(57)【要約】【課題】直噴インジェクタにより筒内噴射を実施可能な内燃機関において、排出されるＰＮを従来よりも低減できる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】気筒と、気筒内に燃料を噴射可能な直噴インジェクタと、を有する内燃機関を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置であって、内燃機関の温度が所定の低温範囲内である場合は（ステップＳ２；ＹＥＳ、ステップＳ３；ＮＯ）、内燃機関の燃焼サイクル中の圧縮行程において直噴インジェクタから燃料を噴射する（ステップＳ７、ステップＳ１１）。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内に燃料を噴射可能な直噴インジェクタからの前記燃料の噴射を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記内燃機関の温度が所定の低温範囲内である場合は、前記内燃機関の燃焼サイクル中の圧縮行程において前記直噴インジェクタから前記燃料を噴射することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記気筒内への燃料噴射に要求される直噴総噴射量が前記圧縮行程での前記噴射に要求される燃料噴射量より多い場合は、前記直噴総噴射量から前記燃料噴射量を減算して得られる燃料噴射量分の前記燃料を前記燃焼サイクル中の吸気行程において前記直噴インジェクタから噴射することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関は、吸気ポートと、前記吸気ポートに向けて前記燃料を噴射可能なポート噴射インジェクタと、を備えるとともに、
前記ポート噴射インジェクタからは、前記内燃機関への燃料噴射に要求される要求燃料噴射量から前記直噴総噴射量を減算して得られるポート噴射量分の前記燃料を噴射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の温度が前記低温範囲より低い場合は、前記ポート噴射インジェクタのみから前記燃料を噴射することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記圧縮行程は圧縮行程後期であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記吸気行程は吸気行程前期であることを特徴とする請求項２に記載の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、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】
自動車等の車両に搭載される内燃機関として、気筒内に燃料を噴射する直噴インジェクタと、吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射インジェクタとを備えたものが知られている。
【０００３】
この種の内燃機関の燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置は、直噴インジェクタから燃料噴射を行う際には、当該燃料噴射における目標燃料噴射量を求める。この目標燃料噴射量は、内燃機関全体での要求燃料噴射量と、その要求燃料噴射量を満たす直噴インジェクタおよびポート噴射インジェクタの燃料の噴き分け率と、に基づいて設定される。これら要求燃料噴射量および噴き分け率は、機関回転速度および機関負荷といった機関運転状態に基づいて設定される。そして、燃料噴射制御装置は、所定の目標燃料噴射量を得られるように直噴インジェクタを駆動することで、要求燃料噴射量の少なくとも一部を得られるように直噴インジェクタからの燃料噴射を実行する。
【０００４】
この種の内燃機関の燃料噴射制御装置では、内燃機関の始動時には燃焼サイクルの圧縮行程において直噴インジェクタから筒内噴射を行い、内燃機関の回転数が上昇してからは圧縮行程での筒内噴射に加えてポート噴射インジェクタからポート噴射をも行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４３６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の内燃機関の燃料噴射制御装置にあっては、内燃機関の温度に応じては噴射方式の切り替えを行っていない。このため、例えば、内燃機関の低温時には燃料の気化促進を図れず、燃焼状態が悪化する可能性がある。また、この内燃機関の燃料噴射制御装置では、内燃機関の始動時には常に圧縮行程での筒内噴射を行うものであり、適切な温度領域および噴射量を考慮しておらず、燃焼速度の向上を図れない可能性があった。近年、排出ガス中のＰＭ（particulate matter）の粒子数であるＰＮを低減することが望まれているが、従来の内燃機関の燃料噴射制御装置では、燃焼速度の向上を図れない場合は、ＰＮの低減効果を得られないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、直噴インジェクタにより筒内噴射を実施可能な内燃機関において、排出されるＰＮを従来よりも低減できる内燃機関の燃料噴射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】
本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関の気筒内に燃料を噴射可能な直噴インジェクタからの前記燃料の噴射を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記内燃機関の温度が所定の低温範囲内である場合は、前記内燃機関の燃焼サイクル中の圧縮行程において前記直噴インジェクタから前記燃料を噴射するよう構成する。
【０００９】
この構成により、内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関の温度が所定の低温範囲内である場合は、圧縮行程において直噴インジェクタから燃料を噴射する。これにより、内燃機関の燃料噴射制御装置は、吸気行程で燃料を噴射する場合に比べて、噴射燃料を気筒内の気流等により点火プラグの周りに集めやすくなる。このため、内燃機関の燃料噴射制御装置は、気筒内の燃料に対する着火を良好なものとして、燃料の燃焼速度を速めることができるので、内燃機関から排出されるＰＮを低減することができる。
【００１０】
上記（１）に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置においては、（２）前記気筒内への燃料噴射に要求される直噴総噴射量が前記圧縮行程での前記噴射に要求される燃料噴射量より多い場合は、前記直噴総噴射量から前記燃料噴射量を減算して得られる燃料噴射量分の前記燃料を前記燃焼サイクル中の吸気行程において前記直噴インジェクタから噴射するよう構成する。
【００１１】
ここで、内燃機関の燃料噴射制御装置においては、例えば、直噴インジェクタのノズルでのデポジット堆積を低減するために、圧縮行程での燃焼用に要求される燃料噴射量以上の燃料噴射量が直噴総噴射量として要求される場合がある。
【００１２】
上述した本発明の構成により、内燃機関の燃料噴射制御装置は、このような燃焼用の燃料噴射量以上の燃料噴射量が直噴総噴射量として要求された場合でも、直噴総噴射量から燃焼用の燃料噴射量を差し引いた分の燃料を吸気行程において筒内噴射することができる。これにより、内燃機関の燃料噴射制御装置は、直噴総噴射量のうち燃焼用の燃料噴射量を超える分の燃料噴射量を圧縮行程に先立つ吸気行程で筒内噴射するので、気筒内での燃料と空気の均質性を維持したまま圧縮行程に移行する。よって、内燃機関の燃料噴射制御装置は、直噴インジェクタのノズルでのデポジット堆積を低減しながら、圧縮行程での気筒内の燃料と空気の均質性および燃料噴射量を適正に維持できるので、燃焼速度を早めて内燃機関から排出されるＰＮの低減を実現することができる。
【００１３】
上記（１）または（２）に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置においては、（３）前記内燃機関は、吸気ポートと、前記吸気ポートに向けて前記燃料を噴射可能なポート噴射インジェクタと、を備えるとともに、前記ポート噴射インジェクタからは、前記内燃機関への燃料噴射に要求される要求燃料噴射量から前記直噴総噴射量を減算して得られるポート噴射量分の前記燃料を噴射するよう構成する。
【００１４】
この構成により、内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関が直噴インジェクタとポート噴射インジェクタとの２種類のインジェクタを有するデュアルタイプの燃料噴射方式を採用する内燃機関に適用されることができる。これにより、内燃機関の燃料噴射制御装置は、要求燃料噴射量が直噴総噴射量より多い場合に、要求燃料噴射量から直噴総噴射量を差し引いたポート噴射量分の燃料をポート噴射することができる。よって、内燃機関の燃料噴射制御装置は、ポート噴射の実行により燃料および空気の混合気の均質性を確保することができるとともに、直噴インジェクタから過剰な燃料を噴射することを抑えて燃焼の悪化を抑制できる。
【００１５】
上記（３）に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置においては、（４）前記内燃機関の温度が前記低温範囲より低い場合は、前記ポート噴射インジェクタのみから前記燃料を噴射するよう構成する。この構成により、内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関が、低温範囲より低温の極低温範囲にある場合に筒内噴射を停止するので、ＰＮの発生を極力抑制することができる。
【００１６】
ここで、気筒内への燃料噴射によれば、圧縮行程での燃料噴射によりピストンの頂部に燃料を噴き付けて点火プラグの周囲に混合気を充填して燃焼させることにより、ＰＮ低減効果を得ることができる。これに対し、内燃機関の温度が低温範囲より低い極低温状態であると、圧縮行程で噴射されてピストンに当たった燃料がそのままピストンに付着し、ＰＮ発生源となってしまう恐れがある。このため、極低温状態においてポート噴射を採用することにより、ＰＮの発生を極力抑制できるようになる。
【００１７】
上記（１）から（４）に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置においては、（５）前記圧縮行程は圧縮行程後期であるよう構成する。ここで、本明細書中で圧縮行程後期とは、圧縮行程中で上死点に近い時期であり、例えば、圧縮行程を二分割した後半の時期を意味する。
【００１８】
この構成により、内燃機関の燃料噴射制御装置は、ピストンが上死点に近いときに筒内噴射を行うので、圧縮行程前期に比べて燃焼までの時間が短くなる。このため、内燃機関の燃料噴射制御装置は、噴射燃料を点火プラグの周りに高濃度に集中させて燃焼させるようになり、燃料の燃焼速度をより速めることができるので、内燃機関から排出されるＰＮをさらに低減することができる。
【００１９】
上記（２）に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置においては、（６）前記吸気行程は吸気行程前期であるよう構成する。ここで、本明細書中で吸気行程前期とは、吸気行程中で上死点に近い時期であり、例えば、吸気行程を二分割した前半の時期を意味する。
【００２０】
この構成により、内燃機関の燃料噴射制御装置は、ピストンが上死点に近いときに筒内噴射を行うので、吸気行程後期に比べて燃焼までの時間が長くなる。このため、内燃機関の燃料噴射制御装置は、燃料および空気を気筒内で拡散させる時間を長く確保できるので、圧縮行程で筒内噴射が行われる直前までに気筒内の燃料および空気の均質性を向上して、燃焼速度を早めて内燃機関から排出されるＰＮの低減を実現することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、直噴インジェクタにより筒内噴射を実施可能な内燃機関において、排出されるＰＮを従来よりも低減できる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る内燃機関における圧縮行程および吸気行程での燃料噴射時期を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
まず、構成について説明する。
【００２５】
本実施の形態では、内燃機関１は、後述するピストン１３が気筒としてのシリンダ４０内を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程をからなる一連の４行程を行うとともに、圧縮行程および膨張行程の間に点火を行う４サイクルのガソリンエンジンによって構成されているものとして説明する。
【００２６】
図１に示すように、内燃機関１の吸気通路２には、燃焼室３に吸入される吸入空気量を調整すべく開閉動作するスロットルバルブ４が設けられている。スロットルバルブ４の開度であるスロットル開度は、車両の運転者によって踏み込み操作されるアクセルペダル５の操作量であるアクセル開度に応じて調節される。
【００２７】
本実施の形態での内燃機関１は、ポート噴射インジェクタ６と直噴インジェクタ７とを備えたデュアル噴射式とされている。ポート噴射インジェクタ６は、吸気通路２から燃焼室３に連通する吸気ポート２ａに向けて燃料を噴射するようになっている。直噴インジェクタ７は、シリンダ４０とピストン１３とにより形成される燃焼室３内に燃料を噴射するようになっている。これらポート噴射インジェクタ６および直噴インジェクタ７には、燃料タンク８に貯蔵された燃料が供給される。
【００２８】
本実施の形態では、内燃機関１は、シリンダ４０と、シリンダ４０内に燃料を噴射可能な直噴インジェクタ７と、を有している。さらには、本実施の形態では、内燃機関１は、吸気ポート２ａと、吸気ポート２ａに向けて燃料を噴射可能なポート噴射インジェクタ６とを備えている。
【００２９】
燃料タンク８の燃料は、フィードポンプ９によって汲み上げられた後に、低圧燃料配管３１を介してポート噴射インジェクタ６に供給される。この低圧燃料配管３１内の燃料の圧力は、フィードポンプ９の駆動制御を通じてフィード圧に調整されるとともに、配管３１に設けられたプレッシャレギュレータ３２によって過上昇しないようにされる。また、フィードポンプ９によって汲み上げられた低圧燃料配管３１の燃料の一部は、高圧燃料ポンプ１０でフィード圧よりも高圧の直噴圧に加圧された後に高圧燃料配管３３を介して直噴インジェクタ７に供給される。
【００３０】
内燃機関１においては、ポート噴射インジェクタ６および直噴インジェクタ７から噴射される燃料と吸気通路２を流れる空気とが混合されてなる混合気が燃焼室３に充填され、この混合気に対し点火プラグ１２により点火が行われる。点火により混合気が燃焼すると、そのときの燃焼エネルギによりピストン１３が移動し、それに伴いクランクシャフト１４が回転するようになる。一方、燃焼後の混合気は排気として排気通路１５に送り出される。
【００３１】
燃焼室３と吸気通路２との間は、吸気バルブ２６によって連通または遮断される。吸気バルブ２６は、クランクシャフト１４からの回転伝達を受ける吸気カムシャフト２５の回転に伴って開閉動作する。また、燃焼室３と排気通路１５との間は、排気バルブ２８によって連通または遮断される。排気バルブ２８は、クランクシャフト１４からの回転伝達を受ける排気カムシャフト２７の回転に伴って開閉動作する。
【００３２】
内燃機関１には、吸気バルブ２６の開閉特性を可変とする可変動弁機構として、バルブタイミング可変機構２９が設けられている。バルブタイミング可変機構２９は、クランクシャフト１４に対する吸気カムシャフト２５の相対回転位相を変更することにより、吸気バルブ２６のバルブタイミングを変更する。バルブタイミング可変機構２９の駆動により、吸気バルブ２６の開弁期間（作動角）を一定に保持した状態で、吸気バルブ２６の開弁時期および閉弁時期がともに進角または遅角される。
【００３３】
次に、本実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御装置の電気的構成について説明する。
【００３４】
内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関１の各種運転制御を行う電子制御装置１６を備えている。電子制御装置１６は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）と、固定されたデータの記憶を行うＲＯＭ（Read Only Memory）と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、入力インターフェースと、出力インターフェース（いずれも図示しない）と、書き換え可能な不揮発性のメモリからなるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）と、通信手段と、を備えている。また、電子制御装置１６は、直噴インジェクタ７から分割噴射する際の分割噴射量Ｑｄ１〜Ｑｄ３の分割比率を算出する分割比率判定手段１６ａを備えている。
【００３５】
本実施の形態では、内燃機関の燃料噴射制御装置は、電子制御装置１６を含んで構成されるとともに、内燃機関１を制御するようになっている。また、電子制御装置１６は、内燃機関１の全体の制御を統括するためのＥＣＵ（Electronic Control Unit）からなる。
【００３６】
例えば、ＲＯＭには、本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の制御プログラムやマップ等が記憶され、記憶装置として機能するようになっている。ＣＰＵは、このＲＯＭに記憶された制御プログラムやマップや所定値に基づいて演算処理を実行するようになっている。また、本実施の形態では、燃料噴射制御プログラムは、電子制御装置１６を通じて所定クランク角毎の角度割り込みにて周期的に実行される。
【００３７】
ＲＯＭに記憶されたマップとしては、例えば、内燃機関１の吸入空気量に対応するパラメータと機関回転速度と機関負荷との関係を示すマップがある。また、ＲＯＭに記憶されたマップとしては、例えば、機関負荷と、直噴インジェクタ７から分割噴射する時期や噴射量との関係を示すマップがある。
【００３８】
また、ＲＯＭに記憶された所定値としては、内燃機関１の例えば始動時等に、内燃機関
が低温状態にあるか否かを判断するための冷却水の低温範囲がある。この低温範囲としては、下限を２５℃、上限を８０℃としている。但し、本実施の形態では、低温範囲の下限を２５℃、上限を８０℃としているが、これに限られないのは勿論である。
【００３９】
電子制御装置１６の入力ポートには、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ１７と、スロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ１８と、吸気通路２を通過する空気の量、すなわち内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１９と、図示しない吸気圧センサと、が接続されている。これらのセンサのうちで、例えば、アクセルポジションセンサ１７と、エアフローメータ１９と、吸気圧センサとは、単独あるいは複数の組み合わせにより機関負荷センサとして機能するようになっている。
【００４０】
また、電子制御装置１６の入力ポートには、クランクシャフト１４の回転に対応した信号を出力するクランクポジションセンサ２０と、吸気カムシャフト２５の回転に基づき吸気カムシャフト２５の回転位置に対応した信号を出力するカムポジションセンサ２１と、が接続されている。
【００４１】
また、電子制御装置１６の入力ポートには、内燃機関１の冷却水の温度を検出する水温センサ２２と、低圧燃料配管３１内の燃料のフィード圧を検出する第１圧力センサ２３と、高圧燃料配管３３内の燃料の直噴圧を検出する第２圧力センサ２４と、内燃機関１でのノッキングの発生を検出するノックセンサ３０と、が接続されている。水温センサ２２により検出される内燃機関１の冷却水の温度は、本発明の内燃機関の温度を構成する。
【００４２】
また、電子制御装置１６の出力ポートには、スロットルバルブ４、ポート噴射インジェクタ６、直噴インジェクタ７、フィードポンプ９、点火プラグ１２、バルブタイミング可変機構２９といった各種機器の駆動回路等が接続されている。
【００４３】
電子制御装置１６は、各種センサから入力した信号に基づき機関回転速度や機関負荷等の機関運転状態を把施し、その把膣した機関運転状態に基づいてスロットルバルブ４、ポート噴射インジェクタ６、直噴インジェクタ７、フィードポンプ９、点火プラグ１２、バルブタイミング可変機構２９といった各種機器の駆動回路に対し指令信号を出力する。こうして内燃機関１のスロットル開度制御、燃料噴射制御、点火時期制御、吸気バルブ２６のバルブタイミング制御等、内燃機関１の各種運転制御が電子制御装置１６を通じて実施される。
【００４４】
機関回転速度は、クランクポジションセンサ２０からの検出信号に基づき求められる。また、機関負荷は、内燃機関１の吸入空気量に対応するパラメータと機関回転速度とから算出される。吸入空気量に対応するパラメータとしては、エアフローメータ１９からの検出信号に基づき求められる内燃機関１の吸入空気量の実測値、スロットルポジションセンサ１８からの検出信号に基づき求められるスロットル開度、及びアクセルポジションセンサ１７からの検出信号に基づき求められるアクセル操作量等があげられる。
【００４５】
内燃機関１の燃料噴射制御の一つとして行われる燃料噴射量制御は、機関回転速度および機関負荷といった機関運転状態に基づき、内燃機関１全体での要求燃料噴射量Ｑｆｉｎを求め、その要求燃料噴射畳Ｑｆｉｎが得られるようにポート噴射インジェクタ６および直噴インジェクタ７からの燃料噴射を行うことで実現される。
【００４６】
直噴インジェクタ７からの燃料噴射としては、例えば、内燃機関１での燃焼サイクルにおける圧縮行程での燃料噴射、吸気行程後期での燃料噴射、吸気行程前期での燃料噴射を選択することができる。これら各燃料噴射における燃料噴射期間の一例を図２に示す。同図に示される第１燃料噴射期間ｄ１では、圧縮行程での燃料噴射が行われる。また、第２燃料噴射期間ｄ２では吸気行程後期での燃料噴射が行われ、第３燃料噴射期間ｄ３では吸気行程前期での燃料噴射が行われる。
【００４７】
これら第１燃料噴射期間ｄ１、第２燃料噴射期間ｄ２、第３燃料噴射期間ｄ３に関しては、それぞれの間に所定の間隔を必要とする関係等から、そうした所定の間隔等に基づいて定められる最大値が存在している。そして、直噴インジェクタ７からの圧縮行程での燃料噴射、吸気行程後期での燃料噴射、吸気行程前期での燃料噴射は、それぞれ以下のような理由により良好な機関運転の実現に関係する。
【００４８】
圧縮行程での燃料噴射は、噴射燃料をシリンダ４０内の気流等により点火プラグ１２の周りに集めやすいという特徴を有することから、シリンダ４０内の燃料に対する着火を良好なものとして燃料の燃焼速度を速めることに寄与する。
【００４９】
吸気行程後期での燃料噴射は、ピストン１３の移動速度が遅くなってピストン１３の移動によるシリンダ４０内の気流発生が弱くなるとき、噴射燃料によってシリンダ４０内の気流を強めて良好な燃料の燃焼を得ることに寄与する。
【００５０】
吸気行程前期での燃料噴射は、ピストン１３の頂部に対し直接的に噴射燃料を付着させることが可能になるため、その燃料の気化潜熱によってピストン１３の頂部を冷却すること、ひいては内燃機関１でのノッキングの発生を抑制することに寄与する。
【００５１】
本実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関１のシリンダ４０内に燃料を噴射可能な直噴インジェクタ７からの燃料の噴射を制御するようになっている。そして、本実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関１の温度が所定の低温範囲内である場合は、内燃機関１の燃焼サイクル中の圧縮行程において直噴インジェクタ７から燃料を噴射するようになっている。この場合、本実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御装置では、圧縮行程は圧縮行程後期としている。
【００５２】
また、本実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御装置は、シリンダ４０内への燃料噴射に要求される直噴総噴射量Ｑｄが圧縮行程での噴射に要求される燃料噴射量Ｑｄ１より多い場合は、直噴総噴射量Ｑｄから燃料噴射量Ｑｄ１を減算して得られる燃料噴射量分の燃料を燃焼サイクル中の吸気行程において直噴インジェクタ７から噴射するようになっている。この場合、本実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御装置では、吸気行程は吸気行程前期としている。
【００５３】
また、本実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関１は、吸気ポート２ａと、ポート噴射インジェクタ６と、を備えるとともに、ポート噴射インジェクタ６からは、内燃機関１への燃料噴射に要求される要求燃料噴射量Ｑｆｉｎから直噴総噴射量Ｑｄを減算して得られるポート噴射量Ｑｐ分の燃料を噴射するようになっている。さらに、本実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関１の温度が低温範囲より低い場合は、ポート噴射インジェクタ６のみから燃料を噴射するようになっている。
【００５４】
次に、本実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御装置の動作について説明する。
【００５５】
内燃機関１の温度に応じて直噴インジェクタ７での分割噴射比率を切り替えて燃料噴射を行うための燃料噴射制御プログラムについて、図３のフローチャートを参照して説明する。燃料噴射制御プログラムは、電子制御装置１６を通じて所定クランク角毎の角度割り込みにて周期的に実行される。
【００５６】
電子制御装置１６は、機関回転速度および機関負荷等の機関運転状態に基づき内燃機関１の要求燃料噴射量Ｑｆｉｎを算出する（ステップＳ１）。電子制御装置１６は、クランクポジションセンサ２０の検出値に基づいて機関回転速度を算出するとともに、機関負荷センサの検出値に基づいて機関負荷を算出する。ここで、この要求燃料噴射量Ｑｆｉｎの比率を要求燃料噴射比率ＲＱｆｉｎとして１００％で表すとともに、以後の処理における各噴射量の比率は１００％である要求燃料噴射比率ＲＱｆｉｎに対する比率を表すものとする。
【００５７】
電子制御装置１６は、内燃機関１の温度が低温範囲の上限以下であるか否かを判断する（ステップＳ２）。内燃機関１の温度が低温範囲の上限以下であるか否かは、冷却水の水温が８０℃以下であるか否かに基づいて電子制御装置１６により判断される。
【００５８】
電子制御装置１６が、内燃機関１の温度が低温範囲の上限以下であると判断した場合は（ステップＳ２；ＹＥＳ）、電子制御装置１６は、内燃機関１の温度が低温範囲の下限未満であるか否かを判断する（ステップＳ３）。内燃機関１の温度が低温範囲の下限未満であるか否かは、冷却水の水温が２５℃未満であるか否かに基づいて電子制御装置１６により判断される。
【００５９】
電子制御装置１６が、内燃機関１の温度は低温範囲の下限未満であると判断した場合は（ステップＳ３；ＹＥＳ）、電子制御装置１６は、内燃機関１が低温範囲より低い極低温範囲にあると判断する。このため、電子制御装置１６は、直噴インジェクタ７から燃料を噴射することなく、ポート噴射インジェクタ６のみから燃料を噴射するために、ポート噴射比率ＲＱｐを１００％に設定する（ステップＳ４）。すなわち、電子制御装置１６は、目標となるポート噴射量Ｑｐを、要求燃料噴射量Ｑｆｉｎと同値に設定する。
【００６０】
そして、電子制御装置１６は、ポート噴射インジェクタ６からポート噴射量Ｑｐ（＝要求燃料噴射量Ｑｆｉｎ）分の燃料をポート噴射する（ステップＳ５）。これにより、電子制御装置１６は、内燃機関１が低温範囲より低温の極低温範囲にある場合に筒内噴射を停止するので、ＰＮの発生を極力抑制することができる。
【００６１】
また、電子制御装置１６が、内燃機関１の温度は低温範囲の下限以上であると判断した場合は（ステップＳ３；ＮＯ）、電子制御装置１６は、内燃機関１が低温範囲内にあると判断する。そして、電子制御装置１６は、要求燃料噴射量Ｑｆｉｎに対して、直噴インジェクタ７から燃料噴射を行う直噴総噴射比率ＲＱｄを算出する（ステップＳ６）。電子制御装置１６は、例えば、デポジット堆積抑制の要求や、エアフローメータ１９により検出された吸入空気量や、Ａ／Ｆや、触媒保護のために触媒温度を所定温度に抑えるための燃料量等に基づいて、要求燃料噴射量Ｑｆｉｎに対する直噴総噴射比率ＲＱｄを設定する。
【００６２】
そして、電子制御装置１６は、要求燃料噴射量Ｑｆｉｎに対して、圧縮行程後期において直噴インジェクタ７から燃料噴射を行う圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１を算出する（ステップＳ７）。電子制御装置１６は、例えば、機関回転速度および機関負荷といった機関運転状態、並びに直噴圧に基づき、直噴インジェクタ７における圧縮行程後期での目標となる燃料噴射量Ｑｄ１を、そのときの機関運転状態にとって最適な値とするための圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１を算出する。
【００６３】
さらに、電子制御装置１６は、直噴総噴射比率ＲＱｄが圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１より大きいか否かを判断する（ステップＳ８）。電子制御装置１６が、直噴総噴射比率ＲＱｄは圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１より大きいと判断した場合は（ステップＳ８；ＹＥＳ）、電子制御装置１６は、直噴総噴射量Ｑｄが圧縮行程後期での燃料噴射量Ｑｄ１より多くなると判断する。このため、電子制御装置１６は、直噴総噴射量Ｑｄから圧縮行程後期での燃料噴射量Ｑｄ１を差し引いた分の燃料を吸気行程前期に直噴インジェクタ７から噴射するように、直噴総噴射比率ＲＱｄから圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１を差し引いて、吸気前期噴射比率ＲＱｄ３として設定する（ステップＳ９）。
【００６４】
そして、電子制御装置１６は、要求燃料噴射比率ＲＱｆｉｎ（＝１００％）から直噴総噴射比率ＲＱｄを差し引いて、ポート噴射比率ＲＱｐを設定する（ステップＳ１０）。電子制御装置１６は、これら圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１、吸気前期噴射比率ＲＱｄ３、ポート噴射比率ＲＱｐに基づいて燃料噴射を実行する（ステップＳ５）。具体的には、電子制御装置１６は、圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１に基づいて算出した燃料噴射量Ｑｄ１分の燃料を圧縮行程後期において直噴インジェクタ７から噴射するとともに、吸気前期噴射比率ＲＱｄ３に基づいて算出した燃料噴射量Ｑｄ３分の燃料を吸気行程前期において直噴インジェクタ７から筒内噴射する。また、電子制御装置１６は、ポート噴射比率ＲＱｐに基づいて算出したポート噴射量Ｑｐ分の燃料をポート噴射インジェクタ６からポート噴射する。
【００６５】
これにより、電子制御装置１６は、燃料噴射量Ｑｄ１分の燃料を圧縮行程後期において直噴インジェクタ７から噴射するので、噴射燃料をシリンダ４０内の気流等により点火プラグ１２の周りに集めやすくなる。このため、電子制御装置１６は、シリンダ４０内の燃料に対する着火を良好なものとして、燃料の燃焼速度を速めることができるので、内燃機関１から排出されるＰＮを低減することができる。
【００６６】
また、電子制御装置１６は、直噴総噴射量Ｑｄがデポジット要求を考慮して燃焼用に必要な燃料噴射量Ｑｄ１より多く設定されても、直噴総噴射量Ｑｄのうち燃焼用の燃料噴射量Ｑｄ１を超える分の燃料噴射量Ｑｄ３を圧縮行程後期に先立つ吸気行程前期で筒内噴射することができる。このため、電子制御装置１６は、シリンダ４０内での燃焼性を悪化することなく、直噴インジェクタ７のノズルでのデポジット堆積を低減することができる。
【００６７】
また、電子制御装置１６が、直噴総噴射比率ＲＱｄは圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１より大きくないと判断した場合は（ステップＳ８；ＮＯ）、電子制御装置１６は、直噴総噴射量Ｑｄが圧縮行程後期での燃料噴射量Ｑｄ１より多くならないと判断する。このため、電子制御装置１６は、圧縮行程後期での燃料噴射量Ｑｄ１を直噴総噴射量Ｑｄと同値に設定するために、圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１を直噴総噴射比率ＲＱｄと同値に設定する（ステップＳ１１）。
【００６８】
そして、電子制御装置１６は、要求燃料噴射比率ＲＱｆｉｎ（＝１００％）から直噴総噴射比率ＲＱｄを差し引いて、ポート噴射比率ＲＱｐを設定する（ステップＳ１０）。電子制御装置１６は、これら圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１およびポート噴射比率ＲＱｐに基づいて燃料噴射を実行する（ステップＳ５）。具体的には、電子制御装置１６は、圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１に基づいて算出した燃料噴射量Ｑｄ１分の燃料を圧縮行程後期において直噴インジェクタ７から噴射するとともに、ポート噴射比率ＲＱｐに基づいて算出したポート噴射量Ｑｐ分の燃料をポート噴射インジェクタ６からポート噴射する。
【００６９】
これにより、電子制御装置１６は、燃料噴射量Ｑｄ１分の燃料を圧縮行程後期において直噴インジェクタ７から噴射するので、噴射燃料をシリンダ４０内の気流等により点火プラグ１２の周りに集めやすくなる。このため、電子制御装置１６は、シリンダ４０内の燃料に対する着火を良好なものとして、燃料の燃焼速度を速めることができるので、内燃機関１から排出されるＰＮを低減することができる。
【００７０】
また、電子制御装置１６が、内燃機関１の温度が低温範囲の上限未満であると判断した場合は（ステップＳ２；ＮＯ）、電子制御装置１６は、例えば、燃費を重視して筒内噴射およびポート噴射を噴き分けする。すなわち、内燃機関１の温度が低温範囲より高い通常の温度であるので、電子制御装置１６は、低温時の特別な運転を考慮する必要がなく、燃費を重視した公知のあるいは新規の噴射方式を採用することができる。
【００７１】
本実施の形態では、電子制御装置１６は、直噴インジェクタ７から燃料噴射を行う直噴総噴射量Ｑｄを算出する（ステップＳ１２）。電子制御装置１６は、例えば、エアフローメータ１９により検出された吸入空気量や、Ａ／Ｆや、触媒保護のために触媒温度を所定温度に抑えるための燃料量等に基づいて、直噴総噴射量Ｑｄを設定する。
【００７２】
そして、電子制御装置１６は、圧縮行程で噴射する目標である分割噴射量Ｑｄ１を算出する（ステップＳ１３）。具体的には、電子制御装置１６は、機関回転速度および機関負荷といった機関運転状態、並びに直噴圧に基づき、直噴インジェクタ７における圧縮行程での分割噴射量Ｑｄ１をそのときの機関運転状態にとって最適な値とするための第１燃料噴射期間ｄ１を算出する。そして、電子制御装置１６は、第１燃料噴射期間ｄ１に直噴圧を乗算することで目標となる分割噴射量Ｑｄ１を算出する。その後、電子制御装置１６は、分割噴射量Ｑｄ１が直噴総噴射量Ｑｄ以下であるか否かを判断する。ここで、電子制御装置１６が肯定判定すれば、電子制御装置１６は分割噴射量Ｑｄ１を維持し、電子制御装置１６が否定判定をすれば、電子制御装置１６は分割噴射量Ｑｄ１を直噴総噴射量Ｑｄで置き換える。
【００７３】
電子制御装置１６は、吸気行程後期での分割噴射量Ｑｄ２を算出する（ステップＳ１４）。具体的には、電子制御装置１６は、直噴総噴射量Ｑｄから分割噴射量Ｑｄ１を減算した値である残量Ｑ１を算出する。電子制御装置１６は、直噴インジェクタ７における吸気行程後期での分割噴射量Ｑｄ２をそのときの機関運転状態にとって最適な値とするための第２燃料噴射期間ｄ２を算出する。そして、電子制御装置１６は、第２燃料噴射期間ｄ２に直噴圧を乗算することで目標となる分割噴射量Ｑｄ２を算出する。その後、電子制御装置１６は、分割噴射量Ｑｄ２が残量Ｑ１以下であるか否かを判断する。ここで、電子制御装置１６が肯定判定すれば、電子制御装置１６は分割噴射量Ｑｄ２を維持し、電子制御装置１６が否定判定をすれば、電子制御装置１６は分割噴射量Ｑｄ２を残量Ｑ１で置き換える。
【００７４】
電子制御装置１６は、吸気行程前期での分割噴射量Ｑｄ３を算出する（ステップＳ１５）。具体的には、電子制御装置１６は、残量Ｑ１から分割噴射量Ｑｄ２を減算した値である残量Ｑ２を算出する。電子制御装置１６は、直噴インジェクタ７における吸気行程前期での分割噴射量Ｑｄ３をそのときの機関運転状態にとって最適な値とするための第３燃料噴射期間ｄ３を算出する。そして、電子制御装置１６は、第３燃料噴射期間ｄ３に直噴圧を乗算することで目標となる分割噴射量Ｑｄ３を算出する。その後、電子制御装置１６は、分割噴射量Ｑｄ３が残量Ｑ２以下であるか否かを判断する。ここで、電子制御装置１６が肯定判定すれば、電子制御装置１６は分割噴射量Ｑｄ３を維持し、電子制御装置１６が否定判定をすれば、電子制御装置１６は分割噴射量Ｑｄ３を残量Ｑ２で置き換える。
【００７５】
さらに、電子制御装置１６は、ポート噴射量Ｑｐを算出する（ステップＳ１６）。具体的には、電子制御装置１６は、分割噴射量Ｑｄ１〜Ｑｄ３を要求燃料噴射量Ｑｆｉｎから減算して残量Ｑ３を算出し、その残量Ｑ３をポート噴射インジェクタ６での燃料噴射における目標となるポート噴射量Ｑｐとして設定する。
【００７６】
そして、電子制御装置１６は、圧縮行程後期において分割噴射量Ｑｄ１分の燃料を直噴インジェクタ７から噴射し、吸気行程前期において分割噴射量Ｑｄ３分の燃料を直噴インジェクタ７から筒内噴射し、ポート噴射量Ｑｐ分の燃料をポート噴射インジェクタ６からポート噴射する（ステップＳ５）。
【００７７】
以上のように、本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、電子制御装置１６は、内燃機関１の温度が低温範囲内である場合は、圧縮行程後期において直噴インジェクタ７から燃料を噴射する。これにより、電子制御装置１６は、吸気行程で燃料を噴射する場合に比べて、噴射燃料をシリンダ４０内の気流等により点火プラグ１２の周りに集めやすくなる。このため、電子制御装置１６は、シリンダ４０内の燃料に対する着火を良好なものとして、燃料の燃焼速度を速めることができるので、内燃機関１から排出されるＰＮを低減することができる。
【００７８】
また、本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、電子制御装置１６は、圧縮行程の中でもピストン１３が上死点に近い圧縮行程後期において筒内噴射を行うので、圧縮行程前期で筒内噴射する場合に比べて燃焼までの時間が短くなる。このため、電子制御装置１６は、噴射燃料を点火プラグ１２の周りに高濃度に集中させて燃焼させるようになり、燃料の燃焼速度をより速めることができるので、内燃機関から排出されるＰＮをさらに低減することができる。
【００７９】
また、本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、電子制御装置１６は、例えばデポジット堆積防止のために燃焼用の燃料噴射量Ｑｄ１以上の燃料噴射量が直噴総噴射量Ｑｄとして要求された場合には、直噴総噴射量Ｑｄから燃料噴射量Ｑｄ１を差し引いた分の燃料を吸気行程前期において筒内噴射する。これにより、電子制御装置１６は、直噴総噴射量Ｑｄのうち燃焼用の燃料噴射量Ｑｄ１を超える分の燃料噴射量Ｑｄ３を圧縮行程に先立つ吸気行程で筒内噴射するので、シリンダ４０内での燃料と空気の均質性を維持したまま圧縮行程に移行する。よって、電子制御装置１６は、直噴インジェクタ７のノズルでのデポジット堆積を低減しながら、圧縮行程でのシリンダ４０内の燃料と空気の均質性および燃料噴射量Ｑｄ１を適正に維持できるので、燃焼速度を早めて内燃機関１から排出されるＰＮの低減を実現することができる。
【００８０】
また、本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、電子制御装置１６は、吸気行程の中でもピストン１３が上死点に近い吸気行程前期において筒内噴射を行うので、吸気行程後期で筒内噴射する場合に比べて燃焼までの時間が長くなる。このため、電子制御装置１６は、燃料および空気を気筒内で拡散させる時間を長く確保できるので、圧縮行程で筒内噴射が行われる直前までにシリンダ４０内の燃料および空気の均質性を向上して、燃焼速度を早めて内燃機関１から排出されるＰＮの低減を実現することができる。
【００８１】
また、本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、内燃機関１は、直噴インジェクタ７に加えて、吸気ポート２ａと、ポート噴射インジェクタ６と、を備えている。このため、内燃機関の燃料噴射制御装置は、内燃機関１が直噴インジェクタ７とポート噴射インジェクタ６との２種類のインジェクタを有するデュアルタイプの燃料噴射方式を採用する内燃機関１に適用されることができる。
【００８２】
また、本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、電子制御装置１６は、内燃機関１の温度が低温範囲より低い場合は、ポート噴射インジェクタ６のみから燃料を噴射する。このため、電子制御装置１６は、内燃機関１が低温範囲より低温の極低温範囲にある場合に筒内噴射を停止するので、ＰＮの発生を極力抑制することができる。
【００８３】
ここで、筒内噴射によれば、圧縮行程での燃料噴射によりピストン１３の頂部に燃料を噴き付けて点火プラグ１２の周囲に混合気を充填して燃焼させることにより、ＰＮ低減効果を得ることができる。これに対し、内燃機関１の温度が低温範囲より低い極低温状態であると、圧縮行程で噴射されてピストン１３に当たった燃料がそのままピストン１３に付着し、ＰＮ発生源となってしまう恐れがある。このため、本実施の形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、極低温状態においてポート噴射を採用することにより、ＰＮの発生を極力抑制できる。
【００８４】
上述した本実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御装置においては、電子制御装置１６は、内燃機関１が低温範囲にある場合に各噴射量を要求燃料噴射量Ｑｆｉｎに対する比率により表して処理する場合について説明した。しかしながら、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置においては、これに限られず、例えば、電子制御装置１６は、内燃機関１の比率を特に考慮せず、噴射量のままで処理するようにしてもよい。
【００８５】
また、本実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御装置においては、電子制御装置１６は、内燃機関１が低温範囲にある場合に圧縮行程後期に筒内噴射する場合について説明した。しかしながら、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置においては、これに限られず、例えば、電子制御装置１６は、内燃機関１が低温範囲にある場合に圧縮行程前期に筒内噴射するようにしてもよい。
【００８６】
また、本実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御装置においては、電子制御装置１６は、内燃機関１が低温範囲にあるとともに、直噴総噴射比率ＲＱｄが圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１より大きい場合に圧縮行程に加えて吸気行程前期にも筒内噴射する場合について説明した。しかしながら、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置においては、これに限られず、例えば、電子制御装置１６は、内燃機関１が低温範囲にあるとともに、直噴総噴射比率ＲＱｄが圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１より大きい場合に、圧縮行程に加えて吸気行程後期にも筒内噴射するようにしてもよい。
【００８７】
また、本実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御装置においては、直噴インジェクタ７とポート噴射インジェクタ６とを有するデュアルタイプの燃料噴射方式を採用する内燃機関１に適用する場合について説明した。しかしながら、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置においては、これに限られず、例えば、噴射インジェクタとしてはポート噴射インジェクタ６を有さずに直噴インジェクタ７のみを有する直噴型の内燃機関に適用するようにしてもよい。
【００８８】
以上のように、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、直噴インジェクタにより筒内噴射を実施可能な内燃機関において、排出されるＰＮを従来よりも低減できるという効果を奏するものであり、内燃機関の燃料噴射制御装置に有用である。
【実施例】
【００８９】
上述した内燃機関１において、各種の運転状態における動作を確認した。
【００９０】
（実施例１）
低温範囲にある内燃機関１において、電子制御装置１６は、直噴総噴射比率ＲＱｄを１０％と設定し、圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１を１０％と設定した。
【００９１】
これにより、直噴総噴射比率ＲＱｄ＝圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１となったので、電子制御装置１６は、圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１を１０％とし、ポート噴射比率ＲＱｐをＲＱｆｉｎ−ＲＱｄ＝１００−１０＝９０％とした。これにより、電子制御装置１６は、圧縮行程後期において１０％の燃料を筒内噴射し、９０％の燃料をポート噴射した。
【００９２】
その結果、ポート噴射比率ＲＱｐを１００％にした場合に比べて、ＰＮの排出を６０％低減することができた。
【００９３】
（実施例２）
低温範囲にある内燃機関１において、電子制御装置１６は、直噴総噴射比率ＲＱｄを２０％と設定し、圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１を１０％と設定した。
【００９４】
これにより、直噴総噴射比率ＲＱｄ＞圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１となったので、電子制御装置１６は、圧縮後期噴射比率ＲＱｄ１を１０％に維持し、吸気前期噴射比率ＲＱｄ３をＲＱｄ−ＲＱｄ１＝２０−１０＝１０％に設定し、ポート噴射比率ＲＱｐをＲＱｆｉｎ−ＲＱｄ＝１００−２０＝８０％とした。電子制御装置１６は、圧縮行程後期において１０％の燃料を筒内噴射し、吸気行程前期において１０％の燃料を筒内噴射し、８０％の燃料をポート噴射した。
【００９５】
その結果、圧縮行程後期において筒内噴射する燃料量を１０％に維持できたことから、実施例１と同様に、ポート噴射比率ＲＱｐを１００％にした場合に比べて、ＰＮの排出を６０％低減することができた。
【符号の説明】
【００９６】
１  内燃機関
２ａ  吸気ポート
６  ポート噴射インジェクタ
７  直噴インジェクタ
１６  電子制御装置（内燃機関の燃料噴射制御装置）
４０  シリンダ（気筒）
Ｑｄ  直噴総噴射量
Ｑｄ１  圧縮行程における分割噴射量
Ｑｄ２  吸気行程後期における分割噴射量
Ｑｄ３  吸気行程前期における分割噴射量
Ｑｆｉｎ  要求燃料噴射量
Ｑｐ  ポート噴射量
【図１】
2013209935.tif 000003
【図２】
2013209935.tif 000004
【図３】
2013209935.tif 000005