JPWO2016031510A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

高精度に要求空燃比を満足することができる内燃機関の制御装置を提供する。算出部は、第１の周期ごとに、１燃焼サイクル内の燃料噴射回数と１燃焼サイクル内の各燃料噴射の割合を示す燃料噴射割合とを算出する（５００）。第１の保持部は、算出部によって算出された燃料噴射回数と燃料噴射割合を、第１の周期において保持する（５００）。参照部は、第１の周期と異なる第２の周期ごとに、第１の保持部に保持される燃料噴射回数と燃料噴射割合とを参照する（５０６）。第２の保持部は、参照部によって参照された燃料噴射回数と燃料噴射割合を、少なくとも１燃焼サイクルの最初の燃料噴射（５１２）の開始タイミングから最後の燃料噴射（５１３）の開始タイミングまでの期間において保持する（５０６）。制御部は、第２の保持部に保持された前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合に応じて燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する。

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

１燃焼サイクル中に複数回の燃料噴射を実行する多段噴射制御が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような多段噴射制御によれば、筒内の燃料付着量低減・混合気の均一度を上げることができ、排気エミッションを低減することができる。

特開２０１１−１３２８９８号公報

多段噴射制御では、１燃焼サイクル中の要求総噴射量を各噴射に振りわける分割比を、内燃機関の運転状態等に基づいて決定することで、空燃比に対する精度を保証しつつ、燃焼要求に対する最適化を行える。しかし、特許文献１に開示されるような制御では、運転状態が変化し、前記分割比の要求変化を各噴射量に反映する事により、分割比および総噴射量を守ることができず、所望の空燃比を精度良く制御することができないという問題がある。

また、燃料噴射弁の特徴として、同じ量の燃料を噴射する為に、燃料噴射弁に供給される燃料圧力により、燃料噴射パルス幅を補正する必要がある。しかし、この様な場合においても複数回に分けて噴射を行っている時において、所望の空燃比を精度良く制御することができないという問題がある。

本発明は、上記２つの課題に対してなされたものである。本発明の目的は、高精度に要求空燃比を満足することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、第１の周期ごとに、１燃焼サイクル内の燃料噴射回数と前記１燃焼サイクル内の各燃料噴射の割合を示す燃料噴射割合とを算出する算出部と、前記算出部によって算出された前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合を、前記第１の周期において保持する第１の保持部と、前記第１の周期と異なる第２の周期ごとに、前記第１の保持部に保持される前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合とを参照する参照部と、前記参照部によって参照された前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合を、少なくとも前記１燃焼サイクルの最初の燃料噴射の開始タイミングから最後の燃料噴射の開始タイミングまでの期間において保持する第２の保持部と、前記第２の保持部に保持された前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合に応じて燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する制御部と、を備えるようにしたものである。

本発明によれば、高精度に要求空燃比を満足することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態によるECUを含む内燃機関システムの全体構成を示す概略図である。 図１に示すECUの入出力信号関係を示すブロック線図である。 本発明の一実施形態によるECUで算出される多段噴射回数の一例を示す図である。 多段噴射制御の第１の課題を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第１の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第１の制御の応用例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第２の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第３の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第４の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第５の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第６の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第７の制御例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第８の制御例を示すタイムチャートである。 多段噴射制御の第２の課題を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるECUが実行する噴射回数及び分割比の演算制御と、多段噴射制御のフローチャートの１例である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態によるECU(Engine Control Unit)の構成及び動作を説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を表す。内燃機関の制御装置としてのECUは、以下で説明するように、燃料噴射を制御する。

（内燃機関システムの構成）
最初に、図１を用いて、内燃機関とその燃料噴射を制御する制御装置（ECU）の基本構成を説明する。図１は、本発明の一実施形態によるECU９を含む内燃機関システムの全体構成を示す概略図である。

図１に示すように、エンジン１には、ピストン２、吸気弁３、排気弁４が備えられる。吸気は、空気流量計（エアフロセンサ）２２を通過してスロットル弁１９に入り、分岐部であるコレクタ１５より吸気管１０、吸気弁３を介してエンジン１の燃焼室２１に供給される。前記エアフロセンサ２２からは、吸気流量を表す信号がECU９に出力される。

燃料は、燃料タンク２３から低圧燃料ポンプ２４によって内燃機関へと供給され、さらに高圧燃料ポンプ２５によって燃料噴射に必要な圧力に高められる。燃料は、燃料噴射弁５(以下、インジェクタ５と呼ぶ)から、エンジン１の燃焼室２１に噴射供給され、点火コイル７、点火プラグ６で点火される。

点火制御は、ECU９により、所望の点火タイミングで、点火コイル７への通電制御により行われる仕組みとなっている。また、燃料の圧力は燃料圧力センサ２６によって計測され、その信号はECU９に出力されている。燃焼後の排気ガスは排気弁４を介して排気管１１に排出される。排気管１１には排気ガス浄化のための三元触媒１２が備えられている。

（ECUの構成）
次に、図２を用いて、本発明の一実施形態によるECU９の１例を説明する。図２は、図１に示すECU９の入出力信号関係を示すブロック線図である。

前記ECU９は、Ａ／Ｄ変換器を含むI／Ｏ ＬＳＩ９ａ、ＣＰＵ９ｂ等から構成されイグニッションON、スターターONを示すキースイッチ２００の信号、図１のクランク角センサ１６の信号、図１のエアフロセンサ２２の空気量信号、排気ガス中の酸素濃度を検出する図１のＡ／Fセンサ１３の信号、図１のアクセル開度センサ２２のアクセル開度の信号、図１の燃料圧力センサ２６の信号、スロットルセンサ２０１(図示省略)等の信号が入力される。

ＥＣＵ９は、所定の演算処理を実行し、演算結果として算出された各種の制御信号を出力し、アクチュエータである図１の電制スロットル１８、図１の低圧燃料ポンプ２４、図１の高圧ポンプソレノイド２５、図１の点火コイル７、図１のインジェクタ５に所定の制御信号を供給する。

図２のＩ／Ｏ ＬＳＩ９ａには図１のインジェクタ５を駆動する駆動回路(図示省略)が設けられており、バッテリから供給される電圧を昇圧回路（図示省略）を用いて昇圧して供給し、駆動ＩＣ（図示省略）によって電流制御することによってインジェクタ５を駆動する。

また、ＥＣＵ９には、クランク角度センサ１６の信号からエンジン回転数を演算する回転数検出手段と、図１の水温センサ８から得られる内燃機関の水温とエンジン始動後の経過時間等から図１の三元触媒１２が暖機されて状態であるかを判断する手段が備えられている。なお、吸気ポート噴射式の場合、インジェクタ５は吸気管１０部分に装着される。

以上から、内燃機関の燃焼に必要なインジェクタ５の駆動制御及び燃料噴射量を最適に制御する。

（多段噴射回数）
次に、図３を用いて、多段噴射の噴射回数の一例を説明する。図３は、本発明の一実施形態によるECUで算出される多段噴射回数の一例を示す図である。

図３には示していないが、各気筒の吸気行程の開始から排気行程の終了までである１燃焼サイクル中に噴射する噴射回数は、内燃機関のエンジン回転数や要求トルク等のエンジンの運転状態に基づいて算出される。噴射回数は、内燃機関の性能向上からの要求とインジェクタ５が精度良く噴射できる最小噴射パルス幅及びECU9の性能から決定する。

（第１の課題）
次に、図４を用いて、多段噴射の分割比（燃料噴射割合）が変化したときの噴射制御の１例を説明する。図４は、多段噴射制御の第１の課題を説明するための図である。

図４の４００は、ｎ番気筒の多段噴射の噴射回数および分割比の演算周期を表しており、４０１のタイミングでは、噴射回数が２回であり、１回目噴射分割比が１、２回目分割比が３であることを表している。図４の時間Ｔ４０２において前記演算周期となり、前記運転状態の変化により、２回目噴射分割比が３から１に変化し、４０３のタイミングにおいては、ｎ番気筒の噴射回数が２回であり、１回目噴射分割比が１、２回目分割比が１であることを表している。

図４の４０４は、ｎ＋１番気筒の多段噴射の噴射回数および分割比の演算タイミングを表しており、上記説明と同様に、４０５のタイミングでは、噴射回数が２回であり、１回目噴射分割比が１、２回目分割比が３であることを表しており、時間Ｔ４０２において前記演算周期となり、前記運転状態の変化により、２回目噴射分割比が３から１に変化し、４０６のタイミングでは噴射回数が２回であり、１回目噴射分割比が１、２回目分割比が１であることを表している。

４０７は、ｎ番気筒の１燃焼サイクルの１回目噴射を実行するための噴射パルスであり、当該パルス信号に基づいてインジェクタ５から燃料噴射が行われる。当該噴射パルス４０７の出力開始タイミングT４０８では、ｎ番気筒の噴射回数および分割比は、４０１より、噴射回数が２回、１回目噴射分割比が１、２回目噴射分割比が３であるため、総噴射量の１/４を噴射するために必要な噴射パルスを出力する。

同様に当該燃焼サイクルの２回目噴射を実行するための噴射パルスである４０９の出力開始タイミングT４１０では、ｎ番気筒の噴射回数および分割比は４０１より、噴射回数が２回、１回目噴射分割比が１、２回目噴射分割比が３であるため、総噴射量の３/４の量を噴射するために必要な噴射パルスを出力する。

同様に、ｎ＋１番気筒の１燃焼サイクルの１回目噴射を実行するための噴射パルスである４１１の出力開始タイミングT４１２では、ｎ＋１番気筒の噴射回数および分割比は４０５より、噴射回数が２回、１回目噴射分割比は１、２回目噴射分割比は３であるため、燃料総噴射量の１/４を噴射するために必要な噴射パルスを出力する。

ｎ＋１番気筒の当該燃焼サイクルの２回目噴射を実行するための噴射パルスである４１３の出力開始タイミングT４１４では、ｎ＋１番気筒の噴射回数および分割比は４０６より、噴射回数が２回、１回目噴射分割比は１、２回目噴射分割比は１であるため、総噴射量の１/２を噴射するために必要な噴射パルスを出力する。

この例の場合、ｎ＋１番気筒において、１回目噴射量と２回目噴射量を足しても、分割比の変化により所望の総噴射量とならず、その結果内燃機関の空燃比を所望の値に制御できない。図４で示した分割比の変化において２回目噴射分割比が増える場合もあり、その場合においても要求空燃比を満たすことができない。

以上から、噴射回数及び分割比の演算と、燃料噴射のタイミングが異なることで内燃機関の要求空燃比を保つことができない。

これに対し、本発明の一実施形態によるECU９は、要求噴射回数及び分割比の要求が変化した場合においても、所望の空燃比を満たす燃料噴射制御を行うものである。以下、本発明の一実施形態によるECU９が実行する燃料噴射制御について説明する。

（第１の制御例）
次に、図５を用いて、燃料噴射制御の第１の制御例を説明する。図５は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第１の制御例を示すタイムチャートである。

図５では、１例として、１燃焼サイクル内の多段噴射の各噴射のタイミングと各噴射パルス幅の少なくとも一方の設定をする基準となるタイミング(以降、噴射制御基準位置と呼ぶ)を本発明の更新タイミングとしている。噴射制御基準位置は、例えば、吸気行程の所定のタイミングである。

図５の５００は、多段噴射の噴射回数および分割比の演算タイミングを表している。タイミングT５０１において、噴射回数および分割比を演算し、次の演算タイミングT５０２までの５０３では、T５０１での演算結果となる。同様に、次の演算タイミングT５０２において、噴射回数および分割比を演算し、次の演算タイミングT５０４までの５０５では、T５０２での演算結果となる。

ここで、ECU9は、第１の周期（演算周期）ごとに、１燃焼サイクル内の燃料噴射回数と１燃焼サイクル内の各燃料噴射の割合を示す燃料噴射割合とを算出する算出部として機能する。また、ECU9及びメモリ（不図示）は、協働することにより、算出部によって算出された燃料噴射回数と燃料噴射割合を、第１の周期において保持する第１の保持部として機能する。なお、メモリは、ECU9に内蔵されているものであっても、ECU9の外部に設置されているものであってもよい。

図５の５０６は、ｎ番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比の更新タイミングを表している。図５の１例においては、噴射制御基準位置が更新タイミングであり、噴射制御基準位置T５０６において、最新の噴射回数および分割比の演算結果である５０３の値に更新し、次の更新タイミングである次燃焼サイクルの噴射制御基準位置T５０８までの５０７は、５０３の値となる。

ここで、ECU9は、第１の周期と異なる第２の周期（燃料噴射を実行する際に用いる噴射回数と噴射割合の更新周期）ごとに、第１の保持部に保持される燃料噴射回数と燃料噴射割合とを参照する参照部として機能する。また、ECU9及びメモリ（不図示）は、協働することにより、参照部によって参照された燃料噴射回数と燃料噴射割合を、少なくとも１燃焼サイクルの最初の燃料噴射の開始タイミングから最後の燃料噴射の開始タイミングまでの期間において保持する第２の保持部として機能する。

なお、第２の保持部は、参照部の参照に同期して（参照の直後又は所定時間経過後）保持を開始する。第１の周期（例えば、Ｔ５０１からＴ５０２までの期間）は、第２の周期（例えば、Ｔ５０６からＴ５０８までの期間）より短い。第２の周期は、例えば、内燃機関の回転に同期する周期である。

同様に、次の更新タイミングである噴射制御基準位置T５０８において、最新の噴射回数および分割比の演算結果である５０９の値に更新し、次の更新タイミングである次燃焼サイクルの噴射制御基準位置T５１０までの５１１は、５０９の値となる。図５の１燃焼サイクル内の多段噴射の最初の噴射を実行するための噴射パルス５１２から、最後の噴射を実行するための噴射パルス５１３の各噴射量の演算に５０７の値を使用することで、各噴射量に最新の噴射回数と分割比を反映した上で、噴射期間中の噴射回数と分割比を一定に保つことができる。

ここで、ECU9は、第２の保持部に保持された燃料噴射回数と燃料噴射割合に応じて燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する制御部として機能する。

以上説明したように、本実施形態によれば、１燃焼サイクルの最初の燃料噴射の開始タイミングから最後の燃料噴射の開始タイミングまでの期間、燃料噴射弁の制御に用いられる燃料噴射回数と前記燃料噴射割合が変更されない。これにより、高精度に要求空燃比を満足することができる。

（第１の制御の応用例）
各気筒で噴射制御基準位置をそれぞれ別に設定することで、各気筒に最新の噴射回数と分割比を反映した上で、当該気筒の噴射期間中の噴射回数と分割比を一定に保つことができる。

以下、図６を用いて、図５に示した第１の制御の応用例を説明する。図６は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第１の制御の応用例を示すタイムチャートである。図６では、各気筒で噴射制御基準位置をそれぞれ別に設定している。

図６の６００は、ｎ番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比の更新タイミングを表しており、ｎ番気筒の噴射制御基準位置T６０２やT６０３において、前記噴射回数および分割比の値を更新する。

図の６０１は、ｎ＋１番気筒（次気筒）の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比の更新タイミングを表しており、ｎ＋１番気筒の噴射制御基準位置T６０５やT６０６において、前記噴射回数および分割比の値を更新する。ｎ番気筒の多段噴射の各噴射量の演算には６００の値を使用し、ｎ＋１番気筒の多段噴射の各噴射量の演算には６０１の値を使用することにより、各気筒において最新の噴射回数と分割比を反映した上で、当該気筒の噴射期間中の噴射回数と分割比を一定に保つことができる。

図５および図６では、噴射制御基準位置を更新タイミングとしたが、１燃焼サイクル中の初回噴射パルスの噴射開始タイミングや、１燃焼サイクル中の最後の噴射パルスの噴射開始タイミングあるいは噴射終了タイミングや、１燃焼サイクル中の点火タイミング、クランク角度に基づいたタイミングを前記更新タイミングとしても、上記説明と同様に、当該気筒の噴射期間中の噴射回数と分割比を一定に保つことができる。図７から図１０において、上記更新タイミングについて説明する。

（第２の制御例）
次に、図７を用いて、燃料噴射制御の第２の制御例を説明する。図７は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第２の制御例を示すタイムチャートである。
図７では、１燃焼サイクル内の初回噴射パルスの噴射開始タイミングを更新タイミングとしている。

すなわち、第２の周期（例えば、Ｔ７０１からＴ７０３までの期間）の開始タイミングは、１燃焼サイクルにおける最初の燃料噴射（７００）の開始タイミング（Ｔ７０１）である。

１燃焼サイクルの初回の噴射７００の噴射開始タイミングT７０１において、ｎ番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比を最新の値に更新する。同様に、次燃焼サイクルの初回噴射７０２の噴射開始タイミングT７０３において、前記噴射回数および分割比を最新の値に更新する。

上記により、前記図５及び図６で説明した内容と同様の効果を得ることができる。

（第３の制御例）
次に、図８を用いて、燃料噴射制御の第３の制御例を説明する。図８は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第３の制御例を示すタイムチャートである。
図８では、１燃焼サイクル内の最後の噴射パルスの噴射開始タイミングを更新タイミングとしている。

１燃焼サイクルの最後の噴射８００の噴射開始タイミングT８０１において、ｎ番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比を最新の値に更新する。また、噴射中に当該噴射パルス幅を変更可能な場合は、前記最後の噴射パルス８００の噴射終了タイミングＴ８０２を更新タイミングとしても良い。

すなわち、第２の周期（例えば、Ｔ８０１からＴ８０４までの期間）の開始タイミングは、１燃焼サイクルの前の１燃焼サイクルにおける最後の燃料噴射（８００）の開始タイミング（Ｔ８０１）又は終了タイミング（Ｔ８０２）である。

同様に、次燃焼サイクルの最後の噴射８０３の噴射開始タイミングT８０４において、前記噴射回数および分割比を最新の値に更新する。

上記により、前記図５から図７で説明した内容と同様の効果を得ることができる。

（第４の制御例）
次に、図９を用いて、燃料噴射制御の第４の制御例を説明する。図９は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第４の制御例を示すタイムチャートである。
図９では、１燃焼サイクル内の点火タイミングを更新タイミングとしている。

図９の９００はｎ番気筒の点火信号であり、T９０１において点火コイル７に通電し、T９０２で通電を遮断したタイミングで点火する。前記T９０１の通電タイミングあるいはT９０２の点火タイミングにおいて、ｎ番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比を最新の値に更新する。

すなわち、第２の周期（例えば、Ｔ９０２からＴ９０４までの期間）の開始タイミングは、１燃焼サイクルの前の１燃焼サイクルにおける点火タイミング（Ｔ９０２）である。

同様に、次燃焼サイクルの前記通電タイミングT９０３あるいは点火タイミングT９０４において、ｎ番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比を最新の値に更新する。

上記により、前記図５から図８で説明した内容と同様の効果を得ることができる。

（第５の制御例）
次に、図１０を用いて、燃料噴射制御の第５の制御例を説明する。図１０は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第５の制御例を示すタイムチャートである。図１０では、特定タイミングを更新タイミングとしている。

図１０のT１０００は１燃焼サイクルの吸気行程開始（クランク角０°）であり、T１０００においてｎ番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比を最新の演算値に更新する。同様に次燃焼サイクルの吸気行程開始(クランク角０°)T１００１において、前記噴射回数および分割比を最新の値に更新する。

すなわち、第２の周期（例えば、Ｔ１０００からＴ１００１までの期間）の開始タイミングは、１燃焼サイクルの吸気行程の所定のタイミングである。所定のタイミングは、例えば、所定のクランク角に応じたタイミングである。

図１０ではクランク角０°を更新タイミングとしたが、１燃焼サイクルの初回噴射開始タイミングよりも進角側を更新タイミングとしても良い。ただし、前燃焼サイクルの最後の噴射開始タイミングよりも遅角側とする。図１０で１例を説明すると、１燃焼サイクルの初回噴射開始タイミングT１００２よりも進角側であり、前燃焼サイクルの最後の噴射開始タイミングT１００３よりも遅角側であるタイミングである。

上記により、前記図５から図９で説明した内容と同様の効果を得ることができる。

（第６の制御例）
次に、図１１を用いて、燃料噴射制御の第６の制御例を説明する。図１１は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第６の制御例を示すタイムチャートである。図１１では、保持開始タイミングを燃料噴射タイミングとした場合のタイムチャートである。

図１１の１燃焼サイクルの初回の噴射パルス１１００の噴射開始タイミングＴ１１０１から、当該燃焼サイクルの最後の噴射パルス１１０２の噴射開始タイミングT１１０３まで、ｎ番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比を、T１１０１における最新の演算値１１０２として保持する。

同様に、次燃焼サイクルの初回の噴射パルス１１０６の噴射開始タイミングＴ１１０７から、当該燃焼サイクルの最後の噴射パルス１１０８の噴射開始タイミングT１１０９まで、ｎ番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比を、T１１０７における最新の演算値１１１０として保持する。

また、噴射中に当該噴射パルス幅を変更可能な場合は、１回目噴射パルス１１００の噴射開始タイミングＴ１１０１から、当該燃焼サイクルの最後の噴射パルス１１０２の噴射終了タイミングＴ１１０４まで分割比および噴射回数を保持するようにしても良い。

ここで、ECU9は、１燃焼サイクルの最後の燃料噴射（１１０２）の開始タイミング（Ｔ１１０３）又は終了タイミング（Ｔ１１０４）に保持を終了する第２の保持部として機能する。なお、保持の終了は、例えば、メモリに保持された値を解放することを意味する。

ECU9は、１燃焼サイクルの最後の燃料噴射の開始タイミング（Ｔ１１０３）又は終了タイミング（Ｔ１１０４）から、第２の周期（例えば、Ｔ１１０１からＴ１１０７までの期間）の終了タイミング（Ｔ１１０７）までの期間内に保持を終了してもよい。

以上から、前記図５から図１０で説明した内容と同様の効果を得ることができる。

（第７の制御例）
次に、図１２を用いて、燃料噴射制御の第７の制御例を説明する。図１２は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第７の制御例を示すタイムチャートである。図１２では、保持開始タイミングを噴射制御基準位置、保持終了タイミングを点火タイミングとしている。

図１２の１燃焼サイクルの噴射制御基準位置Ｔ１２００から、当該燃焼サイクルの点火タイミングＴ１２０１まで、ｎ番気筒の多段噴射の各噴射量を演算する際に用いる噴射回数および分割比を、T１２００における最新の演算値１２０２として保持する。

ここで、ECU９は、１燃焼サイクルの点火タイミング（例えば、Ｔ１２０１）に保持を終了する第２の保持部として機能する。

同様に、次燃焼サイクルの噴射制御基準位置T１２０３から、当該燃焼サイクルの点火タイミングT１２０４まで、前記噴射回数および分割比を、T１２０３における最新の演算値１２０５として保持する。

以上から、前記図５から図１１で説明した内容と同様の効果を得ることができる。

（第８の制御例）
次に、図１３を用いて、燃料噴射制御の第８の制御例を説明する。図１３は、本発明の一実施形態によるECUが実行する燃料噴射制御の第８の制御例を示すタイムチャートである。図１３では、保持終了タイミングを、保持開始タイミングから所望の時間Δｔが経過したタイミングとしている。

図１３の１燃焼サイクルの初回の噴射パルス１３００の噴射開始タイミングＴ１３０１から、T１３０１から所定時間Δｔが経過したタイミングＴ１３０２まで、図１１および図１２において説明した内容と同様に、噴射回数および分割比を保持する。前記所定時間Δｔは、T１３０１から当該燃焼サイクルの最後の噴射までの時間を運転状態に基づいて推定した値であり、運転状態の変化を考慮し一定の余裕を持たせると良い。また、所定時間Δｔを、クランク角度に対応する時間として設定しても良い。

ここで、ECU9は、１燃焼サイクルの最初の燃料噴射の開始タイミング（例えば、Ｔ１３０１）又は終了タイミングから内燃機関の運転状態に基づいた所定の時間Δｔが経過したタイミング（例えば、Ｔ１３０２）に保持を終了する第２の保持部として機能する。

以上から、前記図５から図１２で説明した内容と同様の効果を得ることができる。

図５から図１３において、本発明の分割比および噴射回数を更新あるいは保持するタイミングについて記載したが、保持開始タイミングの一例と保持終了タイミングの一例を、入れ替えても、初回噴射開始から、当該燃焼サイクルの最後の噴射開始までを含むタイミングであれば同様の効果を得ることができる。

そのため、図５から図１３におけるタイミングのいずれかの組み合わせ又はそれに相当する他のタイミングであっても良い。また、多段噴射の各噴射量演算が分割比に基づかず、噴射回数により総噴射量を等分するような制御においては、分割比を保持する必要はない。噴射回数においても同様である。

（第２の課題）
以上、本発明による要求噴射回数及び分割比の変化に対する空燃比制御の精度向上について説明した。

以下、図１４を用いて、内燃機関の燃料圧力が変化したときの多段噴射制御の第２の課題を説明する。図１４は、内燃機関の燃料圧力が変化したときの所望の燃料を噴くために必要な噴射パルス幅を示したタイムチャートの１例である。

図１４の１４００は、所望の燃料を噴くために必要な噴射パルス幅を示し、１４０１は燃料圧力を示しており、燃料圧力１４０１が上がると噴射パルス幅１４００は減少する。このように、インジェクタ５の特徴として、同じ量の燃料を噴射する場合においても、インジェクタ５に供給される燃料圧力により、要求噴射パルス幅を補正する必要がある。ここで燃料圧力に対する補正の必要性は、一般に知られていることであり、ここでは説明を割愛する。

図１４の時間Ｔ１４０２において、噴射パルス幅を１４０４の値、噴射を開始するタイミングとして時間Ｔ１４０３を設定した場合、時間Ｔ１４０３で噴射パルス幅を出力するときには、実際に必要な噴射パルス幅１４０５の値と大きな差異が出てしまい、要求空燃比を満たすことができなくなる。多段噴射の各噴射量を正確に制御する為にも、同様に燃料圧力の変動を考慮した制御を実施する必要がある。

（噴射パルス幅の計算）
次に、噴射回数及び分割比の演算制御と、多段噴射制御のフローを説明する。図１５は、本発明の一実施形態によるECUが実行する噴射回数及び分割比の演算制御と、多段噴射制御のフローチャートの１例である。ただし、説明の便宜上、内燃機関の複数ある気筒の中における１つの気筒の多段噴射制御を代表して示す。

図１５の演算処理は、あらかじめ定められた演算周期で繰り返し実行される。すなわち、ステップＳ１５００からステップＳ１５０４の処理は、ECU９によってあらかじめ定められた演算周期で繰り返し実行される。演算周期は、時間とクランク角度の少なくとも一方に基づいた周期である(例として、１ｍｓ毎や１０ｄｅｇ毎)。また、インジェクタ５の噴射開始タイミングをECU９に通知するような、ECU９への割込み処理を契機として演算するものとしてもよい
図１５のステップＳ１５００は、１燃焼サイクルにおいて要求される総燃料量を噴射するための総噴射パルス幅TI_ALLを演算する。総噴射パルス幅TI_ALLはエアフロセンサ２０にて計量する吸入空気量、エンジン回転数、水温センサ８から求める水温、燃料圧力センサ２６から求める燃料圧力等に基づいて演算された値であり、燃料圧力の変動に対応可能な演算周期とすることが望ましい。

ここで、ECU9は、内燃機関の運転状態及び燃圧に基づいて、１燃焼サイクル内において要求される総燃料量を算出する算出部として機能する。また、ECU9及びメモリ（不図示）は、協働することにより、算出部によって算出された総燃料量を、第１の周期において保持する前記第１の保持部として機能する。

図１５のステップＳ１５０１では、噴射回数Nおよび分割比SPLIT_ｎ(ｎはN以下の整数)を演算する。

図１５のステップＳ１５０２では、噴射回数および分割比の更新タイミングかどうかを判定し、判定が真の場合、ステップＳ１５０３の処理に進み、多段噴射の各噴射量演算に使用する噴射回数Ｎおよび分割比ＳＰＬＩＴ_ｎを、ステップＳ１５０１で演算した値に更新する。更新タイミングでない場合、図１５のステップＳ１５０４の処理に進む。

図１５のステップＳ１５００からＳ１５０３の処理において、最新の噴射回数と分割比を反映した上で、当該気筒の噴射期間中に噴射回数と分割比を更新しないことにより、噴射期間中は噴射回数と分割比を一定に保つことができる。

図１５のステップＳ１５０４では、ステップＳ１５０３において更新した多段噴射回数Ｎと分割比ＳＰＬＩＴ_ｎと、ステップＳ１５００で演算した要求総噴射量TI_ALLより、各噴射パルス幅ＴＩ_ｎ（ｎはＮ以下の整数）を以下の式( 1 )で演算する。

ＴＩ_ｎ ＝ ＴＩ_ALL × ＳＰＬＩＴ_ｎ ・・・・( 1 )
ステップＳ１５０４で演算した各噴射パルス幅TI_ｎは、１燃焼サイクル中の分割比を守った上で、最新の総噴射パルス幅ＴＩ_ALLを反映することで、多段噴射を実行しているときにおいて燃圧変化が発生しても、精度が良い空燃比制御を行うことができる。

ここで、ECU9は、第１の保持部に保持された総燃料量に応じて燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する制御部として機能する。

また、多段噴射の各噴射量演算が分割比に基づかず、噴射回数により総噴射量を等分するような制御においては、以下の式( 2 )で演算しても良い。

ＴＩ_ｎ ＝ ＴＩ_ALL × N ・・・・( 2 )
なお、ステップＳ１５００からステップＳ１５０４の演算周期を１燃焼サイクルとする場合には、図１５のステップＳ１５０２を省略しても良い。

また、図１５に示すフローチャートからステップＳ１５０２、Ｓ１５０３を削除し、ステップＳ１５０３を別のトリガー（クランク角、インジェクタ駆動信号、点火信号）で実行するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本実施形態によれば、前記噴射回数や分割比の変化が発生した場合においても、所望の空燃比を精度よく制御可能な多段噴射が可能となる。

なお、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。上記した実施例は本発明を分かりやすく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も可能であり、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。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

第２の周期の開始タイミング（更新タイミング）は、上記実施形態で例示したものに限定されない。第２の周期の開始タイミングは、１燃焼サイクルの前の１燃焼サイクルにおける最後の燃料噴射の開始タイミングから、１燃焼サイクルにおける最初の燃料噴射の開始タイミングまでの期間内のタイミングであればよい。

１…エンジン
２…ピストン
３…吸気弁
４…排気弁
５…インジェクタ
６…点火プラグ
７…点火コイル
８…水温センサ
９…ＥＣＵ
１０…吸気管
１１…排気管，
１２…三元触媒
１３…A／Fセンサ
１５…コレクタ
１６…クランク角センサ
１８…電制スロットル
１９…スロットル弁
２０…エアフロセンサ
２１…燃焼室
２２…アクセル開度センサ
２３…燃料タンク
２６…燃料圧力センサ

上記目的を達成するために、本発明は、１燃焼サイクル内に複数回燃料噴射を実行させる内燃機関の制御装置において、前記１燃焼サイクル中の燃料噴射回数と前記１燃焼サイクル内の各燃料噴射の割合を示す燃料噴射割合とを、少なくとも前記１燃焼サイクルの最初の燃料噴射の開始タイミングから最後の燃料噴射の開始タイミングまでの期間において保持する第２の保持部と、前記第２の保持部に保持された前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合に応じて燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する制御部と、を備えるようにしたものである。

Claims (15)

1. 第１の周期ごとに、１燃焼サイクル内の燃料噴射回数と前記１燃焼サイクル内の各燃料噴射の割合を示す燃料噴射割合とを算出する算出部と、
   前記算出部によって算出された前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合を、前記第１の周期において保持する第１の保持部と、
   前記第１の周期と異なる第２の周期ごとに、前記第１の保持部に保持される前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合とを参照する参照部と、
   前記参照部によって参照された前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合を、少なくとも前記１燃焼サイクルの最初の燃料噴射の開始タイミングから最後の燃料噴射の開始タイミングまでの期間において保持する第２の保持部と、
   前記第２の保持部に保持された前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合に応じて燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記第２の周期の開始タイミングは、
   前記１燃焼サイクルの前の１燃焼サイクルにおける最後の燃料噴射の開始タイミングから、前記１燃焼サイクルにおける最初の燃料噴射の開始タイミングまでの期間内のタイミングである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記第２の周期の開始タイミングは、
   前記１燃焼サイクルにおける最初の燃料噴射の開始タイミングである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記第２の周期の開始タイミングは、
   前記１燃焼サイクルの前の１燃焼サイクルにおける最後の燃料噴射の開始タイミング又は終了タイミングである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記第２の周期の開始タイミングは、
   前記１燃焼サイクルの前の１燃焼サイクルにおける点火タイミングである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記第２の周期の開始タイミングは、
   前記１燃焼サイクルの吸気行程の所定のタイミングである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記所定のタイミングは、
   所定のクランク角に応じたタイミングである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記第２の保持部は、
   前記参照部の参照に同期して保持を開始する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
9. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記第２の保持部は、
   前記１燃焼サイクルの最後の燃料噴射の開始タイミング又は終了タイミングに保持を終了する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
10. 請求項９に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記第２の保持部は、
    前記１燃焼サイクルの点火タイミングに保持を終了する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
11. 請求項９に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記第２の保持部は、
    前記１燃焼サイクルの最初の燃料噴射の開始タイミング又は終了タイミングから前記内燃機関の運転状態に基づいた所定の時間が経過したタイミングに保持を終了する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
12. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記算出部は、
    前記内燃機関の運転状態及び燃圧に基づいて、前記１燃焼サイクル内において要求される総燃料量を算出し、
    前記第１の保持部は、
    前記算出部によって算出された前記総燃料量を、前記第１の周期において保持し、
    前記制御部は、
    前記第１の保持部に保持された総燃料量に応じて燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
13. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記第１の周期は、
    前記第２の周期より短い
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
14. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記第２の周期は、
    前記内燃機関の回転に同期する周期である
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
15. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記算出部は、
    少なくとも前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記燃料噴射回数と前記燃料噴射割合を算出する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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