JP6451659B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、筒内噴射弁を備える内燃機関に適用される内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

特許文献１には、圧縮行程での筒内噴射弁による燃焼室への燃料噴射を複数回に分割することにより、成層燃焼を実現する内燃機関の一例が記載されている。このような成層燃焼を伴う機関運転時では、圧縮行程で分割して行われる各噴射での燃料噴射量の合計が要求噴射量と一致するように、同各噴射での筒内噴射弁への通電時間が算出される。

特開２００９−１８５６８７号公報

一般的に、通電することによって開弁する電磁式の噴射弁にあっては、その構成の特性上、通電時間の領域として、燃料噴射量の制御性の低い不安定領域と、燃料噴射量の制御性の高い安定領域とが存在する。不安定領域は、安定領域よりも通電時間の短い領域である。そのため、１回の燃料噴射での筒内噴射弁への通電時間が安定領域の下限よりも短いと、通電時間が不安定領域に含まれることとなり、当該燃料噴射での燃料噴射量を高精度に制御することが困難となる。

そして、上記のように内燃機関で成層燃焼を行う場合には、圧縮行程で分割して行われる各噴射での燃料噴射量を高精度に制御する必要があるが、同各噴射のうち少なくとも１つの噴射での通電時間が不安定領域に含まれている場合、圧縮行程時に筒内噴射弁から噴射される燃料の総量と要求噴射量とにずれが生じ、機関運転の安定性が低下するおそれがある。

本発明の目的は、圧縮行程での筒内噴射弁による燃焼室への燃料噴射を複数回に分割する機関運転が行われる場合に、圧縮行程時に同筒内噴射弁から噴射される燃料の総量と要求噴射量とのずれを抑制し、機関運転の安定性の低下を抑制することができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するための内燃機関の燃料噴射制御装置は、圧縮行程での筒内噴射弁による燃焼室への燃料噴射を複数回に分割する機関運転が行われる内燃機関に適用される装置であり、筒内噴射弁は、同筒内噴射弁への通電時間の領域として、安定領域と、同安定領域の下限よりも通電時間が短く、同安定領域よりも燃料噴射量の制御性の低い不安定領域と、が存在するものである。この内燃機関の燃料噴射制御装置は、圧縮行程での燃料噴射の分割回数を決定し、分割して行う各噴射での燃料噴射量の総和が要求噴射量と一致するように同各噴射での筒内噴射弁への通電時間を算出する算出部と、算出部による算出結果に基づき、筒内噴射弁を制御する制御部と、を備える。そして、算出部は、算出した上記各噴射での筒内噴射弁への通電時間のうち少なくとも１つが不安定領域に含まれているときには、同各噴射のうち、噴射タイミングが最も遅い噴射である最遅角噴射の実施を禁止して分割回数を減らし、同各噴射のうち、実施が禁止されていない残りの噴射での燃料噴射量の総和が要求噴射量と一致するように同残りの噴射での筒内噴射弁への通電時間を再計算する。

上記構成のように再計算を行えば、残りの噴射での通電時間を長くすることができ、同残りの噴射での通電時間が、不安定領域に含まれにくくなる。そして、再計算によって、残りの噴射での筒内噴射弁への通電時間が不安定領域に含まれなくなるようにし、その上で筒内噴射弁を制御すれば、実施される圧縮行程時における全ての噴射での筒内噴射弁の通電時間を安定領域に含ませることができるため、同全ての噴射での燃料噴射量を高精度に制御することができる。したがって、圧縮行程での筒内噴射弁による燃焼室への燃料噴射を複数回に分割する機関運転が行われる場合に、同筒内噴射弁から噴射される燃料の総量と要求噴射量とのずれを抑制し、機関運転の安定性の低下を抑制することができる。

なお、分割回数が多いほど、圧縮行程で行われる複数の噴射のうち最遅角噴射のタイミングが、ピストンが上死点に達するタイミングに近くなる。そして、最遅角噴射のタイミングが、ピストンが上死点に達するタイミングに近いほど、噴射された燃料が空気と混合される時間が短くなるため、圧縮行程時に筒内噴射弁から噴射された燃料のうち、空気と十分に混合されずに気筒の壁面やピストンの頂面に液体のまま付着する燃料の量が多くなる。その結果、実際に燃焼に寄与する燃料の量が少なくなるため、機関運転の安定性が低下しやすい。この点、上記構成では、圧縮行程で分割して行う各噴射のうち何れか１つの噴射での筒内噴射弁への通電時間が不安定領域に含まれている場合、最遅角噴射の実施を禁止するようにしている。これにより、最遅角噴射以外の他の噴射の実施を禁止する場合と比較し、気筒の壁面やピストンの頂面に液体のまま付着する燃料の量が少なくなるため、機関運転の安定性の低下を抑制することができる。

内燃機関の燃料噴射制御装置の一実施形態である制御装置を備える内燃機関の一部を示す概略構成図。 同内燃機関における筒内噴射弁への通電時間と燃料噴射量との関係を示すグラフ。 同制御装置において、圧縮行程時における燃料噴射の分割回数と分割された各噴射での筒内噴射弁への通電時間とを決定するために実行される処理ルーチンを説明するフローチャート。 同処理ルーチンを通じて決定される圧縮行程時における分割回数や各噴射での筒内噴射弁への通電時間が変化している様子を示すタイミングチャート。 分割回数が「３」であるときの各噴射の実施タイミングを示す模式図。 分割回数が「２」であるときの各噴射の実施タイミングを示す模式図。 燃料噴射を分割しないときの噴射の実施タイミングを示す模式図。

以下、内燃機関の燃料噴射制御装置の一実施形態を図１〜図７に従って説明する。
図１には、内燃機関の燃料噴射制御装置として機能する制御装置５０を備える内燃機関１０の一部が図示されている。図１に示すように、内燃機関１０は複数（図１では１つのみを図示）の気筒１１を有しており、気筒１１内におけるピストン１２よりも上方域は、燃料を含む混合気が燃焼される燃焼室１３となっている。また、内燃機関１０には、燃焼室１３に燃料を直接噴射する筒内噴射弁１４と、混合気に対して点火を行う点火プラグ１５とが設けられている。燃焼室１３には吸気通路１６及び排気通路１７が接続されており、吸気通路１６の燃焼室１３に対する開閉は吸気バルブ１８によって行われ、排気通路１７の燃焼室１３に対する開閉は排気バルブ１９によって行われるようになっている。

筒内噴射弁１４は、通電することによって開弁する電磁式の噴射弁であり、フルリフト噴射（以下、「Ｆ／Ｌ噴射」という。）と、パーシャルリフト噴射（以下、「Ｐ／Ｌ噴射」という。）とを実行可能である。Ｆ／Ｌ噴射は、筒内噴射弁１４の弁体が全開位置まで変位した後に通電を停止して燃料噴射を停止する噴射形態である一方、Ｐ／Ｌ噴射は、筒内噴射弁１４の弁体が全開位置まで変位するよりも前に通電を停止して燃料噴射を停止する噴射形態である。

また、図２に示すように、筒内噴射弁１４の燃料噴射量Ｑｆは、筒内噴射弁１４の電磁ソレノイドへの通電時間ＴＭが長いほど多くなる。図２において、第１の通電時間ＴＭ１は、弁体の開弁時間を適切に制御可能な最小の通電時間ＴＭのことであり、第２の通電時間ＴＭ２は、電磁ソレノイドへの通電を開始してから弁体が全開位置に達するまでの通電時間ＴＭのことである。そして、Ｐ／Ｌ噴射は、通電時間ＴＭを第２の通電時間ＴＭ２未満の時間に設定した場合の燃料噴射であり、Ｆ／Ｌ噴射は、通電時間ＴＭを第２の通電時間ＴＭ２以上に設定した場合の燃料噴射であるということができる。

なお、内燃機関１０では、筒内噴射弁１４に供給する燃料の圧力であるデリバリ燃圧を適宜変更することができる。そのため、筒内噴射弁１４への通電時間ＴＭが一定であっても、デリバリ燃圧が高いほど、筒内噴射弁１４の燃料噴射量Ｑｆは多くなる。すなわち、図２に示す最小噴射量Ｑｆｍｉｎは、通電時間ＴＭを第１の通電時間ＴＭ１と等しくした場合における燃料噴射量Ｑｆのことであるが、デリバリ燃圧によって変わる値である。また、図２に示す線の傾きもまたデリバリ燃圧によって変わる。

ところで、筒内噴射弁１４への通電時間ＴＭを第１の通電時間ＴＭ１未満に設定しても、筒内噴射弁１４から燃料を噴射することができることもある。しかし、この場合、開弁時間を適切に制御することができないため、筒内噴射弁１４の燃料噴射量を適切に制御することが困難である。そのため、本明細書では、通電時間ＴＭが第１の通電時間ＴＭ１未満となる通電時間の領域のことを、「極小通電領域Ｒ１」という。

また、筒内噴射弁１４にあっては、弁体が全開位置まで達した直後では弁体が振動しており、燃料噴射量が不安定になりやすい。そして、Ｆ／Ｌ噴射によって燃料噴射量Ｑｆを高精度に制御することのできる通電時間ＴＭの下限を第３の通電時間ＴＭ３とした場合、通電時間ＴＭが第２の通電時間ＴＭ２以上且つ第３の通電時間ＴＭ３未満の通電時間の領域のことを、「バウンス領域Ｒ２」という。なお、筒内噴射弁１４への通電時間ＴＭがバウンス領域Ｒ２に含まれている場合、筒内噴射弁１４の燃料噴射量Ｑｆが要求噴射量から乖離するおそれがある。

これに対し、筒内噴射弁１４への通電時間ＴＭが第１の通電時間ＴＭ１以上であって且つ第２の通電時間ＴＭ２未満となるＰ／Ｌ噴射領域Ｒｐｌ、及び、通電時間ＴＭが第３の通電時間ＴＭ３以上となるＦ／Ｌ噴射領域Ｒｆｌの双方は、上記の極小通電領域Ｒ１やバウンス領域Ｒ２よりも燃料噴射量Ｑｆの制御性の高い領域であるということができる。

したがって、本実施形態では、Ｐ／Ｌ噴射領域Ｒｐｌ及びＦ／Ｌ噴射領域Ｒｆｌが、安定領域に相当する一方、極小通電領域Ｒ１が、安定領域であるＰ／Ｌ噴射領域Ｒｐｌの下限よりも通電時間ＴＭが少なく、Ｐ／Ｌ噴射領域Ｒｐｌよりも燃料噴射量Ｑｆの制御性の低い不安定領域に相当する。また、バウンス領域Ｒ２が、安定領域であるＦ／Ｌ噴射領域Ｒｆｌの下限よりも通電時間ＴＭが短く、Ｆ／Ｌ噴射領域Ｒｆｌよりも燃料噴射量Ｑｆの制御性の低い不安定領域に相当する。

図１に示すように、制御装置５０には、クランク軸の回転速度ＮＥを検出するクランクセンサ１０１、吸気通路１６から燃焼室１３に導入される吸入吸気の量である吸入空気量を検出するエアフローメータ１０２、外気温を検出する外気温センサ１０３、及び上記デリバリ燃圧を検出する燃圧センサ１０４などの各種の検出系が電気的に接続されている。そして、これら各種検出系によって検出された情報に基づき、制御装置５０によって各種の制御が実施されるようになっている。

なお、本実施形態では、機関始動時に燃焼室１３で成層燃焼を行わせることがある。この成層燃焼は、燃焼室１３における点火プラグ１５の近傍に燃料の濃度の高い層を形成することで、極めてリーンな状態での燃焼を実現するものである。そして、本内燃機関１０では、圧縮行程中の気筒１１内、すなわち燃焼室１３に対し、燃料噴射を複数回に分割して行うことで成層燃焼を行わせることもある。

なお、本明細書では、圧縮行程時に分割して燃料噴射を行うことを「分割噴射」ということもある。また、ここでいう「機関始動時」とは、クランキング動作の開始時点から内燃機関１０が完爆する時点までの期間のことである。

図１に示すように、本実施形態において、制御装置５０は、機関始動時に成層燃焼を行わせるための機能部として、算出部５１及び制御部５２を有している。算出部５１は、圧縮行程での燃料噴射の分割回数Ｎの決定、及び、各噴射での筒内噴射弁１４への通電時間ＴＭ（Ｎ）の算出を行う。そして、制御部５２は、算出部５１による算出結果に基づいて筒内噴射弁１４を制御する。

次に、図３に示すフローチャートを参照し、機関始動時に成層燃焼を行わせるために算出部５１が実行する処理ルーチンについて説明する。この処理ルーチンは、予め設定された制御サイクル毎に実行されるルーチンである。

図３に示すように、本処理ルーチンにおいて、算出部５１は、機関始動時であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。クランク軸における完爆時点の回転速度の予測値を完爆判定回転速度とした場合、クランクセンサ１０１によって検出された回転速度ＮＥが完爆判定回転速度未満であるときには未だ機関始動時であると判断し、回転速度ＮＥが完爆判定回転速度以上であるときには機関始動が完了した、すなわち機関始動時ではないと判断することができる。そして、機関始動時ではない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、算出部５１は、本処理ルーチンを一旦終了する。一方、機関始動時である場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、算出部５１は、成層燃焼を行わせるために、圧縮行程で分割噴射を行うか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ここで、冷間始動を行う場合、及び、アイドリングストップ中の内燃機関１０を自動再始動させる場合には、機関始動時における燃料消費量の増大を抑えるために成層燃焼を行う。一方、成層燃焼では、すすなどが生成されやすく、燃焼室１３から排出される排気の性状が悪化しやすい。そのため、イグニッションスイッチがオンになったことに起因する機関始動のうち、温間始動が行われるときには、成層燃焼を行わない。したがって、成層燃焼を行わせない場合、ステップＳ１２の判定が「ＮＯ」となる。また、成層燃焼を行わせる場合であっても、圧縮行程時での燃料噴射を分割しないとき、すなわちこの処理ルーチンを繰り返して燃料噴射回数（すなわち、分割回数Ｎ）が１回になっているときも、ステップＳ１２の判定が「ＮＯ」となる。なお、アイドリングストップ中の内燃機関１０の自動再始動時や冷間始動時において、最初にこの処理ルーチンを実行する場合、圧縮行程では燃料噴射が複数回（例えば「３回」）に分割される。そのため、こうした場合には、ステップＳ１２の判定が「ＹＥＳ」となる。

圧縮行程で分割噴射を行わない場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、算出部５１は、本処理ルーチンを一旦終了する。一方、圧縮行程で分割噴射を行う場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、算出部５１は、圧縮行程での燃料噴射の分割回数Ｎ、及び、各噴射での筒内噴射弁１４への通電時間ＴＭ（Ｎ）を算出する（ステップＳ１３）。

ここで、今回の機関始動で分割回数Ｎを初めて決定する場合、分割回数Ｎは、予め設定された所定回数（本実施形態では３）に決定される。一方、今回の機関始動での分割回数Ｎの決定が２回目以降である場合、分割回数Ｎは、本処理ルーチンの前回の実行時に決定された値と等しくされる。

また、本実施形態では、分割回数Ｎが「３」である場合、１回目の噴射及び２回目の噴射はＦ／Ｌ噴射とされ、３回目の噴射はＰ／Ｌ噴射とされる。機関始動時でクランキング動作の開始直後にあっては、クランク軸の回転速度ＮＥが小さく、燃焼室１３の気流、すなわちピストン１２が上死点に向けて移動することで生じる気流が弱く、点火プラグ１５の近傍での燃料濃度があまり高くならない。そのため、最後の噴射、すなわち３回目の噴射をＰ／Ｌ噴射とすることで、ピストン１２がある程度上死点に近づいたときに少量の燃料を噴射し、点火プラグ１５の近傍での燃料濃度を高めるようにしている。これにより、機関始動の初期に成層燃焼を行うことが可能となる。

そこで、分割回数Ｎが「３」である場合、１回目の噴射での燃料噴射量ＱｆＰ（１）は下記の関係式（式１）を用いて算出することができ、２回目の噴射での燃料噴射量ＱｆＰ（２）は下記の関係式（式２）を用いて算出することができ、３回目の噴射での燃料噴射量ＱｆＰ（３）は下記の関係式（式３）を用いて算出することができる。なお、これら関係式（式１）〜（式３）において、「ＱｆＡｌｌ」は、今回の成層燃焼で必要な燃料量の合計である総噴射量（＝要求噴射量）であり、総噴射量ＱｆＡｌｌは吸入空気量が多いほど多い。また、「Ｋ１ｑ」は１回目の噴射への燃料の配分比率であり、「Ｋ２ｑ」は２回目の噴射への燃料の配分比率であり、「Ｋ３ｑ」は３回目の噴射への燃料の配分比率である。これら各分割比率Ｋ１ｑ，Ｋ２ｑ，Ｋ３ｑの各々は「０」よりも大きく且つ「１」よりも小さい値であり、各分割比率Ｋ１ｑ，Ｋ２ｑ，Ｋ３ｑの合計（＝Ｋ１ｑ＋Ｋ２ｑ＋Ｋ３ｑ）は「１」と等しい。また、上述したように、１回目の噴射及び２回目の噴射はＨ／Ｌ噴射であるのに対し、３回目の噴射はＰ／Ｌ噴射である。そのため、第３分割比率Ｋ３ｑは他の分割比率Ｋ１ｑ，Ｋ２ｑよりも小さい値となっている。なお、本実施形態では、第１分割比率Ｋ１ｑは、第２分割比率Ｋ２ｑと等しい。

そして、このように圧縮行程時における各噴射での燃料噴射量ＱｆＰ（１），ＱｆＰ（２），ＱｆＰ（３）を算出すると、算出部５１は、算出した燃料噴射量ＱｆＰ（１），ＱｆＰ（２），ＱｆＰ（３）とデリバリ燃圧とに基づき、各噴射での筒内噴射弁１４への通電時間ＴＭ（１），ＴＭ（２），ＴＭ（３）を算出する。すなわち、１回目の噴射での通電時間ＴＭ（１）は、燃料噴射量ＱｆＰ（１）が多いほど長く、デリバリ燃圧が低いほど長くなるように算出される。同様に、２回目の噴射での通電時間ＴＭ（２）は、燃料噴射量ＱｆＰ（２）が多いほど長く、デリバリ燃圧が低いほど長くなるように算出され、３回目の噴射での通電時間ＴＭ（３）は、燃料噴射量ＱｆＰ（３）が多いほど長く、デリバリ燃圧が低いほど長くなるように算出される。

一方、分割回数Ｎが「２」であることもある。この場合、圧縮行程での全ての噴射はＦ／Ｌ噴射とされる。そして、この場合であっても、１回目の噴射での燃料噴射量ＱｆＰ（１）は上記の関係式（式１）を用いて算出することができ、２回目の噴射での燃料噴射量ＱｆＰ（２）は上記の関係式（式２）を用いて算出することができる。ただし、第１分割比率Ｋ１ｑ及び第２分割比率Ｋ２ｑは、分割回数Ｎが「３」である場合よりも大きい値に変更される。具体的には、第１分割比率Ｋ１ｑと第２分割比率Ｋ２ｑとの和が「１」となるように、各分割比率Ｋ１ｑ，Ｋ２ｑが設定される。

そして、圧縮行程時における各噴射での燃料噴射量ＱｆＰ（１），ＱｆＰ（２）を算出すると、算出部５１は、算出した燃料噴射量ＱｆＰ（１），ＱｆＰ（２）とデリバリ燃圧とに基づき、各噴射での筒内噴射弁１４への通電時間ＴＭ（１），ＴＭ（２）を算出する。なお、分割回数Ｎが「２」である場合の通電時間ＴＭ（Ｎ）の算出方法は、分割回数Ｎが「３」であるときと同様であるため、ここではその詳細な説明を割愛する。

このように分割回数Ｎの決定及び圧縮行程時における各噴射での通電時間ＴＭ（Ｎ）の算出が行われると、算出部５１は、その処理を次のステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４において、各噴射での通電時間ＴＭ（Ｎ）のうち、少なくとも１つが不安定領域に含まれているか否かを判定する。分割回数Ｎが「２」の場合、１回目の噴射での通電時間ＴＭ（１）、及び２回目の噴射での通電時間ＴＭ（２）のうち何れか一方が、第３の通電時間ＴＭ３未満であるときには、ステップＳ１４の判定が「ＹＥＳ」となる。一方、各通電時間ＴＭ（１），ＴＭ（２）の双方が第３の通電時間ＴＭ３以上であるときには、ステップＳ１４の判定が「ＮＯ」となる。

また、分割回数Ｎが「３」である場合、以下に示す（条件１）及び（条件２）の少なくとも一方が成立しているときには、ステップＳ１４の判定が「ＹＥＳ」となる。
（条件１）１回目の噴射での通電時間ＴＭ（１）、及び２回目の噴射での通電時間ＴＭ（２）のうち少なくとも一方が、第３の通電時間ＴＭ３未満であること。
（条件２）３回目の噴射での通電時間ＴＭ（３）が第１の通電時間ＴＭ１未満であること。

その一方で、上記（条件１）及び（条件２）のいずれもが成立していないときには、ステップＳ１４の判定が「ＮＯ」となる。すなわち、各噴射での通電時間ＴＭ（Ｎ）が不安定領域に含まれていない場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、後述する再計算処理の実行は不要であるため、算出部５１は、本処理ルーチンを終了する。

一方、圧縮行程時における各噴射での通電時間ＴＭ（Ｎ）のうち、少なくとも１つが不安定領域に含まれている場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、算出部５１は、再計算処理を行う（ステップＳ１５）。すなわち、再計算処理において、算出部５１は、圧縮行程での各噴射のうち、噴射タイミングが最も遅い噴射である最遅角噴射の実施を禁止して分割回数Ｎを「１つ」減らす。例えば、ステップＳ１３で決定した分割回数Ｎが「３」であった場合、算出部５１は、３回目の噴射の実施を禁止し、分割回数Ｎを「２」とする。また、ステップＳ１３で決定した分割回数Ｎが「２」であった場合、算出部５１は、２回目の噴射の実施を禁止し、分割回数Ｎを「１」とする。

続いて、算出部５１は、圧縮行程での各噴射のうち、実施が禁止されていない残りの噴射、すなわち最遅角噴射以外の噴射での燃料噴射量の総和が総噴射量ＱｆＡｌｌと一致するように残りの噴射での通電時間ＴＭ（Ｎ）を再計算する。例えば、ステップＳ１３で決定した分割回数Ｎが「３」であり、３回目の噴射の実施を禁止した場合、算出部５１は、１回目の噴射での燃料噴射量ＱｆＰ（１）及び２回目の噴射での燃料噴射量ＱｆＰ（２）の総和が総噴射量ＱｆＡｌｌと一致するように、各噴射での通電時間ＴＭ（１），ＴＭ（２）を再計算する。この場合、第１分割比率Ｋ１ｑ及び第２分割比率Ｋ２ｑを、分割回数Ｎが「２」であるときの値とすることで、算出部５１は、上記関係式（式１）及び（式２）を用いて各燃料噴射量ＱｆＰ（１），ＱｆＰ（２）を算出し、算出した各燃料噴射量ＱｆＰ（１），ＱｆＰ（２）とデリバリ燃圧とに基づいて各噴射での通電時間ＴＭ（１），ＴＭ（２）を算出することとなる。

また、ステップＳ１３で決定した分割回数Ｎが「２」であり、２回目の噴射の実施を禁止した場合、圧縮行程での燃料噴射の回数は「１」となる。そのため、算出部５１は、１回目の噴射での燃料噴射量ＱｆＰ（１）を総噴射量ＱｆＡｌｌと等しくし、この燃料噴射量ＱｆＰ（１）とデリバリ燃圧とに基づいて通電時間ＴＭ（１）を算出することとなる。そして、このような再計算処理を行った算出部５１は、その処理を前述したステップＳ１４に移行する。

すなわち、本実施形態では、各噴射での通電時間ＴＭ（Ｎ）が不安定領域に含まれないようになるまで再計算処理が行われる。ただし、再計算処理の実行によって、分割回数Ｎが「１」となったときには、ステップＳ１４の判定を行うことなく、本処理ルーチンが終了される。このように分割回数Ｎが「１」となって本処理ルーチンが終了されたときには、分割回数Ｎが「１」であることに加え、１回目の噴射での通電時間ＴＭ（１）が算出部５１の記憶部に記憶される。

そして、制御部５２は、最後に実行された処理ルーチンでの算出結果に基づき、筒内噴射弁１４を制御する。なお、図３に示す処理ルーチンによる算出結果（すなわち、分割回数Ｎ、及び、各噴射での通電時間ＴＭ（Ｎ））は、算出部５１の記憶部に記憶されることとなる。このとき、最後に実行された処理ルーチンでの算出結果のみが当該記憶部に記憶され、それ以前の処理ルーチンでの算出結果は、当該記憶部に残らないようになっている。これにより、制御部５２は、算出部５１の記憶部に記憶されている情報を読み取ることで、最後に実行された処理ルーチンでの算出結果を基に筒内噴射弁１４を制御することができる。

なお、ステップＳ１５の再計算処理で分割回数Ｎが「１」となった場合、分割噴射の実行が必要なくなるため、次回の本処理ルーチンの実行時には、ステップＳ１２の判定は「ＮＯ」となる。

次に、図４〜図７を参照し、機関始動時に、圧縮行程での燃料噴射を複数回に分割して行う際の作用について説明する。なお、図４において、「○」は１回目の噴射での通電時間ＴＭ（１）を表し、「×」は２回目の噴射での通電時間ＴＭ（２）を表し、「□」は３回目の噴射での通電時間ＴＭ（３）を表している。

機関停止時には、吸気通路１６の内圧が大気圧とほぼ等しくなっている。そして、この状態で機関始動（例えば、冷間始動）が開始されると、クランキング動作の開始直後では、吸気通路１６から燃焼室１３に吸入空気を導入しやすいため、燃焼室１３への吸入空気量が多い。したがって、吸入空気量に応じて算出される総噴射量ＱｆＡｌｌは比較的多い。このように吸気通路１６から燃焼室１３に吸入空気が導入されるようになると、吸気通路１６の内圧が徐々に低くなる。すると、吸気通路１６から燃焼室１３に吸入空気を導入しにくくなるため、燃焼室１３への吸入空気量が徐々に少なくなる。そして、このように吸入空気量が徐々に少なくなるのに従い、総噴射量ＱｆＡｌｌもまた徐々に少なくなる。

そのため、図４に示すように、内燃機関１０が始動を開始してからの圧縮行程の回数が未だ少ない場合、総噴射量ＱｆＡｌｌが多いため、１回目の噴射での通電時間ＴＭ（１）、２回目の噴射での通電時間ＴＭ（２）及び３回目の噴射での通電時間ＴＭ（３）は比較的長い。すなわち、通電時間ＴＭ（１），ＴＭ（２）は第３の通電時間ＴＭ３よりも長く、通電時間ＴＭ（３）は、第１の通電時間ＴＭ１以上であり、第２の通電時間ＴＭ２未満となる。そのため、図５に示すように、圧縮行程では、燃料噴射が「３回」行われる。なお、１回目の噴射は、ピストン１２が下死点に位置するタイミングから少し遅れて行われ、２回目の噴射は、圧縮行程の中間タイミングよりも少し早いタイミングで行われる。そして、３回目の噴射は、ピストン１２が上死点に達するタイミングよりも少し早いタイミングで行われる。なお、ここでいう始動開始後の圧縮行程の回数とは、始動を開始してからの全ての気筒１１における圧縮行程の回数の合計値である。

図４に示すように、燃焼室１３への吸入空気量が少なくなり、総噴射量ＱｆＡｌｌが少なくなり始めると、各通電時間ＴＭ（１），ＴＭ（２），ＴＭ（３）が徐々に短くなる。そして、各通電時間ＴＭ（１），ＴＭ（２）が第３の通電時間ＴＭ３未満になったり、通電時間ＴＭ（３）が第１の通電時間ＴＭ１未満になったりすると、最遅角噴射である３回目の噴射の実施が禁止され、分割回数Ｎが「２」となる。すると、１回目の噴射での燃料噴射量ＱｆＰ（１）及び２回目の噴射での燃料噴射量ＱｆＰ（２）が多くなるため、１回目の噴射での通電時間ＴＭ（１）及び２回目の噴射での通電時間ＴＭ（２）が長くなって第３の通電時間ＴＭ３以上となる。そして、図６に示すように、圧縮行程では、燃料噴射が「２回」行われる。

なお、この場合の１回目の噴射のタイミングは、分割回数Ｎが「３」である場合の１回目の噴射のタイミングと同じであり、２回目の噴射のタイミングは、分割回数Ｎが「３」である場合の２回目の噴射のタイミングと同じである。この場合、分割回数Ｎが「３」であった場合よりもクランク軸の回転速度ＮＥが大きくなっている。そのため、燃焼室１３内で発生する上記の気流が強くなってきており、点火プラグ１５による点火時には、１回目の噴射や２回目の噴射によって燃焼室１３に供された燃料によって、点火プラグ１５の近傍での燃料の濃度を十分に高くすることができる。すなわち、３回目の噴射を禁止しても、成層燃焼は可能となる。

図４に示すように、その後も燃焼室１３への吸入空気量の減少が継続する場合、総噴射量ＱｆＡｌｌの減少も継続されるため、各通電時間ＴＭ（１），ＴＭ（２）の短縮も継続される。そして、各通電時間ＴＭ（１），ＴＭ（２）が第３の通電時間ＴＭ３未満になると、現時点の最遅角噴射である２回目の噴射の実施が禁止され、分割回数Ｎが「１」となる。すると、１回目の噴射での燃料噴射量ＱｆＰ（１）が多くなるため、１回目の噴射での通電時間ＴＭ（１）が長くなって第３の通電時間ＴＭ３以上となる。そして、図７に示すように、圧縮行程では、燃料噴射が「１回」行われる、すなわち圧縮行程での分割噴射が終了される。

なお、この場合の燃料噴射のタイミングは、分割回数Ｎが「３」や「２」である場合の１回目の噴射のタイミングと同じである。この場合、分割回数Ｎが「２」であった場合よりもクランク軸の回転速度ＮＥが大きくなっている。そのため、燃焼室１３内で発生する上記の気流がさらに強くなってきており、点火プラグ１５による点火時には、１回目の噴射によって燃焼室１３に供された燃料によって、点火プラグ１５の近傍での燃料の濃度を十分に高くすることができる。すなわち、２回目の噴射を禁止しても、成層燃焼は可能となる。

以上、上記構成及び作用によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）圧縮行程で分割噴射を行うに際し、算出した各噴射での通電時間ＴＭ（Ｎ）が不安定領域に含まれる場合には、圧縮行程での各噴射のうち最遅角噴射の実施を禁止し、残りの噴射での通電時間ＴＭ（Ｎ）を再計算する再計算処理を実行して、圧縮行程時に実施される全ての噴射での通電時間ＴＭ（Ｎ）を安定領域に含ませるようにしている。そのため、全ての噴射を高精度に行うことができる。したがって、圧縮行程で分割噴射を行う機関運転が行われる場合に、筒内噴射弁１４から噴射される燃料の総量と要求噴射量（すなわち、総噴射量ＱｆＡｌｌ）とのずれを抑制し、機関運転の安定性の低下を抑制することができる。

（２）分割回数Ｎが多いほど、圧縮行程での各噴射のうち最遅角噴射のタイミングが、ピストン１２が上死点に達するタイミングに近くなる。そして、最遅角噴射のタイミングが、ピストン１２が上死点に達するタイミングに近いほど、噴射された燃料が空気と混合される時間が短くなるため、圧縮行程時に筒内噴射弁１４から噴射された燃料のうち、空気と十分に混合されずに気筒１１の壁面やピストン１２の頂面に液体のまま付着する燃料の量が多くなる。その結果、実際に燃焼に寄与する燃料の量が少なくなるため、機関運転の安定性が低下しやすい。この点、本実施形態では、圧縮行程での各噴射のうち何れか１つの噴射での通電時間ＴＭ（Ｎ）が不安定領域に含まれている場合、最遅角噴射の実施を禁止するようにしている。これにより、最遅角噴射以外の他の噴射の実施を禁止する場合と比較し、気筒１１の壁面やピストン１２の頂面に液体のまま付着する燃料の量が少なくなるため、機関運転の安定性の低下を抑制することができる。

なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・上記実施形態では、第１分割比率Ｋ１ｑと第２分割比率Ｋ２ｑとを互いに等しい値としているが、第１分割比率Ｋ１ｑを第２分割比率Ｋ２ｑとは異なる値としてもよい。

・機関始動時に最初に設定される分割回数Ｎは、「２」以上の値であれば「３」以外の任意の値（例えば、４）であってもよい。
・上記実施形態では、分割回数Ｎが「３」である場合の最遅角噴射をＰ／Ｌ噴射としているが、圧縮行程での他の噴射と同様に、当該最遅角噴射もＦ／Ｌ噴射とするようにしてもよい。この場合、安定領域はＦ／Ｌ噴射領域Ｒｆｌのみとなり、第３の通電時間ＴＭ３未満の通電時間の領域の全てが不安定領域に該当することとなる。

・圧縮行程での各噴射のうち少なくとも１つの噴射での通電時間ＴＭ（Ｎ）が不安定領域に含まれるため、最遅角噴射を禁止し、分割回数Ｎを減らした場合、最遅角噴射での燃料噴射量を、残りの噴射に振り分けるようにしてもよい。この場合であっても、残りの噴射での燃料噴射量が増大されることで、同残りの噴射での通電時間ＴＭ（Ｎ）を長くすることができる。そのため、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。

・内燃機関１０は、デリバリ燃圧を変更しない燃料供給系を備えたものであってもよい。

１０…内燃機関、１３…燃焼室、１４…筒内噴射弁、５０…制御装置、５１…算出部、５２…制御部。

Claims (1)

1. 圧縮行程での筒内噴射弁による燃焼室への燃料噴射を複数回に分割する機関運転が行われる内燃機関に適用され、
   前記筒内噴射弁は、同筒内噴射弁への通電時間の領域として、安定領域と、同安定領域の下限よりも通電時間が短く、同安定領域よりも燃料噴射量の制御性の低い不安定領域と、が存在するものであり、
   前記圧縮行程での燃料噴射の分割回数を決定し、分割して行う各噴射での燃料噴射量の総和が要求噴射量と一致するように同各噴射での前記筒内噴射弁への通電時間を算出する算出部と、
   前記算出部による算出結果に基づき、前記筒内噴射弁を制御する制御部と、を備え、
   前記算出部は、算出した前記各噴射での前記筒内噴射弁への通電時間のうち少なくとも１つが前記不安定領域に含まれているときには、同各噴射のうち、噴射タイミングが最も遅い噴射である最遅角噴射の実施を禁止して分割回数を減らし、同各噴射のうち、実施が禁止されていない残りの噴射での燃料噴射量の総和が前記要求噴射量と一致するように同残りの噴射での前記筒内噴射弁への通電時間を再計算する
   内燃機関の燃料噴射制御装置。

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