(57)【要約】【課題】燃料噴射量が出力噴射量を超える際に、排気ガス浄化触媒の触媒床温の上昇を抑制しつつ、内燃機関の出力の低下を抑制することができる筒内直噴内燃機関の制御装置および運転方法を提供すること。【解決手段】燃料室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える筒内直噴内燃機関の運転方法において、吸入空気量、アクセル開度を取得し（ステップＳＴ１０１）、燃料噴射量Ｑを算出し（ステップＳＴ１０２）、出力噴射量Ｑ１を算出し（ステップＳＴ１０３）、燃料噴射量Ｑが算出された出力噴射量Ｑ１を超える際（ステップＳＴ１０４）に、算出された出力噴射量Ｑ１の燃料を吸気行程で燃料噴射弁により噴射し、燃料噴射量Ｑから出力噴射量Ｑ１を引いた量である残噴射量（ステップＳＴ１０５〜１０７）の燃料を排気行程で燃料噴射弁により噴射する（ステップＳＴ１０８）。【選択図】        図２
2007170355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える筒内直噴内燃機関の制御装置において、
吸入空気量を取得する吸入空気量取得手段と、
少なくとも前記吸入空気量から燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
前記取得された吸入空気量および出力空燃比に基づいて、出力噴射量を算出する出力噴射量算出手段と、
前記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、
を備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記算出された燃料噴射量が前記算出された出力噴射量を超える際に、
前記算出された出力噴射量の燃料を前記筒内直噴内燃機関の吸気行程あるいは圧縮行程の少なくともいずれか一方で、前記燃料噴射弁により噴射し、
前記算出された燃料噴射量から前記算出された出力噴射量を引いた量である残噴射量の燃料を前記筒内直噴内燃機関の排気行程で前記燃料噴射弁により噴射することを特徴とする筒内直噴内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記筒内直噴内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化触媒の触媒床温を取得する触媒床温取得手段をさらに備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記取得された触媒床温の上昇に伴い、前記残噴射量を増加することを特徴とする請求項１に記載の筒内直噴内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記筒内直噴内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化触媒の触媒床温を取得する触媒床温取得手段をさらに備え、
前記燃料噴射量算出手段は、前記取得された触媒床温の上昇に伴い、前記算出された燃料噴射量を増加することを特徴とする請求項１に記載の筒内直噴内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射制御手段は、前記排気行程中期に、前記残噴射量を前記燃料噴射弁により噴射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の筒内直噴内燃機関の制御装置。
【請求項５】
燃料室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える筒内直噴内燃機関の運転方法において、
吸入空気量を取得する手順と、
少なくとも前記吸入空気量から燃料噴射量を算出する手順と、
前記取得された吸入空気量および出力空燃比に基づいて、出力噴射量を算出する手順と、
前記算出された燃料噴射量が前記算出された出力噴射量を超える際に、前記算出された出力噴射量の燃料を前記筒内直噴内燃機関の吸気行程で前記燃料噴射弁により噴射する手順と、
前記算出された燃料噴射量から前記算出された出力噴射量を引いた量である残噴射量の燃料を前記筒内直噴内燃機関の排気行程で前記燃料噴射弁により噴射する手順と、
を含むことを特徴とする筒内直噴内燃機関の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筒内直噴内燃機関の制御装置および運転方法に関し、更に詳しくは、内燃機関の運転状態によっては、算出された燃料噴射量が出力空燃比に基づいた出力噴射量を超える筒内直噴内燃機関の制御装置および運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関には、燃焼室から排気された排気ガスに含まれる有害物質を浄化する排気ガス浄化触媒が備えられている。内燃機関の運転状態が高回転・高負荷となると、燃焼室から排気される排気ガスの温度が上昇するため、この排気ガスが流入する排気ガス浄化触媒の触媒床温も上昇することとなる。排気ガス浄化触媒は、触媒床温が著しく上昇すると、溶損あるいは著しく劣化する虞がある。そこで、従来の内燃機関では、特許文献１に示すように、触媒床温が著しく上昇した場合に、燃料噴射量を増加し、排気ガスの温度を低下させ、触媒床温の上昇を抑制していた。
【０００３】
【特許文献１】特公昭６２−５６３３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関は、最も出力が高くなるのは、吸入空気量と燃料噴射量との比が出力空燃比で運転される際である。この出力空燃比は、理論空燃比（例えば、１４．５〜１４．７程度）によりも小さいもの（例えば、１２．５程度）である。内燃機関の出力は、例えば、理論空燃比となる燃料噴射量の燃料を燃料噴射弁により噴射していた状態から、出力空燃比となるように、燃料噴射量を増加すると向上する。
【０００５】
ところで、この出力空燃比よりもリッチ、すなわち燃料噴射量をさらに増加しても、内燃機関の出力は、出力空燃比で運転する場合と比較して向上するわけではなく、むしろ低下する。つまり、排気ガス浄化触媒の触媒床温の上昇を抑制するために、燃料噴射量を増加させ際に、この増加した燃料噴射量が、内燃機関に吸気される吸入空気量および出力空燃比に基づく出力噴射量を超えてしまうと、内燃機関の出力が低下する。これにより、所望の出力を得ることができないという問題があった。
【０００６】
従って、従来の内燃機関では、排気ガス浄化触媒の触媒床温の上昇を抑制しつつ、内燃機関に所望の出力を発生させるために、吸入空気量を増量していた。この場合は、排気ガスの温度がさらに上昇するため、燃料噴射量をさらに増加することとなる。従って、燃費が悪化するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、少なくとも燃料噴射量が出力噴射量を超える際に、内燃機関の出力の低下を抑制することができる筒内直噴内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、燃料室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える筒内直噴内燃機関の制御装置において、吸入空気量を取得する吸入空気量取得手段と、少なくとも前記吸入空気量から燃料噴射量を算出する噴射量算出手段と、前記取得された吸入空気量および出力空燃比に基づいて、出力噴射量を算出する出力噴射量算出手段と、前記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、を備え、前記燃料噴射制御手段は、前記算出された燃料噴射量が前記算出された出力噴射量を超える際に、前記算出された出力噴射量の燃料を前記筒内直噴内燃機関の吸気行程あるいは圧縮行程の少なくともいずれか一方で、前記燃料噴射弁により噴射し、前記算出された燃料噴射量から前記算出された出力噴射量を引いた量である残噴射量の燃料を前記筒内直噴内燃機関の排気行程で前記燃料噴射弁により噴射することを特徴とする。
【０００９】
また、この発明では、燃料室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える筒内直噴内燃機関の運転方法において、吸入空気量を取得する手順と、少なくとも前記吸入空気量から燃料噴射量を算出する手順と、前記取得された吸入空気量および出力空燃比に基づいて、出力噴射量を算出する手順と、前記算出された燃料噴射量が前記算出された出力噴射量を超える際に、前記算出された出力噴射量の燃料を前記筒内直噴内燃機関の吸気行程で前記燃料噴射弁により噴射する手順と、前記算出された燃料噴射量から前記算出された出力噴射量を引いた量である残噴射量の燃料を前記筒内直噴内燃機関の排気行程で前記燃料噴射弁により噴射する手順と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
これらの発明によれば、算出された出力噴射量の燃料を筒内直噴内燃機関の吸気行程あるいは圧縮行程の少なくともいずれか一方で、前記燃料噴射弁により噴射することで、筒内直噴内燃機関の出力がもっとも高くなる出力空燃比でこの筒内直噴内燃機関を運転する。従って、筒内直噴内燃機関の出力の低下を抑制することができる。
【００１１】
また、算出された燃料噴射量から算出された出力噴射量を引いた量である残噴射量の燃料を筒内直噴内燃機関の排気行程で、燃料噴射弁により噴射することで、噴射された燃料の気化潜熱により、排気ガスの温度を低下することができる。従って、温度の低下した排気ガスが排気ガス浄化触媒に流入するので、この排気ガス浄化触媒の触媒床温の上昇を抑制することができる。
【００１２】
また、この発明では、上記筒内直噴内燃機関の制御装置において、前記筒内直噴内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化触媒の触媒床温を取得する触媒床温取得手段をさらに備え、前記燃料噴射制御手段は、前記取得された触媒床温の上昇に伴い、前記残噴射量を増加することを特徴とする。
【００１３】
また、この発明では、上記筒内直噴内燃機関の制御装置において、前記筒内直噴内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化触媒の触媒床温を取得する触媒床温取得手段をさらに備え、前記燃料噴射量算出手段は、前記取得された触媒床温の上昇に伴い、前記算出された燃料噴射量を増加することを特徴とする。
【００１４】
これらの発明によれば、残噴射量は、排気ガス浄化触媒の触媒床温が上昇するほど増加するので、排気行程において燃料噴射弁により噴射される燃料が多くなり、排気ガスの温度をさらに低下することができる。従って、排気ガス浄化触媒の触媒床温が高い場合に、排気ガス浄化触媒の触媒床温の上昇を確実に抑制することができる。
【００１５】
また、この発明では、上記筒内直噴内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、前記排気行程中期に、前記残噴射量を前記燃料噴射弁により噴射することを特徴とする。
【００１６】
ここで、排気行程中期では、燃焼室内の排気ガス温度が排気行程初期と比較して低く、ピストンの上昇速度が排気行程初期と比較して早くなる。この発明によれば、燃料噴射弁により残噴射量の燃料を排気行程中期で噴射するので、この噴射された燃料は、燃料室内で気化し難くなり、この燃焼室内から排気経路に排気された後に気化し易くなる。従って、排気行程後における燃焼室内の残留ガス量を低減することができ、充填効率を向上することができる。これにより、筒内直噴内燃機関の出力を向上することができる。
【００１７】
また、排気行程中期で噴射された燃料が排気経路内で気化した際は、燃焼室内で気化した場合と比較して、この燃料の気化潜熱が排気ガス浄化触媒の触媒床温の上昇の抑制に多く寄与することができる。従って、この排気ガス浄化触媒の触媒床温の上昇をさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明にかかる筒内直噴内燃機関の制御装置および運転方法は、算出された出力噴射量の燃料を筒内直噴内燃機関の吸気行程あるいは圧縮行程の少なくともいずれか一方で、前記燃料噴射弁により噴射し、この算出された燃料噴射量から算出された出力噴射量を引いた量である残噴射量の燃料を前記筒内直噴内燃機関の排気行程で、燃料噴射弁により噴射するので、内燃機関の出力の低下を抑制することができるとともに、排気ガス浄化触媒の触媒床温の上昇を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２０】
図１は、この発明にかかる筒内直噴内燃機関の構成例を示す図である。同図に示すように、この実施例１にかかる筒内直噴内燃機関１−１は、燃料供給装置２と、複数の気筒（この実施例１では、直列４気筒）により構成される内燃機関本体３と、内燃機関本体３に接続される吸気経路５と、この内燃機関本体３に接続される排気経路６と、筒内直噴内燃機関１−１の運転を制御する制御装置であるＥＣＵ（Engine Control Unit）７とにより構成されている。
【００２１】
燃料供給装置２は、燃料タンク２２内に貯留されている燃料、例えばガソリンを筒内直噴内燃機関１−１に供給するものである。この燃料供給装置２は、燃料噴射弁２１と、燃料タンク２２と、低圧燃料ポンプ２３と、高圧燃料ポンプ２４と、図示しない燃料供給配管とにより構成されている。
【００２２】
燃料噴射弁２１は、内燃機関本体３の気筒３０ａ〜ｄごとに設けられており、この各気筒３０ａ〜ｄの燃焼室Ａに低圧燃料ポンプ２３および高圧燃料ポンプ２４により加圧された燃料をそれぞれ噴射するものである。この燃料噴射弁２１の燃料噴射量や噴射タイミングなどの制御、すなわち燃料噴射制御は、ＥＣＵ７により行われる。
【００２３】
高圧燃料ポンプ２４は、低圧燃料ポンプ２３により加圧された燃料タンク２２内に貯留されている燃料をさらに加圧するものである。この高圧燃料ポンプ２４は、例えば可変バルブ装置４のインテークカムシャフト４３に取り付けられた図示しないポンプ用駆動カムが回転することによって駆動するものである。このインテークカムシャフト４３は、クランクシャフト３５の回転に連動して回転するものである。つまり、この高圧燃料ポンプ２４は、筒内直噴内燃機関１−１の出力によって駆動するものである。
【００２４】
この高圧燃料ポンプ２４には、図示しない電磁スピル弁が備えられており、この電磁スピル弁により、高圧燃料ポンプ２４に流入する低圧燃料ポンプ２３により加圧された燃料の流入量を調整し、この高圧燃料ポンプ２４から吐出される燃料の圧力を調整するものである。ここで、高圧燃料ポンプ２４から吐出される燃料の圧力などの制御、すなわち圧力制御は、この図示しない電磁スピル弁を用いてＥＣＵ７により行われる。
【００２５】
内燃機関本体３は、シリンダブロック３１と、このシリンダブロック３１に固定されたシリンダヘッド３２と、気筒３０ａ〜ｄごとに設けられるピストン３３およびコンロッド３４と、クランクシャフト３５と、気筒３０ａ〜ｄごとに設けられる点火プラグ３６と、バルブ装置４とにより構成されている。ここで、内燃機関本体３の各気筒３０ａ〜ｄには、各気筒３０ａ〜ｄのピストン３３と、シリンダブロック３１と、シリンダヘッド３２とによりそれぞれ燃焼室Ａが形成されている。シリンダヘッド３２には、吸気ポート３７および排気ポート３８が気筒３０ａ〜ｄごとに形成されており、それぞれ吸気経路５および排気経路６に接続されている。ピストン３３は、コンロッド３４に回転自在に支持されており、このコンロッド３４は、クランクシャフト３５に回転自在に支持されている。つまり、クランクシャフト３５は、ピストン３３が燃焼室Ａ内の吸入空気と燃料の混合ガスが燃焼することによりシリンダブロック３１内を往復運動することで、回転するものである。
【００２６】
点火プラグ３６は、気筒３０ａ〜ｄごとに設けられており、ＥＣＵ７からの点火信号により、点火し、各気筒３０ａ〜ｄの燃焼室Ａ内の混合ガスを着火させるものである。点火プラグ３６の点火タイミングなどの制御、すなわち点火制御は、ＥＣＵ７により行われる。なお、３９は、クランクシャフト３５の角度であるクランク角度（ＣＡ）を検出し、ＥＣＵ７に出力するクランク角度センサである。なお、ＥＣＵ７は、このクランク角度センサ３９により検出されたクランク角度から、筒内直噴内燃機関１−１の機関回転数や各気筒３０ａ〜ｄの気筒判別を行う。
【００２７】
バルブ装置４は、吸気バルブ４１および排気バルブ４２の開閉を行うものである。このバルブ装置４は、気筒３０ａ〜ｄごとに設けられる吸気バルブ４１および排気バルブ４２と、インテークカムシャフト４３と、エキゾーストカムシャフト４４と、吸気バルブタイミング機構４５とにより構成されている。吸気バルブ４１は、吸気ポート３７と燃焼室Ａとの間に配置され、インテークカムシャフト４３が回転することにより開閉が行われる。また、排気バルブ４２は、排気ポート３８と燃焼室Ａとの間に配置され、エキゾーストカムシャフト４４が回転することにより開閉が行われる。インテークカムシャフト４３およびエキゾーストカムシャフト４４は、タイミングチェーンを介してクランクシャフト３５に連結されており、このクランクシャフト３５の回転に連動して回転するものである。
【００２８】
吸気バルブタイミング機構４５は、インテークカムシャフト４３とクランクシャフト３５との間に配置されている。吸気バルブタイミング機構４５は、連続可変バルブタイミング機構であり、インテークカムシャフト４３の位相を連続的に変化させるものである。吸気バルブタイミング機構４５には、その内部に図示しない進角室および遅角室がそれぞれ形成されている。この進角室あるいは遅角室のいずれか一方には、このバルブ装置４の図示しないオイルコントロールバルブからオイルが供給される。インテークカムシャフト４３は、進角室にオイルが供給されると進角方向に、遅角室にオイルが供給されると遅角方向にそれぞれの位相が変化する。バルブ装置４は、インテークカムシャフト４３の位相が変化することで、吸気バルブ４１の開閉時期を調整、すなわち吸気バルブ４１を進角側あるいは遅角側に調整（吸気バルブ４１の進角量あるいは遅角量を調整）する。
【００２９】
なお、図示しない吸気バルブタイミング機構４５に対応する２つのオイルコントロールバルブは、その内部に設けられたスプール弁の位置が移動することで、吸気バルブタイミング機構４５の進角室あるいは遅角室のいずれか一方にオイルを供給する。この２つのスプール弁の位置の制御、すなわち吸気バルブ４１の開閉時期の制御である吸気バルブ開閉時期制御は、ＥＣＵ７により行われる。また、バルブ装置４には、インテークカムポジションセンサ４６が備えられており、インテークカムシャフト４３の回転位置を検出し、ＥＣＵ７に出力する。また、このバルブ装置４は、吸気バルブタイミング機構４５により、吸気バルブ４１の開閉時期を調整するが、これに限定されるものではなく、例えば排気バルブ４２の開閉時期を調整する排気バルブタイミング機構を備えても良い。
【００３０】
吸気経路５は、外部から空気を吸気し、この導入された空気を内燃機関本体３の各気筒３０ａ〜ｄの燃焼室Ａに導入するものである。この吸気経路５は、エアクリーナ５１と、エアフロメータ５２と、スロットルバルブ５３と、エアクリーナ５１から各気筒３０ａ〜ｄの吸気ポート３７までを連通する吸気通路５４とにより構成されている。エアクリーナ５１により粉塵が除去された空気は、吸気通路５４および吸気ポート３７を介して、各気筒３０ａ〜ｄの各燃焼室Ａに導入される。エアフロメータ５２は、各気筒３０ａ〜ｄに導入、すなわち吸入される空気の吸入空気量を検出し、ＥＣＵ７に出力するものである。スロットルバルブ５３は、ステッピングモータなどのアクチュエータ５３ａにより駆動され、各気筒３０ａ〜ｄの燃焼室Ａに吸気される吸入空気量を調整するものである。このスロットルバルブ５３の開度の制御、すなわちスロットルバルブ開度制御は、ＥＣＵ７により行われる。
【００３１】
また、排気経路６は、浄化触媒６１と、図示しない消音装置と、各気筒３０ａ〜ｄの排気ポート３８から排気ガス浄化触媒６１を介して消音装置までを連通する排気通路６２とにより構成されている。排気ガス浄化触媒６１は、排気通路６２を介して導入された排気ガスに含まれる有害物質を浄化するものであり、有害物質が浄化された排気ガスは、図示しない消音装置を介して外部に排気される。また、排気ガス浄化触媒６１の上流側に位置する排気通路６２には、この排気通路６２に排気される排気ガスの空燃比を検出し、ＥＣＵ７に出力するＡ／Ｆセンサ６３が設けられている。なお、排気ガスの空燃比の検出は、このＡ／Ｆセンサ６３に限られず、例えばこの排気通路６２に排気される排気ガスの酸素濃度を検出するＯ2センサであっても良い。また、排気ガス浄化触媒には、この排気ガス浄化触媒６１の触媒床温Ｔを検出する温度センサ６４が設けられている。なお、触媒床温Ｔは、この排気ガス浄化触媒６１の触媒床温Ｔを直接検出する温度センサ６４によるものに限られず、排気ガス浄化触媒６１の上流側あるいは下流側の少なくともいずれか一方の排気ガスの温度を温度センサにより検出し、この検出された排気ガスの温度から予測しても良い。
【００３２】
ＥＣＵ７は、筒内直噴内燃機関１−１を運転制御することで、この内燃機関１−１を運転するものである。このＥＣＵ７は、内燃機関１−１が搭載された車両の各所に取り付けられたセンサから、各種入力信号が入力される。具体的には、クランクシャフト３５に取り付けられたクランク角度センサ３９により検出されたクランク角度、エアフロメータ５２により検出された吸入空気量、アクセルペダルセンサ８により検出されたアクセル開度、Ａ／Ｆセンサ６３により検出された空燃比、温度センサ６４により検出された触媒温度Ｔなどがある。
【００３３】
このＥＣＵ７は、これら入力信号および記憶部７３に格納されている吸入空気量およびアクセル開度に基づいた燃料噴射量マップなどの各種マップに基づいて各種出力信号を出力する。具体的には、燃料噴射弁２１の燃料噴射制御を行う噴射信号、点火プラグ３６の点火制御を行う点火信号、スロットルバルブ５３のスロットルバルブ開度制御を行うスロットルバルブ開度信号、高圧燃料ポンプ２４の圧力制御を行う圧力制御信号などの出力信号などがある。
【００３４】
また、ＥＣＵ７は、上記入力信号や出力信号の入出力を行う入出力部（Ｉ／Ｏ）７１と、処理部７２と、燃料噴射量マップなどの各種マップなどを格納する記憶部７３とにより構成されている。処理部７２は、メモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成されている。この処理部７２は、少なくとも吸入空気量取得手段である吸入空気量取得部７４と、アクセル開度取得部７５と、燃料噴射量算出手段である燃料噴射量算出部７６と、出力噴射量算出手段である出力噴射量算出部７７と、触媒床温取得手段である触媒床温取得部７８と、燃料噴射制御手段である燃料噴射制御部７９とを有し、メモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成されている。処理部７２は、筒内直噴内燃機関１−１の運転方法などに基づくプログラムをメモリにロードして実行することにより、この筒内直噴内燃機関１−１の運転などを実現させるものであっても良い。また、記憶部７３は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能な不揮発性のメモリ、あるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能な揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００３５】
また、ＥＣＵ７は、上記入力信号や出力信号の入出力を行う入出力部（Ｉ／Ｏ）７１と、処理部７２と、上記燃料噴射量マップ、可変排気弁４２の開時期と冷却水の水温Ｔとに基づいた可変排気弁開時期マップなどの各種マップなどを格納する記憶部７３とにより構成されている。この処理部７２は、筒内直噴内燃機関１−１の運転制御などに基づくプログラムをメモリにロードして実行することにより、この筒内直噴内燃機関１−１の運転制御などを実現させるものであっても良い。また、記憶部７３は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能な不揮発性のメモリ、あるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能な揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００３６】
次に、実施例１にかかる筒内直噴内燃機関１−１の運転方法について説明する。図２は、実施例１にかかる筒内直噴内燃機関の運転方法の動作フローを示す図である。まず、同図に示すように、処理部７２の吸入空気量取得部７４は、吸入空気量を取得する。また、アクセル開度取得部７５は、アクセル開度を取得する（ステップＳＴ１０１）。ここでは、吸入空気量取得部７４は、エアフロメータ５２により検出され、ＥＣＵ７に出力された吸入空気量を取得する。また、アクセル開度取得部７５は、アクセルペダルセンサ８により検出され、ＥＣＵ７に出力されたアクセル開度を取得する。
【００３７】
次に、処理部７２の燃料噴射量算出部７６は、燃料噴射量Ｑを算出する（ステップＳＴ１０２）。ここでは、上記吸入空気量取得部７４により取得された吸入空気量、アクセル開度取得部７５により取得されたアクセル開度および燃料噴射量マップから、燃料噴射量Ｑを算出する。
【００３８】
次に、処理部７２の出力噴射量算出部７７は、出力噴射量Ｑ１を算出する（ステップＳＴ１０３）。ここでは、上記吸入空気量取得部７４により取得された吸入空気量および出力空燃比（例えば、１２．５程度）から、出力噴射量Ｑ１を算出する。
【００３９】
次に、処理部７２は、上記算出された燃料噴射量Ｑが上記算出された出力噴射量Ｑ１を超えるか否か判断する（ステップＳＴ１０４）。ここでは、燃料噴射弁２１から噴射される燃料噴射量Ｑが出力噴射量Ｑ１を超えており、燃焼室Ａ内の空燃比が出力空燃比よりもリッチであるか否かを判断する。
【００４０】
次に、処理部７２の触媒床温取得部７８は、上記処理部７２が算出された燃料噴射量Ｑが算出された出力噴射量Ｑ１を超えると判断すると、触媒床温Ｔを取得する（ステップＳＴ１０５）。ここでは、触媒床温取得部７８は、温度センサ６４により検出され、ＥＣＵ７に出力された触媒床温Ｔを取得する。なお、処置部７２の燃料噴射制御部７９は、上記処理部７２が算出された燃料噴射量Ｑが算出された出力噴射量Ｑ１以下と判断すると、燃料噴射弁２１により吸気行程で燃料噴射量Ｑを噴射させる（ステップＳＴ１０９）。
【００４１】
次に、処理部７２は、補正項Ｋを算出する（ステップＳＴ１０６）。ここで、補正項Ｋとは、後述する残噴射量Ｑ２を算出する際に用いられるものであり、補正項Ｋの値が大きいほど、残噴射量Ｑ２が増加するものである。この補正項Ｋは、上記算出された触媒床温Ｔに応じて算出されるものである。この補正項Ｋは、触媒床温Ｔが上昇するほど、増加するように算出される。
【００４２】
次に、処理部７２は、残噴射量Ｑ２を算出する（ステップＳＴ１０７）。ここでは、処理部７２は、上記算出された燃料噴射量Ｑから上記算出された出力噴射量Ｑ１を引き、この引いた量に上記補正項Ｋをかける。つまり、残噴射量Ｑ２は、補正項Ｋを掛けなければ、すなわち触媒床温Ｔの上昇に応じて増加させなければ、上記算出された燃料噴射量Ｑから上記算出された出力噴射量Ｑ１を引いた量である。なお、残噴射量Ｑ２は、取得された触媒床温Ｔの上昇に伴い増加するので、後述する排気行程において燃料噴射弁２１により噴射される燃料（残噴射量Ｑ２）が多くなり、排気ガスの温度を低下することができる。従って、排気ガス浄化触媒６１の触媒床温Ｔが高い場合に、排気ガス浄化触媒６１の触媒床温Ｔの上昇を確実に抑制することができる。
【００４３】
次に、処置部７２の燃料噴射制御部７９は、燃料噴射弁２１により吸気行程で出力噴射量Ｑ１の燃料を噴射させ、排気行程で残噴射量Ｑ２の燃料を噴射させる（ステップＳＴ１０８）。従って、燃料噴射弁２１は、燃料噴射制御部７９から出力された噴射信号により、吸気行程で出力噴射量Ｑ１の燃料を噴射する。つまり、筒内直噴内燃機関１−１は、この筒内直噴内燃機関１−１の出力がもっとも高くなる出力空燃比で運転されることとなる。これにより、出力噴射量Ｑ１を超える燃料噴射量Ｑの燃料を吸気行程で噴射していた従来の内燃機関と比較して、筒内直噴内燃機関１−１の出力の低下を抑制することができる。また、燃料噴射弁２１は、燃料噴射制御部７９から出力された噴射信号により、排気行程で残噴射量Ｑ２の燃料を噴射する。従って、噴射された燃料（残噴射量Ｑ１分の燃料）の気化潜熱により、燃料室Ａから排気経路６に排気される排気ガスの温度を低下することができる。従って、温度の低下した排気ガスが排気ガス浄化触媒６１に流入するので、この排気ガス浄化触媒６１の触媒床温Ｔの上昇を抑制することができる。
【００４４】
以上のように、この実施例１にかかる筒内直噴内燃機関１−１では、出力の低下を抑制することができるので、従来の内燃機関のように、所望の出力を発生させるために、吸入空気量を増量させ、燃料噴射量Ｑを増加させることないので、燃費の悪化を抑制することができる。
【実施例２】
【００４５】
実施例２にかかる筒内直噴内燃機関１−２の基本的構成は、図１に示す実施例１にかかる筒内直噴内燃機関１−１の基本的構成と同様である。この実施例２にかかる筒内直噴内燃機関１−２が実施例１にかかる筒内直噴内燃機関１−１と異なる点は、吸気行程のみならず圧縮行程においても燃料噴射弁２１から燃料を噴射する点である。筒内直噴内燃機関によっては、その運転状態に応じて、燃料噴射弁２１により燃料を噴射する回数が異なる場合がある。例えば、燃料噴射弁２１により燃料を噴射する際に、機関回転数が高回転時には、算出された燃料噴射量Ｑを吸気行程のみで噴射し、低回転時には吸気行程と圧縮行程とに分けて噴射する場合がある。これは、低回転時には、吸気バルブ４１が開弁し、負圧により燃焼室Ａ内に吸気される空気の流速が遅く、吸気行程のみで燃料を噴射しても、十分に空気と燃料とのミキシングが行えないためである。従って、このように、吸気行程と圧縮行程とに分けて燃料噴射量Ｑの燃料を噴射する筒内直噴内燃機関１−２においてもこの発明を用いることができる。
【００４６】
ここで、実施例２にかかる筒内直噴内燃機関の運転方法について説明する。図３は、実施例２にかかる筒内直噴内燃機関の運転方法の動作フローを示す図である。同図に示す筒内直噴内燃機関１−２の運転方法のうち、図２に示す筒内直噴内燃機関１−１の運転方法と同一部分については、簡略化して説明する。
【００４７】
まず、同図に示すように、処理部７２の吸入空気量取得部７４が吸入空気量を取得し、アクセル開度取得部７５がアクセル開度を取得する（ステップＳＴ２０１）。次に、燃料噴射量算出部７６は、燃料噴射量Ｑを算出する（ステップＳＴ２０２）。次に、出力噴射量算出部７７は、出力噴射量Ｑ１を算出する（ステップＳＴ２０３）。次に、処理部７２は、上記算出された燃料噴射量Ｑが上記算出された出力噴射量Ｑ１を超えるか否か判断する（ステップＳＴ２０４）。
【００４８】
次に、処理部７２は、上記処理部７２が算出された燃料噴射量Ｑが算出された出力噴射量Ｑ１を超えると判断すると、吸気行程時噴射量ｑ１、圧縮行程時噴射量ｑ２を算出する（ステップＳＴ２０５）。ここでは、処理部７２は、上記算出された出力噴射量Ｑ１を吸気行程時噴射量ｑ１と圧縮行程時噴射量ｑ２とに分ける。なお、吸気行程時噴射量ｑ１と圧縮行程時噴射量ｑ２との比率は、筒内直噴内燃機関１−２の運転状態、例えば機関回転数、吸入空気量、アクセル開度などに基づいて決定される。
【００４９】
なお、処理部７２は、上記処理部７２が算出された燃料噴射量Ｑが算出された出力噴射量Ｑ１以下であると判断すると、吸気行程時噴射量Ｑ３、圧縮行程時噴射量Ｑ４を算出する（ステップＳＴ２１０）。ここでは、処理部７２は、上記算出された燃料噴射量Ｑを吸気行程時噴射量Ｑ３と圧縮行程時噴射量Ｑ４とに分ける。なお、吸気行程時噴射量Ｑ３と圧縮行程時噴射量Ｑ４との比率は、上述のように、筒内直噴内燃機関１−２の運転状態、例えば機関回転数、吸入空気量、アクセル開度などに基づいて決定される。そして、燃料噴射制御部７９は、燃料噴射弁２１により吸気行程で吸気行程時噴射量Ｑ３の燃料を噴射させ、圧縮行程で圧縮行程時噴射量Ｑ４の燃料を噴射させる（ステップＳＴ２１１）。
【００５０】
次に、処理部７２の触媒床温取得部７８は、触媒床温Ｔを取得する（ステップＳＴ２０６）。次に、処理部７２は、補正項Ｋを算出する（ステップＳＴ２０７）。次に、処理部７２は、残噴射量Ｑ２を算出する（ステップＳＴ２０８）。ここでは、処理部７２は、上記算出された燃料噴射量Ｑから上記算出された出力噴射量Ｑ１を引き、この引いた量に上記補正項Ｋをかける。
【００５１】
次に、処置部７２の燃料噴射制御部７９は、燃料噴射弁２１により吸気行程で吸気行程時噴射量ｑ１の燃料を噴射させ、圧縮行程で圧縮程時噴射量ｑ２の燃料を噴射させ、排気行程で残噴射量Ｑ２の燃料を噴射させる（ステップＳＴ２０９）。従って、燃料噴射弁２１は、燃料噴射制御部７９から出力された噴射信号により、吸気行程で吸気行程時噴射量ｑ１の燃料を噴射する。また、燃料噴射弁２１は、燃料噴射制御部７９から出力された噴射信号により、圧縮行程で圧縮行程時噴射量ｑ２の燃料を噴射する。つまり、燃料噴射弁２１は、出力噴射量Ｑ１を点火プラグ３６が点火し、燃料室Ａ内の混合ガスが着火する前に、燃料室Ａ内に噴射する。従って、筒内直噴内燃機関１−２は、この筒内直噴内燃機関１−２の出力がもっとも高くなる出力空燃比で運転されることとなる。これにより、出力噴射量Ｑ１を超える燃料噴射量Ｑの燃料を吸気行程で噴射していた従来の内燃機関と比較して、筒内直噴内燃機関１−２の出力の低下を抑制することができる。また、燃料噴射弁２１は、燃料噴射制御部７９から出力された噴射信号により、排気行程で残噴射量Ｑ２の燃料を噴射する。従って、噴射された燃料（残噴射量Ｑ１分の燃料）の気化潜熱により、燃料室Ａから排気経路６に排気される排気ガスの温度を低下することができる。従って、温度の低下した排気ガスが排気ガス浄化触媒６１に流入するので、この排気ガス浄化触媒６１の触媒床温Ｔの上昇を抑制することができる。
【００５２】
以上のように、この実施例２にかかる筒内直噴内燃機関１−２においても、出力の低下を抑制することができるので、従来の内燃機関のように、所望の出力を発生させるために、吸入空気量を増量させ、燃料噴射量Ｑを増加させることないので、燃費の悪化を抑制することができる。
【００５３】
なお、上記実施例１，２では、燃料噴射制御部７９は、残噴射量Ｑ２の燃料を排気行程で燃料噴射弁２１により噴射させるが、この噴射は、排気行程中期で行われることが好ましい。排気行程中期では、燃焼室Ａ内の排気ガス温度が排気行程初期と比較して低い。また、ピストンの上死点へ向かう上昇速度が排気行程初期と比較して早くなる。つまり、排気行程中期では、燃焼室Ａ内の排気ガスの温度が低い状態で、排気経路に排気され易くなる。従って、排気行程中期に、燃料噴射弁２１により残噴射量Ｑ２の燃料を噴射すると、この噴射された燃料は、燃料室Ａ内で気化し難いため、この燃焼室Ａ内から排気経路５に排気された後に気化し易くなる。従って、排気行程後における燃焼室Ａ内の残留ガス量を低減することができ、充填効率を向上することができる。これにより、筒内直噴内燃機関の出力を向上することができる。また、排気行程中期で噴射された燃料が排気経路５内で気化した際、特に排気ガス浄化触媒６１において気化した際は、燃焼室Ａ内で気化した場合と比較して、この燃料の気化潜熱が排気ガス浄化触媒６１の触媒床温Ｔの上昇の抑制に多く寄与することができる。従って、この排気ガス浄化触媒６１の触媒床温Ｔの上昇をさらに抑制することができる。
【００５４】
また、上記実施例１，２では、残噴射量Ｑ２を排気ガス浄化触媒６１の触媒床温Ｔの上昇に伴い増加したが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、触媒床温取得部７８が排気ガス浄化触媒６１の触媒床温Ｔを取得し、処理部７２が補正項を算出し、吸入空気量取得部７４により取得された吸入空気量、アクセル開度取得部７５により取得されたアクセル開度および燃料噴射量マップから算出された燃料噴射量Ｑにこの補正項を掛けても良い。この場合は、燃料噴射量は、取得された触媒床温Ｔの上昇に伴い増加するので、排気行程において燃料噴射弁２１により噴射される燃料（残噴射量）が多くなり、排気ガスの温度を低下することができる。従って、排気ガス浄化触媒６１の触媒床温Ｔが高い場合に、排気ガス浄化触媒６１の触媒床温Ｔの上昇を確実に抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように、この発明にかかる筒内直噴内燃機関の制御装置および運転方法は、出力噴射量を超える燃料噴射量を噴射する際に有用であり、特に、燃料噴射量が出力噴射量を超える際に、排気ガス浄化触媒６１の触媒床温Ｔの上昇を抑制しつつ、筒内直噴内燃機関の出力の低下を抑制するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明にかかる筒内直噴内燃機関の構成例を示す図である。
【図２】実施例１にかかる筒内直噴内燃機関の運転方法の動作フローを示す図である。
【図３】実施例２にかかる筒内直噴内燃機関の運転方法の動作フローを示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１−１，１−２  筒内直噴内燃機関
２  燃料供給装置
２１  燃料噴射弁
２２  燃料タンク
２３  低圧燃料ポンプ
２４  高圧燃料ポンプ
３  内燃機関本体
３０ａ〜ｄ  気筒
３１  シリンダブロック
３２  シリンダヘッド
３３  ピストン
３４  コンロッド
３５  クランクシャフト
３６  点火プラグ
３７  吸気ポート
３８  排気ポート
３９  クランク角度センサ
４  バルブ装置
４１  吸気バルブ
４２  排気バルブ
４３  インテークカムシャフト
４４  エキゾーストカムシャフト
４５  吸気バルブタイミング機構
４６  インテークカムポジションセンサ
５  吸気経路
５１  エアクリーナ
５２  エアフロメータ
５３  スロットルバルブ
６  排気経路
６１  排気浄化触媒
６２  排気通路
６３  Ａ／Ｆセンサ
６４  温度センサ
７  ＥＣＵ
７１  入出力部
７２  処理部
７３  記憶部
７４  吸入空気量取得部（吸入空気量取得手段）
７５  アクセル開度取得部
７６  燃料噴射量算出部（燃料噴射量算出手段）
７７  出力噴射量算出部（出力噴射量算出手段）
７８  触媒床温取得部（触媒床温取得手段）
７９  燃料噴射制御部（燃料噴射制御手段）
８  アクセルペダルセンサ
【図１】
2007170355.tif 000003
【図２】
2007170355.tif 000004
【図３】
2007170355.tif 000005