(57)【要約】【課題】機関の排気中に含まれる排気微粒子を低減する。【解決手段】制御装置２０は、１サイクル中の燃料を複数回に分割して噴射する筒内直接噴射式の燃料噴射弁を有する内燃機関を制御する。制御装置２０は、内燃機関の運転状態に応じて目標空燃比を設定する設定部（ステップＳ９１３）と、目標空燃比と吸入空気量と機関回転速度とに基づいて１サイクル中の燃料噴射量を算出する算出部（ステップＳ９１４）と、を含む。そして制御装置２０は、目標空燃比に基づいて空燃比リッチ制御であるか否かを判定する判定部（ステップＳ９１５）と、空燃比リッチ制御であるときは、燃料噴射量が同一の空燃比ストイキ制御よりも多くなるように１サイクル中の噴射回数を決定する決定部（ステップＳ９１６）と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１サイクル中の燃料を複数回に分割して噴射する筒内直接噴射式の燃料噴射弁を有する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態に応じて目標空燃比を設定する設定部と、
前記目標空燃比と吸入空気量と機関回転速度とに基づいて１サイクル中の燃料噴射量を算出する算出部と、
前記目標空燃比に基づいて空燃比リッチ制御であるか否かを判定する判定部と、
空燃比リッチ制御であるときは、燃料噴射量が同一の空燃比ストイキ制御よりも多くなるように１サイクル中の噴射回数を決定する決定部と、
前記決定部によって決定された噴射回数に基づいて前記燃料噴射弁を制御する噴射弁制御部と、
を含む内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の機関の制御装置において、
前記決定部は、目標空燃比に応じて噴射回数を増減させる、
内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の機関の制御装置において、
前記決定部は、目標空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に乖離するほど、噴射回数を増やす、
内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の機関の制御装置において、
前記決定部によって決定される噴射回数は、燃焼室内の空燃比分布の改善に必要な最小限の噴射回数である、
内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の機関の制御装置において、
前記燃料噴射弁制御部は、前記燃料噴射弁の最小噴射量によって定められる噴射回数により、燃料噴射量の噴射回数を制限する、
内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の機関の制御装置において、
前記決定部は、機関回転速度に基づいて噴射回数を補正する、
内燃機関の制御装置。
【請求項７】
１サイクル中の燃料を複数回に分割して噴射する筒内直接噴射式の燃料噴射弁を有する内燃機関の燃料噴射制御方法であって、
機関の運転状態に応じて目標空燃比を設定する設定工程と、
吸入空気量と機関回転速度と目標空燃比とに基づいて１サイクル中の燃料噴射量を算出する算出工程と、
前記目標空燃比に基づいて空燃比リッチ制御であるか否かを判定する判定工程と、
空燃比リッチ制御であるときは、燃料噴射量が同一の空燃比ストイキ制御よりも多くなるように１サイクル中の噴射回数を決定する決定工程と、
前記決定部によって決定された噴射回数に基づいて前記燃焼噴射弁を制御する噴射弁制御工程と、
を含む内燃機関の燃料噴射制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筒内直接噴射式の内燃機関を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、機関温度に応じて機関１回転あたりの燃料を複数回に分けて噴射する燃料噴射装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−３２２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した従来の燃料噴射装置は、燃料噴射量によって噴射回数を変更するので、機関の運転状態によっては、排気中に含まれる排気微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）が増加する場合がある。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、排気中に含まれる排気微粒子を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００７】
本発明による制御装置は、１サイクル中の燃料を複数回に分割して噴射する筒内直接噴射式の燃料噴射弁を有する内燃機関を制御する制御装置である。制御装置は、内燃機関の運転状態に応じて目標空燃比を設定する設定部と、目標空燃比と吸入空気量と機関回転速度とに基づいて１サイクル中の燃料噴射量を算出する算出部と、を含む。そして制御装置は、目標空燃比に基づいて空燃比リッチ制御であるか否かを判定する判定部と、空燃比リッチ制御であるときは、燃料噴射量が同一の空燃比ストイキ制御よりも多くなるように１サイクル中の噴射回数を決定する決定部と、決定部によって決定された噴射回数に基づいて燃料噴射弁を制御する噴射弁制御部と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この態様によれば、噴射量ごとに目標空燃比に基づいて噴射回数を決定するので、筒内の混合気の均一度が向上し、排気中に含まれる排気微粒子を低減することができる。
【０００９】
本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態における内燃機関を示す図である。
【図２】図２は、内燃機関の燃料噴射制御方法を示すフローチャートである。
【図３】図３は、１サイクル中の噴射回数と空燃比との関係を示す図である。
【図４】図４は、複数回の燃料噴射による燃焼室内の空燃比の分布を示す図である。
【図５】図５は、機関回転速度と噴射回数の補正係数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態における内燃機関を示す図である。
【００１２】
内燃機関１は、筒内直接噴射火花点火式の内燃機関であり、例えば、車両に搭載される。内燃機関１は、多気筒を有する。なお、図１では説明の便宜上、１つの気筒だけが示されている。
【００１３】
内燃機関１は、シリンダヘッド１Ａとシリンダブロック１Ｂとを含んで構成される。シリンダブロック１Ｂに設けられたシリンダ１１には、ピストン１０が往復運動可能に収められている。シリンダ１１の壁面とピストン１０の冠面とシリンダヘッド１Ａの下面とで燃焼室１４が画成される。
【００１４】
シリンダヘッド１Ａには、点火栓８と燃料噴射弁９が燃焼室１４に臨んで配置される。燃料噴射弁９は、筒内直接噴射式のインジェクタである。燃料噴射弁９は、１サイクル中の燃料を複数回に分割して噴射する。
【００１５】
また、シリンダヘッド１Ａには、吸気通路２及び排気通路３が形成されている。吸気通路２及び排気通路３はいずれも開口している。排気通路３の開口部は、排気弁７によって開閉される。排気弁７は、排気カムシャフト５によって駆動される。
【００１６】
一方、吸気通路２の開口部は、吸気弁６によって開閉される。吸気弁６は、吸気カムシャフト４によって駆動される。吸気カムシャフト４は、バルブタイミングを変更可能な可変動弁機構を備える。
【００１７】
吸気通路２には、コレクタタンク１３が介装される。コレクタタンク１３の吸気流れ上流側にはスロットルバルブ１２が配置される。
【００１８】
コントローラー２０は、スロットルバルブ１２の開閉制御、燃料噴射弁９の噴射タイミングや噴射量等の燃料噴射制御、及び点火栓８の点火時期制御を実行する。
【００１９】
コントローラー２０は、スロットル開度センサー２１、クランク角センサー２２や燃圧センサー２３等の検出信号に基づいて上記各制御を実行する。コントローラー２０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏインターフェース）を備えたマイクロコンピューターで構成される。例えば、複数のマイクロコンピューターでコントローラー２０を構成してもよい。
【００２０】
コントローラー２０は、内燃機関１の燃料噴射量に応じて１サイクル中の燃料噴射弁９の噴射回数を変更する。このような燃料噴射制御においては、同じ燃料噴射量で噴射する場合であっても、内燃機関の空燃比制御によって燃焼室内の混合気が不均一になる場合がある。混合気が不均一な状態で点火すると、多量の排気微粒子（ＰＭ）が排気中に含まれてしまい、排気微粒子の数（ＰＭＰＮ）が増加することがある。
【００２１】
そこで、本発明では、燃料噴射量ごとに、目標空燃比に基づいて１サイクル中の噴射回数を決定する。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態に係る燃料噴射制御方法のフローチャートを示す図である。図２では、コントローラー２０による燃料噴射弁９の噴射回数を決定する噴射回数決定ルーチンが示されている。
【００２３】
まず、ステップＳ９１１において、コントローラー２０は、スロットル開度センサー２１の検出信号に基づいて燃焼室１４への吸入空気量Ｑａを算出する。これとともにコントローラー２０は、クランク角センサー２２の検出信号に基づいて機関回転速度Ｎｅを算出する。
【００２４】
ステップＳ９１２においてコントローラー２０は、吸入空気量Ｑａと機関回転速度Ｎｅとに基づいて、基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを算出する。なお、噴射パルス幅は、燃料噴射量によって決まる。
【００２５】
ステップＳ９１３においてコントローラー２０は、内燃機関１の運転状態に応じて目標空燃比ＴａｒｇｅｔＡ/Ｆを設定する。
【００２６】
本実施形態の内燃機関１は、始動から所定期間は成層ストイキ燃焼形態で運転され、所定期間経過後は均質ストイキ燃焼形態で運転される。内燃機関１が成層ストイキ燃焼形態から均質ストイキ燃焼形態に切り換えられるときには、機関トルクの連続性と燃焼安定性を確保するため、一時的に内燃機関１の空燃比はリッチ側に調整される。
【００２７】
このため、コントローラー２０は、内燃機関１を成層ストイキ燃焼形態から均質ストイキ燃焼形態へ移行するときには、一時的に目標空燃比をリッチ側に設定する。また、均質ストイキ燃焼形態へ移行後においても、コントローラー２０は、加速運転初期や、燃料カットからの燃料噴射の再開直後などに目標空燃比をリッチ側に設定する。
【００２８】
ステップＳ９１４においてコントローラー２０は、次式により、基本燃料噴射パルス幅Ｔｐと目標空燃比ＴａｒｇｅｔＡ/Ｆと理論空燃比（１４．７）とを用いて燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出する。
【００２９】
（数１）
Ｔｉ  ＝  Ｔｐ  ×  （１４．７  ／  ＴａｒｇｅｔＡ/Ｆ）
【００３０】
ステップＳ９１５においてコントローラー２０は、目標空燃比に基づいて空燃比リッチ制御であるか否かを判定する。例えば、コントローラー２０は、目標空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチ側であるときは、内燃機関１の空燃比制御を空燃比リッチ制御と判定する。またコントローラー２０は、目標空燃比が理論空燃比と一致したときは、空燃比ストイキ制御と判定する。
【００３１】
ステップＳ９１０においてコントローラー２０は、目標空燃比が理論空燃比と一致したときは、１サイクル中の燃料噴射弁９の噴射回数を、空燃比ストイキ制御時の噴射回数に決定する。本実施形態では空燃比ストイキ制御時の噴射回数は、燃料噴射量Ｔｉにかかわらず１回に設定される。
【００３２】
一方、コントローラー２０は、目標空燃比がリッチ側であるときは、燃料噴射量が同一の空燃比ストイキ制御よりも多くなるように、空燃比リッチ制御時の噴射回数を決定する。具体的にはステップＳ９１６〜ステップＳ９２０の処理を実行する。
【００３３】
ステップＳ９１６においてコントローラー２０は、燃料噴射パルス幅Ｔｉと、目標空燃比ＴａｒｇｅｔＡ/Ｆとに基づいて、燃料噴射弁９の基本噴射回数Ｎ０を算出する。
【００３４】
本実施形態では、コントローラー２０は、燃料噴射量ごとに、目標空燃比に応じて基本噴射回数Ｎ０を増減させる。すなわち、コントローラー２０は、同一の燃料噴射量において、目標空燃比が理論空燃比よりもリッチ側へ乖離するほど、基本噴射回数Ｎ０を増やす。このように、燃料噴射弁９の噴射回数を多くするほど、燃焼室１４における局所的なリッチが改善されるので、排気中に含まれるＰＭは減少する。
【００３５】
コントローラー２０で算出される基本噴射回数Ｎ０は、燃焼室内の空燃比分布の改善に必要な最小限の噴射回数である。通常、排気中に含まれるＰＭの減少量は、一定の噴射回数を超えるとほとんど減少しなくなる。そのため、排気中のＰＭ減少効果が得られる噴射回数のうち最小限の回数に設定することによって、燃料噴射弁９の噴射回数を少なくし、噴射回数の増加に起因する燃料噴射弁９の故障の発生を抑制する。
【００３６】
本実施形態では、燃料噴射量と空燃比と噴射回数とが互いに対応付けられた噴射制御マップが、コントローラー２０に予め記録されている。そしてコントローラー２０は、空燃比リッチ制御のときは、燃料噴射パルス幅Ｔｉと目標空燃比ＴａｒｇｅｔＡ/Ｆとに基づいて噴射制御マップに対応付けられた噴射回数を取得する。なお、噴射制御マップについては図３を参照して後述する。
【００３７】
ステップＳ９１７においてコントローラー２０は、機関回転速度Ｎｅに基づいて噴射回数の補正値Ｎ１を算出する。なお、噴射回数の補正値は、以下「加算係数」と称する。
【００３８】
本実施形態では、コントローラー２０は、機関回転速度Ｎｅが低いほど、大きな加算係数Ｎ１を算出する。一般的に、機関回転速度Ｎｅが低くなるほど、燃焼室内のガスの流動性が低くなって局所的にリッチな混合気が発生しやすくなる。そのため、機関回転速度Ｎｅに応じて加算係数を増減させることにより、燃焼室内の混合気の不均一性を改善する。
【００３９】
本実施形態では、機関回転速度と噴射回数の加算係数とが互いに対応付けられた噴射補正マップが、コントローラー２０に予め記録されている。そしてコントローラー２０は、噴射補正マップを参照して、機関回転数Ｎｅに対応付けられた加算係数Ｎ１を取得する。なお、噴射補正マップについては図５を参照して後述する。
【００４０】
ステップＳ９１８においてコントローラー２０は、噴射回数の加算係数Ｎ１によって基本噴射回数Ｎ０を補正して噴射回数Ｎを算出する。具体的にはコントローラー２０は、基本噴射回数Ｎ０に加算係数Ｎ１を加えた噴射回数Ｎを算出する。
【００４１】
ステップＳ９１９においてコントローラー２０は、燃料噴射パルス幅Ｔｉを、燃料噴射弁９による１回の最小噴射量（パルス幅）Ｔｍｉｎにより除算して噴射回数の上限値Ｎｌｉｍを算出する。そしてコントローラー２０は、燃料噴射弁９の噴射回数に上限値Ｎｌｉｍを設定する。これにより、燃料噴射弁９による必要以上の噴射を回避できるので、燃料噴射弁９の耐久性の観点から老朽化を抑えることができる。
【００４２】
ステップＳ９２０においてコントローラー２０は、噴射回数Ｎが上限値Ｎｌｉｍを超えるか否かを判断する。そしてコントローラー２０は、噴射回数Ｎが上限値Ｎｌｉｍを超えない場合には、燃料噴射弁９の噴射回数をＮに決定する。
【００４３】
一方、ステップＳ９２１においてコントローラー２０は、噴射回数Ｎが上限値Ｎｌｉｍを超える場合には、燃料噴射弁９の噴射回数をＮｌｉｍに制限する。そしてコントローラー２０はステップＳ９１０、Ｓ９１８又はＳ９２１で決定された噴射回数Ｎに基づいて燃料噴射弁９を制御する。
【００４４】
燃料噴射決定ルーチンが終了すると、例えば、図示しない他のルーチンにおいて、コントローラー２０が、噴射回数Ｎに基づいて各噴射（例えば、１回目の噴射、２回目の噴射）の燃料噴射パルス幅を決定し、決定された燃料噴射パルス幅によって燃料噴射弁９から燃焼室１４に燃料噴射量Ｔｉが複数回に分けて噴射される。
【００４５】
図３は、噴射領域ごとに噴射回数が対応付けられた噴射制御マップを示す観念図である。図３には、燃料噴射領域Ｔｉと目標空燃比ＴａｒｇｅｔＡ/Ｆとによって定められた１段噴射領域、２段噴射領域、３段噴射領域、４段噴射領域がそれぞれ示されている。
【００４６】
１段噴射領域の基本噴射回数Ｎ０には「１」が対応付けられている。２段噴射領域の基本噴射回数Ｎ０には「２」が対応付けられている。３段噴射領域の基本噴射回数Ｎ０には「３」が対応付けられている。４段噴射領域の基本噴射回数Ｎ０には「４」が対応付けられている。
【００４７】
噴射制御マップでは、同一の噴射量において、目標空燃比の理論空燃比からリッチ側への乖離が大きいほど、噴射回数が大きくなり、かつ、燃料噴射量Ｔｉが小さいほど、噴射回数が小さくなる。また、排気中のＰＭを減少させるのに必要な最小の噴射回数が各噴射領域に対応付けられている。噴射制御マップは、例えば、実験データなどによって予め定められている。
【００４８】
図３に示すように、本実施形態では、空燃比がストイキ状態（１４．７）のとき、燃料噴射量Ｔｉにかかわらず噴射回数を１回に設定している。これは、空燃比がストイキ状態の場合、噴射回数を増やしてもＰＭ改善効果があまり大きく変化しないためである。ただし、空燃比がストイキ状態のときも、燃料噴射量Ｔｉに応じて噴射回数を複数回に設定してもよい。
【００４９】
このように、コントローラー２０は、空燃比リッチ制御であるときは、噴射制御マップを参照して、燃料噴射量Ｔｉと目標空燃比ＴａｒｇｅｔＡ/Ｆとによって噴射領域を特定し、特定された噴射領域に対応付けられた噴射回数を取得する。そしてコントローラー２０は、目標空燃比に応じて噴射回数を増やすように、燃料噴射弁９を制御する。
【００５０】
図４は、燃料噴射弁９の噴射回数の増加による燃焼室内の空燃比の分布の改善を示す図である。
【００５１】
図４では、実線によって、空燃比リッチ制御での３回噴射による混合気の空燃比分布が示され、破線によって、１回噴射による混合気の空燃比分布が示されている。また、横軸は当量比（＝１４．７／目標空燃比）を示し、縦軸は燃焼室内における混合気の空燃比の度数を示す。
【００５２】
図４に示すように、燃料噴射弁９による３回噴射では、１回噴射に比べて燃焼室内の空燃比の度数のピークが高くなり、燃焼室内の燃料分布の均一性が向上する。すなわち、斜線部分の空燃比の分布が改善する。これにより、燃焼室１４から排出されるガス中のＰＭを減らすことができる。
【００５３】
図５は、機関回転速度に応じて噴射回数の加算係数Ｎ１が対応付けられた噴射補正マップを示す観念図である。
【００５４】
噴射補正マップには、機関回転数Ｎｅが低くなるほど、噴射回数の加算係数Ｎ１が「０」、「１」、「２」の順に設定されている。すなわち、機関回転速度Ｎｅが低いほど、大きな加算係数Ｎ１が噴射補正マップに対応付けられている。
【００５５】
このように、噴射補正マップを用いることで、機関回転速度Ｎｅが低いほど、噴射回数を多くすることができる。これにより、機関回転速度Ｎｅが低く燃焼室内のガスの流動性が低いときには、噴射回数を増やして燃焼室内の燃料分布の不均一な状態をより確実に改善させることができる。
【００５６】
本発明の実施形態によれば、コントローラー２０は、目標空燃比に基づいて空燃比リッチ制御であるか否かを判定し、空燃比リッチ制御であるときは、燃料噴射量が同一の空燃比ストイキ制御よりも多くなるように１サイクル中の噴射回数を決定する。そしてコントローラー２０は、決定された噴射回数に基づいて燃料噴射弁９を制御する。
【００５７】
これにより、同じ燃料噴射量ごとに目標空燃比に基づいて１サイクル中の噴射回数を増やすため、燃焼室内の混合気の均一度が向上し、排気中に含まれるＰＭ（排気微粒子）を低減することができる。
【００５８】
また、本実施形態では、コントローラー２０は、目標空燃比に応じて噴射回数を増減させる。これにより、目標空燃比によって変わる燃焼室内の混合気の不均一性に合わせて噴射回数を調整することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、コントローラー２０は、目標空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に乖離するほど噴射回数を増やす。目標空燃比がリッチ側に乖離するほど、燃焼室内の混合気が不均一になりやすくなる。このため、目標空燃比のリッチ側への乖離度に応じて噴射回数を増やすことによって、局所的にリッチな混合気の発生をより確実に防ぐことができる。
【００６０】
また、本実施形態では、燃料噴射弁９の噴射回数は、コントローラー２０によって燃焼室内の空燃比分布の改善に必要な最小限の噴射回数に決定される。これにより、燃料噴射弁９による過剰な噴射回数の増加を抑制することができるので、燃料噴射弁９の作動劣化を抑えることができる。
【００６１】
また、本実施形態では、コントローラー２０は、燃料噴射弁９の最小噴射量によって定められる噴射回数により、燃料噴射量の噴射回数を制限する。これにより、燃料噴射量が不足することを防ぐことができる。また、最小噴射パルスが成立する許容範囲に噴射回数が設定されるので、製造誤差による燃料噴射量にバラツキがあっても許容範囲内に収めることが可能となり、燃料噴射量のバラツキに起因する燃焼変動を抑制することができる。したがって、燃焼安定性を向上させることが可能となる。
【００６２】
また、本実施形態では、コントローラー２０は、機関回転速度に基づいて噴射回数を補正する。このため、コントローラー２０は、機関回転速度が低いときには、燃焼室内の混合気の流動性が低くなるので、噴射回数を増加させることが可能となる。これにより、燃焼室内の混合気の流動性が低いときにも、空燃比の分布をより確実に改善することができる。
【００６３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００６４】
なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１    内燃機関
９    燃料噴射弁
２０    コントローラー（制御装置）
ステップＳ９１３    設定部（設定工程）
ステップＳ９１４    算出部（算出工程）
ステップＳ９１５    判定部（判定工程）
ステップＳ９１６からステップＳ９１８    決定部（決定工程）
ステップＳ９１９からステップＳ９２１    噴射弁制御部（噴射弁制御工程）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2016029264.tif 000005
【図４】
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【図５】
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