(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、点火タイミング時の点火プラグ近傍をその周囲に対して燃料濃度が高い状態にし、安定した燃焼状態が得られるようにすることにある。【解決手段】  燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃焼室内に形成された混合気に着火させる点火プラグと、燃料噴射弁に高圧燃料を供給する高圧燃料ポンプとが配置された筒内燃料噴射式内燃機関に用いられ、燃料噴射弁の燃料噴射を制御する制御装置において、１燃焼サイクル中に複数回に分割して燃料噴射を実行し、複数回に分割されたうちの最終段の燃料噴射を圧縮行程後半以降に実施し、且つ分割されたうちの最終段の燃料噴射量が、それ以外の噴射段の燃料噴射量よりも少なくなるように制御する。【選択図】  図１０Ａ
2015151977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃焼室内に形成された混合気に着火させる点火プラグと、燃料噴射弁に高圧燃料を供給する高圧燃料ポンプとが配置された筒内燃料噴射式内燃機関に用いられ、燃料噴射弁の燃料噴射を制御する制御装置において、
１燃焼サイクル中に複数回に分割して燃料噴射を実行し、複数回に分割されたうちの最終段の燃料噴射を圧縮行程後半以降に実施し、且つ前記最終段の燃料噴射量は、分割された他のいずれの噴射段の燃料噴射量よりも少なくなるように制御することを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
複数回に分割された最終段の燃料噴射とその前段の燃料噴射の間隔が可変に構成されていることを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
複数回に分割された最終段の燃料噴射のタイミングは、点火タイミングに応じて実施することを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
点火タイミングが遅角した場合に、点火タイミングが遅角しない場合と比較して、最終段の燃料噴射タイミングと点火タイミングとの間隔を拡げることを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項３に記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
点火タイミングが進角した場合に、点火タイミングが進角しない場合と比較して、最終段の燃料噴射タイミングと点火タイミングとの間隔を狭めることを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
燃料噴射弁に供給する燃料圧力は、点火タイミングに応じて変化することを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
点火タイミングが遅角した場合に、点火タイミングが遅角しない場合と比較して、燃料噴射弁に供給する燃料圧力を高く設定することを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求項６に記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
点火タイミングが進角した場合に、点火タイミングが進角しない場合と比較して、燃料噴射弁に供給する燃料圧力を低く設定することを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項９】
請求項１に記載の筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、
前記最終段の燃料噴射量が燃料噴射弁の許容範囲における最少噴射量に設定することを特徴とする筒内燃料噴射式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、筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダ内に直接燃料を噴射する、筒内燃料噴射式内燃機関が広く知られている。筒内燃料噴射式内燃機関は、燃料噴射弁により燃焼室内に直接燃料噴射を行うものであり、排出ガス物質及び燃料消費量の削減、出力の向上等を図っている。筒内燃料噴射式内燃機関では、主に吸気行程で燃料噴射することにより燃料と空気との均一混合気により燃焼させる均質燃焼と、圧縮行程で燃料噴射することにより燃料の濃い層と薄い層とを生成して燃焼させる成層燃焼とを運転状態に応じて使い分けている。
【０００３】
特開２００６−４６２７６号公報（特許文献１）には、均質燃焼と成層燃焼との燃焼形態に応じて点火装置による点火のエネルギを変更し、点火エネルギによる燃焼性能を向上させる技術が開示されている。
【０００４】
筒内燃料噴射式内燃機関では、燃料噴射タイミングによっては噴射された燃料がピストン冠面や、シリンダボア壁面に付着する場合がある。ピストン冠面やシリンダボア壁面に付着して残留した燃料量が多いと、点火までの間に完全に気化できない場合があり、未燃ガスが増大する。そのため、例えば、特開２００９−１０２９９８号公報（特許文献２）には、シリンダボア壁面温度が低い場合に、燃料がピストン冠面上に広がって気化しやすくなるように、吸気行程におけるインジェクタからの燃料噴射タイミングを変更する技術が開示されている。
【０００５】
また、特開２００２−１６１７９０号公報（特許文献３）には、１燃焼サイクル中に複数回の燃料噴射を実行することで１回あたりの燃料噴射量を少なくして、シリンダボア壁面への燃料付着を低減する技術が開示されている。また、特許文献３には、エンジンの運転条件の変化に対し、噴射と噴射との間隔を概略クランク角度に対応させて一定に保つことにより、低回転ほど噴射間隔を長く、高回転ほど噴射間隔を短くして、噴霧を分散させる技術が開示されている。
【０００６】
近年では、筒内燃料噴射式内燃機関に対して粒子状物質（以下ＰＭ）の排出が規制されるなど、排気ガス成分の排出抑制が求められており、燃費向上との両立が課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−４６２７６号公報
【特許文献２】特開２００９−１０２９９８号公報
【特許文献３】特開２００２−１６１７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述の筒内燃料噴射式内燃機関において、燃費を向上させるために、理論空燃比より希薄な混合気で燃焼させるリーンバーンや、ポンピングロスを低減させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システムが採用されている。過度のリーンバーンやＥＧＲシステムでの燃焼では、燃焼が不安定になったり、混合気の着火不良が生じたりして、失火により燃費向上効果が導き出せない場合がある。このような場合、点火プラグ近傍を理論混合機より濃い状態（以下リッチと称す）にすることにより、着火性や燃焼安定性を向上させることができる。点火プラグ近傍をリッチにするためには、圧縮行程に燃料を噴射させる必要があるが、ピストン冠面やシリンダボア壁面への燃料付着が増える傾向にある。この場合の燃料付着量は燃料噴射タイミングによる影響が大きい。燃料噴射タイミングを遅角しすぎると、ピストン冠面に付着して残留する燃料量が多くなる。逆に燃料の噴射タイミングを進角しすぎると、シリンダボア壁面に付着して残留する燃料量が多くなる。ピストン冠面やシリンダボア壁面への燃料付着量が多くなると、未燃ガスやＰＭ排出粒子数が増加し、燃費も悪化する。
【０００９】
また、混合気の濃さに対しても、ＰＭ排出粒子数は敏感に反応する。筒内混合気の平均濃度だけではなく、筒内混合気の濃淡によっても大きく影響を受ける。
【００１０】
本発明の目的は、筒内の混合気の均質性を向上させつつ、点火タイミング時の点火プラグ近傍をその周囲に対して燃料濃度が高い状態にし、安定した燃焼状態が得られる筒内燃料噴射式内燃機関の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】
上記目的を達成するために、本発明では、燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁が配置されている筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置において、１燃焼サイクル中に複数回（複数段）に分割して燃料噴射を実行し、複数回に分割されたうちの最終段の燃料噴射を圧縮行程後半に実施し、且つ最終段の燃料噴射量がそれ以外の噴射段の燃料噴射量よりも少なくなるように制御する。このとき、最終段の燃料噴射量は燃料噴射弁の最少噴射量に設定するとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、筒内燃料噴射式内燃機関において、筒内の混合気の均質性を向上させ、点火タイミング時の点火プラグ近傍をその周囲に対して燃料濃度が高い状態にし、安定した燃焼状態を実現することができる。そして、排気ガスに含まれるＰＭ排出粒子数を低減し、且つ燃費性能を向上することが可能となる。
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る筒内燃料噴射式エンジンの制御システムの一実施形態を示す全体の構成概略図である。
【図２】本発明に係る筒内燃料噴射式エンジンの制御システムに用いられるエンジン制御ユニットの入出力信号関係の一実施形態を示すブロック線図である。
【図３】分割燃料噴射回数とＰＭ排出粒子数との関係を示す図である。
【図４】分割燃料噴射間隔とＰＭ排出粒子数との関係を示す図である。
【図５】本発明に係る筒内燃料噴射式エンジンにおける分割多段噴射の一実施形態についてその概要を示す図である。
【図６】本発明に係る筒内燃料噴射式エンジンにおける分割多段噴射制御の一実施形態についてその制御内容を示すフローチャートである。
【図７】図６に示す分割噴射の各噴射パルス幅の設定に関する処理内容を示すフローチャートである。
【図８】図６に示す分割噴射タイミングの設定に関する処理内容を示すフローチャートである。
【図９】基本噴射タイミングＩＴ＿Ｂを算出するためのマップ関数を示す図である。
【図１０Ａ】本発明に係る分割多段噴射制御において最終段噴射タイミングの制御を行う一実施形態を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明に係る分割多段噴射制御の一実施形態について最終段噴射タイミングと点火タイミングとの関係を示す図である。
【図１１Ａ】本発明に係る分割多段噴射制御において燃圧の制御を行う一実施形態を示す図である。
【図１１Ｂ】本発明に係る分割多段噴射制御の一実施形態について燃料圧力と点火タイミングとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態をなす、筒内燃料噴射式内燃機関１の制御システム全体の構成概略図である。エアクリーナ１０２の入口部から取り入れられた吸入空気は、吸入空気流量計（エアフロセンサ）１０３が配置された流量計測部を通り、その流量が計測される。その後、吸入空気は、吸入空気流量を制御する電制スロットル弁１０４を通って各シリンダ（各気筒）１２４に接続された吸気管１０５に分配される。吸入空気は、吸気管１０５に分配された後、各気筒に設けられた吸気弁１１９を通り燃焼室１０６に導入される。燃焼室１０６はシリンダ１２４の内壁面とシリンダ１２４内を往復動作するピストン１２５の冠面１２５ａとによって形成され、ピストン１２５の往復動作によってその容積が変化する。吸入空気流量計１０３からは、吸入空気流量を表す出力信号がエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１０１に入力される。電制スロットル弁１０４には電制スロットル弁１０４の開度を検出するスロットル開度センサ１０７が取り付けられており、その出力信号もエンジン制御ユニット１０１に入力される。
【００１７】
燃料は、低圧燃料ポンプ（図示せず）により１次加圧された後、高圧燃料ポンプ１０８で更に高い圧力に２次加圧され、コモンレール１１７を介して各シリンダに設けられている燃料噴射弁（インジェクタ）１０９から燃焼室１０６に噴射される。燃焼室１０６に噴射された燃料は、吸入空気との混合気を生成し、点火コイル１１０からの点火エネルギにより点火プラグ１１１で着火され、燃焼室１０６内で燃焼する。
【００１８】
混合気の燃焼によって生じた排気ガスは燃焼室１０６から各気筒に設けられた排気弁１２２を通じて排気管１２３へ排出される。排気管１２３の途中には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置のＥＧＲ取入口１１２ａが形成されている。排気管１２３を流れる排気ガスの一部（ＥＧＲガス）は、ＥＧＲ取入口１１２ａよりＥＧＲ管１１２を通ってＥＧＲ制御弁１１３へ流れ、ＥＧＲ取出口１１２ｂを経て吸気管１０５内に還流する。
【００１９】
ＥＧＲガス流量はＥＧＲ制御弁１１３によって調節される。ＥＧＲ管１１２内にはＥＧＲガス流量を計測するためのＥＧＲガス流量センサ１１４が取り付けられる。ＥＧＲガス流量センサ１１４の出力信号（流量検出信号）はエンジン制御ユニット１０１に入力される。
【００２０】
エンジンのクランク軸１１５に取り付けられたクランク角センサ１１６は、クランク軸１１５の回転位置を表す信号をエンジン制御ユニット１０１に出力する。
【００２１】
エンジンのカム軸１２０に取り付けられたカム角センサ１２１は、カム軸の回転位置を表す信号をエンジン制御ユニット１０１に出力する。カム軸１２０及びカム角センサ１２１は、吸気弁１１９及び排気弁１２２のそれぞれに対して設けられている。
【００２２】
図２にエンジン制御ユニットの入出力関係を示す。エンジン制御ユニット１０１は、Ａ／Ｄ変換器１０１ａ−１を含むＩ／Ｏ用ＬＳＩ１０１ａ、演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）１０１ｂ等から構成される。エンジン制御ユニット１０１は、エアフロセンサ１０３，スロットルセンサ１０７，カム角センサ１２１，クランク角センサ１１６，水温センサ２０２，空燃比センサ２０３，燃圧センサ２０４，油温センサ２０５，ＥＧＲガス流量センサ１１４を含む各種センサ等からの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行する。算出された演算結果は、アクチュエータである電制スロットル弁１０４，高圧ポンプソレノイド２０６，点火コイル１１０，複数のインジェクタ１０９に制御信号として供給され、コモンレール内燃圧制御，燃料噴射量制御及び点火時期制御等が実行される。Ｉ／Ｏ用ＬＳＩ１０１ａには各インジェクタ１０９を駆動する駆動回路１０１ａ−２が設けられている。駆動回路１０１ａ−２は、バッテリから供給される電圧を昇圧回路（図示しない）にて昇圧し、図示しないＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）によって電流制御することによって各インジェクタ１０９に供給し、各インジェクタ１０９を駆動する。
【００２３】
図３を用いて、分割燃料噴射回数と排気ガス性分（ＰＭ排出粒子数）との関係を説明する。図３は、１燃焼サイクル中に必要な燃料量を複数回（複数段）に分割して燃料を噴射した場合の、分割回数に対するＰＭ排出粒子数を示している。分割回数を増やす毎に１回当たりの燃料噴射量が減少するため、ピストン冠面への燃料付着が減少し、ＰＭ排出粒子数も減少している。
【００２４】
図４を用いて、分割燃料噴射の間隔と排気ガス性分（ＰＭ排出粒子数）との関係を説明する。
【００２５】
分割燃料噴射の間隔が狭すぎると、十分に分割燃料噴射の効果が得られず、ＰＭ排出粒子数の低減が図れない。ＰＭ排出粒子数を低減させるためには、ある所定間隔以上に噴射と噴射の間隔を空ける必要があることを示している。
【００２６】
図５を用いて、本実施形態による分割多段噴射制御の概要を説明する。本実施形態では、１燃焼サイクルに必要な燃料量を吸気行程から圧縮行程にかけて、複数回に分けて噴射する。図中では２回の噴射回数となっているが、噴射回数を２回に制限するものではなく、２回以上でもかまわない。本明細書においては、１燃焼サイクルに必要な燃料量を２回以上の複数回に分けて噴射する制御方式を分割多段噴射制御、或いは単に分割多段噴射と呼ぶ。また、分割多段噴射における初回の噴射を初段の噴射、ｎ回目の噴射をｎ段目の噴射、最終回の噴射を最終段の噴射のように呼んで説明する場合もある。
【００２７】
図５では、クランク角度における上死点ＴＤＣ（Top Dead Centre）を０°とし、下死点ＢＤＣ（Bottom Dead Centre）を１８０°、再び上死点ＴＤＣに至る角度を３６０°とする。クランク角度における上死点ＴＤＣはピストン１２５の上死点ＴＤＣに一致し、クランク角度における下死点ＢＤＣはピストン１２５の下死点ＢＤＣに一致する。
【００２８】
本実施例では、吸気行程はピストン１２５が上死点ＴＤＣから下死点ＢＤＣに至る期間、圧縮行程はピストン１２５が下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣに至る期間とする。燃焼行程は点火プラグ１１１により点火された混合気が燃焼する期間であるが、混合気への火炎伝播のタイムラグを考慮し、点火タイミングが圧縮行程における上死点前に設定される場合がある。この場合、燃焼行程は上死点前に始まり、上述のように定義した圧縮行程と一部の期間においてオーバーラップすることになる。
【００２９】
リーンバーンやＥＧＲ等により燃焼が不安定になると予測される場合、最終段の燃料噴射タイミングは、噴射回数に関わらずに圧縮行程後半、且つ点火タイミング直前に実施する。また、最終段の燃料噴射量は、最終段以外の燃料噴射量より少なく、且つインジェクタの許容最小燃料噴射量とする。極少量の燃料を点火プラグ近傍に噴射することで、排気ガス成分の悪化を最小限に抑えつつ、混合気の着火性を向上させることが可能となる。ここで、圧縮行程は、下死点ＢＤＣ（１８０°）から上死点ＴＤＣ（３６０°）に至る中間角度（２７０°）を境として前半と後半とに分けられる。また、クランク軸が一定の回転速度で回転している場合には、圧縮行程を下死点ＢＤＣ（１８０°）から上死点ＴＤＣ（３６０°）に至る期間の１／２の期間で前半と後半とに分けることができる。
【００３０】
次に、図６乃至図９を用いて、本実施形態による内燃機関の分割多段噴射制御の具体的な制御内容（制御フロー）について説明する。
【００３１】
図６は、本発明に係る分割多段噴射制御の一実施形態についてその制御内容を示すフローチャートである。
【００３２】
図６に示す制御フローはエンジン制御ユニット１０１のＣＰＵにプログラミングされ、あらかじめ定められた周期で繰り返し実行される。エンジン制御ユニット１０１は図６の処理内容で算出された、噴射パルス幅と、噴射タイミングとに基づき、各インジェクタ１０９に所定の制御信号を供給し、１燃焼サイクル中に複数回の燃料噴射を実行する。なお、以下の説明において、噴射パルス幅ＴＩ、噴射タイミングＩＴ及び噴射間隔ＴＩ＿ＩＮＴは角度に相当する量であり、特に本実施形態ではクランク角度に相当する量である。
【００３３】
ステップ６０１では、各インジェクタ１０９から１燃焼サイクル中に噴射する総燃料量である合計噴射パルス幅ＴI＿ＴＯＴＡＬを設定する。合計噴射パルス幅ＴI＿ＴＯＴＡＬは、エアフロセンサ１０３にて計量する吸入空気量や、運転状態等に応じて設定される空燃比及び燃圧センサ２０４の信号を用いて算出される燃圧等に応じて設定される。
【００３４】
ステップ６０２では、最小噴射パルス幅ＴＩ＿ＭＩＮを算出する。ここで最小噴射パルス幅は、インジェクタ１０９の燃圧特性，電気特性，機械特性，及びインジェクタの駆動電流波形等の諸特性から設定する。
【００３５】
ステップ６０３では、分割した各噴射の噴射インターバルである噴射間隔を算出する。噴射間隔は、燃料付着及び混合気の均質性の面と、インジェクタ駆動電流確保の面から、ある所定角度以上の間隔を設定する。噴射間隔が狭すぎると１回噴射とほぼ同様の燃料噴霧状態となり、分割噴射の効果が得られずにピストン冠面１２５ａ及びシリンダボアへの燃料付着を低減できない。また、インジェクタ駆動回路１０１ａ−２は、インジェクタ１０９を駆動する度に昇圧回路内の電圧が低下するため、元の電圧まで復帰する時間が必要であり、この昇圧復帰時間中は、次の燃料噴射を待つ必要がある。
【００３６】
ステップ６０４では、分割数Ｎの設定を行う。分割数Ｎはエンジン回転数及びエンジン負荷状態パラメータにより決定する。
【００３７】
ステップ６０５では、分割される各噴射の基本噴射パルス幅ＴＩ＿Ｂの算出を行なう。この分割基本噴射パルス幅ＴＩ＿Ｂは分割多段噴射の各段で噴射される分割基本燃料噴射量に相当する。ステップ６０１で算出した合計噴射パルス幅ＴＩ＿ＴＯＴＡＬと、ステップ６０２で算出した最小噴射パルス幅ＴＩ＿ＭＩＮと、ステップ６０４で算出された分割数Ｎとを用いて、数１の除算を実行して算出する。
ＴＩ＿Ｂ＝（ＴＩ＿ＴＯＴＡＬ−ＴＩ＿ＭＩＮ）÷（Ｎ−１）    （数１）
本実施形態では、後述するように、１〜Ｎ−１回目の燃料噴射パルス幅ＴＩ（ｎ）を数１で算出したＴＩ＿Ｂに設定する。この場合、１〜Ｎ−１回目の燃料噴射パルス幅ＴＩ（ｎ）は同じ幅（値）になる。１〜Ｎ−１回目の燃料噴射パルス幅ＴＩ（ｎ）、すなわち１〜Ｎ−１回目の燃料噴射量を異なる値に設定してもよい。その場合は、ステップ６０５において、１〜Ｎ−１回目の燃料噴射パルス幅ＴＩ（ｎ）を算出する。
【００３８】
ステップ６０６では、基本噴射タイミングＩＴ＿Ｂと最終段噴射タイミングＩＴ＿Ｎとを算出する。基本噴射タイミングＩＴ＿Ｂ及び最終段噴射タイミングＩＴ＿Ｎはクランク角度に対応した角度として算出される。ステップ６０５で算出した分割基本燃料噴射量ＴＩ＿Ｂと、ピストン冠面温度ＴＥＰＩを入力として、図９に示すようなマップＭＩＴＢを参照することによって、基本噴射タイミングＩＴ＿Ｂを算出する。マップＭＩＴＢは、ピストン冠面温度ＴＥＰＩによる燃料付着量及び気化率の影響を考慮して設定する。また、冠面温度ＴＥＰＩは、空気量，空燃比，点火時期などを用いて、熱モデルを構成して推定する方法が望ましいが、制御簡略化の観点から、水温センサ２０２，油温センサ２０５，吸気温センサ１１８で検出した水温，油温，吸気温を入力値として、マップを検索する構成としても良い。また、最終段の噴射タイミングＩＴ＿Ｎは、点火タイミングの直前に燃料噴射が実行されるように、点火タイミングに基づいて決定される。最終段の噴射タイミングＩＴ＿Ｎについては、後で詳述する。
【００３９】
ステップ６０７では、カウンタｎの初期化を行う。
【００４０】
ステップ６０８では、カウンタｎが分割数Ｎよりも大きいか否かの判定を行い、大きい場合（ｎ＝１〜Ｎまでの設定が完了）は処理を終了する。カウンタｎが分割数Ｎ以下の場合はステップ６０９以降の処理を行う。
【００４１】
ステップ６０９では、各噴射の噴射パルス幅ＴＩ（ｎ）（ｎ＝１〜Ｎ）の設定を行う。ステップ６０７の詳細は図７に示す。
【００４２】
ステップ６１０では、分割多段噴射の各噴射の噴射タイミングの設定を行う。ステップ６１０の詳細は図８に示す。
【００４３】
ステップ６１１では、カウンタｎの値を１増やすインクリメント処理を行い、ステップ６０８に戻る。このようにしてｎ＝１〜Ｎまでの処理を繰り返し、各噴射パルス幅と各噴射タイミングとを設定する。
【００４４】
図７を用いて、図６のステップ６０７（分割噴射の各噴射パルス幅の設定）の詳細について説明する。
【００４５】
ステップ７０１では、１サイクルにおける分割噴射のうち、Ｎ回目の噴射タイミングの設定か否かの判定を行う。ｎ≠Ｎの場合（１〜Ｎ−１回目の場合）、ステップ７０２に進み、ｎ回目燃料噴射パルス幅ＴＩ（ｎ）に、ステップ６０５で数１により算出したＴＩ＿Ｂを設定する（ＴＩ（ｎ）＝ＴＩＢ）。ここでは、複数回の噴射割合を等分割としているが、エンジンの運転状態に応じた分割割合としてもよい。ｎ＝Ｎの場合、ステップ７０３に進み、Ｎ回目燃料噴射パルス幅ＴＩ（ｎ）（この場合ｎ＝Ｎ）に、図６のステップ６０２で算出した最小噴射パルス幅ＴＩ＿ＭＩＮを設定する（ＴＩ（Ｎ）＝ＴＩ＿ＭＩＮ）。本実施形態では、Ｎ回目燃料噴射パルス幅ＴＩ（Ｎ）を最小噴射パルス幅ＴＩ＿ＭＩＮとしているが、最終段（Ｎ回目）の燃料噴射よりも前（１〜Ｎ−１回目の噴射段）の各段の燃料噴射量よりも少ない量が設定されればよい。また、最終段（Ｎ回目）の燃料噴射よりも前（１〜Ｎ−１回目の噴射段）の各段の燃料噴射量は同量に設定される必要はなく、異なる量に設定されてもよい。
【００４６】
図８を用いて、図６のステップ６１０（噴射タイミング設定）の詳細について説明する。
【００４７】
ステップ８０１では、１サイクルにおける分割噴射のうち、１回目の噴射タイミングの設定か否かの判定を行う。ｎ＝１の場合、ステップ８０２に進み、１回目の噴射開始角度ＩＴ（１）にＩＴ＿Ｂを設定し（ＩＴ（１）＝ＩＴ＿Ｂ）、ステップ６１０の処理を終了する。ｎ≠１の場合（２回目以降の場合）、ステップ８０３に進み、Ｎ回目の噴射タイミングの設定か否かの判定を行う。ｎ≠Ｎの場合（１〜Ｎ−１回目の場合）、ステップ８０４に進み、ｎ回目噴射開始角度ＩＴ（ｎ）を算出し、１〜Ｎ−１回目の噴射タイミングを設定する。ｎ回目噴射開始角度ＩＴ（ｎ）の算出は、前回の噴射開始角度ＩＴ（ｎ−１）に、分割後燃料噴射パルス幅ＴＩ（ｎ−１）と図６のステップ６０３で算出した噴射間隔ＴＩ＿ＩＮＴとを加算することにより行う（数２）。
ＩＴ（ｎ）＝ＩＴ（ｎ−１）＋ＴＩ（ｎ−１）＋ＴＩ＿ＩＮＴ    （数２）
ステップ８０３においてｎ＝Ｎと判定された場合（Ｎ回目の場合）、ステップ８０５に進み、Ｎ回目噴射開始角度ＩＴ（ｎ）（この場合ｎ＝Ｎ）に、図６のステップ６０６で算出した最終段噴射タイミングＩＴ＿Ｎを設定する（ＩＴ（Ｎ）＝ＩＴ＿Ｎ）。
【００４８】
なお、噴射開始角度ＩＴ（ｎ）はクランク角度に対応した角度として算出され、噴射開始角度ＩＴ（ｎ）で各段の燃料噴射を開始する。また、噴射間隔ＴＩ＿ＩＮＴを各段（２〜Ｎ−１回目）において異なる値となるようにしてもよい。この場合、ＴＩ＿ＩＮＴ（ｎ）（ｎ＝１〜Ｎ−２）を図６のステップ６０３で算出し、図８のステップ８０４のＴＩ＿ＩＮＴをＴＩ＿ＩＮＴ（ｎ−１）として第ｎ回目の噴射間隔が変化するように設定すればよい。
【００４９】
図１０及び図１１を用いて、図６から図８に示す制御内容を実行する場合の点火タイミングに対する最終段噴射タイミング及び燃料圧力の制御例について説明する。
【００５０】
図１０Ａは、分割多段噴射の最終段の噴射タイミングの設定方法を示す。図１０Ｂは、最終段噴射タイミングと点火タイミングとの関係を示す。なお、図中に、第１回目の噴射開始角度（噴射タイミング）ＩＴ（１）、最終段の噴射開始角度（噴射タイミング）ＩＴ（Ｎ）、第１回目の燃料噴射パルス幅ＴＩ（１）、最終段の噴射パルス幅ＴＩ（Ｎ）、及び第１回目と最終段との噴射間隔ＴＩ＿ＩＮＴ＿１＿Ｆの定義を示す。図中の噴射回数は２回であるが、２回に限定するものではなく、２回以上でもかまわない。点火プラグに点火する点火タイミングを基に、最終段の燃料噴射タイミングを設定する。点火タイミングが進角側の場合（実線で示す）、噴射された燃料が分散しやすいので、点火タイミングと最終段の燃料噴射タイミングとの間隔ΔＩＴ＿１は短くなるように、最終段の燃料噴射タイミングＩＴ＿Ｎを設定する。逆に、点火タイミングが遅角側の場合（破線で示す）、噴射された燃料が分散しにくいので、点火タイミングと最終段の燃料噴射タイミングとの間隔ΔＩＴ＿２は長くなるように、最終段の燃料噴射タイミングＩＴ＿Ｎを設定する。すなわち、最終段噴射タイミングＩＴ＿Ｎと点火タイミングとが図１０Ｂに示す関係になるように、最終段の燃料噴射タイミングＩＴ＿Ｎを設定する。
【００５１】
図１１Ａは、燃料噴射弁に供給される燃料圧力の設定方法を示す。図１１Ｂは、燃料圧力と点火タイミングとの関係を示す。点火プラグに点火する点火タイミングを基に、燃料圧力を設定する。点火タイミングが進角側の場合（実線で示す）、噴射された燃料が分散しやすいので、燃料圧力を低く設定する。逆に、点火タイミングが遅角側に変化した場合（破線で示す）、噴射された燃料が分散しにくいので、燃料圧力を高く設定する。すなわち、燃料圧力と点火タイミングとが図１１Ｂに示す関係になるように、燃料圧力を設定する。
【００５２】
このことにより、最終段で噴射された燃料が点火プラグ近傍で適正に分散し、点火プラグ近傍をその周囲に対して燃料濃度が高い弱リッチ状態にすることができる。これにより、排気成分を悪化させることなく、混合気の着火性を向上させることが可能となる。
【００５３】
本実施形態では、燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃焼室内に形成された混合気に着火させる点火プラグと、燃料噴射弁に高圧燃料を供給する高圧燃料ポンプとが配置された筒内燃料噴射式内燃機関に用いられ、燃料噴射弁の燃料噴射を制御する制御装置において、１燃焼サイクル中に複数回に分割して燃料噴射を実行し、複数回に分割されたうちの最終段の燃料噴射を圧縮行程後半以降に実施し、且つ分割されたうちの最終段の燃料噴射量が、それ以外の噴射段の燃料噴射量よりも少なくなるように制御する。
【００５４】
上述した本発明に係る実施形態によれば、リーンバーンやＥＧＲで燃焼が不安定になる内燃機関の運転状態において、筒内の混合気の均質性を向上させつつ、点火タイミング時の点火プラグ近傍をその周囲に対して燃料濃度が高い状態にし、安定した燃焼状態が得られる筒内燃料噴射式内燃機関の制御装置を提供することができる。
【００５５】
インジェクタ１０９が、図１に示すように、燃焼室１０６の真上に点火プラグ１１１に近接して配置される筒内燃料噴射式内燃機関においては、インジェクタ１０９からの燃料噴霧はピストン冠面１２５ａに向けて略垂直方向に噴射されることになる。このような直上噴射型の筒内燃料噴射式内燃機関の場合、吸気行程後半にはピストン冠面１２５ａがインジェクタ１０９の燃料噴射孔に非常に接近した状態になる。特に、最終段の燃料噴射時においては、他の噴射段よりもピストン冠面１２５ａがインジェクタ１０９の燃料噴射孔に接近した状態になる。本実施形態によれば、最終段の燃料噴射量を他の噴射段よりも少なくすることにより、噴霧の到達距離（ペネトレーション）を短くすることができる。このため、ピストン冠面１２５ａへの付着量を低減することができる。
【００５６】
また、複数回に分割された最終段（Ｎ回目）の燃料噴射のタイミングは、点火タイミングに応じて実施することにより、最終段の前段（Ｎ−１回目）に行う燃料噴射との間隔が変化する。このために、最終段（Ｎ回目）の燃料噴射とその前段（Ｎ−１回目）の燃料噴射との間隔が、最終段の前段（Ｎ−１回目）の燃料噴射とさらにその前段（Ｎ−２回目）の燃料噴射との間隔とは個別に、可変（調整可能）に構成されていることになる。例えば、最終段の前段（Ｎ−１回目）の燃料噴射とさらにその前段（Ｎ−２回目）の燃料噴射との間隔が変化しない場合でも、最終段（Ｎ回目）の燃料噴射とその前段（Ｎ−１回目）の燃料噴射との間隔が変化することになる。
【００５７】
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。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、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。
【符号の説明】
【００５８】
１…筒内燃料噴射式内燃機関、１０１…エンジン制御ユニット、１０１ａ…Ｉ／Ｏ用ＬＳＩ、１０１ａ−１…Ａ／Ｄ変換器、１０１ａ−２…駆動回路、１０１ｂ…ＣＰＵ、１０２…エアクリーナ、１０３…エアフロセンサ、１０４…電制スロットル弁、１０５…吸気管、１０６…燃焼室、１０７…スルットルセンサ、１０８…高圧燃料ポンプ、１０９…インジェクタ（燃料噴射弁）、１１０…点火コイル、１１１…点火プラグ、１１２…ＥＧＲ管、１１２ａ…ＥＧＲ取入口、１１３…ＥＧＲ制御弁、１１４…ＥＧＲ流量センサ、１１５…クランク軸、１１６…クランク角センサ、１１７…コモンレール、１１８…吸気温度センサ、１１９…吸気弁、１２０…カム軸、１２１…カム角センサ、１２２…排気弁、１２３…排気管、１２４…シリンダ（気筒）、１２５…ピストン、１２５ａ…ピストン冠面、２０２…水温センサ、２０３…空燃比センサ、２０４…燃圧センサ、２０５…油温センサ、２０６…高圧ポンプソレノイド、２０７…低圧ポンプ。
【図１】
2015151977.tif 000003
【図２】
2015151977.tif 000004
【図３】
2015151977.tif 000005
【図４】
2015151977.tif 000006
【図５】
2015151977.tif 000007
【図６】
2015151977.tif 000008
【図７】
2015151977.tif 000009
【図８】
2015151977.tif 000010
【図９】
2015151977.tif 000011
【図１０Ａ】
2015151977.tif 000012
【図１０Ｂ】
2015151977.tif 000013
【図１１Ａ】
2015151977.tif 000014
【図１１Ｂ】
2015151977.tif 000015