JP6011477B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁と、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁とを備えたエンジンの制御装置に関する。
従来、筒内噴射弁から気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射と、ポート噴射弁から吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射との二種類の燃料噴射方式を併用したエンジンが提案されている。このようなエンジンでは、筒内での燃料混合気の濃度分布を均質にした状態で燃焼させる均質燃焼と、高濃度の混合気が点火プラグの近傍に層状に偏った状態で燃焼させる成層燃焼とが実施される。典型的な燃料噴射制御では、均質燃焼時に主にポート噴射が利用され、成層燃焼時には主に筒内噴射が利用される。
例えば特許文献１には、低負荷時は筒内噴射により成層燃焼を実施し、高負荷時はポート噴射により均質燃焼を実施するエンジンが開示されている。このエンジンでは、ポート噴射が開始される負荷よりも低い所定負荷時の吸気行程において筒内噴射を開始することで、ポート噴射による燃料が吸気管壁面に付着したとしても、燃焼に必要な燃料を筒内噴射によって賄うことができるとされている。
特開平４−２３７８５４号公報
ところで、筒内噴射とポート噴射とを併用したエンジンには、燃焼ガスの掃気効率や吸気の体積効率を改善させるといった観点から、吸気弁の開弁状態と排気弁の開弁状態とが重複するバルブオーバーラップ期間が設けられたものが存在する。特に、吸排気系に過給機を搭載したエンジンでは、バルブオーバーラップ期間を大きくすることで体積効率が向上し、エンジン出力が増大する。そこで、エンジンの吸気弁や排気弁の開閉タイミングを可変にし、エンジン負荷等に応じてバルブオーバーラップ期間を制御する技術も開発されている。
一方、バルブオーバーラップ期間を大きく設定するほど、吸気通路から流入した吸気（混合気）が直接的に排気通路側へと通り抜けるいわゆる吹き抜けが発生しやすくなる。吹き抜けが発生すると、ポート噴射により供給された燃料は筒内を通過して排気通路側へと流出してしまうため、エンジン出力や排気性能が低下するおそれが生じる。この吹き抜けは、過給機により吸気が過給されている場合に発生しやすく、特にエンジンが低回転で運転している場合はより起こりやすくなる。
したがって、筒内噴射とポート噴射とを併用するエンジンに過給機が搭載され、さらに可変動弁機構が設けられている場合、それぞれの燃料噴射時期や燃料噴射比率及びバルブオーバーラップ期間を最適化し、各噴射方式が持つメリットを十分に発揮できるようにすることが望まれるとともに、バルブオーバーラップ期間中の吹き抜けをも考慮して、適切に燃料噴射を実施する必要がある。
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、筒内噴射とポート噴射とを併用するエンジンにおいて、吹き抜けの発生を抑制するとともに各噴射方式の持つメリットを活かすことができるようにした、エンジンの制御装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
（１）ここで開示するエンジンの制御装置は、エンジンの気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、前記気筒の吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁と、前記エンジンの吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉時期を可変にする可変動弁機構と、を備えた過給機付きのエンジンの制御装置において、前記エンジンの回転速度に基づいて、前記筒内噴射弁による燃料噴射及び前記ポート噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御手段と、前記回転速度に基づいて、前記可変動弁機構を制御する可変動弁制御手段と、を有する。
前記可変動弁制御手段は、第一の回転領域で前記吸気弁及び前記排気弁が共に開弁状態となるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、前記第一の回転領域よりも前記回転速度の高い第二の回転領域で前記バルブオーバーラップ期間を短縮し、前記噴射制御手段は、前記第一の回転領域から前記第二の回転領域に移行する期間で、前記筒内噴射弁による燃料噴射及び前記ポート噴射弁による燃料噴射を実施するとともに前記ポート噴射弁による燃料噴射時期を進角する。
すなわち、前記噴射制御手段は、前記第一の回転領域及び前記第二の回転領域において、前記筒内噴射弁による燃料噴射及び前記ポート噴射弁による燃料噴射を実施するとともに、前記エンジンの運転状態が前記第一の回転領域から前記第二の回転領域に移行する場合は、前記ポート噴射弁による燃料噴射時期を進角する。
ここで、前記エンジンの回転速度に関する領域の一つとして、「境界領域」を定義する。境界領域は、前記第一の回転領域と前記第二の回転領域との境界をなす回転速度を含む領域、あるいは、前記第一の回転領域と前記第二の回転領域とに挟まれた回転領域を含む領域であるものとする。また、前記境界領域は、前記第一の回転領域よりも低回転の領域を含まず、かつ、前記第二の回転領域よりも高回転の領域を含まないものとする。
上記の「移行する場合」とは、前記エンジンの運転状態が前記境界領域にある場合に相当する。したがって、ここでいう「移行する場合」とは、必ずしも前記エンジンの運転状態が前記第一の回転領域から前記第二の回転領域へと変化しつつある場合のみを意味するものではない。
なお、前記第二の回転領域は、前記境界領域に包含されるように設定されることが好ましい。一方、前記第一の回転領域は、前記境界領域よりも低回転速度側にはみ出すように設定されることが好ましい。
（２）前記噴射制御手段は、前記回転速度が高いほど前記ポート噴射弁による燃料噴射時期を進角することが好ましい。言い換えると、前記噴射制御手段は、前記回転速度が低いほど前記ポート噴射弁による燃料噴射時期を遅角することが好ましい。なお、前記ポート噴射弁による燃料噴射時期とは、燃料を噴射している期間に対応する。そのため、前記噴射制御手段は、前記回転速度が高いほど前記ポート噴射弁による燃料噴射開始時刻を進角することが好ましい。
（３）前記噴射制御手段は、前記回転速度が高いほど前記ポート噴射弁による燃料噴射量の割合を大きくするとともに、前記回転速度が低いほど前記ポート噴射弁による燃料噴射量の割合を小さくすることが好ましい。
（４）前記噴射制御手段は、前記ポート噴射弁による燃料噴射を実施する場合は、前記筒内噴射弁による燃料噴射量に対する前記ポート噴射弁による燃料噴射量の割合を１以下とすることが好ましい。
（５）前記噴射制御手段は、前記第一の回転領域内であって所定回転速度以下の低回転域では、前記筒内噴射弁による燃料噴射のみを実施することが好ましい。
（６）前記噴射制御手段は、前記第一の回転領域では、前記筒内噴射弁による燃料噴射を吸気行程及び圧縮行程に分けて実施することが好ましい。
開示のエンジンの制御装置によれば、バルブオーバーラップ期間中の吹き抜けの発生を抑制できるとともに、筒内噴射によるメリットとポート噴射によるメリットとを活かすことができ、高出力の確保と良好な排気性能の確保とを両立することができる。
一実施形態に係るエンジンの制御装置のブロック構成及びこの制御装置が適用されたエンジンの構成を例示する図である。 図１の制御装置の噴射領域制御部のブロック構成を例示する図である。 排気弁及び吸気弁の開閉時期と、エンジンの運転状態に応じて選択される燃料噴射モード及びそのモードでの燃料噴射時期とを示した概略図である。 本制御装置による燃料噴射モードを選択するためのマップである。 （ａ）は、高負荷運転状態でのエンジン回転速度に対する燃料噴射の割合を示すグラフであり、（ｂ）は筒内噴射量に対するポート噴射量の割合とトルクとの関係を示すグラフである。 エンジン回転速度に対するポート噴射開始時刻が設定されたマップである。 エンジン制御装置での噴射領域制御の制御手順を例示するフローチャートである。 エンジン制御装置での過給制御の制御手順を例示するフローチャートである。 エンジン制御装置でのバルブオーバーラップ期間制御の制御手順を例示するフローチャートである。
以下、図面により実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。
［１．装置構成］
［１−１．エンジン］
本実施形態のエンジンの制御装置は、図１に示す車載ガソリンエンジン１０（以下、単にエンジン１０と呼ぶ）に適用される。このエンジン１０は、ポート噴射と筒内噴射とを併用する燃料噴射システムと、排気圧を利用した過給システムとを備えた４ストロークサイクルエンジンである。図１では、多気筒のエンジン１０に設けられた複数のシリンダ（気筒）２０のうちの一つを示す。シリンダ２０にはピストン１９が摺動自在に内装され、ピストン１９の往復運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフト２１の回転運動に変換される。
各シリンダ２０の頂面には吸気ポート１７及び排気ポート１８が設けられる。吸気ポート１７の開口には吸気弁２７が設けられ、排気ポート１８の開口には排気弁２８が設けられる。吸気ポート１７と排気ポート１８との間には、点火プラグ２２がその先端を燃焼室側に突出させた状態で設けられる。点火プラグ２２での点火のタイミングは、後述するエンジン制御装置１で制御される。
吸気弁２７及び排気弁２８の上端部はそれぞれ、可変動弁機構４０内のロッカアーム３５，３７に接続され、ロッカアーム３５，３７の揺動に応じて個別に上下方向に往復駆動される。また、各ロッカアーム３５，３７の他端には、カムシャフトに軸支されたカム３６，３８が設けられる。カム３６，３８の形状（カムプロファイル）に応じて、ロッカアーム３５，３７の揺動パターンが定められる。吸気弁２７及び排気弁２８のバルブリフト量，バルブタイミングは、可変動弁機構４０を介してエンジン制御装置１で制御される。
［１−２．燃料噴射系］
シリンダ２０への燃料供給用のインジェクタとして、シリンダ２０内に直接的に燃料を噴射する筒内噴射弁（直噴インジェクタ）１１と、吸気ポート１７内に燃料を噴射するポート噴射弁（ポート噴射インジェクタ）１２とが設けられる。二種類の燃料噴射形態がエンジン１０の運転状態に応じて使い分けられ、又は組み合わされて、シリンダ２０内での燃料混合気の濃度分布を均質にした状態で燃焼させる均質燃焼と、高濃度の混合気が点火プラグ２２の近傍に層状に偏った状態で燃焼させる成層燃焼とが実施される。
ポート噴射は主に均質燃焼時に利用され、成層燃焼時には主に筒内噴射が利用される。ただし、筒内噴射弁１１からの燃料噴射時であっても、均質燃焼を実現可能である。筒内噴射による均質燃焼では、シリンダ２０内での燃料蒸発時に潜熱が吸収されて体積効率が上昇しやすい。また、燃焼温度が低下するため、ノッキングが発生しにくい。
筒内噴射弁１１から噴射された燃料は、例えばシリンダ２０内に形成される層状の空気流に乗って点火プラグ２２の近傍に誘導され、吸入空気中に不均一に分布する。一方、ポート噴射弁１２から噴射された燃料は、例えば吸気ポート１７内で霧化し、吸入空気とよく混ざった状態でシリンダ２０内に導入される。
これらの二種類の噴射弁１１，１２は、エンジン１０に設けられる図示しない他の気筒にも設けられる。筒内噴射弁１１及びポート噴射弁１２から噴射される燃料量及びその噴射時期は、エンジン制御装置１で制御される。例えば、エンジン制御装置１から各噴射弁１１，１２に制御パルス信号が伝達され、その制御パルス信号の大きさに対応する期間だけ、各噴射弁１１，１２の噴射口が開放される。これにより、燃料噴射量は制御パルス信号の大きさ（駆動パルス幅）に応じた量となり、噴射開始時刻は制御パルス信号が伝達された時刻に対応したものとなる。
筒内噴射弁１１は、高圧燃料供給路１３Ａを介して高圧ポンプ１４Ａに接続される。一方、ポート噴射弁１２は、低圧燃料供給路１３Ｂを介して低圧ポンプ１４Ｂに接続される。筒内噴射弁１１には、ポート噴射弁１２よりも高圧の燃料が供給される。高圧ポンプ１４Ａ及び低圧ポンプ１４Ｂはともに、燃料を圧送するための機械式の流量可変型ポンプである。これらのポンプ１４Ａ，１４Ｂは、エンジン１０や電動機などから駆動力の供給を受けて作動し、燃料タンク１５内の燃料を各供給路１３Ａ，１３Ｂに吐出する。なお、各ポンプ１４Ａ，１４Ｂから吐出される燃料量及び燃圧は、エンジン制御装置１で制御される。
［１−３．動弁系］
エンジン１０には、ロッカアーム３５，３７又はカム３６，３８の動作を制御する可変動弁機構４０が設けられる。可変動弁機構４０は、吸気弁２７及び排気弁２８のそれぞれについて、最大バルブリフト量及びバルブタイミングを個別に、又は、連動させつつ変更するための機構である。この可変動弁機構４０には、ロッカアーム３５，３７の揺動量及び揺動のタイミングを変化させるための機構として、バルブリフト量調整機構４１とバルブタイミング調整機構４２とが設けられる。
バルブリフト量調整機構４１は、吸気弁２７や排気弁２８の最大バルブリフト量を連続的に変更する機構であり、カム３６，３８からロッカアーム３５，３７に伝達される揺動の大きさを変更する機能を持つ。ロッカアーム３５，３７の揺動の大きさを変更するための具体的な構造は任意とする。バルブリフト量に対応する制御用パラメータは、制御角θVVLと呼ばれる。バルブリフト量調整機構４１は、制御角θVVLが大きいほどバルブリフト量を増大させる特性を持つ。この制御角θVVLは、エンジン制御装置１のバルブ制御部５で演算され、バルブリフト量調整機構４１に伝達される。
バルブタイミング調整機構４２は、吸気弁２７や排気弁２８の開閉時期（バルブタイミング）を変更する機構であり、ロッカアーム３５，３７に揺動を生じさせるカム３６，３８又はカムシャフトの回転位相を変更する機能を持つ。なお、カム３６，３８又はカムシャフトの回転位相を変更することで、クランクシャフト２１の回転位相に対するロッカアーム３５，３７の揺動のタイミングを連続的にずらすことが可能となる。
バルブタイミングに対応する制御用のパラメータは、位相角θVVTと呼ばれる。この位相角θVVTは、基準となるカムシャフトの位相に対するカム３６，３８の位相がどの程度進角又は遅角しているかを示す量であり、吸気弁２７，排気弁２８のそれぞれの開弁時期，閉弁時期に対応する。また、位相角θVVTは、エンジン制御装置１のバルブ制御部５で演算され、バルブタイミング調整機構４２に伝達される。バルブタイミング調整機構４２は、カム３６，３８のそれぞれの位相角θVVTを調整することでバルブタイミングを任意に制御する。
［１−４．吸排気系］
エンジン１０の吸排気系には、排気圧を利用してシリンダ２０内に吸気を過給するターボチャージャ（過給機）３０が設けられる。ターボチャージャ３０は、吸気ポート１７の上流側に接続された吸気通路２４と、排気ポート１８の下流側に接続された排気通路２９との両方に跨って介装される。ターボチャージャ３０のタービン３０Ａは、排気通路２９内の排気圧で回転し、その回転力を吸気通路２４側のコンプレッサ３０Ｂに伝達する。これを受けてコンプレッサ３０Ｂは、吸気通路２４内の空気を下流側へと圧縮しながら送給し、各シリンダ２０への過給を行う。ターボチャージャ３０による過給操作は、エンジン制御装置１で制御される。
吸気通路２４上におけるコンプレッサ３０Ｂよりも下流側にはインタークーラ３９が設けられ、圧縮された空気が冷却される。また、コンプレッサ３０Ｂよりも上流側にはエアフィルタ３３が設けられ、外部から取り込まれる空気が濾過される。さらに、コンプレッサ３０Ｂの上流側，下流側の吸気通路２４を接続するように、吸気バイパス通路２５が設けられるとともに、吸気バイパス通路２５上にバイパスバルブ２６が介装される。吸気バイパス通路２５を流れる空気量は、バイパスバルブ２６の開度に応じて調節される。バイパスバルブ２６は、例えば車両の急減速時に開放方向に制御され、コンプレッサ３０Ｂから送給される過給圧を再び上流側へと逃がすように機能する。なお、バイパスバルブ２６の開度はエンジン制御装置１で制御される。
インタークーラ３９の下流側にはスロットルボディが接続され、さらにその下流側にはインマニ（インテークマニホールド）が接続される。スロットルボディの内部には、電子制御式のスロットルバルブ１６が設けられる。インマニへと流れる空気量は、スロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）に応じて調節される。スロットル開度は、エンジン制御装置１によって制御される。
インマニには、各シリンダ２０へと流れる空気を一時的に蓄えるためのサージタンク２３が設けられる。サージタンク２３よりも下流側のインマニは、各シリンダ２０の吸気ポート１７に向かって分岐するように形成され、サージタンク２３はその分岐点に位置する。サージタンク２３は、各シリンダ２０で発生しうる吸気脈動や吸気干渉を緩和するように機能する。
排気通路２９上におけるタービン３０Ａよりも下流側には、触媒装置４３が介装される。この触媒装置４３は、例えば排気中に含まれるPM（Particulate Matter，粒子状物質）や窒素酸化物（NOx），一酸化炭素（CO），炭化水素（HC）等の成分を浄化，分解，除去する機能を持つ。また、タービン３０Ａよりも上流側には、各シリンダ２０の排気ポート１８に向かって分岐形成されたエキマニ（エキゾーストマニホールド）が接続される。
タービン３０Ａの上流側，下流側の排気通路２９を接続するように排気バイパス通路３１が設けられるとともに、排気バイパス通路３１上に電子制御式のウェイストゲートバルブ３２が介装される。ウェイストゲートバルブ３２は、タービン３０Ａ側に流入する排気流量を制御して過給圧を変化させる過給圧調節弁である。このウェイストゲートバルブ３２にはアクチュエータ３２ｂが併設され、弁体３２ａの位置（すなわち開度）が電気的に制御される。アクチュエータ３２ｂの動作はエンジン制御装置１で制御される。
［１−５．検出系］
クランクシャフト２１近傍には、その回転速度Ne（単位時間あたりの回転数）を検出するエンジン回転速度センサ４４が設けられる。また、車両の任意の位置には、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度APS）を検出するアクセルポジションセンサ４５が設けられる。アクセル開度APSは、運転者の加速要求や発進意思に対応するパラメータであり、言い換えるとエンジン１０の負荷P（エンジン１０に対する出力要求）に相関するパラメータである。
吸気通路２４内には、吸気流量Qを検出するエアフローセンサ４６が設けられる。吸気流量Qは、エアフィルタ３３を通過した実際の空気の流量に対応するパラメータである。また、サージタンク２３内には、インマニ圧センサ４７及び吸気温センサ４８が設けられる。インマニ圧センサ４７はサージタンク２３内の圧力をインマニ圧として検出し、吸気温センサ４８はサージタンク２３内の吸気温度を検出する。各種センサ４４〜４８で検出された各種情報は、エンジン制御装置１に伝達される。
［１−６．制御系］
上記のエンジン１０を搭載する車両には、エンジン制御装置１が設けられる。エンジン制御装置１は、例えばマイクロプロセッサやＲＯＭ，ＲＡＭ等を集積したＬＳＩデバイスや組み込み電子デバイスとして構成され、車両に設けられた車載ネットワークの通信ラインに接続される。
エンジン制御装置１は、エンジン１０に関する点火系，燃料系，吸排気系及び動弁系といった広汎なシステムを総合的に制御する電子制御装置であり、エンジン１０の各シリンダ２０に対して供給される空気量や燃料噴射量，各シリンダ２０の点火時期，過給圧等を制御するものである。エンジン制御装置１の入力ポートには、前述の各種センサ４４〜４８が接続される。入力情報は、アクセル開度APS，吸気流量Q，インマニ圧，吸気温度，エンジン回転速度Ne等である。
エンジン制御装置１の具体的な制御対象としては、筒内噴射弁１１及びポート噴射弁１２から噴射される燃料噴射量とその噴射時期，点火プラグ２２による点火時期，吸気弁２７及び排気弁２８のバルブリフト量及びバルブタイミング，ターボチャージャ３０の作動状態，スロットルバルブ１６の開度，バイパスバルブ２６の開度，ウェイストゲートバルブ３２の開度等が挙げられる。本実施形態では、噴射領域制御と過給制御とバルブオーバーラップ期間制御の三種類の制御について説明する。
［２．制御の概要］
［２−１．噴射領域制御］
噴射領域制御とは、エンジン１０の運転状態やエンジン１０に要求される出力の大きさに応じて燃料噴射方式を使い分ける制御である。ここでは、例えばエンジン回転速度Neやエンジン負荷P，空気量，充填効率Ec（目標充填効率，実充填効率など），アクセル開度APS等に基づき、ポート噴射のみを実施する「MPIモード」と、筒内噴射のみを実施する「DIモード」と、ポート噴射と筒内噴射とを併用して燃料噴射を実施する「DI+MPIモード」との何れか一つが選択される。
図３は、排気弁２８及び吸気弁２７の開閉時期と、エンジン１０の運転状態に応じて選択される燃料噴射モード及びそのモードでの燃料噴射時期とを示した概略図である。図中のハッチ付きの長方形はポート噴射弁１２から燃料噴射されている状態（ポート噴射時期）に対応し、白抜きの長方形は筒内噴射弁１１から燃料噴射されている状態（筒内噴射時期）に対応する。つまり、図中の長方形の左端が燃料噴射開始時刻，右端が燃料噴射終了時刻にそれぞれ対応する。
MPIモードは、エンジン１０が低負荷のときに選択される噴射モードである。MPIモードでは、筒内噴射弁１１からの燃料噴射が禁止され、要求される出力を得るために噴射すべき燃料の全てがポート噴射弁１２から噴射される。MPIモードにおけるポート噴射弁１２からの燃料噴射時期は予め設定されており、MPIモードが選択されると予め設定された噴射時期に燃料が噴射される。ここでは、ポート噴射弁１２からの燃料噴射時期は、排気行程に設定されている。
なお、ポート噴射の燃料噴射時期は排気行程に限られず、排気行程前の膨張行程後半から開始されるように設定されていてもよいし、吸気行程中に設定されていてもよい。ポート噴射を実施することにより、低負荷運転状態では、ポート噴射による気化の良さが活かされ、混合気の均質性が高められるため排気性能向上に繋がる。以下、ポート噴射弁１２から噴射される燃料量のことを、ポート噴射量FPとも呼ぶ。
DIモードは、エンジン１０が高負荷かつ低回転のときに選択される噴射モードである。DIモードでは、ポート噴射弁１２からの燃料噴射が禁止され、要求される出力を得るために噴射すべき燃料が筒内噴射弁１１から吸気行程と圧縮行程の二回に分けて噴射される。DIモードにおける筒内噴射弁１１からの燃料噴射時期は、吸気行程，圧縮行程毎に予め設定されており、DIモードが選択されると予め設定された噴射時期に燃料が噴射される。
筒内噴射を実施すると、燃料の気化潜熱によって吸気の温度及び燃焼室内の温度が低減される。これは、吸気冷却効果と呼ばれ、この効果によりノッキングに対して有利になるため圧縮比が高められる。特に、吸気行程と圧縮工程の二回に分けて燃料を噴射することで、最大の吸気冷却効果を得ることが可能である。圧縮比が高められると体積効率が増大するため、エンジン出力を高めることができ、燃費向上に繋がる。さらに圧縮行程において燃料を噴射することで燃焼が改善され、ノッキングも改善される。
また、低回転では、バルブオーバーラップ期間中に、吸気ポート１７から流入した吸気（混合気）が直接的に排気ポート１８側へと通り抜けるいわゆる吹き抜けが発生しやすくなる。吹き抜けが発生すると、ポート噴射弁１２により供給された燃料はシリンダ２０内を通過して排気通路２９側へと流出してしまうため、燃料不足によるエンジン出力の低下や、HCが排気系に流出することによる排気性能の低下を招く。この吹き抜けは、ターボチャージャ３０により吸気が圧縮されている場合に発生しやすく、特にエンジン１０が低回転で運転している場合はより起こりやすくなる。そのため、高負荷かつ低回転のときはポート噴射自体を禁止して、吹き抜けの発生を抑制する。以下、筒内噴射弁１１から噴射される燃料量のことを、筒内噴射量FDとも呼ぶ。
DI+MPIモードは、エンジン１０の運転状態が低負荷でないとき（MPIモードでないとき）及び高負荷かつ低回転でないとき（DIモードでないとき）に選択される噴射モードである。DI+MPIモードでは、要求される出力を得るために噴射すべき燃料が筒内噴射弁１１及びポート噴射弁１２から所定の割合Rで噴射される。つまり、同一の燃焼サイクル内で筒内噴射弁１１とポート噴射弁１２とがともに作動し、筒内噴射及びポート噴射の両方が実施される。これにより、筒内噴射によるメリットとポート噴射によるメリットとを得ることが可能となる。
筒内噴射量FDに対するポート噴射量FPの割合R（=FP/FD）は予め設定されており、後述の割合変更部３ｃにおいて変更されない限り、DI+MPIモードではこの割合Rで筒内噴射弁１１及びポート噴射弁１２からそれぞれ燃料が噴射される。筒内噴射量FDに対するポート噴射量FPの割合Rは0＜R≦1の値に設定されている。つまり、筒内噴射弁１１から噴射される燃料の方がポート噴射弁１２から噴射される燃料よりも多い。なお、割合Rの代わりに、一回の燃焼サイクル内で噴射する全ての燃料量（後述の総燃料量FT）に対する筒内噴射量FDの割合R1（=FD/FT）と、総燃料量FTに対するポート噴射量FPの割合R2（=FP/FT）とが予め設定されていてもよい。この場合、R1≧R2であり、R=R1+R2となる。
さらにDI+MPIモードは、エンジン１０の運転状態に応じて、筒内噴射弁１１からの燃料噴射が吸気行程でのみ実施される第一のDI+MPIモード〔以下、DI（吸）+MPIモードという〕と、吸気行程と圧縮行程の二回に分けて実施される第二のDI+MPIモード〔以下、DI（吸，圧）+MPIモードという〕との二種類に分けられる。エンジン１０の運転状態が中負荷のとき又は高負荷かつ高回転のときはDI（吸）+MPIモードが選択され、高負荷かつ中回転のときはDI（吸，圧）+MPIモードが選択される。すなわち、エンジン１０の運転状態が高負荷の場合は、低回転側からDIモード，DI（吸，圧）+MPIモード，DI（吸）+MPIモードの三つのモードが回転速度Neに応じて選択される。
DI（吸）+MPIモードが選択される中負荷運転状態では、高負荷時に比べて要求される出力が小さいため、噴射すべき総燃料量FTが高負荷時よりも少ない。また、筒内噴射を圧縮行程で実施した場合、スモークが発生する可能性が生じうる。そのため、中負荷運転状態では、筒内噴射を吸気行程でのみ実施することで、出力を確保しながらスモークの発生を抑制する。
また、DI（吸）+MPIモードが選択される高負荷かつ高回転のときも、筒内噴射を吸気行程でのみ実施することで、スモークの発生を抑制するとともに、筒内噴射弁１１から噴射された燃料の霧化時間を確保する。DI（吸）+MPIモードにおける、筒内噴射弁１１による吸気行程での燃料噴射時期と、ポート噴射弁１２による燃料噴射時期とは予め設定されている。そのため、DI（吸）+MPIモードが選択されると、後述のポート噴射時期変更部３ｅで変更されない限り、予め設定された噴射時期に燃料が噴射される。なお、この場合のポート噴射時期は、例えば膨張行程の後半から排気行程にかけて実施されるように設定される。これにより、混合気形成時間が確保され均質性が向上し、排気性能が向上する。
一方、DI（吸，圧）+MPIモードが選択される高負荷かつ中回転のときは、筒内噴射を吸気行程と圧縮行程の二回に分けて実施することで最大の吸気冷却効果を得つつ燃焼を改善させる。また、ここでもポート噴射が排気行程に設定されており、これにより予混合量が増し、排気性能を向上させることができる。なお、三回に分割して燃料を噴射することで、各行程で噴射される燃料量が他の運転状態の場合と比較して少なくなるため、吹き抜けの発生やスモークの発生が抑制される。
DI（吸，圧）+MPIモードにおける、筒内噴射弁１１による吸気行程及び圧縮行程での燃料噴射時期と、ポート噴射弁１２による燃料噴射時期とは予め設定されている。そのため、DI（吸，圧）+MPIモードが選択されると、後述のポート噴射時期変更部３ｅで変更されない限り、予め設定された噴射時期に燃料が噴射される。
DI（吸，圧）+MPIモードが選択された場合は、噴射すべき筒内噴射量FDが吸気行程で噴射される燃料量FDI（以下、吸気噴射量FDIという）と圧縮行程で噴射される燃料量FDC（以下、圧縮噴射量FDCという）とに分割され、それぞれの行程で噴射される。吸気噴射量FDIに対する圧縮噴射量FDCの割合W（=FDC/FDI）は予め設定されており、DI（吸，圧）+MPIモードでは、この割合Wで筒内噴射量FDが分けられる。
吸気噴射量FDIに対する圧縮噴射量FDCの割合Wは0＜W＜1の値に設定されている。つまり、筒内噴射弁１１からは吸気行程でより多くの燃料が噴射され、圧縮行程で残りの燃料が噴射される。なお、割合Wの代わりに、筒内噴射量FDに対する吸気噴射量FDIの割合W1（=FDI/FD）と、筒内噴射量FDに対する圧縮噴射量FDCの割合W2（=FDC/FD）とが予め設定されていてもよい。この場合、W1＞W2であり、W=W1+W2となる。
［２−２．過給制御］
過給制御とは、エンジン１０の運転状態やエンジン１０に要求される出力の大きさに応じてターボチャージャ３０の作動状態（オン／オフ状態やその作動量等）を定める制御である。ここでは、例えばエンジン回転速度Neやエンジン１０に作用する負荷P，空気量，充填効率Ec（目標充填効率，実充填効率など），アクセル開度APS等に基づき、ウェイストゲートバルブ３２の開度が制御されることで、過給制御が行われる。
典型的な過給制御の手法としては、エンジン１０に要求される負荷が所定負荷PSよりも大きい場合にウェイストゲートバルブ３２が閉弁されて、ターボチャージャ３０がオン状態となり、過給によりシリンダ２０内に導入される吸気量が増大し、エンジン出力が増大する。反対に、エンジン１０に要求される負荷が所定負荷PS以下の場合はウェイストゲートバルブ３２が開弁されて、排気バイパス通路３１を排気が流通する。これにより、ターボチャージャ３０のタービン出力が低下し、又はターボチャージャ３０がオフ状態となる。
［２−３．バルブオーバーラップ期間制御］
バルブオーバーラップ期間制御とは、吸気の体積効率やエンジン出力の向上と、混合気の吹き抜けとを考慮して、最適なバルブオーバーラップ期間とする制御である。バルブオーバーラップ期間は、吸気弁２７の開弁期間と排気弁２８の開弁期間とが重複した期間であり、この期間を大きくすることで高い掃気効果が得られ、吸気の体積効率を高めることができ、ひいてはエンジン出力の向上に繋がる。一方、バルブオーバーラップ期間中は、吸気弁２７と排気弁２８とが共に開弁状態であるため、ポート噴射弁１２から噴射した燃料を含む混合気の吹き抜けが発生しやすくなる。特に過給制御によりターボチャージャ３０がオン状態にされている場合は、吹き抜けが増大するおそれがある。
バルブオーバーラップ期間は、例えばエンジン１０の運転状態やエンジン１０に要求される出力の大きさに応じて設定される。ここでは、エンジン１０が高負荷運転の場合にバルブオーバーラップ期間が設定される。本実施形態では、三通りのバルブオーバーラップ期間の設定が用意されている。
まず、エンジン１０が高負荷運転の場合であって、噴射領域制御においてDI（吸，圧）+MPIモードが選択されている場合には、例えば公知の手法に基づいて「通常のバルブオーバーラップ期間」が設定される。一方、噴射領域制御においてDIモードが選択された場合（すなわち高負荷低回転領域の場合）は、バルブオーバーラップ期間が「通常のバルブオーバーラップ期間」よりも大きくなるように変更される。これは、DIモードの場合はポート噴射弁１２により噴射された燃料を含む混合気の吹き抜けを考慮する必要がないため、最大の掃気効果を得るためである。
また、噴射領域制御においてDI（吸）+MPIモードが選択された場合（すなわち高負荷高回転領域の場合）は、バルブオーバーラップ期間「通常のバルブオーバーラップ期間」よりも小さくなるように変更される。これにより、ポート噴射弁１２から噴射された燃料の吹き抜けが抑制される。可変動弁機構４０は、設定又は変更されたバルブオーバーラップ期間となるように制御される。
なお、エンジン１０が低負荷運転，中負荷運転の場合は、例えばバルブオーバーラップ期間が０（あるいは予め設定された所定値）に設定され、可変動弁機構４０が制御される。
［３．制御構成］
図１に示すように、上記の制御を実施するための要素として、エンジン制御装置１には、エンジン負荷算出部２，噴射制御部３，過給制御部４，バルブ制御部５が設けられる。バルブ制御部５には、バルブオーバーラップ変更部５ａが設けられる。また、図２に示すように、噴射制御部３には、総燃料量算出部３ａ，噴射モード選択部３ｂ，割合変更部３ｃ，噴射量設定部３ｄ，ポート噴射時期変更部３ｅ及び噴射制御信号出力部３ｆが設けられる。これらの各要素は電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、ソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。
［３−１．エンジン負荷算出部］
エンジン負荷算出部２は、エンジン１０の負荷Pの大きさを算出するものである。ここでいう負荷Pとは、エンジン１０に対して抵抗を及ぼす力，仕事率（エンジン出力，馬力），仕事（エネルギ）等を意味する。典型的には、エンジン１０に要求されるエンジン出力やこれに相関するパラメータが負荷Pとして取り扱われる。
負荷Pは、例えばシリンダ２０に導入された空気量に基づいて算出される。あるいは、吸気流量，排気流量等に基づいて算出される。その他、吸気圧や排気圧，車速V，回転速度Ne，アクセル開度APS，外部負荷装置の作動状態等に基づいて負荷Pを算出してもよい。本実施形態では、吸気流量Qと回転速度Neとに基づいて充填効率Ec又は体積効率Evが算出され、これらの値に基づいて負荷Pの大きさが算出される。ここで算出された負荷Pの値は、噴射制御部３，過給制御部４及びバルブ制御部５に伝達される。
［３−２．噴射領域制御部］
噴射制御部（噴射制御手段）３は、筒内噴射弁１１による燃料噴射及びポート噴射弁１２による燃料噴射を制御して、噴射領域制御を実施するものである。
総燃料量算出部３ａは、エンジン１０の回転速度Neと、エンジン負荷算出部２で算出された負荷Pとに基づいて、要求される出力を得るために一回の燃焼サイクルで噴射すべき燃料量を総燃料量FTとして算出するものである。例えば、エンジン１０の負荷P，回転速度Neを引数とした燃料噴射量マップを予め噴射制御部３に記憶しておき、このマップを用いてトータルの燃料噴射量（すなわち総燃料量FT）を算出する。ここで算出された総燃料量FTは、噴射量設定部３ｄに伝達される。
噴射モード選択部３ｂは、エンジン１０の運転状態に基づいて、上記のMPIモード，DIモード及びDI+MPIモードの何れか一つの燃料噴射モードを選択するものである。噴射制御部３には、エンジン１０の運転状態と燃料噴射モードとの対応関係が規定されたマップ，演算式等が記録される。このようなマップ，演算式等に基づいて、燃料噴射モードが選択される。
本実施形態では、図４に示すような噴射モードマップが予め噴射制御部３に記憶されている。この噴射モードマップは、縦軸に負荷P，横軸に回転速度Neをとる座標平面上の領域として、それぞれの燃料噴射モードが設定されている。具体的には、負荷Pが所定の第一負荷P1未満の低負荷運転状態ではMPIモード領域が設定されている。ここで、第一負荷P1は予め設定された一定値であり、ターボチャージャ３０による過給が実施されるか否かの判断閾値となる所定負荷PSと略同等かやや小さい値である。つまり、MPIモード領域では、ターボチャージャ３０による過給は実施されない。
また、負荷Pが第一負荷P1以上かつ所定の第二負荷P2未満の中負荷運転状態ではDI（吸）+MPIモード領域が設定されている。ここで、第二負荷P2は予め設定された一定値であり、第一負荷P1よりも大きな値であって全負荷の略80％の値である。
また、負荷Pが第二負荷P2以上の高負荷運転状態では、回転速度Neの低い方から順に、DIモード領域（第一の回転領域），DI（吸，圧）+MPIモード領域（第一の回転領域，境界領域），DI（吸）+MPIモード領域（第二の回転領域，境界領域）の三つの領域が設定されている。ここでは説明を簡略化すべく、回転速度Neが第一回転速度Ne1未満の範囲をDIモード領域とし、回転速度Neが第一回転速度Ne1以上かつ第二回転速度Ne2未満の範囲をDI（吸，圧）+MPIモード領域とし、回転速度Neが第二回転速度Ne2以上の範囲をDI（吸）+MPIモード領域とする。ここで、第一回転速度Ne1は予め設定された0よりも大きな一定値であり、例えばアイドル回転速度と同等の値やアイドル回転速度よりも大きな値である。また、第二回転速度Ne2も予め設定された一定値であり、第一回転速度Ne1よりも大きな値である。
MPIモード領域，DIモード領域，DI（吸）+MPIモード領域，DI（吸，圧）+MPIモード領域はそれぞれ、MPIモード，DIモード，DI（吸）+MPIモード，DI（吸，圧）+MPIモードが選択される領域である。噴射モード選択部３ｂは、図４の噴射モードマップに回転速度Ne及び負荷Pを適用して燃料噴射モードを選択する。選択された燃料噴射モードは、割合変更部３ｃ及び噴射量設定部３ｄに伝達されるとともに、バルブ制御部５にも伝達される。
割合変更部３ｃは、負荷Pが第二負荷P2以上の高負荷運転状態であって燃料噴射モードがDI+MPIモードの場合に、筒内噴射量FDに対するポート噴射量FPの割合Rをエンジン１０の回転速度Neに応じて変更するものである。割合変更部３ｃは、図５（ａ）に実線で示すように、回転速度Neが高いほど割合Rを大きくし、反対に回転速度Neが低いほど割合Rを小さくする。
言い換えると、割合変更部３ｃは回転速度Neが第一回転速度Ne1から増加するほど、総燃料量FTに対する筒内噴射量FDの割合R1を徐々に減少させるとともに（図中の一点鎖線）、総燃料量FTに対するポート噴射量FPの割合R2を徐々に増大させる（図中の二点鎖線）。これは、回転速度Neが高い場合は、一回の燃焼サイクルにおいてシリンダ２０内に噴射できる燃料量（すなわち筒内噴射量FD）が限られてくるので、要求される出力を確保するためである。また、回転速度Neが低い場合は、バルブオーバーラップ期間中に発生し得る吹き抜けを抑制するためである。
このとき割合変更部３ｃは、図５（ａ）に実線で示すように筒内噴射量FDに対するポート噴射量FPの割合Rを最大でも1とする。すなわち、高回転時では、図中に一点鎖線及び二点鎖線で示すように、総燃料量FTに対する筒内噴射量FDの割合R1と総燃料量FTに対するポート噴射量FPの割合R2とを同一とする。これは、図５（ｂ）に示すように、総燃料量FTが同一であっても筒内噴射量FDに対するポート噴射量FPの割合Rが0.5を超えたあたりから、筒内噴射による吸気冷却効果が急激に得られなくなり、出力が極端に減少してしまうからである。割合変更部３ｃにより割合Rが変更された場合は、変更された割合Rが噴射量設定部３ｄに伝達される。
噴射量設定部３ｄは、噴射モード選択部３ｂで選択された燃料噴射モードに応じて、筒内噴射弁１１からの筒内噴射量FD（吸気噴射量FDI及び圧縮噴射量FDC）とポート噴射弁１２からのポート噴射量FPとを設定するものである。噴射量設定部３ｄは、この設定に際して、総燃料量算出部３ａで算出された総燃料量FTと、予め設定されている割合R及び割合Wと、割合変更部３ｃで変更された割合Rとを用いる。ここで設定された吸気噴射量FDI，圧縮噴射量FDC及びポート噴射量FPは、噴射制御信号出力部３ｆに伝達される。
MPIモードが選択されている場合には、ポート噴射弁１２のみが使用されるため、噴射量設定部３ｄは、筒内噴射量FDを0と設定し、総燃料量FTをポート噴射量FPとして設定する。
DIモードが選択されている場合は、筒内噴射弁１１のみが使用されるため、噴射量設定部３ｄは、ポート噴射量FPを0と設定し、総燃料量FTを予め設定された割合Wに基づいて吸気噴射量FDIと圧縮噴射量FDCとに分け、それぞれの噴射量FDI，FDCを設定する。
中負荷運転状態においてDI（吸）+MPIモードが選択されている場合は、噴射量設定部３ｄは、総燃料量FTを予め設定された割合Rに基づいて筒内噴射量FDとポート噴射量FPとに分け、ポート噴射量FPを設定する。さらに、筒内噴射量FDを吸気噴射量FDIとして設定するとともに、圧縮噴射量FDCを0と設定する。
高負荷運転状態においてDI（吸）+MPIモードが選択されている場合は、噴射量設定部３ｄは、総燃料量FTを割合変更部３ｃで変更された割合Rに基づいて筒内噴射量FDとポート噴射量FPとに分け、ポート噴射量FPを設定する。さらに、筒内噴射量FDを吸気噴射量FDIとして設定するとともに、圧縮噴射量FDCを0と設定する。
高負荷運転状態においてDI（吸，圧）+MPIモードが選択されている場合は、噴射量設定部３ｄは、総燃料量FTを割合変更部３ｃで変更された割合Rに基づいて筒内噴射量FDとポート噴射量FPとに分け、ポート噴射量FPを設定する。さらに、筒内噴射量FDを予め設定された割合Wに基づいて吸気噴射量FDIと圧縮噴射量FDCとに分け、それぞれの噴射量FDI，FDCを設定する。
ポート噴射時期変更部３ｅは、負荷Pが第二負荷P2以上の高負荷運転状態であって燃料噴射モードにポート噴射が含まれる場合（すなわちDI+MPIモードの場合）に、ポート噴射弁１２による燃料噴射開始時刻ｔP（以下、ポート噴射開始時刻ｔPという）を回転速度Neに応じて変更するものである。噴射制御部３には、エンジン１０の回転速度Neとポート噴射開始時刻ｔPとの対応関係が規定されたマップ，演算式等が記録される。このようなマップ，演算式等に基づいて、ポート噴射開始時刻ｔPが変更される。ポート噴射開始時刻ｔPが変更されると、ポート噴射弁１２により燃料噴射している期間（燃料噴射時期）が変更される。
本実施形態では、図６に示すようなポート噴射開始時刻変更マップが予め噴射制御部３に記憶されている。ポート噴射開始時刻変更マップは、縦軸にクランクシャフト２１の回転角（CA），横軸に回転速度Neをとったものであり、回転速度Neが高いほどポート噴射開始時刻ｔPが進角されている。なお、図６に示すマップでは、ポート噴射開始時刻ｔPが膨張行程の後半から吸気行程の前半までの範囲内に設定されている。
つまり、ポート噴射開始時刻ｔPが最も進角されたときは、ポート噴射開始時刻ｔPが膨張行程後半に設定され、膨張行程後半から排気行程にかけて（或いは、吸気行程の前半にかけて）ポート噴射弁１２から燃料が噴射される。一方、最も遅角されたときは、ポート噴射開始時刻ｔPが吸気行程に設定され、吸気行程においてポート噴射弁１２から燃料が噴射される。ポート噴射時期変更部３ｅは、図６のポート噴射開始時刻変更マップに回転速度Neを適用して、回転速度Neに応じたポート噴射開始時刻ｔPを設定する。
これにより、図４に白抜き矢印で示すように、回転速度Neが高いほどポート噴射時期（MPI噴射時期）が進角され、混合気を形成するための時間が十分に確保される。一方、回転速度Neが低い場合は、ポート噴射時期が遅角され、バルブオーバーラップ期間中の吹き抜けが抑制される。ポート噴射時期変更部３ｅによりポート噴射開始時刻ｔPが変更された場合は、変更されたポート噴射開始時刻ｔPが噴射制御信号出力部３ｆに伝達される。
噴射制御信号出力部３ｆは、噴射モード選択部３ｂで選択された燃料噴射モードに則り、噴射量設定部３ｄで設定された燃料噴射量が確保されるとともに所定の燃料噴射時期となるように、筒内噴射弁１１，ポート噴射弁１２に制御信号を出力するものである。これらの制御信号を受けた筒内噴射弁１１，ポート噴射弁１２は、制御信号に応じた時刻及び開弁期間で駆動される。これにより、所望の筒内噴射量FD（吸気噴射量FDI及び圧縮噴射量FDC），ポート噴射量FPが、所定の燃料噴射開始時期において噴射される。なお、ポート噴射時期変更部３ｅによりポート噴射開始時刻ｔPが変更された場合は、変更後のポート噴射開始時刻ｔPにポート噴射が実施される。
［３−３．過給制御部］
過給制御部４は、上記の過給制御を実施するものである。すなわち、過給制御部４は、エンジン１０に要求される負荷Pが所定負荷PSよりも大きい場合に過給が必要であると判定し、アクチュエータ３２ｂを制御してウェイストゲートバルブ３２を閉弁状態とする。これにより、ターボチャージャ３０がオン状態となり、過給によりシリンダ２０内に導入される吸気量が増大する。
また、過給制御部４は、エンジン１０に要求される負荷Pが所定負荷PS以下の場合は過給が不要であると判定し、アクチュエータ３２ｂを制御してウェイストゲートバルブ３２を開弁状態とする。これにより、排気バイパス通路３１を排気が流通するため、ターボチャージャ３０のタービン出力が低下し、又はターボチャージャ３０がオフ状態となる。
なお、過給を実施するか否かの条件は、要求される負荷Pと所定負荷PSとを比較するものに限られない。例えば、燃料噴射モードを選択するための条件とは別個に設定されるものとしてもよいし、図４に示すマップ上の所定領域として定義してもよい。また、ウェイストゲートバルブ３２の開閉制御に加え、開度制御を実施してもよい。
［３−４．バルブ制御部］
バルブ制御部（可変動弁制御手段）５は、可変動弁機構４０の動作を制御して、上記のバルブオーバーラップ期間制御を実施するものである。バルブ制御部５は、エンジン１０の運転状態（回転速度Neや負荷P等）やエンジン１０に要求される出力の大きさに応じてバルブオーバーラップ期間を設定する。ここでは、少なくともエンジン１０が高負荷の場合にバルブオーバーラップ期間が設けられる。
バルブオーバーラップ変更部５ａは、エンジン１０が高負荷の場合に、エンジン回転速度Neに応じて予め設定されたバルブオーバーラップ期間を変更するものである。ここでは、噴射モード選択部３ｂにより設定されたモードに応じてバルブオーバーラップ期間を延長又は短縮する。すなわちバルブオーバーラップ変更部５ａは、DIモードが選択された場合はバルブオーバーラップ期間を延長し、DI（吸）+MPIモードが選択された場合は設定されたバルブオーバーラップを短縮する。バルブオーバーラップ期間の延長量又は短縮量は、例えばエンジン回転速度Neや負荷P等に基づいて設定される。
バルブ制御部５は、設定又は変更されたバルブオーバーラップ期間となるように、吸気弁２７，排気弁２８のそれぞれの制御角θVVL，位相角θVVTを設定する。そして、これらの制御角θVVL，位相角θVVTの情報を可変動弁機構４０のバルブリフト量調整機構４１，バルブタイミング調整機構４２に伝達することで、最適なバルブオーバーラップ期間とする。
［４．フローチャート］
図７〜図９は、噴射領域制御，過給制御及びバルブオーバーラップ期間制御の各手順を説明するためのフローチャートである。これらのフローは、エンジン制御装置１において所定の演算周期で繰り返し実施される。
まず、噴射領域制御について説明する。図７に示すように、ステップＳ１０では、各種センサ４４〜４８で検出された各種情報がエンジン制御装置１に入力される。また、ステップＳ２０では、エンジン負荷算出部２において、吸気流量Q，回転速度Ne等に基づいてエンジン１０の負荷Pが算出される。続くステップＳ３０では、総燃料量算出部３ａにおいて総燃料量FTが算出される。
ステップＳ４０では、噴射モード選択部３ｂにおいて、エンジン１０の運転状態に基づいて燃料噴射モードが選択される。燃料噴射モードの選択では、例えば図４に示すようなマップ上で、その時点の回転速度Ne及び負荷Pがどの領域内にあるかが判断される。ステップＳ５０では、負荷Pが第二負荷P2以上であるか否かが判定される。負荷Pが第二負荷P2以上の高負荷時であれば、ステップＳ６０へ進み、回転速度Neが第一回転速度Ne1以上であるか否かが判定される。
回転速度Neが第一回転速度Ne1以上の場合は、高負荷かつ中回転以上の運転状態であるため、ステップＳ７０に進む。ステップＳ７０では、割合変更部３ｃにおいて予め設定された割合Rが回転速度Neに応じて変更される。割合Rの変更では、例えば図５（ａ）に示すようなグラフにその時点の回転速度Neが適用される。続くステップＳ７５では、ポート噴射時期変更部３ｅにおいて、予め設定されたポート噴射開始時刻ｔPが回転速度Neに応じて変更され、ステップＳ８０へ進む。一方、ステップＳ５０又はステップＳ６０の判定が不成立の場合は、ステップＳ８０へ進む。
ステップＳ８０では、噴射量設定部３ｄにおいて、燃料噴射モードに応じて、筒内噴射弁１１から噴射される吸気噴射量FDI，圧縮噴射量FDCが設定されるとともにポート噴射弁１２から噴射されるポート噴射量FPが設定される。そして、ステップＳ９０では、噴射制御信号出力部３ｆにおいて、ステップＳ８０で設定された燃料噴射量が確保されるとともに、予め設定された又はステップＳ７５で変更された燃料噴射時期で燃料が噴射されるように、筒内噴射弁１１，ポート噴射弁１２に対して制御信号が出力される。
次に、過給制御について説明する。図８に示すように、ステップＸ１０では、各種センサ４４〜４８で検出された各種情報がエンジン制御装置１に入力される。また、ステップＸ２０では、エンジン負荷算出部２において、吸気流量Q，回転速度Ne等に基づいてエンジン１０の負荷Pが算出される。続くステップＸ３０では、過給制御部４において負荷Pが所定負荷PSよりも大きいか否かが判定される。
負荷Pが所定負荷PSよりも大きい場合は、ステップＸ４０においてウェイストゲートバルブ３２（WGV）が閉弁され、ターボチャージャ３０がオン状態とされる。一方、負荷Pが所定負荷PS以下の場合は、ステップＸ５０においてウェイストゲートバルブ３２（WGV）が開弁され、ターボチャージャ３０がオフ状態とされる。
最後に、バルブオーバーラップ期間制御について説明する。図９に示すように、ステップＹ１０では、各種センサ４４〜４８で検出された各種情報がエンジン制御装置１に入力される。また、ステップＹ２０では、エンジン負荷算出部２において、吸気流量Q，回転速度Ne等に基づいてエンジン１０の負荷Pが算出される。続くステップＹ２５では、負荷Pが第二負荷P2以上の高負荷時であるか否かが判定され、高負荷のときはステップＹ３０においてバルブ制御部５によりバルブオーバーラップ期間（VOL）が設定される。一方、高負荷でない場合はこのフローをリターンする。
ステップＹ４０では、図７のステップＳ４０において選択された燃料噴射モードがDIモードであるか否かが判定される。DIモードの場合はステップＹ５０に進み、ステップＹ３０で設定されたバルブオーバーラップ期間が延長されて、ステップＹ６０へ進む。一方、DIモード以外の場合はステップＹ４２へ進み、燃料噴射モードがDI（吸）+MPIモードであるか否かが判定される。
DI（吸）+MPIモードの場合はステップＹ４４に進み、ステップＹ３０で設定されたバルブオーバーラップ期間が短縮されて、ステップＹ６０へ進む。また、DI（吸）+MPIモードでもない場合はステップＹ６０へ進む。ステップＹ６０では、設定又は変更されたバルブオーバーラップ期間に対応する吸気弁２７，排気弁２８のそれぞれの制御角θVVL，位相角θVVTが設定される。そして、ステップＹ７０では、これらの制御角θVVL，位相角θVVTの情報が出力される。
［５．作用，効果］
（１）上記のエンジン制御装置１では、バルブ制御部５によりバルブオーバーラップ期間が設けられると共に、第二の回転領域であるDI（吸）+MPIモードではバルブオーバーラップ期間が短縮されるため、バルブオーバーラップ期間中にポート噴射弁１２から供給された燃料を含む混合気の吹き抜けの発生を防止することができる。そのため、吹き抜けに伴う燃料不足によるエンジン出力の低下や、HCが排気系に流出することによる排気性能の低下を抑制することができる。
また、第一の回転領域から第二の回転領域に移行する期間（境界領域）で筒内噴射とポート噴射とを併用するため、筒内噴射によるメリットとポート噴射によるメリットとを得ることができる。すなわち、燃料の気化潜熱によって吸気の温度及び燃焼室内の温度を低減することができ（吸気冷却効果を得ることができ）、この効果によってノッキングに対して有利になるため圧縮比を高めることができる。圧縮比を高めることで体積効率が増大するため、エンジン出力を高めることができ、燃費を向上させることができる。また、均質性の高い混合気が得られ、排気性能を向上させることができる。
さらに、第一の回転領域から第二の回転領域に移行する期間（境界領域）でポート噴射弁からの燃料噴射時期を進角するため、バルブオーバーラップ期間中の混合気の吹き抜けをさらに抑制することができる。
したがって、吹き抜けの発生を抑制しながら、筒内噴射によるメリット（すなわち吸気冷却効果による高出力確保）とポート噴射によるメリット（すなわち排気性能の向上）とを最大限に活かすことができ、高出力の確保と良好な排気性能の確保とを両立することができる。
（２）上記のエンジン制御装置１では、回転速度Neが高いほどポート噴射弁１２による燃料噴射の開始時刻ｔPが進角される。これにより、混合気形成時間を十分に確保することができるため、HCの排出が低減され排気性能を高めることができる。また、回転速度Neが低いほどポート噴射開始時刻ｔPが遅角されることで、バルブオーバーラップ期間中の吹き抜けを抑制することができる。そのため、出力の低下や排気性能の低下を抑制することができる。特に、回転速度Neが低い場合に、ポート噴射開始時刻ｔPを吸気行程とすることで、吹き抜けを確実に防止することができる。
（３）また、上記のエンジン制御装置１では、回転速度Neが高いほどポート噴射量FPの割合が大きくされ、反対に回転速度Neが低いほどポート噴射量FPの割合が小さくされる。高回転時では筒内噴射弁１１で燃料を噴射できる時間が短く、燃料噴射量が制限されることがあるが、この場合はポート噴射量FPの割合が大きくされるため、要求される出力を確保することができるとともに、筒内噴射によって発生し得るスモークを抑制することができる。
また、低回転時ではバルブオーバーラップ期間中に吹き抜けが発生するおそれがあるが、この場合はポート噴射量FPの割合が小さくされるため、吹き抜けを抑制することができる。これにより、バルブオーバーラップ期間を設けることで得られるメリット（掃気効果や体積効率の向上）を確保できる。さらにターボチャージャ３０と組み合わされることで、より高い掃気効果を得ることができ、体積効率もより高くなる。
（４）また、筒内噴射による吸気冷却効果は、筒内噴射量FDに対するポート噴射量FPの割合Rが1を超えると急激に得られなくなる。これに対し、上記のエンジン制御装置１では、高負荷運転状態において筒内噴射量FDに対するポート噴射量FPの割合Rが1以下とされる（最大でも1である）ため、筒内噴射による吸気冷却効果が損なわれることがなく、筒内噴射によるメリットを確実に得ることができる。
（５）上記のエンジン制御装置１では、第一回転速度Ne1以下の低回転域では、筒内噴射弁１１による燃料噴射のみを実施するため、バルブオーバーラップ期間中の吹き抜けを確実に防止することができる。これにより、バルブオーバーラップ期間を大きくすることも可能となり、高い掃気効果を得ることができる。
（６）上記のエンジン制御装置１では、第二回転速度Ne2未満の低，中回転域（すなわち第一の回転領域）では、筒内噴射弁１１による燃料噴射を吸気行程及び圧縮行程に分けて実施するため、最大の吸気冷却効果を得ることができる。また、圧縮行程において燃料を噴射することで燃焼が改善されるため、ノッキングをさらに改善することができる。
（７）なお、高回転域では、筒内噴射弁１１で燃料を噴射できる時間が短く、圧縮行程において筒内噴射を実施するとスモークが発生する可能性がある。これに対し、上記のエンジン制御装置１では、高回転域のときは筒内噴射を吸気行程でのみ実施するため、スモークの発生を抑制することができる。また、吸気行程では筒内噴射を実施するため、吸気冷却効果を得ることができ、ノッキングに有利である点や体積効率向上による出力向上の効果を得ることができる。さらに、ポート噴射も実施するため、出力に必要な燃料を噴射することができるとともに、混合気の均質性を高めることができる。
［６．変形例］
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
上記実施形態で説明した燃料噴射モードは一例であって、図４に示すマップのものに限られない。上記実施形態では、負荷P及び回転速度Neに応じて燃料噴射モードが設定されているが、負荷Pにかかわらず回転速度Neのみに応じて燃料噴射モードを設定してもよい。
例えば、図４に示すマップの高負荷領域のモードを低負荷，中負荷においても適用するようにしてもよい。すなわち、低回転域では筒内噴射を吸気行程及び圧縮行程に分けて実施し、中回転域では筒内噴射を吸気行程及び圧縮行程に分けて実施するとともにポート噴射を実施し、さらに高回転域では筒内噴射を吸気行程でのみ実施するとともにポート噴射を少なくとも排気行程で実施するようにしてもよい。
あるいは、第一回転速度Ne1を省略し、第二回転速度Ne2未満の運転領域を第一の回転領域，第二回転速度Ne2以上の運転領域を第二の回転領域としてもよい。すなわち、DIモードを省略することも可能である。この場合、第一の回転領域で設けられたバルブオーバーラップ期間よりも第二の回転領域で設けられるバルブオーバーラップ期間の方が小さくされればよい。さらに、何れの回転領域でも筒内噴射及びポート噴射が実施されるとともに、第二の回転領域のポート噴射時期の方が進角されるようにすればよい。
また、ポート噴射時期変更部３ｅは、負荷Pにかかわらず、燃料噴射モードにポート噴射が含まれる場合（すなわちDI+MPIモードの場合）に、ポート噴射開始時刻ｔPを回転速度Neに応じて変更してもよい。また、ポート噴射時期変更部３ｅがポート噴射開始時刻ｔPを変更する場合に用いるマップは図６に示すものに限られない。あるいは、ポート噴射開始時刻ｔPを変更せず、予め設定された時期にポート噴射を実施してもよい。なお、ポート噴射を実施する時期は、排気行程に限られない。
また、DI+MPIモードを二種類に分けずに、筒内噴射を吸気行程でのみ実施するようにしてもよいし、吸気行程と圧縮行程とに分割して実施するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、高負荷運転状態でDI+MPIモードが選択されている場合に、筒内噴射量FDに対するポート噴射量FPの割合Rが変更されているが、選択されているモードにかかわらず、高負荷運転状態であれば回転速度Neに応じてポート噴射量FPの比率を変更してもよい。反対に、負荷にかかわらずDI+MPIモードが選択された場合は回転速度Neに応じてポート噴射量FPの比率を変更してもよい。あるいは、筒内噴射量FDとポート噴射量FPとの割合を変更する処理を省略し、予め設定された値を用いるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、高負荷時にバルブオーバーラップ期間が設けられる場合を例示したが、バルブオーバーラップ期間は中負荷時や低負荷時に設けられてもよい。また、DIモードの場合にバルブオーバーラップ期間が延長される場合を説明したが、DIモードの場合でもバルブオーバーラップ期間を変更せず、一定値としてもよい。
また、上記の可変動弁機構４０は、バルブリフト量調整機構４１とバルブタイミング調整機構４２とを有しているが、吸気弁２７及び排気弁２８の少なくとも一方の開閉時期を変更する機構を有するものであればよい。
また、上記実施形態では、エンジン１０の負荷P及び回転速度Neを引数としたマップを用いて、燃料噴射モードを設定するものを例示したが、燃料噴射モード設定に係るマップ，演算式の設定はこれに限定されない。少なくとも、エンジンの負荷Pに相関するパラメータ、又は、回転速度Neに相関するパラメータを用いることで、燃料噴射モードを設定することが可能である。
１ エンジン制御装置
２ エンジン負荷算出部
３ 噴射制御部（噴射制御手段）
３ａ 総燃料量算出部
３ｂ 噴射モード選択部
３ｃ 割合変更部
３ｄ 噴射量設定部
３ｅ ポート噴射時期変更部
３ｆ 噴射制御信号出力部
４ 過給制御部
５ バルブ制御部（可変動弁制御手段）
１０ エンジン
１１ 筒内噴射弁
１２ ポート噴射弁
１７ 吸気ポート
１８ 排気ポート
２０ シリンダ（気筒）
２４ 吸気通路
２７ 吸気弁
２８ 排気弁
２９ 排気通路
３０ ターボチャージャ（過給機）
３２ ウェイストゲートバルブ
４０ 可変動弁機構
Ne1 第一回転速度（所定回転速度）

Claims (6)

  1. エンジンの気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、
    前記気筒の吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁と、
    前記エンジンの吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉時期を可変にする可変動弁機構と、
    を備えた過給機付きのエンジンの制御装置において、
    前記エンジンの回転速度に基づいて、前記筒内噴射弁による燃料噴射及び前記ポート噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御手段と、
    前記回転速度に基づいて、前記可変動弁機構を制御する可変動弁制御手段と、を有し、
    前記可変動弁制御手段は、第一の回転領域で前記吸気弁及び前記排気弁が共に開弁状態となるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、前記第一の回転領域よりも前記回転速度の高い第二の回転領域で前記バルブオーバーラップ期間を短縮し、
    前記噴射制御手段は、前記第一の回転領域から前記第二の回転領域に移行する期間で、前記筒内噴射弁による燃料噴射及び前記ポート噴射弁による燃料噴射を実施するとともに前記ポート噴射弁による燃料噴射時期を進角する
    ことを特徴とする、エンジンの制御装置。
  2. 前記噴射制御手段は、前記回転速度が高いほど前記ポート噴射弁による燃料噴射時期を進角する
    ことを特徴とする、請求項１記載のエンジンの制御装置。
  3. 前記噴射制御手段は、前記回転速度が高いほど前記ポート噴射弁による燃料噴射量の割合を大きくするとともに、前記回転速度が低いほど前記ポート噴射弁による燃料噴射量の割合を小さくする
    ことを特徴とする、請求項１又は２記載のエンジンの制御装置。
  4. 前記噴射制御手段は、前記ポート噴射弁による燃料噴射を実施する場合は、前記筒内噴射弁による燃料噴射量に対する前記ポート噴射弁による燃料噴射量の割合を１以下とする
    ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。
  5. 前記噴射制御手段は、前記第一の回転領域内であって所定回転速度以下の低回転域では、前記筒内噴射弁による燃料噴射のみを実施する
    ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。
  6. 前記噴射制御手段は、前記第一の回転領域では、前記筒内噴射弁による燃料噴射を吸気行程及び圧縮行程に分けて実施する
    ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。
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