(57)【要約】【課題】燃料噴射を複数回に分割しながら適切に行う【解決手段】制御装置は、燃焼室（２）に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（１１）を備える筒内噴射型内燃機関の制御装置であって、最低噴射時間及び燃焼可能噴射時間の夫々に基づいて、燃料を複数回に分割して噴射する際の燃料の目標燃圧を設定する燃圧設定手段（３０）と、設定された目標燃圧にて、燃料を複数回に分割して噴射するように燃料噴射弁を制御する制御手段（３０）と  を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備える筒内噴射型内燃機関の制御装置であって、
(i)前記燃料噴射弁が前記燃料を噴射可能な最低の時間を示す最低噴射時間及び(ii)前記燃焼室中において安定的に燃焼可能な前記燃料を噴射するために必要な最低の時間を示す燃焼可能噴射時間の夫々に基づいて、前記燃料を複数回に分割して噴射する際の前記燃料の目標燃圧を設定する燃圧設定手段と、
前記設定手段により設定された前記目標燃圧にて、前記燃料を、複数回に分割して噴射するように前記燃料噴射弁を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする筒内噴射型内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃圧設定手段は、前記複数回に分割して噴射される燃料の夫々の噴射時間が、前記最低噴射時間及び前記燃焼可能噴射時間の夫々以上となるように前記目標燃圧を設定することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射型内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃料噴射弁より噴射される前記燃料の目標噴射量を設定する噴射量設定手段を更に備え、
前記燃圧設定手段は、前記噴射量設定手段により設定される前記目標噴射量に応じて定まる、前記複数回に分割して噴射される燃料の夫々の噴射時間が、前記最低噴射時間及び前記燃焼可能噴射時間の夫々以上となるように前記目標燃圧を設定することを特徴とする請求項２に記載の筒内噴射型内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記筒内噴射型内燃機関が冷間状態にあるか否かを判定する判定手段を更に備え、
前記判定手段により前記筒内噴射型内燃機関が冷間状態にあると判定された場合に、前記燃圧目標設定手段は前記目標燃圧を設定し、且つ前記制御手段は前記目標燃圧にて前記燃料を複数回に分割して噴射するように前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の筒内噴射型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、例えば燃料を燃焼室内に直接噴射する筒内噴射型内燃機関の動作を制御する制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内噴射型内燃機関では、インジェクタが燃焼室内（つまり、シリンダ内）に取り付けられており、燃焼室内に燃料が直接噴射されている。インジェクタが燃焼室内に取り付けられていることから、吸気工程のみならず圧縮工程においても燃料を燃焼室内に噴射することができる。このため、吸気工程において燃料を噴射するキャブレター型内燃機関又はマニホールド噴射型内燃機関と同様の均質燃焼のほかに、圧縮工程における燃料の噴射に起因した成層燃焼が実現される。これにより、均質燃焼と成層燃焼とを使い分けることができ、出力を適切に維持しつつも燃費の向上を図ることができる。
【０００３】
更には、特許文献１に示されるように、低温始動時の始動性を高めるために、インジェクタからの燃料噴射を複数回に分割して行う技術が知られている。また、特許文献２や３に示されるように、始動時におけるスモークの発生を抑制するために又は冷間時の燃焼安定性を高めるために、吸気工程においてインジェクタからの燃料噴射を複数回に分割して行う技術が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１８３９４８号公報
【特許文献２】特開平１１−６２６８０号公報
【特許文献３】特開平１１−２１８０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料噴射を複数回に分割して行う際には、１回あたりの燃料の噴射時間が短くなる。例えば、燃料噴射を２回に分割して行う際には、１回あたりの燃料の噴射時間が１／２になる。例えば、燃料噴射をＮ回に分割して行う際には、１回あたりの燃料の噴射時間が１／Ｎになる。
【０００６】
他方で、インジェクタの仕様等により、燃料を噴射可能な最低の時間（最低噴射時間）が定められている。つまり、インジェクタは、燃料の噴射量の精度を維持するためには、最低噴射時間以上の時間で燃料噴射を行うように設定される。更には、燃焼室内における燃料の燃焼の安定性を維持するためには、一定量以上の燃料を燃焼室内に噴射する必要がある。このため、インジェクタは、一定量以上の燃料を燃焼室内に噴射するために、該一定量の燃料を噴射するために必要な時間（燃焼可能噴射時間）以上の時間で燃料噴射を行うように設定される。まとめると、インジェクタによる燃料の噴射時間には、最低噴射時間と燃焼可能噴射時間という制限（つまり、下限）が定められる。
【０００７】
このような最低噴射時間や噴射燃焼可能噴射時間の制限を考慮すると、燃料噴射を複数回に分割することで１回あたりの燃料の噴射時間が短くなれば、該１回あたりの燃料の噴射時間が最低噴射時間や噴射燃焼可能噴射時間よりも短くなってしまいかねない。これでは、燃料噴射を複数回に分割して行うことができなくなり得る。
【０００８】
本発明は、例えば上述した従来の問題点に鑑みなされたものであり、例えば燃料噴射を複数回に分割しながら適切に行うことを可能とならしめる筒内噴射型内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の筒内噴射型内燃機関の制御装置は、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備える筒内噴射型内燃機関の制御装置であって、(i)前記燃料噴射弁が前記燃料を噴射可能な最低の時間を示す最低噴射時間及び(ii)前記燃焼室中において安定的に燃焼可能な前記燃料を噴射するために必要な最低の時間を示す燃焼可能噴射時間の夫々に基づいて、前記燃料を複数回に分割して噴射する際の前記燃料の目標燃圧を設定する燃圧設定手段と、前記設定手段により設定された前記目標燃圧にて前記燃料を複数回に分割して噴射するように前記燃料噴射弁を制御する制御手段とを備える。
【００１０】
本発明の筒内噴射型内燃機関の制御装置によれば、設定手段の動作により、燃料噴射弁から噴射される燃料の目標燃圧が設定される。目標燃圧は、最低噴射時間及び燃焼可能噴射時間の夫々に基づいて定められる。言い換えれば、最低噴射時間及び燃焼可能噴射時間の夫々の制限を適切に満たすような目標燃圧が設定される。
【００１１】
尚、最低噴射時間は、燃料噴射弁の仕様ないしは燃料噴射弁における燃料の安定的な噴射の実現するために定められるパラメータであって、燃料噴射弁が燃料を噴射可能な最低の時間を示す。つまり、燃料噴射弁は、燃料噴射弁の仕様上ないしは燃料噴射弁における燃料の安定的な噴射を実現するために、最低噴射時間以上の時間で燃料を噴射する必要がある。また、燃焼可能噴射時間は、燃焼室内における燃料の安定的な燃焼を実現するために定められるパラメータであって、燃焼室内における燃料の安定的な燃焼を実現するために燃焼室内に噴射されるべき所定量の燃料を噴射するために要する時間を示す。つまり、燃料噴射弁は、燃焼室内における燃料の安定的な燃焼を実現するために、燃焼可能噴射時間以上の時間で燃料を噴射する必要がある。
【００１２】
そして、制御手段の動作により、燃圧設定手段の動作により設定された目標燃圧にて燃料を複数回に分割して燃焼室内に噴射するように燃料噴射弁が制御される。
【００１３】
このように、本発明によれば、最低噴射時間及び燃焼可能噴射時間の制限を考慮しながら目標燃圧が設定される。これにより、燃料を複数回に分割して燃焼室内に噴射する場合においても、１回あたりの燃料の噴射時間が最低噴射時間や噴射燃焼可能噴射時間よりも短くなってしまうという不都合を適切に防ぐことができる。従って、燃料噴射を複数回に分割しながら適切に行うことができる。
【００１４】
本発明の筒内噴射型内燃機関の制御装置の一の態様は、前記燃圧設定手段は、前記複数回に分割して噴射される燃料の夫々の噴射時間が、前記最低噴射時間及び前記燃焼可能噴射時間の夫々以上となるように前記目標燃圧を設定する。
【００１５】
この態様によれば、燃料を複数回に分割して燃焼室内に噴射する場合においても、１回あたりの燃料の噴射時間が最低噴射時間や噴射燃焼可能噴射時間よりも短くなってしまうという不都合を適切に防ぐように目標燃圧が設定される。従って、燃料噴射を複数回に分割しながら適切に行うことができる。
【００１６】
より具体的には、同一量の燃料を噴射する場合には、燃圧を下げれば下げるほど、噴射時間は長くなる。この原理を利用して、最低噴射時間及び前記燃焼可能噴射時間の夫々以上となるように目標燃圧を設定する。
【００１７】
上述の如く噴射時間が最低噴射時間及び燃焼可能噴射時間の夫々以上となるように目標燃圧が設定される筒内噴射型内燃機関の制御装置の態様では、前記燃料噴射弁より噴射される前記燃料の目標噴射量を設定する噴射量設定手段を更に備え、前記燃圧設定手段は、前記噴射量設定手段により設定される前記目標噴射量に応じて定まる、前記複数回に分割して噴射される燃料の夫々の噴射時間が、前記最低噴射時間及び前記燃焼可能噴射時間の夫々以上となるように前記目標燃圧を設定するように構成してもよい。
【００１８】
このように構成すれば、燃料の噴射量に応じて定まる噴射時間が、最低噴射時間や噴射燃焼可能噴射時間よりも短くなってしまうという不都合を適切に防ぐように目標燃圧が設定される。従って、燃料噴射を複数回に分割しながら適切に行うことができる。
【００１９】
本発明の筒内噴射型内燃機関の制御装置の他の態様は、前記筒内噴射型内燃機関が冷間状態にあるか否かを判定する判定手段を更に備え、前記判定手段により前記筒内噴射型内燃機関が冷間状態にあると判定された場合に、前記燃圧目標設定手段は前記目標燃圧を設定し、且つ前記制御手段は前記目標燃圧にて前記燃料を複数回に分割して噴射するように前記燃料噴射弁を制御する。
【００２０】
この態様によれば、内燃機関が冷間状態にあるときに、上述した目標燃圧の設定及び燃流の複数回に分割した噴射が行われる。従って、内燃機関の始動特性或いは内燃機関が冷間状態にあるときの燃焼室内における燃焼特性を適切に向上させることができる。
【００２１】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から更に明らかにされよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２３】
尚、以下の実施形態においては、本発明の筒内噴射型内燃機関の制御装置を、筒内噴射型エンジンに適用した場合について説明を進める。
【００２４】
（１）基本構成
初めに、図１及び図２を参照しながら、本実施形態に係る筒内噴射型エンジンの基本構成について説明を進める。ここに、図１は、本実施形態に係る筒内噴射型エンジンの基本構成を概念的に示す構成図であり、図２は、本実施形態に係る筒内噴射型エンジンの断面を概念的に示す断面図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態に係る筒内噴射型エンジン１のシリンダ２のシリンダヘッド部分には、気筒毎に、図示しない点火プラグと共にインジェクタ１１が備えられている。
【００２６】
インジェクタ１１は、図２に示すように、シリンダ２に対して例えば斜めに取り付けられており、燃料をシリンダ２の内部（つまり、燃焼室内）に直接噴射する。また、シリンダ２内を往復運動するピストン５の頭頂部には、例えばキャビティ６が形成されている。インジェクタ１１より噴射される燃料は、キャビティ６により、スワール流或いはタンブル流として、シリンダ２内を流れる。
【００２７】
再び図１において、インジェクタ１１には、燃料供給ユニット１４を介して燃料が供給される。より具体的には、燃料供給ユニット１４は、燃料管路１５を介してインジェクタ１１に接続される一方で、燃料タンク１６に接続されている。燃料供給ユニット５０には、例えば、図示しない高圧燃料ポンプが含まれており、該高圧燃料ポンプにより、高圧の燃料をインジェクタ１１に供給することができる。このとき、燃料供給ユニット１４は、高圧燃料ポンプより供給される燃料を所望の圧力に調圧する調圧弁を備えていることが好ましい。調圧弁において圧力が調整された燃料は、インジェクタ１１に供給された後、調圧弁において調整された圧力で（或いは、調圧弁において調整された圧力に応じた圧力で）シリンダ２内に噴射される。燃料供給ユニット１４の動作（つまり、圧力の調整）は、ＥＣＵ３０の動作により制御される。この圧力の調整動作については、後に詳述する（図３等参照）。
【００２８】
そして、インテークマニホールド３を介して燃焼室５内に取り込まれた空気とインジェクタ１１から噴射される燃料とが燃焼室５内において混合され、不図示の点火プラグがスパークすることで、燃焼室５内で混合ガスが燃焼する。燃焼した後の排気ガスは、エギゾーストマニホールド４及び不図示のマフラー等を介してエンジン１の外部に排出される。
【００２９】
更に、本実施形態では、インテークマニホールド３を介してシリンダ２内に供給された空気量を検出する空気量センサ２１が例えばインテークマニホールド３（或いは、インテークポート）に設けられている。空気量センサ２１は、気筒毎に、シリンダ２内に供給された空気量を検出可能に設けられていることが好ましい。更に、冷却水温（つまり、エンジン１の温度）を検出する水温センサ２２が設けられている。
【００３０】
このような構成を有する本実施形態に係る筒内噴射型エンジン１では、燃料をシリンダ２の内部に直接噴射するようにインジェクタ１１が取り付けられているため、吸気工程のみならず圧縮工程においても、燃料をシリンダ２の内部に噴射することができる。
【００３１】
（２）基本動作
続いて、図３から図６を参照しながら、本実施形態に係る筒内噴射型エンジン１の基本動作について説明を進める。ここでは、図３を参照しながら、本実施形態に係る筒内噴射型エンジン１の全体的な動作の流れを概念的に説明すると共に、適宜図４から図６を参照しながら、更に詳細な説明を加えていく。ここに、図３は、本実施形態に係る筒内噴射型エンジン１の全体的な動作の流れを概念的に示すフローチャートである。
【００３２】
図３に示すように、初めに、ＥＣＵ３０の動作により、水温センサ２２により検出される水温が、例えば５０℃未満であるか否かが判定される（ステップＳ１０１）。つまり、筒内噴射型エンジン１が冷間状態にあるか否かが判定される。
【００３３】
尚、ステップＳ１０１における判定基準となる「５０℃」という閾値はあくまで一具体例であり、筒内噴射型エンジン１の特性等に応じて、例えば実験的に、経験的、数学的若しくは理論的に、又はシミュレーション等を用いて、筒内噴射型エンジン１が冷間状態にあるか否かを適切に判定することができる任意の閾値を設定してもよいことは言うまでもない。
【００３４】
ステップＳ１０１における判定の結果、水温が５０℃未満でない（つまり、５０℃以上である）と判定された場合には（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、筒内噴射型エンジン１は冷間状態にない（つまり、既に暖機されている）と判定される。この場合、続けて、筒内噴射型エンジン１がアイドリング状態にあるか否か（例えば、筒内噴射型エンジン１が低負荷状態にあるか否か）が判定される（ステップＳ１０６）。
【００３５】
ステップＳ１０６における判定の結果、筒内噴射型エンジン１がアイドリング状態にあると判定された場合には（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０の動作により、筒内噴射型エンジン１の回転数に応じて、インジェクタ１１よりシリンダ２内に噴射される燃料の目標となる圧力（つまり、目標燃圧）が設定される（ステップＳ１０７）。ここでは、目標燃圧は、例えば４ＭＰａ程度に設定される。もちろん、筒内噴射型エンジン１の特性等の各種要因に応じて、４ＭＰａ以外の圧力が目標燃圧に設定されてもよいことは言うまでもない。
【００３６】
その後、ＥＣＵ３０の制御の下に、目標燃圧にて燃料が噴射されるように燃料供給ユニット１４が動作し、インジェクタ１１からは、ステップＳ１０７において設定された目標燃圧にて燃料が噴射される（ステップＳ１０９）。
【００３７】
他方、ステップＳ１０６における判定の結果、筒内噴射型エンジン１がアイドリング状態にないと判定された場合には（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０の動作により、筒内噴射型エンジン１の回転数及び筒内噴射型エンジン１の負荷率の夫々に応じて、インジェクタ１１よりシリンダ２内に噴射される燃料の圧力（つまり、燃圧）が設定される。ここでは、目標燃圧は、例えば４ＭＰａ程度に設定される。もちろん、筒内噴射型エンジン１の特性等の各種要因に応じて、４ＭＰａ以外の圧力が目標燃圧に設定されてもよいことは言うまでもない。
【００３８】
その後、ＥＣＵ３０の制御の下に、目標燃圧にて燃料が噴射されるように燃料供給ユニット１４が動作し、インジェクタ１１からは、ステップＳ１０８において設定された目標燃圧にて燃料が噴射される（ステップＳ１０９）。
【００３９】
他方、ステップＳ１０１における判定の結果、水温が５０℃未満でない（つまり、５０℃以上である）と判定された場合には（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、筒内噴射型エンジン１は冷間状態にある（つまり、未だ暖機されていない）と判定される。この場合、まずは、目標燃圧が、例えば１３ＭＰａに設定される（ステップＳ１０２）。
【００４０】
ステップＳ１０２においては、ステップＳ１０７やステップＳ１０８において設定される目標燃圧よりも高い圧力が目標燃圧として設定される。言い換えれば、筒内噴射型エンジン１が冷間状態にある場合には、筒内噴射型エンジン１の暖機が完了している場合に設定される目標燃圧よりも高い圧力が目標燃圧として設定される。これは、筒内噴射型エンジン１が冷間状態にある場合には、シリンダ２内において燃料が霧化（言い換えれば、微粒化）し難い状態にあることを考慮しているからである。相対的に高圧な目標燃圧を設定すれば、筒内噴射型エンジン１が冷間状態にある場合においても、シリンダ２内において燃料が霧化しやすくなり、その結果、シリンダ２内における燃焼安定性を向上させることができる。
【００４１】
加えて、本実施形態では、筒内噴射型エンジン１が冷間状態にある場合の燃焼安定性を高めるために、筒内噴射型エンジン１が冷間状態にある場合には、インジェクタ１１からの燃料噴射を２回に分割して行う。但し、本実施形態においては、ステップＳ１０１における筒内噴射型エンジン１が冷間状態にあるか否かの判定に加えて、更に他のパラメータを用いて筒内噴射型エンジン１が冷間状態にあるか否かの判定を行う。
【００４２】
具体的には、空気量センサ２１による検出結果に基づいて、筒内噴射型エンジン１の始動後の、シリンダ２内に取り込まれた空気量の合計（つまり、積算空気量）が所定量以下であるか否かが判定される（ステップＳ１０３）。
【００４３】
このステップＳ１０３における判定は、具体的には、シリンダ２内に取り込まれた空気量が多ければ多いほどシリンダ２内での燃焼が進行しており、且つシリンダ２内での燃焼が進行すればするほど筒内噴射型エンジン１の暖機が進むという推定を利用している。例えば、筒内噴射型エンジン１の始動後の積算空気量が所定量以下であれば、筒内噴射型エンジン１が冷間状態にあると判定される。他方で、筒内噴射型エンジン１の始動後の積算空気量が所定量以下でなければ、筒内噴射型エンジン１が冷間状態にないと判定される。
【００４４】
尚、ステップＳ１０３における「所定量」は、筒内噴射型エンジン１の特性等に応じて、例えば実験的に、経験的、数学的若しくは理論的に、又はシミュレーション等を用いて、筒内噴射型エンジン１が冷間状態にあるか否かを適切に判定することができる任意の値が設定されることが好ましい。
【００４５】
ステップＳ１０３における判定の結果、筒内噴射型エンジン１の始動後の積算空気量が所定量以下でないと判定された場合には（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、筒内噴射型エンジン１は冷間状態にないと判定される。このため、インジェクタ１１からの燃料噴射が２回に分割されることなく、ステップＳ１０２において設定された目標燃圧にて、インジェクタ１１より燃料が噴射される（ステップＳ１０９）。つまり、吸気工程においては、１回の燃料噴射が行われる。
【００４６】
ステップＳ１０３における判定の結果、筒内噴射型エンジン１の始動後の積算空気量が所定量以下であると判定された場合には（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、筒内噴射型エンジン１は冷間状態にあると判定される。この場合、続いて、ＥＣＵ３０の制御の下に、吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行うための条件が成立しているか否かが判定される（ステップＳ１０４）。
【００４７】
ここでは、一般的に用いられている判定基準を用いて、吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行うための条件が成立しているか否かが判定されてもよい。但し、参考までに、図４を参照して、吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行うための条件が成立しているか否かの判定動作の一具体例について説明する。ここに、図４は、吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行うための条件が成立しているか否かの判定動作の一具体例の流れを概念的に示すフローチャートである。
【００４８】
図４に示すように、初めに、水温が所定範囲内であるか否かが判定される（ステップＳ２０１）。
【００４９】
ステップＳ２０１における判定の結果、水温が所定範囲内でないと判定された場合には（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行うための条件が成立していないと判定される（ステップＳ２０６）。
【００５０】
他方、ステップＳ２０１における判定の結果、水温が所定範囲内であると判定された場合には（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、続いて、筒内噴射型エンジン１の回転数が所定範囲内であるか否かが判定される（ステップＳ２０２）。
【００５１】
ステップＳ２０２における判定の結果、筒内噴射型エンジン１の回転数が所定範囲内でないと判定された場合には（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行うための条件が成立していないと判定される（ステップＳ２０６）。
【００５２】
他方、ステップＳ２０２における判定の結果、筒内噴射型エンジン１の回転数が所定範囲内であると判定された場合には（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、続いて、燃圧が所定値以上であるか否かが判定される（ステップＳ２０３）。
【００５３】
ステップＳ２０３における判定の結果、燃圧が所定値以上でないと判定された場合には（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行うための条件が成立していないと判定される（ステップＳ２０６）。
【００５４】
他方、ステップＳ２０３における判定の結果、燃圧が所定値以上であると判定された場合には（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、続いて、触媒急速暖気制御が行われているか否かが判定される（ステップＳ２０４）。
【００５５】
ステップＳ２０４における判定の結果、触媒急速暖気制御が行われていると判定された場合には（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行うための条件が成立していないと判定される（ステップＳ２０６）。
【００５６】
他方、ステップＳ２０４における判定の結果、触媒急速暖気制御が行われていないと判定された場合には（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行うための条件が成立していると判定される（ステップＳ２０５）。
【００５７】
尚、図４を参照して説明した動作中において用いられる「所定範囲」や「所定値」は、筒内噴射型エンジン１の特性等に応じて、例えば実験的に、経験的、数学的若しくは理論的に、又はシミュレーション等を用いて、吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行うための条件が成立しているか否かを適切に判定することができる任意の値が設定されることが好ましい。
【００５８】
再び図３において、ステップＳ１０４における判定の結果、吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行うための条件が成立していないと判定された場合には（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、インジェクタ１１からの燃料噴射が２回に分割されることなく、ステップＳ１０２において設定された目標燃圧にて、インジェクタ１１より燃料が噴射される（ステップＳ１０９）。つまり、吸気工程においては、１回の燃料噴射が行われる。
【００５９】
他方、ステップＳ１０４における判定の結果、吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行うための条件が成立していると判定された場合には（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、インジェクタ１１からの燃料噴射が２回に分割される。
【００６０】
但し、ステップＳ１０２において、目標燃圧を相対的に高い圧力（具体的には、１３ＭＰａ）に設定しているため、燃料噴射を２回に分割すれば、１回あたりの燃料の噴射時間は約１／２となる。言い換えれば、燃料噴射を２回に分割しているため、１回あたりの燃料の噴射時間が短くなっている。
【００６１】
他方で、インジェクタ１１の仕様等により、燃料を噴射可能な最低の時間（最低噴射時間）が定められている。つまり、インジェクタ１１は、燃料の噴射量の精度を維持するためには、最低噴射時間以上の時間で燃料噴射を行うように設定されている。更には、シリンダ２内における燃料の燃焼の安定性を維持するためには、一定量以上の燃料をシリンダ２内に噴射する必要がある。このため、インジェクタ１１は、一定量以上の燃料をシリンダ２内に噴射するために、該一定量の燃料を噴射するために必要な時間（燃焼可能噴射時間）以上の時間で燃料噴射を行うように設定される。まとめると、インジェクタ１１による燃料の噴射時間には、最低噴射時間と燃焼可能噴射時間という制限（つまり、下限）が定められる。
【００６２】
このため、燃料噴射を２回に分割することで１回あたりの燃料の噴射時間が短くなった場合には、１回あたりの燃料の噴射時間が最低噴射時間や燃焼可能噴射時間を下回ってしまう事態が想定される。これは、１回あたりの燃料の噴射時間が、本来意図している噴射時間よりも長い最低噴射時間や燃焼可能噴射時間となってしまい、燃料の噴射量が意図せずして増大してしまうという事態につながる。
【００６３】
そこで、本実施形態では、吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行うことを優先させつつ、目標燃圧を１３ＭＰａから変更することで、１回あたりの燃料の噴射時間が最低噴射時間や燃焼可能噴射時間を下回ってしまう事態を回避する。具体的には、ＥＣＵ３０の制御の下に、筒内噴射型エンジン１の負荷率に応じて定まる燃料の噴射量、最低噴射時間及び燃焼可能時間に基づいて、目標燃圧の上限ガード処理が行われる（ステップＳ１０５）。つまり、ＥＣＵ３０の制御の下に、目標燃圧の上限を設定し、且つ該設定された上限以下の目標燃圧にて、吸気工程における２回に分割された燃料噴射が行われる（ステップＳ１０９）。
【００６４】
ここで、図５及び図６を参照しながら、具体的な目標燃圧の上限ガード処理について説明を進める。ここに、図５は、筒内噴射型エンジン１の負荷率、燃料の噴射量、燃圧が１３ＭＰａ時の噴射時間及び目標燃圧の上限の関係を示す表であって、図６は、１サイクルの吸気工程中における燃料噴射のタイミングを概念的に示すチャートである。
【００６５】
尚、ここでは、最低噴射時間及び燃焼可能時間の夫々が１．０ｍｓ（ミリ秒）であり、且つ筒内噴射型エンジン１の排気量が２５００ｃｃである場合の例について説明を進める。つまり、インジェクタ１１は、少なくとも１．０ｍｓ（ミリ秒）は連続して燃料を噴射する必要がある場合の例について説明を進める。
【００６６】
図５に示すように、筒内噴射型エンジン１の負荷率が２０％であるときの燃料の噴射量は、９．２ｍｍ３／ｓｔ（ストローク）となる。ここで、燃圧を１３ＭＰａに設定したときに、９．２ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現するための噴射時間は、０．９６ｍｓとなる。従って、燃圧が１３ＭＰａに設定されたままで燃料噴射を２回に分割し且つ９．２ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現するための、１回あたりの燃料の噴射時間は、０．４８ｍｓとなる。この１回あたりの燃料の噴射時間は、最低噴射時間及び燃焼可能時間の夫々を下回ってしまうため、１回あたりの燃料の噴射時間が、いわば必然的に或いは仕様上１．０ｍｓに設定されてしまう。
【００６７】
この場合、図６（ａ）に示すように、１回の燃料噴射では０．９６ｍｓの噴射時間だけ燃料が噴射されれば９．２ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現できる場合において、図６（ｂ）に示すように、２回に分割した燃料噴射では、最低噴射時間及び燃焼可能時間の制約により、合わせて２ｍｓの噴射時間も燃料が噴射されてしまう。つまり、９．２ｍｍ３／ｓｔ以上の噴射量の燃料が噴射されてしまう。
【００６８】
このため、ＥＣＵ３０の制御の下に、目標燃圧の上限が設定される。ここでは、同一の噴射量の燃料を噴射する場合には、燃圧を下げれば下げるほど、噴射時間が長くなることを利用して、目標燃圧の上限が設定される。具体的には、最低噴射時間及び燃焼可能時間である１．０ｍｓの噴射時間で、９．２ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現することができる燃圧が上限として設定される。ここでは、図５に示すように、２ＭＰａが、上限として設定される。つまり、２ＭＰａの燃圧（或いは、２ＭＰａ以下の燃圧）であれば、最低噴射時間及び燃焼可能時間の制約を満たしながら２回に分割して燃料を噴射することで、９．２ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現することができる。
【００６９】
これにより、図６（ｃ）に示すように、燃圧を２ＭＰａに下げたことにより１回の燃料噴射では２．０ｍｓの噴射時間だけ燃料が噴射されれば９．２ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現できる。その結果、図６（ｄ）に示すように、燃料噴射を２回に分割した場合であっても、１回あたりの噴射量が最低噴射時間及び燃焼可能時間を下回ることはなく、９．２ｍｍ３／ｓｔの噴射量を適切に実現することができる。
【００７０】
筒内噴射型エンジン１の負荷率が異なる場合であっても同様である。
【００７１】
例えば、図５に示すように、筒内噴射型エンジン１の負荷率が３０％であるときの燃料の噴射量は、１３．９ｍｍ３／ｓｔとなる。ここで、燃圧を１３ＭＰａに設定したときに、１３．９ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現するための噴射時間は、１．３１ｍｓとなる。従って、燃圧が１３ＭＰａに設定されたままで燃料噴射を２回に分割し且つ１３．９ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現するための、１回あたりの燃料の噴射時間は、０．６５５ｍｓとなる。この１回あたりの燃料の噴射時間は、最低噴射時間及び燃焼可能時間の夫々を下回ってしまうため、１回あたりの燃料の噴射時間が、いわば必然的に或いは仕様上１．０ｍｓに設定されてしまう。このため、最低噴射時間及び燃焼可能時間である１．０ｍｓの噴射時間で、１３．９ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現することができる燃圧が上限として設定される。ここでは、４．５ＭＰａが、上限として設定される。つまり、４．５ＭＰａの燃圧（或いは、４ＭＰａ以下の燃圧）であれば、最低噴射時間及び燃焼可能時間の制約を満たしながら２回に分割して燃料を噴射することで、１３．９ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現することができる。
【００７２】
同様に、図５に示すように、筒内噴射型エンジン１の負荷率が４０％であるときの燃料の噴射量は、１８．５ｍｍ３／ｓｔとなる。ここで、燃圧を１３ＭＰａに設定したときに、１８．５ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現するための噴射時間は、１．６８ｍｓとなる。従って、燃圧が１３ＭＰａに設定されたままで燃料噴射を２回に分割し且つ１８．５ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現するための、１回あたりの燃料の噴射時間は、０．８４ｍｓとなる。この１回あたりの燃料の噴射時間は、最低噴射時間及び燃焼可能時間の夫々を下回ってしまうため、１回あたりの燃料の噴射時間が、いわば必然的に或いは仕様上１．０ｍｓに設定されてしまう。このため、最低噴射時間及び燃焼可能時間である１．０ｍｓの噴射時間で、１８．５ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現することができる燃圧が上限として設定される。ここでは、８ＭＰａが、上限として設定される。つまり、８ＭＰａの燃圧（或いは、８ＭＰａ以下の燃圧）であれば、最低噴射時間及び燃焼可能時間の制約を満たしながら２回に分割して燃料を噴射することで、１８．５ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現することができる。
【００７３】
同様に、図５に示すように、筒内噴射型エンジン１の負荷率が４５％であるときの燃料の噴射量は、２０．３ｍｍ３／ｓｔとなる。ここで、燃圧を１３ＭＰａに設定したときに、２０．３ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現するための噴射時間は、１．８２ｍｓとなる。従って、燃圧が１３ＭＰａに設定されたままで燃料噴射を２回に分割し且つ２０．３ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現するための、１回あたりの燃料の噴射時間は、０．９１ｍｓとなる。この１回あたりの燃料の噴射時間は、最低噴射時間及び燃焼可能時間の夫々を下回ってしまうため、１回あたりの燃料の噴射時間が、いわば必然的に或いは仕様上１．０ｍｓに設定されてしまう。このため、最低噴射時間及び燃焼可能時間である１．０ｍｓの噴射時間で、２０．３ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現することができる燃圧が上限として設定される。ここでは、１０．１ＭＰａが、上限として設定される。つまり、１０．１ＭＰａの燃圧（或いは、１０．１ＭＰａ以下の燃圧）であれば、最低噴射時間及び燃焼可能時間の制約を満たしながら２回に分割して燃料を噴射することで、２０．３ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現することができる。
【００７４】
同様に、図５に示すように、筒内噴射型エンジン１の負荷率が５０％であるときの燃料の噴射量は、２３．１ｍｍ３／ｓｔとなる。ここで、燃圧を１３ＭＰａに設定したときに、２３．１ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現するための噴射時間は、１．９９ｍｓとなる。従って、燃圧が１３ＭＰａに設定されたままで燃料噴射を２回に分割し且つ２３．１ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現するための、１回あたりの燃料の噴射時間は、０．９９５ｍｓとなる。この１回あたりの燃料の噴射時間は、最低噴射時間及び燃焼可能時間の夫々を下回ってしまうため、１回あたりの燃料の噴射時間が、いわば必然的に或いは仕様上１．０ｍｓに設定されてしまう。このため、最低噴射時間及び燃焼可能時間である１．０ｍｓの噴射時間で、２３．１ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現することができる燃圧が上限として設定される。ここでは、１２．５ＭＰａが、上限として設定される。つまり、１２．５ＭＰａの燃圧（或いは、１２．５ＭＰａ以下の燃圧）であれば、最低噴射時間及び燃焼可能時間の制約を満たしながら２回に分割して燃料を噴射することで、２３．１ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現することができる。
【００７５】
もちろん、筒内噴射型エンジン１の負荷率が上述した具体例以外の場合についても同様である。要は、筒内噴射型エンジン１の負荷率（更には、アクセスの開度等の他の各種パラメータ等）に応じて定まる噴射量を最低噴射時間及び燃焼可能時間である１．０ｍｓの噴射時間で実現することができるような燃圧が、目標燃圧の上限として設定される。
【００７６】
このように、本実施形態においては、最低噴射時間及び燃焼可能噴射時間の制限を考慮しながら目標燃圧が設定される。具体的には、燃料を２回に分割してシリンダ２内に噴射する場合においても、１回あたりの燃料の噴射時間が最低噴射時間や噴射燃焼可能噴射時間よりも短くなってしまうという不都合を適切に防ぐように目標燃圧が設定される。これにより、燃料噴射を２回に分割しながら適切に行うことができる。
【００７７】
尚、上述の実施形態では、目標燃圧を下げることで、吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行っている。つまり、燃圧を相対的に高めることによるシリンダ２内における燃料の霧化の促進よりも、吸気工程における燃料噴射の２回分割によるシリンダ２内での混合気の均質化を優先させている。燃料の霧化の促進及び混合気の均質化の夫々は共に、シリンダ２内における燃焼安定性の向上に寄与するが、本実施形態の如く吸気工程における燃料噴射の２回分割によるシリンダ２内での混合気の均質化を優先させることで、全体としては、燃焼安定性をより向上させることができる。
【００７８】
また、上述の実施形態では、燃料噴射を２回に分割する場合の具体例について説明を進めたが、燃料噴射を３回以上の複数回に分割する場合の具体例についても、１回あたりの燃料の噴射時間が最低噴射時間や噴射燃焼可能噴射時間以上となるような目標燃圧が設定されれば、上述した効果を享受することができる。
【００７９】
（３）変形動作例
続いて、図７を参照しながら、本実施形態に係る筒内噴射型エンジン１の変形動作例について説明を進める。ここに、図７は、本実施形態に係る筒内噴射型エンジン１の変形動作例の流れを概念的に示すフローチャートである。尚、上述した図３における動作と同様の動作については、同一のステップ記号を付して、その詳細な説明については省略する。
【００８０】
図７に示すように、変形動作例では、吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行わない場合（つまり、ステップＳ１０１において水温が５０℃未満でないと判定された場合、ステップＳ１０３において筒内噴射型エンジン１の始動後の積算空気量が所定量以下でないと判定された場合、並びにステップＳ１０４において吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行うための条件が成立していないと判定された場合）においても、目標燃圧の上限ガード処理が行われる。
【００８１】
例えば、上述の図５に示すように、筒内噴射型エンジン１の負荷率が２０％であるときの燃料の噴射量は、９．２ｍｍ３／ｓｔ（ストローク）となる。ここで、燃圧を１３ＭＰａに設定したときに、９．２ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現するための噴射時間は、０．９６ｍｓとなる。この燃料の噴射時間は、最低噴射時間及び燃焼可能時間の夫々を下回ってしまうため、燃料の噴射時間が、いわば必然的に或いは仕様上１．０ｍｓに設定されてしまう。
【００８２】
このような場合であっても、変形動作例によれば、最低噴射時間及び燃焼可能時間である１．０ｍｓの噴射時間で、９．２ｍｍ３／ｓｔの噴射量を実現することができる燃圧が上限として設定される。これにより、燃料を２回に分割してシリンダ２内に噴射するか否かに依存することなく、燃料の噴射時間が最低噴射時間や噴射燃焼可能噴射時間よりも短くなってしまうという不都合を適切に防ぐように目標燃圧が設定される。これにより、燃料噴射を適切に行うことができる。
【００８３】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う筒内噴射型内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本実施形態に係る筒内噴射型エンジンの基本構成を概念的に示す構成図である。
【図２】本実施形態に係る筒内噴射型エンジンの断面を概念的に示す断面図である。
【図３】本実施形態に係る筒内噴射型エンジンの全体的な動作の流れを概念的に示すフローチャートである。
【図４】吸気工程において燃料噴射を２回に分割して行うための条件が成立しているか否かの判定動作の一具体例の流れを概念的に示すフローチャートである。
【図５】筒内噴射型エンジンの負荷率、燃料の噴射量、燃圧が１３ＭＰａ時の噴射時間及び目標燃圧の上限の関係を示す表である
【図６】１サイクルの吸気工程中における燃料噴射のタイミングを概念的に示すチャートである。
【図７】本実施形態に係る筒内噴射型エンジンの変形動作例の流れを概念的に示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８５】
１  筒内噴射型エンジン
２  シリンダ
３  インテークマニホールド
４  エギゾーストマニホールド
１１  インジェクタ
１４  燃料供給ユニット
１５  燃料管路
１６  燃料タンク
２１  空気量センサ
２２  水温センサ
３０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008008192.tif 000006
【図５】
2008008192.tif 000007
【図６】
2008008192.tif 000008
【図７】
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