JP6304341B1

JP6304341B1 - エンジンの燃料制御装置

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Publication number: JP6304341B1
Application number: JP2016206624A
Authority: JP
Inventors: 智史渡邊; 貴史西尾; 西村　和浩; 和浩西村
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2036-10-21
Also published as: JP2018066349A; CN109844289A; EP3514355A1; US10787980B2; WO2018074244A1; EP3514355A4; US20190242315A1

Abstract

【課題】パージが実行されるエンジンにおいて、より適切な燃焼を実現する。【解決手段】所定の運転領域において、圧縮行程で気筒２内に燃料を噴射する第２噴射Ｑ２と、当該第２噴射Ｑ２よりも前であって圧縮行程または吸気行程で気筒２内に燃料を噴射する第１噴射Ｑ１（Ｑ１＿Ａ、Ｑ１＿Ｂ）とを、燃料噴射弁１２に実施させるとともに、パージが実行されている場合は、燃料噴射弁１２が気筒２内に噴射する燃料の総量を当該パージが実行されていない場合よりも減量し、かつ、第２噴射Ｑ２の燃料減量量よりも第１噴射Ｑ１（Ｑ１＿Ａ、Ｑ１＿Ｂ）の燃料減量量の方を小さくする。【選択図】図５

Description

本発明は、気筒が形成されたエンジン本体と、気筒に吸気を導入する吸気通路と、燃料を貯留する燃料タンクと、エンジン本体に燃料を噴射する燃料噴射弁とを有するエンジンの燃料制御装置に関する。

従来より、燃料タンク内で発生する蒸発燃料を吸気通路を介してエンジン本体内に導入して燃焼させ、これにより蒸発燃料が大気中に放出されるのを抑制することが行われている。

ここで、単純に蒸発燃料をエンジン本体に導入すると、燃料噴射弁からエンジン本体に噴射された燃料にこの蒸発燃料が加えられることで、エンジントルクが要求されている値よりも大きくなってしまう。

これに対して、特許文献１には、燃料タンク内の蒸発燃料が吸気通路に導入されるパージが実行されている場合には、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁の噴射量を、パージガス（燃料タンク側から吸気通路に導入されるガス）量に応じて減量するよう構成されたエンジンが開示されている。

また、特許文献１には、排ガス性能および燃費性能を高めるべく、エンジン回転数が低く且つエンジントルクが低い運転領域において、成層燃焼を行う構成、および、この成層燃焼実施時にパージが実行されたときには、燃料噴射弁の噴射時期や点火時期等を補正する構成が開示されている。

特許第３８４６４８１号公報

ここで、特許文献１のように、パージが実行されている場合において、気筒内に噴射される燃料量をパージガス量に応じて減量すれば、気筒内に供給される燃料の総量を適切な量に維持することはできる。しかしながら、気筒内に燃料を複数回に分けて実施する場合には、各噴射についてどのような減量を行うかによって気筒内の状態が変化するため、場合によっては適切な燃焼が実現されないおそれがある。

具体的には、特許文献１のように成層燃焼を行う場合には、吸気行程で燃料を気筒内に噴射するとともに、圧縮行程でも燃料を噴射し、この圧縮行程で噴射された燃料によって点火プラグ周りに燃料濃度の高い混合気を形成することで、混合気の成層化を実現している。そのため、この圧縮行程に噴射される燃料量を大幅に減量してしまうと混合気の成層化および成層燃焼を適切に実現できないおそれがある。

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、パージが実行されるエンジンにおいて、より適切な燃焼を実現することのできるエンジンの燃料制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、気筒が形成されたエンジン本体と、気筒に吸気を導入する吸気通路と、燃料を貯留する燃料タンクと、エンジン本体に燃料を噴射する燃料噴射弁とを有するエンジンの燃料制御装置であって、前記燃料タンク内の蒸発燃料を前記吸気通路に供給するパージを実行可能なパージ実行手段と、前記燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御手段とを備え、前記燃料噴射弁は、気筒の側面から当該気筒内に燃料を噴射するよう配設されており、前記燃料噴射弁制御手段は、少なくとも予め設定された所定の運転領域において、圧縮行程で気筒内に燃料を噴射する第２噴射と、吸気行程で気筒内に燃料を噴射する第１前段噴射と、吸気行程でかつ前記第１前段噴射よりも後に燃料を噴射する第１後段噴射とを、前記燃料噴射弁に実施させるとともに、前記パージが実行されている場合は、前記第１後段噴射に対して燃料量の減量を行う一方、前記第１前段噴射に対しては燃料量の減量を行わず、かつ、前記第１後段噴射の燃料減量量よりも前記第２噴射の燃料減量量の方を小さくすることにより、前記燃料噴射弁が気筒内に噴射する燃料の総量を当該パージが実行されていない場合よりも減量することを特徴とするエンジンの燃料制御装置を提供する（請求項１）。

この構成によれば、少なくとも所定の運転領域において、圧縮行程で第２噴射が実施され且つそれよりも前に第１前段噴射および第１後段噴射が実施されることで、気筒内の燃料を成層化して成層燃焼を実現することができ燃費性能を高めることができるとともに、この成層燃焼の実施時にパージが実行された場合には、燃料噴射弁が気筒内に噴射する燃料の総量が減量されるため、気筒内の燃料の量およびエンジン本体の出力トルクを適切な値に維持することができる。

また、第１前段噴射の噴射量の減量は行わないので、燃料噴射弁が気筒の側面から当該気筒内に燃料を噴射するエンジンにおいて、気筒上部のタンブル流が弱まるのを第１前段噴射によって抑制し、このタンブル流によって第１後段噴射により噴射された燃料の気筒の壁面への付着を抑制することができ、煤の増大を抑制することができる。

しかも、この構成では、前記噴射燃料の減量を行う場合において、第２噴射の減量量を第１後段噴射の減量量よりも小さくしている。そのため、圧縮行程に実施される第２噴射の噴射量（気筒内に噴射される燃料の量）を確保して、気筒内に燃料濃度の高い混合気を適切に形成すること、すなわち、混合気の成層化を適切に行うことができ、より適切な燃焼を実現することができる。

前記構成において、前記燃料噴射弁制御手段は、前記パージが実行されている場合において、前記第１後段噴射に対してのみ燃料量の減量を行い、前記第１前段噴射および前記第２噴射に対して燃料量の減量を行わないのが好ましい（請求項２）。

このようにすれば、より確実に、圧縮行程に実施される第２噴射によって気筒内に燃料濃度の高い混合気を適切に形成し、適切な燃焼を実現することができる。

前記構成において、前記燃料噴射弁制御手段は、エンジン回転数が予め設定された基準回転数以下の低回転数領域の少なくとも一部において、前記第１前段噴射、前記第１後段噴射および前記第２噴射を前記燃料噴射弁に実施させるものが挙げられる（請求項３）。

以上説明したように、本発明のエンジンの燃料制御装置によれば、パージが実行されるエンジンにおいて、より適切な燃焼を実現することができる。

本発明の実施形態にかかるエンジンの燃料制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。エンジンシステムの制御系を示すブロック図である。噴射パターンの領域を示した図である。各領域における噴射パターンを示した図であり、（ａ）は第１領域での図、（ｂ）は第２低負荷側領域での図、（ｃ）は第２高負荷側領域での図、（ｄ）は第３領域での図である。インジェクタの制御手順を示したフローチャートである。各ケースにおける各噴射量を模式的に示した図である。各ケースにおける点火プラグ周辺の空燃比を示した図である。各ケースにおける壁面ウェット量を示した図である。第１前段噴射を実施したときの気筒内のガスの流動を示した図であり、（ａ）〜（ｅ）は各時刻での図である。第１前段噴射を実施しないときの気筒内のガスの流動を示した図であり、（ａ）〜（ｅ）は各時刻での図である。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかるエンジンの燃料制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。当実施形態のエンジンシステムは、４ストロークのエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気（吸気）を導入するための吸気通路３０と、エンジン本体１から外部に排気を排出するための排気通路３５と、燃料を貯留する燃料タンク４１と、燃料タンク４１内で発生した蒸発燃料をエンジン本体１に導入するためのパージシステム（パージ実行手段）４０とを備えている。このエンジンシステムは車両に設けられて、エンジン本体１は車両の駆動源として用いられる。エンジン本体１は、例えば、図１の紙面に直交する方向に並ぶ４つの気筒２を有する４気筒エンジンであり、主としてガソリンを燃料とするガソリンエンジンである。

エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン１１とを有している。ピストン１１の上方には燃焼室５が形成されている。ピストン１１はコネクティングロッドを介してクランク軸１５と連結されており、ピストン１１の往復運動に応じて、クランク軸１５は中心軸回りに回転する。

シリンダヘッド４には、気筒２の燃焼室５内に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）１２と、インジェクタ１２から噴射された燃料と空気との混合気に対し火花放電による点火を行う点火プラグ１３とが、各気筒２につきそれぞれ１組ずつ設けられている。

本実施形態では、インジェクタ１２は、燃料の噴射口となる複数の噴孔を先端部に有しており、各気筒２の燃焼室５をその吸気側の側方から臨むように設けられている。また、インジェクタ１２は、１燃焼サイクルあたり複数回の噴射を行うことが可能なようになっている。インジェクタ１２には、配管（不図示）および燃料レール１４を介して燃料タンク４１から燃料が供給される。

点火プラグ１３は、火花を放電するための電極を先端部に有しており、各気筒２の燃焼室５を上方から臨むように設けられている。

シリンダヘッド４には、吸気通路３０から供給される空気を各気筒２の燃焼室５に導入するための吸気ポート６と、吸気ポート６を開閉する吸気弁８と、各気筒２の燃焼室５で生成された排気を排気通路３５に導出するための排気ポート７と、排気ポート７を開閉する排気弁９とが設けられている。

吸気通路３０は、単一の吸気管３３と、所定容積のサージタンク３２と、サージタンク３２と各気筒２の吸気ポート６とを個別に連結する複数の（４本の）独立吸気通路３１（図１の紙面に直交する方向に並んでいる）とで構成されている。

吸気管３３のうちサージタンク３２よりも上流側の部分には、吸気管３３の通路を開閉可能なスロットルバルブ３４ａが設けられている。

排気通路３５は、各気筒２の排気ポート７と連通する４本の独立排気通路３６と、各独立排気通路３６の下流端部が１箇所に集合した部分から下流側に延びる１本の排気管３８とを有している。当実施形態では、排気順序（排気行程が実施される順序）が連続しない２つの気筒２の独立排気通路３６が１本の通路に集合するとともに、排気順序が連続しない２つの気筒２の独立排気通路３６が１本の通路に集合し、その後、これら２本の通路が排気管３８に集約されている。排気管３８には、三元触媒等の触媒が内蔵された触媒装置９０が設けられている。

パージシステム４０は、燃料タンク４１内で蒸発した蒸発燃料を脱着可能に吸着するキャニスタ４２と、キャニスタ４２に空気を導入するパージエア管４９と、キャニスタ４２と吸気管３３とを連結するパージ管（パージ通路）４３とを備えている。パージ管４３は、吸気管３３のうちスロットルバルブ３４ａとサージタンク３２との間の部分に接続されている。

キャニスタ４２に吸着された蒸発燃料は、パージエア管４９から導入された空気によってキャニスタ４２から脱着される。キャニスタ４２から脱着した蒸発燃料は空気とともにパージ管４３を通って吸気管３３に導入される。以下、このパージ管４３を流通する蒸発燃料と空気とからなるガスをパージガスという。また、このパージガスに含まれる蒸発燃料をパージ燃料という。

パージ管４３には、パージ管４３を開閉するパージバルブ４５が設けられている。パージバルブ４５は、ＤＵＴＹコントロールバルブであり、開閉を繰り返し、１回の開弁期間と閉弁期間とを合わせた単位期間に対する開弁期間の割合であるＤＵＴＹ比が変更されることでその開度が変更されるようになっている。以下、パージバルブ４５を開弁してパージガスを吸気管３３ひいては各気筒２に導入することを、パージを実行するという。

（２）制御系
図２を用いて、エンジンシステムの制御系について説明する。当実施形態のエンジンシステムは、車両に搭載されたＰＣＭ（パワートレイン制御モジュール、燃料噴射弁制御手段）１００によって制御される。ＰＣＭ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｆ等から構成されるマイクロプロセッサである。

ＰＣＭ１００は、エンジン回転数を検出する回転数センサＳＮ１、エンジン本体１に導入される空気を検出するエアフローセンサＳＮ２、運転者により操作されるアクセルペダル（不図示）の開度を検出するアクセル開度センサＳＮ３、吸気管３３内の圧力である吸気圧を検出する吸気圧センサＳＮ４等と電気的に接続されている。ＰＣＭ１００は、各センサ（ＳＮ１〜ＳＮ４等）からの入力信号に基づいて種々の演算を実行して、インジェクタ１２、点火プラグ１３、スロットルバルブ３４、パージバルブ４５に指令信号を出力してこれらを制御する。

ＰＣＭ１００によるインジェクタ１２の制御について次に説明する。

図３は、噴射パターンについての運転領域を示した図である。すなわち、本実施形態では、運転領域に応じてインジェクタ１２の噴射パターンが異なるように、詳細には、噴射回数（１燃焼サイクルあたりの噴射回数）および噴射タイミングが異なるように設定されている。

具体的には、エンジン回転数が予め設定された第２基準回転数Ｎ２以下の領域のうちエンジン負荷が予め設定された第２基準負荷Ｔ２以上の第３領域Ａ３では、３分割噴射が実施される（１燃焼サイクルあたり３回に分けて燃料が噴射される）。この第３領域Ａ３では、図４（ｄ）に示すように、吸気行程に第１前段噴射Ｑ１＿Ａと第１後段噴射Ｑ１＿Ｂとがこの順に実施され、圧縮行程に第２噴射Ｑ２が実施される。

一方、エンジン回転数が予め設定された第１基準回転数（基準回転数）Ｎ１以下の低回転領域のうちエンジン負荷が第１基準負荷Ｔ１以上の第２領域Ａ２では２分割噴射が実施される（１燃焼サイクルあたり２回に分けて燃料を噴射する）。

ただし、この第２領域Ａ２のうちエンジン負荷が第３基準負荷Ｔ３以上の第２高負荷側領域Ａ２＿２では、図４（ｃ）に示すように、吸気行程に第１噴射Ｑ１が実施され、圧縮行程に第２噴射Ｑ２が実施され、第２領域Ａ２のうちエンジン負荷が第３基準負荷Ｔ３未満の第２低負荷側領域Ａ２＿１では、図４（ｂ）に示すように、吸気行程に２回の噴射（Ｑ１，Ｑ２）が実施される。

そして、その他の第１領域Ａ１では、図４（ａ）に示すように、一括噴射が実施されて、１燃焼サイクルにつき１回だけインジェクタ１２から燃料が噴射される。

このように第３領域Ａ３と第２高負荷側領域Ａ２＿２とにおいて分割噴射を行いかつ最後の噴射を圧縮行程に実施するのは、これらの領域Ａ３，Ａ２＿２において成層燃焼を行って燃費性能を高めるためである。すなわち、吸気行程で気筒２内に噴射された燃料は圧縮上死点付近であって燃焼の開始前に気筒２のほぼ全体に拡散するが、圧縮行程、特に、圧縮上死点に近いタイミングで噴射された燃料は燃焼の開始までに十分に拡散しない。そのため、前記のように噴射を行えば、点火プラグ１３付近に燃料濃度が濃い混合気を形成して、気筒２内の混合気を成層化することができる。そして、この燃料濃度の濃い混合気に点火を行えば、混合気の着火性および燃焼速度を高めることができ、点火時期の進角化が可能となって燃費性能を高めることができる。

ここで、全運転領域において分割噴射を行ってもよいが、エンジン回転数が高くなると短時間で複数回にわたってインジェクタ１２を駆動させねばならなくなり、インジェクタ１２を駆動するための回路の温度上昇が高くなり好ましくない。そこで、本実施形態では、前記のように、エンジン回転数が第１基準回転数Ｎ１以下の領域でのみ分割噴射を行う。また、エンジン負荷が低いと気筒２に噴射する燃料の総量が小さくなる。そのため、エンジン負荷が低い領域で分割噴射を行うと１回あたりの噴射量が非常に小さくなって、インジェクタ１２から適切な量の燃料を噴射できなくなるおそれがある、そこで、本実施形態では、前記のように、エンジン負荷が第１基準負荷Ｔ１以上の領域でのみ分割噴射を行う。

次に、図５のフローチャートを用いて、噴射量の算出手順について説明する。

まず、ステップＳ１にて、ＰＣＭ１００は、各センサＳＮ１〜ＳＮ４等の検出値を読み込む。

次に、ステップＳ２にて、ＰＣＭ１００は、気筒２に導入されているパージ燃料の量（以下、単にパージ燃料量という）Ｑ＿ｐｇを推定する。本実施形態では、パージバルブ４５の前後差圧を、大気圧と吸気圧センサＳＮ４で検出された値とに基づいて算出するとともに、算出したパージバルブ４５の前後差圧とパージバルブ４５の開度とに基づいて、気筒２に導入されているパージガスの流量を推定する。そして、このパージガスの流量と別途推定したパージガスの燃料濃度とから、パージ燃料量Ｑ＿ｐｇを推定する。ここで、パージバルブ４５が全閉であってパージが実行されていないときは、パージ燃料量Ｑ＿ｐｇは０とされる。

次に、ステップＳ３にて、ＰＣＭ１００は、エンジン本体１の運転状態に基づいて要求噴射量Ｑｃｙｌを算出する。要求噴射量Ｑｃｙｌは、エンジン本体１に供給すべき（詳細には、各気筒２にそれぞれ供給すべき）燃料の総量である。ＰＣＭ１００は、アクセル開度と車速等に基づいてエンジン本体１に要求されているトルクである要求トルクを算出するとともに、この要求トルクを実現するために必要な気筒２の充填効率を算出し、算出した充填効率とエンジン回転数等とに基づいて要求噴射量を算出する。

次に、ステップＳ４にて、ＰＣＭ１００は、一括噴射を実施するか否か、すなわち、現在の運転領域が第１領域Ａ１であるか否かを判定する。

ステップＳ４の判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ５に進み、インジェクタ１２の噴射量を要求噴射量Ｑｃｙｌからパージ燃料量Ｑ＿ｐｇを減じた量に設定する。ステップＳ４の後は、ステップＳ２０に進み、設定された噴射量の燃料をインジェクタ１２に噴射させる。

一方、ステップＳ４の判定がＮＯの場合は、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、２分割噴射を実施するか否か、すなわち、現在の運転領域が第２領域Ａ２であるか否かを判定する。

ステップＳ６の判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、さらに、第２噴射Ｑ２が吸気行程噴射か否か（吸気行程で実施されるか否か）、すなわち、現在の運転領域が第２低負荷側領域Ａ２＿１であるか否かを判定する。

ステップＳ７の判定がＹＥＳであって２分割噴射を実施するがいずれの噴射も吸気行程で行われる場合には、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、ＰＣＭ１００は、第１噴
射Ｑ１の噴射量を、要求噴射量Ｑｃｙｌからパージ燃料量Ｑ＿ｐｇを減じた値に第１噴射の分割比Ｒ１をかけた値に設定する。また、ＰＣＭ１００は、第２噴射Ｑ２の噴射量を、要求噴射量Ｑｃｙｌからパージ燃料量Ｑ＿ｐｇを減じた値に第２噴射の分割比Ｒ２をかけた量に設定する。

ここで、分割比は、分割噴射を行う場合における総噴射量（１燃焼サイクルについ気筒２内に供給される燃料量の総量）に対する各噴射の噴射量の割合であって、エンジン回転数とエンジン負荷等に応じて予め設定されている。

前記のように、２分割噴射が実施される場合であっていずれの噴射も吸気行程で実施される場合には、各噴射Ｑ１、Ｑ２の噴射量は、要求噴射量Ｑｃｙｌからパージ燃料量Ｑ＿ｐｇを減じた量に各分割比をそれぞれかけた量に設定され、インジェクタ１２の噴射量の総量は要求噴射量Ｑｃｙｌからパージ燃料量Ｑ＿ｐｇを減じた量とされる。ステップＳ８の後は、ステップＳ２０に進む。

一方、ステップＳ７の判定がＮＯであって２分割噴射のうち第２噴射Ｑ２が圧縮行程で行われる場合には、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、ＰＣＭ１００は、第１噴射Ｑ１の噴射量を、要求噴射量Ｑｃｙｌに第１噴射Ｑ１の分割比Ｒ１をかけた値からパージ燃料量Ｑ＿ｐｇを減じた量に設定する。一方、第２噴射Ｑ２の噴射量は、要求噴射量Ｑｃｙｌに第２噴射Ｑ２の分割比Ｒ２をかけた値に設定する。

このように、２分割噴射が実施される場合であって第２噴射Ｑ２が圧縮行程に実施される場合は、第２噴射Ｑ２の噴射量は、要求噴射量Ｑｃｙｌに第２噴射Ｑ２の分割比Ｒ２をかけた値であってパージが実行されていないときの第２噴射Ｑ２の噴射量に維持される。そして、第１噴射Ｑ１についてのみ噴射量の減量が行われて、第１噴射Ｑ１の噴射量が、要求噴射量Ｑｃｙｌに第１噴射Ｑ１の分割比Ｒ１をかけた値であってパージが実行されていないときの第１噴射Ｑ１の噴射量からパージ燃料量Ｑ＿ｐｇを減じた量に設定される。そして、インジェクタ１２の噴射量の総量は、要求噴射量Ｑｃｙｌからパージ燃料量Ｑ＿ｐｇを減じた量とされる。ステップＳ９の後は、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ６に戻り、ステップＳ６の判定がＮＯであって、一括噴射も２分割噴射も実施しない場合、すなわち、３分割噴射を実施する場合であって、現在の運転領域が第３領域Ａ３の場合は、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、ＰＣＭ１００は、第１前段噴射Ｑ１＿Ａの噴射量を、要求噴射量Ｑｃｙｌに第１前段噴射Ｑ１＿Ａの分割比Ｒ１＿Ａをかけた値からパージ燃料量Ｑ＿ｐｇの半分の量を減じた量に設定する。また、第１後段噴射Ｑ１＿Ｂの噴射量を、要求噴射量Ｑｃｙｌに第１後段噴射Ｑ１＿Ｂの分割比Ｒ１＿Ｂをかけた値から、パージ燃料量Ｑ＿ｐｇの半分の量を減じた量に設定する。一方、第２噴射Ｑ２の噴射量は、要求噴射量Ｑｃｙｌに第２噴射Ｑ２の分割比Ｒ２をかけた値に設定する。

このように、吸気行程に２回の噴射を行い圧縮行程に１回の噴射を行う３分割噴射が実施される場合は、吸気行程に実施される第１前段噴射Ｑ１＿Ａの噴射量は、要求噴射量Ｑｃｙｌに第１前段噴射Ｑ１＿Ａの分割比Ｒ１＿Ａをかけた値であってパージが実行されていないときの第１前段噴射Ｑ１＿Ａの噴射量から、パージ燃料量Ｑ＿ｐｇの半分の値を減じた量に設定される。同様に、吸気行程に実施される第１後段噴射Ｑ１＿Ｂの噴射量は、要求噴射量Ｑｃｙｌに第１後段噴射Ｑ１＿Ｂの分割比Ｒ１＿Ｂをかけた値であってパージが実行されていないときの第１後段噴射Ｑ１＿Ｂの噴射量から、パージ燃料量Ｑ＿ｐｇの
半分の値を減じた量に設定される。一方、圧縮行程に実施される第２噴射Ｑ２については、噴射量の減量は行われず、パージが実行されていないときの第２噴射Ｑ２の噴射量に維持される。そして、インジェクタ１２の噴射量の総量は要求噴射量Ｑｃｙｌからパージ燃料量Ｑ＿ｐｇを減じた量とされる。ステップＳ１０の後は、ステップＳ２０に進む。

（３）作用等
以上のように、本実施形態では、パージ実行時には、噴射回数によらず、インジェクタ１２の噴射量の総量が、要求噴射量Ｑｃｙｌからパージ燃料量Ｑ＿ｐｇを減じた量に設定される。そのため、パージを実行して燃料タンク４１内の蒸発燃料を気筒２内で燃焼処理しながら、気筒２に供給される全燃料量を要求噴射量Ｑｃｙｌに維持することができエンジン本体１のトルクを要求トルクにすることができる。

また、第２高負荷側領域Ａ２＿２および第３領域Ａ３において、吸気行程と圧縮行程とに分割して気筒２内に燃料が噴射されて成層燃焼が実施されることで、燃費性能を高めることができる。

しかも、この成層燃焼の実施中にパージが実行されたときには、２分割噴射および３分割噴射のいずれにおいても最後の噴射であって圧縮行程に実施される第２噴射Ｑ２の噴射量はパージが実行されないときと同じ量に維持され、他の噴射について気筒２内に供給されるパージ燃料量分の減量が行われる。そのため、第２噴射Ｑ２によって気筒２内に燃料濃度の高い混合気を形成することができ、混合気を成層化してより適切な成層燃焼を実現することができる。

特に、本実施形態では、吸気行程に２回の噴射が行われ且つ圧縮行程に１回の噴射が行われる第３領域Ａ３では、パージ実行時において、吸気行程で実施される第１前段噴射Ｑ１＿Ａと第１後段噴射Ｑ１＿Ｂとの両方について減量が行われる。そのため、混合気の適切な成層化を維持しつつ、煤の増大を抑制することができる。

これについて、図６〜図１０を用いて具体的に説明する。

本発明者らは、３分割噴射の実施中にパージを実行する場合において、噴射量の減量のさせ方を図６に示すケース２、３、４と異ならせ、これらケースにおける成層化の度合いと壁面に付着する燃料量とを調べた。

図６は、各ケースにおける各噴射（第１前段噴射Ｑ１＿Ａ、第１後段噴射Ｑ１＿Ｂ、第２噴射Ｑ２）の噴射量を模式的に示した図である。図６におけるケース１は、パージを実行しないケースである。ケース２は、各噴射Ｑ１＿Ａ、Ｑ１＿Ｂ、Ｑ２の噴射量を、ケース１の噴射量から、パージ燃料量Ｑ＿ｐｇに各分割比Ｒ１＿Ａ、Ｒ１＿Ｂ、Ｒ２をかけた量をそれぞれ減じた量としたケースである。ケース３は、本実施形態に係る噴射パターンであって、第２噴射Ｑ２については減量を行わず、第１前段噴射Ｑ１＿Ａの噴射量と第１後段噴射Ｑ１＿Ｂの噴射量とについて、それぞれ同量（パージ燃料量Ｑ＿ｐｇの半分の量）の減量を行ったケースである。ケース４は、第１前段噴射Ｑ１＿Ａについてのみ減量を行い、この第１前段噴射Ｑ１＿Ａの噴射量を、ケース１の噴射量からパージ燃料量Ｑ＿ｐｇを減じた量としたケースである。

図７は、圧縮上死点での点火プラグ１３周りの混合気のＡ／Ｆ（空燃比）を、各ケース１〜４についてＣＦＤ解析により求めた結果を示した図である。図８は、壁面ウェット量すなわち気筒２の壁面に付着する燃料の量を、各ケース１〜４についてＣＦＤ解析により求めた結果を示した図である。

図７に示すように、ケース２では、点火プラグ１３周りのＡ／Ｆがケースよりも大きく（リーン）になっている一方、ケース３とケース４とでは、点火プラグ１３周りのＡ／Ｆはケース１と同程度に維持されており、前記のように、第２噴射Ｑ２の噴射量について減量を行わない方がより適切に混合気が成層化されることが示されている。

しかしながら、図８における、ケース２と、ケース３およびケース４との比較から明らかなように、第１前段噴射Ｑ１＿Ａ、第１後段噴射Ｑ１＿Ｂの噴射量の減量量を大きくすると壁面ウェット量が増大する。そして、第１前段噴射Ｑ１＿Ａの減量量がより大きいケース４の方が、ケース３よりも壁面ウェット量が大きくなってしまう。これは、第１前段噴射Ｑ１＿Ａが少なくなることで、第１後段噴射Ｑ１＿Ｂ時において気筒２内のタンブル流が弱くなる結果、第１後段噴射Ｑ１＿Ｂによる噴射された燃料がより遠くまで飛散しやすくなったためと考えられる。図９および図１０を用いて詳細に説明する。

図９および図１０は、吸気行程における気筒２内のガスの流動を示した図であり、これら図９、１０の（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ異なる時間でのガス流動を示している。具体的には、図９、１０の（ａ）〜（ｅ）はこの順に時間が経過しており、図９、１０の（ａ）は、第１前段噴射Ｑ１＿Ａが実施されるタイミングでのガス流動、図９、１０の（ｄ）は第１後段噴射Ｑ１＿Ｂが実施されるタイミングでのガス流動を示している。また、図９は、吸気行程で２回噴射を行ったときの図であり、図１０は、図９における２回噴射のうち前段噴射を省略したときの図である。なお、図９、１０の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ、ＢＴＤＣ２７５°ＣＡ、ＢＴＤＣ２６５°ＣＡ、ＢＴＤＣ２３５°ＣＡ、ＢＴＤＣ２１０°ＣＡ、ＢＴＤＣ２０５°ＣＡでの図である。

図９（ａ）および図１０（ａ）に示すように、吸気行程では気筒２内にタンブル流Ｆ１が生成されている。具体的には、吸気弁８側（図９、１０のＩＮ側）から気筒２の壁面を沿うようにして下方に向かうガス流れＦ１が生成されている。

図９（ｂ）に示すように、このようにタンブル流Ｆ１が生成されている状態で第１前段噴射Ｑ１＿Ａが実施されると、気筒２内の上部において、この噴射によって形成された流れＦ２が、タンブル流Ｆ１が下方に向かうのを一時的に阻害する。そのため、図９（ｃ）に示されるように、第１前段噴射Ｑ１＿Ａを行った場合は、第１前段噴射Ｑ１＿Ａが終了した後においても、気筒２内の上部に比較的強いタンブル流Ｆ１が残存することになる。従って、第１前段噴射Ｑ１＿Ａを行った場合では、図９（ｄ）に示すように、比較的強いタンブル流Ｆ１が残存している状態で第１後段噴射Ｑ１＿Ｂが実施されることになる。そして、これに伴い、この場合では、強いタンブル流Ｆ１によって第１後段噴射Ｑ１＿Ｂの飛散が抑制され、図９（ｅ）に示すように、第１後段噴射Ｑ１＿Ｂにより噴射された燃料の気筒２の壁面への付着が抑制される。

一方、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に示すように、第１前段噴射Ｑ１＿Ａが実施されない場合は、タンブル流Ｆ１が比較的早期に気筒２の全体に拡散してしまい、気筒２の上部におけるタンブル流Ｆ１の勢いは弱くなる。そのため、この場合は、図１０（ｄ）に示すように、第１後段噴射Ｑ１＿Ｂにより噴射された燃料はタンブル流Ｆ１によってほぼ阻害されることなく遠方まで飛散し、多くの燃料が気筒２の壁面に付着することになる。

このように、第１前段噴射Ｑ１＿Ａが実施されない、あるいは、少ない場合には、第１後段噴射Ｑ１＿Ｂの実施時において気筒２内の上部におけるタンブル流の勢いが弱くなり第１後段噴射Ｑ１＿Ｂにより噴射された燃料の気筒２の壁面への付着量が増大してしまう。そして、燃料の気筒２の壁面への付着量が増大することで、この付着した燃料が適切に燃焼せず煤が増大してしまう。

従って、前記のように、第３領域Ａ３において、吸気行程で実施される第１前段噴射Ｑ１＿Ａと第１後段噴射Ｑ１＿Ｂとの両方について減量を行えば、第１前段噴射Ｑ１＿Ａの噴射量をより多く確保し、燃料の気筒２の壁面への付着量を少なくして煤の増大を抑制することができる。

（４）変形例
前記実施形態では、パージの実行時において第２噴射Ｑ２の噴射量の減量量を０として減量しない場合について説明したが、第２噴射Ｑ２についても噴射量を減量させてもよい。ただし、この場合には、第２噴射Ｑ２の噴射量の減量量を他の噴射Ｑ１、または、Ｑ１＿Ａ、Ｑ１＿Ｂにおける減量量よりも少なくして微小量に抑えるようにする。

また、前記実施形態では、３分割噴射を実施する場合において、パージの実行時に、第１前段噴射Ｑ１＿Ａと第１後段噴射Ｑ１＿Ｂの噴射量について同じ量を減量した場合について説明したが、これら第１前段噴射Ｑ１＿Ａと第１後段噴射Ｑ１＿Ｂとについてそれぞれ異なる量の燃料量を減量してもよい。ただし、前記実施形態のように、第１前段噴射Ｑ１＿Ａと第１後段噴射Ｑ１＿Ｂとの減量量を同量にすれば、第１前段噴射Ｑ１＿Ａの噴射量が過小になって気筒２の壁面の燃料の付着量が増大するのを抑制することができるとともに、演算を簡素化することができる。

また、前記実施形態では、３分割噴射を実施する場合において、第１後段噴射Ｑ１＿Ｂを吸気行程で実施する場合について説明したが、これを圧縮工程で実施してもよい。

また、３分割噴射を実施する場合であって吸気行程に２回の噴射（第１前段噴射Ｑ１＿Ａ、第１後段噴射Ｑ１＿Ｂ）を行い圧縮行程に１回の噴射（第２噴射Ｑ２）を行う場合において、パージの実行時に、第１前段噴射Ｑ１＿Ａの噴射量については減量せず、第１後段噴射Ｑ１＿Ｂの噴射量についてのみ減量を行うようにしてもよい。この場合であっても、第１前段噴射Ｑ１＿Ａの噴射量が多く確保されるため、燃料の気筒２の壁面の付着を抑制することができる。また、この場合には、第１後段噴射Ｑ１＿Ｂの噴射量が少なく抑えられるため、この第１後段噴射Ｑ１＿Ｂにより噴射された燃料が気筒２の壁面に付着するのをより一層確実に抑制することができる。

ただし、第１後段噴射Ｑ１＿Ｂがより遅角側で実施される場合、特に、前記のように圧縮工程で実施される場合には、この第１後段噴射Ｑ１＿Ｂも、点火プラグ１３周りの燃料濃度の濃い混合気の形成に寄与する。そのため、このような場合には、燃料濃度の濃い混合気をより確実に生成するために、第１後段噴射Ｑ１＿Ｂの噴射量の減量量を小さく抑えるのが好ましい。

１エンジン本体
２気筒
１２インジェクタ（燃料噴射弁）
３０吸気通路
４０パージシステム（パージ実行手段）
４１燃料タンク
１００ＰＣＭ（パワートレイン制御モジュール、燃料噴射弁制御手段）
Ｑ１第１噴射
Ｑ１＿Ａ第１前段噴射
Ｑ１＿Ｂ第１後段噴射
Ｑ２第２噴射

Claims

気筒が形成されたエンジン本体と、気筒に吸気を導入する吸気通路と、燃料を貯留する燃料タンクと、エンジン本体に燃料を噴射する燃料噴射弁とを有するエンジンの燃料制御装置であって、
前記燃料タンク内の蒸発燃料を前記吸気通路に供給するパージを実行可能なパージ実行手段と、
前記燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御手段とを備え、
前記燃料噴射弁は、気筒の側面から当該気筒内に燃料を噴射するよう配設されており、
前記燃料噴射弁制御手段は、少なくとも予め設定された所定の運転領域において、圧縮行程で気筒内に燃料を噴射する第２噴射と、吸気行程で気筒内に燃料を噴射する第１前段噴射と、吸気行程でかつ前記第１前段噴射よりも後に燃料を噴射する第１後段噴射とを、前記燃料噴射弁に実施させるとともに、前記パージが実行されている場合は、前記第１後段噴射に対して燃料量の減量を行う一方、前記第１前段噴射に対しては燃料量の減量を行わず、かつ、前記第１後段噴射の燃料減量量よりも前記第２噴射の燃料減量量の方を小さくすることにより、前記燃料噴射弁が気筒内に噴射する燃料の総量を当該パージが実行されていない場合よりも減量することを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
請求項１に記載のエンジンの燃料制御装置において、
前記燃料噴射弁制御手段は、前記パージが実行されている場合において、前記第１後段噴射に対してのみ燃料量の減量を行い、前記第１前段噴射および前記第２噴射に対して燃料量の減量を行わないことを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
請求項１または２に記載のエンジンの燃料制御装置において、
前記燃料噴射弁制御手段は、エンジン回転数が予め設定された基準回転数以下の低回転数領域の少なくとも一部において、前記第１前段噴射、前記第１後段噴射および前記第２噴射を前記燃料噴射弁に実施させることを特徴とするエンジンの燃料制御装置。