JP6608777B2

JP6608777B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置

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Publication number: JP6608777B2
Application number: JP2016150992A
Authority: JP
Inventors: 鵬程; 智昭堀井
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-08-01
Filing date: 2016-08-01
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2036-08-01
Also published as: JP2018021453A

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、特に吸気行程、或いは吸気行程から圧縮行程にかけて筒内燃料噴射弁から複数回の燃料噴射を行う多段燃料噴射機能を有する内燃機関の燃料噴射制御装置に関するものである。

内燃機関の筒内に直接的に燃料の噴射が可能な筒内噴射式内燃機関では、吸気行程、或いは吸気行程から圧縮行程までの範囲に亘って燃料噴射が可能となっており、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射量は、吸気行程の開始時に、吸入空気通路に設けた空気流量計で検出した吸入空気量を基に算出されている。そして、求められた燃料噴射量を所定回数に分割して、筒内燃料噴射弁から噴射する多段燃料噴射機能が採用されている。

しかしながら、空気流量計における吸入空気量の計測後に、加速動作等によって吸気行程中の吸入空気量が増加した場合には、増加した空気量に対応した燃料量が補正増量されていないので、筒内の混合気の空燃比が希薄状態となり、排気性能や運転性能に悪影響を及ぼすという課題がある。

そして、この課題に対応するため、例えば、特開２０００‐２５７４７６号公報（特許文献１）においては、内燃機関の運転状態に基づき燃料の噴射量を算出し、この算出された噴射量に基づき筒内燃料噴射弁によって吸気行程中の燃焼室内に噴射し、更に、この燃料噴射とは別に、吸入行程の終了時期に内燃機関の燃焼室に吸入された吸入空気量を計測し、計測した吸入空気量に基づいて燃料の補正量を算出し、算出された補正燃料噴射量を吸気行程末期から圧縮行程にかけて燃焼室内に追加で噴射することが提案されている。

特開２０００‐２５７４７６号公報

ところで、この特許文献１に記載の燃料噴射制御方法では、吸入空気量の計測後の吸気行程中に加速等が行われて空気量が増加した場合、増加した空気量を吸気行程終了時に検出し、この増加した空気量に対応する不足燃料量を圧縮行程にかけて噴射するものである。しかしながら、圧縮行程に移行しているためピストンは上死点に向かって上昇しているので、筒内燃料噴射弁とピストン冠面の距離が短くなり、噴射された燃料がピストン冠面に衝突し、更に衝突した燃料が燃焼室の壁面へ付着することによって、未燃成分が多く残り、排気性能が悪化するという新たな課題が発生する。

本発明の目的は、吸気行程での加速時における運転性能の確保と排気性能の悪化を抑制することができる新規な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

本発明の特徴は、吸気行程の開始前の吸入空気量と、吸気行程で加速動作が発生した際の吸入空気量と、吸気バルブのバルブ動作状態量に基づいて、吸気行程終了時での加速動作に基づく空気量の増加分を推定して求め、この求められた空気量の増加分に対応して吸気行程で補正燃料を噴射する、ところにある。

本発明によれば、吸気行程の途中で加速動作が発生した場合に、吸気行程終了時の加速動作によって増加する空気量の増加分を推定して補正燃料を供給するので、吸気行程での燃料不足が解消され、加速動作での運転性能を改善することが可能である。また、吸気行程内での燃料噴射が可能となるので、ピストン冠面及び燃焼室壁面への燃料付着が回避され、排気性能の悪化を抑制することが可能となる。

本発明が適用される筒内噴射式内燃機関のシステム構成を示す構成図である。コントロールユニットの内部構成を示すブロック図である。加速判定時の吸気バルブリフト量と吸気行程での積算空気量の変化を示した特性図である。加速判定時の吸気バルブリフト量と吸気行程での空気量比率の関係を示した特性図である。加速判定時の第１の多段噴射方法を説明する説明図である。加速判定時の第２の多段噴射方法を説明する説明図である。加速判定時の燃料噴射補正量の算出方法を示す第１フローチャートである。図７に示す第１フローチャートに続く燃料噴射制御方法を示す第２フローチャートである。図８に示す第２フローチャートに続く燃料噴射制御方法を示す第３フローチャートである。図９に示す第３フローチャートに続く燃料噴射制御方法を示す第４フローチャートである。

本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

まず、本願発明の実施形態を説明する前に、本願発明が適用される内燃機関の燃料噴射制御装置の構成を説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関用制御装置が搭載された筒内噴射式内燃機関のシステムを示したものである。

図１において、内燃機関１０１に吸入される空気は、空気流量計（ＡＦＭ: ＡｉｒＦｌｏｗＭｅｔｅｒ）１２０を通過し、スロットル弁１１９、コレクタ１１５の順に吸入にされ、その後、各気筒に備わる吸気管１１０、吸気弁１０３を介して燃焼室１２１に供給される。

一方、燃料は、燃料タンク１２３から低圧燃料ポンプ１２４により、内燃機関１０１に備わる高圧燃料ポンプ１２５へ送られ、高圧燃料ポンプ１２５は、ＥＣＵ（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１０９からの制御指令値に基づき、燃料圧を所望の圧力になるように制御する。これにより高圧化された燃料は、高圧燃料配管１２８を介して、筒内燃料噴射弁１０５へ送られ、筒内燃料噴射弁１０５は、ＥＣＵ１０９内に備わる燃料噴射弁制御装置１２７の指令に基づき、燃料を燃焼室１２１へ噴射する。

尚、内燃機関１０１には、高圧燃料ポンプ１２５を制御するため、高圧燃料配管１２８内の圧力を計測する燃料圧力センサ１２６が備わっており、ＥＣＵ１０９は、この圧力値に基づき、高圧燃料配管内１２８の燃料圧力を所望の圧力になるようにフィードバック制御を行う。

更に、内燃機関１０１には、点火コイル１０７、点火プラグ１０６が備わり、ＥＣＵ１０９により、所望のタイミングで点火コイル１０７への通電制御と点火プラグ１０６による点火制御が行われる仕組みとなっている。これにより、燃焼室１２１内で吸入空気と燃料は、点火プラグ１０６から放たれる火花により点火されて燃焼される。燃焼により生じた排気ガスは、排気弁１０４を介して、排気管１１１に排出され、排気管１１１には、この排気ガスを浄化するための三元触媒１１２が備えられている。

ＥＣＵ１０９には、燃料噴射制御装置１２７が内蔵され、内燃機関１０１のクランク軸（図示せず）角度を計測するクランク角度センサ１１６、吸入空気量を計測する空気流量計１２０、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１１３、運転者が操作するアクセルの開度を示すアクセル開度センサ１２２、燃料圧力センサ１２６等からの検出信号が入力される。

各センサから入力された信号について更に説明する。ＥＣＵ１０９は、アクセル開度センサ１２２の検出信号から、内燃機関１０１の要求トルクを算出すると共に、アイドル状態であるか否かの判定等を行う。また、ＥＣＵ１０９には、クランク角度センサ１１６の検出信号から、内燃機関の回転速度（以下、エンジン回転数）を演算する回転数検出手段と、水温センサ１０８から得られる内燃機関１０１の冷却水温と内燃機関始動後の経過時間等から三元触媒１１２が暖機された状態であるか否かを判断する手段などが備えられている。

また、ＥＣＵ１０９は、アクセル開度センサ１２２の検出信号から要求トルクを求めて内燃機関１０１に必要な吸入空気量を算出し、それに見合った開度信号を演算してスロットル弁１１９の駆動モータに出力している。また、点火コイル１０７に点火信号を出力している。更に、燃料噴射制御装置１２７は吸入空気量に応じた燃料量を算出して筒内燃料噴射弁１０５に燃料噴射信号を出力している。

以上に説明した筒内噴射式内燃機関のシステムは既に良く知られているので、これ以上の説明は省略する。

次に、図２を用いて、ＥＣＵ１０９の内部構成を説明する。図２から明らかなように、ＥＣＵ１０９は、入力回路２０３、Ａ／Ｄ変換部２０４、ＣＰＵ（中央演算部）２０５、ＲＯＭ２０７、ＲＡＭ２０９、及び出力回路２１０を含んだコンピュータにより構成された電子制御装置である。

入力回路２０３には、上述したセンサ類２０１から出力された信号が入力信号２０２として取り込まれている。入力回路２０３は、入力信号２０２がアナログ信号の場合、入力信号からノイズ成分の除去等を行い、ノイズ除去後の信号をＡ／Ｄ変換部２０４に出力する。一方、入力信号２０２がデジタル信号の場合は、入力回路２０３から信号線２０６を介して直接ＣＰＵ２０５に取り込まれている。

ＣＰＵ２０５は、Ａ／Ｄ変換部２０４からＡ／Ｄ変換結果を取り込み、ＲＯＭ２０７等の記憶媒体に記憶された制御ロジック（プログラム）２０８を実行することによって、内燃機関の制御に必要な制御演算、診断等を実行する。ＣＰＵ２０５の演算結果及びＡ／Ｄ変換結果は、ＲＡＭ２０９に一時的に記憶されている。また、ＣＰＵ２０５の演算結果は、出力回路２１０から制御信号２１１として出力され、筒内燃料噴射弁１０５等に備えられたアクチュエータ類２１２を駆動する。

これらのＥＣＵ１０９の構成、機能等も既に良く知られているので、これ以上の説明は省略する。

そして、本発明は上述した筒内噴射式内燃機関のシステム及びＥＣＵ１０９によって、運転性能の確保と排気性能の悪化を抑制することができる、新規な多段燃料噴射制御を提案するものである。

次に本発明の具体的な実施形態について説明するが、先ず、図３に基づいて吸気行程の間に加速判定がなされた場合の吸気行程中の空気量の推移について説明する。

吸気行程での燃料噴射の場合では、燃料噴射制御は、内燃機関の回転数と、吸気行程開始時に空気流量計１２０で検出した吸入空気量を基に、燃料噴射量を算出している。そして、吸気行程開始から圧縮行程終了まで、１サイクル中に複数回の燃料噴射を実行する多段燃料噴射の場合、特許文献１では、内燃機関の回転数と、吸気行程開始時に空気流量計１２０で検出した基本吸入空気量を基に燃料噴射量を算出して噴射し、更に吸気行程終了時に加速で生じた空気量の増加分に対応した補正燃料量を求め、この求められた補正燃料量を圧縮行程開始時に噴射するようにしている。

この場合、燃料噴射量の算出の基本となる吸入空気量は、吸気行程開始時に空気流量計１２０で検出した吸入空気量であり、吸気バルブ３が開弁を開始するＡ点より前に検出した値となる。加速状態を判定しない場合には、単位時間当たりの吸入空気量はほぼ一定であり、１サイクル中に内燃機関の燃焼室に吸入される積算空気量は、図中の「加速判定無し」のような特性となり、吸気バルブ３が閉弁するＣ点における積算空気量が、加速判定無し空気量Ｑｓａとなる。

また、図中のＢ点で加速状態を判定した場合、加速判定以降は、内燃機関の燃焼室に吸入される吸入空気量は増加し、１サイクル中に内燃機関の燃焼室に吸入される積算空気量は、図中の「加速判定有り」のような特性になり、吸気バルブ３が閉弁するＣ点の積算空気量が、加速判定有り空気量Ｑｓｂとなる。

このとき、加速動作による吸入空気量の増加分は、加速判定無し空気量Ｑｓａと加速判定有り空気量Ｑｓｂの差分（Ｑｓｂ−Ｑｓａ）になるが、加速動作による吸入空気量の増加分を、精度よく検出するためには、特許文献１のように吸気バルブ３が閉弁するＣ点の空気量を検出することが有効である。

このため、特許文献１においては、吸気行程終了時の吸入空気量を検出し、加速動作による空気量の増加分から補正燃料噴射量を算出し、空気量の増加分に対応した燃料を内燃機関の燃焼室に供給できるため、燃料不足による運転性能の悪化は抑制できる。しかしながら、この場合は燃料噴射開始時期が圧縮行程となるため、ピストンが上死点に向かって上昇してくるので、ピストン冠面及び内燃機関の燃焼室壁面への燃料付着による、排気性能の悪化が懸念される。

そこで、本実施形態では図４に示すような方法で、吸気行程時に発生した加速動作によって生じる空気量の増加分を推定している。まず、図４を用いて加速発生時の吸入空気量の増加分の算出方法について説明する。

本実施形態では、吸気行程の間に加速動作による空気量の増加を判定した場合、吸気行程終了時に内燃機関の燃焼室に吸入される吸入空気量の増加分を推定するものである。そして本実施形態では、この推定された吸入空気量の増加分に対応した補正燃料噴射量を算出し、吸気行程での多段燃料噴射で燃料噴射量に反映させるものである。

尚、本実施形態では、吸気行程の進行に伴って変化する内燃機関の動作状態量に基づいて、内燃機関の燃焼室に吸入される吸入空気量の増加分を推定しているものである。具体的な方法として本実施形態では、内燃機関の動作状態量の１つとして、吸気バルブ３のリフト量を所定時間毎に積算し、この積算リフト量に基づいて空気量比率ＫＱｒを算出し、算出した空気量比率ＫＱｒで吸気行程終了時の吸入空気量の増加分（加速動作によって一燃焼サイクルで増加する空気量）を推定するようにしている。

ここで、空気量比率ＫＱｒは適合作業（マッチング）やシミュレーションによって吸気バルブのリフト量の積算値と空気量比率ＫＱｒの関係を予め求めておき、これをマップとして記憶しておくことで、実際の制御において利用することができる。空気量比率ＫＱｒは内燃機関自体の特性や、加速度合、回転数等によって適切な値が存在するので、これに対応した複数のマップを準備しても良いし、演算で求めることも可能である。

さて、燃料噴射量を算出する基本となる吸入空気量は、吸気行程開始時に空気流量計１２０で検出した基本吸入空気量Ｑｓｔｄであり、吸気バルブ３が開弁動作を開始するＡ点より前に検出した値となる。

一方、空気量比率ＫＱｒは、Ａ点である吸気バルブ３の開弁開始時に０％、Ｃ点である閉弁終了時に１００％となり、例えば、図中のＢ点にて、加速動作が発生した場合には、吸気行程中に吸入される、全ての吸入空気量のうちの約３０％が、内燃機関の燃焼室に吸入されたことになる。このため、加速動作が発生したＢ点から、吸気バルブ３が閉弁するＣ点までには、残り７０％の吸入空気量が吸入されることになる。

そして、燃料噴射量の算出の基本となる吸気行程開始前のＡ点での基本吸入空気量Ｑｓｔｄと、加速動作発生時のＢ点での吸入空気量Ｑａｃｃの差分（Ｑａｃｃ−Ｑｓｔｄ）に空気量比率ＫＱｒの補正値を乗算することで、吸気行程終了時の加速動作による吸入吸気量の増加分（加速動作によって一燃焼サイクルで増加する空気量）を推定することが可能となる。

この結果、吸気行程終了時に加速動作によって増加する吸入吸気量を、加速動作の発生時に推定して算出するため、加速による空気量の増加分に対応した補正燃料量を、吸気行程の間に内燃機関の燃焼室に供給でき、加速動作時の燃料不足による運転性能の悪化が抑制され、また、圧縮行程時に燃料噴射を行なわないため排気性能の悪化を抑制できる。

尚、吸気バルブ３及び排気バルブ４に、可変動弁機構を採用した場合においても、考え方は同様であるが、排気バルブ４の閉弁タイミングと、吸気バルブ３の開弁タイミングが重なる、バルブオーバーラップが発生した場合は、吸入された吸入空気がバルブオーバーラップにより排気管１１に吹き抜けるため、吹き抜ける量を考慮して吸入空気量を算出することが必要である。

また、本実施形態では、加速動作の発生時の運転性能の悪化抑制と、圧縮行程噴射による排気性能の悪化抑制を両立させるため、多段噴射のやり方を工夫している。この多段噴射のやり方について、図５、図６のタイムチャートを参照しながら説明する。

図５は、吸気行程中に２回の燃料噴射を実行する多段噴射制御を示しており、吸気行程で１回目燃料噴射時期Ｔｍ１の後と２回目燃料噴射時期Ｔｍ２の間に、加速判定が成立した場合を表したものである。尚、１回目燃料噴射時期Ｔｍ１では噴射量Ｑｆ１が噴射され、２回目燃料噴射時期Ｔｍ２では噴射量Ｑｆ２が噴射されるものであり、噴射量Ｑｆ１＝噴射量Ｑｆ２に設定されている。この場合、全燃料噴射量は吸気行程の前に検出された基本吸入空気量に基づいて求められており、これを２等分した燃料量が筒内燃料噴射弁から噴射されるものである。これによって、噴射された燃料の混合が均一になる効果が得られる。

そして、運転者のアクセル操作によって加速動作が行われた場合において、前述した通り、加速判定による吸入空気量の増加分は、燃料噴射量の算出の基本となる基本吸入空気量Ｑｓｔｄと、加速動作の発生時の吸入空気量Ｑａｃｃの差分（Ｑａｃｃ−Ｑｓｔｄ）に、空気量比率ＫＱｒの補正値を乗算して算出する。これによって、加速動作によって一燃焼サイクルで増加する空気量を推定することが可能となる。

尚、この吸入空気量の増加分に対応した補正燃料噴射量Ｑｆαが求められるが、特許文献１のように圧縮行程で噴射した場合、圧縮行程での噴射によって、ピストン冠面および内燃機関の燃焼室壁面への燃料付着による、排気性能の悪化が懸念される。

本実施形態では、この対応策として、加速判定した場合には圧縮行程での燃料噴射を実行しない制御とし、加速判定後の吸気行程での２回目燃料噴射時期Ｔｍ２に、２回目燃料噴射時期Ｔｍ２の噴射量Ｑｆ２と、加速判定による空気量の増加分に対応した補正燃料噴射量Ｑｆαを加算し、一括して２回目燃料噴射時期Ｔｍ２で燃料噴射を実行する制御とした。

これによって、吸気行程における加速動作に対応して、１サイクル中に内燃機関の燃焼室に吸入される吸入空気量に対応した燃料を過不足無く供給できるため、運転性能の確保と、排気性能の悪化の抑制を両立することが可能となった。

また、図６は吸気行程の２回目燃料噴射時期Ｔｍ２の噴射の途中に、加速判定した場合を表したものである。運転者のアクセル操作によって加速動作が行われた場合において、前述した場合と同様に、加速判定による吸入空気量の増加分は、燃料噴射量算出の基本となる基本吸入空気量Ｑｓｔｄと、加速動作の発生時の吸入空気量Ｑａｃｃの差分（Ｑａｃｃ−Ｑｓｔｄ）に、空気量比率ＫＱｒの補正値を乗算して算出する。

また、吸気行程では２回噴射に設定されているため、吸気行程の２回目燃料噴射時期Ｔｍ２の噴射の途中に、加速判定がされると、補正燃料は次気筒の吸気行程で噴射されることになって、吸入空気量に対応した燃料を過不足無く供給できないため、運転性能が低下する可能性がある。この対応策として、加速判定した場合には圧縮行程での燃料噴射を実施しないように、２回目燃料噴射時期Ｔｍ２の噴射時期と圧縮行程開始時期の間に、加速動作による空気量増加分に対応した補正燃料噴射量Ｑｆαを追加の燃料噴射時期Ｔｍαとして燃料噴射を実行している。

この場合も、１サイクル中に内燃機関の燃焼室に吸入される、吸入空気量に対応した燃料を過不足無く供給できるため、運転性能の確保と、排気性能の悪化抑制を両立することが可能となる。尚、補正燃料噴射量Ｑｆαの燃料噴射時期Ｔｍαは、吸気行程に間に合わない場合、次気筒の吸気行程で実施することができる。

次に、図５、図６に示した制御の具体的な制御フローについて、図７、図８、図９、及び図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。尚、以下に示す実施形態では、多段噴射の回数を３回として説明する。この場合も分割された各燃料噴射量は同じ量に設定されている。

図７に示すフローチャートは、燃料噴射量の算出と、加速判定時に算出する燃料噴射補正量の制御フローを表したものである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップＳＳ１１で燃料噴射量を算出するための基準となる、基本吸入空気量Ｑｓｔｄを空気流量計１２０の出力から検出する。この基本吸入空気量Ｑｓｔｄは吸気行程の開始前に検出されていることは上述した通りである。

この後、ステップＳＳ１２において、燃料噴射量の計算タイミングかどうか判定する。このステップＳＳ１２で燃料噴射量の計算タイミングであると判定された場合には、ステップＳＳ１３へ進み、現在の回転数と、ステップＳＳ１１で検出した基本吸入空気量Ｑｓｔｄを基に、燃料噴射量を算出し、終了となる。尚、この場合、周知のように燃料噴射量は水温等によって増減される。

一方、ステップＳＳ１２で、燃料噴射量の計算タイミングではないと判定された場合には、ステップＳＳ１４において、吸気行程で所定の加速判定が成立しているかどうか判定する。このステップＳＳ１４で、所定の加速判定が成立していると判定された場合には、ステップＳＳ１５で、加速判定成立時の吸入空気量Ｑａｃｃを、空気流量計１２０の出力から検出する。

この後、ステップＳＳ１６において、吸気バルブの積算リフト量に基づいて吸気バルブ３の開弁開始時を０％、閉弁終了時を１００％とするマップ（図４に示す特性が記憶されたマップ）から、空気量比率ＫＱｒを算出する。続くステップＳＳ１７では、ステップＳＳ１５で検出した、加速判定時の吸入空気量Ｑａｃｃと、ステップＳＳ１６で算出した空気量比率ＫＱｒより、次の式（１）にて、加速時に増加する増加吸入空気量Ｑａｄを算出する。
Ｑａｄ＝（Ｑａｃｃ−Ｑｓｔｄ）×ＫＱｒ……（１）
この後、ステップＳＳ１８では、ステップＳＳ１７で算出した、加速時の増加吸入空気量Ｑａｄと、回転数を基に、補正燃料噴射時間Ｔａｃｃ（＝Ｑｆα）を算出する。ここで、補正燃料噴射時間Ｔａｃｃが確定した時点で加速判定されたものと見做すことができるので、図８、図９、図１０の各フローチャートでは、補正燃料噴射時間Ｔａｃｃが確定した時点で加速判定がなされたものとしている。尚、ステップＳＳ１８で算出した補正燃料噴射時間Ｔａｃｃに関連する燃料噴射方法については、図８、図９、図１０の各フローチャートで詳しく説明する。

一方、ステップＳＳ１４で、所定の加速判定が成立していないと判定された場合には、何の処理も実施せず終了に抜けることになる。

次に、図８、図９、及び図１０は、ステップＳＳ１８で算出した、補正燃料噴射時間Ｔａｃｃに関連する燃料噴射方法を示したフローチャートであり、図７のＡから継続して開始されるものである。本フローチャートでは、吸気行程の間に３回の燃料噴射を実行する多段噴射制御の場合を例として説明するが、噴射回数、噴射時期等の設定は、本実施形態に限定されるものではない。

尚、吸気行程の間に３回の燃料噴射を実行するので、燃料噴射時期はＴｍ１、Ｔｍ２、Ｔｍ３であり、この時に噴射される燃料噴射量は噴射タイミングに合わせて、Ｔｉ１、Ｔｉ２、Ｔｉ３としている。ここで、Ｔｉ１、Ｔｉ２、Ｔｉ３は筒内燃料噴射弁の開弁時間であり、筒内燃料噴射弁から噴射される燃料量は時間制御されているため、噴射時間と噴射量は等価なものとして扱っている。

まず図８において、ステップＳＳ２１では、ステップＳＳ１８で算出した、補正燃料噴射時間Ｔａｃｃの算出タイミングが、吸気行程での１回目燃料噴射時期Ｔｍ１の前かどうか判定する。このステップＳＳ２１で、吸気行程での１回目燃料噴射時期Ｔｍ１の前であると判定された場合には、ステップＳＳ２２へ進み、次の式（２）のように、予め設定されている多段噴射制御を無効化して、１サイクル中に設定されている全ての燃料噴射量を加算し、加算後の全燃料噴射時間Ｔｉを算出する。
Ｔｉ＝Ｔｉ１＋Ｔｉ２＋Ｔｉ３……（２）
これによって、分割されている噴射時期の時間間隔をなくし、加速によって必要とされる補正燃料噴射時間Ｔａｃｃの噴射時間を確保するようにしている。つまり、分割して噴射する時間間隔を維持していると、補正燃料噴射時間Ｔａｃｃを噴射する時間が無くなる恐れが想定されるからである。これは、内燃機関の回転が高くなるほど顕著になる。

この後、ステップＳＳ２３において、次の式（３）のように、ステップＳＳ２２で算出した加算後の全燃料噴射量Ｔｉに、ステップＳＳ１８で算出した補正燃料噴射時間Ｔａｃｃを加算することで、加速時の最終燃料噴射時間Ｔｅを算出する。
Ｔｅ＝Ｔｉ＋Ｔａｃｃ……（３）
続くステップＳＳ２４では、ステップＳＳ２３で求めた加速時の最終燃料噴射時間Ｔｅを基に、即座に燃料噴射を実施して終了となる。ここで、「即座」とは、最終燃料噴射時間Ｔｅが確定した後に、図２に示す出力回路に最終燃料噴射時間Ｔｅをセットして筒内燃料噴射弁に開弁信号を送り、最終燃料噴射時間Ｔｅが経過すると閉弁信号を送るようにして筒内燃料噴射弁を駆動するものである。

尚、基本的には圧縮行程に噴射しなければ排気性能の悪化が避けられるので、少なくとも吸気行程の間に噴射されれば良いものである。このため、加速判定がされた後の直近の燃料噴射時期で噴射できる場合は、この直近の燃料噴射時期に噴射させることも可能であり、また、これに続く次の燃料噴射時期に噴射させることも可能である。

一方、ステップＳＳ２１で、補正燃料噴射時間Ｔａｃｃの算出タイミングが、吸気行程での１回目燃料噴射時期Ｔｍ１の前ではないと判定された場合には、ステップＳＳ２５へ進み、ステップＳＳ１８で算出した、補正燃料噴射時間Ｔａｃｃの算出タイミングが、吸気行程での２回目燃料噴射時期Ｔｍ２の前かどうか判定する。

このステップＳＳ２５で吸気行程での２回目燃料噴射時期Ｔｍ２の前であると判定された場合には、ステップＳＳ２６へ進み、次の式（４）のように、設定されている多段噴射制御を無効化して、１サイクル中に設定されている残り全ての燃料噴射量を加算し、加算後の全噴射時間Ｔｉを算出する。
Ｔｉ＝Ｔｉ２＋Ｔｉ３……（４）
この後、ステップＳＳ２７において、式（３）と同様にステップＳＳ２６で算出した加算後の全噴射時間Ｔｉに、ステップＳ１８で算出した補正燃料噴射時間Ｔａｃｃを加算することで、加速時の最終燃料噴射時間Ｔｅを算出する。続くステップＳ２８では、ステップＳ２７で求めた加速時の最終燃料噴射時間Ｔｅを基に、即座に燃料噴射を実施して終了となる。

一方、ステップＳ２５で、補正燃料噴射時間Ｔａｃｃの算出タイミングが、吸気行程での２回目燃料噴射時期Ｔｍ２の前ではないと判定された場合については、Ｂへ進み、図９のフローチャートへ移行する。

図９は、ステップＳ２５において、補正燃料噴射時間Ｔａｃｃの算出タイミングが、吸気行程での２回目噴射Ｔｉ２の前ではないと判定された場合のフローチャートであり、図９のＢから継続して開始される。

まず、ステップＳ３１において、ステップＳ１８で算出した、補正燃料噴射時間Ｔａｃｃの算出タイミングが、最後燃料噴射時期Ｔｍ３の前かどうか判定する。このステップＳ３１で最後燃料噴射時期Ｔｍ３の前であると判定された場合には、ステップＳ３２へ進み、吸気行程中に燃料噴射が開始できるかどうか判定する。

このステップＳ３２で吸気行程中に燃料噴射が開始できると判定された場合には、ステップＳ３３へ進み、次の式（５）のように、最後燃料噴射時間Ｔｉ３に、ステップＳ１８で算出した補正燃料噴射時間Ｔａｃｃを加算することで、加速時の全燃料噴射時間Ｔｅを算出する。
Ｔｅ＝Ｔｉ３＋Ｔａｃｃ……（５）
続くステップＳ３４では、ステップＳ３０３で求めた加速時燃の全燃料噴射時間Ｔｅを基に、即座に燃料噴射を実施し、終了となる。

一方、ステップＳ３１で、補正燃料噴射時間Ｔａｃｃの算出タイミングが、最後燃料噴射時期Ｔｍ３の前ではないと判定された場合には、Ｃへ進み、図１０のフローチャートへ移行する。

図１０は、ステップＳ３１において、加速判定は最後燃料噴射時期Ｔｍ３の前ではないと判定された場合のフローチャートであり、図１０のＣから開始する。

まず、ステップＳ４１において、最後燃料噴射時期Ｔｍ３は吸気行程に収まっているかどうか判定する。このステップＳ４１で最後燃料噴射時期Ｔｍ３は吸気行程にあると判定された場合には、ステップＳ４２へ進み、加速時の補正燃料噴射時間が吸気行程の間に終了（吸気行程で噴射開始が可能か）するかどうか判定する。

このステップＳ４２で吸気行程中に燃料噴射が開始できると判定された場合には、ステップＳ４３へ進み、次の式（６）のように、ステップＳ１８で算出した補正燃料噴射時間Ｔａｃｃだけを噴射することで、加速時の最終燃料噴射時間Ｔｅを算出する。
Ｔｅ＝Ｔａｃｃ……（６）
続くステップＳ４４では、吸気行程で一回の燃料噴射時期Ｔｍαが設定され、ステップＳ４３で求めた加速時の最終燃料噴射時間Ｔｅ（＝Ｔａｃｃ）を基に燃料噴射を実行して終了となる。

一方、ステップＳ４１で最終噴射は吸気行程ではないと判定された場合、また、ステップＳ４２で吸気行程中に燃料噴射が開始できないと判定されたには、ステップＳ４５へ進み、圧縮行程中での加速時の補正燃料噴射は実行せず、次気筒の吸気行程での噴射で補正を反映して終了となる。この場合は、補正燃料噴射量を３回の燃料噴射に等分に分割して割り付けることもできるし、最初噴射時期に加算して噴射させることもできるものである。

尚、上述の実施形態では吸気行程の加速時に空気量の増加分を推定し、この推定された空気量の増加分に対応した補正燃料量を吸気行程で噴射する制御について説明したが、本実施形態の多段燃料噴射制御では、上述の加速状態以外では吸気行程、或いは吸気行程から圧縮行程の間に燃料の噴射を行うことができるものである。

以上述べた通り、本発明によれば、吸気行程の開始前の吸入空気量と、吸気行程で加速動作が発生した際の吸入空気量と、吸気バルブのバルブ動作状態量に基づいて、吸気行程終了時での加速動作に基づく空気量の増加分を推定して求め、この求められた空気量の増加分に対応して吸気行程で補正燃料を噴射する構成とした。

この結果、吸気行程の途中で加速動作が発生した場合に、吸気行程終了時の加速動作によって増加する空気量の増加分を推定して補正燃料を供給するので、吸気行程での燃料不足が解消され、加速動作での運転性能を改善することが可能である。また、吸気行程内での燃料噴射が可能となるので、ピストン冠面及び燃焼室壁面への燃料付着が回避され、排気性能の悪化を抑制することが可能となる。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

１０１…内燃機関、１０３…吸気弁、１０４…排気弁、１０５…筒内燃料噴射弁、１０６…点火プラグ、１０７…点火コイル、１０９…ＥＣＵ、１１０…吸気管、１１１…排気管、１１２…三元触媒、１１３…酸素センサ、１１５…コレクタ、１１６…クランク角度センサ、１１９…スロットル弁、１２０…空気流量計、１２１…燃焼室、１２２…アクセル開度センサ、１２４…低圧燃料ポンプ、１２５…高圧燃料ポンプ、１２６…燃料圧力センサ、１２７…燃料噴射弁制御装置、１２８…高圧燃料配管、２０３…入力回路、２０４…Ａ／Ｄ変換部２０４、２０５…ＣＰＵ（中央演算部）、２０７…ＲＯＭ、２０９…ＲＡＭ、２１０…出力回路。

Claims

燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を備えた内燃機関に用いられ、空気量検出手段によって検出された吸入空気量に基づいて前記燃焼室内に噴射される燃料噴射量を求め、吸気行程に所定の複数の燃料噴射時期に前記燃料噴射量を分割した量の燃料噴射を実行する多段燃料噴射制御部を有する燃料制御手段を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記多段燃料噴射制御部は、
前記吸気行程の開始前の吸入空気量と、前記吸気行程で加速動作が発生して加速判定された時の吸入空気量と、前記吸気行程の進行に伴って変化する前記内燃機関の動作状態量に基づいて、前記吸気行程終了時での加速動作に基づく空気量の増加分を推定する空気量推定部と、
この推定された空気量の増加分に対応した補正燃料噴射量を求め、前記吸気行程で実行される燃料噴射の燃料噴射量に前記補正燃料噴射量を反映して噴射する加速燃料補正部を備え、
前記加速燃料補正部は、加速判定以降に前記燃料噴射時期が存在しなく、かつ前記吸気行程の間に前記補正燃料噴射量が噴射できると判断された場合は、前記補正燃料噴射量を噴射することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記加速燃料補正部は、加速判定以降に前記燃料噴射時期が存在すると、全ての燃料噴射量を加算し、この加算された燃料噴射量に前記補正燃料噴射量を加算して一括して噴射することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。