(57)【要約】【課題】排気通路に２次的な空気を供給させつつ、触媒の浄化効率を向上させることを可能とする。【解決手段】内燃機関の制御装置（１）は、気筒内に第１所定量の燃料を噴射可能な第１燃料噴射手段（１１ｄ）と、吸気通路内に第２所定量の燃料を噴射可能な第２燃料噴射手段（１１ｐ）と、排気通路に設けられ、排気ガスを浄化する排気浄化手段と、排気通路に２次的な空気を供給可能な空気供給手段（２９）と、第１所定量及び前記第２所定量を合計した全噴射量に対する第１所定量の第１割合並びに全噴射量に対する第２所定量の第２割合を変化させるように、第１燃料噴射手段又は第２燃料噴射手段を制御することに加えて、２次的な空気を供給させる場合における第１割合を、２次的な空気を供給させない場合における第１割合と比較して大きくなるように第１燃料噴射手段又は第２燃料噴射手段を制御する制御手段（３０）とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内に第１所定量の燃料を噴射可能な第１燃料噴射手段と、
前記内燃機関の吸気通路内に第２所定量の燃料を噴射可能な第２燃料噴射手段と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスを浄化する排気浄化手段と、
前記排気通路に２次的な空気を供給可能な空気供給手段と、
前記第１所定量及び前記第２所定量を合計した全噴射量に対する前記第１所定量の第１割合並びに前記全噴射量に対する前記第２所定量の第２割合を変化させるように、前記第１燃料噴射手段及び前記第２燃料噴射手段のうち少なくとも一方の噴射手段を制御することに加えて、前記２次的な空気を供給させる場合における前記第１割合を、前記２次的な空気を供給させない場合における前記第１割合と比較して大きくなるように前記少なくとも一方の噴射手段を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、更に、前記２次的な空気を供給させる場合における前記内燃機関の圧縮行程の上死点に近づける時期に噴射する燃料の前記第１所定量を、前記２次的な空気を供給させない場合における前記圧縮行程の上死点に近づける時期に噴射する前記第１所定量と比較して大きくなるように前記第１燃料噴射手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記２次的な空気を供給させる場合、更に、前記内燃機関の圧縮行程で噴射する燃料の前記第１割合を、前記内燃機関の吸気行程における前記第２割合と比較して大きくなるように前記少なくとも一方の噴射手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、更に、前記２次的な空気を供給させる場合における前記第１所定量及び前記第２所定量のうち少なくとも一方の燃料を噴射する噴射時期を、前記２次的な空気を供給させない場合における前記少なくとも一方の燃料を噴射する噴射時期と比較して、遅角側に変化させるように前記少なくとも一方の噴射手段を制御することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記第１燃料噴射手段は、更に、前記内燃機関の膨張行程又は排気行程において副次的な燃料を噴射可能であり、
前記制御手段は、前記２次的な空気を供給させる場合における前記副次的な燃料の噴射時期を、前記２次的な空気を供給させない場合における噴射時期と比較して前記内燃機関の膨張行程から排気行程へ変化する下死点に近づけるように、前記第１燃料噴射手段を制御することを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の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、例えば排気通路内に２次的な空気が供給される内燃機関を制御する内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の内燃機関の制御装置として、特許文献１等には、排気ガスの温度の上昇が要求される場合、吸気行程又は圧縮行程において、トルクの発生を目的として主噴射が実行されると共に、膨張行程において副次的な燃料の噴射が実行される制御装置が開示されている。この制御装置では、更に、ＡＩ（Air Injection）手段によって、排気通路内に２次的な空気が供給されている。
【０００３】
他方で、吸気通路内に加えて燃焼室内にも噴射可能である、即ちポート噴射及び筒内噴射（或いは直噴）の両者が実行される内燃機関の制御装置について提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−８０９４７号公報
【特許文献２】特開２００３−０５６３９２号公報
【特許文献３】特許３８２６６４２号公報
【特許文献４】特開２００５−３０７９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１等によれば、２次的な空気の供給によって、より効果的に触媒を浄化するためには、副次的な燃料や主噴射の燃料の噴射量を増加させる必要が生じてしまい、燃費が低下してしまうという技術的な問題点が生じる。加えて、燃料の噴射量を増加させた場合、ピストンの上部における凹み部、所謂、ピストンキャビティにおいて、噴射された燃料が噴霧形成効果等による、点火プラグの周辺において、局部的又は部分的に燃料の濃度が極端に濃い状態（所謂、過リッチ状態）となってしまい、点火プラグの燻り等に起因して失火の可能性があるという技術的な問題点がある。
【０００６】
そこで本発明は、例えば上記の問題点に鑑みなされたものであり、排気通路に２次的な空気を供給させつつ、触媒の浄化効率を向上させることが可能な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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の気筒内に第１所定量の燃料を噴射可能な第１燃料噴射手段（例えば直噴インジェクタ）と、前記内燃機関の吸気通路内に第２所定量の燃料を噴射可能な第２燃料噴射手段（例えばポートインジェクタ）と、前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスを浄化する排気浄化手段（例えば触媒）と、前記排気通路に２次的な空気を供給可能な空気供給手段と、前記第１所定量及び前記第２所定量を合計した全噴射量に対する前記第１所定量の第１割合並びに前記全噴射量に対する前記第２所定量の第２割合を変化させるように、前記第１燃料噴射手段及び前記第２燃料噴射手段のうち少なくとも一方の噴射手段を制御することに加えて、前記２次的な空気を供給させる場合における前記第１割合を、前記２次的な空気を供給させない場合における前記第１割合と比較して大きくなるように前記少なくとも一方の噴射手段を制御する制御手段とを備える。
【０００８】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、内燃機関では、例えば運転状況に応じた燃料の噴射割合で第１及び第２燃料噴射手段による燃料噴射が実行される。即ち、第１燃料噴射手段によって、内燃機関の気筒内に第１所定量の燃料が噴射され、第２燃料噴射手段によって、内燃機関の吸気通路内に第２所定量の燃料が噴射される。
【０００９】
また、空気供給手段によって、排気通路に２次的な空気が供給される。ここに、本願発明に係る「２次的な空気」とは、内燃機関の排気系に直接的に供給されることを主目的とした空気を意味し、内燃機関の吸気系へ供給され、内燃機関の気筒内で燃焼されることを主目的とした空気とは異なる趣旨である。典型的には、この２次的な空気は、排気浄化手段の温度を上昇させるために、排気通路に供給される。
【００１０】
このような内燃機関の通常動作中に、制御手段の制御下で、第１燃料噴射手段が噴射する第１所定量及び第２燃料噴射手段が噴射する第２所定量を合計した全噴射量に対する第１所定量の第１割合が変化する。このことに加えて又は代えて、全噴射量に対する第２所定量の第２割合を変化する。ここに、本発明に係る「第１割合」とは、例えば、後述の直噴噴射割合などの第１燃料噴射手段が噴射すべき第１所定量の全噴射量に対する割合を意味する。本発明に係る「第２割合」とは、例えば、後述のポート噴射割合などの第２燃料噴射手段が噴射すべき第２所定量の全噴射量に対する割合を意味する。尚、これら第１割合及び第２割合のいずれか一方が決定されれば、１００％からこの決定された一方を差し引くことで、第１割合及び第２割合のいずれか他方が決定されてよい。また、本願において噴射される燃料の割合に係る「％」とは、第１割合及び第２割合の相対的な比率であり、全体を通じて基本的に「重量％」の意味であるが、同一燃料を噴射する限り、体積％であってもかまわず、噴射手段間における相対的な割合という意味では、無次元でもかまわない。
【００１１】
特に、制御手段の制御下で、第１燃料噴射手段及び第２燃料噴射手段のうち少なくとも一方の噴射手段によって、排気浄化手段の温度を上昇させるために空気供給手段によって排気通路に２次的な空気を供給させる場合における第１割合を、２次的な空気を供給させない場合における第１割合と比較して大きくなるように、第１所定量及び第２所定量の燃料が噴射される。ここに、本願発明に係る「排気通路に２次的な空気を供給させる場合」とは、２次的な空気の供給の有無のうち供給が有ることを意味することに加えて又は代えて、２次的な空気の供給の度合いが相対的に高いことを意味する。加えて、本願発明に係る「排気通路に２次的な空気を供給させない場合」とは、２次的な空気の供給の有無のうち供給が無いことを意味することに加えて又は代えて、２次的な空気の供給の度合いが相対的に低いことを意味する。
【００１２】
典型的には、排気通路への２次的な空気の供給の有無又は度合いのみならず、他のパラメータ（例えば機関回転数、負荷など）にも基づいて、例えば、２次的な空気の供給の有無又は度合いと該他のパラメータとで張られる座標面上における位置別又は領域別に、第１及び第２割合が変化させられてもよい。従って、上述した第１割合とは、典型的には、２次的な空気の供給の有無又は度合いに加えて、気筒内に噴射される燃料によって気筒が冷却される冷却度合いなどに基づいて、規定される第１燃料噴射手段が噴射すべき第１所定量の全噴射量に対する割合である。或いは、従って、上述した第２割合とは、典型的には、２次的な空気の供給の有無又は度合いに加えて、気筒の冷却度合いなどに基づいて、規定される第２燃料噴射手段が噴射すべき第２所定量の全噴射量に対する割合である。
【００１３】
これにより、排気通路に２次的な空気を供給させる場合において、２次的な空気を供給させない場合と比較して増加された第１割合に起因して、内燃機関の気筒内に吸気される混合気中において、局部的又は部分的に燃料の濃度が濃い状態（所謂、リッチ状態）が形成される度合いが、２次的な空気を供給させない場合と比較して大きくなる。これにより、排気通路に２次的な空気を供給させる場合における排気ガス中のＣＯやＨＣ濃度が、２次的な空気を供給させない場合における排気ガス中のＣＯやＨＣ濃度と比較して上昇する。これにより、仮に、排気通路に２次的な空気を供給させる場合における排気ガスの空燃比が、２次的な空気を供給させない場合における排気ガスの空燃比と同じであった場合でも、排気系の内部や触媒における化学反応をより促進させ、触媒の温度上昇を迅速化させ、触媒を早期活性化させ、排気ガスをより適切に浄化することが可能である。
【００１４】
この結果、排気通路に２次的な空気を供給させる場合に、触媒における浄化効率を向上させるために燃料の噴射が顕著に増加されるのを効果的に抑制することが可能であり、排気ガスをより省燃費で且つより適切に浄化することが可能である。
【００１５】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記制御手段は、更に、前記２次的な空気を供給させる場合における前記内燃機関の圧縮行程の上死点に近づける時期に噴射する燃料の前記第１所定量を、前記２次的な空気を供給させない場合における前記圧縮行程の上死点に近づける時期に噴射する前記第１所定量と比較して大きくなるように前記第１燃料噴射手段を制御する。
【００１６】
この態様によれば、排気通路に２次的な空気を供給させる場合において、圧縮行程の上死点に近づける時期で噴射された第１所定量の燃料に起因して、内燃機関の気筒の燃焼室内の点火プラグの周辺において、局部的又は部分的に燃料の濃度が濃い状態（所謂、リッチ状態）が形成される度合いが、２次的な空気を供給させない場合と比較して大きくなる。ここに、本発明に係る「圧縮行程の上死点に近づける時期」とは、例えばクランク角度における２７０度から３６０度などの圧縮行程の後半部分に含まれる時期を意味する。これにより、排気系の内部や触媒における化学反応をより促進させ、排気ガスの浄化作用をより促進させ、触媒の早期活性化を実現することが可能である。
【００１７】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記２次的な空気を供給させる場合、更に、前記内燃機関の圧縮行程で噴射する燃料の前記第１割合を、前記内燃機関の吸気行程における前記第２割合と比較して大きくなるように前記少なくとも一方の噴射手段を制御する。
【００１８】
この態様によれば、排気通路に２次的な空気を供給させる場合において、第２割合より大きい第１割合に起因して、内燃機関の気筒内に吸気される混合気中において、局部的又は部分的に燃料の濃度が濃い状態（所謂、リッチ状態）が形成される度合いが、第１割合が第２割合より小さい場合と比較して大きくなる。これにより、排気系の内部や触媒における化学反応をより促進させ、排気ガスの浄化作用をより促進させ、触媒の早期活性化を実現することが可能である。
【００１９】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記制御手段は、更に、前記２次的な空気を供給させる場合における前記第１所定量及び前記第２所定量のうち少なくとも一方の燃料を噴射する噴射時期を、前記２次的な空気を供給させない場合における前記少なくとも一方の燃料を噴射する噴射時期と比較して、遅角側に変化させるように前記少なくとも一方の噴射手段を制御する。
【００２０】
この態様によれば、排気通路に２次的な空気を供給させる場合において、２次的な空気を供給させない場合と比較して遅角側に変化した噴射時期に起因して、内燃機関の気筒の燃焼室内の点火プラグの周辺において、局部的又は部分的に燃料の濃度が濃い状態（所謂、リッチ状態）が形成される度合いが、２次的な空気を供給させない場合と比較して大きくなる。これにより、成層燃焼をより効果的に促し、燃料の点火をよりに確実にさせる。これにより、排気系の内部や触媒における化学反応をより促進させ、排気ガスの浄化作用をより促進させ、触媒の早期活性化を実現することが可能である。
【００２１】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記第１燃料噴射手段は、更に、前記内燃機関の膨張行程又は排気行程において副次的な燃料を噴射可能であり、前記制御手段は、前記２次的な空気を供給させる場合における前記副次的な燃料の噴射時期を、前記２次的な空気を供給させない場合における噴射時期と比較して前記内燃機関の膨張行程から排気行程へ変化する下死点に近づけるように、前記第１燃料噴射手段を制御する。
【００２２】
この態様によれば、制御手段の制御下で、２次的な空気を供給させる場合における副次的な燃料の噴射時期を、２次的な空気を供給させない場合における噴射時期と比較して内燃機関の膨張行程から排気行程へ変化する下死点に近づけつつ、第１燃料噴射手段によって副次的な燃料に噴射される。ここに、本発明に係る「下死点に近づける」とは、ピストンの上部における凹み部、所謂、ピストンキャビティにおいて、噴射された燃料が噴霧形成効果等による、点火プラグの周辺において、局部的又は部分的に燃料の濃度が濃い状態（所謂、リッチ状態）が殆ど形成されない、或いは、形成される度合いが顕著に低い状態に応じて決定されるピストンの位置を意味する。
【００２３】
これにより、内燃機関の気筒の燃焼室内の点火プラグの周辺において、膨張行程や排気行程で燃焼を目的としない燃料の濃度が濃い状態（所謂、リッチ状態）が形成されなくなり、或いは形成される度合いが顕著に低下されるので、点火プラグの燻り（いぶり）を防止することができ、燻りの煤に起因して点火プラグが意図せず導通していまい点火不良等の不具合が発生することを効果的に防止することができる。
【００２４】
この結果、排気通路に副次的な燃料を膨張行程又は排気行程に噴射させる場合に、副次的な燃料が点火プラグに悪影響を与えることを防止することが可能であり、内燃機関において、より適切な燃焼を実現することが可能である。
【００２５】
特に、上述した第１及び第２所定量の燃料の噴射と排気通路への２次的な空気の供給とに加えて、副次的な燃料の噴射を行うことは、仮に、一サイクル中において一定量の燃料を噴射する場合、上述した第１及び第２所定量の燃料の噴射時期である吸気行程や圧縮行程に集中的に噴射することと比較して、一定量の燃料を吸気行程、圧縮行程、膨張行程や排出行程に亘って分散して噴射することが可能である。これにより、内燃機関の気筒内に噴射すべき第１所定量を、気筒内で適切な燃焼が実現可能な範囲内に収めることが可能である。仮に、一定量の燃料を吸気行程や圧縮行程に集中的に気筒内へ噴射した場合、内燃機関の気筒の燃焼室内の点火プラグの周辺においてリッチ過ぎてしまい、燃焼が適切に行われない可能性が生じてしまう。これに対して、本発明では、上述した第１及び第２所定量の燃料の噴射と排気通路への２次的な空気の供給とに加えて、副次的な燃料の噴射が分散して行われるので、気筒内で適切な燃焼が実現される。
【００２６】
このことに加えて、副次的な燃料の噴射量は、排気通路へ供給される２次的な空気の供給量に応じて適切且つ高精度に決定することができるので、排気系の内部や触媒における化学反応をより適切に促進させ、排気ガスの浄化作用をより促進させ、触媒の早期活性化を実現することが可能である。
【００２７】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【００２９】
尚、以下の実施形態においては、本発明の内燃機関の制御装置を、ポート及び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。
【００３０】
（１）基本構成
初めに、図１から図３を参照しながら、本実施形態に係るポート及び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、本実施形態に係るポート及び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、本実施形態に係るポート及び筒内噴射型エンジンの断面を概念的に示す断面図であり、図３は、本実施形態に係るポート及び筒内噴射型エンジンが備えるインジェクタの断面を概念的に示す断面図である。
【００３１】
図１に示すように、本実施形態に係るポート及び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、点火プラグ１３と共に直噴インジェクタ１１ｄが備えられている。各気筒に連通する吸気通路には、ポートインジェクタ１１ｐが夫々備えられている。加えて、本実施形態に係るポート及び筒内噴射型エンジン１には、図示しない、吸気系及び排気系における空燃比を測定する空燃比センサーに加えて、吸気系における過給圧（即ち、吸気圧）を測定する過給圧センサーを備えられている。
【００３２】
直噴インジェクタ１１ｄ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（即ち、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。直噴インジェクタ１１ｄ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。
【００３３】
更に、直噴インジェクタ１１ｄは、図３に示すように、サック部１１２で旋回流を形成してから、噴孔１１３より燃料を噴射するスワール弁を備えている。本実施形態では、直噴インジェクタ１１ｄのニードル１１１に溝が設けてあり、該溝を介して燃料がサック部１１２へ流入することで、旋回流が形成される。
【００３４】
再び図１において、直噴インジェクタ１１ｄ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を介して直噴インジェクタ１１ｄ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１４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１１ｄ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。調圧弁において圧力が調整された燃料は、直噴インジェクタ１１ｄ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。
【００３５】
尚、直噴インジェクタ１１からの燃料の噴射動作は、ＥＣＵ３０の動作により制御される。特に、ＥＣＵ３０に備えられた、燃料が噴射される期間を設定する噴射期間設定部３０２、燃料が噴射される回数を設定する噴射回数設定部３０３及び噴射制御部３０４等の動作によって、直噴インジェクタ１１からの燃料の噴射動作は制御される。また、点火プラグ１３の動作は、ＥＣＵ３０の動作（特に、ＥＣＵ３０が備える点火時期制御部３０５等の動作）により制御される。また、燃料供給ユニット１４の動作（即ち、圧力の調整）は、ＥＣＵ３０の動作（特に、ＥＣＵ３０が備える燃圧設定部３０１等の動作）により制御される。
【００３６】
そして、インテークマニホールド３及びインテークポート７（図２参照）を介して燃焼室５内に取り込まれた空気と、直噴インジェクタ１１ｄ及びポートインジェクタ１１ｐから噴射される燃料とが燃焼室５内において混合され、点火プラグ１３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、エギゾーストポート８（図２参照）及びエギゾーストマニホールド４を介してポート及び筒内噴射型エンジン１の外部に排出される。
【００３７】
この際、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、ノッキングセンサ１２が備えられている。ノッキングセンサ１２は、気筒毎にノッキングの発生を検出することができる。ノッキングの発生が検出された場合には、ノッキングセンサ１２からＥＣＵ３０へ、ノッキングの発生を検出したことを示すノッキング検出信号が出力される。
【００３８】
更に、図１に示すように、ポート及び筒内噴射型エンジン１は、排気タービン２１、コンプレッサー２２、ローターシャフト２３、エアクリーナー２４、インタークーラー２５を含んでいる。
【００３９】
内燃機関の気筒から下流側である排気系（即ち、排気通路）においては、空気供給手段２９によって、２次的な空気が供給される。
【００４０】
排気タービン２１には、ポート及び筒内噴射型エンジン１のシリンダ２から排出される排気ガスがエギゾーストマニホールド４を介して噴き付けられる。この排気ガスにより、排気タービン２１が回転する。排気タービン２１の回転に伴って、排気タービン２１とローターシャフト２３を介して接続されるコンプレッサー２２も同様に回転する。このとき、エアクリーナー２４を介してコンプレッサー１２に供給される吸入空気は、コンプレッサー２２の回転によって圧縮された後、インタークーラー２５を通過してその温度が下げられる。その後、圧縮された吸入空気は、インテークマニホールド３を介してポート及び筒内噴射型エンジン１のシリンダ２内に供給される。
【００４１】
排気系の排気タービン２１よりも下流側には排気浄化手段としての触媒２６を含んだ排気浄化ユニット２７と、マフラー２８とが設けられている。
【００４２】
尚、直噴インジェクタ１１ｄが、本発明における「第１燃料噴射手段」の一具体例を構成しており、ポートインジェクタ１１ｐが、本発明における「第２燃料噴射手段」の一具体例を構成している。また、燃圧設定部３０１、噴射回数設定部３０３、噴射制御部３０４、噴射期間設定部３０２、及び点火時期制御部３０が、本発明における「制御手段」の一具体例を構成している。
【００４３】
（２）動作原理
次に、図４から図７を参照して、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作原理について説明する。
【００４４】
（２−１）制御処理
先ず、図４を参照して、本実施形態に係る内燃機関の制御装置における制御処理について説明する。ここに、図４は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置における制御処理の流れを示したフローチャートである。尚、この制御処理は、ＥＣＵによって、例えば、数十μ秒、又は数μ秒等の所定の周期で繰り返し実行される。図５は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置における排出ガスに含まれる炭化水素ＨＣ又は一酸化炭素ＣＯの濃度に対する、直噴噴射割合、圧縮行程の後半に噴射される割合、及び噴射時期の関係を示したグラフ（図５（ａ）、図５（ｂ）、及び図５（ｃ））である。図６は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置における各種の処理のタイミングを示したタイミングチャートである。図７は、本実施形態に係る内燃機関の気筒内で燃料が噴射される様子を図式的に示した模式図である。
【００４５】
図４に示されるように、先ず、ＥＣＵ３０の制御下で、触媒の温度を迅速に上昇させる触媒の暖機が必要であるか否かが判定される（ステップＳ１０）。ここで、触媒の温度を迅速に上昇させる触媒の暖機が必要であると判定される場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０の制御下で、空気供給手段によって、排気通路に２次的な空気が供給されているか否かが判定される、言い換えると、所謂、ＡＩ（Air Injection）が実行中であるか否かが判定される（ステップＳ１１）。ここに、本実施形態に係る「２次的な空気」とは、内燃機関の排気系に直接的に供給されることを主目的とした空気を意味し、内燃機関の吸気系へ供給され、内燃機関の気筒内で燃焼されることを主目的とした空気とは異なる趣旨である。典型的には、この２次的な空気は、触媒の温度を上昇させるために、排気通路に供給される。ここで、空気供給手段によって、排気通路に２次的な空気が供給されていると判定される場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０の制御下で、直噴噴射割合を示す値Ａ、及び、ポート噴射割合を示す値１−Ａが設定される（ステップＳ１０１）。特に、２次的な空気が供給されている場合における直噴噴射割合を示す値Ａは、後述される２次的な空気が供給されていない場合における直噴噴射割合を示す値Ｂと比較して大きくなるように設定される。
【００４６】
これにより、排気通路に２次的な空気を供給させる場合において、２次的な空気を供給させない場合と比較して増加された直噴噴射割合に起因して、内燃機関の気筒内に吸気される混合気中において、局部的又は部分的に燃料の濃度が濃い状態（所謂、リッチ状態）が形成される度合いが、２次的な空気を供給させない場合と比較して大きくなる。尚、この直噴噴射割合によって、本発明に係る「第１割合」の一具体例が構成されている。これにより、排気通路に２次的な空気を供給させる場合における排気ガス中の炭化水素ＨＣ又は一酸化炭素ＣＯの濃度が、２次的な空気を供給させない場合における排気ガス中のＨＣ又はＣＯの濃度と比較して上昇する。詳細には、本願発明者による研究によれば、図５（ａ）に示されるように、直噴噴射割合を大きくさせるに従って、排出ガスに含まれる炭化水素ＨＣ又は一酸化炭素ＣＯの濃度が高くなることが判明している。これにより、仮に、排気通路に２次的な空気を供給させる場合における排気ガスの空燃比が、２次的な空気を供給させない場合における排気ガスの空燃比と同じであった場合でも、排気系の内部や触媒における化学反応をより促進させ、触媒の温度上昇を迅速化させ、触媒を早期活性化させ、排気ガスをより適切に浄化することが可能である。
【００４７】
この結果、排気通路に２次的な空気を供給させる場合に、触媒における浄化効率を向上させるために燃料の噴射が顕著に増加されるのを効果的に抑制することが可能であり、排気ガスをより省燃費で且つより適切に浄化することが可能である。
【００４８】
より詳細には、この直噴噴射割合を示す値Ａ、及び、ポート噴射割合を示す値１−Ａは、図６に示される１サイクル中の吸気行程及び圧縮行程の前半及び後半において行われる直噴噴射の噴射量と、図６に示される１サイクル中の吸気行程及び圧縮行程の前半において行われるポート噴射の噴射量との割合を意味してよい。
【００４９】
次に、ＥＣＵ３０の制御下で、内燃機関の圧縮行程の上死点に近づける時期に直噴噴射される燃料の第１所定量を示す値Ｃが設定される（ステップＳ２０１）。特に、２次的な空気を供給させる場合における内燃機関の圧縮行程の上死点（ＴＤＣ：Top Dead Center）に近づける時期に直噴噴射される燃料の第１所定量を示す値Ｃは、後述される２次的な空気を供給させない場合における圧縮行程の上死点に近づける時期に噴射する第１所定量を示す値Ｄと比較して大きくなるように設定される。尚、この値Ｃや値Ｄは、直噴噴射割合によって表現してよいし、直噴インジェクタが一サイクル中において噴射する総量に対する第１所定量の割合で表現してよい。ここに、本実施形態に係る「圧縮行程の上死点に近づける時期」とは、例えばクランク角度における２７０度から３６０度などの圧縮行程の後半部分に含まれる時期を意味する。特に、本実施形態に係る「圧縮行程の上死点に近づける時期」は、内燃機関の気筒の燃焼室内の点火プラグの周辺において、局部的又は部分的に燃料の濃度が濃い状態（所謂、リッチ状態）が形成される度合いが最大となる時期を示す値に若干のマージンを加えた値として、実験的、理論的、経験的、シミュレーション等によって、個別具体的に求めることが可能である。詳細には、図６に示される１サイクル中の圧縮行程の後半において、第１所定量の噴射される燃料が直噴噴射される。
【００５０】
これにより、排気通路に２次的な空気を供給させる場合において、圧縮行程の上死点に近づける時期で噴射された第１所定量の燃料に起因して、内燃機関の気筒の燃焼室内の点火プラグの周辺において、局部的又は部分的に燃料の濃度が濃い状態（所謂、リッチ状態）が形成される度合いが、２次的な空気を供給させない場合と比較して大きくなる。より詳細には、図７（ａ）に示されるように、圧縮行程の上死点に近づける時期で噴射された燃料は、点火プラグの周辺において、局部的又は部分的に燃料の濃度が濃い状態が形成される度合いが、図７（ｂ）に示される圧縮行程の前半であり、ピストンが点火プラグより離れた位置にある場合と比較して大きくなる。
【００５１】
これにより、排気系の内部や触媒における化学反応をより促進させ、排気ガスの浄化作用をより促進させ、触媒の早期活性化を実現することが可能である。詳細には、本願発明者による研究によれば、図５（ｂ）に示されるように、圧縮行程の上死点に近づける時期に直噴噴射される燃料の第１所定量を大きくさせるに従って、排出ガスに含まれる炭化水素ＨＣ又は一酸化炭素ＣＯの濃度が高くなることが判明している。
【００５２】
加えて、内燃機関の圧縮行程で噴射する燃料の直噴噴射割合を、内燃機関の吸気行程におけるポート噴射割合と比較して大きくなるように設定してよい。これにより、内燃機関の気筒内に吸気される混合気中において、局部的又は部分的に燃料の濃度が濃い状態（所謂、リッチ状態）が形成される度合いが、直噴噴射割合がポート噴射割合より小さい場合と比較して大きくなる。これにより、排気系の内部や触媒における化学反応をより促進させ、排気ガスの浄化作用をより促進させ、触媒の早期活性化を実現することが可能である。
【００５３】
次に、ＥＣＵ３０の制御下で、直噴噴射される燃料の第１所定量の噴射時期を示す値Ｅが設定される（ステップＳ３０１）。特に、２次的な空気を供給させる場合における直噴噴射される燃料の第１所定量の噴射時期を示す値Ｅは、後述される２次的な空気を供給させない場合における直噴噴射される燃料の第１所定量の噴射時期を示す値Ｆと比較して遅角側になるように設定される。これにより、内燃機関の気筒の燃焼室内の点火プラグの周辺において、局部的又は部分的に燃料の濃度が濃い状態（所謂、リッチ状態）が形成される度合いが、２次的な空気を供給させない場合と比較して大きくなる。これにより、成層燃焼をより効果的に促し、燃料の点火をよりに確実にさせる。これにより、排気系の内部や触媒における化学反応をより促進させ、排気ガスの浄化作用をより促進させ、触媒の早期活性化を実現することが可能である。詳細には、本願発明者による研究によれば、図５（ｃ）に示されるように、直噴噴射される燃料の第１所定量の噴射時期を遅角側へ変化させるに従って、排出ガスに含まれる炭化水素ＨＣ又は一酸化炭素ＣＯの濃度が高くなることが判明している。
【００５４】
次に、ＥＣＵ３０の制御下で、設定されたポート噴射割合及び直噴噴射割合に加えて、設定された噴射時期において、燃料が噴射されるように、ポートインジェクタ１１ｐ及び直噴インジェクタ１１ｄが駆動される（ステップＳ１３）。
【００５５】
他方、上述したステップＳ１１の判定の結果、空気供給手段によって、排気通路に２次的な空気が供給されていると判定されない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、ＥＣＵ３０の制御下で、上述した直噴噴射割合を示す値Ｂ、及び、ポート噴射割合を示す値１−Ｂが設定される（ステップＳ１０２）。特に、この２次的な空気が供給されていない場合における直噴噴射割合を示す値Ｂは、上述した２次的な空気が供給されている場合における直噴噴射割合を示す値Ａと比較して小さくなるように設定される。
【００５６】
次に、ＥＣＵ３０の制御下で、内燃機関の圧縮行程の上死点に近づける時期に直噴噴射される燃料の第１所定量を示す値Ｄが設定される（ステップＳ２０２）。特に、この２次的な空気を供給させない場合における内燃機関の圧縮行程の上死点に近づける時期に直噴噴射される燃料の第１所定量を示す値Ｄは、上述した２次的な空気を供給させる場合における圧縮行程の上死点に近づける時期に噴射する第１所定量を示す値Ｃと比較して小さくなるように設定される。
【００５７】
次に、ＥＣＵ３０の制御下で、直噴噴射される燃料の第１所定量の噴射時期を示す値Ｆが設定される（ステップＳ３０２）。特に、この２次的な空気を供給させない場合における直噴噴射される燃料の第１所定量の噴射時期を示す値Ｆは、上述した２次的な空気を供給させる場合における直噴噴射される燃料の第１所定量の噴射時期を示す値Ｅと比較して進角側になるように設定される。
【００５８】
他方、上述したステップＳ１０の判定の結果、触媒の温度を迅速に上昇させる触媒の暖機が必要でないと判定される場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、ＥＣＵ３０の制御下で、通常マップに基づいて、ポート噴射割合、直噴噴射割合、及び噴射時期が設定される（ステップＳ１２）。
【００５９】
（２−２）副次的な噴射の制御処理
次に、図８を参照して、本実施形態に係る内燃機関の制御装置における副次的な噴射の制御処理について説明する。ここに、図８は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置における副次的な噴射の制御処理の流れを示したフローチャートである。尚、この制御処理は、ＥＣＵによって、例えば、数十μ秒、又は数μ秒等の所定の周期で繰り返し実行される。また、上述の図４で説明した処理と概ね同様の処理には同一のステップ番号を付し、それらの説明は適宜省略する。
【００６０】
図８に示されるように、上述したステップＳ１０を経て、ステップＳ１１の判定の結果、空気供給手段によって、排気通路に２次的な空気が供給されていると判定される場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ３０の制御下で、内燃機関の膨張行程から排気行程へ変化する時期に直噴噴射される燃料の副次的な燃料の噴射時期が設定される（ステップＳ４０１）。特に、２次的な空気を供給させる場合における副次的な燃料の噴射時期を示す値Ｇを、２次的な空気を供給させない場合における噴射時期を示す値Ｈと比較して、膨張行程から排気行程へ変化する下死点（ＢＤＣ：Bottom Dead Center）に近づけるように設定される。詳細には、図６に示される１サイクル中の膨張行程から排気行程へ変化する下死点付近において、副次的な燃料が直噴噴射される。ここに、本実施形態に係る「下死点に近づける」とは、ピストンの上部における凹み部、所謂、ピストンキャビティにおいて、噴射された燃料が噴霧形成効果等による、点火プラグの周辺において、局部的又は部分的に燃料の濃度が濃い状態（所謂、リッチ状態）が殆ど形成されない、或いは、形成される度合いが顕著に低い状態に応じて決定されるピストンの位置を意味する。
【００６１】
これにより、内燃機関の気筒の燃焼室内の点火プラグの周辺において、膨張行程や排気行程で燃焼を目的としない燃料の濃度が濃い状態（所謂、リッチ状態）が形成されなくなり、或いは形成される度合いが顕著に低下されるので、点火プラグの燻り（いぶり）を防止することができ、燻りの煤に起因して点火プラグが意図せず導通していまい点火不良等の不具合が発生することを効果的に防止することができる。より詳細には、図７（ｂ）に示されるように、膨張行程から排気行程へ変化する下死点付近に近づける時期で噴射された副次的な燃料は、気筒内の燃焼室内を広範囲に拡散する。これにより、例えば図７（ａ）に示される膨張行程の前半や排気行程の後半などにおいて、ピストンが点火プラグに近い時期に副次的な噴射が行われる場合と比較して、点火プラグの周辺において、局部的又は部分的に燃料の濃度が濃い状態が形成される度合いが顕著に小さくなる。
【００６２】
この結果、排気通路に副次的な燃料を膨張行程又は排気行程に噴射させる場合に、副次的な燃料が点火プラグに悪影響を与えることを防止することが可能であり、内燃機関において、より適切な燃焼を実現することが可能である。
【００６３】
特に、上述した直噴噴射と、ポート噴射と、排気通路への２次的な空気の供給とに加えて、副次的な燃料の噴射を行うことは、仮に、一サイクル中において一定量の燃料を噴射する場合、上述した直噴噴射やポート噴射における燃料の噴射時期である吸気行程や圧縮行程に集中的に噴射することと比較して、一定量の燃料を吸気行程、圧縮行程、膨張行程や排出行程に亘って分散して噴射することが可能である。これにより、内燃機関の気筒内に直噴噴射すべき燃料の量を、気筒内で適切な燃焼が実現可能な範囲内に収めることが可能である。仮に、一定量の燃料を吸気行程や圧縮行程に集中的に気筒内へ噴射した場合、内燃機関の気筒の燃焼室内の点火プラグの周辺においてリッチ過ぎてしまい、燃焼が適切に行われない可能性が生じてしまう。これに対して、本実施形態では、上述した直噴噴射やポート噴射における燃料の噴射と排気通路への２次的な空気の供給とに加えて、副次的な燃料の噴射が分散して行われるので、気筒内で適切な燃焼が実現される。
【００６４】
このことに加えて、副次的な燃料の噴射量は、排気通路へ供給される２次的な空気の供給量に応じて適切且つ高精度に決定することができるので、排気系の内部や触媒における化学反応をより適切に促進させ、排気ガスの浄化作用をより促進させ、触媒の早期活性化を実現することが可能である。
【００６５】
次に、ＥＣＵ３０の制御下で、設定された直噴噴射割合に加えて、設定された噴射時期において、副次的な燃料が噴射されるように、直噴インジェクタ１１ｄが駆動される（ステップＳ１４）。
【００６６】
（３）他の実施形態
（３−１）制御処理
次に、図９から図１１を参照して、他の実施形態に係る内燃機関の制御装置における制御処理について説明する。ここに、図９は、他の実施形態に係る内燃機関の制御装置における制御処理の流れを示した一のフローチャートである。図１０は、他の実施形態に係る内燃機関の制御装置における制御処理の流れを示した他のフローチャートである。図１１は、他の実施形態に係る内燃機関の制御装置における制御処理の流れを示した他のフローチャートである。尚、これらの制御処理は、ＥＣＵによって、例えば、数十μ秒、又は数μ秒等の所定の周期で繰り返し実行される。
【００６７】
図９に示されるように、上述した図４における制御処理において、ステップＳ２０２及びＳ３０２を省略してよい。これによりＥＣＵ３０における直噴噴射割合とポート噴射割合に関する制御処理の負荷を軽減させることができる。
【００６８】
或いは、図１０に示されるように、上述した図４における制御処理において、ステップＳ１０２及びＳ３０２を省略してよい。これによりＥＣＵ３０における噴射時期に関する制御処理の負荷を軽減させることができる。
【００６９】
或いは、図１１に示されるように、上述した図４における制御処理において、ステップＳ１０２及びＳ２０２を省略してよい。これによりＥＣＵ３０における噴射時期に関する制御処理の負荷を軽減させることができる。
【００７０】
上述した実施形態では、排気タービン２１及びコンプレッサー２２を含む過給機を備えた内燃機関について説明しているが、過給機を備えていない内燃機関であってよい。
【００７１】
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明はガソリンエンジンに限らず、ディーゼルガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。
【００７２】
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】
【００７３】
【図１】本実施形態に係るポート及び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】本実施形態に係るポート及び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】本実施形態に係るポート及び筒内噴射型エンジンが備えるインジェクタの断面を概念的に示す断面図である。
【図４】本実施形態に係る内燃機関の制御装置における制御処理の流れを示したフローチャートである。
【図５】本実施形態に係る内燃機関の制御装置における排出ガスに含まれる炭化水素ＨＣ又は一酸化炭素ＣＯの濃度に対する、直噴噴射割合、圧縮行程の後半に噴射される割合、及び噴射時期の関係を示したグラフ（図５（ａ）、図５（ｂ）、及び図５（ｃ））である。
【図６】本実施形態に係る内燃機関の制御装置における各種の処理のタイミングを示したタイミングチャートである。
【図７】本実施形態に係る内燃機関の気筒内で燃料が噴射される様子を図式的に示した模式図である。
【図８】本実施形態に係る内燃機関の制御装置における副次的な噴射の制御処理の流れを示したフローチャートである。
【図９】他の実施形態に係る内燃機関の制御装置における制御処理の流れを示した一のフローチャートである。
【図１０】他の実施形態に係る内燃機関の制御装置における制御処理の流れを示した他のフローチャートである。
【図１１】他の実施形態に係る内燃機関の制御装置における制御処理の流れを示した他のフローチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１  ポート及び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
５  ピストン
６  キャビティ
７  インテークポート
８  エギゾーストポート
１１ｄ  直噴インジェクタ
１１ｐ  ポートインジェクタ
１２  ノッキングセンサ
１３  点火プラグ
１４  燃料供給ユニット
１５  燃料管路
１６  燃料タンク
２１  排気タービン
２２  コンプレッサー
２３  ローターシャフト
２４  エアクリーナー
２５  インタークーラー
２６  触媒
２７  排気浄化ユニット
２８  マフラー
２９  空気供給手段
３０  ＥＣＵ
３０１  燃圧設定部
３０２  噴射期間設定部
３０３  噴射回数設定部
３０４  噴射制御部
３０５  点火時期制御部
【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６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2009144530.tif 000011
【図５】
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【図７】
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