JP7152915B2 - 燃料噴射制御装置及び燃料噴射制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポート噴射式内燃機関の各気筒における複数の吸気ポートの各々に備えられた燃料噴射弁のポート噴射を制御する燃料噴射制御装置及び燃料噴射制御方法に関する。

従来の燃料噴射制御装置及び燃料噴射制御方法として、例えば特許文献１に記載されるように、ポート噴射式内燃機関の各気筒における２つの吸気ポートの各々に備えられた燃料噴射弁のポート噴射を制御するものが知られている。そして、２つの吸気ポートのうち一方の吸気ポートについて備えられた第１燃料噴射弁は、吸気ポートの底壁に向けて燃料を噴射するように構成されている。また、他方の吸気ポートについて備えられた第２燃料噴射弁は、吸気バルブの傘部に向けて燃料を噴射するように構成されている。

特開２０１１－１４９３３３号公報

ところで、ポート噴射式内燃機関では、燃費改善を図る観点から、噴射燃料の筒内直入率及び筒内均質度を向上させる必要性が高まっている。このため、ポート噴射式内燃機関において上記の第１及び第２燃料噴射弁から噴射される燃料を微粒化及び低ペネトレーション化した燃料噴霧とし、かかる燃料噴霧を吸入空気の流れに乗せ易くすることが考えられる。

第１燃料噴射弁からの燃料噴霧は、吸入空気と衝突して吸入空気の流れ方向に偏るので、吸入空気量が増大するに従って吸入空気の流れに乗せ易くなる。また、第２燃料噴射弁からの燃料噴霧では、第１燃料噴射弁からの燃料噴霧と比較すると、噴射による運動量に占める吸入空気の流れ方向成分が大きい。このため、第２燃料噴射弁からの燃料噴霧は、吸入空気量が減少するに従って、噴射による運動量に占める吸入空気の流れ方向成分が増幅され難くなるので、吸入ポートの湾曲部において吸入空気の流れから逸脱し難くなる。

しかし、第１燃料噴射弁からの燃料噴霧は、吸入空気量が減少するに従って、吸入空気の流れ方向への偏りが低下するので、噴射方向により近い方向へ進行してポート底壁へ付着し易くなる。また、第２燃料噴射弁からの燃料噴霧は、吸入空気量が増大するに従って、噴射による運動量に占める吸入空気の流れ方向成分が増幅され易くなるので、吸入ポートの湾曲部において吸入空気の流れから逸脱してポート壁に付着し易くなる。このように、吸入空気量の増大時及び減少時のいずれにおいてもポート壁へ燃料が付着し易い状況が発生するため、内燃機関の燃費改善を十分に図ることができなくなるおそれがある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、複数の吸気ポートの各々について備えられた燃料噴射弁が互いに異なる燃料噴射の指向性を有するポート噴射式内燃機関の燃費改善効果を向上させる燃料噴射制御装置及び燃料噴射制御方法を提供することを目的とする。

このため、本発明に係る燃料噴射制御装置及び燃料噴射制御方法は、内燃機関の各気筒における複数の吸気ポートの各々に備えられた燃料噴射弁の吸気行程と同期したポート噴射を制御するものであって、複数の吸気ポートのうち一部の第１吸気ポートに備えられた第１燃料噴射弁の燃料噴射方向が、第１吸気ポート以外の第２吸気ポートに備えられた第２燃料噴射弁の燃料噴射方向と比較して、吸入空気の流れ方向から乖離し、第１燃料噴射弁の燃料噴射方向及び第２燃料噴射弁の燃料噴射方向と内燃機関の吸入空気量又は該吸入空気量に関連する物理量とに基づいて、第１燃料噴射弁及び第２燃料噴射弁の噴射分担率を設定し、第１燃料噴射弁の噴射分担率に応じて算出した燃料噴射期間が吸気行程を超えて排気行程に跨るときに、排気行程における第１燃料噴射弁の燃料噴射期間に応じて第１燃料噴射弁の噴射分担率の減少補正を行うとともに、減少補正に伴って、第２燃料噴射弁の噴射分担率の増大補正を行う。

本発明に係る燃料噴射制御装置及び燃料噴射制御方法によれば、複数の吸気ポートの各々について備えられた燃料噴射弁が互いに異なる燃料噴射の指向性を有するポート噴射式内燃機関の燃費改善効果を向上させることができる。

燃料噴射制御装置を適用した内燃機関の一例を示すシステム図である。 図１の内燃機関における燃料噴射弁の配置を模式的に示す説明図である。 燃料噴射制御装置の内部構成の一例を示すブロック図である。 燃料噴射弁の燃料噴射方向の一例を示す説明図であり、（ａ）は第１燃料噴射弁、（ｂ）は第２燃料噴射弁である。 低吸入空気量での燃料噴霧状態を模式的に示す説明図であり、（ａ）は第１燃料噴射弁、（ｂ）は第２燃料噴射弁である。 高吸入空気量での燃料噴霧状態を模式的に示す説明図であり、（ａ）は第１燃料噴射弁、（ｂ）は第２燃料噴射弁である。 第１及び第２吸気ポートの燃料付着割合を示す説明図である。 第１及び第２燃料噴射弁の噴射分担率を示す説明図である。 燃料噴射制御処理の一例を示すフローチャートである。 燃料噴射タイミングの第１例を示す説明図である。 燃料噴射タイミングの第２例を示す説明図である。 吸入空気量の推定方法を示す説明図である。 燃料噴射弁の燃料噴射の指向性を説明する説明図である。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。図１は、本発明の燃料噴射制御装置を適用した車両用の内燃機関の一例を示すシステム図であり、図２は、図１の内燃機関における燃料噴射弁の配置を模式的に示す説明図である。

内燃機関１０は、吸気ポート内に燃料噴射を行う４サイクルのポート噴射式内燃機関である。ポート噴射式内燃機関においては、燃費改善を図る観点から、燃料噴射弁から噴射された燃料の筒内直入率及び筒内均質度を向上させることが一案として考えられる。そこで、内燃機関１０では、燃料噴射弁から噴射される燃料を微粒化及び低ペネトレーション化した燃料噴霧とし、かかる燃料噴霧を吸入空気の流れに乗せるようにしている。このため、内燃機関１０において、少なくとも燃料噴霧の微粒化に対応して小径化した噴孔を有する燃料噴射弁を用いることができるように、２つの燃料噴射弁に要求噴射量の燃料噴射を分担させている。

内燃機関１０において、空気を吸入する吸気管１２は、下流において第１吸気ポート１４及び第２吸気ポート１６に分岐接続され、第１吸気ポート１４及び第２吸気ポート１６の下流端はそれぞれ独立して気筒１８に開口する。第１吸気ポート１４が気筒１８に開口する部分を第１吸気口１４ａといい、第２吸気ポート１６が気筒１８に開口する部分を第２吸気口１６ａというものとする。第１及び第２吸気口１４ａ，１６ａにはそれぞれ吸気バルブ２０が介装されている。吸気バルブ２０は、内燃機関１０のクランクシャフト（図示省略、以下同様）の回転に連動して第１及び第２吸気口１４ａ，１６ａの開口方向に往復動することで、傘部２０ａにより第１吸気口１４ａ及び第２吸気口１６ａを所定タイミングで開閉する。なお、吸気ポート１４及び吸気ポート１６は互いに略同一の形状を有し、吸気管１２から吸気ポート１４，１６に分流した吸入空気は互いに略同一の流量になるものとする。

また、２つの独立した第１排気ポート２２及び第２排気ポート２４の上流端が気筒１８に開口し、第１排気ポート２２及び第２排気ポート２４は下流側で合流して排気管（図示省略）に接続される。第１排気ポート２２が気筒１８に開口する部分を第１排気口２２ａといい、第２排気ポート２４が気筒１８に開口する部分を第２排気口２４ａというものとする。第１排気口２２ａ及び第２排気口２４ａには排気バルブ２６が介装されている。排気バルブ２６は、内燃機関１０のクランクシャフトの回転に連動して第１及び第２排気口２２ａ，２４ａの開口方向に往復動することで、吸気バルブ２０とは異なる所定タイミングで、傘部２６ａにより第１排気口２２ａ及び第２排気口２４ａを開閉する。

内燃機関１０は、第１吸気ポート１４内に向けて燃料を噴射する第１燃料噴射弁２８と、第２吸気ポート１６内に向けて燃料を噴射する第２燃料噴射弁３０と、を備えている。燃料噴射弁２８，３０は、例えば、吸気ポート１４，１６のうち対応する吸気ポートの近傍、あるいは吸気管１２に取り付けられる。燃料噴射弁２８，３０は、電磁コイルの磁気吸引力によって弁体をリフトさせることで開弁して全開状態となり磁気吸引力の消失によって全閉状態となる電磁式燃料噴射弁である。このように、２つの燃料噴射弁２８，３０を用いることで燃料噴射弁１つ当たりの燃料噴射量を低減できるので、小径化した噴孔を有する燃料噴射弁を用いることができる。

燃料噴射弁２８，３０は、これらから噴射される燃料を微粒化するための種々の微粒化促進手段を有することができる。例えば、特開２０１７－２１０９０７号公報に記載されているように、燃料噴射弁２８，３０には、燃料が弁体から噴孔に向かう過程で燃料に旋回流を生起させ、ひいては、噴射燃料に旋回流を生起させる旋回室または溝が形成されている。また、特開２０１７－０３１９５２号公報に記載されているように、燃料噴射弁２８，３０の各々には、主噴孔及び副噴孔が形成され、主噴孔から噴射された燃料と副噴孔から噴射された燃料とを衝突させることで微粒化を促進するように構成されている。

微粒化促進手段は、燃料噴射弁２８，３０に備えられたものに限らず、燃料噴射弁２８，３０と別体で備えられてもよい。例えば、特開２０１７－１３３４４３号公報に記載されているように、内燃機関１０には、燃料噴射弁２８，３０とは別に、空気等の流体を噴射する機能を有する流体噴射弁が備えられる。これにより、燃料噴射弁２８，３０から噴射した燃料と流体噴射弁から噴射した流体とのせん断力により噴射燃料を微粒化している。

燃料噴射弁２８，３０には、燃料タンク３２内の燃料（ガソリン）が燃料ポンプ３４によって圧送されるようになっており、燃料の供給圧は、燃料ポンプ３４の吐出量（モータ回転速度）の制御によって、低ペネトレーション噴霧に応じた目標圧に制御される。燃料噴射弁２８，３０が開弁したときの開度は一定（全開）であるので、燃料の供給圧が一定に保たれることで、燃料噴射弁２８，３０の燃料噴射量は、開弁により燃料噴射を開始してから閉弁により燃料噴射を終了するまでの期間である噴射期間に比例する。

燃料噴射弁２８，３０からそれぞれ吸気ポート１４，１６に噴射された燃料は、吸気バルブ２０が開弁しているときにピストン３８が下降することで、吸入空気とともに気筒１８内の燃焼室３６に吸引される。燃焼室３６に吸引された燃料及び空気は、吸気バルブ２０及び排気バルブ２６が閉弁した状態でピストン３８の上昇によって圧縮され、点火プラグ４０の火花点火によって着火して燃焼する。燃焼室３６における燃焼後の排気は、排気バルブ２６の開弁により、第１排気ポート２２及び第２排気ポート２４から排出される。

燃料噴射弁２８，３０、燃料ポンプ３４及び点火プラグ４０は、エンジンコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」という）４２によって駆動制御される。図３に示すように、ＥＣＵ４２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサ４２Ａを有している。また、ＥＣＵ４２は、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリ４２Ｂと、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリ４２Ｃと、外部デバイスとのインタフェースとなる入出力部４２Ｄと、を有している。ＥＣＵ４２において、プロセッサ４２Ａ、不揮発性メモリ４２Ｂ、揮発性メモリ４２Ｃ及び入出力部４２Ｄは、通信バス４２Ｅによって相互に通信可能に接続される。

プロセッサ４２Ａは、不揮発性メモリ４２Ｂに格納された制御プログラムを揮発性メモリ４２Ｃに読み出すことで制御プログラムを実行する。また、入出力部４２Ｄは、内燃機関１０の運転状態を示す各種センサの出力信号を入力する。各種センサとして、内燃機関１０のクランクシャフトの回転に同期する回転パルス信号Ｓ_NEを出力するクランク角センサ４４、内燃機関１０の冷却水温度を示す温度検出信号Ｓ_TWを出力する水温センサ４６、内燃機関１０の吸入空気量を示す流量検出信号Ｓ_Qを出力するエアフローセンサ４８等を設けてある。そして、プロセッサ４２Ａは、制御プログラムの実行により、内燃機関１０の運転状態に基づいて、燃料噴射弁２８，３０、燃料ポンプ３４及び点火プラグ４０の駆動を制御している。特に、ＥＣＵ４２は、内燃機関１０の制御装置の一機能として、燃料噴射弁２８，３０の燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置を構成する。

燃料噴射制御装置としてのＥＣＵ４２は、燃料噴射弁２８，３０の噴射期間を噴射パルス幅とした噴射パルス信号（指示信号）を出力することで、燃料噴射弁２８，３０の弁体を開弁するタイミング及び期間を制御する。

図４は、燃料噴射弁２８，３０の燃料噴射方向の一例を示す。図中では吸気バルブ２０の傘部２０ａは点線で示されているが、他の部分は省略されている。以下の図５及び図６において同様である。内燃機関１０において、燃料噴射弁２８，３０はそれぞれ吸気ポート１４，１６内の下流に向けて燃料を噴射するが、燃料噴射弁２８，３０の燃料噴射の指向性が互いに異なる。

図４（ａ）に示すように、第１燃料噴射弁２８は、第１吸気ポート１４内に臨む噴孔２８ａの位置から第１吸気ポート１４の内部空間を挟んで反対側のポート底壁１４ｂに向けて燃料を噴射するように配置される。このように配置された第１燃料噴射弁２８が無吸気状態で燃料を噴射したときに形成される燃料噴霧の進行方向に沿った燃料噴霧の中心軸線を噴射軸線Ｘ１というものとし、噴射軸線Ｘ１を第１燃料噴射弁２８の燃料噴射方向とする。

一方、図４（ｂ）に示すように、第２燃料噴射弁３０は、第２吸気ポート１６内に臨む噴孔３０ａの位置から第２吸気ポート１６の内部空間を挟んで吸気バルブ２０の傘部２０ａに向けて燃料を噴射するように配置される。このように配置された第２燃料噴射弁３０が無吸気状態で燃料を噴射したときに形成される燃料噴霧の進行方向に沿った燃料噴霧の中心軸線を噴射軸線Ｘ２というものとし、噴射軸線Ｘ２を第２燃料噴射弁３０の燃料噴射方向とする。

図５は、内燃機関１０の吸入空気量が比較的少ない低吸入空気量での燃料噴霧状態を模式的に示す。第１燃料噴射弁２８からの燃料噴霧は、吸入空気と衝突して吸入空気の流れ方向に偏る。しかし、図５（ａ）に示すように、低吸入空気量での第１燃料噴射弁２８からの燃料噴霧では、吸入空気の流れ方向への偏りは小さい。このため、第１燃料噴射弁２８からの燃料噴霧は、噴射軸線Ｘ１に近い方向へ進行してポート底壁１４ｂへ付着し易い。一方、第２燃料噴射弁３０からの燃料噴霧は、第１燃料噴射弁２８からの燃料噴霧と比較すると、噴射による運動量に占める吸入空気の流れ方向成分が大きい。このため、図５（ｂ）に示すように、低吸入空気量での第２燃料噴射弁３０からの燃料噴霧では、噴射による運動量に占める吸入空気の流れ方向成分が増幅され難い。したがって、第２燃料噴射弁３０からの燃料噴霧は、第２吸気ポート１６が湾曲する湾曲壁１６ｂにおいて吸入空気の流れから逸脱して湾曲壁１６ｂに付着し難い。

図６は、内燃機関１０の吸入空気量が比較的多い高吸入空気量での燃料噴霧状態を模式的に示す。図６（ａ）に示すように、高吸入空気量での第１燃料噴射弁２８からの燃料噴霧では、吸入空気の流れ方向への偏りが大きいので、吸入空気の流れに乗り易くなる。一方、図６（ｂ）に示すように、高吸入空気量での第２燃料噴射弁３０からの燃料噴霧では、噴射による運動量に占める吸入空気の流れ方向成分が増幅され易い。したがって、第２燃料噴射弁３０からの燃料噴霧は、湾曲壁１６ｂにおいて吸入空気の流れから逸脱して湾曲壁１６ｂに付着し易い。

図７は、内燃機関１０の吸入空気量に対する吸気ポート１４，１６の燃料付着割合を模式的に示す。吸気ポート１４の燃料付着割合［％］は、燃料噴射弁２８，３０が同一の噴射量で燃料を噴射したときの吸気ポート１４，１６の燃料付着量の和（総燃料付着量）に対して、吸気ポート１４における燃料付着量の割合を示すものである。吸気ポート１６の燃料付着割合についても同様である。したがって、任意の吸入空気量において、第１吸気ポート１４の燃料付着割合と第２吸気ポート１６の燃料付着割合との和は１００［％］となる。なお、この燃料付着割合は、燃料噴射弁２８，３０の総燃料噴射量がＥＣＵ４２の燃料噴射制御における制御範囲内であれば、任意の吸入空気量で概ね一定であるものとする。

図５及び図６の吸入空気量に応じた燃料噴霧状態によれば、図７に示すように、吸入空気量が減少するに従って、第１吸気ポート１４の燃料付着割合が上昇するとともに、これに応じて第２吸気ポート１６の燃料付着割合が低下する。また、吸入空気量が増大するに従って、第１吸気ポート１４の燃料付着割合が低下するとともに、これに応じて第２吸気ポート１６の燃料付着割合が上昇する。燃料噴射の指向性が異なる燃料噴射弁２８、３０が同一の燃料噴射量で燃料を噴射したときに、吸入空気量に応じて吸気ポート１４，１６の一方に集中して燃料付着が発生すると、吸気ポート１４，１６の総燃料付着量を著しく増大させることになる。これは、少なくとも筒内直入率を向上させて内燃機関１０の燃費改善を図るという目的に相反する結果を招くことになる。

図８は、内燃機関１０の吸入空気量に対する燃料噴射弁２８，３０の噴射分担率を示す。第１燃料噴射弁２８の噴射分担率は、１回の燃焼サイクルにおいて燃料噴射弁２８，３０が気筒１８内に噴射する燃料の総燃料噴射量のうち第１燃料噴射弁２８が噴射する燃料噴射量の比率である。第２燃料噴射弁３０の噴射分担率についても同様である。したがって、任意の吸入空気量において第１燃料噴射弁２８の噴射分担率と第２燃料噴射弁３０の噴射分担率との和は１００［％］となる。

吸気ポート１４，１６における総燃料付着量を低減させるために、燃料噴射弁２８，３０の噴射分担率は、図７の燃料付着割合を考慮して以下のように設定される。すなわち、第１吸気ポート１４に集中する燃料付着を抑えるべく、図８に示すように、吸入空気量が減少するに従って、第１燃料噴射弁２８の噴射分担率を減少させるとともに、これに応じて第２燃料噴射弁３０の噴射分担率を増大させる。また、第２吸気ポートに集中する燃料付着を抑えるべく、図８に示すように、吸入空気量が増大するに従って、第１燃料噴射弁２８の噴射分担率を増大させるとともに、これに応じて第２燃料噴射弁３０の噴射分担率を減少させる。

燃料噴射弁２８，３０の噴射分担率は、内燃機関１０の吸入空気量に対する吸気ポート１４，１６の燃料付着割合に基づいて設定することができる。例えば、第１燃料噴射弁２８の噴射分担率と第２吸気ポート１６の燃料付着割合とを各吸入空気量において同一の又は近似する値に設定し、これに応じて第２燃料噴射弁３０の噴射分担率を設定してもよい。

ただし、第１燃料噴射弁２８の噴射分担率と第２燃料噴射弁３０の噴射分担率とが、１００：０または０：１００に設定されることはない。これは、燃料噴射弁２８，３０のいずれか一方の噴射分担率を１００［％］とすると、気筒１８内において燃料噴霧の偏在が発生し、筒内均質度を著しく低下させるおそれがあるためである。換言すれば、燃料噴射弁２８、３０の噴射分担率は、筒内均質度を著しく低下させない範囲内で設定される必要がある。

図９は、ＥＣＵ４２のプロセッサ４２Ａが、イグニッションスイッチのオン操作によってＥＣＵ４２に電源が供給されたことを契機に、内燃機関１０の制御処理のサブルーチンとして繰り返し実行する燃料噴射制御処理の一例を示す。

ステップＳ１０１（図中では「Ｓ１０１」と略記する。以下同様）では、プロセッサ４２Ａは、回転パルス信号Ｓ_NEに基づいて機関回転速度ＮＥを検出するとともに、流量検出信号Ｓ_Qに基づいて吸入空気量Ｑを検出する。

ステップＳ１０２では、プロセッサ４２Ａは、機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量Ｑに基づいて、１回の燃焼サイクルにおいて燃料噴射弁２８，３０が気筒１８内に噴射する燃料の総燃料噴射量を演算する。そして、プロセッサ４２Ａは、総燃料噴射量を示す噴射期間として、噴射パルス信号のパルス幅（要求噴射量ＴＩＢＡＳＥ）を演算する。

要求噴射量ＴＩＢＡＳＥは、基本噴射パルス幅（基本燃料噴射量）ＴＰに基づいて演算され、基本噴射パルス幅ＴＰは、ステップＳ１０１で検出された機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量Ｑに基づいて演算される。基本噴射パルス幅ＴＰは、例えば、機関回転速度及び吸入空気量に対して基本噴射パルス幅を関連付けた基本噴射パルス幅マップを参照することで設定される。基本噴射パルス幅マップは、実験やシミュレーションにより予め求められ、不揮発性メモリ４２Ｂ等に記憶されている。プロセッサ４２Ａは、機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量Ｑを検出するたびに、基本噴射パルス幅マップを参照して、機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量Ｑに対応する基本噴射パルス幅を基本噴射パルス幅ＴＰとして設定する。検出された機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量Ｑが基本噴射パルス幅マップに記憶された機関回転速度及び吸入空気量に対応していない場合には、機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量Ｑに対応する基本噴射パルス幅を公知の補間技術を用いて演算してもよい。これは、以下において他のマップを参照する場合にも同様に適用できる。

さらに、プロセッサ４２Ａは、水温センサ４６から出力された温度検出信号Ｓ_TWに基づいて検出した冷却水温度ＴＷなどに基づいて、各種補正係数ＣＯＥＦを演算する。そして、プロセッサ４２Ａは、各種補正係数ＣＯＥＦや、燃料噴射弁２８，３０の作動遅れを補償する補正値Ｔｓで基本噴射パルス幅ＴＰを補正する。これにより、プロセッサ４２Ａは、下式に示すように、１燃焼サイクルにおいて燃料噴射弁２８，３０が気筒１８内に噴射する燃料の総燃料噴射量に相当する要求噴射量ＴＩＢＡＳＥを算出する。
ＴＩＢＡＳＥ＝ＴＰ×ＣＯＥＦ＋Ｔｓ

ステップＳ１０３では、プロセッサ４２Ａは、第１燃料噴射弁２８の噴射分担率ＴＩ１ＲＡＴＩＯ［％］を設定する。具体的には、プロセッサ４２Ａは、図８の吸入空気量と燃料噴射弁２８，３０の噴射分担率との関係を実験又はシミュレーション等によって予め数値化して不揮発性メモリ４２Ｂに記憶しておいた噴射分担率マップを参照する。そして、プロセッサ４２Ａは、噴射分担率マップにおいて、ステップＳ１０１で検出した吸入空気量Ｑに対応する第１燃料噴射弁２８の噴射分担率を噴射分担率ＴＩ１ＲＡＴＩＯとして設定する。

ステップＳ１０４では、プロセッサ４２Ａは、第２燃料噴射弁３０の噴射分担率ＴＩ２ＲＡＴＩＯ［％］を設定する。任意の吸入空気量における燃料噴射弁２８，３０の２つの噴射分担率の和は１００［％］であるので、プロセッサ４２Ａは、１００［％］から、ステップＳ１０３で演算した噴射分担率ＴＩ１ＲＡＴＩＯを減算して噴射分担率ＴＩ２ＲＡＴＩＯを設定する。あるいは、プロセッサ４２Ａは、上記噴射分担率マップを参照して吸入空気量Ｑに対応する噴射分担率ＴＩ２ＲＡＴＩＯを設定してもよい。

ステップＳ１０５では、プロセッサ４２Ａは、要求噴射量ＴＩＢＡＳＥ及び第１燃料噴射弁２８の噴射分担率ＴＩ１ＲＡＴＩＯに基づいて、下式のように、第１燃料噴射弁２８の燃料噴射量ＴＩ１を演算する。燃料噴射量ＴＩ１は、第１燃料噴射弁２８の噴射期間に相当し、第１燃料噴射弁２８に対する噴射パルス信号のパルス幅に反映される。換言すれば、第１燃料噴射弁２８の噴射分担率ＴＩ１ＲＡＴＩＯは、要求噴射量ＴＩＢＡＳＥを示す噴射パルス信号のパルス幅のうち、第１燃料噴射弁２８に対する噴射パルス信号のパルス幅の比率に反映される。
ＴＩ１＝ＴＩＢＡＳＥ×ＴＩ１ＲＡＴＩＯ／１００

ステップＳ１０６では、プロセッサ４２Ａは、要求噴射量ＴＩＢＡＳＥ及び第２燃料噴射弁３０の噴射分担率ＴＩ２ＲＡＴＩＯに基づいて、下式のように、第２燃料噴射弁３０の燃料噴射量ＴＩ２を演算する。燃料噴射量ＴＩ２は、第２燃料噴射弁３０の噴射期間に相当し、第２燃料噴射弁３０に対する噴射パルス信号のパルス幅として反映される。換言すれば、第２燃料噴射弁３０の噴射分担率ＴＩ２ＲＡＴＩＯは、要求噴射量ＴＩＢＡＳＥを示す噴射パルス信号のパルス幅のうち、第２燃料噴射弁３０に対する噴射パルス信号のパルス幅の比率に反映される。
ＴＩ２＝ＴＩＢＡＳＥ×ＴＩ２ＲＡＴＩＯ／１００

ステップＳ１０７では、プロセッサ４２Ａは、運転者または車両の要求により燃料をカットする必要（燃料カット要求）があるか否かを判定する。プロセッサ４２Ａは、燃料カット要求があると判定した場合には（ＹＥＳ）、処理をステップＳ１０１へ戻す一方、燃料カット要求がないと判定した場合には（ＮＯ）、処理をステップＳ１０８へ進める。

ステップＳ１０８では、プロセッサ４２Ａは、燃料噴射量ＴＩ１に基づいて第１燃料噴射弁２８に燃料噴射を行わせるとともに、燃料噴射量ＴＩ２に基づいて第２燃料噴射弁３０に燃料噴射を行わせる。

このように、プロセッサ４２Ａは、演算された燃料噴射量に基づいて、燃料噴射弁２８，３０に燃料噴射を行わせるが、燃料噴射弁２８，３０に燃料噴射を行わせるタイミングは以下の第１例又は第２例に従って設定される。

図１０は、燃料噴射弁２８，３０の燃料噴射タイミングの第１例を示す。図の上側から下側に向けて順に、吸気バルブ２０及び排気バルブ２６の開度、低吸入空気量での燃料噴射弁２８，３０の燃料噴射タイミング、高吸入空気量での燃料噴射弁２８，３０の燃料噴射タイミングがクランク角に対して示されている。低吸入空気量の場合には、第１燃料噴射弁２８の噴射期間（燃料噴射量ＴＩ１に相当）に対して第２燃料噴射弁３０の噴射期間（燃料噴射量ＴＩ２に相当）が長くなる。一方、高吸入空気量の場合には、第１燃料噴射弁２８の噴射期間に対して第２燃料噴射弁３０の噴射期間が短くなる。

ところで、内燃機関１０では、噴射燃料の筒内直入率及び筒内均質度を向上させて燃費改善を図るため、燃料噴射弁２８，３０から噴射される燃料を微粒化及び低ペネトレーション化した燃料噴霧とし、かかる燃料噴霧を吸入空気の流れに乗せるようにしている。したがって、吸気バルブ２０が開弁してから閉弁するまで（ＩＶＯからＩＶＣまで）の吸気行程に燃料噴射弁２８，３０の噴射期間（ＴＩ１，ＴＩ２）を包含させる、すなわち、燃料噴射弁２８，３０の噴射期間を吸気行程に同期させることが望ましい。

また、吸気行程において、吸気ポート１４，１６のうち一方で新気のみを吸入し、かつ、他方で燃料噴射を行っている期間が長くなると、燃料噴霧と新気とが気筒１８内に偏って流入し、筒内均質度を低下させるおそれがある。したがって、燃料噴射弁２８，３０において、相対的に噴射期間が長い一方の燃料噴射弁が燃料噴射を行っている間に、相対的に噴射期間が短い他方の燃料噴射弁が燃料噴射を行うようにすることが望ましい。燃料噴射弁２８，３０の各噴射期間が互いに同一であれば噴射開始タイミング及び噴射終了タイミングを互いに一致させるとよい。

そこで、図１０に示すように、例えば、燃料噴射弁２８，３０において燃料噴射を終了する噴射終了タイミングＩＥを吸気行程内で共通にする。そして、燃料噴射を開始する噴射開始タイミングＩＳを噴射期間（ＴＩ１，ＴＩ２に相当）に応じて噴射終了タイミングＩＥから遡ったタイミングとすればよい。噴射終了タイミングＩＥは、燃料噴射弁２８，３０のうち一方の噴射期間が最大となるときに、噴射開始タイミングＩＳが吸気行程に収まるように設定すればよい。

図１１は、燃料噴射弁２８，３０の燃料噴射タイミングの第２例を示す。図１１では、図１０に対して、吸気ポート１４，１６の流速Ｖを追加して示している。吸気行程ではピストン３８がクランクシャフトの回転に連動して下降することで新気を吸入するが、吸気ポート１４，１６の吸入空気の流速Ｖは、例えば、吸気バルブ２０が最大開度となる前の吸気行程の比較的前半で最大となる場合がある。そこで、吸気行程における吸入空気の流速Ｖのクランク角による偏り（あるいは時間的偏り）を考慮して、吸入空気の流速Ｖが所定流速Ｖｔｈ以上となる高流速範囲において、燃料噴射弁２８，３０に燃料噴射を行わせるようにすることができる。具体的には、噴射開始タイミングＩＳ及び噴射終了タイミングＩＥは、第１例の設定条件に加えて、燃料噴射弁２８，３０の噴射期間が高流速範囲に含まれることを条件として設定する。なお、吸入空気の流速Ｖは、吸入空気量Ｑを吸気管１２又は吸気ポート１４，１６の断面積で除算した値に基づいて、あるいは流速検出用センサによって検出可能である。

このようなＥＣＵ４２によれば、第１燃料噴射弁２８からの燃料噴霧は、吸入空気量が減少するに従ってポート底壁１４ｂへ付着し易くなるので、第１燃料噴射弁２８の噴射分担率を減少させることでポート底壁１４ｂへの燃料付着を低減している。要求噴射量は、第１燃料噴射弁２８の噴射分担率の減少に応じて第２燃料噴射弁３０の噴射分担率を増大させることで担保される。また、第２燃料噴射弁３０からの燃料噴霧は、吸入空気量が増大するに従って湾曲壁１６ｂへ付着し易くなるので、第２燃料噴射弁３０の噴射分担率を減少させることで湾曲壁１６ｂへの燃料付着を低減している。要求噴射量は、第２燃料噴射弁３０の噴射分担率の減少に応じて第１燃料噴射弁２８の噴射分担率を増大させることで担保される。これにより、吸気ポート１４，１６における総燃料付着量の増大を抑制できるので、噴射燃料の筒内直入率及び筒内均質度の向上による内燃機関１０の燃費改善効果を十分に図ることが可能となる。

なお、前述の実施形態において、吸入空気量Ｑは、エアフローセンサ４８の流量検出信号Ｓ_Qから検出していたが、これに代えて、内燃機関１０の運転状態から推定することができる。例えば、図１２に示すように、内燃機関１０の負荷及び回転速度と吸入空気量とを実験やシミュレーション等によって予め関連付けて不揮発性メモリ４２Ｂに記憶しておいた吸入空気量推定マップを用いて、吸入空気量Ｑを推定することができる。プロセッサ４２Ａは、内燃機関１０の負荷ＬＤＡＴＡ及び機関回転速度ＮＥを検出するたびに、吸入空気量推定マップを参照して、負荷ＬＤＡＴＡ及び機関回転速度ＮＥに対応する吸入空気量を吸入空気量Ｑとして推定する。内燃機関１０の負荷は、例えば、吸入負圧、過給圧、アクセル開度等、内燃機関１０の発生トルクと密接に関連する状態量に基づいて検出可能である。したがって、プロセッサ４２Ａは、吸入空気量に関連する物理量（例えば、内燃機関１０の負荷及び機関回転速度）と燃料噴射弁２８，３０の燃料噴射の指向性とに基づいて、燃料噴射弁２８，３０の各噴射分担率を設定することができる。

前述の内燃機関１０では、燃料噴射弁２８，３０の各燃料噴射量は、燃料の供給圧及び燃料噴射弁２８，３０の開度が一定であるものとして、噴射期間に比例するものとして説明した。これに代えて、内燃機関１０において、燃料噴射弁２８，３０の単位時間当たりの各燃料噴射量を調節できるようにしてもよい。この場合、噴射分担率ＴＩ１ＲＡＴＩＯ及び噴射分担率ＴＩ２ＲＡＴＩＯは、単位時間当たりの各燃料噴射量と各噴射期間との組み合せに反映される。

例えば、燃料噴射弁２８，３０の各弁体のリフト量をリニアに変更させて、燃料噴射弁２８，３０の各開度を制御できるように構成することで、燃料噴射弁２８，３０の単位時間当たりの各燃料噴射量を調節する。また、燃料噴射弁２８，３０の各噴射期間を互いに同一に設定し、かつ、燃料の供給圧を一定に制御する。この場合、噴射分担率ＴＩ１ＲＡＴＩＯ及び噴射分担率ＴＩ２ＲＡＴＩＯは、燃料噴射弁２８，３０の単位時間当たりの各燃料噴射量すなわち開度（弁体のリフト量）に反映される。第１燃料噴射弁２８の噴射期間と第２燃料噴射弁３０の噴射期間とは、筒内均質度向上の観点から、噴射開始及び終了タイミングを一致させることが望ましい。なお、燃料噴射弁２８，３０の各噴射期間は、例えば燃料噴射弁２８，３０の各燃料噴射量が互いに著しく異なる等、燃料噴射弁２８，３０の各噴射分担率を開度のみで反映できない場合には、異ならせて設定してもよい。

前述の実施形態において、燃料噴射弁２８，３０の噴射期間のうち噴射終了タイミングＩＥを共通にしてから噴射開始タイミングＩＳを設定していた。これに代えて、吸気行程中の所定のタイミング（クランク角）が噴射期間の中央となるように、噴射開始タイミングＩＳ及び噴射終了タイミングＩＥを設定してもよい。例えば、燃料噴射弁２８，３０の燃料噴射タイミングの第２例（図１１参照）では、吸気ポート１４，１６内の流速が最大となるタイミング（クランク角）が燃料噴射弁２８，３０の噴射期間の中央となるように、噴射開始タイミングＩＳ及び噴射終了タイミングＩＥを設定してもよい。

ＥＣＵ４２では、プロセッサ４２Ａが、燃料噴射弁２８，３０に吸気行程に同期して燃料を噴射させるものとしたが、吸気行程とその前の排気行程に跨って燃料を噴射することを除外するものではない。例えば、吸入空気量Ｑが増大するに従って第１燃料噴射弁２８の燃料噴射量ＴＩ１を増大させるが、機関回転速度ＮＥの上昇に伴って吸気行程時間が短くなると、燃料噴射量ＴＩ１の燃料を吸気行程だけで噴射することができない状態が考えられる。この場合には、プロセッサ４２Ａは、第１燃料噴射弁２８に排気行程と吸気行程とに跨って燃料を噴射させることができる。しかし、排気行程において第１燃料噴射弁２８に燃料噴射を行わせると、吸入空気量Ｑが零であるか極めて少ないため、第１吸気ポート１４における燃料付着量が増大する。このため、第１燃料噴射弁２８の噴射分担率ＴＩ１ＲＡＴＩＯを排気行程における噴射期間に応じて減少補正してもよい。また、第１燃料噴射弁２８の噴射分担率ＴＩ１ＲＡＴＩＯの減少補正に伴って第２燃料噴射弁３０の噴射分担率ＴＩ２ＲＡＴＩＯを増大補正してもよい。

前述の実施形態において、第１燃料噴射弁２８の燃料噴射方向として噴射軸線Ｘ１を図４（ａ）に示すように設定し、第２燃料噴射弁３０の燃料噴射方向として噴射軸線Ｘ２を図４（ｂ）に示すように設定した。しかし、燃料噴射弁２８，３０の燃料噴射の指向性は図４（ａ），（ｂ）に示すものに限られない。すなわち、図１３に示すように、第１燃料噴射弁２８の燃料噴射方向（噴射軸線Ｘ１）が、第２燃料噴射弁３０の燃料噴射方向（噴射軸線Ｘ２）と比較して、吸入空気の流れ方向から乖離していればよい。これにより、吸気ポート１４，１６の各燃料付着割合が吸入空気量の増大（減少）に従って逆転するように、互いに異なっていればよい。

前述の内燃機関１０において、吸気ポートは２つとして説明したが、３つ以上であることを除外するものではない。この場合、３つ以上の吸気ポートのうちの一部の第１吸気ポートのそれぞれに備えられた第１燃料噴射弁と第１吸気ポート以外の第２吸気ポートのそれぞれに備えられた第２燃料噴射弁との間で燃料噴射の指向性が互いに異なる。そして、ＥＣＵ４２は、第１燃料噴射弁及び第２燃料噴射弁の燃料噴射の指向性と内燃機関の吸入空気量に関連する物理量とに基づいて、第１燃料噴射弁及び第２燃料噴射弁の各噴射分担率を設定する。これにより、前述の実施形態と同様の効果を奏することができる。

１０…内燃機関、１４…第１吸気ポート、１６…第２吸気ポート、１８…気筒、２０…吸気バルブ、２０ａ…傘部、２８…第１燃料噴射弁、２８ａ…噴孔、３０…第２燃料噴射弁、３０ａ…噴孔、４２…ＥＣＵ、４２Ａ…プロセッサ、４８…エアフローセンサ、Ｘ１…第１燃料噴射燃の噴射軸線、Ｘ２…第２燃料噴射弁の噴射軸線、Ｑ…吸入空気量、ＮＥ…機関回転速度、ＬＤＡＴＡ…負荷、ＴＩ１ＲＡＴＩＯ…第１燃料噴射弁の噴射分担率、ＴＩ２ＲＡＴＩＯ…第２燃料噴射弁の噴射分担率、ＴＩ１…第１燃料噴射弁の燃料噴射量、ＴＩ２…第２燃料噴射弁の燃料噴射量、ＩＳ…噴射開始タイミング、ＩＥ…噴射終了タイミング

Claims (6)

1. 内燃機関の各気筒における複数の吸気ポートの各々に備えられた燃料噴射弁の吸気行程と同期したポート噴射を制御する燃料噴射制御装置であって、
   前記複数の吸気ポートのうち一部の第１吸気ポートに備えられた第１燃料噴射弁の燃料噴射方向が、前記第１吸気ポート以外の第２吸気ポートに備えられた第２燃料噴射弁の燃料噴射方向と比較して、吸入空気の流れ方向から乖離し、
   前記第１燃料噴射弁の前記燃料噴射方向及び前記第２燃料噴射弁の前記燃料噴射方向と前記内燃機関の吸入空気量又は該吸入空気量に関連する物理量とに基づいて、前記第１燃料噴射弁及び前記第２燃料噴射弁の噴射分担率を設定し、
   前記第１燃料噴射弁の前記噴射分担率に応じて算出した燃料噴射期間が前記吸気行程を超えて排気行程に跨るときに、前記排気行程における前記第１燃料噴射弁の燃料噴射期間に応じて前記第１燃料噴射弁の前記噴射分担率の減少補正を行うとともに、前記減少補正に伴って、前記第２燃料噴射弁の前記噴射分担率の増大補正を行うように構成された、燃料噴射制御装置。
2. 前記第１燃料噴射弁の燃料噴射方向は、前記第１燃料噴射弁の噴口が前記第１吸気ポートに臨む位置から前記第１吸気ポートの内部空間を挟んで反対側のポート壁に向かう方向であり、前記第２燃料噴射弁の燃料噴射方向は、前記第１燃料噴射弁の燃料噴射方向よりも吸気バルブの傘部に向かう方向寄りである、請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記吸入空気量が増大するに従って、前記第１燃料噴射弁の噴射分担率を増大させるとともに、前記第１燃料噴射弁の噴射分担率の増大に応じて前記第２燃料噴射弁の噴射分担率を減少させる、請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記第１燃料噴射弁及び前記第２燃料噴射弁は、前記吸気行程において前記内燃機関の吸入空気の流速が所定値以上であるときに燃料を噴射する、請求項１～請求項３のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記第１燃料噴射弁及び前記第２燃料噴射弁の各燃料噴射量が噴射期間に比例する場合、一方の燃料噴射弁の噴射分担率が他方の燃料噴射弁の噴射分担率以上である場合には、前記他方の燃料噴射弁の噴射開始タイミング及び噴射終了タイミングが前記一方の燃料噴射弁の噴射期間に含まれる、請求項１～請求項４のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。
6. 内燃機関の各気筒における複数の吸気ポートの各々に備えられた燃料噴射弁の吸気行程と同期したポート噴射を制御する燃料噴射制御方法であって、
   前記複数の吸気ポートのうち一部の第１吸気ポートに備えられた第１燃料噴射弁の燃料噴射方向が、前記第１吸気ポート以外の第２吸気ポートに備えられた第２燃料噴射弁の燃料噴射方向と比較して、吸入空気の流れ方向から乖離し、
   前記第１燃料噴射弁の前記燃料噴射方向及び前記第２燃料噴射弁の前記燃料噴射方向と前記内燃機関の吸入空気量又は該吸入空気量に関連する物理量とに基づいて、前記第１燃料噴射弁及び前記第２燃料噴射弁の噴射分担率を設定し、
   前記第１燃料噴射弁の前記噴射分担率に応じて算出した燃料噴射期間が前記吸気行程を超えて排気行程に跨るときに、前記排気行程における前記第１燃料噴射弁の燃料噴射期間に応じて前記第１燃料噴射弁の前記噴射分担率の減少補正を行うとともに、前記減少補正に伴って、前記第２燃料噴射弁の前記噴射分担率の増大補正を行う、燃料噴射制御方法。
   

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