JP6930493B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気通路に燃料を噴射するポート噴射弁を備える内燃機関に適用される内燃機関の制御装置に関する。

たとえば下記特許文献１には、吸気バルブの開弁期間のうち開弁開始から約１／３の時間内にポート噴射弁から噴射された燃料を気筒内に流入させるように燃料噴射開始時期を設定する制御装置が記載されている。この制御装置では、高回転領域等においては、吸気バルブの開弁期間のうち開弁開始から約１／３の時間が短くなることに鑑み、１燃焼サイクルにおいて燃料を２回に分けて噴射し、しかも２度目を、吸気行程の後に行っている。

特開平１１−３０１４２号公報

上記制御装置は、吸気行程の初期に燃焼室内に燃料を流入させることにより燃料の霧化を狙ったものであるが、燃料の霧化を促進するうえでは、吸気バルブの開弁前に燃料噴射を極力完了して燃料が霧化することができる時間を確保することが望ましい。このため、発明者は、吸気バルブの開弁前に１度の燃料噴射によって全ての燃料を噴射することを検討した。しかし、その場合、内燃機関の温度が低いときには、ポート噴射弁から噴射される燃料量によっては、吸気通路内に付着する燃料量が過度に多くなることに起因して粒子状物質（ＰＭ）の数（ＰＮ）が多くなるおそれがあることを見出した。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
１．内燃機関の制御装置は、吸気通路に燃料を噴射するポート噴射弁を備える内燃機関に適用され、吸気バルブの開弁期間に同期して燃料を噴射する吸気同期噴射と、前記吸気同期噴射よりも進角側のタイミングにて燃料を噴射する吸気非同期噴射とを、前記ポート噴射弁を操作して前記吸気非同期噴射および前記吸気同期噴射の順に順次実行するマルチ噴射処理と、前記ポート噴射弁を操作して前記吸気非同期噴射のみを実行して且つ燃料噴射期間の大半が前記吸気バルブの開弁タイミングよりも前となるシングル噴射処理との２つの処理のうちのいずれか１つの処理を選択して実行する燃料噴射処理と、前記シングル噴射処理から前記マルチ噴射処理に切り替える場合、切り替え前における前記シングル噴射処理による噴射開始時期よりも前記吸気非同期噴射の噴射開始時期を進角させる進角処理と、を実行する。

上記シングル噴射処理による噴射量が大きい場合には、吸気通路内に付着する燃料量が多くなることから、ＰＮが多くなるおそれがある。そこで上記構成では、シングル噴射処理に加えて、マルチ噴射処理を併用する。マルチ噴射処理によれば、シングル噴射処理と比較して、吸気非同期噴射の噴射量を減量することができる。そして、吸気同期噴射によれば吸気非同期噴射と比較して吸気通路に付着する燃料量を低減できることから、マルチ噴射処理を採用すると、ポート噴射弁から１燃焼サイクル内に噴射される燃料量が大きくなっても、ＰＮを抑制できる。

ところで、シングル噴射処理による噴射開始時期を進角させればさせるほど、吸気バルブに付着する燃料量が多くなり、霧化が妨げられるおそれがある。これに対し、マルチ噴射処理における吸気非同期噴射の場合には、シングル噴射処理と比較して噴射量を小さくすることができることから、噴射開始時期をシングル噴射処理と比較して進角させても吸気バルブに付着する燃料量が少なくなり、霧化が妨げられにくい。そして、霧化が妨げられにくいことから、霧化を促進する上では、噴射開始時期をシングル噴射処理と比較してより進角側として燃焼行程までの時間間隔を長くした方が有利となる。このため、上記構成では、マルチ噴射処理に切り替える場合、その吸気非同期噴射の噴射開始時期をシングル噴射処理の時よりも進角側とする。これにより、シングル噴射処理とマルチ噴射処理との双方で吸気非同期噴射の噴射開始時期を同一とする場合と比較すると、吸気非同期噴射によって噴射された燃料の霧化にとってより適切な噴射開始時期とすることができる。

２．上記１記載の内燃機関の制御装置において、前記マルチ噴射処理における前記吸気同期噴射の噴射開始時期を算出する同期開始算出処理を実行し、前記進角処理は、前記吸気同期噴射の噴射開始時期から所定の間隔だけ進角したタイミングで前記吸気非同期噴射を終了するための前記吸気非同期噴射の噴射開始時期であるインターバル確保時期を算出する確保時期算出処理と、前記吸気非同期噴射の基準開始時期と、前記インターバル確保時期とのうちの進角側の時期に基づき、前記吸気非同期噴射の噴射開始時期を決定する決定処理と、を含む。

マルチ噴射処理において、吸気非同期噴射の終了タイミングと吸気同期噴射の開始タイミングとの時間間隔が過度に短い場合、ポート噴射弁の制御性が低下し、実際には、吸気非同期噴射と吸気同期噴射とがつながって、噴射期間が意図したものから大きくずれるおそれがある。これに対し、上記構成では、吸気非同期噴射の噴射開始時期の遅角側の限界値がインターバル確保時期となるようにしたため、吸気非同期噴射と吸気同期噴射とがつながることを抑制できる。

３．上記２記載の内燃機関の制御装置において、前記進角処理は、前記内燃機関のクランク軸の回転速度が高い場合に低い場合よりも前記基準開始時期を進角したタイミングに算出する処理である非同期開始時期算出処理を含む。

吸気非同期噴射の噴射開始時期が同一のクランク角度であっても、回転速度が高い場合には低い場合と比較して、噴射開始時期から燃焼行程までの時間間隔が短くなり、燃料が霧化する余裕が小さくなる。これに対し上記構成では、基準開始時期を、回転速度が高い場合に低い場合よりも進角させたため、進角させない場合と比較して、燃料の霧化を促進することができる。

４．上記２または３記載の内燃機関の制御装置において、前記進角処理は、前記インターバル確保時期が、前記吸気非同期噴射の噴射開始時期の前回の値よりも進角側である場合、前記吸気非同期噴射の噴射開始時期の今回の値を前記インターバル確保時期までステップ的に進角させる処理を含む。

吸気非同期噴射の噴射開始時期をステップ的に変更する場合、吸気通路に付着する燃料量が急激に変化し、ひいては、空燃比の制御性が低下するおそれがある。一方、吸気非同期噴射の終了タイミングと吸気同期噴射の開始タイミングとの時間間隔が過度に短い場合、ポート噴射弁の制御性が低下し、実際には、吸気非同期噴射と吸気同期噴射とがつながって、噴射期間が意図したものから大きくずれるおそれがある。上記構成では、吸気非同期噴射と吸気同期噴射とがつながってしまう場合の空燃比の制御性の低下の方が、噴射開始時期をステップ的に変更することに起因した空燃比の制御性の低下よりも大きくなりやすいことに鑑み、マルチ噴射処理への切り替え時に吸気非同期噴射の噴射開始時期をインターバル確保時期までステップ的に進角させることとした。

５．上記２〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、前記進角処理は、前記決定処理によって決定された噴射開始時期が前記吸気非同期噴射の噴射開始時期の前回の値よりも進角側であって且つ前記インターバル確保時期が前記前回の値よりも進角側にない場合、前記吸気非同期噴射の噴射開始時期を前記決定処理によって決定された噴射開始時期へと徐変させる処理を含む。

吸気非同期噴射の噴射開始時期をステップ的に変更する場合、吸気通路に付着する燃料量が急激に変化し、ひいては、空燃比の制御性が低下するおそれがある。一方、吸気非同期噴射の終了タイミングと吸気同期噴射の開始タイミングとの時間間隔が過度に短い場合、ポート噴射弁の制御性が低下し、実際には、吸気非同期噴射と吸気同期噴射とがつながって、噴射期間が意図したものから大きくずれるおそれがある。上記構成では、前回の噴射開始時期よりも進角させなくても吸気非同期噴射と吸気同期噴射とがつながってしまうおそれがない場合、噴射開始時期を決定処理によって決定された噴射開始時期へと徐変させることによって、噴射開始時期を進角させることによる空燃比の制御性の低下を抑制することができる。

６．上記１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の燃焼室に充填される新気量に基づき、空燃比を目標空燃比に制御するための要求噴射量を算出する要求噴射量算出処理を実行し、前記マルチ噴射処理は、前記要求噴射量を、前記吸気同期噴射の噴射量と前記吸気非同期噴射の噴射量とに分割する処理を含む。

上記構成では、吸気非同期噴射と吸気同期噴射とによって、空燃比を目標空燃比に制御するための要求噴射量の燃料を噴射することができる。

第１の実施形態にかかる制御装置および内燃機関を示す図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の一部を示すブロック図。 （ａ）および（ｂ）は、同実施形態にかかるシングル噴射処理およびマルチ噴射処理を示すタイムチャート。 同実施形態にかかる噴射弁操作処理の手順を示す流れ図。 （ａ）および（ｂ）は、噴射開始時期とＰＮ，ＨＣとの関係を示す図。 同実施形態にかかる吸気非同期噴射の噴射開始時期を示す図。 同実施形態の解決する課題を示すタイムチャート。 （ａ）および（ｂ）は、同実施形態の作用を示すタイムチャート。 第２の実施形態にかかる噴射弁操作処理の手順を示す流れ図。 同実施形態の作用を示すタイムチャート。 第３の実施形態にかかる噴射弁操作処理の手順を示す流れ図。 （ａ）および（ｂ）は、マルチ噴射処理の到達終了時期と、ＰＮおよびＨＣの発生量との関係を示す図。

＜第１の実施形態＞
以下、内燃機関の制御装置にかかる第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１に示す内燃機関１０の吸気通路１２には、スロットルバルブ１４が設けられており、スロットルバルブ１４の下流には、ポート噴射弁１６が設けられている。吸気通路１２に吸入された空気とポート噴射弁１６から噴射された燃料とは、吸気バルブ１８の開弁に伴って、シリンダ２０およびピストン２２によって区画された燃焼室２４に流入する。燃焼室２４において、燃料と空気との混合気は、点火装置２６の火花放電によって燃焼に供され、その際生成される燃焼エネルギは、ピストン２２を介してクランク軸２８の回転エネルギに変換される。燃焼に供された混合気は、排気バルブ３０の開弁に伴って、排気として排気通路３２に排出される。排気通路３２には、触媒３４が設けられている。

クランク軸２８の回転動力は、タイミングチェーン３８を介して、吸気側カム軸４０および排気側カム軸４２に伝達される。なお、本実施形態では、吸気側カム軸４０には、吸気側バルブタイミング調整装置４４を介してタイミングチェーン３８の動力が伝達される。吸気側バルブタイミング調整装置４４は、クランク軸２８と吸気側カム軸４０との回転位相差を調整することによって、吸気バルブ１８の開弁タイミングを調整するアクチュエータである。

制御装置５０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量（トルク、排気成分等）を制御するために、上記スロットルバルブ１４や、ポート噴射弁１６、点火装置２６、吸気側バルブタイミング調整装置４４等の内燃機関１０の操作部を操作する。この際、制御装置５０は、クランク角センサ６０の出力信号Ｓｃｒや、エアフローメータ６２によって検出される吸入空気量Ｇａ、スロットルセンサ６４によって検出されるスロットルバルブ１４の開口度ＴＡを参照する。また制御装置５０は、排気通路３２に設けられた空燃比センサ６６によって検出される空燃比Ａｆや、吸気側カム角センサ６８の出力信号Ｓｃａを参照する。また制御装置５０は、水温センサ７０によって検出される内燃機関１０の冷却水の温度（水温ＴＨＷ）や、大気圧センサ７２によって検出される大気圧Ｐａ、アクセルセンサ７４によって検出されるアクセルペダルの操作量（アクセル操作量ＡＣＣＰ）を参照する。

制御装置５０は、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５４および制御装置５０内の各箇所に電力を供給する電源回路５６を備えており、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２が実行することにより、上記制御量の制御を実行する。

図２に、制御装置５０が実行する処理の一部を示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２が実行することにより実現される。
吸気位相差算出処理Ｍ１０は、クランク角センサ６０の出力信号Ｓｃｒと吸気側カム角センサ６８の出力信号Ｓｃａとに基づき、クランク軸２８の回転角度に対する吸気側カム軸４０の回転角度の位相差である吸気位相差ＤＩＮを算出する処理である。目標吸気位相差算出処理Ｍ１２は、内燃機関１０の動作点に基づき、目標吸気位相差ＤＩＮ＊を可変設定する処理である。なお、本実施形態では、回転速度ＮＥと充填効率ηとによって動作点を定義している。ここで、ＣＰＵ５２は、回転速度ＮＥを、クランク角センサ６０の出力信号Ｓｃｒに基づき算出し、充填効率ηを回転速度ＮＥおよび吸入空気量Ｇａに基づき算出する。なお、充填効率ηは、燃焼室２４内に充填される新気量を定めるパラメータである。

吸気位相差制御処理Ｍ１４は、吸気位相差ＤＩＮを目標吸気位相差ＤＩＮ＊に制御するために吸気側バルブタイミング調整装置４４を操作すべく、操作信号ＭＳ４を出力する処理である。

開口度目標値設定処理Ｍ１６は、アクセル操作量ＡＣＣＰに基づき、スロットルバルブ１４の開口度の目標値（目標開口度ＴＡ＊）を設定する処理である。具体的には、開口度目標値設定処理Ｍ１６は、たとえば、アクセル操作量ＡＣＣＰが大きい場合に小さい場合よりも目標開口度ＴＡ＊を大きい値に設定する処理である。

遅延処理Ｍ１８は、目標開口度ＴＡ＊を所定時間遅延させた遅延開口度ＴＡｒを算出する処理である。スロットル制御処理Ｍ２０は、スロットルセンサ６４によって検出される開口度ＴＡを遅延開口度ＴＡｒに制御するために、スロットルバルブ１４を操作すべく、操作信号ＭＳ１を出力する処理である。

ローパスフィルタＭ２２は、実際の開口度ＴＡを目標開口度ＴＡ＊に制御すると仮定した場合、目標開口度ＴＡ＊の変化に対して実際の開口度ＴＡが遅延することに鑑み、目標開口度ＴＡ＊の１次遅れ処理値を予測開口度ＴＡｅとして出力する処理である。

スロットルモデルＭ２４は、後述する処理によって算出される吸気圧Ｐｍ１と、予測開口度ＴＡｅおよび大気圧Ｐａとに基づきスロットルバルブ１４を通過する空気量であるスロットル流量ｍｔを算出する処理である。具体的には、スロットルモデルＭ２４は、大気圧Ｐａが高い場合に低い場合よりもスロットル流量ｍｔを大きい値に算出し、吸気圧Ｐｍ１が高い場合に低い場合よりもスロットル流量ｍｔを小さい値に算出し、予測開口度ＴＡｅが大きい場合に小さい場合よりもスロットル流量ｍｔを大きい値に算出する処理である。具体的には、スロットルモデルＭ２４は、入力パラメータである予測開口度ＴＡｅ、大気圧Ｐａおよび吸気圧Ｐｍ１と、出力パラメータであるスロットル流量ｍｔとを関係づけるモデル式に基づきスロットル流量ｍｔを算出する処理である。なお、モデル式は、上記入力パラメータと出力パラメータとを直接結び付ける式とは限らず、たとえば式の係数が、入力パラメータによって可変設定されるものであってもよい。

インマニモデルＭ２６は、後述する処理によって算出される閉弁時流入空気量Ｍｃ１と、スロットル流量ｍｔとに基づき、上記吸気圧Ｐｍ１を算出する処理である。閉弁時流入空気量Ｍｃ１は、１燃焼サイクルにおける燃焼室２４への流入空気量のうち吸気バルブ１８の閉弁時期までに吸気通路１２に吹き戻された量を除いた値である。具体的には、インマニモデルＭ２６は、スロットル流量ｍｔから閉弁時流入空気量Ｍｃ１を減算した値が大きい場合に小さい場合よりも吸気圧Ｐｍ１の増加速度が大きくなるように上記吸気圧Ｐｍ１を算出する処理である。

吸気弁モデルＭ２８は、吸気圧Ｐｍ１と、吸気位相差ＤＩＮと、回転速度ＮＥとに基づき、上記閉弁時流入空気量Ｍｃ１を算出する処理である。吸気弁モデルＭ２８は、吸気圧Ｐｍ１が高い場合に低い場合よりも閉弁時流入空気量Ｍｃ１を大きい値に算出する処理である。また、吸気弁モデルＭ２８は、吸気位相差ＤＩＮが、吸気バルブ１８の閉弁時期をＢＤＣよりも遅角側とする場合、より遅角側であるほど、閉弁時流入空気量Ｍｃ１を小さい値に算出する処理である。

定常値補正処理Ｍ３０は、吸入空気量Ｇａや開口度ＴＡに基づき、定常状態において、吸気圧Ｐｍ１を吸入空気量Ｇａに応じた値となるように補正するための補正量ΔＰｍを算出する処理である。補正処理Ｍ３２は、吸気圧Ｐｍ１から補正量ΔＰｍを減算することによって吸気圧Ｐｍを算出する処理である。吸気圧Ｐｍは、定常状態においては吸入空気量Ｇａから把握される吸気圧に一致し、過渡状態においては吸気圧Ｐｍ１の応答性を重視した値となっている。

上記定常値補正処理Ｍ３０は、たとえば吸気圧の推定処理として、次の２つの処理を実行し、それらの差を補正量ΔＰｍとして算出する処理とすればよい。すなわち、第１の推定処理は、スロットルモデルＭ２４、インマニモデルＭ２６および吸気弁モデルＭ２８と同様のモデルを用いるものの、予測開口度ＴＡｅに代えて開口度ＴＡを入力とする処理である。一方、第２の推定処理は、インマニモデルＭ２６および吸気弁モデルＭ２８と同様のモデルを用い、スロットル流量ｍｔに代えて吸入空気量Ｇａを入力とする処理である。ここで、第１の推定処理によって推定される吸気圧は、定常状態においてはスロットル流量ｍｔ相当の量に基づく吸気圧となるため、補正量ΔＰｍは、定常状態においてはスロットル流量ｍｔの吸入空気量Ｇａに対する誤差を補償する値となる。一方、過渡時においては、第１の推定処理によって推定される吸気圧の応答性は第２の推定処理によって推定された吸気圧の応答性に近似するため、過渡時においては吸気圧Ｐｍに吸気圧Ｐｍ１の変化を顕在化させることができる値となっている。

吸気弁モデルＭ３４は、吸気圧Ｐｍと、吸気位相差ＤＩＮと、回転速度ＮＥとを入力パラメータとし、入力パラメータに基づき、出力パラメータとしての閉弁時流入空気量Ｍｃを算出する処理である。吸気弁モデルＭ３４は、吸気弁モデルＭ２８とは、入力パラメータが相違するものの、入力パラメータに基づき出力パラメータを算出する処理自体は同様の処理を実行する部分である。

閉弁時流入空気量Ｍｃは、所定期間だけ未来において燃焼室２４に吸入されている空気量の予測値となっている。これは、スロットルバルブ１４が遅延開口度ＴＡｒに制御されている一方、閉弁時流入空気量Ｍｃがスロットルバルブ１４の開口度が目標開口度ＴＡ＊から予測される実際の開口度に応じた値であるからである。

噴射弁操作処理Ｍ３６は、閉弁時流入空気量Ｍｃ、吸気位相差ＤＩＮ、回転速度ＮＥ、吸気圧Ｐｍ、および空燃比Ａｆを取り込み、ポート噴射弁１６を操作する処理である。
本実施形態では、燃料噴射処理として、図３（ａ）に例示する処理と、図３（ｂ）に例示する処理との２通りの処理を有する。

図３（ａ）は、吸気バルブ１８の開弁前に燃料の噴射を開始し、吸気バルブ１８の開弁前に燃料の噴射を終了させる単一の噴射を実行するシングル噴射処理である。
図３（ｂ）は、吸気バルブ１８の開弁期間に同期して同期噴射開始時期Ｉｓに燃料の噴射を開始する吸気同期噴射と、吸気同期噴射よりも進角側の非同期噴射開始時期Ｉｎｓにて燃料の噴射を開始する吸気非同期噴射との２つの燃料噴射を実行するマルチ噴射処理である。本実施形態において、同期噴射開始時期Ｉｓは、吸気バルブ１８の開弁タイミングよりも微小時間δだけ進角側に設定されている。ここで、微小時間δは、ポート噴射弁１６から噴射された燃料が吸気バルブ１８の開弁前の位置に到達するのに要する時間に設定されている。これは、噴射された燃料を、吸気バルブ１８の開弁に伴って極力早期に燃焼室２４に流入させる設定である。なお、図３（ａ）に示した処理は、吸気非同期噴射のみを実行する処理であるが、以下の説明の便宜上、噴射開始時期を、非同期噴射開始時期Ｉｎｓとはせずにシングル噴射開始時期Ｉ１と記載する。

本実施形態においてマルチ噴射処理は、ＰＮを低減することを狙って実行される。すなわち、水温ＴＨＷがある程度低い場合、充填効率ηがある程度大きい領域においてシングル噴射処理を実行すると、ＰＮが増加する傾向がある。これは、充填効率ηが大きい場合には小さい場合よりもポート噴射弁１６から噴射される燃料量が大きい値となり、結果、吸気通路１２に付着する燃料量が多くなることに起因していると考えられる。詳しくは、吸気通路１２に付着した燃料量がある程度多くなる場合、付着した燃料のせん断によって、付着した燃料の一部が液滴のまま燃焼室２４に流入するためであると推察される。そこで本実施形態では、充填効率ηがある程度大きい領域においては、ポート噴射弁１６から噴射される燃料量の一部を、吸気同期噴射によって噴射することにより吸気通路１２に付着する燃料量を低減させ、ひいてはＰＮの低減を図る。

図４に、噴射弁操作処理Ｍ３６の処理の手順を示す。図４に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」を付与した数字によって各処理のステップ番号を表現する。

図４に示す一連の処理において、ＣＰＵ５２は、まずポート噴射弁１６から１燃焼サイクル内に１つの気筒において噴射が要求される燃料量である要求噴射量Ｑｄを算出する（Ｓ１０）。ここでは、ＣＰＵ５２は、まず上記閉弁時流入空気量Ｍｃに基づき、空燃比を目標値に開ループ制御するための噴射量であるベース噴射量Ｑｂを算出する。具体的には、ＣＰＵ５２は、燃焼室２４内に充填される新気量の最大値に対する閉弁時流入空気量Ｍｃの割合から充填効率ηを算出し、充填効率ηに、上記最大値の空気量に対して空燃比を目標空燃比とするうえで必要な噴射量を乗算することによってベース噴射量Ｑｂを算出する。また、ＣＰＵ５２は、空燃比Ａｆを目標値にフィードバック制御するための操作量として空燃比補正係数Ｋｆｂを算出する。そして、ＣＰＵ５２は、ベース噴射量Ｑｂに空燃比補正係数Ｋｆｂを乗算することによって要求噴射量Ｑｄを算出する。

次にＣＰＵ５２は、マルチ噴射処理を実行する要求があるか否かを判定する（Ｓ１２）。ここでＣＰＵ５２は、水温ＴＨＷが規定温度（たとえば「７０℃」）以下である旨の条件（ア）と、充填効率ηが規定値以上である旨の条件（イ）と、回転速度ＮＥが所定速度ＮＥｔｈ以下である旨の条件（ウ）との論理積が真である場合にマルチ噴射処理を実行する要求があると判定する。なお、条件（ウ）は、吸気非同期噴射の終了タイミングと吸気同期噴射の開始タイミングとの時間間隔を確保するための条件である。また、この条件は、マルチ噴射処理がシングル噴射処理よりも演算負荷が大きいことから、制御装置５０の演算負荷の増大によって発熱量が過大となることを抑制する旨の条件である。

ＣＰＵ５２は、マルチ噴射処理の要求がないと判定する場合（Ｓ１２：ＮＯ）、たとえば水温ＴＨＷ等に基づきシングル噴射開始時期Ｉ１を算出する（Ｓ１４）。そしてＣＰＵ５２は、シングル噴射開始時期Ｉ１となることにより要求噴射量Ｑｄの燃料を１回の燃料噴射で噴射するようにポート噴射弁１６に操作信号ＭＳ２を出力してポート噴射弁１６を操作する（Ｓ３４）。

一方、ＣＰＵ５２は、マルチ噴射処理を実行する要求があると判定する場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、要求噴射量Ｑｄを分割して、吸気非同期噴射の噴射量である非同期噴射量Ｑｎｓと吸気同期噴射の噴射量である同期噴射量Ｑｓとを算出する（Ｓ１６）。ここで、ＣＰＵ５２は、回転速度ＮＥ、充填効率η、水温ＴＨＷおよび吸気位相差ＤＩＮに応じて、要求噴射量Ｑｄを分割する。詳しくは、回転速度ＮＥ、充填効率η、水温ＴＨＷおよび吸気位相差ＤＩＮを入力変数とし、同期噴射量Ｑｓを出力変数とするマップデータが予めＲＯＭ５４に記憶された状態で、ＣＰＵ５２により同期噴射量Ｑｓがマップ演算される。そしてＣＰＵ５２は、非同期噴射量Ｑｎｓを、要求噴射量Ｑｄから同期噴射量Ｑｓを減算した値とする。

なお、マップデータとは、入力変数の離散的な値と、入力変数の値のそれぞれに対応する出力変数の値と、の組データである。またマップ演算は、たとえば、入力変数の値がマップデータの入力変数の値のいずれかに一致する場合、対応するマップデータの出力変数の値を演算結果とし、一致しない場合、マップデータに含まれる複数の出力変数の値の補間によって得られる値を演算結果とする処理とすればよい。

次にＣＰＵ５２は、回転速度ＮＥ、充填効率η、水温ＴＨＷおよび吸気位相差ＤＩＮに基づき、たとえば圧縮上死点等の基準位置からの進角量として同期噴射開始時期Ｉｓを算出する（Ｓ１８）。これは、回転速度ＮＥ、充填効率η、水温ＴＨＷおよび吸気位相差ＤＩＮを入力変数とし、同期噴射開始時期Ｉｓを出力変数とするマップデータが予めＲＯＭ５４に記憶された状態で、ＣＰＵ５２により同期噴射開始時期Ｉｓがマップ演算されることにより実現できる。

このように、本実施形態では、同期噴射開始時期Ｉｓを、非同期噴射開始時期Ｉｎｓとは独立に設定する。これは、同期噴射開始時期Ｉｓが排気中のＰＮやＨＣに特に影響されやすいためである。

図５（ａ）には、非同期噴射開始時期Ｉｎｓや同期噴射開始時期Ｉｓを変化させたときのＰＮを示し、図５（ｂ）は、非同期噴射開始時期Ｉｎｓや同期噴射開始時期Ｉｓを変化させたときのＨＣ発生量を示す。ここで、白抜きのプロットは、非同期噴射開始時期Ｉｎｓを固定し、同期噴射開始時期Ｉｓを変化させたときのものであり、黒塗りのプロットは、同期噴射開始時期Ｉｓを固定し、非同期噴射開始時期Ｉｎｓを変化させたときのものである。また、○印、ひし形、四角、三角のプロットのそれぞれは、非同期噴射量Ｑｎｓと同期噴射量Ｑｓとの割合が、「８：２」，「７：３」，「６：４」，「５：５」のそれぞれに対応する。なお、黒塗りのプロットに併せて、シングル噴射時のＰＮおよびＨＣを併記した。

図５の白抜きのプロットに示されるように、同期噴射開始時期Ｉｓの変化によって、ＰＮやＨＣの発生量が大きく変化する。このため、本実施形態では、同期噴射開始時期Ｉｓを、ＰＮやＨＣの発生量を低減できる適切な値に設定する。

図４に戻り、ＣＰＵ５２は、同期噴射開始時期Ｉｓと同期噴射量Ｑｓから定まる吸気同期噴射の終了時期Ｉｓｅが遅角限界以上であるか否かを、すなわち、終了時期Ｉｓｅが遅角限界またはそれよりも進角側の値であるか否かを判定する（Ｓ２０）。ここで遅角限界は、ＰＮが顕著に増加することのない限界値である。すなわち、同期噴射の終了時期Ｉｓｅが過度に遅角側となるとシリンダ２０内壁面に燃料が付着しＰＮが増加する傾向がある。

ＣＰＵ５２は遅角限界未満であると判定する場合（Ｓ２０：ＮＯ）、Ｓ１４の処理に移行する一方、遅角限界以上であると判定する場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、非同期噴射量Ｑｎｓと回転速度ＮＥとに基づき非同期噴射のなされるクランク角度間隔である非同期噴射期間Ｔｎｓを算出する（Ｓ２２）。非同期噴射期間Ｔｎｓは、クランク角度間隔を次元とするものであるため、回転速度ＮＥを用いて算出される。

次にＣＰＵ５２は、非同期噴射期間Ｔｎｓと、インターバルＩＮと、同期噴射開始時期Ｉｓとの和を、インターバル確保時期Ｉｎｓｉに代入する（Ｓ２４）。インターバル確保時期Ｉｎｓｉは、吸気非同期噴射の終了タイミングと同期噴射開始時期Ｉｓとの間の時間間隔が、ポート噴射弁１６による噴射の開始、停止、再開が可能な最も小さいクランク角度間隔であるインターバルＩＮとなる噴射時期である。

次にＣＰＵ５２は、Ｓ１４の処理と同様の処理によって、シングル噴射開始時期Ｉ１を算出する（Ｓ２６）。そしてＣＰＵ５２は、非同期噴射開始時期Ｉｎｓに、インターバル確保時期Ｉｎｓｉと、基準開始時期Ｉｎｓｒと、シングル噴射開始時期Ｉ１とのうちの最も進角側の値を代入する（Ｓ２８）。

図６に、水温ＴＨＷに応じた、インターバル確保時期Ｉｎｓｉと、基準開始時期Ｉｎｓｒと、シングル噴射開始時期Ｉ１とを示す。図６に示すように、水温ＴＨＷがある程度高い領域では、基準開始時期Ｉｎｓｒが最も進角側の値となっている。一方、水温ＴＨＷが低い領域では、インターバル確保時期Ｉｎｓｉが最も進角側の値となっている。なお、本実施形態では、水温ＴＨＷが低い領域において部分的に基準開始時期Ｉｎｓｒがシングル噴射開始時期Ｉ１よりも遅角側となっているものの、基本的には、基準開始時期Ｉｎｓｒは、シングル噴射開始時期Ｉ１よりも進角側である。これは、マルチ噴射処理における吸気非同期噴射が、シングル噴射処理と比較して噴射量を小さくすることができることから、非同期噴射開始時期Ｉｎｓをシングル噴射開始時期Ｉ１と比較して進角させても吸気バルブ１８に付着する燃料量が少なくなり、霧化が妨げられにくいためである。なお、図５（ａ）における黒塗りの○印には、マルチ噴射処理の非同期噴射開始時期Ｉｎｓをシングル噴射時よりも進角させることにより、ＰＮを低減できることが示されている。

図４に戻り、ＣＰＵ５２は、非同期噴射開始時期Ｉｎｓが進角限界Ｉｔｈ以下であるか否かを判定する（Ｓ３０）。進角限界は、たとえばベース噴射量Ｑｂの算出に用いる閉弁時流入空気量Ｍｃの予測精度が許容範囲となる非同期噴射開始時期Ｉｎｓの上限値に設定されている。ＣＰＵ５２は、非同期噴射開始時期Ｉｎｓが進角限界Ｉｔｈよりも大きいと判定する場合（Ｓ３０：ＮＯ）、Ｓ１４の処理に移行する一方、進角限界Ｉｔｈ以下であると判定する場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、非同期噴射開始時期Ｉｎｓがインターバル確保時期Ｉｎｓｉと一致するか否かを判定する（Ｓ３２）。そして、ＣＰＵ５２は、インターバル確保時期Ｉｎｓｉと一致すると判定する場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、非同期噴射開始時期Ｉｎｓにおいて非同期噴射量Ｑｎｓの燃料を噴射し、同期噴射開始時期Ｉｓにおいて同期噴射量Ｑｓの燃料を噴射すべく、ポート噴射弁１６に操作信号ＭＳ２を出力してポート噴射弁１６を操作する（Ｓ３４）。

これに対しＣＰＵ５２は、非同期噴射開始時期Ｉｎｓがインターバル確保時期Ｉｎｓｉと一致しないと判定する場合（Ｓ３２：ＮＯ）、今回の非同期噴射開始時期Ｉｎｓ（ｎ）が前回の非同期噴射開始時期Ｉｎｓ（ｎ−１）よりも大きいか否かを判定する（Ｓ３６）。ここで、前回、シングル噴射処理を実行している場合、前回の非同期噴射開始時期Ｉｎｓ（ｎ−１）には、前回のシングル噴射開始時期Ｉ１が代入される。そしてＣＰＵ５２は、前回の非同期噴射開始時期Ｉｎｓ（ｎ−１）以下であると判定する場合（Ｓ３６：ＮＯ）、非同期噴射開始時期Ｉｎｓにおいて非同期噴射量Ｑｎｓの燃料を噴射し、同期噴射開始時期Ｉｓにおいて同期噴射量Ｑｓの燃料を噴射すべく、ポート噴射弁１６に操作信号ＭＳ２を出力してポート噴射弁１６を操作する（Ｓ３４）。一方、ＣＰＵ５２は、前回の非同期噴射開始時期Ｉｎｓ（ｎ−１）よりも大きいと判定する場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）、今回の非同期噴射開始時期Ｉｎｓ（ｎ）と前回の非同期噴射開始時期Ｉｎｓ（ｎ−１）との指数移動平均処理値を、今回の非同期噴射開始時期Ｉｎｓ（ｎ）に代入する（Ｓ３８）。この処理は、非同期噴射開始時期Ｉｎｓの急激な変化を抑制する徐変処理である。

図７に、シングル噴射処理とマルチ噴射処理との２つの処理のうちの１つの処理から残りの１つの処理に切り替える際、徐変処理を実行しない場合の空燃比Ａｆの変動を示す。図７には、時刻ｔ１においてシングル噴射処理からマルチ噴射処理に切り替えられ、時刻ｔ２においてマルチ噴射処理からシングル噴射処理に切り替える場合を示している。また、図７には、前回の空燃比Ａｆの変化量ΔＡｆを示している。図７に示されるように、非同期噴射開始時期Ｉｎｓの方が、シングル噴射開始時期Ｉ１よりも進角側である場合、マルチ噴射処理とシングル噴射処理との２つの処理のうちの１つの処理から残りの１つの処理に切り替える際、徐変処理を実行しないと空燃比Ａｆの変動が顕著となる。これは、非同期噴射開始時期Ｉｎｓをシングル噴射開始時期Ｉ１よりも進角させることに起因して、吸気通路１２に付着する燃料量が変化することが主な理由であると推察される。

図４のＳ３６の処理は、主にシングル噴射処理からマルチ噴射処理に切り替えられることによって、シングル噴射開始時期Ｉ１と非同期噴射開始時期Ｉｎｓとのギャップが大きい場合に、ギャップを低減するための処理である。ちなみに、マルチ噴射処理からシングル噴射処理への切り替え時については、図４には示されていないが、シングル噴射開始時期Ｉ１と非同期噴射開始時期Ｉｎｓとのギャップが大きい場合には徐変処理を実行することが望ましい。

ＣＰＵ５２は、Ｓ３４の処理を完了する場合、図４に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
ＣＰＵ５２は、マルチ噴射処理を実行する場合、インターバル確保時期Ｉｎｓｉと、基準開始時期Ｉｎｓｒと、シングル噴射開始時期Ｉ１とのうちの最も進角側の時期を、非同期噴射開始時期Ｉｎｓとする。これにより、非同期噴射開始時期Ｉｎｓは、原則、シングル噴射開始時期Ｉ１よりも進角側となる。このため、非同期噴射開始時期Ｉｎｓを、シングル噴射開始時期Ｉ１に一致させる場合と比較すると、非同期噴射開始時期Ｉｎｓから燃焼行程までの時間間隔を長くすることができることから、燃料の霧化を促進することができる。

また、ＣＰＵ５２は、図８（ａ）に示すように、時刻ｔ１にシングル噴射処理からマルチ噴射処理に切り替える場合において、非同期噴射開始時期Ｉｎｓがインターバル確保時期Ｉｎｓｉである場合には、非同期噴射開始時期Ｉｎｓをステップ的にインターバル確保時期Ｉｎｓｉに移行させる。これにより、吸気非同期噴射の終了タイミングと同期噴射開始時期Ｉｓとの間の時間間隔を十分に確保することができる。このため、吸気非同期噴射のためのポート噴射弁１６の操作の終了に伴ってポート噴射弁１６が閉弁する前に吸気同期噴射のための操作によってポート噴射弁１６が開弁状態に維持される事態が生じることが十分に抑制される。上記ポート噴射弁１６が開弁状態に維持されることによる空燃比の制御性の低下は、噴射開始時期をステップ的に変化させることによる空燃比の制御性の低下よりも大きい。このため、インターバルＩＮを確保することは、空燃比の制御性の低下を抑制することにつながる。

一方、図８（ｂ）には、ＣＰＵ５２により時刻ｔ１にシングル噴射処理からマルチ噴射処理に切り替える場合において、インターバル確保時期Ｉｎｓｉがシングル噴射開始時期Ｉ１よりも遅角側であって基準開始時期Ｉｎｓｒがシングル噴射開始時期Ｉ１よりも進角側である場合を示す。この場合、ＣＰＵ５２は、非同期噴射開始時期Ｉｎｓを徐々に基準開始時期Ｉｎｓｒに近づける徐変処理を実行する。これにより、吸気通路１２に付着する燃料量が急激に減少し、燃焼室２４内に供給される燃料量が急激に増加することが抑制される。なお、燃焼室２４内の空燃比が目標値に対してわずかにリッチ側にずれることによる触媒３４への影響は、空燃比フィードバック制御によって補償される。

＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図９に、本実施形態にかかる噴射弁操作処理Ｍ３６の手順を示す。図９に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、図９において、図４に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

図９に示す一連の処理において、ＣＰＵ５２は、Ｓ３６の処理において肯定判定する場合、インターバル確保時期Ｉｎｓｉが前回の非同期噴射開始時期Ｉｎｓ（ｎ−１）よりも大きいか否かを判定する（Ｓ４０）。そして、ＣＰＵ５２は、前回の非同期噴射開始時期Ｉｎｓ（ｎ−１）よりも大きいと判定する場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、非同期噴射開始時期Ｉｎｓにインターバル確保時期Ｉｎｓｉを代入し（Ｓ４２）、Ｓ３４の処理に移行する。一方、ＣＰＵ５２は、前回の非同期噴射開始時期Ｉｎｓ（ｎ−１）以下であると判定する場合（Ｓ４０：ＮＯ）、Ｓ３８の処理に移行する。

ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
ＣＰＵ５２は、図１０に示すように、時刻ｔ１にシングル噴射処理からマルチ噴射処理に切り替える。ここで、ＣＰＵ５２は、インターバル確保時期Ｉｎｓｉがシングル噴射開始時期Ｉ１よりも進角側であって基準開始時期Ｉｎｓｒがインターバル確保時期Ｉｎｓｉよりも進角側である場合、非同期噴射開始時期Ｉｎｓをステップ状にインターバル確保時期Ｉｎｓｉとする。そして、ＣＰＵ５２は、次回以降において非同期噴射開始時期Ｉｎｓを基準開始時期Ｉｎｓｒへと徐々に進角させる。これにより、吸気同期噴射の噴射終了タイミングと同期噴射開始時期Ｉｓとの間の時間間隔を確実に確保しつつも、噴射開始時期の急変を極力抑制することができる。

＜第３の実施形態＞
以下、第３の実施形態について、第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１１に、本実施形態にかかる噴射弁操作処理Ｍ３６の手順を示す。図１１に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、図１１において、図９に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

図１１に示す一連の処理において、ＣＰＵ５２は、Ｓ２６の処理が完了すると、回転速度ＮＥおよび水温ＴＨＷに基づき基準開始時期Ｉｎｓｒを算出し（Ｓ４４）、Ｓ２８の処理に移行する。ここで、ＣＰＵ５２は、回転速度ＮＥが高い場合に低い場合よりも基準開始時期Ｉｎｓｒをより進角側の値に算出する。これは、回転速度ＮＥが高い場合には低い場合よりも、同一回転角度の回転に要する時間が短くなるため、基準開始時期Ｉｎｓｒを固定値とする場合、回転速度ＮＥが高い場合に非同期噴射開始時期Ｉｎｓと燃焼行程との間の時間間隔が短くなるためである。さらに、回転速度ＮＥが高い場合には、非同期噴射開始時期Ｉｎｓを進角させても、それ以前に算出された閉弁時流入空気量Ｍｃが、実際の燃焼行程において燃焼室２４内で燃焼対象となる新気量の予測値として精度を確保できる。

また、ＣＰＵ５２は、水温ＴＨＷが過度に低い場合には、非同期噴射開始時期Ｉｎｓを進角させても霧化に寄与しにくいため、水温ＴＨＷが低い場合には高い場合よりも基準開始時期Ｉｎｓｒを遅角側とする。

＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。［１］燃料噴射処理は、Ｓ１２〜Ｓ１６およびＳ３４の処理に対応する。進角処理は、図４のＳ１８〜Ｓ３２，Ｓ３６，Ｓ３８の処理、図９のＳ１８〜Ｓ３２，Ｓ３６，Ｓ３８，Ｓ４０，Ｓ４２の処理、および図１１のＳ１８〜Ｓ３２，Ｓ３６，Ｓ３８，Ｓ４０〜Ｓ４４の処理に対応する。［２］同期開始算出処理は、Ｓ１８の処理に対応する。確保時期算出処理は、Ｓ２４の処理に対応する。決定処理は、Ｓ２８の処理に対応する。［３］非同期開始時期算出処理は、Ｓ４４の処理に対応する。［４］Ｓ４０の処理において肯定判定される場合にＳ４２の処理を実行することと、図１０とに対応する。また、「Ｉｎｓｉ＞Ｉｎｓ（ｎ−１）」であってＳ３２の処理において肯定判定される場合の処理に対応する。［５］図４において「Ｉｎｓｉ≦Ｉｎｓ（ｎ−１）」である場合のＳ３８の処理や、図９および図１１においてＳ４０の処理において否定判定される場合のＳ３８の処理に対応する。［６］要求噴射量算出処理は、Ｓ１０の処理に対応する。

＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・「決定処理について」
決定処理としては、インターバル確保時期Ｉｎｓｉと、シングル噴射開始時期Ｉ１と、基準開始時期Ｉｎｓｒとのうちの最も進角側のタイミングに決定する処理に限らない。たとえば、インターバル確保時期Ｉｎｓｉと基準開始時期Ｉｎｓｒとの２つのタイミングのうちの最も進角側のタイミングに決定する処理であってもよい。

・「非同期開始時期算出処理について」
図１１のＳ４４の処理では、基準開始時期Ｉｎｓｒを、回転速度ＮＥおよび水温ＴＨＷに基づき可変設定したが、これに限らない。たとえば、回転速度ＮＥおよび水温ＴＨＷの２つのパラメータについてはそれらのうちいずれか１つのみに基づき可変設定してもよい。

・「進角処理について」
たとえば、基準開始時期ＩｎｓｒをインターバルＩＮを確保可能な時期に設定しておくなら、Ｓ２８の処理を実行せず、基準開始時期Ｉｎｓｒを非同期噴射開始時期Ｉｎｓとしてもよい。

上記実施形態では、Ｓ２８の処理によって決定した非同期噴射開始時期Ｉｎｓが前回の非同期噴射開始時期Ｉｎｓ（ｎ−１）よりも進角側であることを条件に、Ｓ２８の処理によって決定した非同期噴射開始時期Ｉｎｓへと徐変させる処理を実行したがこれに限らない。たとえば前回の非同期噴射開始時期Ｉｎｓ（ｎ−１）よりも進角側である度合いが小さい場合には、Ｓ２８の処理によって決定した非同期噴射開始時期Ｉｎｓを採用しても空燃比のずれは小さいと考えられる。さらに、下記「要求噴射量Ｑｄについて」の欄に記載したように噴射開始時期の変化に応じたフィードフォワード補正量にてベース噴射量を補正することとし、Ｓ２８の処理によって決定した非同期噴射開始時期Ｉｎｓを最終的な非同期噴射開始時期Ｉｎｓとして常時採用してもよい。

・「要求噴射量Ｑｄについて」
要求噴射量Ｑｄとしては、フィードバック補正係数によってベース噴射量Ｑｂが補正されたものに限らない。たとえば、ベース噴射量Ｑｂが水温ＴＨＷに応じた低温増量係数によって補正されたものであってもよい。またたとえば、充填効率ηが大きく変化する場合、吸気通路１２に付着する燃料量が大きく変化することに鑑み、付着する燃料量の変化を補償するフィードフォワード補正量にてベース噴射量Ｑｂをさらに補正したものとしてもよい。さらに、たとえば噴射開始時期の変化に起因して吸気通路１２に付着する燃料量が変化することによる燃焼室２４内に供給される燃料量の変化を抑制するフィードフォワード補正量にてベース噴射量を補正したものとしてもよい。

ベース噴射量Ｑｂを、エアモデルに基づき予測された閉弁時流入空気量Ｍｃに基づき算出すること自体、必須ではない。たとえば、回転速度と吸入空気量Ｇａとを入力変数とし充填効率ηを出力変数とするマップデータが予めＲＯＭ５４に記憶された状態でＣＰＵ５２により充填効率ηをマップ演算し、同充填効率ηに基づきベース噴射量Ｑｂを算出してもよい。この場合であっても、ベース噴射量Ｑｂを算出する際の入力となる充填効率ηが実際に燃焼に供される混合気中の新気量を精度良く表現できるためには、非同期噴射開始時期Ｉｎｓの進角量を制限することが望ましい。

・「吸気同期噴射について」
上記実施形態では、吸気同期噴射として、吸気バルブ１８が開弁する直前に同期噴射開始時期Ｉｓが設定されるものを例示したがこれに限らず、吸気バルブ１８の開弁開始時期後であって吸気バルブ１８が開弁しているときに同期噴射開始時期Ｉｓが設定されるものであってもよい。

なお、吸気同期噴射としては、同期噴射開始時期Ｉｓを算出し、その後、同期噴射開始時期Ｉｓによって噴射終了時期が定まる処理であってもよいが、これに限らない。たとえば、ポート噴射弁１６から噴射された燃料のうち最も遅いタイミングで噴射された燃料が吸気バルブ１８の閉弁期間における位置に到達するタイミングの目標値である到達終了時期を算出し、到達終了時期と同期噴射量Ｑｓと回転速度ＮＥとに基づき、同期噴射開始時期Ｉｓを算出してもよい。この場合であっても、吸気同期噴射は、吸気バルブ１８の開弁期間に同期して燃料を噴射するものである。

詳しくは、吸気同期噴射は、ポート噴射弁１６から噴射された燃料が吸気バルブ１８の開弁前の位置に到達する期間が吸気バルブ１８の開弁期間に収まるように燃料を噴射するものである。ここで、「到達する期間」の始点は、ポート噴射弁１６から噴射された燃料のうちの最も早いタイミングで噴射された燃料が開弁前の位置に到達するタイミングであり、終点は、ポート噴射弁１６から噴射された燃料のうちの最も遅いタイミングで噴射された燃料が開弁前の位置に到達するタイミングである。これに対し、吸気非同期噴射は、ポート噴射弁１６から噴射された燃料が吸気バルブ１８が開弁する前に吸気バルブ１８に到達するように燃料を噴射するものである。換言すれば、吸気非同期噴射は、ポート噴射弁１６から噴射された燃料が、吸気バルブ１８が開弁するまでは吸気通路１２内で滞留し、開弁した後に燃焼室２４内に流入する噴射である。なお、吸気非同期噴射は、ポート噴射弁１６から噴射された燃料が吸気バルブ１８の開弁前の位置に到達する期間が吸気バルブ１８の閉弁期間に収まるように燃料を噴射するものであることが望ましい。

なお、図１２（ａ）には、吸気非同期噴射や吸気同期噴射の上記到達終了時期を変化させたときのＰＮを示し、図１２（ｂ）は、吸気非同期噴射や吸気同期噴射の上記到達終了時期を変化させたときのＨＣ発生量を示す。ここで、白抜きのプロットは、吸気非同期噴射の到達終了時期を固定し、吸気同期噴射の到達終了時期を変化させたときのものであり、黒塗りのプロットは、吸気同期噴射の到達終了時期を固定し、吸気非同期噴射の到達終了時期を変化させたときのものである。また、○印、ひし形、四角、三角のプロットのそれぞれは、非同期噴射量Ｑｎｓと同期噴射量Ｑｓとの割合が、「８：２」，「７：３」，「６：４」，「５：５」のそれぞれに対応する。

図１２の白抜きのプロットに示されるように、吸気同期噴射の到達終了時期の変化によって、ＰＮやＨＣの発生量が大きく変化する。
・「シングル噴射処理について」
上記実施形態では、シングル噴射処理を、吸気バルブ１８の開弁前にすべての燃料の噴射を終了するものとしたがこれに限らない。たとえば、ベース噴射量Ｑｂが大きい場合には、噴射の終了タイミングが吸気バルブ１８の開弁タイミングよりも遅角側となることがあってもよい。ただし、ベース噴射量Ｑｂが過度に大きくない限り、ポート噴射弁１６から噴射された燃料が吸気バルブ１８の開弁前の位置に到達する期間が吸気バルブ１８の閉弁期間に収まるように燃料を噴射するものであることが望ましい。

・「要求噴射量Ｑｄの分割手法について」
上記実施形態では、回転速度ＮＥ、充填効率η、水温ＴＨＷおよび吸気位相差ＤＩＮに基づき、要求噴射量Ｑｄの燃料を、同期噴射量Ｑｓと非同期噴射量Ｑｎｓとに分割したが、これに限らない。たとえば、燃焼室２４内に充填される新気量を示すパラメータである負荷パラメータとして、充填効率ηに代えて、要求噴射量Ｑｄを用いてもよい。また、負荷パラメータと回転速度ＮＥと水温ＴＨＷと吸気位相差ＤＩＮとの４つのパラメータについては、それらのうちの３つパラメータのみに基づき可変設定したり、２つのパラメータのみに基づき可変設定したり、１つのパラメータのみに基づき可変設定したりしてもよい。なお、上記４つのパラメータ以外にたとえば、吸気圧や、吸入空気の流速を用いてもよい。ただし、上記４つのパラメータによれば、吸気圧や吸入空気の流速を把握することができる。

・「エアモデルについて」
閉弁時流入空気量Ｍｃを予測するためのエアモデルとしては、図２に例示したものに限らない。たとえば、定常値補正処理Ｍ３０および吸気弁モデルＭ３４を備えず、吸気弁モデルＭ２８の出力する閉弁時流入空気量Ｍｃ１を噴射弁操作処理Ｍ３６の入力としてもよい。

・「吸気バルブの特性可変装置について」
吸気バルブ１８の特性を変更する特性可変装置としては、吸気側バルブタイミング調整装置４４に限らない。たとえば、吸気バルブ１８のリフト量を変更するものであってもよい。この場合、吸気バルブ１８のバルブ特性を示すパラメータは、吸気位相差ＤＩＮに代えて、リフト量等となる。

・「制御装置について」
制御装置がＣＰＵ５２とＲＯＭ５４とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路（たとえばＡＳＩＣ等）を備えてもよい。すなわち、制御装置は、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの構成であればよい。（ａ）上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するＲＯＭ等のプログラム格納装置とを備える。（ｂ）上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。（ｃ）上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、１または複数のソフトウェア処理回路および１または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。

・「そのほか」
上記実施形態では、Ｓ３０の処理における進角限界Ｉｔｈを、燃焼室２４内に充填される新気量の予測精度に応じて設定したが、これに限らない。たとえば、１燃焼サイクル前の吸気同期噴射の終了タイミングに対してインターバルＩＮだけ遅延したタイミングに設定してもよい。

内燃機関１０が吸気バルブ１８の特性を変更する特性可変装置を備えることは必須ではない。内燃機関１０がスロットルバルブ１４を備えることは必須ではない。

１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…スロットルバルブ、１６…ポート噴射弁、１８…吸気バルブ、２０…シリンダ、２２…ピストン、２４…燃焼室、２６…点火装置、２８…クランク軸、３０…排気バルブ、３２…排気通路、３４…触媒、３８…タイミングチェーン、４０…吸気側カム軸、４２…排気側カム軸、４４…吸気側バルブタイミング調整装置、５０…制御装置、５２…ＣＰＵ、５４…ＲＯＭ、５６…電源回路、６０…クランク角センサ、６２…エアフローメータ、６４…スロットルセンサ、６６…空燃比センサ、６８…吸気側カム角センサ、７０…水温センサ、７２…大気圧センサ。

Claims (6)

1. 吸気通路に燃料を噴射するポート噴射弁を備える内燃機関に適用され、
   吸気バルブの開弁期間に同期して燃料を噴射する吸気同期噴射と、前記吸気同期噴射よりも進角側のタイミングにて燃料を噴射する吸気非同期噴射とを、前記ポート噴射弁を操作して前記吸気非同期噴射および前記吸気同期噴射の順に順次実行するマルチ噴射処理と、前記ポート噴射弁を操作して前記吸気非同期噴射のみを実行して且つ燃料噴射期間の大半が前記吸気バルブの開弁タイミングよりも前となるシングル噴射処理との２つの処理のうちのいずれか１つの処理を選択して実行する燃料噴射処理と、
   前記シングル噴射処理から前記マルチ噴射処理に切り替える場合、切り替え前における前記シングル噴射処理による噴射開始時期よりも前記吸気非同期噴射の噴射開始時期を進角させる進角処理と、を実行する内燃機関の制御装置。
2. 前記マルチ噴射処理における前記吸気同期噴射の噴射開始時期を算出する同期開始算出処理を実行し、
   前記進角処理は、
   前記吸気同期噴射の噴射開始時期から所定の間隔だけ進角したタイミングで前記吸気非同期噴射を終了するための前記吸気非同期噴射の噴射開始時期であるインターバル確保時期を算出する確保時期算出処理と、
   前記吸気非同期噴射の基準開始時期と、前記インターバル確保時期とのうちの進角側の時期に基づき、前記吸気非同期噴射の噴射開始時期を決定する決定処理と、を含む請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記進角処理は、前記内燃機関のクランク軸の回転速度が高い場合に低い場合よりも前記基準開始時期を進角したタイミングに算出する処理である非同期開始時期算出処理を含む請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記進角処理は、前記インターバル確保時期が、前記吸気非同期噴射の噴射開始時期の前回の値よりも進角側である場合、前記吸気非同期噴射の噴射開始時期の今回の値を前記インターバル確保時期までステップ的に進角させる処理を含む請求項２または３記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記進角処理は、前記決定処理によって決定された噴射開始時期が前記吸気非同期噴射の噴射開始時期の前回の値よりも進角側であって且つ前記インターバル確保時期が前記前回の値よりも進角側にない場合、前記吸気非同期噴射の噴射開始時期を前記決定処理によって決定された噴射開始時期へと徐変させる処理を含む請求項２〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関の燃焼室に充填される新気量に基づき、空燃比を目標空燃比に制御するための要求噴射量を算出する要求噴射量算出処理を実行し、
   前記マルチ噴射処理は、前記要求噴射量を、前記吸気同期噴射の噴射量と前記吸気非同期噴射の噴射量とに分割する処理を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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