JPWO2013080371A1

JPWO2013080371A1 - 内燃機関の燃料噴射システム

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Publication number: JPWO2013080371A1
Application number: JP2013546932A
Authority: JP
Inventors: 入澤　泰之; 泰之入澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2015-04-27
Anticipated expiration: 2031-12-02
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Abstract

本発明は、気筒内へ燃料を噴射する第１燃料噴射弁と吸気通路へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁とを備えた火花点火式の内燃機関において、該内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタが配置される場合に適した燃料噴射技術を提供することを課題とする。この課題を解決するために、本発明の火花点火式内燃機関の燃料噴射システムは、パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量が閾値以上であるときに、第２燃料噴射弁の燃料噴射量に対する第１燃料噴射弁の燃料噴射量の比率である筒内噴射比率を減少させることにより、内燃機関から排出される粒子状物質の量を減少させるようにした。

Description

本発明は、気筒内へ燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、吸気通路へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、排気通路に配置されるパティキュレートフィルタと、を備えた火花点火式の内燃機関の燃料噴射技術に関する。

気筒内へ燃料を噴射する第１燃料噴射弁と吸気通路へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁を備えた内燃機関において、予め定められた高回転数領域へ移行するに伴い、第１燃料噴射弁の噴射比率を増大させる技術が知られている（たとえば、特許文献１を参照）。

また、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システムを備えた圧縮着火式の内燃機関において、排気通路に配置されたＮＯＸ触媒の硫黄被毒（ＳＯ_Ｘ被毒）を解消するための処理が実行されているときに、内燃機関から排出される煤の量が少なくなるようにＥＧＲガス量を調整する技術も知られている（たとえば、特許文献２を参照）。

特開２００６−１３８２５２号公報特開２００４−２７８３５６号公報

本発明の目的は、気筒内へ燃料を噴射する第１燃料噴射弁と吸気通路へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁とを備えた火花点火式の内燃機関において、該内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタが配置される場合に適した燃料噴射技術を提供することにある。

本発明は、前記した課題を解決するために、気筒内へ燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、吸気通路へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、排気通路に配置されるパティキュレートフィルタと、を備えた内燃機関の燃料噴射システムにおいて、パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質（ＰＭ）の量が閾値以上であるときに、内燃機関から排出される粒子状物質が少なくなるように、第１燃料噴射弁と第２燃料噴射弁の噴射比率を調整するようにした。

詳細には、本発明の内燃機関の燃料噴射システムは、
気筒内へ燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、
吸気通路へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、
排気通路に配置され、排気中に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量が閾値以上のときは閾値未満のときに比べ、前記第１燃料噴射弁及び前記第２燃料噴射弁の総燃料噴射量に対して第１燃料噴射弁から噴射される燃料量の比率である筒内噴射比率を減少させる制御手段と、
を備えるようにした。

なお、ここでいう「閾値」は、たとえば、パティキュレートフィルタから粒子状物質（ＰＭ）を除去するための処理（フィルタ再生処理）が必要であると判断される捕集量、或いはその捕集量からマージンを差し引いた量に相当する。

パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が多いときは少ないときに比べ、該パティキュレートフィルタによる排気の圧力損失が大きくなる。その結果、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が多いときは少ないときに比べ、内燃機関に作用する背圧が大きくなる。背圧が過剰に大きくなる場合は、内燃機関の出力が低下したり、又は燃料消費量が増加したりする可能性がある。そのため、背圧の大きさが内燃機関の出力低下や燃料消費量の増加を招く大きさになる前に、パティキュレートフィルタからＰＭを除去する必要がある。

パティキュレートフィルタからＰＭを除去する方法としては、ＰＭ捕集量が予め定めた量（閾値）に達したときに、パティキュレートフィルタを酸素過剰且つ高温な雰囲気に曝すことにより、ＰＭを酸化させる方法が考えられる。ところで、火花点火式の内燃機関において、酸素過剰且つ高温な雰囲気を作り出すためには、内燃機関をリーン空燃比で運転させ、或いはフューエルカット運転させつつ、排気の温度を高める必要がある。しかしながら、運転者の運転操作によってはフィルタ再生処理に不適当な運転状態が継続される場合もある。そのような場合は、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が過多となって、内燃機関の出力低下や燃料消費量の増加等の不具合を招く可能性がある。

これに対し、本発明の内燃機関の燃料噴射システムによれば、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が閾値以上のときは閾値未満のときに比べ、筒内噴射比率が減少される。ここで、筒内噴射比率が高いときは低いときに比べ、内燃機関から排出されるＰＭの量が多くなる傾向がある。そのため、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が閾値以上のときに筒内噴射比率が減少されると、内燃機関から排出されるＰＭの量が減少する。その結果、単位時間あたりにパティキュレートフィルタに捕集されるＰＭの量、言い換えれば、単位時間あたりにおけるＰＭ捕集量の増加量（増加速度）を少なく抑えることができる。

したがって、ＰＭ捕集量が閾値に達した後にフィルタ再生処理に不適当な運転状態が継続されても、ＰＭ捕集量の過剰な増加を抑えることができる。その結果、背圧の過剰な増加を抑えることが可能になるとともに、内燃機関の出力低下や燃料消費量の増加を可及的に回避することが可能にある。

なお、第１燃料噴射弁と第２燃料噴射弁を備えた内燃機関において、該内燃機関の運転状態によっては第１燃料噴射弁のみから燃料を噴射させる場合がある。そのような場合にＰＭ捕集量が閾値以上になると、制御手段は、第１燃料噴射弁の燃料噴射量を減量するとともに、その減量分を第２燃料噴射弁から噴射させればよい。

本発明に係わる内燃機関の燃料噴射システムにおいて、制御手段は、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が前記閾値より大きな上限値に達したときは、筒内噴射比率を零にするようにしてもよい。すなわち、制御手段は、ＰＭ捕集量が上限値以上のときは、第１燃料噴射弁を停止させるとともに、第２燃料噴射弁のみから燃料を噴射させてもよい。

ここでいう「上限値」は、フィルタ再生処理が実施されたときに、パティキュレートフィルタが過昇温すると考えられるＰＭ捕集量（以下、「ＯＴ限界量」と称する）からマージンを差し引いた量に相当する。

パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が閾値に達した後は、筒内噴射比率の減少により、単位時間あたりにパティキュレートフィルタに捕集されるＰＭ量は少なくなる。ただし、ＰＭ捕集量が閾値に達した後にフィルタ再生処理に不適当な運転状態が長時間継続されると、ＰＭ捕集量が前記ＯＴ限界量以上になる可能性がある。

これに対し、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が上限値に達したときに、筒内噴射比率が零にされると、内燃機関から排出されるＰＭの量がより一層少なくなる。その結果、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量がＯＴ限界量に到達し難くなる。よって、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量がＯＴ限界量に達する前に、フィルタ再生処理が実行される可能性が高まる。

次に、本発明に係わる内燃機関の燃料噴射システムは、内燃機関のノックを検知するノック検知手段と、ノック検知手段がノックを検知したときに点火タイミングを遅角させる遅角手段と、をさらに備えるようにしてもよい。その場合、制御手段は、遅角手段による点火タイミングの遅角量が所定量を超えるときは、筒内噴射比率を零より大きくするようにしてもよい。

パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が上限値以上になると、気筒内に残留する既燃ガスの量が多くなる可能性がある。気筒内に残留する既燃ガスの量が多くなると、気筒内の温度（以下、「筒内温度」と称する）が高くなる。また、筒内噴射比率が零にされると、第１燃料噴射弁から噴射される燃料の気化潜熱による筒内温度の低下が見込めなくなる。よって、ＰＭ捕集量が上限値以上のときに筒内噴射比率が零にされると、ノックが発生する可能性がある。

火花点火式の内燃機関においては、ノック検知手段がノックを検知したときに点火タイミングが遅角させることによりノックを抑制する。しかしながら、ＰＭ捕集量が上限値以上であり、且つ筒内噴射比率が零にされているときは、ノックが発生し易くなるため、点火タイミングの遅角量が過剰に多くなる可能性がある。点火タイミングの遅角量が過剰に多くなると、失火や燃焼安定性の低下を招く可能性もある。

これに対し、点火タイミングの遅角量が所定量（たとえば、失火や燃焼安定性を招く可能性がある遅角量からマージンを差し引いた量）を超えるときに、筒内噴射比率が零より大きくされると、第１燃料噴射弁から噴射される燃料の気化潜熱により筒内温度が低下するため、ノックの発生を抑制することができる。なお、筒内噴射比率を零より大きくする方法は、通常時（ＰＭ捕集量が閾値未満であるとき）の比率まで筒内噴射比率を増加させる方法や、ノックを回避し得る最少量（以下、「ノック回避噴射量」と称する）の燃料が第１燃料噴射弁から噴射されるときの比率まで筒内噴射比率を増加させる方法、などを用いることができる。

また、内燃機関の運転状態が第２燃料噴射弁のみから燃料を噴射させる領域にあるときは、制御手段は、第１燃料噴射弁からノック回避噴射量の燃料を噴射させるとともに、第２燃料噴射弁の燃料噴射量からノック回避噴射量を減量させればよい。

以上述べた内燃機関の燃料噴射システムにおいて、制御手段による筒内噴射比率の減少処理（筒内噴射比率を零にする処理も含む）は、フィルタ再生処理が実行されるまで、好ましくはパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が前記閾値より少ない判定値を下回るまで実行されてもよい。言い換えると、制御手段は、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が前記閾値より少ない判定値を下回ったときに、筒内噴射比率の減少処理を終了してもよい。

また、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量は、パティキュレートフィルタより上流の排気圧力とパティキュレートフィルタより下流の排気圧力との差（以下、「前後差圧」と称する）、パティキュレートフィルタより上流の排気圧力（以下、「上流側排気圧力」と称する）、又は、パティキュレートフィルタから流出するＰＭの量（以下、「ＰＭ流出量」と称する）等に相関する。

そこで、制御手段は、ＰＭ捕集量を示すパラメータとして、前後差圧と上流側排気圧力とＰＭ流出量の何れかを用いてもよい。すなわち、制御手段は、前記閾値、前記上限値、或いは前記判定値と比較するパラメータとして、前後差圧、上流側排気圧力、或いはＰＭ流出量の何れかを用いてもよい。また、制御手段は、ＰＭ捕集量を示すパラメータとして、内燃機関の運転状態に基づいて演算（たとえば、燃料噴射量や吸入空気量などの積算値をパラメータとして演算）されるＰＭ捕集量（推定値）を用いてもよい。

本発明によれば、気筒内へ燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、吸気通路へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、排気通路に配置されるパティキュレートフィルタと、を備えた火花点火式の内燃機関において、パティキュレートフィルタの状態に適した態様により燃料噴射を行うことができる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。筒内噴射比率とＰＭ排出量との関係を示す図である。本実施例において噴射比率を決定する際に実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒を備えた４ストローク・サイクルの火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、図１では、複数の気筒のうち１気筒のみが示されている。

内燃機関１の各気筒２には、ピストン３が摺動自在に内装されている。ピストン３は、コネクティングロッド４を介して図示しない出力軸（クランクシャフト）と連結されている。各気筒２には、筒内に燃料を噴射するための第１燃料噴射弁５と、筒内の混合気に着火するための点火プラグ６が取り付けられている。

気筒２の内部は、吸気ポート７及び排気ポート８と連通している。気筒２内における吸気ポート７の開口端は、吸気バルブ９により開閉される。気筒２内における排気ポート８の開口端は、排気バルブ１０により開閉される。吸気バルブ９と排気バルブ１０は、図示しない吸気カムと排気カムとにより各々開閉駆動される。

前記吸気ポート７は、吸気通路７０と連通している。吸気通路７０には、スロットル弁７１が配置されている。スロットル弁７１より上流の吸気通路７０には、エアフローメータ７２が配置されている。スロットル弁７１より下流の吸気通路７０には、吸気ポート７へ向けて燃料を噴射する第２燃料噴射弁１１が配置されている。

前記排気ポート８は、排気通路８０と連通している。排気通路８０には、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのパティキュレートフィルタ８１が配置されている。パティキュレートフィルタ８１は、たとえば、多孔質の基材により形成されるウォールフロー型のフィルタである。なお、パティキュレートフィルタ８１より上流の排気通路８０、又はパティキュレートフィルタ８１より下流の排気通路８０には、排気浄化用触媒（たとえば、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒、選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒など）を具備する浄化装置が配置されてもよい。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどから構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ２０には、前述したエアフローメータ７２に加え、ノックセンサ１２、クランクポジションセンサ２１、アクセルポジションセンサ２２、差圧センサ８２などの各種センサの検出信号が入力されるようになっている。

エアフローメータ７２は、吸気通路７０を流れる吸気の量（質量）に相関する電気信号を出力する。ノックセンサ１２は、内燃機関１のシリンダブロックに取り付けられ、シリンダブロックの振動の大きさに相関する電気信号を出力する。ノックセンサ１２は、本発明に係わるノック検知手段に相当する。クランクポジションセンサ２１は、クランクシャフトの回転位置に相関する信号を出力する。アクセルポジションセンサ２２は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。差圧センサ８２は、パティキュレートフィルタ８１より上流の排気圧力とパティキュレートフィルタ８１より下流の排気圧力との差（前後差圧）に相関する電気信号を出力する。

また、ＥＣＵ２０は、第１燃料噴射弁５、点火プラグ６、第２燃料噴射弁１１、及びスロットル弁７１等の各種機器と電気的に接続され、前述した各種センサの出力信号に基づいて各種機器を制御する。たとえば、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ２１、アクセルポジションセンサ２２、エアフローメータ７２等の出力信号により定まる内燃機関１の運転状態に応じて、第１燃料噴射弁５の燃料噴射量と第２燃料噴射弁１１の燃料噴射量との噴射比率を制御する。以下、本実施例における噴射比率の制御方法について述べる。

先ず、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態（機関回転数、アクセル開度、吸入空気量等）をパラメータとして、基本噴射比率を演算する。ここでいう「基本噴射比率」は、総燃料噴射量（第１燃料噴射弁５から噴射される燃料量と第２燃料噴射弁１１から噴射される燃料量との総和）に対して第１燃料噴射弁５から噴射される燃料量の比率（筒内噴射比率）の基本値と、総燃料噴射量に対して第２燃料噴射弁１１から噴射される燃料量の比率（ポート噴射比率）の基本値とを含む。

なお、内燃機関１の運転状態と基本噴射比率との関係は、予め実験などを利用した適合作業により定められ、マップや関数式としてＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されていてもよい。

次いで、ＥＣＵ２０は、パティキュレートフィルタ８１に捕集されているＰＭの量（ＰＭ捕集量）が閾値以上であるか否かを判別する。ＰＭ捕集量は、内燃機関１の運転履歴（燃料噴射量や吸入空気量の積算値）をパラメータとして推定演算されてもよい。ＰＭ捕集量はパティキュレートフィルタ８１の前後差圧に相関するため、差圧センサ８２の出力信号がＰＭ捕集量の代替値として用いられてもよい。また、ＰＭ捕集量はパティキュレートフィルタ８１から流出するＰＭの量（ＰＭ流出量）に相関するため、パティキュレートフィルタ８１より下流の排気通路８０に配置されるＰＭセンサ（図示せず）の出力信号がＰＭ捕集量の代替値として用いられてもよい。さらに、ＰＭ捕集量はパティキュレートフィルタ８１より上流の排気圧力にも相関するため、パティキュレートフィルタ８１より上流の排気通路８０に配置される圧力センサ（図示せず）の出力信号がＰＭ捕集量の代替値として用いられてもよい。本実施例では、差圧センサ８２の出力信号がＰＭ捕集量の代替値として用いられる場合について説明する。

なお、前記閾値は、たとえば、パティキュレートフィルタ８１に捕集されているＰＭを酸化除去するための処理（フィルタ再生処理）が必要であると考えられるＰＭ捕集量、又は該ＰＭ捕集量からマージンを差し引いた量である。

ＰＭ捕集量が閾値未満であるときは、ＥＣＵ２０は、前記基本噴射比率に従って、第１燃料噴射弁５及び第２燃料噴射弁１１のそれぞれの燃料噴射量（燃料噴射時間）を演算する。たとえば、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態に応じて定まる総燃料噴射量に筒内噴射比率の基本値を乗算することにより、第１燃料噴射弁５の燃料噴射量を演算する。また、ＥＣＵ２０は、総燃料噴射量にポート噴射比率の基本値を乗算することにより、第２燃料噴射弁１１の燃料噴射量を演算する。

一方、ＰＭ捕集量が閾値以上であるときは、ＥＣＵ２０は、筒内噴射比率が減少するように、前記基本噴射比率を補正する。たとえば、ＥＣＵ２０は、筒内噴射比率の基本値に１以下の補正係数（以下、「第１補正係数」と称する）を乗算するとともに、ポート噴射比率の基本値に１以上の補正係数（以下、「第２補正係数」と称する）を乗算する。その際、第１補正係数と第２補正係数は、補正後の総燃料噴射量が補正前の総燃料噴射量と同等になるように定められるものとする。なお、第１補正係数と第２補正係数は、固定値であってもよいが、ＰＭ捕集量に応じて増減される可変値であってもよい。第１補正係数及び第２補正係数が可変値である場合は、ＰＭ捕集量が多いときは少ないときに比べ、第１補正係数が小さくされるとともに、第２補正係数が大きくされればよい。

このような方法により筒内噴射比率及びポート噴射比率が補正されると、ＰＭ捕集量が閾値以上のときに内燃機関１から排出されるＰＭの量が減少する。つまり、内燃機関１から排出されるＰＭの量（ＰＭ排出量）は、図２に示すように、筒内噴射比率が高いときより低いときの方が少なくなる傾向がある。よって、ＰＭ捕集量が閾値上のときに筒内噴射比率が減少されるとともにポート噴射比率が増加されると、内燃機関１のＰＭ排出量が少なくなる。

内燃機関１のＰＭ排出量が少なくなると、単位時間あたりにパティキュレートフィルタ８１に捕集されるＰＭの量が少なくなる。言い換えると、内燃機関１のＰＭ排出量が少なくなると、単位時間あたりにおけるＰＭ捕集量の増加量（増加速度）が低くなる。

ここで、フィルタ再生処理を実施する場合は、パティキュレートフィルタ８１を酸素過剰且つ高温な雰囲気に曝す必要がある。そのため、フィルタ再生処理を実行可能な運転領域は、内燃機関１がリーン空燃比で運転される領域やフューエルカット運転される領域に限られる。したがって、ＰＭ捕集量が閾値に達した後において、フィルタ再生処理に不適当な運転状態が継続される場合が想定される。そのような場合は、パティキュレートフィルタ８１のＰＭ捕集量が過多となって、内燃機関１に作用する背圧が過大になる可能性がある。内燃機関１に作用する背圧が大きくなると、吸気効率や排気効率の低下による機関出力の低下や、機関出力の低下を抑制することを目的とした燃料消費量の増加等の不具合を招く可能性がある。

これに対し、ＰＭ捕集量が閾値以上のときに内燃機関１のＰＭ排出量が減少させられると、フィルタ再生処理に不適当な運転状態が継続された場合であっても、ＰＭ捕集量の過剰な増加を抑えることができる。その結果、機関出力の低下や燃料消費量の増加を最小限に抑えることができる。

ところで、上記したように筒内噴射比率を減少させる処理が実施される場合であっても、フィルタ再生処理に不適当な運転状態が長期に亘って継続されると、ＰＭ捕集量がＯＴ限界量以上になる可能性がある。ここでいう「ＯＴ限界量」は、フィルタ再生処理が実施されたときに、該パティキュレートフィルタ８１が過昇温すると考えられるＰＭ捕集量であり、前記閾値より大きな値である。

そこで、ＥＣＵ２０は、パティキュレートフィルタ８１のＰＭ捕集量が上限値に達したときに、筒内噴射比率が零になるように基本噴射比率に補正するようにした。ここでいう「上限値」は、ＯＴ限界量からマージンを差し引いたＰＭ捕集量に相当し、前記閾値より大きな値である。

筒内噴射比率が零にされると、第１燃料噴射弁５の燃料噴射量が零（第１燃料噴射弁５からの燃料噴射が停止）になるとともに、第２燃料噴射弁１１の燃料噴射量が総燃料噴射量と同等になる。その結果、内燃機関１のＰＭ排出量は、より一層少なくなる。よって、ＰＭ捕集量が閾値に達した後においてフィルタ再生処理に不適当な運転状態が長期間継続されても、ＰＭ捕集量がＯＴ限界量に達し難くなる。言い換えると、ＰＭ捕集量が閾値に達してからＯＴ限界量に達するまでにかかる時間を長引かせることができる。ＰＭ捕集量が閾値に達してからＯＴ限界量に達するまでの時間が長くなると、ＰＭ捕集量がＯＴ限界量に達する前にフィルタ再生処理が実施される可能性を高めることができる。

また、ＰＭ捕集量が前記上限値を超えて増加し続けると、内燃機関１の排気効率が低下し、気筒２内に残留する既燃ガスの量が多くなる。既燃ガスは吸気（吸入空気）より高温になるため、気筒２内に残留する既燃ガスの量が多いときは筒内温度が高くなる。また、筒内噴射比率が零にされると、第１燃料噴射弁５から噴射される燃料の気化潜熱による筒内温度の低下が見込めなくなる。よって、ＰＭ捕集量が上限値以上のときに筒内噴射比率が零にされると、ノックが発生する可能性がある。

これに対し、ＥＣＵ２０は、ノックセンサ１２によりノックの発生が検出された場合（ノックセンサ１２により検出される振動の大きさがノック判定値以上である場合）に、点火プラグ６の作動タイミング（点火タイミング）を遅角させる。しかしながら、ＰＭ捕集量が上限値以上であり、且つ筒内噴射比率が零にされているときはノックが発生し易いため、点火タイミングの遅角量が過剰に多くなる可能性がある。点火タイミングの遅角量が過剰に多くなると、失火や燃焼安定性の低下を招く可能性がある。

そこで、ＥＣＵ２０は、ＰＭ捕集量が上限値以上であり、且つ筒内噴射比率が零にされているときに、点火タイミングの遅角量が所定量を超えると、筒内噴射比率を零より大きくするようにした。すなわち、ＥＣＵ２０は、ＰＭ捕集量が上限値以上であり、且つ筒内噴射比率が零にされているときに、点火タイミングの遅角量が所定量を超えると、第１燃料噴射弁５から燃料を噴射させるようにした。ここでいう「所定量」は、たとえば、失火や燃焼安定性を招く可能性がある遅角量からマージンを差し引いたである。

筒内噴射比率を零より大きくする方法としては、筒内噴射比率を補正前の基本噴射比率に戻す方法が考えられる。ただし、内燃機関１の運転状態が第２燃料噴射弁１１のみから燃料を噴射させる運転領域にあるときは、ＥＣＵ２０は、第１燃料噴射弁５からノック回避噴射量の燃料を噴射させるとともに、第２燃料噴射弁１１の燃料噴射量からノック回避噴射量を減量させてもよい。

点火タイミングの遅角量が所定量を超えたときに筒内噴射比率が零より大きくされると、第１燃料噴射弁５から噴射される燃料の気化潜熱により筒内温度が低められる。その結果、ノックの発生を回避することができるとともに、点火タイミングの過剰な遅角による失火や燃焼安定性の低下を抑制することも可能になる。

以上述べた方法により噴射比率が制御されると、パティキュレートフィルタ８１の状態（ＰＭ捕集量）に適した態様によって燃料噴射を行うことが可能になるとともに、内燃機関１の失火や燃焼安定性の低下を抑制することも可能になる。

次に、本実施例における噴射比率の制御手順について図３に沿って説明する。図３は、ＥＣＵ２０が噴射比率を決定する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ２０によって周期的に実行される。

図３の処理ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１において差圧センサ８２の出力信号（前後差圧）ΔＰｆｉｌを読み込む。次いで、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０２へ進み、前記前後差圧ΔＰｆｉｌが閾値ΔＰｔｈｒｅ以上であるか否かを判別する。前記Ｓ１０２において肯定判定された場合（ΔＰｆｉｌ≧ΔＰｔｈｒｅ）は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３へ進む。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ２０は、前記前後差圧ΔＰｆｉｌが上限値ΔＰｌｉｍｉｔ未満であるか否かを判別する。前記Ｓ１０３において肯定判定された場合（ΔＰｆｉｌ＜ΔＰｌｉｍｉｔ）は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０４へ進む。

Ｓ１０４では、筒内噴射比率が減少するとともにポート噴射比率が増加するように、基本噴射比率を補正する。その場合、内燃機関１のＰＭ排出量が減少するため、単位時間あたりにおけるＰＭ捕集量の増加量が少なくなる。その結果、ＰＭ捕集量（前後差圧ΔＰｆｉｌ）が閾値（ΔＰｔｈｒｅ）以上になった後においてフィルタ再生処理に不適当な運転状態が継続されても、ＰＭ捕集量の過剰な増加が抑制される。ＥＣＵ２０は、前記Ｓ１０４の処理を実行し終えると、本ルーチンを一旦終了する。

また、前記Ｓ１０３において否定判定された場合（ΔＰｆｉｌ≧ΔＰｌｉｍｉｔ）は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５へ進む。Ｓ１０５では、ＥＣＵ２０は、筒内噴射比率が零になるように、基本噴射比率を補正する。言い換えると、ＥＣＵ２０は、ポート噴射比率が１００％になるように、基本噴射比率を補正する。その場合、内燃機関１のＰＭ排出量が一層少なくなるため、ＰＭ捕集量（前後差圧ΔＰｆｉｌ）が上限値（ΔＰｌｉｍｉｔ）以上になった後においてフィルタ再生処理に不適当な運転状態が継続されても、ＰＭ捕集量がＯＴ限界量へ到達し難くなる。

ＥＣＵ２０は、前記Ｓ１０５の処理を実行した後にＳ１０６ヘ進み、ノックの発生による点火タイミングの遅角量（ノック遅角量）ΔＳＡｋｃｓが所定量ΔＳＡｌｉｍｉｔ未満であるか否かを判別する。前記Ｓ１０６において肯定判定された場合（ΔＳＡｋｃｓ＜ΔＳＡｌｉｍｉｔ）は、ＥＣＵ２０は、本ルーチンを一旦終了する。一方、前記Ｓ１０６において否定判定された場合（ΔＳＡｋｃｓ≧ΔＳＡｌｉｍｉｔ）は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０７へ進む。

Ｓ１０７では、ＥＣＵ２０は、筒内噴射比率を零より増加させるとともに、筒内噴射比率の増加分をポート噴射比率から減少させる。その場合、第１燃料噴射弁５から噴射される燃料の気化潜熱により筒内温度が低下するため、ノック遅角量ΔＳＡｋｃｓを所定量ΔＳＡｌｉｍｉｔ以下に抑えつつ、ノックの発生を抑制することができる。ＥＣＵ２０は、前記Ｓ１０７の処理を実行し終えると、本ルーチンを一旦終了する。

また、前記Ｓ１０２において否定判定された場合（ΔＰｆｉｌ＜ΔＰｔｈｒｅ）は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０８へ進む。Ｓ１０８では、ＥＣＵ２０は、前記前後差圧ΔＰｆｉｌが判定値ΔＰｌ未満であるか否かを判別する。すなわち、ＥＣＵ２０は、フィルタ再生処理が実行されたことにより、ＰＭ捕集量が減少したか否かを判別する。ここでいう「判定値ΔＰｌ」は、前記閾値ΔＰｔｈｒｅに比して十分に少ない捕集量に相当する。

前記Ｓ１０８において否定判定された場合（ΔＰｆｉｌ≧ΔＰｌ）は、ＥＣＵ２０は、本ルーチンを一旦終了する。一方、前記Ｓ１０８において肯定判定された場合（ΔＰｆｉｌ＜ΔＰｌ）は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０９へ進み、筒内噴射比率及びポート噴射比率を基本噴射比率に戻す。ＥＣＵ２０は、Ｓ１０９の処理を実行し終えると、本ルーチンを一旦終了する。

以上述べたようにＥＣＵ２０が図３の処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる制御手段が実現される。その結果、パティキュレートフィルタ８１の状態（ＰＭ捕集量）や内燃機関１の運転状態（ノック遅角量）に適した態様によって燃料噴射を行うことが可能になる。その結果、ノック遅角量の過剰な増加を回避し得る範囲において、ＰＭ捕集量の過剰な増加を抑制することができる。

なお、本実施例においては、本発明に係わるノック検知手段として、ノックセンサ１２を用いる例を述べたが、これに限られるものではない。たとえば、ＥＣＵ２０は、筒内圧センサにより測定される燃焼圧波形から異常燃焼（ノック）を検出してもよい。また、ＥＣＵ２０は、点火プラグ６に取り付けられたイオン電流測定装置により測定されるイオン電流値から異常燃焼（ノック）を検出してもよい。

１内燃機関
２気筒
３ピストン
４コネクティングロッド
５第１燃料噴射弁
６点火プラグ
７吸気ポート
８排気ポート
９吸気バルブ
１０排気バルブ
１１第２燃料噴射弁
１２ノックセンサ
２０ＥＣＵ
２１クランクポジションセンサ
２２アクセルポジションセンサ
７０吸気通路
７１スロットル弁
７２エアフローメータ
８０排気通路
８１パティキュレートフィルタ
８２差圧センサ

Claims

気筒内へ燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、
吸気通路へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、
排気通路に配置され、排気中に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量が閾値以上のときは閾値未満のときに比べ、前記第１燃料噴射弁及び前記第２燃料噴射弁の総燃料噴射量に対して前記第１燃料噴射弁から噴射される燃料量の比率である筒内噴射比率を減少させる制御手段と、
を備える内燃機関の燃料噴射システム。
請求項１において、前記制御手段は、前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量が前記閾値より大きな上限値以上であるときは、筒内噴射比率を零にする内燃機関の燃料噴射システム。
請求項２において、前記内燃機関のノックを検知するノック検知手段と、
前記ノック検知手段がノックを検知したときに点火タイミングを遅角させる遅角手段と、
をさらに備え、
前記制御手段は、前記遅角手段による点火タイミングの遅角量が所定量を超えるときは、筒内噴射比率を零より大きくする内燃機関の燃料噴射システム。
請求項１乃至３の何れか１項において、前記制御手段は、前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量が前記閾値より少ない判定値を下回ったときに、筒内噴射比率を減少させるための処理を終了する内燃機関の燃料噴射システム。
請求項１乃至４の何れか１項において、前記制御手段は、前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質の量を示すパラメータとして、前記パティキュレートフィルタの前後差圧と、前記パティキュレートフィルタより上流の排気圧力と、前記パティキュレートフィルタから流出する粒子状物質の量と、前記内燃機関の運転履歴から演算される推定値の何れかを用いる内燃機関の燃料噴射システム。