(57)【要約】【課題】  筒内噴射用インジェクタおよび吸気通路噴射用インジェクタを備える内燃機関において、筒内噴射停止期間中およびその後の筒内噴射開始時における燃料圧を高精度に制御する。【解決手段】  高圧燃料ポンプ２００は、燃料を昇圧して電磁スピル弁２５０の閉弁期間に応じた量を吐出する。燃料分配管１３０は、高圧燃料ポンプ２００から吐出された燃料を受けて筒内噴射用インジェクタ１１０へ分配する。燃料圧センサ４００は、燃料分配管１６０内の燃料圧Ｐｔを測定する。燃料圧Ｐｔの目標圧力に対する不足燃料圧に応じた電磁スピル弁２５０の開閉制御は、筒内噴射用インジェクタ１１０から燃料が噴射されない筒内噴射停止期間においても、筒内噴射実行時と同様に行なわれる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の筒内へ燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と、
前記内燃機関の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、
前記内燃機関に要求される条件に基づいて、前記内燃機関における全燃料噴射量に対する前記第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段の間での燃料噴射量の分担比率を制御する分担比率制御手段と、
燃料を昇圧して、調量弁の開閉制御に応じた量を吐出する燃料ポンプと、
前記燃料ポンプから吐出された燃料を受けて前記第１の燃料噴射手段へ分配するための燃料分配管と、
前記燃料分配管内の燃料圧力を測定する圧力測定部と、
前記圧力測定部による測定燃料圧の目標圧力に対する不足燃料圧に応じて、前記調量弁を開閉制御するための燃料圧制御手段とを備え、
前記燃料圧制御手段は、前記第１の燃焼噴射手段から燃料が噴射されない筒内噴射停止期間においても、前記測定燃料圧が前記目標圧力以下である場合には前記燃料ポンプから昇圧された燃料が吐出されるように前記調量弁を開閉制御する、内燃機関の燃料供給装置。
【請求項２】
前記燃料圧制御手段は、
前記筒内噴射停止期間において、前記測定燃料圧と前記目標圧力との比較により、前記測定燃料圧が圧力確保状態および圧力不足状態のいずれであるかを判定する燃料圧判定手段と、
前記燃料圧判定手段によって前記圧力不足状態と判定されたときに、前記燃料ポンプからの吐出燃料量が所定の固定値となるように前記調量弁を開閉制御する第１の開閉制御手段と、
前記燃料圧判定手段によって前記圧力確保状態と判定されたときに、前記燃料ポンプからの吐出燃料量がほぼ零となるように前記調量弁を開閉制御する第２の開閉制御手段手段とを含む、請求項１記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項３】
前記筒内噴射停止期間での前記目標圧力は、前記圧力確保状態および前記圧力不足状態のそれぞれにおいて異なる値に設定され、
前記圧力確保状態における目標圧力は、前記圧力不足状態における目標圧力よりも低い値に設定される、請求項２記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項４】
前記燃料圧制御手段は、前記測定燃料圧の不足燃料圧に加えて、前記第１の燃焼噴射手段からの燃料噴射量設定にさらに応じて、前記調量弁を開閉制御する、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項５】
内燃機関の筒内へ燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と、
前記内燃機関の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、
前記内燃機関に要求される条件に基づいて、前記内燃機関における全燃料噴射量に対する前記第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段の間での燃料噴射量の分担比率を制御する分担比率制御手段と、
燃料を昇圧して、調量弁の開閉制御に応じた量を吐出する燃料ポンプと、
前記燃料ポンプから吐出された燃料を受けて前記第１の燃料噴射手段へ分配するための燃料分配管と、
前記燃料分配管内の燃料圧力を測定する圧力測定部と、
前記圧力測定部による測定燃料圧の目標圧力に対する不足燃料圧と前記第１の燃焼噴射手段からの燃料噴射量設定値とに応じて、前記調量弁を開閉制御するための燃料圧制御手段とを備える、内燃機関の燃料供給装置。
【請求項６】
前記燃料圧制御手段は、前記内燃機関における前記全燃料噴射量と、前記分担比率制御手段によって設定された前記分担比率との積に応じて、前記第１の燃焼噴射手段からの燃料噴射量設定値を算出する、請求項４または５記載の内燃機関の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の燃料供給装置に関し、より特定的には、筒内に向けて燃料を噴射する第１の燃料噴射手段（筒内噴射インジェクタ）と吸気通路および／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（吸気通路噴射インジェクタ）とを備えた内燃機関の燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気ポート内に燃料を噴射するための吸気通路噴射インジェクタと、筒内に燃料を噴射するための筒内噴射インジェクタとを備え、運転状態に応じて吸気通路噴射インジェクタと筒内噴射インジェクタとを制御して吸気通路噴射および筒内直接噴射を組合わせて燃料噴射させる燃料供給装置（燃料噴射装置）が知られている。
【０００３】
このような燃料供給装置では、筒内に直接燃料を噴射するために筒内噴射インジェクタからの燃料噴射圧力を高める必要がある。このため、筒内噴射用の高圧燃料供給系および吸気通路噴射用の低圧燃料供給系に対して共通の低圧燃料ポンプによって燃料ポンプから燃料を吐出し、高圧燃料供給系では当該低圧燃料ポンプから吐出された燃料を高圧燃料ポンプによってさらに昇圧して筒内噴射用インジェクタへ供給する構成が開示されている（たとえば特許文献１）。
【０００４】
特に、特許文献１では、このような燃料供給装置を備えた内燃機関において、気筒内の燃料噴射の微粒化状態を考慮して、気筒内への燃料噴射量と吸気管内への燃料噴射量との分担比率を適切に設定する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３３６４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記内燃機関では、内燃機関の状態に応じて筒内噴射用インジェクタおよび吸気通路噴射用インジェクタの間の燃料噴射分担比率が変化する。このような分担比率設定に従って筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射を正常に行なうためには、高圧燃料供給系での燃料圧を目標圧力に制御する構成が重要である。燃料圧が目標圧力に制御されなければ、噴霧形状の変化や噴射燃料量の変動により燃焼性が悪化して、内燃機関の出力が不安定となる可能性がある。
【０００６】
特に、上記内燃機関では、燃料噴射分担比率の設定に従って、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射が停止される筒内噴射停止期間が発生する。このため、筒内噴射停止期間後での筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射再開時における燃料噴射を正常に行なうために、筒内噴射停止期間および筒内噴射再開時での燃料圧の制御性が問題となる。
【０００７】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、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）と吸気通路および／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）が内燃機関において、特に筒内噴射停止期間中およびその後の筒内噴射開始時において、筒内噴射用インジェクタから噴射される燃料の圧力を高精度に制御可能な燃料供給装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による内燃機関の燃料供給装置は、第１の燃料噴射手段と、第２の燃料噴射手段と、分担比率制御手段と、燃料ポンプと、燃料分配管と、圧力測定部と、燃料圧制御手段とを備える。第１の燃料噴射手段は、内燃機関の筒内へ燃料を噴射するために設けられ、第２の燃料噴射手段は、内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射するために設けられる。分担比率制御手段は、内燃機関に要求される条件に基づいて、内燃機関における全燃料噴射量に対する第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段の間での燃料噴射量の分担比率を制御する。燃料ポンプは、燃料を昇圧して調量弁の開閉制御に応じた量を吐出する。燃料分配管は、燃料ポンプから吐出された燃料を受けて第１の燃料噴射手段へ分配するために設けられる。圧力測定部は、燃料分配管内の燃料圧力を測定する。燃料圧制御手段は、圧力測定部による測定燃料圧の目標圧力に対する不足燃料圧に応じて、調量弁を開閉制御する。特に、燃料圧制御手段は、第１の燃焼噴射手段から燃料が噴射されない筒内噴射停止期間においても、測定燃料圧が目標圧力以下である場合には燃料ポンプから昇圧された燃料が吐出されるように調量弁を開閉制御する。
【０００９】
上記内燃機関の燃料供給装置によれば、筒内噴射停止期間においても、燃料圧が目標圧力以下である場合には不足燃料圧に応じて調量弁を開閉して燃料圧制御を行なうため、筒内噴射停止期間にも燃料分配管（高圧デリバリパイプ）内の燃料圧を目標圧力以上に維持できる。したがって、筒内噴射停止期間後に第１の燃料噴射手段からの燃料噴射が開始される時点においても、燃料圧の制御遅れが発生することなく、第１の燃料噴射手段からの燃料噴射を正常に行なうことができる。
【００１０】
好ましくは、この発明による内燃機関の燃料供給装置では、燃料圧制御手段は、燃料圧判定手段と、第１の開閉制御手段と、第２の開閉制御手段とを含む。燃料圧判定手段は、筒内噴射停止期間において、測定燃料圧と目標圧力との比較により、燃料圧が圧力確保状態および圧力不足状態のいずれであるかを判定する。第１の開閉制御手段は、前記燃料圧判定手段によって前記圧力不足状態と判定されたときに、前記燃料ポンプからの吐出燃料量が所定の固定値となるように前記調量弁を開閉制御する。第２の開閉制御手段は、燃料圧判定手段によって前記圧力確保状態と判定されたときに、前記燃料ポンプからの吐出燃料量がほぼ零となるように前記調量弁を開閉制御する。
【００１１】
上記内燃機関の燃料供給装置によれば、第１の燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）による燃料消費が行なわれない筒内噴射停止期間中において、圧力不足状態時おける燃料ポンプからの吐出燃料量を所定の固定値に設定する。これにより、筒内噴射停止期間中に燃料圧が過大になることを防止できる。したがって、制御ゲインを切換えることなく簡易な制御構成によって、筒内噴射停止期間後に第１の燃料噴射手段からの燃料噴射が開始される時点において第１の燃料噴射手段からの燃料噴射をより安定的に行なうことができる。
【００１２】
さらに好ましくは、この発明による内燃機関の燃料供給装置では、筒内噴射停止期間での目標圧力は、圧力確保状態および圧力不足状態のそれぞれにおいて異なる値に設定され、圧力確保状態における目標圧力は、圧力不足状態における目標圧力よりも低い値に設定される。
【００１３】
上記内燃機関の燃料供給装置によれば、燃料ポンプの吐出燃料量がほぼ零に設定される圧力確保状態時と、燃料ポンプの吐出燃料量が所定固定値に設定される圧力不足状態時との間の遷移にヒステリシスを設けることができる。したがって、筒内噴射停止期間中に燃料ポンプの動作が間欠的に変化して燃料ポンプの動作が不安定になるのを防止した上で、筒内噴射停止期間における燃料圧を安定的に維持できる。
【００１４】
特に、この発明による内燃機関の燃料供給装置では、燃料圧制御手段は、燃料圧の不足燃料圧に加えて、第１の燃焼噴射手段からの燃料噴射量にさらに応じて、調量弁を開閉制御する。
【００１５】
上記内燃機関の燃料供給装置によれば、目標圧力に対する不足燃料圧によるフィードバック制御と、第１の燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）からの燃料噴射量の変化を反映したフィードフォワード制御とを組み合わせた燃料圧制御を行なうことができる。このため、第１の燃料噴射手段での燃料消費が増大する場合には、実際の燃料消費によって測定燃料圧が低下してからではなく、第１の燃料噴射手段での燃料消費増加を予め反映するように調量弁を制御できる。この結果、燃料圧を高精度に制御して、第１の燃料噴射手段からの燃料噴射をより安定的に行なうことができる。
【００１６】
この発明の他の構成による内燃機関の燃料供給装置は、第１の燃料噴射手段と、第２の燃料噴射手段と、分担比率制御手段と、燃料ポンプと、燃料分配管と、圧力測定部と、燃料圧制御手段とを備える。第１の燃料噴射手段は、内燃機関の筒内へ燃料を噴射するために設けられ、第２の燃料噴射手段は、内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射するために設けられる。分担比率制御手段は、内燃機関に要求される条件に基づいて、内燃機関における全燃料噴射量に対する第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段の間での燃料噴射量の分担比率を制御する。燃料ポンプは、燃料を昇圧して、調量弁の開閉制御に応じた量を吐出する。燃料分配管は、燃料ポンプから吐出された燃料を受けて第１の燃料噴射手段へ分配するために設けられる。圧力測定部は、燃料分配管内の燃料圧力を測定する。燃料圧制御手段は、圧力測定部による測定燃料圧の目標圧力に対する不足燃料圧と前記第１の燃焼噴射手段からの燃料噴射量設定値とに応じて、前記調量弁を開閉制御する。
【００１７】
上記内燃機関の燃料供給装置によれば、目標燃料圧に対する不足燃料圧によるフィードバック制御と、第１の燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）からの燃料噴射量設定値の変化を反映したフィードフォワード制御とを組み合わせた燃料圧制御を行なうことができる。したがって、第１の燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）での燃料消費を反映して調量弁を制御できる。このため、第１の燃料噴射手段での燃料消費が増大する場合には、実際の燃料消費によって測定燃料圧が低下してからではなく、第１の燃料噴射手段での燃料消費増加を予め反映するように調量弁を制御できる。この結果、燃料圧を高精度に制御して、第１の燃料噴射手段からの燃料噴射をより安定的に行なうことができる。
【００１８】
好ましくは、この発明の他の構成による内燃機関の燃料供給装置では、燃料圧制御手段は、内燃機関における全燃料噴射量と、分担比率制御手段によって設定された分担比率との積に応じて、第１の燃焼噴射手段からの燃料噴射量設定値を算出する。
【００１９】
上記内燃機関の燃料供給装置によれば、燃料圧制御手段による第１の燃焼噴射手段からの燃料噴射量設定値を簡易な処理で算出できる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明に従う内燃機関の燃料供給装置によれば、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）と吸気通路および／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）が内燃機関において、特に筒内噴射停止期間中およびその後の筒内噴射開始時において、筒内噴射用インジェクタから噴射される燃料の圧力を高精度に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下において、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中における同一または相当部分には同一符号を付して詳細な説明は原則的に繰返さないものとする。
【００２２】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料供給装置を備えて構成されたエンジンシステムの概略構成図である。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、本発明の適用はこのようなエンジンに限定されるものではない。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料供給装置を備えて構成されたエンジンシステムの概略構成図である。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、本発明の適用はこのようなエンジンに限定されるものではない。
【００２４】
図１に示すように、エンジン（内燃機関）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、電動機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ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３００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。
【００２５】
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。
【００２６】
これらインジェクタ１１０，１２０は、エンジンＥＣＵの出力信号に基づいてそれぞれ制御される。また、各筒内噴射用インジェクタ１１０は、共通の燃料分配管１３０（以下、高圧デリバリパイプとも称する）に接続されており、各吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、共通の燃料分配管１６０（以下、低圧デリバリパイプとも称する）に接続されている。燃料分配管１３０，１６０に対する燃料供給は、以下に詳細に説明する燃料供給系１５０によって実行される。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
高圧デリバリパイプ１３０には、高圧デリバリパイプ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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
エンジンＥＣＵ３００は、所定プログラムの実行により各センサからの信号に基づいて、エンジンシステムの全体動作を制御するための各種制御信号を生成する。これらの制御信号は、出力ポート３６０および駆動回路４７０を介して、エンジンシステムを構成する機器・回路群へ送出される。
【００３３】
エンジンＥＣＵ３００は、機関負荷率およびエンジン回転数に基づき、運転状態に対応して全燃料噴射量Ｑｉｎｊ♯を算出する。たとえば、全燃料噴射量Ｑｉｎｊ♯の算出は、たとえば図２（ａ）に示されるようなエンジン回転数−負荷率の２次元マップ上のマップ値Ｑｉｎｊ♯（０，０）〜Ｑｉｎｊ♯（ｍ，ｎ）から、この時点でのエンジン１０の運転条件において選択的に設定される。
【００３４】
さらに、エンジンＥＣＵ３００は、通常運転状態時に、エンジン１０の回転数および負荷率に応じて、全燃料噴射量Ｑｉｎｊ♯に対する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の間の燃料噴射量分担比率を示すＤＩ比率ｒを設定する。ＤＩ比率は、たとえば図２（ｂ）に示すように、エンジン回転数−負荷率の２次元マップ参照により、この時点でのエンジン１０の運転条件に応じて、マップ値ｒ（０，０）〜ｒ（ｍ，ｎ）から選択的に設定される。
【００３５】
なお、「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ことにし、「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ことにする。一方、「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および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の間で燃料噴射が分担して行なわれることにする。
【００３６】
概略的には、筒内噴射用インジェクタ１１０が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、混合気の均一性向上に寄与する。このような特性の異なる２種類のインジェクタを内燃機関の回転数および負荷率で使い分けることにより、内燃機関の通常運転状態（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運転状態の一例であると言える）場合には、主に均質燃焼運転が行なわれるようにしている。なお、ＤＩ比率の好ましい設定については後ほど詳細に説明する。
【００３７】
次に、図１に示したエンジンシステムの燃料供給系の構成について説明する。
【００３８】
図３は、図１に示す燃料供給系１５０の構成を示すブロック図である。
【００３９】
図３のうち、各筒内噴射用インジェクタ１１０、高圧デリバリパイプ１３０、各吸気通路噴射用インジェクタ１２０および低圧デリバリパイプ１６０以外の部分が、図１に示した燃料供給系１５０に相当する。
【００４０】
低圧燃料ポンプ１７０は、燃料タンク１６５内の燃料を吸引した燃料を所定圧（低圧設定値）で吐出する。低圧燃料ポンプ１７０からの吐出燃料は、燃料フィルタ１７５および燃料圧レギュレータ１８０を介して低圧燃料通路１９０へ圧送される。燃料圧レギュレータ１８０は、低圧系の燃料圧力が上昇しようとすると開放されて、低圧燃料通路１９０のうちの燃料圧レギュレータ１８０近傍に存在する燃料、すなわち低圧燃料ポンプ１７０によって汲み上げられたばかりの燃料を燃料タンク１６５内へ戻す経路を形成する。これにより、低圧燃料通路１９０の燃料圧は所定圧にされる。さらに、燃料タンク１６５に戻される燃料は、燃料タンク１６５から汲み上げられたばかりの燃料であるので、燃料タンク１６５内の温度上昇を防止することができる。
【００４１】
高圧燃料ポンプ２００は、シリンダヘッド（図示せず）に取付けられ、エンジン１０の吸気弁（図示せず）用あるいは排気弁（図示せず）用のカムシャフト２０４に設けられたポンプ用カム２０２の回転駆動により、ポンプシリンダ２１０内のプランジャ２２０を往復駆動させている。高圧燃料ポンプ２００は、さらに、ポンプシリンダ２１０およびプランジャ２２０によって区画形成された高圧ポンプ室２３０と、低圧燃料通路１９０と連結されたギャラリ２４５と、「調量弁」としての電磁スピル弁２５０とを含む。電磁スピル弁２５０は、ギャラリ２４５と高圧ポンプ室２３０との間の連通遮断を制御する開閉弁である。
【００４２】
高圧燃料ポンプ２００の吐出側は、高圧燃料通路２６０を介して、筒内噴射用インジェクタ１１０へ燃料を分配する高圧デリバリパイプ１３０と連結されている。なお、高圧燃料通路２６０には、高圧燃料ポンプ２００側へ燃料が逆流することを規制するチェック弁（逆止弁）２４０が設けられている。また、高圧燃料ポンプ２００の吸入側は、低圧燃料通路１９０を介して燃料タンク１６５内に設けられた低圧燃料ポンプ１７０が連結されている。
【００４３】
図４を参照して、ポンプ用カム２０２の回転に伴ってプランジャ２２０のリフト量が減少する吸入行程では、プランジャ２２０の往復駆動により高圧ポンプ室２３０の容積が拡大する。吸入行程では、電磁スピル弁２５０は開状態に維持される。
【００４４】
再び図３を参照して、電磁スピル弁２５０の開弁期間には、ギャラリ２４５と高圧ポンプ室２３０とは連通しているので、吸入行程では高圧ポンプ室２３０内に低圧燃料通路１９０からギャラリ２４５を介して燃料が吸入される。
【００４５】
再び図４を参照して、ポンプ用カム２０２の回転に伴ってプランジャ２２０のリフト量が増大する吐出行程では、プランジャ２２０の往復駆動により高圧ポンプ室２３０の容積が縮小する。吐出行程では、電磁スピル弁２５０の開閉は、エンジンＥＣＵ３００からの開閉制御信号によって制御される。
【００４６】
再び図３を参照して、吐出行程中における電磁スピル弁２５０の開弁期間には、ギャラリ２４５と高圧ポンプ室２３０とは連通しているので、高圧ポンプ室２３０内に吸入された燃料は、ギャラリ２４５を介して低圧燃料通路１９０側へ溢流する。すなわち、燃料は高圧燃料通路２６０を介して高圧デリバリパイプ１３０へ圧送されることなく、ギャラリ２４５を介して低圧燃料通路１９０側へ吐き戻される。
【００４７】
一方、電磁スピル弁２５０の開弁期間には、ギャラリ２４５と高圧ポンプ室２３０とは連通していない。このため、吐出行程で加圧された燃料は、ギャラリ２４５へ逆流することなく、高圧燃料通路２６０を介して高圧デリバリパイプ１３０へ圧送される。高圧デリバリパイプ１３０に設けられた燃料圧センサ４００の測定圧力、すなわち測定燃料圧Ｐｔは、エンジンＥＣＵ３００へ送出される。なお、吐出行程期間Ｔに対する電磁スピル弁２５０の閉弁期間Ｔｃの比、ｕ＝Ｔｃ／Ｔを「デューティ比」と称することとする。すなわち、デューティ比ｕ＝０のときに高圧燃料ポンプ２００からの吐出燃料量は零となり、デューティ比が大きいほど、高圧燃料ポンプ２００からの吐出燃料量は大きくなる。
【００４８】
ここで、図１〜図４に示した構成と本発明の構成との対応関係を説明すると、筒内噴射用インジェクタ１１０が本発明の「第１の燃料噴射手段」に対応し、吸気通路噴射用インジェクタ１２０が本発明の「第２の燃料噴射手段」に対応し、高圧燃料ポンプ２００が本発明の「燃料ポンプ」に対応し、電磁スピル弁２５０が本発明における「調量弁」に対応する。さらに、高圧デリバリパイプ１３０が本発明の「燃料分配管」に対応し、燃料圧センサ４００が本発明の「圧力測定部」に対応する。また、エンジンＥＣＵ３００のうちの図２（ｂ）のマップに従ってＤＩ比率ｒを設定する機能部分が、１２０が本発明の「分担比率設定手段」に対応する。
【００４９】
このように、本発明の実施の形態に従う内燃機関の燃料供給装置では、電磁スピル弁２５０の開閉制御、より具体的にはデューティ比制御によって、高圧燃料供給系での燃料圧制御を行なうことができる。
【００５０】
図５は、高圧燃料供給系での実施の形態１に従う燃料圧制御系を示すブロック図である。なお、図５に示される燃料圧制御系に係る制御動作は、エンジンＥＣＵ３００に予めプログラムされた制御演算処理により実現される。すなわち、エンジンＥＣＵ３００のうちの燃料圧制御系５００に係る制御動作を実行する機能部分が、本発明における「燃料圧制御手段」に対応する。
【００５１】
図５を参照して、燃料圧制御系５００は、目標圧力設定部５１０と、演算部５１５と、フィードバックゲイン設定部５２０と、デューティ比設定部５３０と、制御対象となる高圧燃料供給系１５０♯とを含んで構成される。高圧燃料供給系１５０は、図２に示された、高圧燃料ポンプ２００、高圧燃料通路２６０および高圧デリバリパイプ１３０に相当する。
【００５２】
目標圧力設定部５１０は、高圧燃料供給系の燃料圧目標値である目標圧力Ｐｒｅｆを設定する。なお、目標圧力Ｐｒｅｆは、固定値としても、エンジンの運転条件等に応じて可変設定してもよい。
【００５３】
演算部５１５は、高圧燃料供給系１５０♯における実際の燃料圧、すなわち燃料圧センサ４００による測定燃料圧Ｐｔと、目標圧力Ｐｒｅｆとの差を演算することにより、目標圧力Ｐｒｅｆに対する測定燃料圧Ｐｔの不足燃料圧ΔＰｔを算出する。なお、燃料圧が確保されている場合（Ｐｔ≧Ｐｒｅｆの場合）には、ΔＰｔ＝０に設定され、燃料圧が不足している場合（Ｐｔ＜Ｐｒｅｆの場合）には、ΔＰｔ＝Ｐｒｅｆ−Ｐｔに設定される。
【００５４】
フィードバックゲイン設定部５２０は、周知のＰＩＤ制御等を行なうためのフィードバックゲインＫｆｂを設定する。フィードバックゲインＫｆｂについては、一般的なフィードバック制御の手法に従って設定することができる。
【００５５】
デューティ比設定部５３０は、所定の演算式あるいはマップに基づいて、フィードバックゲインＫｆｂと不足燃料圧ΔＰｔとの積で示される制御量Ｋｆｂ・ΔＰｔに応じた、電磁スピル弁２５０のデューティ比ｕを設定する。
【００５６】
高圧燃料供給系１５０♯において、電磁スピル弁（調量弁）２５０はデューティ比設定部５３０によって設定されたデューティ比ｕに従って開閉制御され、高圧燃料ポンプ２００は、電磁スピル弁２５０の開弁期間に昇圧燃料を高圧デリバリパイプ１３０に向けて吐出する。すなわち、高圧燃料ポンプ２００からの吐出燃料量は、制御量Ｋｆｂ・ΔＰｔに応じて設定される。このようなフィードバック制御によって、高圧燃料供給系１５０♯の燃料圧は、目標圧力Ｐｒｅｆに制御される。
【００５７】
エンジンＥＣＵ３００は、このような燃料圧制御系５００を、ＤＩ比率ｒ＝０％に設定され、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量が０である筒内噴射停止期間においても動作させる。これにより、筒内噴射停止期間にも高圧燃料供給系１５０♯での燃料圧を目標圧力に維持できるので、運転状態が変化してＤＩ比率ｒ＞０％に設定が切換わった時点においても、燃料圧の制御遅れが発生することなく、各筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射を正常に行なうことができる。
【００５８】
［実施の形態２］
実施の形態１に従う燃料圧制御では、筒内噴射停止期間にも筒内噴射実行時と同様の制御動作を行なう構成を説明した。しかしながら、筒内噴射停止期間には筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射による燃料消費が無いため、大きな圧力低下要因が存在しない。このため、筒内噴射実行時と同様の制御動作を行なうと、燃料圧が過大となり、かつ過大圧力状態が継続してしまうおそれがある。実施の形態２ではこの点を考慮した燃料圧制御について説明する。
【００５９】
図６は、この発明の実施の形態２に従う燃料圧制御を説明するフローチャートである。図６に示されるフローチャートに従う燃料圧制御は、エンジンＥＣＵ３００に予めプログラムされた制御演算処理により実現される。
【００６０】
図６を参照して、実施の形態２に従う燃料圧制御では、燃料圧センサ４００による測定燃料圧Ｐｔが取込まれると（ステップＳ１００）、ＤＩ比率ｒ＝０％か否かにより筒内噴射停止期間であるかどうかが判定される（ステップＳ１１０）。
【００６１】
ＤＩ比率ｒ≠０％の場合、すなわち筒内噴射実行時には（ステップＳ１１０におけるＮＯ判定時）、図５に示した燃料圧制御系５００により、不足燃料圧ΔＰｔに応じた閉ループ制御が実行されて、電磁スピル弁２５０のデューティ比ｕが設定される（ステップＳ１２０）。
【００６２】
一方、ＤＩ比率ｒ＝０％の場合、すなわち筒内噴射停止期間においては（ステップＳ１１０におけるＹＥＳ判定時）、まず、測定燃料圧Ｐｔが目標圧力Ｐｒｅｆと比較される（ステップＳ１３０）。
【００６３】
ΔＰｔ≧Ｐｒｅｆ、すなわち燃料圧が確保されている場合には（ステップＳ１３０におけるＹＥＳ判定時）、高圧燃料ポンプ２００からの吐出燃料量がほぼ０となるようにデューティ比ｕ＝０に設定される（ステップＳ１５０）。これにより、高圧デリバリパイプ１３０内に新たな昇圧燃料が送出されず圧力上昇は停止される。
【００６４】
これに対して、ΔＰｔ＜Ｐｒｅｆ、すなわち燃料圧が不足しているとき（ステップＳ１３０におけるＮＯ判定時）には、デューティ比ｕは、高圧燃料ポンプ２００からの吐出燃料量が所定の固定値となるように、不足燃料圧ΔＰｔに関わらず所定の固定値ｕｃに設定される。
【００６５】
筒内噴射停止期間には、高圧燃料供給系での燃料消費がないため、高圧燃料供給系では燃料圧は低下しにくい。このため、筒内噴射実行時よりも低いデューティ比によって燃料圧を確保できる。反対に、筒内噴射実行時と同様のゲインによるフィードバック制御に従ってデューティ比ｕを設定すれば、高圧燃料供給系の燃料圧が過大となるおそれがある。したがって、固定デューティ比ｕｃは、筒内噴射実行時でのフィードバック制御（図５）により設定されるデューティ比よりも小さくなるように設定してもよい。これにより、筒内噴射停止期間における高圧燃料ポンプ２００からの吐出燃料量は、筒内噴射停止期間以外での吐出量よりも相対的に小さく設定される。なお、固定デューティ比ｕｃは、実験等によって予め適正値を決定することができる。
【００６６】
このような燃料圧制御により、筒内燃料噴射停止時に燃料圧が過大になることを防止しできる。また、筒内噴射停止期間でのデューティ比を固定値ｕｃまたは０に選択的に設定するので、制御ゲインの切換えを伴うことなく制御構成を簡易にできる。
【００６７】
図６に示したフローチャートと本発明の構成との対応関係を説明すると、ステップＳ１３０が本発明の「燃料圧判定手段」に対応し、ステップＳ１４０が本発明における「第１の開閉制御手段」に対応し、ステップＳ１５０が本発明における「第２の開閉制御手段」に対応する。
【００６８】
なお、図６に示す燃料圧力制御では、測定燃料圧Ｐｔと目標圧力との大小に応じて、デューティ比が０あるいは固定値ｕｃとの間で非連続的（ステップ状）に遷移することになる。実施の形態２による燃料圧制御では、ステップＳ１３０での判定に用いられる目標圧力を圧力確保状態時および圧力不足状態時の間で異なる値とする。これにより、圧力確保状態（ｕ＝０）および圧力不足状態（ｕ＝ｕｃ）間の遷移にヒステリシスを設けることができる。
【００６９】
図７に示された動作波形例を参照して、時刻ｔ１において、運転条件に応じてＤＩ比率ｒ＝０％に設定されて筒内噴射が停止される。ＤＩ比率ｒ＝０％の筒内噴射停止期間には、測定燃料圧Ｐｔと目標圧力との比較によって、圧力状態フラグＦＬＧが、圧力不足状態を示すＬレベルまたは、圧力確保状態を示すＨレベルのいずれかに設定される。さらに、上記目標圧力は、圧力不足状態ではＰｒｅｆに設定される一方で、圧力確保状態では、本来の目標圧力Ｐｒｅｆよりも低いＰｒｅｆ♯（Ｐｒｅｆ♯＜Ｐｒｅｆ）に設定される。なお、筒内噴射停止期間の開始時での目標圧力（初期値）は、筒内噴射実行時と同様のＰｒｅｆに設定される。
【００７０】
筒内噴射停止期間に遷移した時刻ｔ１では、Ｐｔ＜Ｐｒｅｆであるため、圧力状態フラグＦＬＧ＝Ｌレベル（圧力不足状態）に設定され、かつ、圧力状態フラグＦＬＧ＝Ｌレベルに対応して、高圧燃料供給系におけるデューティ比ｕ＝ｕｃ（固定値）に設定される。これにより、時刻ｔ１以降において測定燃料圧Ｐｔは徐々に上昇し、時刻ｔ２で目標圧力Ｐｒｅｆに達する。
【００７１】
これに応答して、時刻ｔ２において、圧力状態フラグＦＬＧ＝Ｈレベル（圧力確保状態）に遷移し、かつ、これに応答して、時刻ｔ２よりデューティ比ｕ＝０に設定される。
【００７２】
圧力確保状態での目標圧力Ｐｒｅｆ♯は、圧力不足状態における目標圧力Ｐｒｅｆよりも低い値に設定される。すなわち、一旦圧力状態フラグＦＬＧ＝Ｈレベル（圧力確保状態）に遷移した後は、Ｐｔ＜Ｐｒｅｆ♯となったときに、再び圧力フラグＦＬＧがＬレベルに設定される。
【００７３】
図８に示されるように、実施の形態２による燃料圧制御では、筒内噴射停止期間中には測定燃料圧Ｐｔおよび目標圧力の比較に従って、圧力不足状態５０１（ＦＬＧ＝Ｌレベル）および圧力確保状態５０２（ＦＬＧ＝Ｈレベル）を定義し、それぞれの状態におけるデューティ比ｕを固定値ｕｃおよび０にそれぞれ設定する。さらに、圧力不足状態５０１から圧力確保状態５０２への遷移条件をＰｔ≧Ｐｒｅｆとする一方で、圧力確保状態５０２から圧力不足状態５０１への遷移条件をＰｔ≦Ｐｒｅｆ♯（Ｐｒｅｆ♯＜Ｐｒｅｆ）として、両状態間の遷移にヒステリシスを設ける。
【００７４】
再び図７を参照して、時刻ｔ２以降では、Ｐｒｅｆ♯≦Ｐｔ＜Ｐｒｅｆの範囲では、圧力状態フラグＦＬＧ＝Ｈレベルに維持されため、目標圧力Ｐｒｅｆ近傍で測定燃料圧Ｐｔが変動しても、圧力状態フラグＦＬＧが間欠的に変化することがない。したがって、デューティ比設定がハンチングして、高圧燃料ポンプ２００の動作が不安定になるのを防止できる。
【００７５】
その後測定燃料圧Ｐｔが徐々に低下して時刻ｔ３において目標圧力Ｐｒｅｆ♯より低くなると、再び圧力フラグＦＬＧ＝Ｌレベルに設定されて、デューティ比ｕは再び固定値ｕｃに設定される。その後の動作は、時刻ｔ１〜ｔ２と同様となるので詳細な説明は繰返さない。
【００７６】
以上説明したように、実施の形態２による燃料圧制御では、筒内噴射停止期間中に高圧燃料供給系１５０♯での燃料圧が過大になることを防止して目標圧力に維持できるので、運転状態が変化してＤＩ比率ｒ＞０％に設定が切換わった時点より各筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射を正常に行なうことができる。また、筒内噴射停止期間中に高圧燃料ポンプ２００の動作が不安定になるのを防止できる。
【００７７】
［実施の形態３］
図９は、高圧燃料供給系での実施の形態３に従う燃料圧制御系を示すブロック図である。なお、図９に示される燃料圧制御系に係る制御動作についても、エンジンＥＣＵ３００に予めプログラムされた制御演算処理により実現される。すなわち、エンジンＥＣＵ３００のうちの燃料圧制御系５００♯に係る制御動作を実行する機能部分が、本発明における「燃料圧制御手段」に対応する。
【００７８】
図９を参照して、実施の形態３に従う燃料圧制御系５００♯は、図５に示した燃料圧制御系５００の構成に加えて、筒内噴射燃料量算出部５４０と、フィードフォワードゲイン設定部５５０と、加算部５５５とをさらに備える。
【００７９】
筒内噴射燃料量算出部５４０は、燃料噴射量Ｑｉｎｊ♯とＤＩ比率ｒとの積で示される筒内燃料噴射量設定値Ｑｄｉを算出する。フィードフォワードゲイン設定部５５０は、筒内噴射燃料量に応じたフィードフォワード制御を行なうためのフィードフォワードゲインＫｆｆを設定する。なお、フィードフォワードゲインＫｆｆについては、一般的なフィードフォワード制御の手法に従って設定することができる。
【００８０】
加算部５５５は、不足燃料圧ΔＰｔとフィードバックゲインＫｆｂの積Ｋｆｂ・ΔＰｔと、フィードフォワードゲインＫｆｆおよび筒内燃料噴射量設定値Ｑｄｉの積Ｋｆｆ・Ｑｄｉの積との和を求める。
【００８１】
燃料圧制御系５００♯では、デューティ比設定部５３０は、加算部５５５の出力、すなわち制御量Ｋｆｆ・Ｑｄｉ＋Ｋｆｂ・ΔＰｔに応じて、電磁スピル弁（調量弁）２５０のデューティ比ｕを設定する。すなわち、実施の形態３に従う燃料圧制御では、図３と同様の測定燃料圧Ｐｔによるフィードバック制御に、筒内燃料噴射量設定値Ｑｄｉの変化を反映したフィードフォワード制御を加えた制御系とすることができる。
【００８２】
これにより、筒内噴射用インジェクタ１１０からの筒内燃料噴射量設定値Ｑｄｉ、すなわち高圧燃料供給系１５０♯での消費燃料を反映してデューティ比ｕを設定できる。したがって、筒内燃料噴射量設定値Ｑｄｉが増大する場合には、実際の燃料消費によって測定燃料圧Ｐｔが低下してからデューティ比ｕを上昇させるのではなく、筒内燃料噴射量設定値Ｑｄｉの増加を予め反映するようにデューティ比ｕを上昇させることができる。この結果、高圧燃料供給系１５０♯の燃料圧を目標圧力Ｐｒｅｆに対してさらに高精度に追従させることが可能となる。
【００８３】
なお、筒内噴射燃料量算出部５４０は、Ｑｉｎｊ♯・ｒの演算を行なう構成でなく、図１０に示すようなマップによっても構成できる。すなわち、図２（ａ），（ｂ）に示された、全燃料噴射量Ｑｉｎｊ♯およびＤＩ比率ｒの設定マップを統合して，Ｑｄｉ（＝Ｑｉｎｊ♯・ｒ）に関するエンジン回転数−負荷率の二次元マップを作成できる。すなわち、筒内燃料噴射量設定値Ｑｄｉは、図１１に示されるマップの参照により、マップ値Ｑｄｉ（０，０）〜Ｑｄｉ（ｍ，ｎ）からの、その時点におけるエンジン１０の運転条件（エンジン回転数および負荷率）に応じた選択により設定することも可能である。なお、エンジンＥＣＵ３００の演算負荷を考慮すれば、図１１に示すようなマップの参照により筒内燃料噴射量設定値Ｑｄｉを算出することが好ましい。
【００８４】
なお、実施の形態３に従う燃料圧制御系５００♯を実施の形態２と組み合わせて用いることも可能である。すなわち、図６のフローチャートのステップＳ１２０において、図９に示した燃料圧制御系５００♯による燃料圧制御を行なうような燃料圧制御とすることも可能である。
【００８５】
［好ましいＤＩ比率の設定］
次に、図１に示したエンジンシステムにおける、エンジン１０の運転状態に応じた好ましいＤＩ比率の設定について説明する。
【００８６】
図１１および図１２は、図１に示したエンジンシステムにおけるＤＩ比率の設定マップの第１の例を説明する図である。
【００８７】
図１１および図１２に示されるマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図１１は、エンジン１０の温間用マップであって、図１２は、エンジン１０の冷間用マップである。
【００８８】
図１１および図１２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。
【００８９】
図１１および図１２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１１の温間時のマップを選択して、そうではないと図１２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。
【００９０】
図１１および図１２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１１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１２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１１のＮＥ（２）や、図１２のＫＬ（３）、ＫＬ（４）も適宜設定されている。
【００９１】
図１１および図１２を比較すると、図１１に示す温間用マップのＮＥ（１）よりも図１２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。
【００９２】
図１１および図１２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。
【００９３】
図１１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。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る。このため、この領域では、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた燃料噴射を行なっている。
【００９４】
図１１および図１２を比較すると、図１２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。
【００９５】
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。
【００９６】
図１３および図１４には、図１に示したエンジンシステムにおけるＤＩ比率の設定マップの第２の例が示される。
【００９７】
図１３（温間時）および図１４（冷間時）に示された設定マップは、図１１および図１２に示された設定マップと比較して、低回転数領域の高負荷領域におけるＤＩ比率設定が異なる。
【００９８】
エンジン１０では、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１３および図１４に十字の矢印で示す。
【００９９】
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１３および図１４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。
【０１００】
また、図１３および図１４に示した設定マップにおける、その他の領域のＤＩ比率設定については、図１１（温間時）および図１２（冷間時）と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
【０１０１】
なお、図１１〜図１４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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
また、図１１〜図１４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。
【０１０４】
筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期を圧縮行程中とすることで、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行程中とすると、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。
【０１０５】
さらに、エンジン１０の温度によらず（すなわち、温間時および冷間時のいずれの場合であっても）、オフアイドル時（アイドルスイッチがオフの場合、アクセルペダルが踏まれている場合）には、図１１または図１３に示す温間用のＤＩ比率マップを用いるようにしてもよい（すなわち、冷間および温間を問わず、低負荷領域において筒内噴射用インジェクタ１１０を用いる）。
【０１０６】
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】
【０１０７】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料供給装置を備えて構成されたエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】図１に示すエンジンシステムにおける燃料噴射量設定制御に関連するマップの構成を説明する概念図である。
【図３】図１に示す燃料供給系の構成を説明するブロック図である。
【図４】図３に示された高圧燃料ポンプの動作を説明する概念図である。
【図５】本発明に係る燃料供給装置の高圧燃料供給系での実施の形態１に従う燃料圧制御を説明するブロック図である。
【図６】本発明に係る燃料供給装置の高圧燃料供給系での実施の形態２に従う燃料圧制御を説明するフローチャートである。
【図７】実施の形態２に従う燃料圧制御の動作例を示す波形図である。
【図８】実施の形態２に従う燃料圧制御におけるスピル弁のデューティ比設定を説明する概念図である。
【図９】本発明に係る燃料供給装置の高圧燃料供給系での実施の形態３に従う燃料圧制御を説明するブロック図である。
【図１０】図９に示された筒内噴射燃料量算出部に用いられるマップ構成例を説明する図である。
【図１１】図１に示したエンジンシステムにおけるＤＩ比率設定マップ（機関温間時）の第１の例を説明する図である。
【図１２】図１に示したエンジンシステムにおけるＤＩ比率設定マップ（機関冷間時）の第１の例を説明する図である。
【図１３】図１に示したエンジンシステムにおけるＤＩ比率設定マップ（機関温間時）の第２の例を説明する図である。
【図１４】図１に示したエンジンシステムにおけるＤＩ比率設定マップ（機関冷間時）の第２の例を説明する図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０  エンジン、２０  インテークマニホールド（吸気通路）、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  電動機、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（高圧デリバリパイプ）、１５０  燃料供給系、１５０♯  高圧燃料供給系、１６０  燃料分配管（低圧デリバリパイプ）、１６５  燃料タンク、１７０  低圧燃料ポンプ、１７５  燃料フィルタ、１８０  燃料圧レギュレータ、１９０  低圧燃料通路、２００  高圧燃料ポンプ、２０２  ポンプ用カム、２０４  カムシャフト、２１０  ポンプシリンダ、２２０  プランジャ、２３０  高圧ポンプ室、２４５  ギャラリ、２５０  電磁スピル弁、２６０  高圧燃料通路、３００  エンジンＥＣＵ、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、５００，５００♯  燃料圧制御系、５０１  圧力不足状態、５０２  圧力確保状態、５１０  目標圧力設定部、５１５  演算部、５２０  フィードバックゲイン設定部、５３０  デューティ比設定部、５４０  筒内噴射燃料量算出部、５５０  フィードフォワードゲイン設定部、５５５  加算部、ＦＬＧ  圧力状態フラグ、Ｋｆｂ  フィードバックゲイン、Ｋｆｆ  フィードフォワードゲイン、Ｐｒｅｆ，Ｐｒｅｆ♯  目標圧力、Ｐｔ  測定燃料圧、Ｑｄｉ  筒内燃料噴射量設定値、Ｑｉｎｊ♯  全燃料噴射量、ｒ  ＤＩ比率（燃料噴射量分担比率）、Ｔ  吐出行程期間、Ｔｏ  電磁スピル弁開弁期間、ｕ  電磁スピル弁デューティ比（Ｔｏ／Ｔ）、ｕｃ  固定デューティ値（筒内噴射停止期間）、ΔＰｔ  不足燃料圧。
【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年2月21日(2006.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記燃料圧制御手段は、
前記筒内噴射停止期間において、前記測定燃料圧と前記目標圧力との比較により、前記測定燃料圧が圧力確保状態および圧力不足状態のいずれであるかを判定する燃料圧判定手段と、
前記燃料圧判定手段によって前記圧力不足状態と判定されたときに、前記燃料ポンプからの吐出燃料量が所定の固定値となるように前記調量弁を開閉制御する第１の開閉制御手段と、
前記燃料圧判定手段によって前記圧力確保状態と判定されたときに、前記燃料ポンプからの吐出燃料量がほぼ零となるように前記調量弁を開閉制御する第２の開閉制御手段とを含む、請求項１記載の内燃機関の燃料供給装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
概略的には、筒内噴射用インジェクタ１１０が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、混合気の均一性向上に寄与する。このような特性の異なる２種類のインジェクタを内燃機関の回転数および負荷率で使い分けることにより、内燃機関の通常運転状態（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言える）場合には、主に均質燃焼運転が行なわれるようにしている。なお、ＤＩ比率の好ましい設定については後ほど詳細に説明する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
一方、電磁スピル弁２５０の閉弁期間には、ギャラリ２４５と高圧ポンプ室２３０とは連通していない。このため、吐出行程で加圧された燃料は、ギャラリ２４５へ逆流することなく、高圧燃料通路２６０を介して高圧デリバリパイプ１３０へ圧送される。高圧デリバリパイプ１３０に設けられた燃料圧センサ４００の測定圧力、すなわち測定燃料圧Ｐｔは、エンジンＥＣＵ３００へ送出される。なお、吐出行程期間Ｔに対する電磁スピル弁２５０の閉弁期間Ｔｃの比、ｕ＝Ｔｃ／Ｔを「デューティ比」と称することとする。すなわち、デューティ比ｕ＝０のときに高圧燃料ポンプ２００からの吐出燃料量は零となり、デューティ比が大きいほど、高圧燃料ポンプ２００からの吐出燃料量は大きくなる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
ここで、図１〜図４に示した構成と本発明の構成との対応関係を説明すると、筒内噴射用インジェクタ１１０が本発明の「第１の燃料噴射手段」に対応し、吸気通路噴射用インジェクタ１２０が本発明の「第２の燃料噴射手段」に対応し、高圧燃料ポンプ２００が本発明の「燃料ポンプ」に対応し、電磁スピル弁２５０が本発明における「調量弁」に対応する。さらに、高圧デリバリパイプ１３０が本発明の「燃料分配管」に対応し、燃料圧センサ４００が本発明の「圧力測定部」に対応する。また、エンジンＥＣＵ３００のうちの図２（ｂ）のマップに従ってＤＩ比率ｒを設定する機能部分が本発明の「分担比率設定手段」に対応する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
図５を参照して、燃料圧制御系５００は、目標圧力設定部５１０と、演算部５１５と、フィードバックゲイン設定部５２０と、デューティ比設定部５３０と、制御対象となる高圧燃料供給系１５０♯とを含んで構成される。高圧燃料供給系１５０♯は、図２に示された、高圧燃料ポンプ２００、高圧燃料通路２６０および高圧デリバリパイプ１３０に相当する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
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