(57)【要約】【課題】  筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとで噴射燃料を分担するエンジンにおいて、筒内噴射用インジェクタ系統に故障が発生した場合に、燃焼を安定化させて排気温度の異常な上昇を回避する。【解決手段】  エンジンＥＣＵは、高圧系燃料系が異常であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、気流制御弁を全領域において閉状態とするステップ（Ｓ１１０）と、ＶＶＴオーバラップを０にするステップ（Ｓ１２０）と、吸気通路噴射用インジェクタからのみ燃料を噴射するステップ（Ｓ１３０）と、気流制御弁が閉状態であるときの点火時期に対応させるステップ（Ｓ１４０）と、燃料増量補正を行なうステップ（Ｓ１６０）とを含む、プログラムを実行する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と、吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段と、前記第１の燃料噴射手段に燃料を供給するための第１の燃料供給手段と、前記第２の燃料噴射手段に燃料を供給するための第２の燃料供給手段とを備えた内燃機関の制御装置であって、
前記第１の燃料噴射手段および前記第１の燃料供給手段の少なくとも一方の異常の有無を判断するための異常判断手段と、
吸気通路内に設けられ、吸気の旋回状態を変化させることにより気流を制御する気流制御弁と、
前記第１の燃料噴射手段および前記第２の燃料噴射手段の一方の噴射停止を含んで、燃料を分担して噴射するように燃料噴射手段を制御するとともに、前記気流制御弁を制御するための制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記異常判断手段により前記第１の燃料噴射手段および前記第１の燃料供給手段の一方に異常があると判断された場合、前記吸気が大きく旋回する状態になるように前記気流制御弁を制御するための手段を含む、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第２の燃料噴射手段から燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御するための手段をさらに含む、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記異常判断手段により、前記第１の燃料供給手段に異常があると判断され、かつ、前記第１の燃料噴射手段に異常があると判断されない場合、前記第２の燃料供給手段を用いて、少なくとも前記第１の燃料噴射手段から燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御するための手段を含む、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記異常判断手段により異常があると判断された場合、異常がないと判断された場合に比べて、吸排気バルブのオーバーラップが小さくなるように、前記内燃機関に設けられた可変バルブタイミング機構を調整するための手段をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記異常判断手段により異常があると判断された場合には、前記内燃機関に設けられた点火装置の基本点火時期を、前記気流制御弁により前記吸気が大きく旋回する状態に対応する場合の基本点火時期として、前記点火装置を調整するための手段をさらに含む、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記気流制御弁による前記吸気の旋回状態に対応して、前記燃料噴射弁から噴射される燃料量を算出するための手段をさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記吸気が大きく旋回する状態になるように前記気流制御弁を制御されている場合の吸気量に基づいて、空燃比が目標空燃比になるように、前記燃料噴射弁から噴射される燃料量を算出するための手段をさらに含む、請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記気流制御弁は、１つの燃焼室に導入される吸気を分割する２つ以上の通路の少なくともいずれか一方に設けられ、前記気流制御弁が閉じられることにより、前記吸気が大きく旋回する状態になる、請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記旋回の方向はピストンの往復移動方向に平行な方向および垂直な方向の少なくともいずれかである、請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記第１の燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、
前記第２の燃料噴射手段は、吸気通路用インジェクタである、請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内に向けて燃料を噴射する第１の燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）と吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射する第２の燃料噴射手段（吸気通路噴射用インジェクタ）とを備えた内燃機関に関し、特に、第１の燃料噴射手段に燃料を供給する燃料供給系統に異常が発生した場合であっても、燃焼安定化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
機関吸気通路内に燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタと、機関燃焼室内に燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタとを具備し、機関回転数と機関負荷とに基づいて吸気通路噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとの燃料噴射比率を決定する内燃機関が公知である。
【０００３】
筒内噴射用インジェクタあるいは筒内噴射用インジェクタに燃料を供給する燃料系（以下においては高圧燃料供給系と記載する）に故障等による作動不良が生じた場合には、筒内噴射用インジェクタの燃料噴射が停止してしまう。
【０００４】
このような作動不良時のフェイルセーフとして、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射を禁止し、かつ燃焼モードを均一燃焼モードに固定し、吸気通路噴射用インジェクタのみからの燃料噴射により走行を確保することも可能であるが、吸気通路噴射用インジェクタが筒内噴射用インジェクタの補助的役割として設定されている場合においては、スロットル弁全開時等の吸入空気量に見合うだけの燃料噴射量を供給することができず、フェイルセーフ時の空燃比がリーン化してしまい、燃焼不良によるトルク不足が発生する場合がある。
【０００５】
特開２０００−１４５５１６号公報（特許文献１）は、筒内噴射用インジェクタ系の作動不良によるフェイルセーフにおいて、吸気通路噴射用インジェクタのみからの燃料噴射制御であっても、空燃比を適正に保持することができ、適切な駆動力を得ることができるエンジン制御装置を開示する。この公報に開示されたエンジン制御装置は、燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタと吸気系に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタと電子制御式スロットル弁とを備え、エンジン運転状態に基づいて設定した目標燃料噴射量が筒内噴射用インジェクタの所定噴射量を越えているとき、その不足分を吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射により補完するエンジン制御装置であって、筒内噴射用インジェクタおよび筒内噴射用インジェクタに燃料を供給する高圧燃料供給系の異常を判定する異常判定部と、異常と判定したとき吸気通路噴射用インジェクタの最大噴射量と目標燃料噴射量とを比較し、目標燃料噴射量が最大噴射量を越えているときは目標燃料噴射量を最大噴射量に固定する目標燃料補正部と、最大噴射量に固定された目標燃料噴射量と目標空燃比とに基づき目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量補正部と、目標吸入空気量に基づき電子制御式スロットル弁に対するスロットル開度指示値を算出するスロットル開度指示値算出部とを含む。
【０００６】
このエンジン制御装置によると、筒内噴射用インジェクタおよび筒内噴射用インジェクタに燃料を供給する高圧燃料供給系の異常が検知されたとき、吸気通路噴射用インジェクタの最大噴射量とエンジン運転状態に基づいて設定した目標燃料噴射量とを比較し、目標燃料噴射量が最大噴射量を越えているときは目標燃料噴射量を最大噴射量で固定し、この固定された目標燃料噴射量と目標空燃比とに基づき目標吸入空気量を算出し、この目標吸入空気量に基づき上記電子制御式スロットル弁に対するスロットル開度指示値を算出する。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ系の異常が検知されたとき、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射を禁止し、吸気通路噴射用インジェクタのみからの燃料噴射として、このときの最大噴射量と目標空燃比とに基づき目標吸入空気量を算出して、この目標吸入空気量に基づき電子制御式スロットル弁に対するスロットル開度指示値を算出する。これにより、筒内噴射用インジェクタ系の故障によるフェイルセーフにおいて、アクセルペダルを踏み込んでも目標空燃比に対応するスロットル開度以上は開弁せず、空燃比が適正に保持され、適切な駆動力を得ることができる。
【特許文献１】特開２０００−１４５５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されたエンジン制御装置においては、高圧燃料供給系に異常が発生すると筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射を禁止して吸気通路噴射用インジェクタからのみ燃料を噴射している。本来、高回転高負荷領域においては筒内噴射用インジェクタからのみ燃料を噴射している。このとき、筒内に噴射される燃料が高圧であるので、吸気空気との間で発生するせん断力が大きいこと等により燃料が微粒化されやすく、たとえ吸気された空気の流れに渦流（縦渦であるタンブル流や横渦であるスワール流などの旋回流）がなくても、速い燃焼速度が実現されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１のように、単に、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射を禁止して吸気通路噴射用インジェクタからのみ燃料を噴射したのでは、燃焼室内の旋回流が積極的に発生されているものではなく、燃焼速度が遅くなり燃焼が不安定になるとともに、排気温度が上昇し過ぎる場合がある。
【０００９】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、筒内に燃料を噴射する第１の燃料噴射手段と吸気通路に燃料を噴射する第２の燃料噴射手段とで噴射燃料を分担する内燃機関において、第１の燃料噴射手段への燃料供給系統を含む第１の燃料噴射手段側に故障が発生した場合に、燃焼を安定化させて排気温度の異常な上昇を回避することができる、内燃機関の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と、吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段と、第１の燃料噴射手段に燃料を供給するための第１の燃料供給手段と、第２の燃料噴射手段に燃料を供給するための第２の燃料供給手段とを備えた内燃機関を制御する。この制御装置は、第１の燃料噴射手段および第１の燃料供給手段の少なくとも一方の異常の有無を判断するための異常判断手段と、吸気通路内に設けられ、吸気の旋回状態を変化させることにより気流を制御する気流制御弁と、第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段の一方の噴射停止を含んで、燃料を分担して噴射するように燃料噴射手段を制御するとともに、気流制御弁を制御するための制御手段とを含む。制御手段は、異常判断手段により第１の燃料噴射手段および第１の燃料供給手段の一方に異常があると判断された場合、吸気が大きく旋回する状態になるように気流制御弁を制御するための手段を含む。
【００１１】
第１の発明によると、筒内に燃料を噴射する高圧燃料系（第１の燃料噴射手段や第１の燃料供給手段）に異常が発生すると、高圧の燃料を筒内に噴射することができない。このような場合、第１の燃料噴射手段（たとえば、筒内噴射用インジェクタ）ではなく、第２の燃料噴射手段（たとえば、吸気通路噴射用インジェクタ）で、燃料を噴射する。このように吸気通路噴射用インジェクタによりフィード圧で噴射された燃料と、筒内噴射用インジェクタにより高圧（フィード圧よりはるかに高い）で噴射された燃料との違いが、燃焼室内での燃焼形態を異ならせている。すなわち、高圧で噴射された燃料は吸気の旋回の力が小さくても高圧であるために燃料が吸気との衝突により微粒化されている。一方、吸気通路噴射用インジェクタから噴射された燃料は低圧であって微粒化されていないので燃焼が遅く不安定になる傾向がある。第１の発明においては、吸気通路噴射用インジェクタで燃料を噴射するとともに、気流制御弁を用いて、燃焼室内の吸気が大きく旋回する状態になるようにする。このようにすると、微粒化されていない分の燃焼速度の遅れを、気流の乱れを用いて早めることができる。これにより、燃焼速度が上昇して、排気温度の異常な上昇も回避できる。その結果、筒内に燃料を噴射する第１の燃料噴射手段と吸気通路に燃料を噴射する第２の燃料噴射手段とで噴射燃料を分担する内燃機関において、第１の燃料噴射手段への燃料供給系統を含む第１の燃料噴射手段側に故障が発生した場合に、燃焼を安定化させて排気温度の異常な上昇を回避することができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。
【００１２】
第２の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、制御手段は、第２の燃料噴射手段から燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御するための手段をさらに含む。
【００１３】
第２の発明によると、筒内噴射用インジェクタまたは筒内噴射用インジェクタへ燃料を供給する燃料供給系統が故障すると、吸気通路噴射用インジェクタを用いて、燃焼安定化を実現しつつ、所望の性能を実現させることができる。
【００１４】
第３の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、制御手段は、異常判断手段により、第１の燃料供給手段に異常があると判断され、かつ、第１の燃料噴射手段に異常があると判断されない場合、第２の燃料供給手段を用いて、少なくとも第１の燃料噴射手段から燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御するための手段を含む。
【００１５】
第３の発明によると、筒内噴射用インジェクタ自体は故障していないが、筒内噴射用インジェクタへ燃料を供給する燃料供給系統が故障している場合には、筒内噴射用インジェクタからもフィード圧で燃料を噴射して、筒内噴射用インジェクタのデポジット形成を回避することができる。
【００１６】
第４の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、異常判断手段により異常があると判断された場合、異常がないと判断された場合に比べて、吸排気バルブのオーバーラップが小さくなるように、内燃機関に設けられた可変バルブタイミング機構を調整するための手段をさらに含む。
【００１７】
第４の発明によると、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ：（Variable Valve Timing））のオーバーラップがなくなるように調整されるので、燃焼がさらに安定する。
【００１８】
第５の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、異常判断手段により異常があると判断された場合には、内燃機関に設けられた点火装置の基本点火時期を、気流制御弁により吸気が大きく旋回する状態に対応する場合の基本点火時期として、点火装置を調整するための手段をさらに含む。
【００１９】
第５の発明によると、気流制御弁により吸気が大きく旋回する状態に対応する場合の基本点火時期として点火装置を制御するので、気流に対応した適切な点火時期を設定することができて燃焼がさらに安定する。
【００２０】
第６の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、気流制御弁による吸気の旋回状態に対応して、燃料噴射弁から噴射される燃料量を算出するための手段をさらに含む。
【００２１】
第６の発明によると、吸気の旋回状態が大きいほど少ない燃料量でも良好な燃料状態になり、吸気の旋回状態が小さいほど多い燃料量でないと良好な燃料状態にならない。このため、吸気の旋回状態に応じて燃料量を増量させるので、燃焼が安定するとともに、燃焼が成立する範囲内で所望の出力を実現することができる。
【００２２】
第７の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、
制御装置は、吸気が大きく旋回する状態になるように気流制御弁を制御されている場合の吸気量に基づいて、空燃比が目標空燃比になるように、燃料噴射弁から噴射される燃料量を算出するための手段をさらに含む。
【００２３】
第７の発明によると、吸気の旋回状態に応じて燃料量を増量させ、目標空燃比とするので、燃焼が安定するとともに、燃焼が成立する範囲内で所望の出力を実現することができる。
【００２４】
第８の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜７のいずれかの発明の構成に加えて、気流制御弁は、１つの燃焼室に導入される吸気を分割する２つ以上の通路の少なくともいずれか一方に設けられ、気流制御弁が閉じられることにより、吸気が大きく旋回する状態になる。
【００２５】
第８の発明によると、たとえば、横旋回流を制御するスワールコントロールバルブや、縦旋回流を制御するタンブルコントロールバルブを閉じることにより、吸気が大きく横方向の旋回の度合いや縦方向の旋回の度合いが強くなる。
【００２６】
第９の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜８のいずれかの発明の構成に加えて、旋回の方向はピストンの往復移動方向に平行な方向および垂直な方向の少なくともいずれかである。
【００２７】
第９の発明によると、ピストンの往復移動方向に平行なスワール流や、垂直な方向のタンブル流により、高圧で燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタが故障している場合でも、燃焼の安定化を実現できる。
【００２８】
第１０の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜９のいずれかの発明の構成に加えて、第１の燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、第２の燃料噴射手段は、吸気通路用インジェクタである。
【００２９】
第１０の発明によると、第１の燃料噴射手段である筒内噴射用インジェクタと第２の燃料噴射手段である吸気通路噴射用インジェクタとを別個に設けて噴射燃料を分担する内燃機関において、筒内噴射用インジェクタへ燃料を供給する第１の燃料供給手段（例えば高圧ポンプ）が故障した場合や複数の筒内噴射用インジェクタの中の１つの筒内噴射用インジェクタが故障した場合であっても、気流制御弁を用いて燃焼室内の気流（渦流）を強めて、燃焼を安定化させて排気温度の異常な上昇を回避することができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００３１】
図１に、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）で制御されるエンジンシステムの概略構成図を示す。なお、図１に
は、エンジンとして直列４気筒ガソリンエンジンを示すが、本発明はこのようなエンジンに限定されるものではない。
【００３２】
図１に示すように、エンジン１０は、４つの気筒１１２を備え、各気筒１１２はそれぞれ対応するインテークマニホールド２０を介して共通のサージタンク３０に接続されている。サージタンク３０は、吸気ダクト４０を介してエアクリーナ５０に接続され、吸気ダクト４０内にはエアフローメータ４２が配置されるとともに、電動モータ６０によって駆動されるスロットルバルブ７０が配置されている。このスロットルバルブ７０は、アクセルペダル１００とは独立してエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてその開度が制御される。一方、各気筒１１２は共通のエキゾーストマニホールド８０に連結され、このエキゾーストマニホールド８０は三元触媒コンバータ９０に連結されている。
【００３３】
各気筒１１２に対しては、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１１０と、吸気ポートまたは／および吸気通路内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ１２０とがそれぞれ設けられている。これらインジェクタ１１０、１２０はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。また、各気筒内噴射用インジェクタ１１０は共通の燃料分配管１３０に接続されており、この燃料分配管１３０は燃料分配管１３０に向けて流通可能な逆止弁１４０を介して、機関駆動式の高圧燃料ポンプ１５０に接続されている。なお、本実施の形態においては、２つのインジェクタが別個に設けられた内燃機関について説明するが、本発明はこのような内燃機関に限定されない。たとえば、筒内噴射機能と吸気通路噴射機能とを併せ持つような１個のインジェクタを有する内燃機関であってもよい。
【００３４】
図１に示すように、高圧燃料ポンプ１５０の吐出側は電磁スピル弁１５２を介して高圧燃料ポンプ１５０の吸入側に連結されており、この電磁スピル弁１５２の開度が小さいときほど、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０内に供給される燃料量が増大され、電磁スピル弁１５２が全開にされると、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０への燃料供給が停止されるように構成されている。なお、電磁スピル弁１５２はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいて制御される。
【００３５】
より詳しくは、カムシャフトに取り付けられたカムによりポンププランジャーが上下することにより燃料を加圧する高圧燃料ポンプ１５０における、ポンプ吸入側に設けられた電磁スピル弁１５２を、加圧行程中に閉じるタイミングを、燃料分配管１３０に設けられた燃料圧センサ４００を用いて、エンジンＥＣＵ３００でフィードバック制御することにより、燃料分配管１３０内の燃料圧力（燃圧）が制御される。すなわち、エンジンＥＣＵ３００により電磁スピル弁１５２を制御することにより、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０への供給される燃料量および燃料圧力が制御される。
【００３６】
一方、各吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、共通する低圧側の燃料分配管１６０に接続されており、燃料分配管１６０および高圧燃料ポンプ１５０は共通の燃料圧レギュレータ１７０を介して、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ１８０に接続されている。さらに、低圧燃料ポンプ１８０は燃料フィルタ１９０を介して燃料タンク２００に接続されている。燃料圧レギュレータ１７０は低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の一部を燃料タンク２００に戻すように構成されており、したがって吸気通路噴射用インジェクタ１２０に供給されている燃料圧および高圧燃料ポンプ１５０に供給されている燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを阻止している。
【００３７】
エンジンＥＣＵ３００は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス３１０を介して相互に接続されたＲＯＭ(Read Only Memory)３２０、ＲＡＭ(Random Access Memory)３３０、ＣＰＵ(Central Processing Unit)３４０、入力ポート３５０および出力ポー
ト３６０を備えている。
【００３８】
エアフローメータ４２は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ４２の出力電圧はＡ／Ｄ変換器３７０を介して入力ポート３５０に入力される。エンジン１０には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８０が取付けられ、この水温センサ３８０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器３９０を介して入力ポート３５０に入力される。
【００３９】
燃料分配管１３０には燃料分配管１３０内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４００が取付けられ、この燃料圧センサ４００の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４１０を介して入力ポート３５０に入力される。三元触媒コンバータ９０上流のエキゾーストマニホールド８０には、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生する空燃比センサ４２０が取付けられ、この空燃比センサ４２０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４３０を介して入力ポート３５０に入力される。
【００４０】
本実施の形態に係るエンジンシステムにおける空燃比センサ４２０は、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比に比例した出力電圧を発生する全域空燃比センサ（リニア空燃比センサ）である。なお、空燃比センサ４２０としては、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出するＯ2センサを用いてもよい。
【００４１】
アクセルペダル１００は、アクセルペダル１００の踏込み量に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ４４０に接続され、アクセル開度センサ４４０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４５０を介して入力ポート３５０に入力される。また、入力ポート３５０には、機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ４６０が接続されている。エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０には、上述のアクセル開度センサ４４０および回転数センサ４６０により得られる機関負荷率および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値や機関冷却水温に基づく補正値などが予めマップ化されて記憶されている。
【００４２】
一方、燃料タンク２００に発生する燃料蒸発ガスを捕集する捕集容器であるキャニスタ２３０が、ペーパ通路２６０を介して燃料タンク２００に接続されており、さらにキャニスタ２３０はそこに捕集された燃料蒸発ガスをエンジン１０の吸気系に供給するためのパージ通路２８０に接続されている。そして、パージ通路２８０は、吸気ダクト４０のスロットルバルブ７０下流に開口されたパージポート２９０に連通されている。キャニスタ２３０の内部には、周知のように、燃料蒸発ガスを吸着する吸着剤（活性炭）が充填されており、パージ中にキャニスタ２３０内に逆止弁を介して大気を導入するための大気通路２７０が設けられている。さらに、パージ通路２８０には、パージ量を制御するパージ制御弁２５０が設けられており、このパージ制御弁２５０の開度がエンジンＥＣＵ３００によりデューティ制御されることで、キャニスタ２３０内でパージ処理される燃料蒸発ガス量、ひいてはエンジン１０に導入される燃料量が制御されるように構成されている。
【００４３】
図１には示さないが、このエンジン１０のインテークマニホールド２０には、気流制御弁として、燃焼室内における横渦を積極的に発生させることができるスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）が設けられている。このエンジン１０のインテークマニホールド２０は、１つのシリンダに対して、独立した２つの吸気ポートを有する。この吸気ポートの少なくともいずれか一方にエンジンＥＣＵ３００により開閉制御可能なスワールコントロールバルブが設けられている。このスワールコントロールバルブを全閉状態とすると、もう一方の吸気ポートを通過する吸気の流速が速くなり、燃焼室内の横方向の流れが強化される。さらに、このスワールコントロールバルブを全開状態として、燃焼室内の縦方向の流れが強化されるようにしてもよい。
【００４４】
また、このようなスワールコントロールバルブの代わりに（あるいは加えてでもよい）、このエンジン１０のインテークマニホールド２０には、気流制御弁として、燃焼室内における縦渦を積極的に発生させることができるタンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）を設けるようにしてもよい。このタンブルコントロールバルブにより、燃焼室内の縦方向の流れが強化される。なお、このようなスワールコントロールバルブやタンブルコントロールバルブについては、公知の技術を用いればよい。
【００４５】
図２を参照して、本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵ３００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、このフローチャートは、予め定められた時間間隔や、予め定められたエンジン１０のクランク角度の時に実行される。
【００４６】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、エンジンＥＣＵ３００は、高圧燃料系の異常を検知したか否かを判断する。たとえば、機関駆動式の高圧燃料ポンプが故障して、燃料圧センサ４００にて検知される燃料圧が予め定められたしきい値以下であることや、燃料圧センサ４００を用いて実行されているフィードバック制御が正常ではないこと等により、高圧燃料系の異常を検知する。高圧燃料系の異常を検知すると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ２００へ移される。
【００４７】
Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ３００は、気流制御弁をエンジン１０の運転全域において（気流が強化されるように）全閉状態とする。
【００４８】
Ｓ１２０にて、エンジンＥＣＵ３００は、ＶＶＴにより吸排気バルブのオーバラップ量０にする。これにより、燃焼の安定化を実現できる。
【００４９】
Ｓ１３０にて、エンジンＥＣＵ３００は、筒内噴射用インジェクタ１００からの燃料噴射を停止させて、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からのみ燃料を噴射させる。
【００５０】
Ｓ１４０にて、エンジンＥＣＵ３００は、気流制御弁が閉状態に対応するように、予め設定された基本点火時期を用いて点火時期を制御する。すなわち、気流制御弁が閉状態にであって、燃焼室内の気流が強化されている場合に設定された基本点火時期を、点火装置の基本点火時期として設定する。これは、通常、気流制御弁が開状態であるときと閉状態であるときとで、別々のマップを設定しているので気流制御弁が閉状態である場合のマップを基本点火時期マップとするということになる。
【００５１】
Ｓ１５０にて、エンジンＥＣＵ３００は、ＶＶＴオーバーラップ補正による点火時期（Ｓ１４０にて設定された基本点火時期から）の補正を０とする。ＶＶＴオーバラップ量が０、通常はＶＶＴに連動させて補正している点火時期補正が０になる。
【００５２】
Ｓ１６０にて、エンジンＥＣＵ３００は、燃料量を増量するように補正する。このときの燃料噴射量の補正は、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からのみによる燃料噴射であることと気流制御面が閉状態であることとにより予め設定されたマップを用いて、決定される。通常は、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射を考慮して燃料を増量する補正量が決定されるが、ここでは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射を基準として増量する補正量が決定される。この結果、増量値としては、通常の状態（噴き分けでいるときや筒内噴射用インジェクタ１１０で燃料を噴射しているとき）に比べて、大きくなる。このとき、必要な燃料量を算出する要因の１つとして、目標空燃比を実現できる燃料量とすることが挙げられる。
【００５３】
Ｓ２００にて、エンジンＥＣＵ３００は通常運転を実行するようにエンジン１０を制御する。
【００５４】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ３００により制御されるエンジン１０の動作について、説明する。
【００５５】
たとえば、高圧燃料ポンプ１５０やその配管系に設けられたバルブ等が故障すると、高圧燃料系が異常であると判断される（Ｓ１００にてＹＥＳ）。気流制御弁が、燃焼室内の気流（渦流）を強化するように、エンジン１０の運転領域の全域において、全閉状態にされる。ＶＶＴオーバーラップが０にされて（Ｓ１２０）、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からのみ燃料が噴射される（Ｓ１３０）。
【００５６】
気流制御弁が全閉状態に対応する点火時期が、基本点火時期として設定され（Ｓ１４０）、ＶＶＴオーバラップ補正による点火時期の補正が行なわれないように制御される（Ｓ１５０）。吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射される燃料量は、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた場合ではなく、吸気通路噴射用インジェクタ１１０を用いた場合を基準とした増量補正が行なわれる。これにより、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量の不足を回避できる。
【００５７】
以上のようにして、筒内噴射用インジェクタ自体や筒内噴射用インジェクタに燃料を供給する高圧燃料系が故障すると高圧で筒内に燃料を噴射することができない。このため、気流制御弁を用いて燃焼室内の旋回流を強化して、吸気通路噴射用インジェクタから噴射されて燃料室に導入された混合気の燃焼速度を上昇させて、筒内噴射用インジェクタを用いて燃料を噴射した場合に近い燃焼速度にする。このようにすると、良好な燃焼状態を実現でき、燃焼速度が遅いことによる排気温度の異常上昇を回避することができる。
【００５８】
なお、図２のＳ１３０の処理においては、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射に加えて、あるいは吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射に代えて、筒内噴射用インジェクタ１１０自体が故障していない場合にはフィード圧で筒内噴射用インジェクタ１１０から燃料を噴射するようにしてもよい。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが形成されることを回避できて好ましい。
【００５９】
＜この制御装置が適用されるに適したエンジン（その１）＞
以下、本実施の形態に係る制御装置が適用されるに適したエンジン（その１）について説明する。
【００６０】
図３および図４を参照して、エンジン１０の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け比率（以下、ＤＩ比率（r）とも記載する。）を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図３は、エンジン１０の温間用マップであって、図４は、エンジン１０の冷間用マップである。
【００６１】
図３および図４に示すように、これらのマップは、エンジン１０の回転数を横軸にして、負荷率を縦軸にして、筒内噴射用インジェクタ１１０の分担比率がＤＩ比率ｒとして百分率で示されている。
【００６２】
図３および図４に示すように、エンジン１０の回転数と負荷率とに定まる運転領域ごとに、ＤＩ比率ｒが設定されている。「ＤＩ比率ｒ＝１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味し、「ＤＩ比率ｒ＝０％」とは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味する。「ＤＩ比率ｒ≠０％」、「ＤＩ比率ｒ≠１００％」および「０％＜ＤＩ比率ｒ＜１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０とで燃料噴射が分担して行なわれる領域であることを意味する。なお、概略的には、筒内噴射用インジェクタ１１０は、出力性能の上昇に寄与し、吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、混合気の均一性に寄与する。このような特性の異なる２種類のインジェクタを、エンジン１０の回転数と負荷率とで使い分けることにより、エンジン１０が通常運転状態（たとえば、アイドル時の触媒暖気時が、通常運転状態以外の非通常運転状態の一例であるといえる）である場合には、均質燃焼のみが行なわれるようにしている。
【００６３】
さらに、これらの図３および図４に示すように、温間時のマップと冷間時のマップとに分けて、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０のＤＩ分担率ｒを規定した。エンジン１０の温度が異なると、筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が異なるように設定されたマップを用いて、エンジン１０の温度を検知して、エンジン１０の温度が予め定められた温度しきい値以上であると図３の温間時のマップを選択して、そうではないと図４に示す冷間時のマップを選択する。それぞれ選択されたマップに基づいて、エンジン１０の回転数と負荷率とに基づいて、筒内噴射用インジェクタ１１０および／または吸気通路噴射用インジェクタ１２０を制御する。
【００６４】
図３および図４に設定されるエンジン１０の回転数と負荷率について説明する。図３のＮＥ（１）は２５００〜２７００ｒｐｍに設定され、ＫＬ（１）は３０〜５０％、ＫＬ（２）は６０〜９０％に設定されている。また、図４のＮＥ（３）は２９００〜３１００ｒｐｍに設定されている。すなわち、ＮＥ（１）＜ＮＥ（３）である。その他、図３のＮＥ（２）や、図４のＫＬ（３）、ＫＬ（４）も適宜設定されている。
【００６５】
図３および図４を比較すると、図３に示す温間用マップのＮＥ（１）よりも図４に示す冷間用マップのＮＥ（３）の方が高い。これは、エンジン１０の温度が低いほど、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が高いエンジン回転数の領域まで拡大されるということを示す。すなわち、エンジン１０が冷えている状態であるので、（たとえ、筒内噴射用インジェクタ１１０から燃料を噴射しなくても）筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが堆積しにくい。このため、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を使って燃料を噴射する領域を拡大するように設定され、均質性を向上させることができる。
【００６６】
図３および図４を比較すると、エンジン１０の回転数が、温間用マップにおいてはＮＥ（１）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＮＥ（３）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。また、負荷率が、温間用マップにおいてはＫＬ（２）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＫＬ（４）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されるということを示す。すなわち、高回転領域や高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料を噴射しても、エンジン１０の回転数や負荷が高く吸気量が多いので筒内噴射用インジェクタ１１０のみでも混合気を均質化しやすいためである。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。
【００６７】
図３に示す温間マップでは、負荷率ＫＬ（１）以下では、筒内噴射用インジェクタ１１０のみが用いられる。これは、エンジン１０の温度が高いときであって、予め定められた低負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されるということを示す。これは、温間時においてはエンジン１０が暖まった状態であるので、筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが堆積しやすい。しかしながら、筒内噴射用インジェクタ１１０を使って燃料を噴射することにより噴口温度を低下させることができるので、デポジットの堆積を回避することも考えられ、また、筒内噴射用インジェクタの最小燃料噴射量を確保して、筒内噴射用インジェクタ１１０を閉塞させないことも考えられ、このために、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた領域としている。
【００６８】
図３および図４を比較すると、図４の冷間用マップにのみ「ＤＩ比率ｒ＝０％」の領域が存在する。これは、エンジン１０の温度が低いときであって、予め定められた低負荷領域（ＫＬ（３）以下）では吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみが使用されるということを示す。これはエンジン１０が冷えていてエンジン１０の負荷が低く吸気量も低いため燃料が霧化しにくい。このような領域においては筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射では良好な燃焼が困難であるため、また、特に低負荷および低回転数の領域では筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた高出力を必要としないため、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いないで、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみを用いる。
【００６９】
また、通常運転時以外の場合、エンジン１０がアイドル時の触媒暖気時の場合（非通常運転状態であるとき）、成層燃焼を行なうように筒内噴射用インジェクタ１１０が制御される。このような触媒暖気運転中にのみ成層燃焼させることで、触媒暖気を促進させ、排気エミッションの向上を図る。
【００７０】
＜この制御装置が適用されるに適したエンジン（その２）＞
以下、本実施の形態に係る制御装置が適用されるに適したエンジン（その２）について説明する。なお、以下のエンジン（その２）の説明において、エンジン（その１）と同じ説明については、ここでは繰り返さない。
【００７１】
図５および図６を参照して、エンジン１０の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け比率を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図５は、エンジン１０の温間用マップであって、図６は、エンジン１０の冷間用マップである。
【００７２】
図５および図６を比較すると、以下の点で図３および図４と異なる。エンジン１０の回転数が、温間用マップにおいてはＮＥ（１）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＮＥ（３）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。また、負荷率が、温間用マップにおいては低回転数領域を除くＫＬ（２）以上の領域において、冷間用マップにおいては低回転数領域を除くＫＬ（４）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用される領域が多いことを示す。しかしながら、低回転数領域の高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成される混合気のミキシングが良好ではなく、燃焼室内の混合気が不均質で燃焼が不安定になる傾向を有する。このため、このような問題が発生しない高回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタの噴射比率を増大させるようにしている。また、このような問題が発生する高負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を減少させるようにしている。これらのＤＩ比率ｒの変化を図５および図６に十字の矢印で示す。このようにすると、燃焼が不安定であることに起因するエンジンの出力トルクの変動を抑制することができる。なお、これらのことは、予め定められた低回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を減少させることや、予め定められた低負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を増大させることと、略等価であることを確認的に記載する。また、このような領域（図５および図６で十字の矢印が記載された領域）以外の領域であって筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料を噴射している領域（高回転側、低負荷側）においては、筒内噴射用インジェクタ１１０のみでも混合気を均質化しやすい。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。
【００７３】
なお、図３〜図６を用いて説明したこのエンジン１０においては、均質燃焼は筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを吸気行程とすることにより、成層燃焼は筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程とすることにより実現できる。すなわち、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程とすることで、点火プラグ周りにリッチ混合気が偏在させることにより燃焼室全体としてはリーンな混合気に着火する成層燃焼を実現することができる。また、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを吸気行程としても点火プラグ周りにリッチ混合気を偏在させることができれば、吸気行程噴射であっても成層燃焼を実現できる。
【００７４】
また、ここでいう成層燃焼には、成層燃焼と以下に示す弱成層燃焼の双方を含むものである。弱成層燃焼とは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を吸気行程で燃料噴射して燃焼室全体にリーンで均質な混合気を生成して、さらに筒内噴射用インジェクタ１１０を圧縮行程で燃料噴射して点火プラグ周りにリッチな混合気を生成して、燃焼状態の向上を図るものである。このような弱成層燃焼は触媒暖気時に好ましい。これは、以下の理由による。すなわち、触媒暖気時には高温の燃焼ガスを触媒に到達させるために点火時期を大幅に遅角させ、かつ良好な燃焼状態（アイドル状態）を維持する必要がある。また、ある程度の燃料量を供給する必要がある。これを成層燃焼で行なおうとしても燃料量が少ないという問題があり、これを均質燃焼で行なおうとしても良好な燃焼を維持するために遅角量が成層燃焼に比べて小さいという問題がある。このような観点から、上述した弱成層燃焼を触媒暖気時に用いることが好ましいが、成層燃焼および弱成層燃焼のいずれであっても構わない。
【００７５】
また、図３〜図６を用いて説明したエンジンにおいては、筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射のタイミングは、以下のような理由により、圧縮行程で行なうことが好ましい。ただし、上述したエンジン１０は、基本的な大部分の領域には（触媒暖気時にのみに行なわれる、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を吸気行程噴射させ、筒内噴射用インジェクタ１１０を圧縮行程噴射させる弱成層燃焼領域以外を基本的な領域という）、筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射のタイミングは、吸気行程である。しかしながら、以下に示す理由があるので、燃焼安定化を目的として一時的に筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程噴射とするようにしてもよい。
【００７６】
筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期を圧縮工程中とすることで、筒内温度がより高い時期において、燃料噴射により混合気が冷却される。冷却効果が高まるので、対ノック性を改善することができる。さらに、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期を圧縮工程中とすると、燃料噴射から点火時期までの時間が短いことから噴霧による気流の強化を実現でき、燃焼速度を上昇させることができる。これらの対ノック性の向上と燃焼速度の上昇とから、燃焼変動を回避して、燃焼安定性を向上させることができる。
【００７７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態に係る制御装置で制御されるエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの温間時のＤＩ比率マップを表わす図（その１）である。
【図４】本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの冷間時のＤＩ比率マップを表わす図（その１）である。
【図５】本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの温間時のＤＩ比率マップを表わす図（その２）である。
【図６】本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの冷間時のＤＩ比率マップを表わす図（その２）である。
【符号の説明】
【００７９】
１０  エンジン、２０  インテークマニホールド、３０  サージタンク、４０  吸気ダクト、４２  エアフローメータ、５０  エアクリーナ、６０  電動モータ、７０  スロットルバルブ、８０  エキゾーストマニホールド、９０  三元触媒コンバータ、１００  アクセルペダル、１１０  筒内噴射用インジェクタ、１１２  気筒、１２０  吸気通路噴射用インジェクタ、１３０  燃料分配管、１４０  逆止弁、１５０  高圧燃料ポンプ、１５２  電磁スピル弁、１６０  燃料分配管（低圧側）、１７０  燃料圧レギュレータ、１８０  低圧燃料ポンプ、１９０  燃料フィルタ、２００  燃料タンク、３００  エンジンＥＣＵ、３１０  双方向性バス、３２０  ＲＯＭ、３３０  ＲＡＭ、３４０  ＣＰＵ、３５０  入力ポート、３６０  出力ポート、３７０，３９０，４１０，４３０，４５０  Ａ／Ｄ変換器、３８０  水温センサ、４００  燃料圧センサ、４２０  空燃比センサ、４４０  アクセル開度センサ、４６０  回転数センサ。
【図１】
2006183534.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006183534.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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