＦＴＨよりも大きいか否かを判定する。ここで、判定値ＦＴＨは、後噴射による噴射燃料によって燃焼室２３内の混合気の着火を確実に実施可能な量として予め設定した値である。なお、判定値ＦＴＨは、吸気−吸気噴射モードと吸気−圧縮噴射モードとで同じにしてもよいが、両者で異なる値にしてもよい。この場合、吸気−吸気噴射モードの方が後噴射から点火タイミングまでの時間が長いことに鑑み、吸気−吸気噴射モードの場合において吸気−圧縮噴射モードの場合よりも判定値ＦＴＨを大きくするのが好ましい。

後噴射量Ｆ２が判定値ＦＴＨ以下の場合にはステップＳ２０６へ進み、先噴射量Ｆ１と後噴射量Ｆ２との大小を比較する。そして、先噴射量Ｆ１が後噴射量Ｆ２以下の場合、すなわち分割比ＳＲが０．５以下の場合にはステップＳ２０４へ進み、基本エネルギ設定用テーブルＴＢＬ１を用いることにより、今現在のエンジン回転速度とバッテリ電圧とに対応する点火エネルギを算出する。なお、基本エネルギ設定用テーブルＴＢＬ１として噴射モードごとに異なるテーブルが記憶してある場合、ここでは分割噴射用のテーブルを用いて点火エネルギを設定する。

一方、先噴射量Ｆ１の方が後噴射量Ｆ２よりも大きい場合、すなわち分割比ＳＲが０．５よりも大きい場合には、ステップＳ２０７へ進み、高エネルギ設定用テーブルＴＢＬ２を用いて点火エネルギを算出する。

ここで、高エネルギ設定用テーブルＴＢＬ２は、エンジン回転速度とバッテリ電圧と点火エネルギとの関係が規定されている点では基本エネルギ設定用テーブルＴＢＬ１と同じであるが、同じエンジン回転速度及びバッテリ電圧での点火エネルギが基本エネルギ設定用テーブルＴＢＬ１と異なっている。より具体的には、基本エネルギ設定用テーブルＴＢＬ１と高エネルギ設定用テーブルＴＢＬ２とにおいて、同じエンジン回転速度及びバッテリ電圧での点火エネルギを比較した場合に、基本エネルギ設定用のテーブルＴＢＬ１よりも高エネルギ設定用のテーブルＴＢＬ２の方が、点火エネルギが大きくなっている。

図７に、エンジン回転速度と点火エネルギとの関係の一例を示す。図７に示すように、基本エネルギ設定時及び高エネルギ設定時共に、エンジン回転速度が小さくなるにつれて点火エネルギが小さくなるように規定してある。また、同じエンジン回転速度での点火エネルギを比較すると、基本エネルギ設定時よりも高エネルギ設定時の方が点火エネルギが大きくなっている。

なお、バッテリ電圧と点火エネルギとの関係については、エンジン回転速度の場合と同様に、同じバッテリ電圧での点火エネルギを比較した場合に基本エネルギ設定用よりも高エネルギ設定用の方が点火エネルギが大きくなるようにしてもよい。あるいは、バッテリ電圧と点火エネルギとの関係については、エンジン回転速度の場合とは異なり、基本エネルギ設定用と高エネルギ設定用とで同じにしてもよい。

また、後噴射量Ｆ２が判定値ＦＴＨよりも大きい場合には、ステップＳ２０５で肯定判定されてステップＳ２０４へ進み、基本エネルギ設定用テーブルＴＢＬ１を用いて点火エネルギを設定する。

さて、ステップＳ２０８では、算出した点火エネルギに基づいてＩＧＴ信号を生成する。このとき、本実施形態では、点火エネルギが大きいほど点火コイル２９の一次コイルの通電時間が長くなるようにＩＧＴ信号を生成する。その後、ステップＳ２０９でＩＧＴ信号をイグナイタ３１に出力する。これにより、点火プラグ２８において、ＩＧＴ信号に対応する点火エネルギが発生される。

図８は、分割噴射の点火エネルギを説明するためのタイムチャートである。なお、図８では、吸気−圧縮噴射モードで分割噴射を行う場合を示している。また、図中、（ａ）は後噴射量Ｆ２の方が多い場合を示し、（ｂ）は先噴射量Ｆ１の方が場合を示している。

図８の（ａ）と（ｂ）とを比較すると分かるように、先の噴射Ａの方が後の噴射Ｂよりも燃料噴射量が多い場合（（ｂ）の場合）には、ＩＧＴ信号のＯＮからＯＦＦまでの時間、すなわち点火コイル２９の一次コイルの通電時間が、後噴射量Ｆ２の方が多い場合（（ａ）の場合）の通電時間ＩＧＴ１よりも長い時間ＩＧＴ２に設定される。

以上詳述した第１の実施形態によれば以下の優れた効果が得られる。

分割噴射を行う場合、各噴射回の燃料噴射量に基づいて点火装置による点火のエネルギを制御する構成としたため、点火タイミングにおける燃焼室２３内の燃料均質度が相違することを考慮しつつ適正な点火制御を実現することができる。

具体的には、複数回の燃料噴射のうち前段の前段噴射の燃料量（先噴射量Ｆ１）と後段の後段噴射の燃料量（後噴射量Ｆ２）との大小関係を比較し、先噴射量Ｆ１の比率が後噴射量Ｆ２の比率よりも多い場合に、後噴射量Ｆ２の比率の方が多い場合に比べて点火エネルギを大きくする構成としたため、点火エネルギ不足が生じるのを抑制することができ、ひいては燃焼の安定化を図ることができる。

特に、分割噴射のうち吸気−圧縮噴射モードにおいて各噴射回の燃料噴射量に基づく点火エネルギ制御を実施することにより、吸気行程噴射による均質分と圧縮行程噴射による成層分との大小関係に応じて、点火タイミングにおける燃焼室２３内の燃焼均質度に応じた適正な点火制御を実現できる。

後噴射量Ｆ２が所定値よりも大きい場合には、先噴射量Ｆ１の比率の方が大きいときであっても点火エネルギの増大を実施しないこととしたため、点火エネルギが過大になるのを回避できるとともに、点火によるバッテリの電力消費を抑制することができる。

都度の分割比ＳＲに応じて点火エネルギを設定する構成としたため、分割比ＳＲがエンジン運転状態に応じて都度変化する場合において、その変化に伴う前段噴射及び後段噴射の燃料噴射量の比率の変化に合わせて点火エネルギを適正に設定することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１の実施形態では、１燃焼サイクルで燃料噴射を複数回実施する場合、各噴射回の燃料噴射量に基づいて点火エネルギを設定することについて説明したが、本実施形態では、各噴射回の燃料噴射量に加え、噴射時期と点火時期との間隔、特に先の噴射の噴射時期と点火時期との間隔に基づいて点火エネルギを設定する。点火プラグ２８周りの燃料の均質度合いは燃料の噴射時期に応じて異なり、１燃焼サイクルにおける点火タイミングとの間隔が長いほど、つまり先の噴射の噴射時期が早いほど燃料の拡散時間が長くなり、その結果、気筒内における燃料の均質度合いが大きくなりやすい。そこで、本実施形態では、各噴射回の燃料噴射量及び噴射時期と点火時期との間隔に基づいて点火エネルギを設定する。

図９は、本実施形態の点火制御の処理手順を示すフローチャートである。本処理は、ＥＣＵ４０のマイコン４１により所定周期毎に実行される。なお、上記図５と同じ処理については、図５と同じステップ番号を付してその説明を省略する。

図９において、ステップＳ４０１〜Ｓ４０５では図５のステップＳ２０１〜Ｓ２０５と同様の処理を実施する。本処理では、後噴射量Ｆ２が判定値ＦＴＨ以下の場合、つまりステップＳ４０５で否定判定された場合には、ステップＳ４０６において、先の噴射（１回目の噴射）の噴射終了タイミングと点火タイミングとの間隔ＩＮＴ１が判定値ＩＮＴＨよりも大きいか否かを判定する。なお、点火タイミングとの間隔ＩＮＴ１の始点を、噴射終了タイミングとするのに代えて噴射開始タイミングとしてもよい。

間隔ＩＮＴ１が判定値ＩＮＴＨ以下の場合には、ステップＳ４０４へ進み、基本エネルギ設定用テーブルＴＢＬ１を用いて点火エネルギを設定する。一方、間隔ＩＮＴ１が判定値ＩＮＴＨよりも大きい場合には、ステップＳ４０７及びＳ４０８へ進み、先噴射量Ｆ１が後噴射量Ｆ２よりも大きいことを条件に高エネルギ設定用テーブルＴＢＬ２により点火エネルギを設定する。

以上詳述した第２の実施形態によれば以下の優れた効果が得られる。

分割噴射における各噴射回の噴射時期に基づいて点火エネルギを制御する構成としたため、具体的には、複数回の燃料噴射のうち先に実施される燃料噴射における噴射時期から点火時期までの間隔が大きいほど点火エネルギを大きくする構成としたため、点火タイミングにおける気筒内の燃料均質度をより適正に反映させて点火エネルギを設定することができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・上記実施形態では、（Ａ）後噴射量Ｆ２が判定値ＦＴＨ以下であること、及び（Ｂ）後噴射量Ｆ２よりも先噴射量Ｆ１の方が多いこと（分割比ＳＲが０．５よりも大きいこと）、の両条件を満たしている場合に高エネルギ設定用テーブルＴＢＬ２により点火エネルギを設定したが、これを変更し、（Ａ）及び（Ｂ）のいずれかの条件を満たしている場合にテーブルＴＢＬ２により点火エネルギを設定する構成とする。

・上記実施形態では、分割比ＳＲが０．５よりも大きい場合に高エネルギ設定用テーブルＴＢＬ２により点火エネルギを設定したが、分割比ＳＲの値はこれに限定しない。すなわち、燃料の分割比ＳＲ（総噴射量Ｆａｌに対する先噴射量Ｆ１）が、予め設定した判定値以上の場合に高エネルギ設定用テーブルＴＢＬ２により点火エネルギを設定する。気筒内の燃料均質度は分割比ＳＲに応じて定まり、分割比ＳＲが大きいほど先噴射量Ｆ１の比率が大きくなることにより気筒内の燃料均質度が大きくなる。したがって、分割比ＳＲを基に高エネルギ設定用テーブルＴＢＬ２への切り替えを実施することにより、適正な点火制御を実現できる。この場合、分割比ＳＲに代えて、後噴射量Ｆ２に対する先噴射量Ｆ１の比、あるいは先噴射量Ｆ１に対する後噴射量Ｆ２の比に基づいて点火エネルギを設定してもよい。

・上記（Ｂ）の条件に代えて、先噴射量Ｆ１と後噴射量Ｆ２の差（Ｆ１−Ｆ２）が所定値以上であることを条件に、高エネルギ設定用テーブルＴＢＬ２により点火エネルギを設定する構成とする。

・分割噴射として吸気−吸気噴射と吸気−圧縮噴射とを実施する場合に各噴射回の燃料噴射量に基づいて点火エネルギを制御したが、これを変更し、吸気−吸気噴射及び吸気−圧縮噴射のいずれかを実施する場合に各噴射回の燃料噴射量に基づいて点火エネルギを制御する。このとき特に、吸気−圧縮噴射を実施する場合に適用するのが望ましい。先の噴射を吸気行程で実施し、後の噴射を圧縮行程で実施する場合、気筒内に噴射された燃料のうち吸気行程噴射による均質分と圧縮行程噴射による成層分との大小関係（比率や差分等）に応じて気筒内の燃料均質度が大きく相違する。すなわち、後の噴射が圧縮行程噴射の場合、後の噴射が吸気行程噴射の場合に比べて噴射タイミングと点火タイミングとの間隔が小さく、点火プラグ２８周りの燃料が成層状態になりやすい。また、後の噴射が圧縮行程噴射の場合に前の噴射としての吸気行程噴射の燃料量が多いと、点火プラグ２８周りの燃料が均質状態になりやすく、その結果、混合気の着火性が低下することが考えられる。したがって、吸気−圧縮噴射の方が気筒内の燃料均質度について各噴射回の燃料噴射量の影響を受けやすいことから、吸気−圧縮噴射のみに各噴射回に基づく点火エネルギ制御を実施した場合であっても、適正な点火制御を実現できる。

・上記（Ａ）及び（Ｂ）の条件を満たす場合、高エネルギ設定用テーブルＴＢＬ２を用いて点火エネルギを設定したが、これを変更し、基本エネルギ設定用テーブルＴＢＬ１により今現在のエンジン運転状態に対応する点火エネルギを算出し、その算出した点火エネルギを補正係数により補正する構成としてもよい。例えば、基本エネルギ設定用テーブルＴＢＬ１により算出した点火エネルギに対し、補正係数（＞１）を乗算することにより点火エネルギを増大側に補正する。

・上記第２の実施形態では、先の噴射の噴射開始タイミングと点火タイミングとの間隔ＩＮＴ１に基づいて点火のエネルギ設定用テーブルを切り替える構成としたが、これに代えて又はこれに加えて、後の噴射の噴射時期（噴射開始タイミング又は噴射終了タイミング）と点火タイミングとの間隔ＩＮＴ２に基づいてエネルギ設定用テーブルを切り替える構成とする。先の噴射の噴射時期と点火時期との間隔ＩＮＴ１の場合と同様に、後の噴射の噴射時期（例えば噴射終了タイミング）と点火タイミングとの間隔ＩＮＴ２が長いほど、点火プラグ２８周りの燃料の均質化が促進されやすいと考えられる。したがって、例えば、後の噴射の噴射終了タイミングと点火タイミングとの間隔ＩＮＴ２が判定値よりも大きい場合に高エネルギ設定用テーブルＴＢＬ２により点火エネルギを設定する。

・点火コイル２９の一次コイルの通電時間を長くすることにより点火エネルギを増大したが、点火エネルギを増大する方法はこれに限定しない。例えば、１燃焼サイクルにおいて一次コイルの通電を複数回実施することにより点火エネルギを増大してもよい。あるいは、エンジン１０に点火プラグ２８を複数設け、その複数の点火プラグ２８で火花放電を行うことにより点火エネルギを増大してもよい。

・分割比ＳＲが大きいほど点火エネルギを大きくする構成とする。あるいは、先の噴射の噴射タイミングと点火タイミングとの間隔ＩＮＴ１が大きいほど点火エネルギを大きくする。分割比ＳＲ又は間隔ＩＮＴ１が大きいほど、気筒内の燃料均質度が大きくなり、点火プラグ２８周りの燃料が希薄になりやすいからである。

・上記実施形態では、分割噴射として１燃焼サイクルで２回の燃料噴射を実施する場合について説明したが、１燃焼サイクルで３回以上の燃料噴射を実施する構成を本発明に適用してもよい。例えば、１燃焼サイクルでｎ回の燃料噴射を実施する場合、ｎ回目（ｎは１以上の整数）とｎ回目以降の噴射回との燃料噴射量を比較し、ｎ回目の燃料噴射量がｎ回目以降の噴射回の燃料噴射量よりも多い場合に、高エネルギ設定用テーブルＴＢＬ２により点火エネルギを設定する。

・１燃焼サイクルで３回以上の燃料噴射を実施する場合、前段噴射及び後段噴射を各々１回の燃料噴射により構成するのに代えて、前段噴射及び後段噴射のいずれかを２回以上の燃料噴射により構成し、前段噴射における各噴射回の燃料噴射量の合計量と、後段噴射における各噴射回の燃料噴射量の合計量との大小関係に基づいて点火エネルギを制御する。具体的には、１燃焼サイクルで３回の燃料噴射を実施する場合、例えば先の２回の噴射を前段噴射とし、残りの１回の噴射を後段噴射とする。そして、先の２回の噴射量の合計量と残り１回の噴射量との大小を比較し、先の２回の合計量の方が多い場合に高エネルギ設定用テーブルＴＢＬ２により点火エネルギを設定する。

・上記（Ａ）及び（Ｂ）の条件に加えて又はこれに代えて、先噴射量Ｆ１と判定値との大小関係に基づいて点火エネルギを設定する。具体的には、例えば、先噴射量Ｆ１が判定値以下の場合に基本エネルギ設定用テーブルＴＢＬ１により点火エネルギを設定し、先噴射量Ｆ１が判定値よりも大きい場合に高エネルギ設定用テーブルＴＢＬ２により点火エネルギを設定する。先噴射量Ｆ１が少なければその分後噴射量Ｆ２が多くなり、点火プラグ２８周りの燃料が濃くなるとも考えられるからである。

１０…エンジン、１９…燃料噴射弁、２３…燃焼室、２８…点火プラグ、２９…点火コイル、３１…イグナイタ、４０…ＥＣＵ、４１…マイコン。

Claims (8)

1. 燃料を直接気筒内に噴射する燃料噴射弁を備え、１燃焼サイクルごとに前記燃料噴射弁により各々異なるタイミングで複数回噴射された燃料と空気との混合気に対し点火装置による点火が行われることにより燃焼が行われる筒内噴射式の内燃機関に適用され、
   前記複数回の燃料噴射における各噴射回の燃料噴射量を、前記内燃機関の運転状態に基づいてそれぞれ算出する燃料量算出手段と、
   前記燃料量算出手段により算出した各噴射回の燃料噴射量の大小関係に基づいて、前記点火装置による点火のエネルギを可変に設定する点火制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記点火制御手段は、前記複数回の燃料噴射のうち先に実施される燃料噴射の燃料噴射量の比率が大きいほど前記点火のエネルギを大きくする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記複数回の燃料噴射として前段の前段噴射と後段の後段噴射とを行うものであり、
   前記燃料量算出手段は、前記前段噴射の燃料噴射量と前記後段噴射の燃料噴射量とを算出し、
   前記点火制御手段は、前記前段噴射の燃料噴射量と前記後段噴射の燃料噴射量との大小関係に基づいて前記点火のエネルギを可変に設定する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記前段噴射として吸気行程で燃料噴射を行う第１燃料噴射と、前記後段噴射として圧縮行程で燃料噴射を行う第２燃料噴射とを実施する内燃機関の制御装置において、
   前記燃料量算出手段は、前記第１燃料噴射の燃料噴射量と前記第２燃料噴射の燃料噴射量とを算出し、
   前記点火制御手段は、前記第１燃料噴射の燃料噴射量と前記第２燃料噴射の燃料噴射量との大小関係に基づいて前記点火のエネルギを可変に設定する請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記前段噴射と前記後段噴射とにおける燃料噴射量の比率を前記内燃機関の運転状態に基づいて算出する手段を備え、
   前記点火制御手段は、前記後段噴射に対する前記前段噴射の燃料噴射量の比率が大きいほど前記点火のエネルギを大きくする請求項３又は４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記点火制御手段は、前記後段噴射の燃料噴射量が所定値よりも大きい場合に、前記前段噴射の燃料噴射量と前記後段噴射の燃料噴射量との大小関係に基づく前記点火のエネルギ制御を実施しない請求項３乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記複数回の燃料噴射について各噴射回の噴射時期をそれぞれ設定する噴射時期設定手段を備え、
   前記点火制御手段は、前記噴射時期設定手段により設定した各噴射回の噴射時期に基づいて前記点火のエネルギを可変に設定する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記点火制御手段は、前記複数回の燃料噴射のうち先に実施される燃料噴射における噴射時期から前記点火装置による点火時期までの間隔が大きいほど前記点火のエネルギを大きくする請求項７に記載の内燃機関の制御装置。

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