(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、点火プラグとを備え、少なくとも圧縮行程において燃料を噴射する運転条件を持つ内燃機関の燃焼制御装置であって、
前記燃料噴射弁に対し、圧縮行程に燃料を噴射する場合の要求燃料噴射量を、機関回転速度及び機関負荷が所定の回転速度、負荷より低い領域では、圧縮行程中の複数の期間に分割して噴射させる分割噴射制御手段を備え、
前記分割噴射制御手段は、圧縮行程において、前記燃料噴射弁の噴射期間として、前記燃料噴射弁により噴射された燃料の噴霧のそれぞれが、噴霧角が比較的に大きく噴霧速度が比較的に低い主噴霧と、この主噴霧に先行して噴射され、かつ主噴霧より噴霧角が小さく噴霧速度が高い初期噴霧とを含む複数の期間を設定することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記分割噴射制御手段は、前記分割して噴射された燃料のうち先に噴射されたものに対して、その後に噴射された燃料が前記点火プラグの近傍において重なるように、噴射させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記点火プラグに対して、前記先に噴射された燃料と後に噴射された燃料とが点火プラグの近傍において重なり合っているときに点火させる点火時期制御手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記分割噴射制御手段は、運転条件に応じて、噴射開始間隔及び噴射量割合のうち少なくとも一方を可変とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項５】
前記分割噴射制御手段は、機関回転速度の低下に応じて噴射開始間隔を拡大することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項６】
前記分割噴射制御手段は、機関回転速度の低下に応じて全噴射量に対する最終回の噴射量割合を増大させることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項７】
前記分割噴射制御手段は、機関負荷の低下に対して、噴射開始間隔をほぼ一定に保ちながら１回当たりの噴射量を減少させることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項８】
前記分割噴射制御手段は、機関負荷の低下に応じて全噴射量に対する最終回の噴射量割合を増大させることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項９】
前記分割噴射制御手段に対して、運転条件に応じて分割回数を設定する分割回数設定手段を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１０】
前記分割噴射制御手段は、噴射期間の間の噴射休止期間が前記燃料噴射弁の最短閉弁期間より短くなる条件において、前記要求燃料噴射量を１回の噴射によって噴射することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１１】
前記噴射休止期間が最短閉弁期間より短くなる条件は、前記内燃機関の高回転及び高負荷運転条件であることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１２】
前記分割噴射制御手段は、３回以上の分割噴射を行う場合に、後の噴射ほど直前の噴射からの噴射開始間隔を短縮して噴射させることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１３】
機関温度検出手段と、該手段からの出力を受け、機関冷間時に前記分割噴射制御手段による燃料の分割噴射を禁止させる分割噴射禁止手段を設けたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関し、より詳細には、直噴火花点火式内燃機関において成層燃焼運転時の圧縮行程燃料噴射を複数回に分けることにより、所望の噴霧形態を得る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直噴火花点火式内燃機関における従来の分割燃料噴射技術として、機関低回転低負荷運転時の成層燃焼運転時に燃焼噴射を少なくとも２回に分けて行い、先に噴射された燃料によって燃焼室内に均一な混合気を形成するとともに、後に噴射された燃料によって形成される集中的な混合気が点火プラグの近傍を通過するタイミングに合わせて点火することで、燃焼安定性を向上しつつ、燃料と空気との混合不足による未燃炭化水素（ＨＣ）の発生を防止しようとする技術が知られている（特開平９−２５６９３６号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような分割噴射では、一部の運転領域において燃焼安定性の向上及びＨＣ発生量の低減といった効果を得ることができるものの、次に述べる特定の運転領域において問題がある。
すなわち、従来は、先に噴射された燃料が燃焼室全体に拡散して希薄な均一混合気を形成していたが、燃料噴射量の少ない機関低負荷運転時では、この先に噴射された燃料が過度に希薄な混合気を形成し、不完全燃焼を生じることによってかえってＨＣ発生量を増大させてしまう場合がある。
【０００４】
また、混合気を吸気のタンブル流動に乗せて点火プラグの近傍に輸送しようとする方式の直噴火花点火式内燃機関において上記従来の分割噴射を実施する場合には、次のような問題も生じる。
すなわち、噴霧の運動量に対して吸気の運動量が相対的に小さく吸気のタンブル流動に乗せた混合気輸送がなされ難い機関低回転運転時や、燃料噴射量が少なく混合気が希薄となり易い機関低負荷運転時において、点火プラグの近傍に適正濃度の混合気が存在する期間、すなわち点火可能期間が限られしまうのである。そして、このような運転領域では点火可能期間を拡大することは困難であるため、結果として点火可能期間が機関性能上不十分となり、燃焼安定性が低下してしまうのである。
【０００５】
このような実状に鑑み、本発明は、燃料の分割噴射をより的確に行うことによって燃料を適切な位置にかつ適切な集中度で分布させ、点火可能期間を運転領域全体に渡って充分に確保することができる内燃機関の燃焼制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明に係る内燃機関Ｅの燃焼制御装置は、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、点火プラグとを備え、少なくとも圧縮行程において燃料を噴射する運転条件を持つ内燃機関の燃焼制御装置であって、図１に示すように、前記燃料噴射弁に対し、圧縮行程に燃料を噴射する場合の要求燃料噴射量を、機関回転速度及び機関負荷が所定の回転速度、負荷より低い領域では、圧縮行程中の複数の期間に分割して噴射させる分割噴射制御手段を備え、前記分割噴射制御手段は、圧縮工程において、前記燃料噴射弁の噴射期間として、前記燃料噴射弁により噴射された燃料の噴霧のそれぞれが、噴霧角が比較的に大きく噴霧速度が比較的に低い主噴霧と、この主噴霧に先行して噴射され、かつ主噴霧より噴霧角が小さく噴霧速度が高い初期噴霧とを含む複数の期間を設定することを特徴とする（請求項１）。
【０００７】
前記分割噴射制御手段は、前記分割して噴射された燃料のうち先に噴射されたものに対して、その後に噴射された燃料が前記点火プラグの近傍において重なるように、噴射させるのが好ましい（請求項２）。
また、本発明に係る内燃機関Ｅの燃焼制御装置は、前記点火プラグに対して、前記先に噴射された燃料と後に噴射された燃料とが点火プラグの近傍において重なり合っているときに点火させる点火時期制御手段を備えるのが好ましい（請求項３）。
【０００８】
前記分割噴射制御手段は、運転条件に応じて、噴射開始間隔及び噴射量割合のうち少なくとも一方を可変とするのが好ましい（請求項４）。
この場合には、前記分割噴射制御手段は、機関回転速度の低下に応じて噴射開始間隔を拡大するのが好ましく（請求項５）、機関回転速度の低下に応じて全噴射量に対する最終回の噴射量割合を増大させるのが好ましく（請求項６）、機関負荷の低下に対して、噴射開始間隔をほぼ一定に保ちながら１回当たりの噴射量を減少させるのが好ましく（請求項７）、機関負荷の低下に応じて全噴射量に対する最終回の噴射量割合を増大させるのが好ましい（請求項８）。
【０００９】
また、本発明に係る内燃機関Ｅの燃焼制御装置は、前記分割噴射制御手段に対して、運転条件に応じて分割回数を設定する分割回数設定手段を備えるのが好ましい（請求項９）。
前記分割噴射制御手段は、噴射期間の間の噴射休止期間が前記燃料噴射弁の最短閉弁期間より短くなる条件において、前記要求燃料噴射量を１回の噴射によって噴射するのが好ましく（請求項１０）、この条件を、前記内燃機関Ｅの高回転及び高負荷運転条件として検出するのが好ましい（請求項１１）。
【００１０】
前記分割噴射制御手段は、３回以上の分割噴射を行う場合に、後の噴射ほど直前の噴射からの噴射開始間隔を短縮して噴射させるのが好ましい（請求項１２）。
また、本発明に係る内燃機関Ｅの燃焼制御装置は、機関温度検出手段と、該手段からの出力を受け、機関冷間時に前記分割噴射制御手段による燃料の分割噴射を禁止させる分割噴射禁止手段を備えるのが好ましい（請求項１３）。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、圧縮行程に燃料を噴射する場合の要求燃料噴射量を、前記分割噴射制御手段により、圧縮行程において、噴射された燃料の各噴霧が初期噴霧と主噴霧とを含む複数の期間に分割して、等しい噴射特性で噴射することで、次の効果を得ることができる。
分割噴射された燃料のうち、先に噴射された燃料は、燃料噴射弁の噴射特性、噴射方向及び燃焼室内のガス流動の影響などによって定まる領域に、混合気を形成する。そして、この噴射の後に等しい噴射特性で噴射される燃料に対しては、先の噴射の影響で噴射方向に沿った流れが生じているため、後に噴射された燃料は、同様な形態の噴霧を形成しつつも、先に噴射された燃料より高速で燃焼室内を進む。従って、後に噴射された燃料を先に噴射された燃料に追い付かせて重なり合わせることにより、その位置において適切な集中度の混合気を形成することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明によれば、点火プラグの近傍に上記適切な集中度の混合気を形成することができるので、点火プラグの近傍における適正濃度の混合気の存在時間、すなわち点火可能期間を充分に確保し、燃焼安定性を改善することができる。
また、過度に希薄な混合気の形成を防止し、燃焼安定性の改善とＨＣ発生量の低減との両立を図ることができる。
【００１３】
請求項３に係る発明によれば、前記点火時期制御手段により、点火時期が最適化される。
請求項４に係る発明によれば、分割噴射された燃料の重なり合いが生じる位置や、その位置での燃料の集中度を、運転条件によらず、常に良好に保つことができる。
【００１４】
請求項５に係る発明によれば、機関回転速度の変動に対して、分割噴射された燃料の重なり合いが生じる位置の変化を抑えることができる。
特に、燃料を吸気のタンブル流動に乗せて点火プラグに向けて輸送する場合に、このタンブル流動が弱くなり、燃料の輸送が行われ難い傾向にある機関低回転運転時においても、分割噴射された燃料の重なり合いが生じる位置を点火プラグの近傍に保ち、点火可能期間を確保することができる。
【００１５】
請求項６に係る発明によれば、次の効果を得ることができる。
後に噴射された燃料は、先に噴射された燃料に対して比較的分散しないまま重なることから、後の噴射ほど噴射量割合を増大させれば、燃料の重なり合いによって形成される噴霧の燃料集中度を高めることができる。従って、例えば燃料を吸気のタンブル流動に乗せて点火プラグに向けて輸送する場合の機関低回転運転時において、最終回の噴射量割合を増大させることにより、燃焼安定性が低下し易い条件で点火プラグの近傍における燃料の集中度を高めることができ、燃焼安定性の改善を図ることができる。
【００１６】
請求項７に係る発明によれば、機関負荷の低下に対して噴射開始間隔をほぼ一定に保つことで、分割噴射された燃料の重なり合いが生じる位置を機関負荷によらず狙い通りに保つことができ、その位置における燃料の集中度の低下を防ぐことができる。そして、燃料を吸気のタンブル流動に乗せて点火プラグに向けて輸送する場合にあっては、要求燃料噴射量が少なく、混合気が希薄となり易い機関低負荷運転時においても、点火プラグの近傍における燃料の集中度を保ち、点火可能期間を確保することができる。
【００１７】
請求項８に係る発明によれば、次の効果を得ることができる。
先に述べた通り、後の噴射ほど噴射量割合を増大させることで、燃料の重なり合いによって形成される噴霧の燃料集中度を高めることができる。従って、点火プラグの近傍に混合気を集中的に形成する場合において、要求燃料噴射量が少なく、希薄な混合気が形成され易い機関低負荷運転時であっても、最終回の噴射量割合を増大させることにより、点火プラグの近傍における燃料の集中度を良好なものとし、希薄な混合気の形成を抑え、点火可能期間を確保することができる。
【００１８】
請求項９に係る発明によれば、分割回数設定手段により、運転条件に応じて最適な回数に分けて燃料を噴射することができる。
請求項１０に係る発明によれば、要求燃料噴射量を確実に噴射し、負荷変動を防止することができる。
請求項１１に係る発明によれば、高回転及び高負荷運転条件における負荷変動を未然に防ぐことができる。
【００１９】
請求項１２に係る発明によれば、分割噴射された燃料を適切な位置において重なり合わせるとともに、この重なり合いよって形成される噴霧の燃料集中度を、さらに高めることができる。
すなわち、後に噴射された燃料ほど分散しないまま燃料の重なり合いが生じることは先に述べた通りであるが、要求燃料噴射量を３回に分けて噴射するとともに、後の噴射ほど直前の噴射からの噴射開始間隔を短縮して行うことで、後に噴射された燃料の分散がさらに抑えられ、重なり合いによる噴霧の燃料集中度をさらに高めることができるのである。そして、燃焼安定性が低下し易い条件において燃料の分布範囲及びその集中度をより良好なものとし、燃焼安定性のさらなる向上を図ることができる。
【００２０】
請求項１３に係る発明によれば、機関壁面温度が高く、燃料の壁面付着が生じた場合においても燃焼性能への悪影響が少ない機関温間時にのみ分割噴射を行い、機関冷間時には分割噴射を禁止することができるので、燃料の壁面付着による燃焼性能の悪化を防ぐことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態として、本発明を直噴火花点火式内燃機関である４サイクル型の自動車用ガソリンエンジン（以下、単に「エンジン」という。）Ｅに適用した例について、図面を参照して説明する。
図２は、エンジンＥの側面断面図であり、圧縮行程の状態を表している。同図において、１はシリンダブロック、２はシリンダヘッドであり、シリンダブロック１には、凹状の冠面を形成するピストン３が挿入されている。そして、ピストン３の冠面とシリンダヘッド２との間に燃焼室４が形成される。
【００２２】
燃焼室４には、一側に吸気ポート５が、他側に排気ポート６が開口しており、各ポートは、それぞれに介装した吸気弁７又は排気弁８によって開閉される。なお、吸気ポート５と排気ポート６とは、それぞれ２つずつ設けられている。
また、シリンダヘッド２には、燃焼室４の上側のほぼ中心部に位置するように点火プラグ９が取り付けられており、さらに２つの吸気ポート５，５の間で下寄りに位置させて燃料噴射弁１０が取り付けられている。燃料噴射弁１０は、燃焼室４内に燃料を直接噴射可能であり、図の一点鎖線Ａで示すように、点火プラグ９の下方に向けて斜め下向きに燃料を噴射する。
【００２３】
ここで、燃焼室４内では、吸気ポート５の形状の作用によって吸気行程中に吸気のタンブル（縦渦）流動が形成されており、成層燃焼を行わせる場合には、燃料噴射弁１０は、圧縮行程において燃料を噴射する。噴射された燃料は、上記タンブル流動に乗って燃焼室４内を点火プラグ９方向に輸送され、その結果、点火プラグ９の近傍に可燃空燃比の混合気が形成され、燃焼室４内の混合気が層状化される。
【００２４】
次に、本実施形態に係るエンジンＥにおける混合気形成について、図３〜７を参照してさらに説明する。
まず、図３及び４を参照して、燃料噴射弁１０によって噴射される燃料の噴霧形態について説明する。図３は、その噴霧形態の一例を表しており、図４は、噴射開始時刻ｔ０からの経過時間に対する噴霧角α及び噴霧速度ｖの変化を示したものである。
【００２５】
本実施形態では、燃料噴射弁１０によって圧縮行程において１回に噴射される燃料は、図３及び４に示すように、噴射開始初期の初期噴霧（噴霧角αが小さく、噴霧速度ｖが高い）と、これに続く主噴霧（噴霧角αが大きく、噴霧速度ｖが低い）とから形成される。そして、これらが一体となって、噴霧長Ｌのほぼ球状の噴霧を形成するのである。
【００２６】
そして、燃料噴射弁１０は、圧縮行程に燃料を噴射する運転条件において、図５のタイムチャートに示すように、その条件で噴射すべき要求燃料噴射量を、それぞれの噴射特性が等しくなる長さの複数の噴射期間に分けて、すなわち、それぞれの燃料の噴霧が初期噴霧と主噴霧とを含むように（従って、各回の噴射期間は、図４に示す初期噴霧期間ｔ０〜ｔ１より長い。）複数の噴霧に分けて、噴射する。なお、ここでは、２回の噴射期間τ１及びτ２に分割して噴射する例を示している。
【００２７】
ここで、図５についてさらに説明する。
当然のことながら、燃料を何回かに分割して噴射する場合には、１回当たりの噴射量は、要求燃料噴射量を１回のみの噴射によって噴射する場合のその１回の噴射量と比べて、低下する。ここで、噴霧先端到達距離を噴射量毎に示した図６を参照すると、分割噴射に係る第１回目の噴射による燃料の噴霧の先端到達距離は、１回のみの噴射による場合の噴霧先端到達距離より低下する。
【００２８】
一方、第１回目の噴射の終了時からわずかな噴射休止期間をあけて行われる第２回目の噴射による燃料の噴霧は、第１回目の噴射によって形成された噴射方向のガス流動に乗って燃焼室４内を進行するので、第１回目の噴射による燃料の噴霧より噴霧速度が高くなる。
このため、第１回目の噴射による燃料の噴霧に対して、第２回目の噴射による燃料の噴霧が追い付き（Ｓｔ４）、ある特定のタイミングでちょうど重なり合う状態となって、長さの短い複合的な噴霧を形成する（Ｓｔ５）。そして、第２回目の噴霧の先端は、第１回目の噴霧の先端を追い越し、第１回目の噴霧より遠くまで到達する（Ｓｔ６）。
【００２９】
このようにして要求燃料噴射量を複数回に分けて噴射することによって形成される複合的な噴霧は、１回のみの噴射による噴霧に比べてよりコンパクトであり、燃焼室４の一部に燃料をより集中させて分布させることができる。さらに、燃料の噴射開始間隔τ１２や、１回当たりの噴射量の全噴射量に対する割合などの噴射条件を、運転条件（例えば、機関回転速度及び機関負荷）に応じて可変に設定することにより、複数の噴霧が重なり合う位置や、燃料の集中度を常に最適に保つことができる。
【００３０】
そして、噴射された燃料は吸気のタンブル流動に乗って点火プラグ９方向へ輸送されるため、点火プラグ９の近傍において上記の重なり合いを生じさせることもできる。このようにして点火プラグ９の近傍に複合的な噴霧を形成することにより、成層燃焼を行わせる場合の混合気形成をより良好なものとし、燃焼安定性を改善することができる。
【００３１】
図７は、点火プラグ９の近傍における空燃比の変動を１回噴射の場合（点線で表示）と２回噴射の場合（実線で表示）とで比較して示したものあるが、同図を参照すれば、点火プラグ９の近傍の空燃比が適正な範囲にある期間（点火可能期間）が、１回噴射の場合よりも長期化されていることが分かる。
次に、以上に説明した混合気形成のための制御内容について説明する。
【００３２】
ここで、図２を参照して、制御系の構成について簡単に説明する。点火プラグ９、燃料噴射弁１０及びこれに燃料を高圧で供給する燃料ポンプ３１は、エンジン制御用コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という。）２１によって制御され、これらの制御のため、ＥＣＵ２１へは、周知のクランク角センサ４１、気筒判別センサ４２、スロットルセンサ４３、吸気量センサ４４、燃料圧力センサ４５、空燃比センサ４６及び水温センサ４７などからの信号が入力される。
【００３３】
ＥＣＵ２１は、これら各種センサからの信号を基にして、燃料噴射及び点火を制御する。燃料噴射は、機関回転速度と機関負荷とに応じた燃料噴射量を算出し、燃料ポンプ３１によって必要な燃圧を発生させ、噴射パルス信号として噴射指令を発して燃料噴射弁１０を駆動させて行う。また、点火は、点火信号によって図示しない点火コイルを駆動させ、点火プラグ９を放電させて行う。
【００３４】
図８は、圧縮行程に燃料を噴射する成層燃焼運転時における制御（主に、燃料噴射制御）のフローチャートである。以下、同図を参照して説明する。
ステップ（以下「Ｓ」と略す。）１では、運転状態を検出する。すなわち、前述のセンサからの信号に基づいて、機関回転速度、機関負荷及び冷却水温などを検出する。
【００３５】
Ｓ２では、検出された運転状態に最適な燃料噴射量（要求燃料噴射量）を算出する。この計算は、理論的な計算式を用いても、またマップを用いて行ってもよい。
Ｓ３では、算出された要求燃料噴射量と、燃料圧力センサ４５によって検出された燃料圧力とに基づいて、噴射パルス信号幅（全噴射期間であり、１回のみの噴射による場合にはそのパルス幅に、分割噴射の場合には各パルスの合計幅に相当する。）τを算出する。
【００３６】
Ｓ４では、冷却水温（機関壁面温度）から機関冷間時であるか否かを判定し、機関冷間時である場合にはＳ８へ、それ以外の場合（機関温間時）にはＳ５へ進む。Ｓ８における制御についてはさらに後述するが、機関冷間時には、機関壁面温度が低く、燃料の壁面付着による燃焼性能への悪影響が大きいため、分割噴射を禁止して１回のみの単一噴射とし、Ｓ８で設定される噴射開始時期より噴射するのである。従って、Ｓ４は、分割噴射禁止手段を構成する。
【００３７】
Ｓ５では、図９に示すような傾向のマップを参照して、１回のみの噴射とするか、または分割噴射とするかについての噴射モードを決定する。
噴射モードは、機関回転速度及び機関負荷に応じた領域毎に設定し、成層燃焼運転を行う低回転低負荷運転条件（領域Ａ１及びＡ２）において圧縮行程噴射とし、このうち、特に機関回転速度及び機関負荷が低い領域Ａ１で分割噴射モードを選択し、それ以外の領域Ａ２で１回噴射モードを選択する。一方、領域Ａ１及びＡ２以外の領域Ｂでは、単一の吸気行程噴射（すなわち、１回噴射モード）を選択し、均質燃焼運転を行う。そして、分割噴射モードが選択された場合にはＳ６へ進み、１回噴射モードが選択された場合にはＳ８へ進む。
【００３８】
Ｓ６では、噴射パルス信号幅（全噴射期間）τ及び分割回数Ｎ（ここでは２）を用い、かつ図１０に示すような傾向のマップを参照して、各回の噴射における噴射パルス信号幅τ１，τ２を算出する。なお、図１０のマップは、要求燃料噴射量に対する最終回（２回目）の噴射量割合ｒの最適値を、機関回転速度と機関負荷とに応じて割り付けたものであり、低回転及び低負荷ほど大きく設定してある。ここで、噴射パルス信号幅τ１及びτ２は、τ１＝τ−τ２、τ２＝τ×ｒである。
【００３９】
このように最終回の噴射量を機関回転速度及び機関負荷に応じて変化させるのは、次の理由による。
一般的に、燃焼室内に噴射された燃料は、時間の経過とともに分散（拡散）し、成層化された混合気塊の周囲に希薄な混合気が形成され、これがＨＣ排出の主な原因となる。分割噴射を行う場合には、前述の通り燃料の集中化が可能であるが、同一の間隔で燃料を噴射するとすれば、最終回に噴射される燃料の割合を大きくした方が分散が抑えられ、希薄な混合気の発生を抑制することができるのである。
【００４０】
従って、燃焼安定性が低下し易い機関低回転運転時及び機関低負荷運転時ほど最終回の噴射量割合を増すことにより、点火プラグ９の近傍における燃料の集中度をより増大させ、点火プラグ９の近傍における適正濃度の混合気の存在時間を延長し、燃焼安定性の低下を防ぐことができる。
Ｓ７では、図１１に示すような傾向のマップを参照して、噴射開始間隔τ１２を設定する。噴射開始間隔τ１２は、図示のように、機関回転速度が低いほど拡大する。つまり、吸気のタンブル流動が弱くなり、噴射された燃料の点火プラグ９方向への輸送が行われ難くなるほど、噴射開始間隔τ１２を拡大するのである。
【００４１】
また、各回の噴射量は、機関負荷の低下に応じて減少されるが、その一方で噴射開始間隔τ１２は、図１１のマップに示すように、機関回転速度が一定であるならば、機関負荷が変化したとしてもほぼ一定に保たれるようにすることにより、分割噴射された燃料の重なり合いが生じる位置が、機関負荷によらず常に点火プラグ９の近傍となるようにしている。これにより、機関低負荷運転時においても燃料の集中度を良好なものとし、点火可能期間を確保することができる。
【００４２】
Ｓ８では、噴射開始間隔τ１２及び噴射パルス信号幅τ２を用い、かつ図１２に示すような傾向の噴射終了時期Ｃｅのマップを参照して、各回の噴射開始時期Ｃ１及びＣ２を設定する。図１２のマップは、噴射終了時期Ｃｅの最適値を機関回転速度と機関負荷とに応じて割り付けたものであり、機関低回転運転時ほど、また機関高負荷運転時ほど遅角側としている。そして、各噴射開始時期は、Ｃ１＝Ｃｅ−Ｃ（τ１２）−Ｃ（τ２）、及びＣ２＝Ｃｅ−Ｃ（τ２）の２つの式から算出することができる。なお、Ｃ（τ２）は、噴射期間τ２のクランク角換算値である（他の期間についても同様）。
【００４３】
Ｓ９では、図１３に示すような傾向のマップを参照して、点火時期ＡＤＶを設定する。図１３のマップは、点火時期ＡＤＶの最適値を機関回転速度と機関負荷とに応じて割り付けたものであり、機関低回転運転時ほど、また機関高負荷運転時ほど遅角側としている。このマップを参照して点火時期ＡＤＶを設定した結果、分割噴射された複数の噴霧が点火プラグ９の近傍において重なり合う時期に点火プラグ９が作動する。従って、Ｓ９は、点火時期制御手段を構成する。
【００４４】
以上に説明したように、圧縮行程に燃料を噴射する場合の要求燃料噴射量を、燃料噴射弁１０の噴射特性が等しい、すなわち、それぞれの燃料の噴霧が初期噴霧と主噴霧とを含むほぼ同様な形態となる長さの複数の噴射期間τ１及びτ２に分けて噴射するとともに、先に噴射された燃料の噴霧に対して後に噴射された燃料の噴霧が点火プラグ９の近傍において重なり合うように噴射することで、点火プラグ９の近傍に形成される混合気の燃料の集中度を高め、可燃混合気周辺の過度に希薄な混合気の発生を防ぐとともに、点火プラグ９の近傍における適性濃度の混合気の存在時間、すなわち点火可能期間を充分に確保し、燃焼安定性を改善することができる。
【００４５】
なお、図８に示したフローチャートのステップのうち、Ｓ１〜８の処理が分割噴射制御手段を構成し、Ｓ９の処理が点火時期制御手段を構成する。
図１４は、本発明の他の実施形態としての燃料噴射制御における噴射モード決定用のマップ（前述のＳ５において参照された図９のマップに相当する。）を示している。
【００４６】
ここでは、噴射モードは、前述同様に機関回転速度及び機関負荷に応じた領域毎に設定され、成層燃焼運転を行う低回転低負荷運転条件（領域Ａ１−２，Ａ１−３及びＡ２）において圧縮行程噴射とし、それ以外の条件（領域Ｂ）では単一の吸気行程噴射（すなわち、１回噴射モード）を選択して均質燃焼運転を行う。
さらに、成層燃焼運転を行う場合において、特に機関回転速度及び機関負荷が低い領域Ａ１−２及びＡ１−３で分割噴射モードを選択するが、このうち低回転及び中負荷程度の運転条件となる領域Ａ１−３において、要求燃料噴射量を３回に分けて噴射する３回噴射モードを選択する。それ以外の領域Ａ１−２では、２回噴射モードを選択する。
【００４７】
なお、領域Ａ２では、単一の圧縮行程噴射（すなわち、１回噴射モード）を選択する。
図１５は、３回噴射モードが選択された場合における噴射期間及び点火時期、並びに分割噴射された燃料の噴霧の先端到達距離を、時間の経過に対して示した図である。
【００４８】
３回噴射モードにおいても、燃料噴射弁１０は、要求燃料噴射量（噴射パルス信号幅τ）を噴射特性が等しい（各回の噴射パルス信号幅τ１〜τ３は、図４に示す初期噴霧期間ｔ０〜ｔ１より長い。）複数の噴霧に分けて噴射する。ここで、噴射開始間隔τ１２及びτ２３は、後の噴射ほど直前の噴射からの時間が短くなるように設定されるのがよい。すなわち、３回噴射モードを例にとれば、τ２３＜τ１２とする。
【００４９】
そして、先に噴射された燃料の噴霧は後に噴射された燃料の噴霧に追い付いて重なり合うため、第１回目〜第３回目に噴射された燃料を点火プラグ９の近傍において重なり合わせ、ここに２回噴射による場合より長さが短く、集中度がより高い複合的な噴霧を形成することができる。
なお、このように形成された複合的な噴霧に対して点火するのが好ましいことは、言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施形態に係る直噴ガソリンエンジンの断面側面図
【図３】燃料噴射時における噴霧の拡大図
【図４】同上噴霧の噴霧角及び速度の変化を示す図
【図５】分割噴射（２回噴射）を行う場合における噴射期間及び点火時期、並びに分割して噴射された燃料噴霧の先端到達距離を、時間の経過に対して示す図
【図６】噴霧先端到達距離と噴射量との関係を示す図
【図７】１回噴射の場合と２回噴射の場合との点火可能期間の違いを示す図
【図８】本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御のフローチャート
【図９】噴射モード決定用のマップの一例を示す図
【図１０】全燃料噴射量に対する最終回の噴射量割合の、機関運転条件に応じた変化傾向を示す図
【図１１】噴射開始間隔の機関運転条件に応じた変化傾向を示す図
【図１２】噴射終了時期の機関運転条件に応じた変化傾向を示す図
【図１３】点火時期の機関運転条件に応じた変化傾向を示す図
【図１４】噴射モード決定用のマップの他の例を示す図
【図１５】分割噴射（３回噴射）を行う場合における噴射期間及び点火時期、並びに分割して噴射された燃料噴霧の先端到達距離を、時間の経過に対して示す図
【符号の説明】
Ｅ…エンジン
１…シリンダブロック
２…シリンダヘッド
３…ピストン
４…燃焼室
５…吸気ポート
６…排気ポート
９…点火プラグ
１０…燃料噴射弁
２１…エンジン制御用ユニット
３１…燃料ポンプ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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