(57)【要約】【課題】低熱伝導部材包含ピストンにおいて、低熱伝導部材の温度上昇を抑制しつつ、ピストン頂面への燃料付着量を抑制することができる筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】ピストン頂面に低熱伝導部材を設けたピストンを備える筒内噴射式内燃機関において、高負荷高回転運転時に、前記低熱伝導部材に噴射燃料が衝突しないタイミングで燃料を噴射する主噴射を実施するとともに、前記低熱伝導部材に噴射燃料が衝突するタイミングで燃料を噴射する副噴射を実施する。【選択図】        図９
2008057436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁から燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
ピストン頂面に低熱伝導部材を設けたピストンを備える筒内噴射式内燃機関において、
所定の負荷より高く、かつ所定のエンジン回転より高い高負荷高回転運転時に、前記低熱伝導部材に噴射燃料が衝突しないタイミングで燃料を噴射する主噴射を実施するとともに、前記低熱伝導部材に噴射燃料が衝突するタイミングで燃料を噴射する副噴射を実施することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記副噴射の実施する時は、運転状態に応じて主噴射量を算出し、算出された前記主噴射量から前記副噴射量を引いたものを補正後の主噴射量とすることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項２において、前記主噴射量から前記副噴射量を引く場合において、前記主噴射の噴射期間の期間終わりを早めることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項において、内燃機関の暖機状態を検出する手段を備え、暖機が完了していない時は、前記副噴射を実施しないことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項において、内燃機関の高負荷時に燃料噴射量の増量要求である高負荷増量を算出する手段を備え、高負荷増量値に応じて副噴射の実施を制御することを特徴とする筒内噴射式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、噴射燃料の衝突する位置にピストン本体よりも熱伝導率が低い低熱伝導部材
を設けた低熱伝導部材包含ピストンを備えた筒内噴射式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】
筒内噴射式内燃機関においては、圧縮行程中に液状の燃料を燃焼室内に直接噴射し、この噴射燃料をピストンの頂面に衝突させて気化させ、濃度の高い混合気を点火プラグ近傍へと導き超希薄燃焼状態を作り出し成層燃焼を実施することが知られている。また、このような筒内噴射式内燃機関では、運転状態が高負荷の場合に、前記圧縮行程噴射以外に吸気行程噴射を実施することが従来行われている。
【０００３】
ここで、エミッション性能の観点からは、燃焼室内に噴射された燃料が完全に気化する
ことが好ましいのであるが、一般に、ピストン本体は熱伝導率の高いアルミニウムを素材
としており、燃焼で生じた熱がピストン部材を経由してシリンダ壁面等へ逃げ易いため、ピストンの表面温度を全燃料を気化させるのに十分な高温状態を維持し難く、噴射燃料の全てが気化し得ない、という状況が生じることがある。このため、ピストン頂面に液状の燃料が残存してしまい、この状態のまま燃焼がなされると、粒子状物質（ＰＭ：ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｍａｔｔｅｒ）やスモークを発生させてしまう。
【０００４】
そこで、従来、噴射燃料が衝突するピストン頂面に熱伝導率が低いチタン等の低熱伝導
部材を設け、これにより、燃焼により生じた熱を受け高温状態に保つことで噴射燃料の気化を促進させる、という低熱伝導部材包含ピストンが存在する。例えば、低熱伝導部材をピストン本体に鋳込み設けた低熱伝導部材包含ピストンが下記の特許文献１、２に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１９３７２１号公報
【特許文献２】特開２００２−３６４３７０号公報
【０００６】
また、上記従来の低熱伝導部材包含ピストンにおいては、低熱伝導部材が露出面を除き強固にピストン本体へと鋳込まれているので、温度上昇に伴って熱膨張する低熱伝導部材のピストン周方向への逃げ場が無く、その熱膨張の度合い如何では、低熱伝導部材やピストン本体を破損させてしまう、という不都合があった。
【０００７】
上記不都合に対して、特許文献２には、ピストン温度の高い高負荷運転時には、低熱伝導部材への噴射燃料の衝突及び燃料の蒸発により、低熱伝導部材の温度上昇を抑制する効果があることが記載されており、低熱伝導部材やピストン本体の破損を防止するための対策の１つと考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、高負荷運転時にはアクセルペダルの操作に伴う要求トルクの増加に応じた燃料の増量が行われる。すなわち、低熱伝導部材の温度上昇抑制に寄与する噴射燃料量が多くなり、低熱伝導部材の温度を抑制することは達成されるが、一方、燃料が増量されるに従いピストン頂面に蒸発しきれない液状の燃料の残存する割合が増えてしまうことが心配される。ピストン頂面に液状の燃料が残存する割合が増えた場合、この状態で燃焼がなされると、粒子状物質やスモークを発生させ、排気エミッションの悪化を招く虞がある。
【０００９】
また、高負荷運転時に低熱伝導部材へ衝突する噴射燃料のほとんどを蒸発気化させることは、例えば低熱伝導部材の熱容量を大きくすることで達成されるかもしれない。しかし低熱伝導部材の体格や重量が大きくなり、ピストンとの接合方法の難しさやピストン重量の増大といった新たな不都合が生じる虞がある。
【００１０】
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、低熱伝導部材の温度上昇を抑制しつつ、ピストン頂面への燃料付着量を抑制することができる筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置は、ピストン頂面に低熱伝導部材を設けたピストンを備える筒内噴射式内燃機関において、所定の負荷よりも高く、かつ所定のエンジン回転よりも高い高負荷高回転運転時に、前記低熱伝導部材に噴射燃料が衝突しないタイミングで燃料を噴射する主噴射を実施するとともに、前記低熱伝導部材に噴射燃料が衝突するタイミングで燃料を噴射する副噴射を実施することを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置は、前記副噴射を実施する時は、運転状態に応じて算出された主噴射量から副噴射量分を引いたものを補正後の主噴射量とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置は、主噴射量から前記副噴射量を引く場合、副噴射分だけ主噴射期間の期間終わりを早めることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関の暖機状態を検出する手段を備え、暖機が完了していない時は前記副噴射を実施しないことを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関の高負荷時に燃料噴射量の増量要求である高負荷増量を算出する手段を備え、高負荷増量値に応じて副噴射の実施を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、低熱伝導部材が高温になる高負荷高回転運転時に、温度上昇抑制のために過不足無く必要な量の副噴射を実施することで、低熱伝導部材の昇温を抑制しつつ、排気エミッションの悪化を抑制できる。
【００１７】
請求項２記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、副噴射を実施した場合と実施しない場合におけるエンジン供給燃料の総和を一定とすることで、空燃比の制御性を損なうことがない。
【００１８】
請求項３記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、主噴射の噴射時期を最適値とすることができる。
【００１９】
請求項４記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、暖機完了前は低熱伝導部材は低温であり、温度抑制の必要性が低く、逆に、逸早く昇温させる必要性が高く、積極的に昇温させることで、燃焼を改善することができる。
【００２０】
請求項５記載の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、燃料噴射の高負荷増量が実施される場合は、加速状態等の高負荷運転が持続されることが予想される。これは、加速状態の開始時点においては、高負荷低回転運転状態にある場合があり、副噴射の実施条件から外れるために副噴射が実施されず、加速継続中に回転が上昇し高負荷高回転の副噴射実施条件となり副噴射による低熱伝導部材の昇温抑制制御が開始される。しかし、例えこの時点で副噴射を開始したとしても昇温抑制効果を発揮するまでには遅れが生じることが考えられ、燃焼により生じる熱が急激に増大するような加速時には十分に対処できないことも有り得る。そこで高負荷増量に応じて副噴射を実施することで、温度上昇に備え前もって低熱伝導部材の昇温抑制を行うことができ、必要な量の副噴射を実施することで排気エミッションの悪化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
〔実施の形態〕
〔構成説明〕
図１および図２は、上述した発明が適用された筒内噴射式内燃機関およびその制御系の概略構成を表す。
【００２２】
筒内噴射式内燃機関としてのガソリンエンジン（以下、「エンジン」と略す）２は、その出力により自動車を駆動するために自動車に搭載されている。このエンジン２は４つのシリンダ２ａを有している。各シリンダ２ａには、シリンダブロック４、シリンダブロック４内で往復動するピストン６、およびシリンダブロック４上に取り付けられたシリンダヘッド８にて区画された燃焼室１０がそれぞれ形成されている。
【００２３】
そして各燃焼室１０には、吸気弁１２および排気弁１６が設けられている。吸気弁１２は吸気ポート１４に接続され、排気弁１６は排気ポート１８にそれぞれ接続されている。
【００２４】
図２はシリンダヘッド８とシリンダブロック４の断面図であって、シリンダヘッド８の内壁面の中央部には点火プラグ２０が配置されている。更に、シリンダヘッド８の内壁面周辺部には、燃焼室１０内に直接燃料を噴射できるようにインジェクタ（燃料噴射弁に相当する）２２が配置されている。図示されるように略山形に形成されたピストン６の頂面上にはインジェクタ２２の下方から点火プラグ２０の下方まで延びるドーム形の輸郭形状を有する凹部２４が形成されている。そして、ピストン６は、ピストンの凹部２４に設けられる低熱伝導部材２５とを備える。
【００２５】
そして、成層燃焼を行う場合には、点火直前の適したタイミングで、インジェクタ２２は、高圧かつ短時間に燃料を噴射する。これにより、噴射された燃料は、低熱伝導部材２５に対して直接当たり、その後、ピストン凹部２４に沿って流れていく。このようにして、点火プラグ２０の近傍にのみ可燃な混合気が形成される。
【００２６】
ここで、低熱伝導部材２５は、ピストン６の母材（一般的にはアルミニウム）よりも熱伝導率の低い材料（例えば、チタン）により構成されている。そのため、燃焼室１０における低熱伝導部材２５の付近（ピストン頂面付近）の熱は、低熱伝導部材２５を介して外部に逃げにくくなっている。これにより、ピストン頂面付近の温度は早期に高くなる。従って、ピストン頂面に付着した燃料が気化するまでの時間を短縮することができる。以上のことから、粒子状物質やスモークの発生を抑制することができる。
【００２７】
また、図１に示したごとく、各シリンダ２ａの吸気ポート１４は吸気マニホールド３０内に形成された吸気通路を介してサージタンク３２に接続されている。
【００２８】
サージタンク３２は吸気ダクト４０を介してエアクリーナ４２に連結されている。吸気ダクト４０内にはモータ４４（ＤＣモータまたはステップモータ）によって駆動されるスロットル弁４６が配置されている。このスロットル弁４６の開度（スロットル開度ＴＡ）はスロットル開度センサ４６ａにより検出されて運転状態に応じた開度制御がなされる。また、各シリンダ２ａの各排気ポート１８は排気マニホルド４８に連結されている。排気マニホールド４８、触媒コンバータ４９を介して、排気は浄化された後、大気に排出される。
【００２９】
吸気弁１２近傍のシリンダヘッド８には、燃料分配管５０が設けられている。この燃料分配管５０には各シリンダ２ａに設けられているインジェクタ２２が接続されている。成層燃焼あるいは均質燃焼を行う際には、このインジェクタ２２から燃料が直接燃焼室１０内に噴射される。
【００３０】
インジェクタ２２に燃料を分配している燃料分配管５０は高圧燃料通路５４ａを介して高圧ポンプ５４に接続されている。高圧燃料通路５４ａには、燃料分配管５０から高圧ポンプ５４側に燃料が逆流することを規制する逆止弁５４ｂが設けられている。高圧ポンプ５４には、低圧燃料通路５４ｃを介して燃料タンク５６内に設けられた低圧ポンプ５８が接続されている。
【００３１】
低圧ポンプ５８は、燃料タンク５６内の燃料を吸引および吐出することにより、燃料を低圧燃料通路５４ｃを通じて高圧ポンプ５４に圧送する。
【００３２】
高圧ポンプ５４はエンジン２のクランクシャフト（図示略）により駆動されることによって燃料を高圧に加圧するとともに、その加圧された燃料を高圧燃料通路５４ａを介して燃料分配管５０内に圧送する。高圧ポンプ５４は、内部に電磁スピル弁５４ｄが設けられている。この電磁スピル弁５４ｄが開弁している場合、高圧ポンプ５４に供給された燃料は燃料分配管５０側に加圧圧送されることなく燃料タンク５６側に戻される。これに対して、電磁スピル弁５４ｄが閉弁している場合には、高圧ポンプ５４から燃料が高圧燃料通路５４ａを通じて燃料分配管５０側へ加圧圧送される。電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する）６０は、燃料分配管５０に取り付けられた燃圧センサ５０ａの検出値とＥＣＵ６０により別途制御される燃料噴射量とを参照して、前述した電磁スピル弁５４ｄの開閉時期を制御する。このことにより、ＥＣＵ６０は、高圧ポンプ５４から燃料分配管５０に加圧圧送される燃料量を調節し、燃料分配管５０内の燃料圧力を必要な圧力に調節する。なお、燃料分配管５０や低圧燃料通路５４ｃにおける余剰な燃料のリターン経路については図示省略している。
【００３３】
ＥＣＵ６０は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バス６２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）６４、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）６６、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）６８、入カポート７０および出カポート７２を備えている。
【００３４】
スロットル開度ＴＡを検出するスロットル開度センサ４６ａはスロットル弁４６の開度に比例した出力電圧をＡＤ変換器７３を介して入カポート７０に入力している。燃料分配管５０に設けられた燃圧センサ５０ａは燃料分配管５０内の燃料圧力に比例した出力電圧をＡＤ変換器７３を介して入カポート７０に入力している。アクセルペダル７４にはアクセル開度センサ７６が取り付けられ、アクセルペダル７４の踏み込み量に比例した出力電圧をＡＤ変換器７３を介して入カポート７０に入力している。上死点センサ８０は例えばシリンダ２ａの内の１番シリンダが吸気上死点に達したときに出カパルスを発生し、この出カパルスが入カポート７０に入力される。クランク角センサ８２は、クランクシャフトが３０度回転する毎に出カパルスを発生し、この出カパルスが入カポート７０に入力される。ＣＰＵ６８では上死点センサ８０の出カパルスとクランク角センサ８２の出カパルスから現在のクランク角が計算され、クランク角センサ８２の出カパルスの頻度からエンジン回転数ＮＥが計算される。
【００３５】
サージタンク３２には、吸気圧センサ８４が設けられ、サージタンク３２内の吸気圧ＰＭ（吸入空気の圧力：絶対圧）に対応した出力電圧をＡＤ変換器７３を介して入カポート７０に入力している。エンジン２のシリンダブロック４には水温センサ８６が設けられ、エンジン２の冷却水温度ＴＨＷを検出し冷却水温度ＴＨＷに応じた出力電圧をＡＤ変換器７３を介して入カポート７０に入力している。排気マニホルド４８には空燃比センサ８８が設けられ、空燃比に応じた出力電圧をＡＤ変換器７３を介して入カポート７０に入力している。
【００３６】
出カポート７２は、対応する駆動回路９０を介して各インジェクタ２２、負圧式アクチュエータ３７、モータ４４、電磁スピル弁５４ｄ、およびイグナイタ９２に接続されて、各装置２２、３７、４４、５４ｄ、９２を必要に応じて駆動制御している。
【００３７】
次にエンジン２における燃料噴射制御の処理について説明する。図３に燃料噴射制御に必要な運転領域を設定する処理のフローチャートを示す。本処理は予め設定されているクランク角毎に周期的に実行される処理である。
【００３８】
まず、クランク角センサ８２の信号から得られているエンジン回転数ＮＥと、アクセル開度センサ７６の信号から得られているアクセルペダル７４の踏み込み量（以下、アクセル開度と称する）ＡＣＣＰとがＲＡＭ６４の作業領域に読み込まれる（Ｓ１００）。
【００３９】
次に、これらエンジン回転数ＮＥとアクセル開度ＡＣＣＰとに基づいて、リーン燃料噴射量ＱＬを算出する（Ｓ１１０）。このリーン燃料噴射量ＱＬは、成層燃焼を行う際に出カトルクを要求トルクとするのに最適な燃料噴射量を表している。リーン燃料噴射量ＱＬは予め実験により求められて、図４に示すごとく、アクセル開度ＡＣＣＰとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとするマップとしてＲＯＭ６６内に記憶されている。ステップＳ１１０ではこのマップに基づいてリーン燃料噴射量ＱＬが算出される。
【００４０】
次に、こうして求められたリーン燃料噴射量ＱＬとエンジン回転数ＮＥとに基づいて、図５に示されるような４つの運転領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が定められる（Ｓ１１５）。こうして一旦処理を終了する。
【００４１】
このように運転領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が定められると、各運転領域Ｒ１〜Ｒ４に応じて燃料噴射形態が制御される。すなわち、しきい値ＱＱ１よりも少ない運転領域Ｒ１では、リーン燃料噴射量ＱＬに応じた量の燃料を圧縮行程後半に噴射する。この圧縮行程後半での噴射による噴射燃料はピストン６の凹部２４内に進行した後、凹部２４の周壁面２６に衝突する。周壁面２６に衝突した燃料は気化せしめられつつ移動して凹部２４内であって、かつ点火プラグ２０近傍に可燃混合気層が形成される。そしてこの層状の可燃混合気に点火プラグ２０によって点火がなされることにより、成層燃焼が行われる。
【００４２】
しきい値ＱＱ１としきい値ＱＱ２との間である運転領域Ｒ２では、リーン燃料噴射量ＱＬに応じた量の燃料を吸気行程と圧縮行程後半とに２回に分けて噴射する。すなわち、吸気行程に第１回目の燃料噴射が行われ、次いで圧縮行程後半に第２回目の燃料噴射が行われる。第１回目の噴射燃料は吸入空気と共に燃焼室１０内に流入し、この噴射燃料によって燃焼室１０内全体に均質な稀薄混合気が形成される。また、圧縮行程後半に第２回目の燃料噴射が行われる結果、前述したごとく凹部２４内であって、かつ点火プラグ２０近傍に可燃混合気層が形成される。そしてこの層状の可燃混合気に点火プラグ２０によって点火がなされ、点火後に生じる火炎を着火源として燃焼室１０内全体を占める稀薄混合気の燃焼がおこる。すなわち、運転領域Ｒ２では前述した運転領域Ｒ１よりも成層度の弱い成層燃焼が行われる。
【００４３】
しきい値ＱＱ２としきい値ＱＱ３との間である運転領域Ｒ３では、後述する理論空燃比基本燃料噴射量ＱＢＳに応じた量の燃料を吸気行程に１回噴射する。この噴射燃料は燃焼室１０内に流入する吸入空気と混ざり合い、燃焼室１０内全体に理論空燃比（後述するごとく、増量補正により理論空燃比より燃料濃度が濃いリッチ空燃比に制御される場合もある）の均質混合気を形成する。すなわち、運転領域Ｒ３では均質燃焼が行われる。
【００４４】
しきい値ＱＱ３よりも多い運転領域Ｒ４では、理論空燃比基本燃料噴射量ＱＢＳに応じた量の燃料を吸気行程中に２回に分けて噴射する。すなわち、吸気行程の上死点付近において、ピストン頂面２４ａに備えられた低熱伝導部材２５に噴射燃料が衝突するタイミングで第１回目の燃料噴射が行われ、次いで吸気行程中に第２回目の燃料噴射が行われる。この２回の噴射燃料は燃焼室１０内に流入する吸入空気と混ざり合い、燃焼室１０内全体に理論空燃比（後述するごとく、増量補正により理論空燃比より燃料濃度が濃いリッチ空燃比に制御される場合もある）の均質混合気を形成する。すなわち、運転領域Ｒ４では、均質燃焼が行われる。
【００４５】
上述した運転領域設定処理により設定された運転領域に基づいて実行される燃料噴射量制御処理のフローチャートを図６に示す。本処理は運転領域設定処理の後に実行される処理である。
【００４６】
燃料噴射量制御処理が開始されると、まず、クランク角センサ８２の信号から得られるエンジン回転数ＮＥ、吸気圧センサ８４の信号から得られる吸気圧ＰＭ、および空燃比センサ８８の信号から得られる酸素濃度検出値Ｖox、水温センサ８６の信号から得られる冷却水温度ＴＨＷをＲＡＭ６４の作業領域に読み込む（Ｓ１２０）。
【００４７】
次に、現在、運転領域Ｒ３または運転領域Ｒ４が設定されているか否かが判定される(Ｓ１２２)。現在の運転状態が運転領域Ｒ３または運転領域Ｒ４として設定されていると判定された場合には（Ｓ１２２で「ＹＥＳ」）、予めＲＯＭ６６に設定されている図７のマップを用いて、吸気圧ＰＭとエンジン回転数ＮＥとから、理論空燃比基本燃料噴射量ＱＢＳが算出される（Ｓ１３０）。
【００４８】
次に、高負荷における燃料噴射量の増量要求である高負荷増量ＯＴＰ算出処理（Ｓ１４０）が行われる。この高負荷増量ＯＴＰ算出処理について図８のフローチャートに基づいて説明する。高負荷増量ＯＴＰ算出処理では、まず、アクセル開度ＡＣＣＰが高負荷増量判定値ＫＯＴＰＡＣを越えているか否かが判定される（Ｓ１４１）。
【００４９】
ＡＣＣＰ≦ＫＯＴＰＡＣであれば（Ｓ１４１で「ＮＯ」）、高負荷増量ＯＴＰには値「０」が設定される（Ｓ１４２）。すなわち燃料の増量補正は行われない。こうして、高負荷増量ＯＴＰ算出処理を一旦出る。
【００５０】
ＡＣＣＰ＞ＫＯＴＰＡＣであれば（Ｓ１４１で「ＹＥＳ」）、高負荷増量ＯＴＰには値Ｍ（例えば、１＞Ｍ＞０）が設定される（Ｓ１４４）。すなわち燃料の増量補正が行われる。この増量補正は、高負荷時に触媒コンバータ４９が過熱するのを防止するため燃料噴射量増量や、加速性向上を狙い出力空燃比にするための加速増量等が含まれる。
【００５１】
ここで図６のフローチャートに戻り、空燃比フィードバック条件が成立しているか否かが判定される（Ｓ１５０）。例えば、「（１）姶動時でない。（２）燃料カット中でない。（３）暖機完了している。（例えば冷却水温度ＴＨＷ≧４０℃）。（４）空燃比センサ８８は活性している。（５）高負荷増量ＯＴＰの値が０である。」の条件がすべて成立しているか否かが判定される。
【００５２】
空燃比フィードバック条件が成立していれば（Ｓ１５０で「ＹＥＳ」）、空燃比フィードバック係数ＦＡＦとその学習値ＫＧの算出が行われる（Ｓ１６０）。空燃比フィードバック係数ＦＡＦは空燃比センサ８８の出力に基づいて算出され、学習値ＫＧは空燃比フィードバック係数ＦＡＦが中心値である１．０からのずれ量を記憶するものであり、このような値を用いた空燃比制御技術は特開平６−１０７３６号公報などに示されているごとく種々の手法が知られている。
【００５３】
一方、空燃比フィードバック条件が成立していなければ（Ｓ１５０で「ＮＯ」）、空燃比フィードバック係数ＦＡＦには１．０が設定される（Ｓ１７０）。ステップＳ１６０またはＳ１７０の次に、燃料噴射量Ｑが次式１のごとく求められる（Ｓ１８０）。
【００５４】
（数１）
Ｑ←ＱＢＳ（１＋（ＦＡＦ−１．０）＋（ＫＧ−１．０））α＋β＋γ・ＯＴＰ
・・・［式１］
ここで、α、β、γはエンジン２の種類や制御の内容に応じて適宜設定される係数である。
【００５５】
次に、現在、運転領域Ｒ４が設定されているか否かが判定される（Ｓ２００）。現在の運転状態が運転領域Ｒ４として設定されていると判定された場合には（Ｓ２００で「ＹＥＳ」）、続いて暖機が完了しているかどうかが判定される（Ｓ２１０） （例えば冷却水温度ＴＨＷ≧ＴＨＷＡ＝４０℃）。暖機が完了されていると判定された場合には（Ｓ２１０で「ＹＥＳ」）、予めＲＯＭ６６に設定されているマップを用いて、吸気圧ＰＭとエンジン回転数ＮＥとから、吸気行程中の第１回目の燃料噴射と第２回目の燃料噴射の噴射分配比率ｋｒｅａｔが算出される（Ｓ２２０）。この噴射分配比率ｋｒｅａｔは粒子状物質やスモークなどの排気エミッションと低熱伝導部材の温度抑制効果を考慮して、予め実験などにより定められたものである。
【００５６】
一方、暖機が完了されていないと判定されれば（Ｓ２１０で「ＮＯ」）、噴射分配比率ｋｒｅａｔには０が設定される（Ｓ２３０）。
【００５７】
吸気行程中の第１回目の燃料噴射量Ｑａ０が次式２のごとく求められ、第２回目の燃料噴射量Ｑａが次式３のごとく求められる（Ｓ２４０）。
【００５８】
（数２）
Ｑａ０←（Ｑ−γ・ＯＴＰ）×Ｋｒｅａｔ＋γ・ＯＴＰ・・・[式２]
Ｑａ←Ｑ−Ｑａ０・・・[式３]
【００５９】
こうして一旦燃料噴射量制御処理を終了する。ステップＳ２００にて、運転領域Ｒ３が設定されている場合は（Ｓ２００で「ＮＯ」）、続いて、暖機が完了しているかどうかが判定される（Ｓ２５０） 暖機が完了されていると判定される場合には（Ｓ２５０で「ＹＥＳ」）、吸気行程中の第１回目の燃料噴射量Ｑａ０が次式４のごとく求められ、第２回目の燃料噴射量Ｑａが次式５のごとく求められる（Ｓ２６０）。
【００６０】
（数３）
Ｑａ０←γ・ＯＴＰ・・・[式４]
Ｑａ←Ｑ−Ｑａ０・・・[式５]
【００６１】
こうして一旦燃料噴射量制御処理を終了する。さらにステップＳ２５０にて、暖機が完了されていないと判定される場合には（Ｓ２５０で「ＮＯ」）、吸気行程中の第１回目の燃料噴射量Ｑａ０はゼロとされ、第２回目の燃料噴射量Ｑａは噴射量Ｑとされる（Ｓ２７０）。つまり、吸気行程中に１回の燃料噴射が行われ、それは第１回目の燃料噴射が行われずに、第２回目の燃料噴射のみが行われることになる。こうして一旦燃料噴射量制御処理を終了する。
【００６２】
一方、ステップＳ１２２にて、運転領域Ｒ３、Ｒ４以外の領域、すなわち運転領域Ｒ１、Ｒ２のいずれかの場合は（Ｓ１２２で「ＮＯ」）、燃料噴射量Ｑには、運転領域設定処理のステップＳ１１０にて求められているリーン燃料噴射量ＱＬが設定される（Ｓ１９０）。
【００６３】
続いて、現在、運転領域Ｒ２が設定されているか否かが判定される（Ｓ２８０）。現在の運転状態が運転領域Ｒ２として設定されていると判定された場合には（Ｓ２８０で「ＹＥＳ」）、圧縮行程中と吸気行程中の２回に分けて燃料噴射が行われ、圧縮行程中の燃料噴射量Ｑｃは予めＲＯＭ６６に設定されているマップを用いて、例えば燃料噴射量Ｑとエンジン回転数ＮＥとから算出され、吸気行程中の燃料噴射Ｑａは次式６のごとく算出される（Ｓ２９０）。
【００６４】
（数４）
Ｑａ←Ｑ−Ｑｃ・・・[式６]
【００６５】
現在の運転状態が運転領域Ｒ１として設定されていると判定された場合には（Ｓ２８０で「ＮＯ」）、圧縮行程中に１回燃料噴射が行われ、圧縮行程中の燃料噴射量ＱｃはＱとされる（Ｓ３００）。
こうして一旦燃料噴射量制御処理を終了する。
【００６６】
次に燃料噴射時期制御処理を図９のフローチヤートに示す。本処理は、高負荷増量算出処理（図８）の次に行われる処理であり、同周期で実行される。
【００６７】
燃料噴射時期制御処理が開始されると、まず、現在の運転領域が、運転領域Ｒ１か否かが判定される（Ｓ４１０）。運転領域Ｒ１であれば（Ｓ４１０で「ＹＥＳ」）、燃料噴射は圧縮行程後半に設定される（Ｓ４２０）。この圧縮行程後半における燃料噴射開始時期θｃは、例えば燃料噴射量Ｑとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとする運転領域Ｒ１用燃料噴射開始時期マップから算出される。そして一旦燃料噴射時期制御処理を終了する。なお、ここで燃料噴射開始時期（θｃ等）はクランク角度で表される。
【００６８】
運転領域Ｒ１でなければ（Ｓ４１０で「ＮＯ」）、次に運転領域Ｒ２か否かが判定される（Ｓ４３０）。運転領域Ｒ２であれば（Ｓ４３０で「ＹＥＳ」）、燃料噴射は吸気行程と圧縮行程後半との２回のタイミングに設定される（Ｓ４４０）。この吸気行程における燃料噴射開始時期θaと圧縮行程後半における燃料噴射開始時期θcとは、例えば、燃料噴射量Ｑとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとする運転領域Ｒ２用吸気行程燃料噴射開始時期マップおよび運転領域Ｒ２用圧縮行程燃料噴射開始時期マップからそれぞれ算出される。そして一旦燃料噴射時期制御処理を終了する。
【００６９】
運転領域Ｒ２でなければ（Ｓ４３０で「ＮＯ」）、燃料噴射は吸気行程に設定される（Ｓ４７０）。続いて暖機が完了しているかどうかが判定される（Ｓ４７５） （例えば冷却水温度ＴＨＷ≧ＴＨＷＡ＝４０℃）。暖機が完了されていないと判定された場合には（Ｓ４７５で「ＮＯ」）、運転領域Ｒ３、Ｒ４に係らず燃料噴射は吸気行程中に１回と設定される（Ｓ４９０）。この吸気行程中の１回の燃料噴射開始時期θａは、例えば、吸気圧ＰＭとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとする運転領域Ｒ３Ｒ４用吸気行程燃料噴射開始時期マップから算出される。そして一旦燃料噴射時期制御処理を終了する。
【００７０】
次に暖機が完了されていると判定された場合には（Ｓ４７５で「ＹＥＳ」）、運転領域Ｒ３か否かが判定される（Ｓ４８０）。運転領域Ｒ３であれば（Ｓ４８０で「ＹＥＳ」）、次に高負荷増量ＯＴＰがゼロかどうかが判定される（Ｓ４８５）。高負荷増量ＯＴＰがゼロであれば（Ｓ４８５で「ＹＥＳ」）、燃料噴射は吸気行程中に１回と設定される（Ｓ４９０）。この場合も、前記と同様に吸気圧ＰＭとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとする運転領域Ｒ３Ｒ４用吸気行程燃料噴射開始時期マップから算出される。
【００７１】
また、高負荷増量ＯＴＰがゼロでなければ（Ｓ４８５で「ＮＯ」）、燃料噴射は吸気行程中に２回に分けて噴射を行うようにタイミングをそれぞれ設定される（Ｓ５００）。この吸気行程における燃料噴射開始時期θaとθa０は、例えば、燃料噴射開始時期θaは吸気圧ＰＭとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとする運転領域Ｒ３Ｒ４用噴射吸気行程燃料噴射開始時期マップから算出し、燃料噴射開始時期θa０は運転領域Ｒ４（第１回目噴射）用噴射吸気行程燃料噴射開始時期マップから算出される。
【００７２】
また、ステップＳ４８０において運転領域Ｒ３でなければ（Ｓ４８０で「ＮＯ」）、運転領域Ｒ４であることから、燃料噴射は吸気行程中に２回に分けて噴射を行うようにタイミングをそれぞれ設定される（Ｓ５００）。この吸気行程における燃料噴射開始時期θaとθa０は、例えば、燃料噴射開始時期θaは吸気圧ＰＭとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとする運転領域Ｒ３Ｒ４用噴射吸気行程燃料噴射開始時期マップから算出し、燃料噴射開始時期θa０は運転領域Ｒ４（第１回目噴射）用噴射吸気行程燃料噴射開始時期マップから算出される。
【００７３】
本実施の形態の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置では、ピストン頂面２４ａの低熱伝導部材２５の温度上昇を抑制しつつ、ピストン頂面２４ａへの燃料付着量を抑えることができるので、排気エミッションの悪化させることなく、低熱伝導部材やピストン本体の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】筒内噴射式内燃機関とその制御系の概略構成図。
【図２】筒内噴射式内燃機関のシリンダヘッドとピストンの断面図。
【図３】運転領域設定処理のフローチャート。
【図４】アクセル開度ＡＣＣＰとエンジン回転数ＮＥとからリーン燃料噴射量ＱＬを          求めるためのマップの説明図。
【図５】運転領域と燃料噴射形態との関係の説明図。
【図６】燃料噴射量制御処理のフローチャート。
【図７】アクセル開度ＡＣＣＰと吸気圧ＰＭとから理論空燃比基本燃料噴射量ＱＢＳを求めるためのマップの説明図。
【図８】高負荷増量算出処理のフローチャート。
【図９】燃料噴射時期制御処理のフローチャート。
【符号の説明】
【００７５】
２      エンジン
６      ピストン
８      シリンダヘッド
１０    燃焼室
２０    点火プラグ
２２    インジェクタ
２４    ピストン凹部
２４ａ  ピストン頂面
２５    低熱伝導部材
２６    ピストン周壁面
４６    スロットル弁
４６ａ  スロットル開度センサ
６０    電子制御ユニット（ＥＣＵ）
７４    アクセルペダル
７６    アクセル開度センサ
８０    上死点センサ
８２    クランク角センサ
８６    水温センサ
８８    空燃比センサ
【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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