JP6090593B2 - 内燃機関の燃料噴射システム - Google Patents

Description

この発明は内燃機関の燃料噴射システムに関するものである。

排気性状を向上させるためには、１回の噴射における最小噴射量を少なくして微量噴射を可能にし、緻密な燃料噴射制御を実現することが望まれる。
これに対して、ニードル弁が全開にまで到らないパーシャルリフト噴射を実行する燃料噴射システムも知られている（例えば、特許文献１）。

こうしたパーシャルリフト噴射を利用すれば、微量噴射を実現することができる。

特開２０１３‐１０４３２６号公報

しかしながら、ニードル弁が全開に到る前に通電を終了させるパーシャルリフト噴射の場合、ニードル弁の開弁期間が短く、噴射量が少ないため、開弁期間や開弁速度のずれが噴射量に与える影響が大きく、噴射量がばらつきやすい。

特に、一度の燃焼行程において燃焼に供される燃料を噴射する噴射行程において、複数回のパーシャルリフト噴射を実行する場合には、各パーシャルリフト噴射における噴射量のばらつきが積み重なるため、目標とする量に対する噴射量のばらつきが顕著になりやすい。

この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、パーシャルリフト噴射を利用した緻密な燃料噴射制御を実現することのできる内燃機関の燃料噴射システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するための内燃機関の燃料噴射システムは、気筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタと、前記筒内インジェクタへの通電を制御して前記筒内インジェクタを制御する制御装置と、を備えている。

そして、この内燃機関の燃料噴射システムでは、前記制御装置が、前記筒内インジェクタのニードル弁が全開に到らないパーシャルリフト噴射の中で通電時間が最も長い最大パーシャルリフト噴射を、同最大パーシャルリフト噴射による噴射量が、一度の噴射行程における噴射量の目標値である要求噴射量を超えない回数の範囲内で、前記筒内インジェクタに実行させる。

ニードル弁が全開に到る前に通電を終了させるパーシャルリフト噴射では、通電時間が短いときほど、噴射量のばらつきが大きくなる傾向にある。そのため、パーシャルリフト噴射であっても通電時間を長くすれば噴射量のばらつきが小さくなる。そこで、パーシャルリフト噴射の中で最も通電時間が長い最大パーシャルリフト噴射を実行すれば、噴射量のばらつきを極力抑制した精度の高い微量噴射を実現することができる。

上記構成によれば、噴射行程において、要求噴射量を超えない回数の範囲内で、最大パーシャルリフト噴射が実行されるようになるため、パーシャルリフト噴射の中でも精度の高い最大パーシャルリフト噴射を利用して燃料噴射制御を行うことができるようになる。したがって、パーシャルリフト噴射を利用した緻密な燃料噴射制御を実現することができるようになる。

また、この内燃機関の燃料噴射システムの一態様では、前記制御装置が、前記要求噴射量が多いときほど、一度の噴射行程における前記最大パーシャルリフト噴射の実行回数を多くする。

上記構成によれば、要求噴射量が多くなるほど、最大パーシャルリフト噴射の実行回数が増えるため、精度の高い最大パーシャルリフト噴射の実行機会を増やして、より緻密な燃料噴射制御を実現することができる。

この内燃機関の燃料噴射システムの一態様では、前記制御装置が、前記最大パーシャルリフト噴射に加え、前記筒内インジェクタのニードル弁を全開まで開弁させるフルリフト噴射を前記筒内インジェクタに実行させ、前記最大パーシャルリフト噴射のみでは前記要求噴射量に対して不足する分の燃料を、前記フルリフト噴射によって前記筒内インジェクタから噴射させる。

最大パーシャルリフト噴射のみでは要求噴射量に対して噴射量が不足する場合には、上記構成のように、ニードル弁を全開まで開弁させるフルリフト噴射によって不足する分の燃料を噴射して噴射量を補えばよい。

内燃機関の燃料噴射システムの第１の実施形態についてその構成を示す模式図。 第１の実施形態にかかる筒内インジェクタの断面図。 第１の実施形態にかかる筒内インジェクタに対する通電時間と、噴射量及び噴射量のばらつきとの関係を示すグラフであり、（ａ）は通電時間の変化に対する噴射量の変化、（ｂ）は通電時間の変化に対する噴射量のばらつきの変化をそれぞれ示している。 第１の実施形態にかかる制御装置が最大パーシャルリフト噴射の実行回数を設定する際の一連の処理の流れを示すフローチャート。 第１の実施形態の燃料噴射システムにおける空気充填率と要求噴射量との関係、並びに要求噴射量に対する最大パーシャルリフト噴射の実行回数とポート噴射量との関係を示すグラフ。 第２の実施形態の燃料噴射システムの制御装置が最大パーシャルリフト噴射の実行回数を設定する際の一連の処理の流れを示すフローチャート。 第２の実施形態の燃料噴射システムにおける最大パーシャルリフト噴射の実行回数と上限噴射回数との関係を示すグラフ。 変更例としての燃料噴射システムにおける空気充填率と要求噴射量との関係、並びに要求噴射量に対する最大パーシャルリフト噴射の実行回数とポート噴射量との関係を示すグラフ。 変更例としての燃料噴射システムにおける空気充填率と要求噴射量との関係、並びに要求噴射量に対する最大パーシャルリフト噴射の実行回数とフルリフト噴射量との関係を示すグラフ。

（第１の実施形態）
以下、内燃機関の燃料噴射システムの第１の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。

図１に示すように、内燃機関の吸気通路１０には、上流側から順に、吸入空気の質量流量である吸入空気量を検出するエアフロメータ１１、吸入空気量を調整するスロットルバルブ１２が配設されている。吸気通路１０は、スロットルバルブ１２が配設されている部分よりも下流側で分岐し、吸気ポート１３を介して各気筒の燃焼室１４に接続されている。

各気筒の吸気ポート１３には、吸気ポート１３内に燃料を噴射するポートインジェクタ２０がそれぞれ配設されている。また、各気筒には、気筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタ３０がそれぞれ配設されている。

この燃料噴射システムにおける燃料タンク４０の内部には、燃料を汲み出すフィードポンプ４１が配設されている。フィードポンプ４１は、低圧燃料通路４２を介して低圧燃料配管４３に接続されている。これにより、低圧燃料配管４３にはフィードポンプ４１によって汲み出された燃料が蓄えられる。そして、低圧燃料配管４３には、各気筒のポートインジェクタ２０がそれぞれ接続されている。

また、低圧燃料通路４２の途中からは、高圧燃料通路４４が分岐している。高圧燃料通路４４には、フィードポンプ４１によって汲み出された燃料を更に加圧して吐出する高圧燃料ポンプ４５が配設されている。高圧燃料通路４４は、高圧燃料ポンプ４５によって加圧された燃料が蓄えられる高圧燃料配管４６に接続されている。そして、高圧燃料配管４６には、各気筒の筒内インジェクタ３０がそれぞれ接続されている。

また、高圧燃料配管４６には、高圧燃料配管４６の内部の燃料の圧力、すなわち筒内インジェクタ３０に供給されている燃料の圧力である燃料圧力ｆｐを検出する圧力センサ４７が配設されている。

制御装置５０は、内燃機関を統括的に制御する制御装置であり、この燃料噴射システムを制御する制御装置として機能する。
制御装置５０には、エアフロメータ１１や圧力センサ４７の他、クランクシャフトの回転速度である機関回転速度ＮＥを算出するためのクランク角信号を出力するクランクポジションセンサ４８や内燃機関の冷却水温を検出する水温センサ４９、アクセル操作量を検出するアクセルポジションセンサ５１などのセンサ類の検出信号が入力される。そして、制御装置５０は、これらセンサ類の検出結果に基づき、ポートインジェクタ２０、筒内インジェクタ３０、高圧燃料ポンプ４５などを駆動することによって各種制御を行う。

例えば、制御装置５０は、燃料噴射制御や筒内噴射の噴射圧制御を行う。筒内噴射の噴射圧制御は、筒内インジェクタ３０に供給されている燃料圧力ｆｐが現状の機関運転状態に基づいて設定された目標とする燃料圧力と等しくなるように、圧力センサ４７により検出された燃料圧力ｆｐに基づいて高圧燃料ポンプ４５の燃料吐出量をフィードバック調整することによって行われる。

また、燃料噴射制御では、目標とする噴射量である要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを算出する。そして制御装置５０は、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌと等しい量の燃料が噴射されるように、ポートインジェクタ２０及び筒内インジェクタ３０への通電を制御する。

次に図２を参照して、筒内インジェクタ３０の構成について詳しく説明する。
図２に示すように、筒内インジェクタ３０のハウジング３１内には、固定コア３２が固定されている。ハウジング３１内における固定コア３２に隣接する位置には、可動コア３３が図２における上下方向に摺動可能に収容されている。なお、可動コア３３には、ニードル弁３６が連結されており、可動コア３３の変位に伴ってニードル弁３６も図２における上下方向に変位するようになっている。

図２の下方に示すように、ハウジング３１の先端部には、ニードル弁３６の先端部の周囲を取り囲むノズルボディ３７が取り付けられている。ノズルボディ３７の先端部には細長いスリット状の噴孔３８が形成されている。

また、図２の下方に示すように、ニードル弁３６とノズルボディ３７との間には空間３９が形成されている。この空間３９は高圧燃料配管４６と連通しており、高圧燃料配管４６内の高圧の燃料がこの空間３９内に供給されている。なお、可動コア３３はスプリング３４によって図２における下方、すなわち固定コア３２から離間する方向に向かって常に付勢されている。

ハウジング３１内における固定コア３２の外周部分には、コイル３５が配設されている。これにより、筒内インジェクタ３０では、コイル３５に通電することにより固定コア３２が磁化され、可動コア３３がスプリング３４の付勢力に抗して固定コア３２に引き寄せられるようになる。これにより、ニードル弁３６が噴孔３８から離間して開弁し、燃料が噴孔３８を通じて噴射されるようになる。なお、図２に示すように、可動コア３３が固定コア３２に当接すると、ニードル弁３６は全開状態になる。

一方で、コイル３５への通電を行っていないときには、スプリング３４の付勢力によって可動コア３３が固定コア３２から離間するようになる。その結果、ニードル弁３６がノズルボディ３７に当接し、噴孔３８を塞いで閉弁する。すなわち、ニードル弁３６の先端がノズルボディ３７に当接し、噴孔３８が塞がれたときに、ニードル弁３６は全閉状態になる。こうしてニードル弁３６が噴孔３８を塞いで全閉状態になることにより、筒内インジェクタ３０からの燃料の噴射が停止される。

ところで、図３（ａ）に示すように、こうした筒内インジェクタ３０では、通電時間が長くなるほど、噴射量が多くなるが、通電が開始されてからニードル弁３６が全開状態になるまでの間（図３における０〜Ｔｍａｘの間）は、通電時間の変化に対する噴射量の変化率が特に大きい。これは、通電が開始されてからニードル弁３６が全開に到るまでの間は、通電時間の経過とともにニードル弁３６のリフト量が増大していくためである。そして、通電時間がＴｍａｘを超えて、ニードル弁３６が全開状態に保持されるようになると、通電時間の変化に対する噴射量の変化率は緩やかになる。

なお、図３（ｂ）に示すように、噴射量のばらつきは通電時間が短く、噴射量が少ないときに大きくなる。また、通電時間がＴｍａｘに到った直後も噴射量のばらつきが大きくなる。これは、ニードル弁３６が全開になると、可動コア３３と固定コア３２とが当接するため、可動コア３３と固定コア３２との衝突によってニードル弁３６にバウンス動作が生じ、このバウンス動作に起因してニードル弁３６のリフト量が脈動するためである。

ところで、排気性状を向上させるためには、１回の噴射における最小噴射量を少なくして微量噴射を可能にし、緻密な燃料噴射制御を実現することが望まれる。
しかし、１回の噴射における噴射量を少なくするために筒内インジェクタ３０への通電時間を短くすると、筒内インジェクタ３０のニードル弁３６が全開になったときに生じるバウンス動作に起因する噴射量のばらつきが生じやすくなる。

これに対して、ニードル弁３６が全開にまで到らないパーシャルリフト噴射を実行すれば、バウンス動作を生じさせずに、微量噴射を実現することができる。ニードル弁３６が全開に到る前に通電を終了させるパーシャルリフト噴射では、図３（ｂ）に示すように、通電時間が短いときほど、噴射量のばらつきが大きくなる傾向にある。そのため、パーシャルリフト噴射であっても通電時間を長くすれば噴射量のばらつきが小さくなる。したがって、パーシャルリフト噴射の中で最も通電時間が長い最大パーシャルリフト噴射を実行するようにすれば、噴射量のばらつきを極力抑制した精度の高い微量噴射を実現することができる。そこで、この燃料噴射システムでは、パーシャルリフト噴射の中で最も通電時間が長い最大パーシャルリフト噴射を実行するようにしている。最大パーシャルリフト噴射を実行するための通電時間は、予め行う実験等の結果に基づいてパーシャルリフト噴射の中で最も噴射量のばらつきが小さくなる通電時間を割り出し、その割り出された通電時間に基づいて設定されている。

次に、図４を参照しながら、一度の燃焼行程において燃焼に供される燃料を噴射する一度の噴射行程における最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎの設定にかかる一連の処理について説明する。なお、この一連の処理は、燃料噴射制御の一環として、機関運転中に制御装置５０によって繰り返し実行される。

図４に示すように、制御装置５０はこの処理を開始すると、まずステップＳ１００において、一度の噴射行程における噴射量の目標値である要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを算出する。ここでは、例えば、空気充填率Ｒａｉｒが高いときほど要求噴射量Ｑｔｏｔａｌが多くなるように、空気充填率Ｒａｉｒに基づいて要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを算出する。

空気充填率Ｒａｉｒは、内燃機関の吸気バルブが閉じたときに燃焼室１４内にある空気の質量である空気充填量を、シリンダのボア径とピストンのストローク長とによって決まる最大空気充填量で割った商に相当する値である。空気充填率Ｒａｉｒは、エアフロメータ１１によって検出される吸入空気量に基づいて算出される。より詳しくは、吸気マニホールドモデル計算を使用して、吸気マニホールドが受け取った吸入空気量と吸気マニホールドから燃焼室１４に送り込まれた吸入空気量とを算出し、それらの吸入空気量の関係から空気充填率Ｒａｉｒを算出する。

ステップＳ１００を通じて要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを算出すると、処理はステップＳ１１０へと進む。
ステップＳ１１０において、制御装置５０は、一度の噴射行程における最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎを算出する。ここでは、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを１回の最大パーシャルリフト噴射による噴射量ｑで割った商における整数部分と等しい値を実行回数ｎとして算出する。したがって、例えば、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを１回の最大パーシャルリフト噴射による噴射量ｑで割った商が「１」よりも小さい値になる場合には、実行回数ｎは「０」になる。

ところで、図３（ａ）に示した通電時間と噴射量との関係から、１回の最大パーシャルリフト噴射による噴射量ｑは、最大パーシャルリフト噴射における通電時間に基づいて決まることが分かる。しかし、最大パーシャルリフト噴射における通電時間が予め設定されていても、筒内インジェクタ３０に供給されている燃料の圧力である燃料圧力ｆｐによって噴射量ｑは変化する。そのため、ここでは燃料圧力ｆｐを参照して噴射量ｑを算出し、算出した噴射量ｑを用いて実行回数ｎを算出する。

ステップＳ１１０を通じて実行回数ｎを算出すると、処理はステップＳ１２０へと進む。
ステップＳ１２０において、制御装置５０は、ポートインジェクタ２０による噴射量であるポート噴射量Ｑｐｆｉを算出する。ここでは、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌから一度の噴射行程における最大パーシャルリフト噴射による噴射量の合計値である筒内噴射量Ｑｄｉを引いた差をポート噴射量Ｑｐｆｉとして算出する。すなわち、噴射量ｑと実行回数ｎとの積を要求噴射量Ｑｔｏｔａｌから引いた差をポート噴射量Ｑｐｆｉとして算出する。そのため、最大パーシャルリフト噴射の実行回数が「０」である場合には、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌと等しい値がポート噴射量Ｑｐｆｉとして算出されることになる。

こうしてステップＳ１２０を通じてポート噴射量Ｑｐｆｉを算出すると、制御装置５０はこの一連の処理を一旦終了させる。
そして、噴射行程をむかえた気筒に対して、算出した実行回数ｎに基づく筒内インジェクタ３０によるｎ回の最大パーシャルリフト噴射と、算出したポート噴射量Ｑｐｆｉに基づくポートインジェクタ２０による燃料噴射とを実行する。

次にこの第１の実施形態にかかる燃料噴射制御の作用について、図５を参照して説明する。図５においては１回目の最大パーシャルリフト噴射による噴射量を「Ｘ１」、２回目の最大パーシャルリフト噴射による噴射量を「Ｘ２」、３回目の最大パーシャルリフト噴射による噴射量を「Ｘ３」、４回目の最大パーシャルリフト噴射による噴射量を「Ｘ４」で示している。なお、Ｘ１〜Ｘ４のそれぞれは、上述した１回の最大パーシャルリフト噴射による噴射量ｑと等しい。

図５に示すように、空気充填率Ｒａｉｒが高くなるほど、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌは多くなる。要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを噴射量ｑで割った商における整数部分と等しい値を最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎとして算出しているため、最大パーシャルリフト噴射による噴射量の合計値である筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌ以下になる噴射回数のうち、最大の回数が実行回数ｎになる。そして、筒内インジェクタ３０による最大パーシャルリフト噴射のみでは要求噴射量Ｑｔｏｔａｌに対して不足する分が、ポート噴射量Ｑｐｆｉになり、ポートインジェクタ２０から噴射される。

したがって、図５に示すように、第１の実施形態の燃料噴射システムにおける燃焼噴射制御では、空気充填率Ｒａｉｒが「Ｒ１」であるときには、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌが「Ｑ１」になる。そして、このときには、噴射行程において、２回の最大パーシャルリフト噴射が実行されるとともに、２回の最大パーシャルリフト噴射だけでは要求噴射量Ｑｔｏｔａｌに対して不足する分の燃料がポートインジェクタ２０から噴射される。

以上説明した第１の実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）噴射行程において、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを超えない回数の範囲内で、最大パーシャルリフト噴射が実行されるようになるため、パーシャルリフト噴射の中でも精度の高い最大パーシャルリフト噴射を利用して燃料噴射制御を行うことができるようになる。したがって、パーシャルリフト噴射を利用した緻密な燃料噴射制御を実現することができる。

（２）要求噴射量Ｑｔｏｔａｌが多くなるほど、最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎが増えるため、精度の高い最大パーシャルリフト噴射の実行機会を増やして、緻密な燃料噴射制御を実現することができる。

（３）最大パーシャルリフト噴射のみでは要求噴射量Ｑｔｏｔａｌに対して噴射量が不足する場合、ポートインジェクタ２０から不足する分の燃料を噴射するため、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌに見合った燃料を供給することができる。

（４）最大パーシャルリフト噴射による噴射量の合計値である筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを超えない範囲内で最も多く最大パーシャルリフト噴射を実行することになるため、パーシャルリフト噴射の中でも精度の高い最大パーシャルリフト噴射を最大限活用して燃料噴射制御を行うことができる。

なお、上記第１の実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・一度の噴射行程における筒内インジェクタ３０からの噴射量の合計値である筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌ以下になる噴射回数のうち、最大の回数を最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎにするように実行回数ｎを算出できれば、実行回数ｎの算出方法は変更してもよい。例えば、燃料圧力ｆｐと要求噴射量Ｑｔｏｔａｌとを変数にした二次元マップを参照して実行回数ｎを算出するようにしてもよい。

（第２の実施形態）
次に、内燃機関の燃料噴射システムの第２の実施形態について、図６及び図７を参照して説明する。なお、第２の実施形態は図４を参照して説明した第１の実施形態における処理の内容を変更したものである。そのため、以下では第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を割愛し、第１の実施形態と異なる最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎの設定にかかる一連の処理の内容を中心に説明する。

第２の実施形態の燃料噴射システムでは、図４を参照して説明した一連の処理に替えて、図６に示す一連の処理を実行する。この一連の処理は、燃料噴射制御の一環として、機関運転中に制御装置５０によって繰り返し実行される。

図６に示すように、制御装置５０はこの処理を開始すると、まずステップＳ２００において、機関回転速度ＮＥを算出する。機関回転速度ＮＥは、クランクポジションセンサ４８から出力されるクランク角信号に基づいて算出される。

ステップＳ２００を通じて機関回転速度ＮＥを算出すると、処理はステップＳ２１０へと進む。
ステップＳ２１０において、制御装置５０は、一度の噴射行程における噴射量の目標値である要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを算出する。ここでは、例えば、第１の実施形態におけるステップＳ１００の処理と同様に、空気充填率Ｒａｉｒが高いときほど要求噴射量Ｑｔｏｔａｌが多くなるように、空気充填率Ｒａｉｒに基づいて要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを算出する。

ステップＳ２１０を通じて要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを算出すると、処理はステップＳ２２０へと進む。
ステップＳ２２０において、制御装置５０は、機関回転速度ＮＥに基づいて上限噴射回数Ｎｍａｘを算出する。上限噴射回数Ｎｍａｘは、一度の噴射行程の間に実行する最大パーシャルリフト噴射の回数の上限値である。機関回転速度ＮＥが高いときほど、燃料噴射に適した期間は短くなる。そのため、ここでは、機関回転速度ＮＥに基づいて燃料噴射に適した期間の長さを推定し、１回の最大パーシャルリフト噴射における通電時間と各最大パーシャルリフト噴射の間に必要なインターバルとに基づいて、その推定された期間の間に実行可能な最大パーシャルリフト噴射の回数の値を算出する。そして、その算出された値を上限噴射回数Ｎｍａｘにする。これにより、このステップＳ２２０では、燃料噴射に適した期間の間に実行可能な回数の範囲内で最も多い回数が上限噴射回数Ｎｍａｘとして算出されるようになっている。

ステップＳ２２０を通じて上限噴射回数Ｎｍａｘを算出すると、処理はステップＳ２３０へと進む。
ステップＳ２３０において、制御装置５０は、最大パーシャルリフト噴射による噴射量の合計値である筒内噴射量Ｑｄｉを算出する。ここでは、１回の最大パーシャルリフト噴射による噴射量ｑに上限噴射回数Ｎｍａｘを乗じ、その積を筒内噴射量Ｑｄｉとして算出する。なお、噴射量ｑは、第１の実施形態におけるステップＳ１１０と同様に、燃料圧力ｆｐを参照して算出する。

ステップＳ２３０を通じて筒内噴射量Ｑｄｉを算出すると、処理はステップＳ２４０へと進む。
ステップＳ２４０において、制御装置５０は、筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌ以下であるか否かを判定する。すなわち、ここでは、最大パーシャルリフト噴射による噴射量が要求噴射量Ｑｔｏｔａｌ以下であるか否かを判定する。

ステップＳ２４０において、筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌ以下である旨の判定がなされた場合（ステップＳ２４０：ＹＥＳ）には、処理はステップＳ２５０へと進む。

ステップＳ２５０において、制御装置５０は、最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎを設定する。ここでは、実行回数ｎを上限噴射回数Ｎｍａｘと等しい値にする。すなわち、このステップＳ２５０を通じて実行回数ｎが上限噴射回数Ｎｍａｘと等しい回数に設定される。

ステップＳ２５０を通して実行回数ｎを設定すると、処理はステップＳ２８０へと進む。
一方、ステップＳ２４０において、筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを超えている旨の判定がなされた場合（ステップＳ２４０：ＮＯ）には、処理はステップＳ２６０へと進む。

ステップＳ２６０において、制御装置５０は、低減噴射回数ｒを算出する。ここでは、筒内噴射量Ｑｄｉから要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを引いた差を、噴射量ｑで割った商における整数部分と等しい値を低減噴射回数ｒとして算出する。したがって、例えば、筒内噴射量Ｑｄｉから要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを引いた差を、噴射量ｑで割った商が「１」よりも小さい値になる場合には、低減噴射回数ｒは「０」になる。

ステップＳ２６０を通じて低減噴射回数ｒを算出すると、処理はステップＳ２７０へと進む。
ステップＳ２７０において、制御装置５０は、最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎを設定する。ここでは、低減噴射回数ｒに「１」を加算した和を上限噴射回数Ｎｍａｘから引いた差を実行回数ｎとして算出する。したがって、低減噴射回数ｒが「０」のときには、実行回数ｎが上限噴射回数Ｎｍａｘよりも１回少ない回数に設定されることになる。

ステップＳ２７０を通じて実行回数ｎを設定すると、処理はステップＳ２８０へと進む。
ステップＳ２８０において、制御装置５０は、ポートインジェクタ２０による噴射量であるポート噴射量Ｑｐｆｉを算出する。ここでは、第１の実施形態におけるステップＳ１２０と同様に、噴射量ｑと実行回数ｎとの積を要求噴射量Ｑｔｏｔａｌから引いた差をポート噴射量Ｑｐｆｉとして算出する。

こうしてステップＳ２８０を通じてポート噴射量Ｑｐｆｉを算出すると、制御装置５０はこの一連の処理を一旦終了させる。
そして、噴射行程をむかえた気筒に対して、算出した実行回数ｎに基づく筒内インジェクタ３０によるｎ回の最大パーシャルリフト噴射と、算出したポート噴射量Ｑｐｆｉに基づくポートインジェクタ２０による燃料噴射とを実行する。

次にこの第２の実施形態にかかる燃料噴射制御の作用について、図７を参照して説明する。なお、図７では、１回目の最大パーシャルリフト噴射による噴射量を「Ｘ１」、２回目の最大パーシャルリフト噴射による噴射量を「Ｘ２」、３回目の最大パーシャルリフト噴射による噴射量を「Ｘ３」、４回目の最大パーシャルリフト噴射による噴射量を「Ｘ４」で示している。なお、Ｘ１〜Ｘ４のそれぞれは、上述した１度の最大パーシャルリフト噴射による噴射量ｑと等しい。

第１の実施形態と同様に、第２の実施形態の燃料噴射システムにおいても、空気充填率Ｒａｉｒが高くなるほど、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌは多くなる。しかし、第２の実施形態の燃料噴射システムでは、第１の実施形態のように筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌ以下になる噴射回数のうち、最大の回数をそのまま実行回数ｎにするのではなく、上限噴射回数Ｎｍａｘを算出し、上限噴射回数Ｎｍａｘに応じて実行回数ｎが設定される。そのため、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌが等しい場合であっても、上限噴射回数Ｎｍａｘによって最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎに違いが生じることになる。

例えば、図７に示すように、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌが「Ｑ２」であり、等しい場合であっても、上限噴射回数Ｎｍａｘが５回である場合と、４回である場合と、３回である場合とでは、それぞれ実行回数ｎの設定態様に違いが生じることになる。

図７の左側に示すように、上限噴射回数Ｎｍａｘが５回である場合には、図６を参照して説明した一連の処理におけるステップＳ２３０を通じて算出される筒内噴射量Ｑｄｉが、破線で示すように要求噴射量Ｑｔｏｔａｌである「Ｑ２」を超えてしまう。そのため、この場合には、ステップＳ２４０において否定判定がなされる（ステップＳ２４０：ＮＯ）。この場合には、筒内噴射量Ｑｄｉと要求噴射量Ｑｔｏｔａｌとの差は噴射量ｑ未満であるため、ステップＳ２６０を通じて算出される低減噴射回数ｒは「０」になる。そして、ステップＳ２７０を通じて、実行回数ｎは、上限噴射回数Ｎｍａｘである「５」から「１」を引いた差である「４」にされる。こうして要求噴射量Ｑｔｏｔａｌが「Ｑ２」であり、上限噴射回数Ｎｍａｘが５回である場合には、図７の左側に示すように、最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎが４回にされ、斜線で示したように、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌに対して不足する分が、ポート噴射量Ｑｐｆｉにされる。

このように、上限噴射回数Ｎｍａｘが５回であっても、５回の最大パーシャルリフト噴射による筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを超えてしまう場合には、実行回数ｎが、筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを超えない範囲で最大の４回に設定される。

これに対して、図７の中央に示すように、上限噴射回数Ｎｍａｘが４回である場合には、図６を参照して説明した一連の処理におけるステップＳ２３０を通じて算出される筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌである「Ｑ２」以下になる。そのため、この場合には、ステップＳ２４０において肯定判定がなされる（ステップＳ２４０：ＹＥＳ）。したがって、この場合には、ステップＳ２５０を通じて実行回数ｎが上限噴射回数Ｎｍａｘと等しい「４」にされる。こうして要求噴射量Ｑｔｏｔａｌが「Ｑ２」であり、上限噴射回数Ｎｍａｘが４回である場合には、図７の中央に示すように、最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎが４回にされ、斜線で示したように、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌに対して不足する分が、ポート噴射量Ｑｐｆｉにされる。

また、図７の右側に示すように、上限噴射回数Ｎｍａｘが３回である場合にも、図６を参照して説明した一連の処理におけるステップＳ２３０を通じて算出される筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌである「Ｑ２」以下になる。そのため、この場合にも、ステップＳ２４０において肯定判定がなされ（ステップＳ２４０：ＹＥＳ）、ステップＳ２５０を通じて実行回数ｎが上限噴射回数Ｎｍａｘと等しい「３」にされる。こうして要求噴射量Ｑｔｏｔａｌが「Ｑ２」であり、上限噴射回数Ｎｍａｘが３回である場合には、図７の右側に示すように、最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎが３回にされ、斜線で示したように、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌに対して不足する分が、ポート噴射量Ｑｐｆｉにされる。

このように、上限噴射回数Ｎｍａｘと等しい回数の最大パーシャルリフト噴射による筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌ以下である場合には、実行回数ｎが上限噴射回数Ｎｍａｘと等しい値にされる。

このように第２の実施形態の燃料噴射システムによれば、最大パーシャルリフト噴射による噴射量である筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌ以下になる噴射回数のうち、一度の噴射行程の間に実行可能な最大パーシャルリフト噴射の回数の範囲内で最大の回数が、最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎになる。そして、筒内インジェクタ３０による最大パーシャルリフト噴射のみでは要求噴射量Ｑｔｏｔａｌに対して不足する分が、ポート噴射量Ｑｐｆｉになり、ポートインジェクタ２０から噴射される。

以上説明した第２の実施形態によれば、上記第１の実施形態における（１）及び（２）と同様の効果に加えて、以下の（４）の効果が得られるようになる。
（４）一度の噴射行程における最大パーシャルリフト噴射による噴射量の合計値である筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを超えない上に、一度の噴射行程の間に実行可能な回数の範囲内で最も多く最大パーシャルリフト噴射を実行することになる。そのため、設定した回数の最大パーシャルリフト噴射が燃料噴射に適した期間の間に実行しきれなくなってしまうことを抑制しつつ、精度の高い最大パーシャルリフト噴射を最大限活用して燃料噴射制御を行うことができる。

なお、上記第２の実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記第２の実施形態では、機関回転速度ＮＥに基づいて燃料噴射に適した期間の長さを推定し、推定された期間の間に実行可能な最大パーシャルリフト噴射の回数の値を算出する方法を例示した。これに対して、上限噴射回数Ｎｍａｘの算出方法は変更可能である。例えば、機関回転速度ＮＥを変数にした演算マップを利用して上限噴射回数Ｎｍａｘを算出するようにしてもよい。

・最大パーシャルリフト噴射による筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌ以下になる噴射回数のうち、一度の噴射行程の間に実行可能な最大パーシャルリフト噴射の回数の範囲内で最大の回数を、実行回数ｎにすることができるのであれば、実行回数ｎの設定方法は変更してもよい。例えば、機関回転速度ＮＥに基づいて上限値を設定し、最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎを算出した後に、実際に実行する回数を上限値で制限するようにすることもできる。より詳細には、算出された実行回数ｎが上限値を超えている場合には、実行回数ｎを上限値と等しい値に更新する。そして、上限値と等しい値に更新された実行回数ｎに基づいてポートインジェクタ２０によるポート噴射量Ｑｐｆｉを算出し、更新された実行回数ｎとポート噴射量Ｑｐｆｉに基づいて燃料噴射制御を実行する。この場合にも、実行可能な回数の範囲内で最も多く最大パーシャルリフト噴射を実行させることができる。

・上記第２の実施形態では、上限噴射回数Ｎｍａｘを、燃料噴射に適した期間の間に実行可能な回数の範囲内で最も多い回数にする例を示したが、上限噴射回数Ｎｍａｘは、燃料噴射に適した期間の間に実行可能な回数の範囲内の回数であればよく、必ずしも最も多い回数でなくてもよい。例えば、実行可能な回数が３回であるときに、上限噴射回数Ｎｍａｘを「２」にし、実行回数ｎを２回までに制限するようにしてもよい。

すなわち、最大パーシャルリフト噴射による筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌ以下になる噴射回数のうち、一度の噴射行程の間に実行可能な最大パーシャルリフト噴射の回数の範囲内で実行回数ｎを設定することができるのであれば、実行回数ｎの設定方法は変更してもよい。

上限噴射回数Ｎｍａｘが燃料噴射に適した期間の間に実行可能な回数の範囲内の回数であれば、設定した回数の最大パーシャルリフト噴射が燃料噴射に適した期間の間に実行しきれなくなってしまうことを抑制しつつ、精度の高い燃料噴射制御を行うことができる。

しかし、精度の高い最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎを極力多くして、精度の高い最大パーシャルリフト噴射を最大限活用し、緻密な燃料噴射制御の実現を図る上では、上記第２の実施形態のように、条件を満たす噴射回数のうち、実行可能な回数の範囲内で最大の回数を実行回数ｎに設定する構成を適用することが望ましい。

・なお、機関回転速度ＮＥが高いときには、機関回転速度ＮＥが低いときよりも筒内インジェクタ３０による最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎを少なくする構成を採用すれば、設定された実行回数ｎの最大パーシャルリフト噴射が燃料噴射に適した期間の間に実行しきれなくなってしまうことを抑制することができる。

すなわち、機関回転速度ＮＥに基づいて実行可能な回数を算出する処理を実行しなくても、設定された実行回数ｎの最大パーシャルリフト噴射が燃料噴射に適した期間の間に実行しきれなくなってしまうことを抑制することができる。

例えば、機関回転速度ＮＥが閾値以上であるか否かに応じて実行回数ｎの設定態様を変更し、機関回転速度ＮＥが閾値以上のときには、閾値未満のときよりも実行回数ｎが少なくなるように、実行回数ｎを設定する構成を採用することもできる。こうした構成を採用する場合には、例えば、実行可能な噴射回数が３回以上になる機関回転速度ＮＥの範囲内では実行回数ｎが０〜３回の間で設定されることになるように閾値の大きさを設定すればよい。こうした構成によっても、設定された実行回数ｎの最大パーシャルリフト噴射が燃料噴射に適した期間の間に実行しきれなくなってしまうことを抑制することができる。

・筒内インジェクタ３０における最大パーシャルリフト噴射に要する通電期間が極めて短い場合や、各最大パーシャルリフト噴射の間に必要なインターバルが極めて短い場合には、第１の実施形態のような構成であっても、設定した回数の最大パーシャルリフト噴射が実行しきれなくなってしまう事態が生じないことがある。また、機関回転速度ＮＥがそれほど変動しない条件下においてのみ、最大パーシャルリフト噴射を実行する場合などにも、設定した回数の最大パーシャルリフト噴射が実行しきれなくなってしまう事態が生じないことがある。そのため、上記第２の実施形態のように上限噴射回数Ｎｍａｘを設定する構成を採用せずに、上記第１の実施形態のような構成を採用したとしても、何らの不都合も生じない場合もある。

その他、上記各実施形態に共通して変更可能な要素としては次のようなものがある。
・最大パーシャルリフト噴射を利用した燃料噴射制御を所定の条件が成立している場合に限って実行するようにしてもよい。その場合には、上記所定の条件が成立している場合に、上記各実施形態のように最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎを設定する処理を実行するようにすればよい。

・要求噴射量Ｑｔｏｔａｌの算出方法は上記各実施形態において説明した方法には限らず、変更することができる。例えば、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを機関回転速度ＮＥとアクセル操作量とから算出するようにしてもよい。また、機関負荷が高いときほど要求噴射量Ｑｔｏｔａｌが多くなるように、機関負荷に基づいて要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを算出してもよい。

・上記各実施形態では、実行可能な噴射の回数の範囲内や、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを超えない噴射の回数の範囲内で、最も多く最大パーシャルリフト噴射が実行されるように実行回数ｎを設定する例を示した。しかし、実行回数ｎを必ずしも最も多く最大パーシャルリフト噴射が実行されるように設定する必要はない。少なくとも、最大パーシャルリフト噴射による筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを超えない範囲で実行回数ｎを設定すれば、パーシャルリフト噴射の中でも精度の高い最大パーシャルリフト噴射を利用した緻密な燃料噴射制御を実現することができる。

例えば、図８に示すように、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌに対する最大パーシャルリフト噴射による噴射量が、図５に示した場合よりも少なくなる構成を採用することもできる。また、図８に示すように、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌが所定量以上になったときに、実行回数ｎが２回以上増えるような構成を採用することもできる。

また、必ずしも要求噴射量Ｑｔｏｔａｌが多いときほど、実行回数ｎが多くなるように実行回数ｎを設定しなくてもよい。例えば、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌが第１の所定量未満のときには実行回数ｎを３回に設定し、要求噴射量Ｑｔｏｔａｌが第１の所定量以上のときには実行回数ｎを２回に設定する構成を採用することもできる。こうした構成を採用した場合であっても、筒内噴射量Ｑｄｉが要求噴射量Ｑｔｏｔａｌ以下になるのであれば、パーシャルリフト噴射の中でも精度の高い最大パーシャルリフト噴射を利用した緻密な燃料噴射制御を実現することができる。

なお、実行回数ｎを最も多く最大パーシャルリフト噴射が実行されるように設定する構成を採用せずに、実行回数ｎを少なめに設定する構成を採用した場合には上記各実施形態とは他の方法によって不足する分の燃料を供給する方法を採用することができる場合がある。具体的には、最大パーシャルリフト噴射に加え、筒内インジェクタ３０のニードル弁３６を全開まで開弁させるフルリフト噴射を実行し、最大パーシャルリフト噴射のみでは要求噴射量Ｑｔｏｔａｌに対して不足する分の燃料を、フルリフト噴射によって補う構成を採用することができる。フルリフト噴射による噴射量は、１回の最大パーシャルリフトによる噴射量よりも多くなる。そのため、こうした構成は、図９に示すように、最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎが少なめに設定され、最大パーシャルリフト噴射のみでは要求噴射量Ｑｔｏｔａｌに対して不足する分の燃料の量が多くなる場合に限って適用可能である。こうした構成を採用した場合には、図９に示すように、最大パーシャルリフト噴射による噴射量の合計値であるパーシャルリフト噴射量Ｑｐｌのみでは要求噴射量Ｑｔｏｔａｌに対して不足する分が、フルリフト噴射による噴射量であるフルリフト噴射量Ｑｆｌになり、フルリフト噴射によって筒内インジェクタ３０から噴射される。なお、この場合には、パーシャルリフト噴射量Ｑｐｌとフルリフト噴射量Ｑｆｌの合計値が筒内噴射量Ｑｄｉになる。そして、こうした構成を採用する場合には、燃料噴射システムは必ずしもポートインジェクタ２０を備えていなくてもよいことになる。

上記のように、少なくとも、最大パーシャルリフト噴射による噴射量が要求噴射量Ｑｔｏｔａｌを超えない範囲で実行回数ｎを設定すれば、パーシャルリフト噴射の中でも精度の高い最大パーシャルリフト噴射を利用した緻密な燃料噴射制御を実現することができる。しかし、精度の高い最大パーシャルリフト噴射の実行回数ｎを極力多くして、精度の高い最大パーシャルリフト噴射を最大限活用し、緻密な燃料噴射制御の実現を図る上では、上記各実施形態のように、条件を満たす噴射回数のうち、最大の噴射回数を実行回数ｎに設定する構成を適用することが望ましい。

１０…吸気通路、１１…エアフロメータ、１２…スロットルバルブ、１３…吸気ポート、１４…燃焼室、２０…ポートインジェクタ、３０…筒内インジェクタ、３１…ハウジング、３２…固定コア、３３…可動コア、３４…スプリング、３５…コイル、３６…ニードル弁、３７…ノズルボディ、３８…噴孔、３９…空間、４０…燃料タンク、４１…フィードポンプ、４２…低圧燃料通路、４３…低圧燃料配管、４４…高圧燃料通路、４５…高圧燃料ポンプ、４６…高圧燃料配管、４７…圧力センサ、４８…クランクポジションセンサ、４９…水温センサ、５０…制御装置、５１…アクセルポジションセンサ。

Claims (3)

1. 気筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタと、前記筒内インジェクタへの通電を制御して前記筒内インジェクタを制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置が、前記筒内インジェクタのニードル弁が全開に到らないパーシャルリフト噴射の中で通電時間が最も長い最大パーシャルリフト噴射を、同最大パーシャルリフト噴射による噴射量が、一度の噴射行程における噴射量の目標値である要求噴射量を超えない回数の範囲内で、前記筒内インジェクタに実行させる
   内燃機関の燃料噴射システム。
2. 前記制御装置が、前記要求噴射量が多いときほど、一度の噴射行程における前記最大パーシャルリフト噴射の実行回数を多くする
   請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
3. 前記制御装置が、前記最大パーシャルリフト噴射に加え、前記筒内インジェクタのニードル弁を全開まで開弁させるフルリフト噴射を前記筒内インジェクタに実行させ、前記最大パーシャルリフト噴射のみでは前記要求噴射量に対して不足する分の燃料を、前記フルリフト噴射によって前記筒内インジェクタから噴射させる
   請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射システム。