JP7283450B2 - エンジン装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン装置に関する。

従来、この種のエンジン装置としては、燃焼室の内部に燃料を噴射する筒内噴射弁と燃焼室の頂部付近に設置された点火プラグとを有するエンジンを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このエンジン装置では、圧縮行程において筒内噴射弁から燃料噴射を行ない、点火プラグ近傍に成層混合気を形成して成層燃焼を行う燃焼モード運転中にノッキング発生が検出されると、点火時期を遅角する。また、点火時期に応じた燃料噴射時期の遅角量が、基準量より小さい場合には、遅角量に応じて遅角した噴射時期において圧縮行程における燃料噴射を実行する。

特開２０１８－１３１９４８号公報

上述のエンジン装置では、一般的に、排気を浄化する触媒を有する浄化装置を暖機するときには点火時期を遅角し、より多くの熱を浄化装置側に供給することが行なわれ、点火時期として膨張行程が選択される場合もある。この場合、エンジンの負荷率などから定まる燃料噴射量の過半を吸気行程や圧縮行程で１回または複数回に分けて燃料噴射し、最後の燃料噴射を圧縮行程や膨張行程で行なうことも考えられている。また、膨張行程での燃料噴射は浄化装置を暖機するときだけでなく、エンジン始動時などにも行なわれる場合がある。膨張行程における燃料噴射では、噴射量が過小のときには放電誘引が生じない場合を生じ、噴射量が過大のときには完全燃焼できない煤などの微小粒子が生じてしまうため、燃料噴射量をより適正に設定する必要がある。

本発明のエンジン装置は、膨張行程で燃料噴射する場合の燃料噴射量をより適正なものとすることを主目的とする。

本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジン装置は、
燃焼室に燃料を噴霧する筒内噴射弁と前記筒内噴射弁から噴霧される燃料に点火可能な点火プラグとを有するエンジンと、
前記エンジンの排気を浄化する浄化触媒を有する浄化装置と、
前記筒内噴射弁による複数回の燃料噴射と前記点火プラグによる点火とを制御する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記筒内噴射弁からの最後の燃料噴射を膨張行程で行なうと共に前記膨張行程における燃料噴射に同期して前記点火プラグにより点火する膨張行程噴射駆動の際における前記最後の燃料噴射量については、前記エンジンを始動したときの前記エンジンの冷却水の温度である始動時水温、前記エンジンを始動してからの時間である始動後時間、前記エンジンの１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の比である体積効率に基づいて設定する、
ことを特徴とする。

この本発明のエンジン装置では、筒内噴射弁からの最後の燃料噴射を膨張行程で行なうと共に膨張行程における燃料噴射に同期して点火プラグにより点火する膨張行程噴射駆動の際における最後の燃料噴射量については、エンジンを始動したときのエンジンの冷却水の温度である始動時水温、エンジンを始動してからの時間である始動後時間、エンジンの１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の比である体積効率に基づいて設定する。始動時水温はエンジンを始動したときの筒内（シリンダ内）の温度（筒内温度の初期値）を反映するものであり、始動後時間はエンジンを始動以降の筒内の温度を反映するものであり、体積効率は吸入空気量を反映するものであるから、これらに基づいて最後の燃料噴射量を設定することにより、最後の燃料噴射量をより適正なものとすることができる。

この場合、前記制御装置は、前記膨張行程噴射駆動における前記最後の燃料噴射量については、前記始動時水温が高いほど多くなる傾向に、前記始動後時間が長くなるほど少なくなる傾向に、前記体積効率が大きくなるほど多くなる傾向に設定するものとしてもよい。始動時水温が高いほど最後の燃料噴射量が多くなる傾向にするのは、始動時水温が高いほど煤などの微小粒子の発生が抑制されることに基づいている。始動後時間が長くなるほど最後の燃料噴射量が少なくなる傾向にするのは、始動後時間が長くなるほど筒内が暖まってくることに基づいている。体積効率が大きくなるほど最後の燃料噴射量を多くなる傾向に設定するのは、点火による火種形成後に筒内全体に燃焼を拡げるためには、体積効率が大きくなるほど大きな火種が必要になると考えられることに基づいている。

本発明のエンジン装置において、前記制御装置は、前記膨張行程噴射駆動における前記最後の燃料噴射を除く燃料噴射については前記筒内噴射弁の開度を全開となるように制御し、前記最後の燃料噴射については前記筒内噴射弁の開度を半開となるように制御するものとしてもよい。筒内噴射弁としては、リフトを引っ張り上げて開度を調整するものが多く、この場合、全開はフルリフトと称され、半開はパーシャルリフトと称される。したがって、膨張行程噴射駆動における最後の燃料噴射を除く燃料噴射については筒内噴射弁をフルリフトとなるように制御し、最後の燃料噴射については筒内噴射弁をパーシャルリフトとなるように制御するものとなる。最後の燃料噴射は、点火プラグによる点火に対して放電誘引させるために行なわれるものであるから、燃料の粒子をできる限り小さくして噴霧するように行なうのが好ましい。このため、パーシャルリフトにより燃料噴射するのが好ましい。最後の燃料噴射を除く燃料噴射では、ある程度の量の燃料を設定した分量だけより正確に噴射するのが好ましい。このため、燃料噴射量が噴射時間に対してリニアに計算されやすいフルリフトにより燃料噴射するのが好ましい。なお、半開とは、全開ではないことを意味し、開度が５％や１０％、２０％、５０％なども含まれる。

本発明のエンジン装置において、前記制御装置は、前記膨張行程噴射駆動における前記最後の燃料噴射を除く燃料噴射量については空燃比フィードバック制御による補正を行ない、記膨張行程噴射駆動における前記最後の燃料噴射量については前記空燃比フィードバック制御による補正は行なわないものとしてもよい。最後の燃料噴射は、点火プラグによる点火に対して放電誘引させるために行なわれるものであるから、燃料噴射量に対して空燃比フィードバック制御による補正を行なう必要がない。一方、全燃料噴射量に対して空燃比フィードバック制御による補正を行なう必要から、最後の燃料噴射を除く燃料噴射では空燃比フィードバック制御による補正が行なわれる。

なお、筒内噴射弁の燃料噴射量のバラツキを補正するための学習値については、最後の燃料噴射もこの最後の燃料噴射を除く燃料噴射も、即ち、全ての燃料噴射に対して適用するのが好ましい。

本発明の一実施例としてのエンジン装置１０の構成の概略を示す構成図である。 ＥＣＵ７０により実行される膨張行程噴射暖機燃料噴射量計算処理の一例を示すフローチャートである。 エンジン１２の始動直後における始動時水温Ｔｗｓと体積効率ＫＬと基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂとの関係の一例を示す説明図である。 始動後時間Ｔａｆｔと体積効率ＫＬと基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂとの関係の一例を示す説明図である。 ３回の燃料噴射におけるクランク角における燃料噴射時期と３回の燃料噴射量の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのエンジン装置１０の構成の概略を示す構成図である。実施例のエンジン装置１０は、図示するように、エンジン１２と、エンジン１２を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７０とを備える。なお、このエンジン装置１０は、エンジン１２からの動力だけを用いて走行する自動車や、エンジン１２に加えてモータを備えるハイブリッド自動車、エンジン１２からの動力を用いて作動する建設設備などに搭載される。実施例では、エンジン装置１０が自動車に搭載されている場合を想定して説明する。

エンジン１２は、ガソリンや軽油などの燃料を用いて吸気・圧縮・膨張・排気の４行程によって動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン１２は、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁２６と、点火プラグ３０とを有する。筒内噴射弁２６は燃焼室２９の頂部の略中央に配置されており、燃料をスプレー状に噴射する。点火プラグ３０は、筒内噴射弁２６からスプレー状に噴霧される燃料に点火できるように筒内噴射弁２６の近傍に配置されている。エンジン１２は、エアクリーナ２２によって清浄された空気を吸気管２５を介して燃焼室２９に吸入し、吸気行程や圧縮行程において筒内噴射弁２６から１回又は複数回に亘って燃料を噴射し、点火プラグ３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギによって押し下げられるピストン３２の往復運動をクランクシャフト１６の回転運動に変換する。

エンジン１２の燃焼室２９から排気管３３に排出される排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化触媒（三元触媒）３４ａを有する浄化装置３４を介して外気に排出される。

ＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポートを備える。ＥＣＵ７０には、エンジン１２を制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ＥＣＵ７０に入力される信号としては、例えば、クランクシャフト１６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ４０からのクランク角θｃｒや、エンジン１２の冷却水の温度を検出する水温センサ４２からの冷却水温Ｔｗ、吸気バルブ２８を開閉するインテークカムシャフトの回転位置および排気バルブ３１を開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ４４からのカム角θｃｉ，θｃｏを挙げることができる。また、吸気管２５に設けられたスロットルバルブ２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ４６からのスロットル開度ＴＨや、吸気管２５に取り付けられたエアフローメータ４８からの吸入空気量Ｑａ、吸気管２５に取り付けられた温度センサ４９からの吸気温Ｔａ、吸気管２５内の圧力を検出する吸気圧センサ５８からの吸気圧Ｐｉｎも挙げることができる。更に、浄化装置３４の浄化触媒３４ａの温度を検出する温度センサ３４ｂからの触媒温度Ｔｃや、排気管３３に取り付けられた空燃比センサ３５ａからの空燃比ＡＦ、排気管３３に取り付けられた酸素センサ３５ｂからの酸素信号Ｏ２、シリンダブロックに取り付けられてノッキングの発生に伴って生じる振動を検出するノックセンサ５９からのノック信号Ｋｓも挙げることができる。

ＥＣＵ７０からは、エンジン１２を制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。ＥＣＵ７０から出力される信号としては、例えば、スロットルバルブ２４のポジションを調節するスロットルモータ３６への駆動制御信号や、筒内噴射弁２６への駆動制御信号、点火プラグ３０への駆動制御信号を挙げることもできる。

ＥＣＵ７０は、クランクポジションセンサ４０からのクランク角θｃｒに基づいて、クランクシャフト１６の回転数、即ち、エンジン１２の回転数Ｎｅを演算している。また、ＥＣＵ７０は、エアフローメータ４８からの吸入空気量Ｑａとエンジン１２の回転数Ｎｅとに基づいて、エンジン１２の負荷としての体積効率（エンジン１２の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の比）ＫＬも演算している。

こうして構成されるエンジン装置１０では、ＥＣＵ７０は、エンジン１２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とに基づいて運転されるようにエンジン１２の吸入空気量制御や、燃料噴射制御、点火制御を行なう。吸入空気量制御では、ＥＣＵ７０は、エンジン１２の目標トルクＴｅ＊に基づいて目標空気量Ｑａ＊を設定し、吸入空気量Ｑａが目標空気量Ｑａ＊となるように目標スロットル開度ＴＨ＊を設定し、スロットルバルブ２４のスロットル開度ＴＨが目標スロットル開度ＴＨ＊となるようにスロットルモータ３６を制御する。燃料噴射制御では、ＥＣＵ７０は、エンジン１２の回転数Ｎｅと体積効率ＫＬとに基づいて空燃比ＡＦが目標空燃比ＡＦ＊（例えば理論空燃比）となるように筒内噴射弁２６の目標燃料噴射量Ｑｆｄ＊を設定し、筒内噴射弁２６から目標燃料噴射量Ｑｆｄ＊の燃料が１回又は複数回に亘って噴射されるように筒内噴射弁２６を制御する。点火制御では、ＥＣＵ７０は、エンジン１２の回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいて目標点火時期Ｔｐ＊を設定し、点火プラグ３０の点火を制御する。

次に、こうして構成された実施例のエンジン装置１０の動作、特に、浄化装置３４の浄化触媒（三元触媒）３４ａを急速暖機する際の動作について説明する。浄化装置３４の急速暖機は、触媒温度Ｔｃが活性化する温度未満の所定温度以下の条件やアクセルオフの条件が成立しているときに行なわれる。急速暖機は、吸気行程や圧縮行程で１回～３回の燃料噴射を行ない、最終の燃料噴射を膨張行程で行なうと共にこの膨張行程における燃料噴射と同期して点火する膨張行程噴射暖機と、最終の燃料噴射を圧縮行程で行なうと共にこの圧縮行程の後の膨張行程で点火する圧縮行程噴射暖機と、のうちの一方を選択して行なわれる。選択は、エンジン１２の始動時の水温Ｔｗやシフトポジションなどにより行なわれる。例えば、エンジン１２の始動時の水温Ｔｗが所定温度（例えば３５度や４５度など）未満のときには、より迅速に触媒暖機を行なってエミッションをよくするために膨張行程噴射暖機が選択され、エンジン１２の始動時の水温Ｔｗが所定温度以上のときには、エミッションを良好に保つために圧縮行程噴射暖機が選択されたりする。また、シフトポジションが非走行用ポジション（ＮポジションやＰポジション）のときは、走行用ポジション（ＤポジションやＲポジション）のときに比して膨張行程噴射暖機が選択されやすいように上述の所定温度を切り替える場合もある。

こうした急速暖機では、できる限り点火時期Ｔｐを遅角するように制御される。点火時期Ｔｐを遅角すると、燃焼効率が低下するため、吸入空気量を増やすことによってエンジン１２の回転数Ｎｅを維持する。この結果として、燃焼ガス量が増え、エミッション成分の絶対量も増えるが、触媒暖機は促進される。なお、圧縮行程噴射暖機では、エミッションを良好に保持しながら触媒暖機を行なうため、点火時期Ｔｐの遅角量は膨張行程噴射暖機のときに比して小さくなる。膨張行程噴射暖機では、エンジン１２の始動時の冷却水の温度（始動時水温）Ｔｓｗとエンジン１２を始動してからの時間（始動後時間）Ｔｅｌに基づいて点火時期ベース値Ｔｐｂが設定され、エンジン１２の回転数Ｎｅに基づくフィードバック制御による補正値Ｔｐｆｂを点火時期ベース値Ｔｐｂから減じて目標点火時期Ｔｐ＊を設定する。点火時期ベース値Ｔｐｂは、始動時水温Ｔｓｗが低いほど進角側（高いほど遅角側）となる傾向に設定され、始動後時間Ｔｅｌが長いほど遅角側（短いほど進角側）となる傾向に設定される。なお、点火時期ベース値Ｔｐｂは、シフトポジションＳＰが非走行用ポジション（ＮポジションやＰポジション）のときには、走行用ポジション（ＤポジションやＲポジション）のときに比して遅角側となるように設定してもよい。点火時期のフィードバック制御は、エンジン１２の回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｅ＊（例えば１５００ｒｐｍなど）との差分が打ち消される方向に点火時期Ｔｐを進角したり遅角したりするものであり、比例項と積分項とにより構成される。点火時期のフィードバック制御の補正値Ｔｐｆｂは、エンジン１２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊より大きいときには遅角側に補正する値が設定され、エンジン１２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊より小さいときには進角側に補正する値が設定される。圧縮行程噴射暖機でも、膨張行程噴射暖機と同様に点火時期Ｔｐを定めることができるが、上述したように、点火時期Ｔｐの遅角量は膨張行程噴射暖機のときに比して小さくしている。

次に、膨張行程噴射暖機の際の燃料噴射量について説明する。図２は、浄化装置３４を膨張行程噴射暖機により急速暖機する際にＥＣＵ７０により実行される膨張行程噴射暖機燃料噴射量計算処理の一例を示すフローチャートである。この膨張行程噴射暖機燃料噴射量計算処理は、所定クランク角毎などに繰り返し実行される。

膨張行程噴射暖機燃料噴射量計算処理が実行されると、ＥＣＵ７０は、ベース噴射量Ｑｆｂを計算したり（ステップＳ１００）、目標当量比ρを入力したり（ステップＳ１１０）、燃料未寄与補正係数ｋｕｎを設定したりする（ステップＳ１２０）。ベース噴射量Ｑｆｂは、例えば吸入空気量Ｑａに基づいてストイキとなる燃料噴射量として計算することができる。目標当量比ρは、目標空燃比／理論空燃比として表わされ、体積効率ＫＬなどによりそのときにエンジン１２に要求されるパワーなどによりリッチ側（値１より大）とされたりリーン側（値１より小）とされたりしたものを入力することができる。目標当量比ρは、燃焼に寄与する燃料噴射量のベース噴射量Ｑｆｂに対する割合である燃焼寄与補正係数ｋｃｏｎと同義として用いることができる。燃焼未寄与補正係数ｋｕｎは、エンジン１２のシリンダの壁面やピストンの上面に付着し、燃焼に寄与しない燃料量におけるベース噴射量Ｑｂの割合として計算されるものである。実施例では、燃焼未寄与補正係数ｋｕｎとエンジン１２の冷却水の温度Ｔｗやベース噴射量Ｑｆｂとの関係を実験などにより予め求めて燃焼未寄与補正係数設定用マップとして記憶しておき、冷却水温度Ｔｗやベース噴射量Ｑｆｂが与えられるとマップから対応する補正係数を導出することにより設定するものとした。実施例の燃焼未寄与補正係数設定用マップでは、燃焼未寄与補正係数ｋｕｎは、冷却水温度Ｔｗが高いほど小さくなる傾向に、ベース噴射量Ｑｆｂが大きいほど小さくなる傾向に設定するものとした。これは、エンジン１２の冷却水の温度Ｔｗが高いほどシリンダの壁面やピストンの上面に付着する燃料量が小さくなることや、ベース噴射量Ｑｆｂに拘わらずにシリンダの壁面やピストンの上面に付着する燃料量は一定であることに基づいている。

次に、次式（１）に示すように、ベース噴射量Ｑｆｂに目標当量比ρと燃焼未寄与補正係数ｋｕｎとの和としての燃料補正係数ｋｆ（ｋｆ＝ρ＋ｋｕｎ）を乗じて基本燃料噴射量Ｑｆｄを計算する（ステップＳ１３０）。目標当量比ρと燃焼未寄与補正係数ｋｕｎとの和は、時間の経過に伴ってエンジン１２の冷却水の温度Ｔｗが上昇することによって燃焼未寄与補正係数ｋｕｎが小さくなるため、減量補正係数としての意味合いを持つ。しかし、目標当量比ρ（燃焼寄与補正係数ｋｃｏｎ）と燃焼未寄与補正係数ｋｕｎとを個別に求めているから、走行などにより目標当量比ρ（燃焼寄与補正係数ｋｃｏｎ）が変化した場合、減量補正係数としてマップから求める場合に比して、燃焼寄与燃料量と燃焼未寄与燃料量との和と基本燃料噴射量Ｑｆｄとのズレが小さくなる。

Ｑｆｄ＝Ｑｆｂ×（ρ＋ｋｕｎ） （１）

続いて、空燃比フィードバック制御におけるフィードバック補正係数ｋｆｂを入力すると共に（ステップＳ１４０）、筒内噴射弁２６のバラツキを補正するための学習値ｋｉｎｊを入力する（ステップＳ１５０）。空燃比フィードバック制御は、目標空燃比ＡＦ＊と空燃比センサ３５ａからの空燃比ＡＦとの差分が小さくなるようにする制御であり、フィードバック補正係数ｋｆｂは差分（ＡＦ＊－ＡＦ）に対する比例項と積分項とにより計算される。学習値ｋｉｎｊは、目標空燃比ＡＦ＊と空燃比センサ３５ａからの空燃比ＡＦとの差分に基づいて計算される。

そして、エンジン１２を始動したときの冷却水の水温（始動時水温）Ｔｗｓとエンジン１２を始動してから経過した時間（始動後時間）Ｔａｆｔと体積効率ＫＬとに基づいて膨張行程における最後の燃料噴射の際の基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂを設定する（ステップＳ１６０）。基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂは、実施例では、始動時水温Ｔｗｓと始動後時間Ｔａｆｔと体積効率ＫＬと基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂとの関係を実験などにより予め基本膨張行程燃料噴射量設定用マップとして記憶しておき、始動時水温Ｔｗｓと始動後時間Ｔａｆｔと体積効率ＫＬとが与えられるとマップから対応する基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂを導出することにより設定した。図３は、エンジン１２の始動直後における始動時水温Ｔｗｓと体積効率ＫＬと基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂとの関係の一例を示す説明図であり、図４は、始動後時間Ｔａｆｔと体積効率ＫＬと基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂとの関係の一例を示す説明図である。実施例では、基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂは、始動時水温Ｔｗｓが高いほど多くなる傾向に、始動後時間Ｔａｆｔが長いほど少なくなる傾向に、体積効率ＫＬが大きいほど多くなる傾向に設定される。始動時水温Ｔｗｓが高いほど基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂが多くなる傾向にするのは、始動時水温Ｔｗｓが高いほど排ガス中における煤などの微小粒子の発生が抑制されることに基づいている。始動後時間Ｔａｆｔが長くなるほど基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂが少なくなる傾向にするのは、始動後時間Ｔａｆｔが長くなるほど筒内が暖まってくることに基づいている。体積効率ＫＬが大きくなるほど基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂを多くなる傾向に設定するのは、点火による火種形成後に筒内全体に燃焼を拡げるためには、体積効率ＫＬが大きくなるほど大きな火種が必要になると考えられることに基づいている。なお、基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂは、点火による放電誘引を生じさせる程度の量（微少量）でよいから、１回目からＮ回目の燃料噴射量に比して微少量となる。

基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂを設定すると、基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂに学習値ｋｎｊを乗じて膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄを設定する（ステップＳ１７０）。基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂに学習値ｋｎｊを乗じることにより、筒内噴射弁２６のバラツキを抑制することができる。なお、膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄは、基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂに基づいて計算されるから、始動時水温Ｔｗｓが高いほど多くなる傾向に、始動後時間Ｔａｆｔが長いほど少なくなる傾向に、体積効率ＫＬが大きいほど多くなる傾向に設定されるものとなる。

そして、最後の燃料噴射を除く１回目からＮ回目の燃料噴射における燃料噴射量Ｑｎを設定する（ステップＳ１７０）。１回目からＮ回目の燃料噴射量は、基本燃料噴射量Ｑｆｄに空燃比フィードバック制御の補正値ｋｆｂを乗じたものから基本膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄｂを減じ、これに分割割合ｋｎと学習値ｋｉｎｊを乗じることにより求めることができる。分割割合ｋｎは、１回目の分割割合ｋ１からＮ回目の分割割合ｋｎの総和が値１となるものであり、始動時水温Ｔｗｓや始動後時間Ｔａｆｔ、シフトポジションＳＰにより調整される。分割割合ｋｎは、実施例では、始動時水温Ｔｗｓや始動後時間Ｔａｆｔ、シフトポジションＳＰ、各分割割合ｋｎとの関係を実験などにより予め定めて分割割合設定用マップとして記憶しておき、始動時水温Ｔｗｓや始動後時間Ｔａｆｔ、シフトポジションＳＰが与えられるとマップから対応する各分割割合を導出して用いるものとした。いま、３回の燃料噴射において、３回目の燃料噴射を膨張行程における最後の燃料噴射とし、１回目の燃料噴射を吸気行程中期における燃料噴射とし、２回目の燃料噴射を圧縮行程初期の燃料噴射とする場合を考える。図５に３回の燃料噴射におけるクランク角における燃料噴射時期と３回の燃料噴射量の一例を示す。図中、ハッチングされた部分が１回目、２回目、最後の燃料噴射量に相当する。図では各燃料噴射量Ｑ１，Ｑ２，Ｑｅｎｄに対して筒内噴射弁２６のバラツキを抑制するための学習値ｋｉｎｊで除したものとして示した。この場合、実施例では、１回目の分割割合ｋ１は、始動時水温Ｔｗｓが低いほど大きくなる傾向に設定され、始動後時間Ｔａｆｔが長いほど小さくなる傾向に設定され、シフトポジションＳＰが走行用ポジション（ＤポジションやＲポジション）のときの方が非走行用ポジション（ＮポジションやＰポジション）に比して大きくなる傾向に設定するものとした。始動時水温Ｔｗｓが低いほど１回目の分割割合ｋ１大きくなる傾向に設定するのは、始動時水温Ｔｗｓが低いほどシリンダの壁面やピストンの上面に燃料が付着しやすいため、圧縮行程で燃料噴射を行なう場合に比して燃料の付着を抑制することができることに基づいている。始動後時間Ｔａｆｔが長いほど小さくなる傾向に設定するのは、始動後時間Ｔａｆｔが長いほど筒内の温度が上昇することにより、圧縮行程での燃料噴射でも燃料の付着が少なくなることに基づいている。シフトポジションＳＰが走行用ポジション（ＤポジションやＲポジション）のときの方が非走行用ポジション（ＮポジションやＰポジション）に比して大きくなる傾向に設定するのは、シフトポジションＳＰが走行用ポジション（ＤポジションやＲポジション）のときの方が非走行用ポジション（ＮポジションやＰポジション）に比して体積効率ＫＬが大きいため、空気と燃料の混合気をより濃く且つより均一なものとすることに基づいている。１回目からＮ回目の燃料噴射量に対して空燃比フィードバック制御の補正係数ｋｆｂを考慮し、最後の燃料噴射量（膨張行程燃料噴射量）Ｑｅｎｄには空燃比フィードバック制御の補正係数ｋｆｂを考慮しないのは、最後の燃料噴射は、点火プラグ３０による点火に対して放電誘引させるために行なわれるものであるから、燃料噴射量に対して空燃比フィードバック制御を行なう必要がないことに基づいている。１回目からＮ回目の燃料噴射量に対して空燃比フィードバック制御の補正係数ｋｆｂを考慮することにより、空燃比センサ３５ａからの空燃比ＡＦを目標空燃比ＡＦ＊とすることができる。もとより、１回目からＮ回目の燃料噴射量Ｑｎに学習値ｋｎｊを乗じることにより、筒内噴射弁２６のバラツキを抑制することができる。

こうして最後の燃料噴射量（膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄ）や１回目からＮ回目の燃料噴射量Ｑｎを設定すると、１回目からＮ回目の燃料噴射については、設定された燃料噴射開始時期（吸気行程や圧縮行程で設定された燃料噴射開始時期）に筒内噴射弁２６を全開（フルリフト）し、燃料噴射量Ｑｎに応じた時間が経過したときに筒内噴射弁２６を閉弁する。１回目からＮ回目の燃料噴射を筒内噴射弁２６を全開（フルリフト）して行なうのは、ある程度の量の燃料を正確に噴射する必要があることに基づいている。最後の燃料噴射（膨張行程における燃料噴射）は、点火プラグ３０の点火時期に同期して、即ち、放電誘引が生じるように点火時期より若干早いタイミング（クランク角として例えば２度や３度だけ早いタイミング）に筒内噴射弁２６を半開（パーシャルリフト）し、最後の燃料噴射量（膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄ）に応じた時間が経過したときに筒内噴射弁２６を閉弁する。最後の燃料噴射（膨張行程における燃料噴射）を筒内噴射弁２６を半開（パーシャルリフト）して行なうのは、最後の燃料噴射が放電誘引させるために行なわれるものであり、燃料の粒子をできる限り小さくして噴霧するように行なうのが好ましいことに基づいている。なお、半開（パーシャルリフト）は、全開ではないことを意味し、開度が５％や１０％、２０％なども含まれる。筒内噴射弁２６を半開（パーシャルリフト）して燃料噴射するときには、実施例では、実験などにより予め定められた開度となるように筒内噴射弁２６を開成するものとした。

以上説明した実施例のエンジン装置１０では、浄化装置３４を膨張行程噴射暖機により暖機する際には、最後の燃料噴射量（膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄ）については始動時水温Ｔｗｓと始動後時間Ｔａｆｔと体積効率ＫＬとに基づいて設定する。始動時水温Ｔｗｓはエンジン１２を始動したときの筒内（シリンダ内）の温度（筒内温度の初期値）を反映するものであり、始動後時間Ｔａｆｔはエンジン１２を始動以降の筒内の温度を反映するものであり、体積効率ＫＬは吸入空気量Ｑａを反映するものであるから、これらに基づいて最後の燃料噴射量（膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄ）を設定することにより、最後の燃料噴射量（膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄ）をより適正なものとすることができる。また、最後の燃料噴射量（膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄ）を、始動時水温Ｔｗｓが高いほど多くなる傾向に、始動後時間Ｔａｆｔが長いほど少なくなる傾向に、体積効率ＫＬが大きいほど多くなる傾向に設定することにより、より適正なものとすることができる。

実施例のエンジン装置１０では、１回目からＮ回目の燃料噴射については筒内噴射弁２６を全開（フルリフト）して行なう。これにより、１回目からＮ回目の燃料噴射量をより正確に行なうことができる。最後の燃料噴射（膨張行程における燃料噴射）については筒内噴射弁２６を半開（パーシャルリフト）して行なう。これにより、微少量の微粒子による燃料噴射を行なうことができ、放電誘引をより確実に生じさせることができる。

実施例のエンジン装置１０では、最後の燃料噴射量（膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄ）については空燃比フィードバック制御による補正を行なわないものとすると共に筒内噴射弁２６のバラツキを抑制するための学習値ｋｉｎｊによる補正を行なうものとした。これにより、最後の燃料噴射量（膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄ）をより適正な噴射量とすることができる。一方、最後の燃料噴射（膨張行程における燃料噴射）を除く１回目からＮ回目の燃料噴射における燃料噴射量Ｑｎについては空燃比フィードバック制御による補正を行なうと共に筒内噴射弁２６のバラツキを抑制するための学習値ｋｉｎｊによる補正を行なうものとした。これにより、空燃比センサ３５ａからの空燃比ＡＦを目標空燃比ＡＦ＊とすることができると共に、１回目からＮ回目の燃料噴射における燃料噴射量Ｑｎをより適正なものとすることができる。

実施例のエンジン装置１０では、空燃比センサ３５ａからの空燃比ＡＦに基づいて燃料噴射量の増量補正が必要となる場合には、最後の燃料噴射量（膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄ）についても増補補正する。この場合、最後の燃料噴射量（膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄ）における増量補正量は、始動時水温Ｔｗｓが高いほど多くなる傾向に、始動後時間Ｔａｆｔが長いほど少なくなる傾向に、体積効率ＫＬが大きいほど多くなる傾向に設定するする。なお、空燃比センサ３５ａからの空燃比ＡＦに基づいて燃料噴射量の増量補正が必要となる場合でも、最後の燃料噴射量（膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄ）については増補補正しないものとしても構わない。

実施例のエンジン装置１０では、浄化装置３４を膨張行程噴射暖機により暖機する際に、最後の燃料噴射量（膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄ）については始動時水温Ｔｗｓと始動後時間Ｔａｆｔと体積効率ＫＬとに基づいて設定するものとした。しかし、浄化装置３４を膨張行程噴射暖機により暖機する場合以外の場合、例えば、エンジン１２の始動時などに最後の燃料噴射を膨張行程で行なう場合にも最後の燃料噴射量（膨張行程燃料噴射量Ｑｅｎｄ）については始動時水温Ｔｗｓと始動後時間Ｔａｆｔと体積効率ＫＬとに基づいて設定するものとしてもよい。

実施例のエンジン装置１０は、例えば後段に自動変速機を備える自動車に搭載されるものとしたり、走行用の動力を出力するモータと共にハイブリッド自動車に搭載されるものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン１２が「エンジン」に相当し、浄化装置３４が「浄化装置」に相当し、ＥＣＵ７０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。

１０ エンジン装置、１２ エンジン、１６ クランクシャフト、２２ エアクリーナ、２４ スロットルバルブ、２５ 吸気管、２６ 筒内噴射弁、３４ｂ 温度センサ、２８ 吸気バルブ、２９ 燃焼室、３０ 点火プラグ、３１ 排気バルブ、３２ ピストン、３３ 排気管、３４ 浄化装置、３４ａ 浄化触媒、３５ａ 空燃比センサ、３５ｂ 酸素センサ、３６ スロットルモータ、３８ イグニッションコイル、４０ クランクポジションセンサ、４２ 水温センサ、４４ カムポジションセンサ、４６ スロットルバルブポジションセンサ、４８ エアフローメータ、４９ 温度センサ、５８ 吸気圧センサ、５９ ノックセンサ、７０ 電子制御ユニット。

Claims (4)

1. 燃焼室に燃料を噴霧する筒内噴射弁と前記筒内噴射弁から噴霧される燃料に点火可能な点火プラグとを有するエンジンと、
   前記エンジンの排気を浄化する浄化触媒を有する浄化装置と、
   前記筒内噴射弁による複数回の燃料噴射と前記点火プラグによる点火とを制御する制御装置と、
   を備えるエンジン装置であって、
   前記制御装置は、前記筒内噴射弁からの最後の燃料噴射を膨張行程で行なうと共に前記膨張行程における燃料噴射に同期して前記点火プラグにより点火する膨張行程噴射駆動の際における前記最後の燃料噴射量については、前記エンジンを始動したときの前記エンジンの冷却水の温度である始動時水温、前記エンジンを始動してからの時間である始動後時間、前記エンジンの１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の比である体積効率に基づいて設定する、
   ことを特徴とするエンジン装置。
2. 請求項１記載のエンジン装置であって、
   前記制御装置は、前記膨張行程噴射駆動における前記最後の燃料噴射量については、前記始動時水温が高いほど多くなる傾向に、前記始動後時間が長くなるほど少なくなる傾向に、前記体積効率が大きくなる臍多くなる傾向に設定する、
   エンジン装置。
3. 請求項１または２記載のエンジン装置であって、
   前記制御装置は、前記膨張行程噴射駆動における前記最後の燃料噴射を除く燃料噴射については前記筒内噴射弁の開度を全開となるように制御し、前記最後の燃料噴射については前記筒内噴射弁の開度を半開となるように制御する、
   エンジン装置。
4. 請求項１ないし３のうちのいずれか１つの請求項に記載のエンジン装置であって、
   前記制御装置は、前記膨張行程噴射駆動における前記最後の燃料噴射を除く燃料噴射量については空燃比フィードバック制御による補正を行ない、記膨張行程噴射駆動における前記最後の燃料噴射量については前記空燃比フィードバック制御による補正は行なわない、
   エンジン装置。

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