JP6565875B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関を制御する制御装置に関する。

車両が高地を走行中の場合には、気圧が低下し、それに伴って内燃機関のポンピングロスが低下するため、燃料噴射弁からの燃料噴射量が少なくなるように制御される。燃料噴射量が少なくなると、燃料噴射時間が短くなる。燃料噴射時間が短くなると、燃料噴射時間と燃料噴射量との間の線形な特性（リニアリティ特性）が成立しなくなり、燃料噴射弁が噴射する燃料噴射量に誤差が生じ、内燃機関の出力制御の精度が低下するおそれがある。この対策として、特許文献１では、大気圧が低いほど、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を下げるように制御する技術が開示されている。言い換えれば、特許文献１では、内燃機関の運転時に生じるポンピングロスなどの出力ロスが低減する状況では、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を下げる制御を実施している。これにより、筒内に燃料を正常に噴射することができるとしている。

特開２００７−３２３５３号公報

ただし、内燃機関の出力は、上記の出力ロスのみに依存して変動するものではなく、可燃混合気の燃焼状態によっても、内燃機関の出力は変動する。このとき、可燃混合気の燃焼状態は、内燃機関の燃焼室内に還流する内部排気還流量（内部ＥＧＲ量）が少ないほど良好となり、内燃機関の出力が向上することが想定される。したがって、内部ＥＧＲ量が少ないほど、燃料噴射弁からの燃料噴射量が少なくなるように制御されることになる。よって、燃料噴射弁からの燃料噴射量が少なくなることで、燃料噴射時間が短くなり、上記に記載の問題と同様、燃料噴射時間と燃料噴射量との間のリニアリティ特性が成立しなくなるため、燃料噴射弁が噴射する燃料噴射量に誤差が生じるという問題が生じることになる。特許文献１では、可燃混合気の燃焼状態に関して考慮する記載の開示も示唆もしておらず、また、大気圧から内部ＥＧＲ量を直接推定することは困難な場合があるため、内部ＥＧＲ量の変化に対して燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を下げる制御を適切に実施できないと考えられる。

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、その主たる目的は、内部ＥＧＲ量の変化に対して、燃料噴射時間と燃料噴射量との間のリニアリティ特性が成立するように制御可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明は、内燃機関で燃焼させる燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射率を調整する噴射率調整部とを備える内燃機関、の制御装置であって、排気の一部が気筒内に残留する内部ＥＧＲ量を推定可能なパラメータに基づき、前記噴射率調整部に前記噴射率を調整させるための指令信号を生成する信号生成部と、前記信号生成部により生成された前記指令信号を前記噴射率調整部に出力する出力部と、を備える。

可燃混合気の燃焼状態は、内部ＥＧＲ量が少ないほど良好となる。したがって、内部ＥＧＲ量が少ないほど、燃料噴射弁に噴射させるよう要求される要求噴射量が少なくなる。要求噴射量が少なくなると、それに伴い要求噴射量分の燃料を噴射するために必要な燃料噴射時間が短くなる。このとき、燃料噴射時間と燃料噴射量との間のリニアリティ特性が成立しなくなるほど燃料噴射時間が短い要求噴射量に設定される場合には、燃料噴射弁が噴射する燃料噴射量に誤差が生じ、内燃機関の出力制御の精度が低下するおそれがある。

この対策として、本制御装置には、内部ＥＧＲ量を推定可能なパラメータに基づき、噴射率調整部に噴射率を調整させるための指令信号を生成する信号生成部が備わっている。これにより、例えば、パラメータから推定された内部ＥＧＲ量が少なく、燃料噴射時間と燃料噴射量との間のリニアリティ特性が成立しなくなるほど燃料噴射時間が短い要求噴射量に設定されることが予測される場合には、噴射率が現在の噴射率よりも低くなるように信号生成部により指令信号が生成される。そして、信号生成部により生成された指令信号が出力部により噴射率調整部に出力される。出力部により出力された指令信号に基づいて、噴射率調整部により燃料噴射弁の噴射率が現在の噴射率よりも低く調整されることで、燃料噴射時間が長くなり、燃料噴射時間と燃料噴射量との間のリニアリティ特性が成立する長さの燃料噴射時間に制御することができる。ひいては、燃料噴射弁に要求噴射量分の燃料噴射量を高い精度で噴射させることが可能となる。

本実施形態に係るエンジン制御システムの概略構成図である。 タービン前排圧と目標燃圧との関係を示した図である。 タービン前排圧が高い場合とタービン前排圧が低い場合とで燃圧をどのように制御するか示したタイムチャートである。 タービン前排圧を推定する方法を示した模式図である。 本実施形態に係るＥＣＵにより実施される制御フローチャートである。 本実施形態に係るＥＣＵにより実施される制御フローチャートである。 図６に記載のステップＳ２００のサブルーチン処理である。

本実施形態は、内燃機関である車載多気筒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であり、当該制御システムのエンジンには過給機としてのターボチャージャが設けられている。

図１には、エンジン１０が備える複数気筒のうちの１気筒のみを例示している。

エンジン１０の本体部を構成するシリンダブロック２０の内部には、燃焼室２３及びウォータージャケット２９が形成されている。燃焼室２３は、ピストン２８を往復移動可能に収容するように設けられている。ウォータージャケット２９は、冷却液（冷却水ともいう）が通流可能な空間であって、燃焼室２３の周囲を取り囲むように設けられている。

シリンダブロック２０の上部であるシリンダヘッド２２に形成される吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気バルブ５１及び排気バルブ（排気弁に該当）５２が設けられている。

吸気バルブ５１及び排気バルブ５２のそれぞれには、各バルブ５１，５２の開閉弁時期を調整する開弁調整機構として吸気側バルブ駆動機構５１Ａ及び排気側バルブ駆動機構５２Ａが設けられている。各バルブ駆動機構５１Ａ，５２Ａは、エンジン１０のクランク軸に対する吸気側又は排気側の各カム軸の進角量（位相角）を調整する位相変化型である。この吸気側バルブ駆動機構５１Ａによれば、吸気バルブ５１の開閉弁時期が変更されることにより、その開弁期間が進角側又は遅角側に変更される。また、排気側バルブ駆動機構５２Ａによれば、排気バルブ５２の開閉弁時期が変更されることにより、その開弁期間が進角側又は遅角側に変更される。

吸気ポートには、吸気管１１が接続されている。吸気管１１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。スロットルアクチュエータ１５には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ（図示せず）が内蔵されている。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にはスロットル下流側の吸気圧を検出する吸気圧センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、燃焼室２３内に吸入空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されている。

排気ポートには、筒内から排気を排出する排気管２４が接続されている。詳細な構成は後述する。

シリンダヘッド２２には、筒内噴射弁（燃料噴射弁に該当）２１が設けられている。筒内噴射弁２１に対しては、高圧ポンプ（燃料圧力調整部及び噴射率調整部に該当）２１Ｂを有してなる高圧燃料システムから高圧燃料が供給されるようになっている。筒内噴射弁２１は、高圧燃料システムにより供給された高圧燃料を、燃焼室２３内に直接噴射する筒内燃料噴射を実施する。

高圧燃料システムについて簡単に説明する。本システムは、主たる構成として、燃料タンク１９内の燃料をくみ上げる低圧ポンプ２１Ｄと、この低圧ポンプ２１Ｄにてくみ上げられた低圧燃料を高圧化する高圧ポンプ２１Ｂと、高圧ポンプ２１Ｂから吐出される高圧燃料を蓄えるデリバリパイプ（蓄圧配管）２１Ｅとを有しており、デリバリパイプ２１Ｅに筒内噴射弁２１が接続されている。

高圧ポンプ２１Ｂは、図示しない調量弁によって調量された燃料を加圧して外部へ吐出（圧送）するプランジャポンプである。本実施形態において、高圧ポンプ２１Ｂに備わる調量弁は、常閉式の電磁ソレノイド弁にて構成されていることを想定しており、この電磁ソレノイドの通電によって弁開度が調節され、高圧ポンプ２１Ｂに吸入される燃料の調量が行われる。この調量弁の開度を調整することにより高圧ポンプによる筒内噴射弁２１への燃料の圧送量が調整され、筒内噴射弁２１に供給される燃料の燃圧を所望とする圧力に調整する。

高圧ポンプ２１Ｂにより低圧燃料が高圧化され、デリバリパイプ２１Ｅ内に蓄えられた高圧燃料は筒内噴射弁２１により燃焼室２３内（気筒内）に噴射される。また、高圧ポンプ２１Ｂとデリバリパイプ２７とを接続する高圧燃料配管２１Ａには、燃料の圧力（燃圧）を検出するための燃圧センサ２１Ｃが設けられている。

また、エンジン１０のシリンダヘッド２２には点火プラグ２５が取り付けられており、点火プラグ２５には、点火コイル等よりなる点火装置２５Ａを通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２５の対向電極間に放電火花が発生し、燃焼室２３内の混合気が着火され燃焼に供される。本実施形態において、エンジン１０が後述する触媒暖機運転以外の運転を実施する場合（通常運転時）、点火装置２５Ａは、１燃焼サイクルにおいて上死点付近で点火放電を行う。

エンジン１０のシリンダブロック２０には、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ２６と、エンジン１０の回転に伴い所定クランク角毎に（例えば３０°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２７とが取り付けられている。

吸気管１１と排気管２４との間にはターボチャージャ（過給機に該当）３０が配設されている。ターボチャージャ３０は、吸気管１１に設けられたコンプレッサインペラ（吸気コンプレッサ）３１と、排気管２４に設けられたタービンホイール（排気タービン）３２とを有し、それらが回転軸３３にて連結されている。排気タービン３２を挟んで排気管２４の上流部と下流部との間にはバイパス通路３６が設けられており、このバイパス通路３６にはウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）３７が設けられている。ウエストゲートバルブ３７は、ＷＧＶアクチュエータを駆動することにより開閉動作し、それに伴いバイパス通路３６の開口面積、すなわちバイパス通路３６を流れる排気流量が可変調整される。

ターボチャージャ３０では、排気タービン３２に供給される排気によって同排気タービン３２が回転し、その回転力が回転軸３３を介して吸気コンプレッサ３１に伝達される。そして、吸気コンプレッサ３１により、吸気管１１内を流れる吸入空気が圧縮されて過給が行われる。

ターボチャージャ３０にて過給された空気は、インタークーラ３８によって冷却された後、その下流側に給送される。インタークーラ３８によって吸入空気が冷却されることで、吸入空気の充填効率が高められる。

インタークーラ３８は、冷却水通路（図示しない）を介してラジエータと接続されており、冷却水により吸気を冷却する。冷却水通路には、インタークーラ３８に対して冷却水を供給する状態と供給しない状態とを切り替える切替弁が設けられており、その切替弁の切替により、インタークーラ３８内を流れる冷却水の流量が調整可能となっている。

排気管２４においてターボチャージャ３０よりも下流側には、排気中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒（触媒装置に該当）６０と、触媒６０の温度を直接検出する触媒温度センサ６１と、が設けられている。

吸気管１１においてターボチャージャ３０の上流側には、吸入空気量を検出するエアフロメータ４１や、吸気上流部の吸気温を検出する吸気温センサ４２が設けられている。その他、本制御システムでは、ドライバによるアクセルペダルの踏み込み操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４３が設けられている。

本制御システムは、エンジン制御の中枢をなすＥＣＵ（電子制御装置）７０を備えている。このＥＣＵ７０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。ＥＣＵ７０は、クランク角度センサ２７等の各種センサの出力に基づいて取得したエンジン１１の運転状態に応じて、ＲＯＭに記憶された筒内噴射弁２１及び点火装置２５Ａを含む各部の動作を制御する制御プログラムを実施することで、エンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を行う。例えば、ＥＣＵ７０は点火制御として、エンジンパラメータに基づき点火信号を生成するとともに、点火プラグ２５に放電火花を生じさせるべく、点火装置２５Ａに対して点火信号を出力する。

また、ＥＣＵ７０は、所定の触媒暖機条件が成立した場合に触媒６０の温度上昇を促進させる触媒暖機運転を実施する。本実施形態における触媒暖機条件を以下に例示する。（i）触媒温度センサ６１により検出された触媒６０の温度が触媒活性化温度未満、（ii）各種センサ（吸気圧センサ１７、水温センサ２６、クランク角度センサ２７、エアフロメータ４１、吸気温センサ４２、アクセル開度センサ４３など）が故障していない、（iii）スロットルアクチュエータ１５や筒内噴射弁２１が故障していない、（iv）エンジン１０の始動後において、燃圧センサ２１Ｃにより検出される燃圧がアイドル運転時に設定される目標燃圧に制御されている。（i）〜（iv）の条件が全て成立したことをもって、触媒暖機条件が成立したと判定される。

本実施形態に係る触媒暖機運転では、点火プラグ２５による点火時期を前述の通常運転時よりも遅角させる。これにより、排気の温度が上昇し、触媒６０の暖機が促進される。ただし、点火時期が通常運転時よりも遅角されると、燃料の燃焼状態が悪化し、ひいては排気エミッションが悪化することが想定される。このため、触媒暖機運転を実施する場合には、エンジン１０の吸気行程において筒内噴射弁２１により前段噴射を実施させ、圧縮行程において後段噴射を実施させる分割噴射を実施する。これにより、点火プラグ２５周辺に局所的にリッチな混合気（弱成層混合気）を形成させ、点火プラグ２５の放電火花によって弱成層混合気に着火させる弱成層燃焼を実施する。分割噴射を実施することで、噴射した燃料がシリンダブロック２０の壁面やピストン２８に付着することを抑制したり、点火プラグ２５の周りに燃料噴霧を集めたりすることができるので、燃料の燃焼状態の安定化をはかることができ、ひいては排気エミッションを改善することができる。なお、触媒暖機時における分割噴射では、吸気行程において前段噴射として複数回の噴射を実施する構成としてもよく、圧縮行程において後段噴射として複数回の噴射を実施する構成としてもよい。ただし、触媒暖気運転時に実施される分割噴射の燃料噴射回数（以降、分割数と呼称）は、固定値とする。

エンジン１０の出力の大きさは、エンジン１０の運転時に生じるポンピングロス等の出力ロスの大きさと、可燃混合気の燃焼状態とにより、変動する。このうち可燃混合気の燃焼状態は、燃焼室２３内に還流する内部排気還流量（内部ＥＧＲ量）が少ないほど良好となり、エンジン１０の出力が向上することが想定される。したがって、内部ＥＧＲ量が少ないほど、筒内噴射弁２１に対して噴射するよう要求する要求噴射量が少なくなるように制御する。要求噴射量が少なくなるほど、筒内噴射弁２１が要求噴射量分の燃料を噴射するまでの燃料噴射時間が短くなる。そして、燃料噴射時間が短いほど、筒内噴射弁２１は開閉弁の素早い切替が求められることになる。ただし、筒内噴射弁２１が安定した速度で開閉することが可能な開閉の切替速度には上限があるため、該上限に依存して燃料噴射量を所定精度よりも高い精度で噴射することが可能な噴射最短時間が存在する。

したがって、内部ＥＧＲ量が少ないことに伴い要求噴射量が少なくなることで、燃料噴射時間が噴射最短時間よりも短くなる場合に、筒内噴射弁２１が噴射する燃料噴射量に誤差が生じ、エンジン１０の出力制御の精度が低下するおそれがある。なお、このように、要求噴射量が少なくなることで、燃料噴射時間が噴射最短時間よりも短くなり、筒内噴射弁２１が噴射する燃料噴射量に誤差が生じる状況を、燃料噴射時間と燃料噴射量との間のリニアリティ特性が成立していない状況と換言することもできる。

上記課題は、特に触媒暖機運転時に生じることが想定される。本実施形態では、触媒暖機運転時、筒内噴射弁２１に分割噴射を実施させる。分割噴射では、１燃焼サイクル期間中に噴射させる燃料の要求総噴射量が複数回に分割されて噴射される。このとき、たとえ、要求総噴射量が多く設定されたとしても、分割噴射が実施される場合には、分割された噴射のうちのある段の噴射に対して、筒内噴射弁２１が所定精度よりも高い精度で燃料噴射量を制御することが可能な（燃料噴射時間が噴射最短時間よりも長くなる）要求噴射量の下限値（以下、高精度噴射下限値と呼称）よりも少ない要求噴射量に設定される可能性がある。加えて、内部ＥＧＲ量が少ない状況では、要求噴射量が更に少なく設定されることが想定されるため、要求噴射量が高精度噴射下限値よりも少なく設定される可能性が高くなる。

この対策として、本実施形態に係るＥＣＵ７０は、内部ＥＧＲ量を推定可能なパラメータに基づいて、筒内噴射弁２１に供給される燃料の燃圧を高圧ポンプ２１Ｂに調整させるための指令信号を生成し、生成した指令信号を高圧ポンプ２１Ｂに対して出力する。より詳細には、生成した指令信号を高圧ポンプ２１Ｂに備わる調量弁に対して出力する。この指令信号により、調量弁の開度が調整される。したがって、ＥＣＵ７０は、信号生成部と、出力部と、に該当する。また、ＥＣＵ７０は、燃料噴射制御部と、触媒暖機制御部と、圧力損失算出部と、圧力比設定部と、下流側排気圧力値算出部と、下流部排気圧力値算出部と、に該当する。

内部ＥＧＲ量を推定可能なパラメータは、排気管２４において、排気バルブ５２よりも下流側、且つ、ターボチャージャ３０（排気タービン３２）よりも上流側を流れる排気の圧力としてのタービン前排圧（下流部排気圧力値に該当）に設定される。内部ＥＧＲ量はタービン前排圧に大きく依存するため、タービン前排圧をパラメータとすれば内部ＥＧＲ量がより正確に算出できる。本実施形態ではタービン前排圧を推定しているが、このタービン前排圧を推定する詳細な方法については後述する。

タービン前排圧の大きさに基づいて算出された内部ＥＧＲ量から、設定される要求噴射量を把握することができる。このとき、要求噴射量が高精度噴射下限値よりも少なくなることが想定された場合には、筒内噴射弁２１に供給される燃料の燃圧を高圧ポンプ２１Ｂに低く調整させる。筒内噴射弁２１に供給される燃料の燃圧が低いほど、単位時間あたりの燃料噴射量は少なくなるため、筒内噴射弁２１により要求噴射量分の燃料が噴射されるまでの燃料噴射時間は長くなる。単位時間あたりの燃料噴射量は噴射率と定義することができる。したがって、筒内噴射弁２１に供給される燃料の燃圧が低いほど筒内噴射弁２１の噴射率が低くなるため、筒内噴射弁２１により要求噴射量分の燃料が噴射されるまでの燃料噴射時間は長くなると換言することができる。つまり、要求噴射量が高精度噴射下限値よりも少なく設定されたとしても、筒内噴射弁２１に供給される燃料の燃圧が現状の燃圧よりも低く制御されることで、噴射率が低く調整され、燃料噴射時間が噴射最短時間よりも長くなるように制御することができる。ひいては、筒内噴射弁２１に要求噴射量分の燃料噴射量を所定精度よりも高い精度で噴射させることが可能となる。

よって、図２に記載されるような、タービン前排圧の大きさに応じた最適な目標燃圧が示されたマップを予めＥＣＵ７０に記憶させておくことで、ＥＣＵ７０は触媒暖機運転を実施している期間中、記憶されたマップを参照して推定されたタービン前排圧から目標燃圧を設定する。その結果、図３に記載されるように、触媒暖機運転を実施している期間中、タービン前排圧が低い場合には、タービン前排圧が高い場合と比較して、筒内噴射弁２１に供給される燃料の燃圧が高圧ポンプ２１Ｂに低く調整される。

なお、図２に示されるマップは、タービン前排圧が標準大気圧と等しい圧力（１０１．３ｋＰａ）である場合に設定される目標燃圧を基準として、タービン前排圧と目標燃圧との関係を定めたマップである。このとき、タービン前排圧が標準大気圧よりも大きい場合には、タービン前排圧が標準大気圧と等しい圧力である場合と比較して要求噴射量が多く設定され、燃料噴射時間はより長くなる。つまり、タービン前排圧が標準大気圧よりも高くなる場合、燃料噴射時間が噴射最短時間よりも短くなる可能性が低く、ひいては要求噴射量分の燃料を噴射する精度が所定精度よりも低くなる可能性が低い。よって、タービン前排圧が標準大気圧よりも高くなった場合の目標燃圧を、タービン前排圧が標準大気圧と等しい圧力である場合に設定される目標燃圧よりも上昇させる必要がない。したがって、本実施形態では、タービン前排圧が標準大気圧よりも大きい場合の目標燃圧は、タービン前排圧が標準大気圧と等しい圧力である場合に設定される目標燃圧と同等に設定される。

タービン前排圧の推定方法を図４を参照して説明する。

排気バルブ５２を通過して排気管２４に流入した排気は、排気タービン３２を通る際に排気圧力に圧力損失が生じ、触媒６０を通る際には更に排気圧力に圧力損失が生じて、最終的には大気圧と同等の圧力になる。このことから、触媒６０を通った際に生じる排気の圧力損失の絶対値と、大気圧と、の和が、排気タービン３２よりも下流側、且つ、触媒６０よりも上流側を流れる排気の圧力としてのタービン後排圧（過給機下流側排気圧力値に該当）に該当する。

触媒６０を通った際に生じる排気の圧力損失は、触媒６０に流入した排気の流量（以下、触媒流入排気量と呼称）が多いほど大きくなる関係にある。図４の下部に示すように、この関係を示したマップをＥＣＵ７０に予め記憶させておくことで、ＥＣＵ７０は該マップを参照することで触媒流入排気量から触媒６０を通った際に生じる排気の圧力損失を求めることができる。触媒流入排気量は、エアフロメータ４１により検出された吸入空気量に基づいて算出することができる。ただし、エアフロメータ４１により検出された吸入空気量分の空気が排気となって触媒６０に流入するまでに、若干の遅れが生じる。この「遅れ」が生じることにより、算出された触媒流入排気量が現在の触媒流入排気量となるまで時間的な遅れが発生することとなる。よって、算出した触媒流入排気量に誤差が生じることにより算出したタービン後排圧にも誤差が生じることを考慮して、なまし係数を用いて、算出したタービン後排圧をなます。これにより、タービン後排圧に生じた誤差を小さく抑制することができる。

一方で、ターボチャージャ３０の特性からタービン前排圧とタービン後排圧との圧力比（タービン前排圧／タービン後排圧）が分かる。この圧力比は、排気タービン３２に流入するタービン流入排気量に応じて変化する。具体的には、タービン流入排気量が多いほど、圧力比は大きくなる関係にある。また、ＷＧＶアクチュエータを駆動することで開くウエストゲートバルブ３７の開度が大きいほど、排気タービン３２を通過せず、バイパス通路３６を通過して排気タービン３２よりも下流の排気管２４に流れる排気の流量が増加する。つまり、ＷＧＶアクチュエータを駆動することで開くウエストゲートバルブ３７の開度が大きいほど、タービン流入排気量は少なくなる。よって、ウエストゲートバルブ３７の開度が小さい場合よりもウエストゲートバルブ３７の開度が大きい場合の方が、所定の圧力比となるために必要なタービン流入排気量は多くなる。換言すれば、タービン流入排気量が一定である場合、ウエストゲートバルブ３７の開度が大きいほど圧力比は小さくなる。以上より、図４の上部に示すように、タービン流入排気量が多いほど圧力比は大きく設定され、且つ、ウエストゲートバルブ３７の開度が大きいほど圧力比が小さく設定される関係にあることを示すマップをＥＣＵ７０に予め記憶させる。

タービン流入排気量は、触媒流入排気量と同様、エアフロメータ４１により検出された吸入空気量に基づいて算出することができる。吸入空気量に対して、タービン流入排気量は触媒流入排気量ほど遅れない。このため、吸入空気量に対するタービン流入排気量の遅れを考慮していない。なお、内燃機関の運転状態が定常状態である場合は、吸入空気量とタービン流入排気量とが等しくなるため、吸入空気量に対する触媒流入排気量の遅れがないとみなせる。

ＥＣＵ７０は、タービン流入排気量及びウエストゲートバルブ３７の開度に基づいてマップを参照して設定した圧力比と、算出したタービン後排圧との積から、タービン前排圧を算出する。

本実施形態では、ＥＣＵ７０により図５の分割噴射制御を実施する。図５に示す分割噴射制御は、ＥＣＵ７０が電源オンしている期間中にＥＣＵ７０によって所定周期で繰り返し実施される。なお、図５に示す分割噴射制御は、触媒暖気運転を実施するか否かに関わらず、分割噴射を実施することを前提とした制御内容となっている。

まず、ステップＳ１００では、エアフロメータ４１により検出される吸入空気量と設定される目標空燃比とに基づいて、１燃焼サイクル期間中に噴射させる燃料の要求総噴射量を算出する。要求総噴射量は、内部ＥＧＲ量も考慮して算出しており、内部ＥＧＲ量が少ないほど要求総噴射量を少なく算出する。

ステップＳ１１０では、燃圧センサ２１Ｃにより検出された高圧燃料配管２１Ａを流れる燃料の燃圧を取得する。ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で取得した燃圧に基づいて、高精度噴射下限値を算出する。

ステップＳ１３０では、触媒暖気条件が成立することで、触媒暖気運転を実施するか否かを判定する。触媒暖気運転を実施すると判定した場合には（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、ステップＳ１９０に進む。ステップＳ１９０では、分割数を触媒暖気用の分割数に設定する。そいて、後述のステップＳ１７０に進む。触媒暖気運転を実施しないと判定した場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、ステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１４０では、クランク角度センサ２７の出力信号に基づいて検出されたエンジン１０の回転速度や、アクセル開度センサ４３により検出されるアクセル開度（エンジン１０の負荷）から、１燃焼サイクルあたりに何回の燃料噴射を行うか、その分割数を設定する。ステップＳ１５０では、ステップＳ１００で算出した要求総噴射量をステップＳ１４０で設定した分割数で割ることで、１噴射あたりの要求噴射量を算出する。

ステップＳ１６０では、ステップＳ１５０で算出した１噴射あたりの要求噴射量が高精度噴射下限値よりも多いか否かを判定する。１噴射あたりの要求噴射量が高精度噴射下限値よりも多いと判定した場合には（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、ステップＳ１７０に進む。ステップＳ１７０では、１噴射あたりの筒内噴射弁２１の開弁指令期間と、分割数と、最後の噴射の噴射終了時期と、噴射を終了してから次の噴射を実施するまでのインターバルに基づいて、筒内噴射弁２１を開弁させるための通電期間を設定する。１噴射あたりの要求噴射量が高精度噴射下限値よりも多くないと判定した場合には（Ｓ１６０：ＮＯ）、ステップＳ１８０に進み、ステップＳ１４０で設定した分割数を少なく修正し、ステップＳ１５０に戻る。

また、ＥＣＵ７０により図６の高圧ポンプ制御を実施する。図６に示す燃料ポンプ制御は、図５の分割噴射制御を実施している期間中にＥＣＵ７０によって所定周期で繰り返し実施される。

まず、ステップＳ２００にて、目標燃圧を設定する。ステップＳ２１０では、筒内噴射弁２１に供給される燃料の燃圧がステップＳ２００にて設定した目標燃圧となるように、指令信号を生成する。ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０で生成した信号を高圧ポンプ２１Ｂに備わる調量弁に対して出力する。そして、本制御を終了する。

また、ＥＣＵ７０により図７の目標燃圧設定処理を実施する。図７に示す目標燃圧設定処理は、図６に記載のステップＳ２００に相当するサブルーチン処理である。

まず、ステップＳ２０１では、触媒暖機条件が成立している状態か否かで、触媒暖機運転を実施している期間中か否かを判定する。触媒暖機運転を実施している期間中ではないと判定すると（Ｓ２０１：ＮＯ）、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、クランク角度センサ２７の出力信号に基づいて検出されたエンジン１０の回転速度や、エンジン１０の負荷、水温センサ２６により検出されるエンジン冷却水の温度に基づき、通常運転時の目標燃圧を設定する。そして、本処理を終了する。

触媒暖機運転を実施している期間中であると判定すると（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、ステップＳ２０２に進み、タービン前排圧を推定する。ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で推定したタービン前排圧に応じて、目標燃圧を設定する。そして、本処理を終了する。

上記構成により、本実施形態は、以下の効果を奏する。

・触媒暖機運転を実施している期間中において、分割噴射を行う場合には、タービン前排圧が低いほど、筒内噴射弁２１の噴射率が現在の噴射率よりも小さくなるように、ＥＣＵ７０により指令信号が生成され、高圧ポンプ２１Ｂに備わる調量弁に生成された指令信号が出力される。出力された指令信号に基づいて高圧ポンプ２１Ｂに備わる調量弁により、筒内噴射弁２１に供給される燃料の燃圧が低く制御される。これにより、筒内噴射弁２１の噴射率が低く調整され、どの段の噴射でも燃料噴射時間が噴射最短時間よりも長くなるように制御することができ、筒内噴射弁２１に要求噴射量分の燃料噴射量を精度高く噴射させることが可能となる。

・ターボチャージャ３０を備えないエンジン１０では、基本的に大気圧が高いほど排気弁下流の排圧も高くなる関係にある。しかし、ターボチャージャ３０を備えるエンジン１０では、ターボチャージャ３０の動作状態により排気圧が変化するため、大気圧からタービン前排圧の推定が困難となり、ひいては、大気圧から内部ＥＧＲ量を推定することが困難となる。内部ＥＧＲ量を推定可能なパラメータとして設定されるタービン前排圧に基づいて噴射率を調整するＥＣＵ７０は、このようなターボチャージャ３０を備えるエンジン１０に適用されることが特に好適である。

・例えば、ポート噴射式のエンジンでは、ポート噴射弁に供給される燃料の圧力は低いことが多く、このため、燃料噴射時間が噴射最短時間よりも短くなる要求噴射量に設定されることはほとんどない。よって、本燃圧制御は、筒内噴射弁２１に供給される燃料の圧力がポート噴射式のエンジンよりも高く、必要に応じて分割噴射を実施する直噴式のエンジン１０に適用することが特に好適である。

上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・上記実施形態では、直噴式のエンジン１０に本燃圧制御を実施していた。このことについて、ポート噴射式のエンジンに適用してもよい。

・上記実施形態では、タービン前排圧を推定していたが、排気バルブ５２よりも下流側、且つ、排気タービン３２よりも上流側に排気圧センサを設け、直接タービン前排圧を検出してもよい。

・上記実施形態では、触媒暖機運転を実施している期間中に分割噴射を実施する場合に、本制御を実施していた。このことについて、触媒暖機運転を実施している期間中に分割噴射を実施する場合のみに限らず、他の運転状態において分割噴射を実施する場合にも本制御を実施するようにしてもよい。

また、分割噴射を実施する場合に限らず、要求噴射量が高精度噴射下限値よりも少なくなる状況において、本制御を実施するようにしてもよい。具体的には、エンジン１０が所定の低負荷運転状態である場合に、本制御を実施するようにしてもよい。上述したように、要求噴射量が同じでも、筒内噴射弁２１に供給される燃料の燃圧に応じて、燃料噴射時間が変化することから、高精度噴射下限値もまた筒内噴射弁２１に供給される燃料の燃圧に応じて変化するといえる。これを踏まえ、所定の低負荷運転状態とは、筒内噴射弁２１に供給される燃料の現在の燃圧において、要求噴射量が高精度噴射下限値以下となる内燃機関の運転状態に規定される。これにより、所定の低負荷運転状態のときとは、要求噴射量に対して実際に筒内噴射弁２１が噴射する燃料噴射量に誤差が生じるおそれのある状態に規定され、このような状態のときに本燃圧制御が実施されることで、燃料噴射量の誤差を抑制することが可能となる。

・上記実施形態において、内部ＥＧＲ量を推定可能なパラメータはタービン前排圧に設定されていた。このことについて、吸気バルブ５１及び排気バルブ５２が共に開放状態となるバルブオーバーラップ期間の長さを、内部ＥＧＲ量を推定可能なパラメータとして設定してもよい。例えば、吸気側バルブ駆動機構５１Ａを制御することで吸気バルブ５１を早開きさせたり、排気側バルブ駆動機構５２Ａを制御することで排気バルブ５２を遅開きさせたりするとバルブオーバーラップ期間が長くなる。吸気バルブ５１及び排気バルブ５２が共に開放状態となるバルブオーバーラップ期間が長くなることで、吸気側に吹き戻される排気の量（内部ＥＧＲ量）が多くなる。つまり、バルブオーバーラップ期間の長さから内部ＥＧＲ量を推定することができる。

・可燃混合気の燃焼状態が内部ＥＧＲ量が少ないほど良好となるので、内部ＥＧＲ量が少ないほど、筒内噴射弁２１からの燃料噴射量が少なくなるように制御される。よって、特に触媒暖機運転中に分割噴射を行う場合には、ある段の噴射に対する要求噴射量が高精度噴射下限値よりも少なくなる可能性が高くなる可能性がある。これを考慮し、上記実施形態では、タービン前排圧から推定した内部ＥＧＲ量に基づいて、筒内噴射弁２１に供給される燃料の燃圧を高圧ポンプ２１Ｂに調整させていた。このことについて、排気の一部が排気管２４から吸気管１１に還流する外部ＥＧＲ装置を備えるエンジンでは、外部ＥＧＲ量もまたその量が少ないほど可燃混合気の燃焼状態が良好となる関係にある。よって、外部ＥＧＲ装置を備えるエンジンでは、内部ＥＧＲ量に加え又は内部ＥＧＲ量に代えて、外部ＥＧＲ量を推定可能なパラメータに基づいて、筒内噴射弁２１に供給される燃料の燃圧（噴射率）を高圧ポンプ２１Ｂに調整させてもよい。

１０…エンジン、２１…筒内噴射弁、２１Ｂ…圧力調整弁、７０…ＥＣＵ。

Claims (7)

1. 内燃機関（１０）で燃焼させる燃料を噴射する燃料噴射弁（２１）と、前記燃料噴射弁による前記燃料の噴射率を調整する噴射率調整部（２１Ｂ）とを備える内燃機関に適用される制御装置（７０）であって、
   排気の一部が気筒内に残留する内部ＥＧＲ量を推定可能なパラメータに基づき、前記噴射率調整部に前記噴射率を調整させるための指令信号を生成する信号生成部と、
   前記信号生成部により生成された前記指令信号を前記噴射率調整部に出力する出力部と、を備え、
   前記パラメータは、前記内燃機関における排気弁の下流部を流れる前記排気の圧力としての下流部排気圧力値であり、
   前記信号生成部は、前記内燃機関が所定の低負荷運転状態である場合に、前記下流部排気圧力値が低いほど、前記噴射率調整部に前記噴射率を低く調整させるように前記指令信号を生成し、
   前記所定の低負荷運転状態とは、前記燃料噴射弁に対して要求する燃料噴射量である要求噴射量が、前記燃料噴射弁に供給される前記燃料の現在の圧力において、前記燃料噴射弁が所定精度よりも高い精度で燃料噴射量を制御することが可能な前記要求噴射量の下限値以下となる内燃機関の運転状態に該当する内燃機関の制御装置。
2. １燃焼サイクル期間中に１気筒に噴射させる燃料の要求噴射量を複数回に分割して噴射する分割噴射を前記燃料噴射弁に実施させる燃料噴射制御部を備え、
   前記信号生成部は、前記燃料噴射制御部により分割噴射が実施される場合に、前記下流部排気圧力値が低いほど、前記噴射率調整部に前記噴射率を低く調整させるように前記指令信号を生成する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関は、排気を浄化する触媒装置（６０）が設けられており、
   前記触媒装置の温度が触媒活性化温度に達していないことを条件として、排気の温度を上昇させる触媒暖機制御を実施する触媒暖機制御部を備え、
   前記燃料噴射制御部は、前記触媒暖機制御部により触媒暖機制御が実施される場合に、前記分割噴射を実施する、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関は、吸気を過給する過給機（３０）を備えている、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関は、前記過給機よりも下流側に排気を浄化する触媒装置（６０）が設けられており、
   前記触媒装置を通った際に生じる前記排気の圧力損失を算出する圧力損失算出部と、
   前記圧力損失算出部により算出された前記圧力損失の絶対値と、大気圧と、の和に基づいて、前記過給機よりも下流側であり、且つ、前記触媒装置よりも上流側を流れる前記排気の圧力値である過給機下流側排気圧力値を算出する下流側排気圧力値算出部と、
   前記内燃機関における前記排気弁の下流部であり、かつ、前記過給機よりも上流側を流れる排気の圧力値と、前記過給機下流側排気圧力値と、の圧力比を前記過給機に流れる前記排気の流量に基づいて設定する圧力比設定部と、
   前記圧力比設定部により設定された前記圧力比と、前記下流側排気圧力値算出部により算出された前記過給機下流側排気圧力値と、に基づいて前記内燃機関における前記排気弁の下流であり、かつ、前記過給機よりも上流を流れる排気の圧力値を前記下流部排気圧力値として算出する下流部排気圧力値算出部と、
   を備える請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記噴射率調整部は、前記燃料噴射弁に供給される前記燃料の圧力を調整する燃料圧力調整部（２１Ｂ）である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記内燃機関は、前記燃料噴射弁から前記内燃機関の燃焼室（２３）内に燃料を直接噴射する直噴式である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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