(57)【要約】【課題】吸気行程噴射において、吸気ポート内のガス流速の大きさに応じて、最適なタイミングで燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】各気筒の吸気行程内で燃料を噴射する噴射期間の過半(半分以上)が、吸気ポート内のガス圧力が増加する期間内になるように燃料噴射弁を制御するようにした。吸気行程噴射において、吸気ポート内のガス流速の向き、及び大きさに応じて最適なタイミングで燃料を噴射するので、燃焼室内の燃料の混合状態が良好となって、燃費の向上や排気エミッションの低減が可能となるものである。【選択図】図３
2014114718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒に接続され気筒毎に独立した吸気ポートと、前記吸気ポート内に燃料を噴射する吸気ポート毎に設けられた燃料噴射弁とを備えた内燃機関に用いられ、前記内燃機関の作動状態量に基づき前記燃料噴射弁から噴射される燃料量を演算し、所定の燃料噴射時期に前記燃料噴射弁に噴射信号を送出する燃料噴射演算手段を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記気筒の吸気行程内で燃料を噴射する期間の過半が、前記気筒の吸気ポート内のガス圧力が増加する期間内になるように、前記燃料噴射演算手段から前記燃料噴射弁に噴射信号を送出することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射演算手段には吸気管に流入するガス量を調整するスロットル弁の開度信号が入力され、スロットル弁の開度変化が所定の開度変化より小さい場合に、前記気筒の吸気行程内で燃料を噴射する期間の過半が、前記気筒の吸気ポート内のガス圧力が増加する期間内になるように、前記燃料噴射演算手段から前記燃料噴射弁に噴射信号を送出することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
複数の気筒に接続され気筒毎に独立した吸気ポートと、前記吸気ポート内に燃料を噴射する吸気ポート毎に設けられた燃料噴射弁とを備えた内燃機関に用いられ、前記内燃機関の作動状態量から前記燃料噴射弁から噴射される燃料量を演算し、所定の燃料噴射時期に前記燃料噴射弁に噴射信号を送出する燃料噴射演算手段を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射演算手段には少なくとも１つの吸気ポート内のガス圧力を検出する吸気ポート圧センサの吸気ポート圧信号が入力され、前記吸気ポート圧センサを設けた気筒の吸気行程内で燃料を噴射する期間の過半が、前記吸気ポート圧センサで検出された前記吸気ポート内のガス圧力が増加する期間内になるように、前記燃料噴射演算手段から前記燃料噴射弁に噴射信号を送出することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射演算手段には吸気管に流入するガス量を調整するスロットル弁の開度信号が入力され、スロットル弁の開度変化が所定の開度変化より小さい場合に、前記吸気ポート圧センサを設けた気筒の吸気行程内で燃料を噴射する期間の過半が、前記吸気ポート圧センサで検出された前記吸気ポート内のガス圧力が増加する期間内になるように、前記燃料噴射演算手段から前記燃料噴射弁に噴射信号を送出することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項１または請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射演算手段は前記吸気行程に複数回の燃料噴射を行うことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項１または請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射演算手段は前記吸気行程に噴射する燃料噴射の回数を切り換えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
請求項１または請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記吸気行程内での前記吸気ポート内のガス圧力が増加する複数の期間を噴射候補期間とし、前記吸気行程内で燃料を噴射する期間の過半が、前記複数の噴射候補期間のなかで前記吸気工程に対応する気筒のピストン速度が最も速い噴射候補期間になるように、前記燃料噴射演算手段から前記燃料噴射弁に噴射信号を送出することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記吸気行程内での吸気ポート内のガス圧力が増加する複数の期間を噴射候補期間とし、前記吸気工程に対応する気筒のピストン速度によって決まる前記複数の噴射候補期間の優先順位にしたがって前記燃料噴射弁の燃料噴射時期を割り当てることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
請求項２または請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
所定の開度変化が、前記スロットル弁全開時の開度の１％以下であることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１０】
複数の気筒に接続され気筒毎に独立した吸気ポートと、前記吸気ポート内に燃料を噴射する吸気ポート毎に設けられた燃料噴射弁とを備えた内燃機関に用いられ、前記内燃機関の作動状態量から前記燃料噴射弁から噴射される燃料量を演算し、所定の燃料噴射時期に前記燃料噴射弁に噴射信号を送出する燃料噴射演算手段を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射演算手段には少なくとも１つの吸気ポート内のガス圧力を検出する吸気ポート圧センサの吸気ポート圧信号と、吸気管に流入するガス量を調整するスロットル弁の開度信号が入力され、前記燃料噴射演算手段は、少なくとも吸気ポート圧センサが設けられた吸気ポートに繋がる気筒の吸気行程時に、前記吸気ポート圧センサが設けられた前記吸気ポート設けられた前記燃料噴射弁に噴射信号を送出することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射演算手段は吸気ポート内のガス圧力の時間微分値、或いは吸気ポート内のガス圧力の時間微分値の符号を求め、このガス圧力の時間微分値、或いは吸気ポート内のガス圧力の時間微分値の符号に基づいて前記燃料噴射弁に噴射信号を送出することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の燃焼室に燃料を供給する燃料噴射制御装置に係り、特に燃焼室に接続された吸気ポートに燃料噴射弁を設けた内燃機関の燃料噴射制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の自動車は、環境保全の観点から自動車の排出ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の排出ガス物質の削減が求められている。また、この他に二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量の低減も大きな課題であり、このため燃費を向上することも求められている。そして、これらの要請に応えるため内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射制御装置の開発、改良が行われている。
【０００３】
一般に、内燃機関の燃焼室に燃料を供給する方式として、燃焼室を構成するシリンダヘッドに燃料噴射弁を設置して燃料を燃焼室に直接的に噴射する直接噴射方式と、燃焼室に接続された吸気ポートに燃料噴射弁を設置して燃料を吸気ポート内に噴射するマルチポイント噴射方式とがある。本発明は後者のマルチポイント噴射方式に関するものである。
【０００４】
そして、マルチポイント噴射方式は吸気ポートに燃料噴射弁が設けられているため、燃料噴射弁から噴射された燃料を空気流にうまく乗せて燃焼室に供給することが必要である。例えば、特開２００３−８３１２６号公報（特許文献１）に記載の技術は次のことが開示されている。
【０００５】
つまり、吸気ポート内に吸気弁へ向けて燃料噴射弁が配置されていると共に、吸気ポート内の流速を検出する流速センサが設けられている。冷機時には、吸気弁へ燃料が付着するのを回避するために、吸気弁が開いている吸気行程中に燃料を噴射している。そして、内燃機関では吸気弁の開弁時期直後に燃焼室からガスの吹き返しがあるので、流速センサによって吹き返しが終了するクランク角を求め、この吹き返し終了時期を噴射開始時期として燃料の噴射を行うようにしている。これによれば燃料の噴射が空気流に乗って燃焼室にうまく供給できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−８３１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、レシプロ式の内燃機関は間欠的な吸気動作を行うことから、吸気ポート内を圧力波が伝播し吸気脈動が生じることが知られている。吸気脈動の形態は、内燃機関を構成する気筒数や、吸気バルブ、排気バルブの開閉タイミング、機関の回転数、負荷などによって種々に変化することも知られている。
【０００８】
上述した特許文献１では、吸気ポートに設けた流速センサによって吸気ポートの吹き返しが終了するクランク角を求め、この吹き返し終了時期を噴射開始時期として噴射を行うことが記載されている。しかしながら、特許文献1では吸気ポート内のガスの流れの向きは考慮しているが、吸気ポート内のガス流速の大きさは考慮していない。
【０００９】
吸気脈動が生じている状態では、吸気ポート内ガスの流速は向きだけではなく、大きさも変化する。吸気行程に噴射された燃料の挙動は、吸気ポート内のガス流速の大きさにも強く影響を受ける。吸気ポート内のガス流速の大きさが不適切なタイミングで燃料を噴射すると、燃費が悪化したり、排気エミッションが増加したりする虞がある。
【００１０】
本発明の目的は、吸気行程噴射において、吸気ポート内のガス流速の大きさに応じて、最適なタイミングで燃料を噴射することができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の特徴は、各気筒の吸気行程内で燃料を噴射する噴射期間の過半(半分以上)が、吸気ポート内のガス圧力が増加する期間内になるように燃料噴射弁を制御する、ところにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、吸気行程噴射において、吸気ポート内のガス流速の向き、及び大きさに応じて最適なタイミングで燃料を噴射するので、燃焼室内の燃料の混合状態が良好となって、燃費の向上や排気エミッションの低減が可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態(実施例１)になる内燃機関とその燃料噴射制御装置の構成を示した構成図である。
【図２】内燃機関の概略の構成を示す縦断面図である。
【図３】第１の実施形態における噴射時期を説明するためのタイミングチャート図である。
【図４】第１の実施形態における吸気ポート圧センサから吸気ポート圧データをＥＣＵ内に取り込む方法を説明するタイミングチャート図である。
【図５】第１の実施形態における吸気ポート圧のサイクル平均値と、吸気ポート圧の微分値を求める手順を説明する説明図である。
【図６】第１の実施形態における吸気行程内のサイクル平均吸気ポート圧ＰＭ、サイクル平均吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔ、及び吸気ポート内の平均吸気速度Ｖの挙動を説明するためのタイミングチャート図である。
【図７】吸気ポート内の平均吸気速度Ｖを求める場合の吸気ポートの断面を示す断面図である。
【図８】吸気ポート圧微分値＞０の場合の吸気ポート内の空気速度ベクトルを表示した断面図である。
【図９】吸気ポート圧微分値＜０の場合の吸気ポート内の空気速度ベクトルを表示した断面図である。
【図１０ａ】吸気ポート圧微分値＞０の期間に燃料を噴射した時の吸気ポート内の空気速度ベクトル及び燃料挙動を説明する説明図である。
【図１０ｂ】吸気ポート圧微分値＞０の期間に燃料を噴射した時の吸気ポート内の空燃料挙動を説明する説明図である。
【図１０ｃ】吸気ポート圧微分値＞０の期間に燃料を噴射した時の燃焼室内の燃料挙動を説明する説明図である。
【図１１ａ】吸気ポート圧微分値＜０の期間に燃料を噴射した時の吸気ポート内の空気速度ベクトル及び燃料挙動を説明する説明図である。
【図１１ｂ】吸気ポート圧微分値＜０の期間に燃料を噴射した時の吸気ポート内の空燃料挙動を説明する説明図である。
【図１１ｃ】吸気ポート圧微分値＜０の期間に燃料を噴射した時の燃焼室内の燃料挙動を説明する説明図である。
【図１２】第１の実施形態における噴射タイミングの決定手順を示すフローチャート図である。
【図１３】第１の実施形態における過渡用噴射時期のマップデータの構成を示す説明図である。
【図１４】スロットル開度と吸気ポート圧との代表的な関係を示した特性図である。
【図１５】第１の実施形態における吸気速度Ｖと、シリンダ内のピストン速度Ｖｐの関係の説明する説明図である。
【図１６】第１の実施形態における噴射期間の中間時期（噴射重心時期）でのピストン速度を示した説明図である。
【図１７】第１の実施形態における好適な噴射期間の候補の例を示し、噴射期間の一部が吸気ポート圧微分値＞０の期間外であることを説明する説明図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態（実施例２）における噴射時期を説明するタイミングチャート図である。
【図１９】第２の実施形態における要求トルクに対する噴射時期の切り替え方法を説明する説明図である。
【図２０】第２の実施形態における吸気ポート圧微分値＞０の期間の平均ピストン速度を示した説明図である。
【図２１】実施例２における好適な噴射期間の候補の例を示し、噴射期間の一部が吸気ポート圧微分値＞０の期間外であることを説明する説明図である。
【図２２】本発明の第３の実施形態（実施例３）における噴射時期を説明するタイミングチャート図である。
【図２３】第３の実施形態における機関の要求トルクに対する噴射タイミングを説明する説明図である。
【図２４】第３の実施形態における機関の要求トルクに対する噴射タイミングの別の例を説明する説明図である。
【図２５】第３の実施形態における機関の要求トルクに対する噴射タイミングの別の例を説明する説明図である。
【図２６】第３の実施形態における好適な噴射期間の候補の例を示し、噴射期間の一部が吸気ポート圧微分値＞０の期間外であることを説明する説明図である。
【図２７】本発明の第４の実施形態（実施例４）における噴射時期を説明するタイミングチャート図である。
【図２８】本発明の第５の実施形態（実施例５）における吸気ポート圧微分値＞０となる噴射期間を求めるためのマップデータの構成を示す説明図である。
【図２９】第５の実施形態における噴射タイミングの決定手順を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
【実施例１】
【００１５】
本実施例では吸気ポート内のガス流速の大きさに応じて、最適なタイミングで燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射制御装置の例を説明する。図１は、本実施例の内燃機関の例である。
【００１６】
内燃機関５０は、吸気マニホールド２０、吸気ポート４、シリンダブロック２６、排気ポート５、排気マニホールド２１、触媒コンバータ２４、排気パイプ２５から成る。シリンダブロック２６には４つのシリンダ２７を有する、４気筒エンジンの構成となっている。各シリンダのヘッドにはそれぞれ２つの吸気弁６と２つの排気弁７と１つの点火プラグ８が配置されている。各気筒に独立に設けられた吸気ポート４には、吸気ポート内に燃料を供給するためのインジェクタ９が吸気ポート毎に配置されている。インジェクタ９は１つの吸気ポートに複数設けても良い。例えば、吸気２弁の気筒に対して、１つずつのインジェクタを設けるデュアルインジェクションの形態でもよい。
デュアルインジェクションでは、インジェクタ１本あたりの燃料流量が減るため、インジェクタから噴射される噴霧粒径が小さくなる。これによって、吸気行程で燃料を噴射した場合に、燃料がシリンダ壁等に付着しにくくなり、排気エミッションや燃料消費が低減するメリットがある。
【００１７】
１番気筒の吸気ポート４には、吸気ポート内のガス圧力を検出するための吸気ポート圧センサ２３が設けられている。吸気ポート圧センサ２３は、脈動による吸気ポート圧の時間変化に追従できるものであり、応答時間が１ｍｓ以下であることが望ましい。吸気圧センサ２３は全ての吸気ポート４に設けられることでも良い。本実施例では価格の観点で１つの吸気ポートに設けている。この場合、残りの吸気ポートの圧力は測定された吸気圧と相関を有しているので、推定演算手法で推定することができる。これについては後で説明する。尚、吸気圧センサは燃料噴射弁９に内蔵される方式のものであっても良いものである。
【００１８】
気筒毎の脈動圧力を測るには、吸気ポート圧センサ２３が気筒毎に独立した吸気ポートに設けられていることが重要である。例えば、吸気マニホールドに設けた吸気圧センサ（いわゆるＭＡＰセンサ）では、各気筒で生じた脈動圧力が合成された圧力が検出されるため、気筒毎の脈動圧力に分離することは困難である。
【００１９】
吸気ポート圧センサ２３によって検出された吸気ポート圧信号は燃料噴射演算手段であるＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１３によって読み取られる。ここで、ＥＣＵ１３は燃料噴射弁の噴射量信号、噴射時期信号の演算の他に、点火時期信号、吸排気弁の位相制御信号、スロットルバルブの開度制御信号等を演算して対象の機器を操作する機能を有している。
【００２０】
吸気マニホールドには吸気ガス量を調整するためのスロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブの開度は、開度エンコーダ２２ａによって検出される。またスロットルバルブはスロットルモータ２２ｂにより駆動され、スロットルの開度が変更される。ＥＣＵ１３は開度エンコーダ２２ａから送られるスロットルバルブ開度信号より、現在のスロットルバルブ開度を検出し、スロットルモータ２２ｂにスロットルバルブ駆動信号を送出して、スロットルバルブ２２を所定の開度に設定する。
【００２１】
図２は内燃機関５０を構成するシリンダ２７の縦断面図の例である。シリンダ２７には、ボアライナ１、シリンダヘッド１８、ピストン２、吸気バルブ６、排気バルブ７によって囲まれた燃焼室３が形成されている。
【００２２】
点火プラグ８がシリンダヘッド１８のほぼ中央に取り付けられている。点火プラグによる点火時期はＥＣＵ１３から点火プラグ８に送られる点火信号によって設定される。
【００２３】
吸気バルブ６は吸気バルブ可変機構１０によって、開閉タイミングの位相が連続的に可変できるようになっている。開閉タイミングの位相は、ＥＣＵ１３から吸気バルブ可変機構10に送られる吸気位相信号によって設定される。
【００２４】
また排気バルブ７は排気バルブ可変機構１１によって、開閉タイミングの位相が連続的に可変できるようになっている。開閉タイミングの位相は、ＥＣＵ１３から排気バルブ可変機構１１に送られる排気位相信号によって設定される。
【００２５】
インジェクタ９は、そのノズル軸方向がシリンダヘッド１８の吸気開口部に向くように取り付けられている。インジェクタ９は例えば３００ｋＰａ〜７００ｋＰａに加圧された燃料を、噴霧形態にして吸気ポート4内に噴射する。インジェクタ９によって生成される噴霧のザウター平均粒径(SMD)は、例えば２０〜５０μｍであり、噴霧の初期速度は、例えば１０〜２０ｍ/Ｓである。インジェクタからの燃料噴射タイミング、噴射期間は、ＥＣＵ１３からインジェクタ９に送られる噴射信号によって設定される。
【００２６】
以上の構成によって構成される本実施例の内燃機関は、吸気、圧縮、膨張、排気の４サイクルから成る火花点火式内燃機関である。
【００２７】
図３は、本実施例の噴射時期を説明するタイミングチャートの例である。本タイミングチャートでは、吸気、圧縮、膨張、排気から成るエンジンサイクルにおいて、１番気筒の吸気行程のみを抽出して示している。
【００２８】
吸気ポート圧力ＰＭは、本実施例の内燃機関の吸気ポート圧センサ２３によって検出された１番気筒の吸気ポート内圧力のサイクル平均を示している。サイクル平均とは数サイクルの圧力を加算して加算したサイクル数で除算したいわゆる相加平均や、これ以外の手法で求めた平均値である。またｄＰＭ/ｄｔは、吸気ポート圧力ＰＭの時間微分を示している。これら吸気ポート圧力ＰＭ、圧力微分ｄＰＭ/ｄｔの求め方の例については後述する。
【００２９】
噴射時期（Ａ）、噴射時期（Ｂ）、噴射時期（Ｃ）は、それぞれ本実施例における１番気筒の好適な噴射タイミングの候補を示している。これらの好適な噴射タイミングの候補は、圧力微分ｄＰＭ/ｄｔが正値の期間内であるように選ばれる。即ち、本実施例の吸気行程においては、クランク角ｃ１〜ｃ２、及びｃ３〜ｃ４、及びｃ５〜ｃ６がｄＰＭ/ｄｔが正値の範囲である。このクランク角は圧力微分ｄＰＭ/ｄｔの値によって変動するものである。
【００３０】
従って、噴射時期（Ａ）は、クランク角ｃ１より遅角側で噴射を開始し、クランク角ｃ２より進角側で噴射を終了するように噴射時期が設定されている。
【００３１】
また、噴射時期（Ｂ）は、クランク角ｃ３より遅角側で噴射を開始し、クランク角ｃ４より進角側で噴射を終了するように噴射時期が設定されている。
【００３２】
また、噴射時期（Ｃ）は、クランク角ｃ５より遅角側で噴射を開始し、クランク角ｃ６より進角側で噴射を終了するように噴射時期が設定されている。
【００３３】
本実施例においては、好適な噴射期間の候補が（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の３つあるので、これらの中から１つの噴射期間を選択して、１番気筒の燃料噴射を実施する。好適な噴射時期の候補の中から、噴射期間を選択する方法については後述する。
【００３４】
このように、本発明による実施例においては、吸気行程の吸気ポート圧力微分が正値の期間、即ち、吸気行程の吸気ポート圧力が増加している期間に燃料の噴射を実施する。
【００３５】
尚、吸気ポート圧力の変動の状況は、機関を構成する気筒数、吸気弁と排気弁の開閉タイミング、機関の負荷や回転数などにより種々に変化する。これに伴い、好適な噴射タイミングや、好適な噴射タイミングの候補数は、これら諸条件によって種々に変化する。従って、噴射時期を決定するサイクル近傍での吸気ポート圧力変化を把握し、その圧力変化に応じて噴射時期を決定する。
【００３６】
図４は、本実施例の内燃機関の吸気ポート圧センサ２３から吸気ポート圧データをＥＣＵ内に取り込む方法の例を示している。
【００３７】
吸気ポート圧データは、一定周期Δｔ毎に、吸気ポート圧センサ２３からＥＣＵ内に読み込まれる。Δｔは、吸気ポート圧の脈動を捉えられるように、吸気ポート圧の脈動周期よりも充分に小さな周期であり、例えば１ｍｓである。吸気行程1サイクル当たりｍ個の吸気ポート圧サンプリングデータ、ｎサイクル分がＥＣＵ内のメモリ配列領域、Ｐ（１，１）、P（２，１）、・・・、Ｐ（ｍ，１）、・・・、Ｐ（１，ｎ）、P（２，ｎ）、・・・、Ｐ（ｍ，ｎ）に格納される。
【００３８】
このｎサイクルの数は機関を構成する気筒数、吸気弁と排気弁の開閉タイミング、機関の負荷や回転数等によって適切に決められるものである。
【００３９】
また、本実施例では一定周期Δｔ毎に吸気ポート圧センサ２３から吸気ポート圧をＥＣＵ内に読み込んでいるが、これ以外に一定角度Δθ毎に吸気ポート圧センサ２３から吸気ポート圧をＥＣＵ内に読み込むようにしても良い。一定角度Δθ毎に読み込んだ方がより正確な吸気ポート圧データが得られるようになる。
【００４０】
図５は、本実施例のＥＣＵ内部における、吸気ポート圧のサイクル平均値と、吸気ポート圧の微分値を求める手順の例を示している。
【００４１】
まず、ステップ５０において、前述した吸気ポート圧のサンプリング方法により、ＥＣＵ内のメモリ配列領域Ｐ（ｍ，ｎ）に吸気ポート圧力データが格納される。
【００４２】
次に、ステップ５１において、以下に示す式１によりサイクル平均した吸気ポート圧ＰＭ（ｉ）を計算する。
【００４３】
【数１】
2014114718.tif 000003
【００４４】
このように、吸気ポート圧をサイクル平均化するのは、運転条件変化や環境変化に伴う微小なサイクル変動成分を除去して、吸気脈動本来の変動成分をより正確に得るためである。
【００４５】
更に、ステップ５２において、以下に示す式２により、サイクル平均化された吸気ポート圧の微分値、ｄＰＭｒ/ｄｔ（ｉ）を計算する。
【００４６】
【数２】
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【００４７】
最後に、ステップ５３において、ローパスフィルタにより高周波の変動成分を除去した吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt（ｉ）を求める。このようにローパスフィルタにより高周波の変動成分を除去するのは、計測値のノイズ等によって吸気ポート圧の微分値が短周期で振動するのを防ぐためである。
【００４８】
ここで、ローパスフィルタのカットオフ周波数は、吸気脈動周波数の３〜５倍程度が望ましい。高すぎるカットオフ周波数では、ノイズ等に伴う高周波成分の除去が充分に行えない。低すぎるカットオフ周波数では、脈動本来の変動成分を除去してしまう。これらは、脈動に対する適切な噴射タイミングを誤判断する原因となる。
【００４９】
脈動周波数は、エンジンの回転速度によって変わるので、回転数に応じてカットオフ周波数を変更するのが望ましい。望ましくは、例えば、回転速度１０００ｒｐｍでは、カットオフ周波数を５００Ｈｚにし、一方、例えば、回転速度２０００ｒｐｍでは、カットオフ周波数を１０００Ｈｚにする。このように回転数に応じてカットオフ周波数を変えることで、ノイズ等に伴う適切な噴射タイミングの誤判断を防止できる。
【００５０】
図６は、本実施例における吸気行程内のサイクル平均吸気ポート圧ＰＭ、サイクル平均吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔ、及び吸気ポート内の平均吸気速度Ｖの例を示している。
【００５１】
ここで吸気ポート内の平均吸気速度Ｖは、図７に示すように、吸気ポート内のガス速度を吸気ポート断面で平均化したものである。平均吸気速度Ｖが正値の場合は、吸気ポートからエンジンシリンダに向かってガスが流れている、順流の状態を示している。一方、平均吸気速度Ｖが負値の場合は、エンジンシリンダから吸気ポートに向かってガスが流れている、逆流の状態を示している。
【００５２】
図６の例で示されるように、吸気ポート圧力ＰＭの変動に伴い、吸気速度Ｖは吸気ポート圧力とほぼ同じ周期で変動する。本実施例では、吸気速度Ｖには、吸気行程内に３つの極大値Ｖｍａｘ１、Ｖｍａｘ２、Ｖｍａｘ３が現れる。また吸気速度Ｖには、吸気行程内に３つの極小値Ｖｍｉｎ１、Ｖｍｉｎ２、Ｖｍｉｎ３が現れる。
【００５３】
３つの極大値Ｖｍａｘ１、Ｖｍａｘ２、Ｖｍａｘ３は、いずれも吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔが正値の期間に現れる。一方、３つの極小値Ｖｍｉｎ１、Ｖｍｉｎ２、Ｖｍｉｎ３は、いずれも吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔが負値の期間に現れる。これは以下の理由による。
【００５４】
吸気ポート内のガス流れは、吸気ポート内の圧力とシリンダ内の圧力の差によって生じるものである。従って、吸気速度が「零」のときは、吸気ポートとシリンダ内の差圧はほぼ「零」である。
【００５５】
吸気脈動によって吸気ポート圧が上昇し始めると、吸気ポートの圧力がシリンダ内圧より高くなり、吸気速度が大きくなる。吸気速度が増大するに伴い、シリンダ内へ多くのガスが充填されるため、シリンダ内の圧力が上昇する。そうすると、吸気ポート圧が上昇しているにも関わらず、吸気ポートとシリンダ間の差圧は小さくなり、吸気速度は減速に転じる。このときに吸気速度が極大値となる。
【００５６】
引き続いて、吸気脈動によって吸気ポート圧が下降を始めると、吸気ポートとシリンダ間の差圧は更に小さくなり、吸気速度が更に低下する。吸気脈動によって、吸気ポート圧がシリンダ内圧よりも下がると、シリンダから吸気ポートにガスが逆流し、吸気速度は負値になる。吸気脈動によって、吸気ポート圧がシリンダ内圧よりも下がらない場合には、ガスの逆流は発生せず、吸気速度は正値を保つようになる。
【００５７】
吸気速度が減少する、または吸気が逆流となると、シリンダ内のピストン下降量に対して、充分な量のガスがシリンダに供給されないため、シリンダ内圧は下がる。そうすると、吸気ポート圧が下降しているにも関わらず、吸気ポートとシリンダ間の差圧は大きくなり、吸気速度は加速に転じる。このときに吸気速度が極小値となる。
【００５８】
上記のように、吸気脈動による吸気ポート圧力変化と、シリンダ内容積膨張によるシリンダ内圧力変化の相互作用により、吸気ポート圧変化と吸気速度変化には位相のずれが生じる。その結果として、吸気速度の極大値は、吸気ポート圧が上昇している期間、即ち吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔが正値となる期間に現れることとなる。一方、吸気速度の極小値は、吸気ポート圧が下降している期間、即ち吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔが負値となる期間に現れることとなる。
【００５９】
上記の如く吸気速度の極大値、極小値が発生することから、吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔの正負によって、吸気ポート内のガス流れの状態が以下のように判断できる。
【００６０】
吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔが正値となる期間は、吸気の逆流（シリンダから吸気ポートへの吹き返し）が生じず、吸気流速が比較的早い。一方、吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔが負値となる期間は、吸気の逆流（シリンダから吸気ポートへの吹き返し）が生じる可能性があり、吸気流速が比較的遅い。
【００６１】
本実施例において、燃料は吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔが正値となる期間に噴射する（図３参照）。これは、吸気の逆流が生じず、かつ吸気速度が比較的早くなる期間内に合わせて燃料を噴射することを意味している。
【００６２】
図８及び図９は、本実施例における吸気行程内の吸気ポート内の空気速度ベクトルの例を示している。 
図８は、吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔ＞０の期間における空気速度ベクトルの例である。吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔ＞０の期間では、吸気ポートとシリンダ内の差圧が比較的大きいので、吸気ポート全体一様に、吸気ポートからシリンダ内に向かう比較的速い吸気流れが生じる。
【００６３】
図９は吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔ＜０の期間における空気速度ベクトルの例である。吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔ＜０の期間では、吸気ポートとシリンダ内の差圧が小さいので、吸気ポート内のガス速度は小さい。また、淀んだ流れとなるため、吸気ポート内の流れの向きが一様で無くなり、平均吸気速度が正値（順流）であっても、局所的に逆流が生じる場合がある。
【００６４】
図１０及び図１１は、本実施例における吸気行程内の吸気ポート内の空気速度ベクトル及び燃料挙動の例を示している。
【００６５】
図１０は、吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔ＞０の期間に燃料を噴射した場合の吸気ポート内の空気速度ベクトル及び燃料挙動の例を示している。図１１（ａ）は吸気行程における燃料噴射期間、図１１（ｂ）は吸気行程における燃料噴射の終了後、図１１（ｃ）は点火タイミングの例を示している。
【００６６】
吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔ＞０の期間では、吸気ポート全体一様に、吸気ポートからシリンダ内に向かう比較的速い吸気流れが生じている。従って、インジェクタから噴射された燃料噴霧は、この吸気流れによって、吸気ポートの下流方向に運ばれる。
【００６７】
燃料噴霧が流れによって吸気ポート内に分散するため、燃料噴射の終了後には、図１１（ｂ）に示すように、吸気ポートからシリンダ内に燃料噴霧と気化燃料が広く分布する。このように燃料が空間的に広く広がった状態でシリンダ内に吸入されるため、空気と燃料との混合が促進され、点火タイミングでは図１１（ｃ）に示すような均一な混合気が形成される。
【００６８】
このような均一な混合気が、点火プラグにより点火されると、良好な燃焼が行われ、燃費効率の向上や、有害ガス（ＨＣやＣＯ）の排出低減が実現される。
【００６９】
図１１は、吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔ＜０の期間に燃料を噴射した場合の吸気ポート内の空気速度ベクトル及び燃料挙動の例を示している。図１１（ａ）は吸気行程における燃料噴射期間、図１１（ｂ）は吸気行程における燃料噴射の終了後、図１１（ｃ）は点火タイミングの例を示している。
【００７０】
吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔ＜０の期間では、吸気ポート内の吸気速度は遅く、また不均一な速度分布となっている。従って、インジェクタから噴射された燃料噴霧は、吸気流れによる吸気ポート下流への運搬を殆ど受けない。また、インジェクタの噴孔近傍で局所的に逆流が生じていると、この逆流が燃料噴霧の吸気ポート下流への進行を抑制する。このため、噴射期間内において、燃料噴霧はインジェクタの噴孔近傍に留まる。また、この逆流によって、噴霧が吸気ポート上流に搬送され、吸気ポート壁面やインジェクタに燃料噴霧が衝突する虞がある。この燃料付着はポート壁流の増加に繋がり、燃費や排気悪化の原因となる。
【００７１】
燃料噴射後には、吸気流れによって燃料噴霧と気化燃料がシリンダ内に運ばれる。噴射期間において、燃料噴霧がインジェクタ噴孔近傍に留まっていたため、吸気ポート内で燃料が充分に分散されず、図１１（ｂ）に示すように、燃料はシリンダ内に塊状になって流入する。このように燃料が局所的に集中した状態でシリンダ内に吸入されるため、空気と燃料とが充分に混合されず、点火タイミングでは図１１（ｃ）に示すような不均一な混合気が形成される。
【００７２】
このような不均一な混合気が、点火プラグにより点火されると、燃料の一部が充分に燃焼できず、燃費効率が低下したり、有害ガス（ＨＣやＣＯ）の排出が増加したりする。
【００７３】
これらのことから、吸気ポート圧の微分値ｄＰＭ/ｄｔ＞０の期間において燃料噴射を行なった方が良いことがわかる。図１２は本実施例におけるＥＣＵ１３内での噴射タイミングの決定手順の例を示すフローチャート図である。
【００７４】
ステップ１０１において、エンジンサイクル数を示すカウンタｋを更新し、ステップ１０２において、現在のサイクルでのスロットル開度ＴＯ（ｋ）を読み込む。次に、ステップ１０３において、現在のサイクルのスロットル開度ＴＯ（ｋ）と、前サイクルのスロットル開度ＴＯ（ｋ−１）を比較する。
【００７５】
ステップ１０３において、１サイクル間のスロットル開度差が所定の値εより小さい場合は、現在の運転状態が保持された定常運転状態と判断してステップ１０４〜ステップ１０７により、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/ｄｔ（ｉ）を求める。吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/ｄｔ（ｉ）の求め方は、図５を用いて説明した前述の通りである。
【００７６】
尚、ステップ１０５、ステップ１０６はサイクル平均した吸気圧データを求めるための処理であり、吸気ポート圧力を取り込むごとにカウンタを＋１加算して所定のサイクル数Ｎに達するまで行なうものである。
【００７７】
そして、ステップ１０７によって吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/ｄｔ（ｉ）を求めるようにしている。その後、カウンタを「０」にクリアして次のステップに進むものである。吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/ｄｔ（ｉ）が求められる、ステップ１０９において吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/ｄｔ（ｉ）＞０となる期間内から１番気筒の噴射タイミングを決定する。その後、ステップ１１０で燃料噴射信号を燃料噴射弁９に送出し、更にその後に点火信号を送出して燃料の燃焼を行なうものである。
【００７８】
ステップ１０３に戻って、１サイクル間のスロットル開度差が所定の値εより大きい場合は、過渡運転状態と判断してステップ１１３に進んで過渡用の噴射時期を設定する。過渡用噴射時期は、例えば、予め用意されたマップデータを読み込むことで設定される。
【００７９】
本実施例では１番気筒にだけ吸気圧センサを設けているので、１番気筒以外の噴射タイミングは、１番気筒の噴射タイミングに所定の位相差を足すことで求められる。例えば、一般的な４気筒エンジンの場合には、各気筒の爆発間隔は１８０度クランク角である。４気筒エンジンにおいて、気筒の爆発順序が１番気筒、３番気筒、４番気筒、２番気筒の順であれば、３番気筒の噴射時期は１番気筒の噴射時期に１８０度クランク角を足すことで求められる。４番気筒の噴射時期は１番気筒の噴射時期に３６０度クランク角を足すことで求められる。更に２番気筒の噴射時期は１番気筒の噴射時期に５４０度クランク角を足すことで求められる。尚、各気筒毎に吸気圧変化の特性が異なる場合(いわゆる気筒毎の癖)があり、この場合はこれに適合するように１番気筒に設けた吸気圧センサのデータを修正することも有効である。
【００８０】
図２０は本実施例における過渡用噴射時期のマップデータの例であり、噴射タイミングが、エンジン回転数、要求トルク、冷却水温に対するマップデータとしてＥＣＵの記憶領域内に格納されており、このマップデータを参照して過渡用噴射時期を求める。
【００８１】
また、ここで設定される過渡用噴射時期は、排気行程、または圧縮行程、または膨張行程に設定されることが望ましい。
【００８２】
ステップ１０３で用いられるスロットル開度のサイクル間偏差の閾値εは、充分に小さな値に設定される。スロットル開度がサイクル間で大きく変動すると、スロットル弁の絞り効果の変化によって吸気ポート内の圧力が変化する。すると、スロットル弁による圧力変化と、吸気脈動による圧力変化が重なり、吸気ポート圧微分値を使った吸気速度の推定に誤差が生じる虞がある。
【００８３】
図１４はスロットル開度と吸気圧との代表的な関係を示した例であり、また、代表的な吸気ポート圧脈動の例も示している。
【００８４】
代表的な吸気脈動によって生じる吸気ポート圧力の変化幅は、平均圧に対して概ね１０％以上である。低・中負荷領域において、吸気ポート圧１０％変化は、スロットル開度が概ね全開開度に対して１％変化した場合の吸気圧変化に相当する。従って、スロットル弁による圧力変化と、吸気脈動による圧力変化が重なり、吸気ポート圧微分値を使った吸気速度の推定に誤差が生じるのは、スロットル弁開度がサイクル間で１％以上変化した場合である。従って、スロットル開度のサイクル間偏差の閾値εは、全開開度に対して１％以下にするのが望ましい。
【００８５】
吸気行程に噴射した燃料は、吸気流れの影響を強く受ける。そのため、吸気速度の推定誤差によって、例えば吸気の吹き返し期間や、吸気流速が遅い期間に誤って噴射時期を設定すると、燃料と空気の混合が不足したり、燃料の壁面付着が増えたりする虞がある。
【００８６】
そこで、本実施例においては、スロットル開度のサイクル間変動が所定値εより小さい場合に、吸気ポート圧微分値を使って吸気行程での噴射タイミングを決定し、スロットル開度のサイクル間変動が所定値εより大きい場合は、例えば図１３に示したマップデータから噴射時期を決定する。これによって、過渡時における燃焼悪化や排気エミッション悪化を防止できる。
【００８７】
以上、本実施例においては、吸気行程の吸気ポート圧力微分が正値の期間、即ち、吸気行程の吸気ポート圧力が増加している期間に、燃料の噴射の開始と終了を実施する。これによって、噴射期間中に、吸気ポート内のガス流速が比較的速くなる。この速い吸気流れによって、燃料噴射期間内に燃料噴霧が吸気ポート内に広く分散し、点火タイミングにおいてシリンダ内に均一な混合気が形成される。この結果として、良好な燃焼が行われ、燃費効率の向上や、有害ガス（ＨＣやＣＯ）の排出低減が実現される。
【００８８】
また、吸気行程の吸気ポート圧力が増加している期間に燃料を噴射することで、吸気ポート内が逆流期間中での燃料噴射を回避できる。これによって、逆流によって燃料がポート壁面に付着して、壁流を形成することを防止できる。
【００８９】
尚、吸気行程の吸気ポート圧力が増加している期間に燃料を噴射することで、吸気ポート内の平均速度が正値（順流）であっても、流れが弱く、吸気ポート内で局所的に逆流が生じている期間中での燃料噴射を回避できる。例えば、吸気ポートの中央付近に位置するようにしてこの部分の吸気流速を測定するホットワイヤ式の吸気速度センサでは、このような局所的な逆流を順流であると誤検出して、噴射時期を設定する虞がある。これに対して、本実施例で示した方法では、局所的な逆流期間内での燃料噴射を確実に回避することができる。
【００９０】
本実施例においては、上述したように吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/ｄｔ（ｉ）＞０となる期間（以下、好適な噴射期間という）の候補が、噴射（Ａ）、噴射（Ｂ）、噴射（Ｃ）の３つあるので、これらの中から１つの噴射期間を選択して燃料噴射を実施するものであった（図３参照）。
【００９１】
本実施例において、吸気速度がより速いタイミングで燃料を噴射することで、吸気流れによる噴射期間内での燃料噴霧の分散をより促進できる。従って、好適な噴射期間の候補の中から、最も吸気速度が速い噴射期間を選択するのが良い。
【００９２】
噴射期間の候補の中から、より好適な噴射期間を選択する方法の例を図１５及び図１６を用いて説明する。
【００９３】
図１５は、本実施例における吸気速度Ｖと、シリンダ内のピストン速度Ｖｐの関係の例を示した図である。ピストン速度は一般に式３であらわされ、上死点、下死点でゼロとなり、上死点と下死点の中間付近で最大となる。
【００９４】
【数３】
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【００９５】
図１５に示されるように、吸気速度の極大値Ｖｍａｘと、Ｖｍａｘの発生タイミングでのピストン速度Ｖｐには相関がある。より具体的には、吸気速度の極大値Ｖｍａｘは大きい順にＶｍａｘ２、Ｖｍａｘ３，Ｖｍａｘ１である。一方、各吸気速度各極大値Ｖｍａｘのタイミングにおけるピストン速度Ｖｐは、大きい順にＶｐ２、Ｖｐ３、Ｖｐ１である。
【００９６】
即ち、吸気速度極大値の生成タイミングでのピストン速度から、どの吸気速度極大値において、最も吸気速度が速くなるかが判る。
【００９７】
本実施例において、燃料噴射は、吸気速度極大値の生成タイミング近傍で実施されるので、噴射時期のピストン速度から、どの噴射時期において、最も吸気速度が速くなるかも判断できる。
【００９８】
図１６は、本実施例における好適な噴射期間の候補（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）について、各噴射期間における中間時期（噴射重心時期）でのピストン速度を、式３を用いて求めた例である。これらの中から、噴射時期のピストン速度が最も高い噴射期間を選択すれば、吸気速度が最も速いタイミングでの噴射が実施され、より均一な混合気をシリンダ内に形成することができる。
【００９９】
なお、噴射期間におけるピストン速度を比較する際に、噴射重心時期でのピストン速度を用いる代わりに、噴射開始時期、または、噴射終了時期でのピストン速度を式３から求めて、これを使っても良い。
【０１００】
また、噴射開始から噴射終了までの、複数のタイミングでピストン速度を式３から求めて、これらを平均した、平均ピストン速度を使っても良い。この平均速度は、噴射期間内での吸気速度の大小関係をより精度良く表しているため、特に好適な噴射期間の候補間で、吸気流速の差が小さい場合には、より確実に最適な噴射時期を選択できる。
【０１０１】
また、ピストン速度を計算する式３を使う代わりに、クランク角とピストン速度の関係を予め求めてテーブル化し、このテーブルを参照するようにしても良い。このようにテーブル参照化することでＥＣＵ内での演算負荷を低減できる。
【０１０２】
前記実施例で示したように、吸気行程に噴射する噴射期間が、全て、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値の期間内に含まれるように噴射を行うと、吸気ガス流による吸気ポート内での噴霧の分散が最大限に行われ、混合気が最大限に均質化される。
【０１０３】
しかし、例えば図１７の噴射（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）に示すように、噴射期間の一部が圧力微分ｄＰＭ/dtが正値の期間外にあっても、吸気ガス流によって吸気ポート内で噴霧を分散することができる。吸気行程の全噴射期間Ｔ１に対して、圧力微分ｄＰＭ/dtが正値の期間内での噴射期間Ｔ２が過半(半分以上)、即ちＴ２／Ｔ１＞０．５であれば、吸気ガス流によって吸気ポート内で分散される燃料の量が、吸気ポート内での逆流や淀みによって分散が抑制される燃料の量を上回るため、混合気の均質化が図られる。
【０１０４】
また、エンジンの要求トルク増大や回転速度の増大に伴い、噴射期間が吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値の期間内に収まらない場合に、吸気行程以外、例えば排気行程に噴射時期を切り替えても良い。 
もしくは後述する別の実施例で示すように、吸気行程内の、別の吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt＞０期間に噴射を割り振っても良い。
【０１０５】
もしくは後述する別の実施例で示すように、吸気行程以外、例えば排気行程と吸気行程に噴射を割り振っても良い。
【実施例２】
【０１０６】
本実施例では、吸気ポート内のガス流速の大きさに応じて、最適なタイミングで燃料を噴射する別の例を説明する。
【０１０７】
本実施例の内燃機関は、実施例１と同じであるので、その構成の説明は省略する。
【０１０８】
図１８は、本実施例の噴射時期を説明するタイミングチャートの例である。本タイミングチャートでは、吸気、圧縮、膨張、排気から成るエンジンサイクルにおいて、１番気筒の吸気行程のみを選んで抽出して示している。
【０１０９】
吸気ポート圧力ＰＭは、本実施例の内燃機関の吸気ポート圧センサ２３によって検出された１番気筒の吸気ポート内圧力のサイクル平均を示している。また吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtは、吸気ポート圧力ＰＭの時間微分を示している。これら吸気ポート圧力ＰＭ、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtの求め方は実施例１と同じである。
【０１１０】
噴射時期（Ａ）、噴射時期（Ｄ）、噴射時期（Ｅ）は、それぞれ本実施例における好適な噴射タイミングの候補を示している。これらの好適な噴射タイミングの候補は、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値の期間内であるように選ばれる。即ち、本実施例の吸気行程においては、クランク角ｃ１〜ｃ２、及び、ｃ３〜ｃ４、及びｃ５〜ｃ６が吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値の範囲である。
【０１１１】
そして、噴射時期（Ｄ）は、噴射時期（Ａ）に対して、ｃ５〜ｃ６内の燃料噴射を追加したものである。また、噴射時期（Ｅ）は、噴射時期（Ｄ）に対して、ｃ１〜ｃ２内の燃料噴射を追加したものである。したがって、一つの吸気サイクルにおいて燃料の量は、噴射時期（Ａ）＜噴射時期（Ｄ）＜噴射時期（Ｅ）となる。
【０１１２】
本実施例では、噴射時期（Ａ）、噴射時期（Ｄ）、噴射時期（Ｅ）を、総噴射期間の長さ、即ち、機関に要求されるトルクによって切り替えるようにしている。
【０１１３】
図１９は、本実施例における、要求トルクに対する噴射時期の切り替え方法の例を示している。図１９に示すように、本実施例では、要求トルクが増えるに伴い、噴射時期（Ａ）、噴射時期（Ｄ）、噴射時期（Ｅ）に順次切り替える。
【０１１４】
燃料噴射がクランク角ｃ３〜ｃ４の期間に収まるような低い要求トルクの場合には、噴射時期（Ａ）を選択する。次に要求トルクが増え、燃料期間が、ｃ３からｃ４のクランク幅に近づいた場合（例えば、噴射期間＞（ｃ４−ｃ３）×0．９）は、噴射時期（Ｄ）を選択し、トルク増加分の燃料噴射をクランク角ｃ５からｃ６の期間に行う。
【０１１５】
更に要求トルクが増え、ｃ５からｃ６の間の噴射期間がｃ５からｃ６のクランク幅に近づいた場合（例えば、ｃ５からｃ６の間の噴射期間＞（ｃ６−ｃ５）×0．９）は、噴射時期（Ｅ）を選択し、トルク増加分の燃料噴射をクランク角ｃ１からｃ２の期間に行う。更にトルクが増えた場合は排気工程噴射として吸気工程で噴射しきれない燃料を噴射するようにしても良い。
【０１１６】
図２０は、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値のクランク角範囲ｃ１〜ｃ２、及び、ｃ３〜ｃ４、及びｃ５〜ｃ６の１番気筒の平均ピストン速度の例である。
【０１１７】
本実施例では、基本噴射時期（Ａ）としては、最も吸気流速が速い（即ち、最もピストン速度が速い）期間である、ｃ３〜ｃ４を選択する。次に基本噴射（Ａ）に追加する噴射は、２番目に気流速が速い（即ち、２番目にいピストン速度が速い）期間である、ｃ５〜ｃ６を選択する。更に噴射（Ｄ）に追加する噴射は、３番目に気流速が速い（即ち、３番目にいピストン速度が速い）期間である、ｃ１〜ｃ２を選択する。
【０１１８】
上記のように、各噴射時期の割り当てを決めることで、要求トルクが変化しても、吸気速度の速いタイミングでの噴射が優先的に割り振られ、混合気の均質性を高めることができる。
【０１１９】
このように、本実施例では、要求トルクに応じて、吸気行程における吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値の期間内に噴射を割り振る。これによって、より広いトルク範囲において、均質な混合気を形成するために好適な噴射タイミングを設定することができる。
【０１２０】
上述した実施例で示したように、吸気行程に噴射する噴射期間が、全て、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値の期間内に含まれるように噴射を行うと、吸気ガス流による吸気ポート内での噴霧の分散が最大限に行われ、混合気が最大限に均質化される。
【０１２１】
しかしながら、例えば図２１の噴射（Ｄ１）に示すように、噴射期間の一部が吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値の期間外にあっても、吸気ガス流によって吸気ポート内で噴霧を分散することができる。吸気行程の全噴射期間Ｔ１１＋Ｔ２１に対して、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値の期間内での噴射期間Ｔ１２＋Ｔ２２が過半(半分以上)、即ち（Ｔ１２＋T２２）／（Ｔ１１＋T２１）＞０．５であれば、吸気ガス流によって吸気ポート内で分散される燃料の量が、吸気ポート内での逆流や淀みによって分散が抑制される燃料の量を上回るため、混合気の均質化が図られるようになる。
【実施例３】
【０１２２】
本実施例では、吸気ポート内のガス流速の大きさに応じて、最適なタイミングで燃料を噴射する別の例を説明する。
【０１２３】
本実施例の内燃機関は、実施例１と同じであるので、その構成の説明は省略する。
【０１２４】
図２２は、本実施例の噴射時期を説明するタイミングチャートの例である。本タイミングチャートでは、吸気、圧縮、膨張、排気から成るエンジンサイクルにおいて、１番気筒の吸気行程のみを選んで抽出して示している
吸気ポート圧力ＰＭは、本実施例の内燃機関の吸気ポート圧センサによって検出された１番気筒の吸気ポート内圧力のサイクル平均を示している。また吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtは、吸気ポート圧力ＰＭの時間微分を示している。これら吸気ポート圧力ＰＭ、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtの求め方は実施例１と同じである。
【０１２５】
噴射時期（Ｆ）、噴射時期（Ｇ）は、それぞれ本実施例における好適な噴射タイミングの候補を示している。これらの好適な噴射タイミングの候補は、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値の期間内であるように選ばれる。本実施例の吸気行程においては、クランク角ｃ１〜ｃ２、及び、ｃ３〜ｃ４、及びｃ５〜ｃ６が吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値の範囲である。
【０１２６】
図２３〜図２５は、本実施例における、機関の要求トルクに対する噴射タイミングを示した例である。
【０１２７】
図２３は、要求トルクが所定より低い場合には、噴射時期（Ｆ）で燃料を噴射する例を示している。即ち、吸気行程に２回に分けて、それぞれの噴射を吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt＞０の期間内で行う。要求トルクが所定より高い場合には、噴射期間が吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt＞０の期間よりも長くなるので、噴射時期を排気行程に切り替える。
【０１２８】
このように、吸気行程内の噴射を分割すると、分割しない場合に比べて、同トルク条件で、1回の噴射当たりの噴射期間が短くなる。そうすると、吸気速度の速い期間により集中して燃料を噴射できるので、分割しない場合に比べて、空気と燃料の混合を良くすることができる。また、噴射を分割することで、噴霧の貫徹力が弱くなり、燃料噴霧の壁面付着を抑制できる。
【０１２９】
図２４は、要求トルクが所定より低い場合には、噴射時期（Ｇ）で燃料を噴射する例を示している。即ち、吸気行程に３回に分けて、それぞれの噴射を吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt＞０の期間内で行う。要求トルクが所定より高い場合には、噴射期間が吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt＞０の期間よりも長くなるので、噴射時期を排気行程に切り替える。
【０１３０】
このように、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt＞０の期間内で、吸気行程に噴射する回数を増やすことで、より高いトルク範囲まで、吸気行程期間内での噴射を行うことができる。吸気行程で噴射すると、吸気流れによる燃料の分散が図れるため、排気行程による噴射よりも、燃料と空気を均一に混合できる。
【０１３１】
図２５は、要求トルクの上昇に合わせて、噴射時期（Ｆ）、噴射時期（Ｇ）、排気行程噴射に切り換える例を示している。
【０１３２】
吸気行程において、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt＞０となる、好適な噴射タイミングの候補が複数ある場合には、それらを種々に組み合わせることが考えられる。予め試験などで、これらの組み合わせから、運転条件毎に最適な組み合わせを選定しておき、その噴射タイミングの組み合わせを、回転数やトルク等に対するマップデータとして格納しておき、このマップデータを読み込んで噴射時期を設定しても良い。
【０１３３】
上述した実施例で示したように、吸気行程に噴射する噴射期間が、全て、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値の期間内に含まれるように噴射を行うと、吸気ガス流による吸気ポート内での噴霧の分散が最大限に行われ、混合気が最大限に均質化される。
【０１３４】
しかしながら、例えば図２６の噴射（Ｆ１）に示すように、噴射期間の一部が吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値の期間外にあっても、吸気ガス流によって吸気ポート内で噴霧を分散することができる。吸気行程の全噴射期間Ｔ１１＋Ｔ２１に対して、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値の期間内での噴射期間Ｔ１２＋Ｔ２２が過半(半分以上)、即ち（Ｔ１２＋T２２）／（Ｔ１１＋T２１）＞０．５であれば、吸気ガス流によって吸気ポート内で分散される燃料の量が、吸気ポート内での逆流や淀みによって分散が抑制される燃料の量を上回るため、混合気の均質化が図られる。
【実施例４】
【０１３５】
本実施例では、吸気ポート内のガス流速の大きさに応じて、最適なタイミングで燃料を噴射する別の例を説明する。
【０１３６】
本実施例の内燃機関は、実施例１と同じであるので、その構成の説明は省略する。
【０１３７】
図２７は、本実施例の噴射時期を説明するタイミングチャートの例である。本タイミングチャートは、吸気、圧縮、膨張、排気から成る、１番気筒の全てのエンジンサイクルを示している。
【０１３８】
吸気ポート圧力ＰＭは、本実施例の内燃機関の吸気ポート圧センサによって検出された１番気筒の吸気ポート内圧力のサイクル平均を示している。また吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtは、吸気ポート圧力ＰＭの時間微分を示している。これら吸気ポート圧力ＰＭ、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtの求め方は実施例１と同じである。
【０１３９】
噴射時期（Ｈ）、噴射時期（Ｉ）、噴射時期（Ｊ）は、それぞれ本実施例における好適な噴射タイミングの候補を示している。これらの好適な噴射タイミングの候補は、少なくとも１回の吸気行程内の噴射と、吸気行程以外での噴射の組み合わせとなっている。
【０１４０】
そして、これらの好適な噴射タイミングの候補における、吸気行程内の噴射タイミングは、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値の期間内であるように選ばれる。本実施例の吸気行程においては、クランク角ｃ１〜ｃ２、及び、ｃ３〜ｃ４、及びｃ５〜ｃ６が吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値の範囲である。
【０１４１】
エンジンの要求トルクが増えたり、回転数が上昇したりすると、吸気行程の吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt＞０期間内に、必要な量の燃料噴射ができない場合が考えられる。
【０１４２】
この場合には、吸気行程での噴射で足りなかった燃料分が吸気行程以外で噴射される。
【０１４３】
また、吸気脈動の形態によっては、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt＞０期間内であっても、そのタイミングでのピストン速度が遅いなどの理由で、燃料噴霧を吸気ポート内に分散させるに充分な吸気速度が得られない場合が考えられる。
【０１４４】
この場合には、吸気行程内では、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt＞０期間内で、充分な吸気流速の得られるタイミングでのみ噴射し、残りは吸気行程以外で噴射する。
【０１４５】
前述したように、吸気行程に噴射した燃料は、吸気流れの影響を強く受ける。そのため、噴射タイミングが吸気速度の速い期間に設定されないと、燃料と空気の混合が不足したり、燃料の壁面付着が増えたりする虞がある。
【０１４６】
一方、吸気行程以外での噴射は、吸気流れが殆ど発生していない状態で噴射されるため、噴射タイミングに対して混合や壁面付着が影響を受けにくい。
【０１４７】
そこで、吸気行程噴射を、混合気の均質性や壁面付着が確実に改善されるタイミングで実施し、それ以外の場合は、噴射タイミングに対して、混合や壁面付着がよりロバストな、吸気行程以外の噴射に設定する。
【０１４８】
これによって、吸気行程噴射による混合改善効果を確実に得つつ、運転条件が変化してもロバストなエンジン燃焼が実現できる。
【実施例５】
【０１４９】
本実施例では吸気ポート内のガス流速の大きさに応じて、最適なタイミングで燃料を噴射する別の例を説明する。
【０１５０】
前述した実施例１から実施例４においては、吸気ポート圧センサの検出値より吸気ポート圧の吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtを計算し、この吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtから吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt＞０となる噴射期間を求めた。
【０１５１】
これに対して、本実施例では、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt＞０となる噴射期間を、マップデータより読みこむようにしたことが、実施例１乃至実施例４とは異なっている。図２８に、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt＞０となる噴射期間を求めるためのマップデータの一例を示している。本マップデータでは、エンジンの回転数、要求トルク、吸気可変バルブ及び排気可変バルブの位相角（ＶＴＣ位相角）のマップデータとして、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt＞０となる開始クランク角度（例えば、図７のｃ１、ｃ３、ｃ５）、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt＞０となる終了クランク角度（例えば、図７のｃ２、ｃ４、ｃ６）が格納されている。
【０１５２】
このマップデータの作成手順の例を以下で説明する。
【０１５３】
吸気ポート圧センサを備えたエンジンを、種々の回転数、トルク、ＶＴＣ角度の条件で運転し、そのときの吸気ポート圧、及びクランク角を、エンジン外部のコンピュータ内に取り込む。取り込んだ圧力値から、図５を用いて前述した方法で、吸気ポート圧のサイクル平均値、及び吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtを求める。さらに吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dtが正値となるクランク角期間を求めて、その期間の開始クランク角、終了クランク角を、対応する運転条件（エンジン回転数、トルク、ＶＴＣ角度）に対するマップデータとして、エンジン外部のコンピュータのメモリに書き込む。このようにして作成されたマップデータが、エンジン外部のコンピュータのメモリから、ＥＣＵのメモリ内に転送される。 
図２９は、本実施例における、ＥＣＵ１３内での噴射タイミングの決定手順の例を示すフローチャート図である。このフローチャートは実質的に図１２に示すフローチャートを同じものであるが、図１２のステップ１０７がステップ１１４に置き換えられている点で異なっている。
【０１５４】
つまり、実施例１乃至実施例４との違いは、ステップ１１４上述したマップデータを読みこむことで、吸気ポート圧微分値ｄＰＭ/dt＞０となる期間を求めることである。
【０１５５】
本実施例では、予めマップデータを作成しておけば、吸気ポート圧センサがエンジンに搭載されていなくても、最適な噴射制御が可能となる。このため、エンジンコストの低減が図れるメリットがある。また、吸気ポート圧をセンサから読み込み、その微分値を計算する処理が不要となり、ECU内での処理が簡素化されるメリットがある。
【０１５６】
尚、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。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に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が可能であり、また、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・置換をすることが可能である。
【０１５７】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
【０１５８】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。
【符号の説明】
【０１５９】
２…ピストン、３…燃焼室、４…吸気ポート、８…点火プラグ、９…燃料噴射弁、１３…エンジンコントロールユニット、１８…シリンダヘッド、２２…スロットル弁、２７…シリンダ、２３…吸気ポート圧センサ、５０…内燃機関。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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