JP4470771B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、筒内に向けて燃料を噴射する第１の燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）と吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射する第２の燃料噴射手段（吸気通路噴射用インジェクタ）とを備えた内燃機関の制御装置に関し、特に、第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段からの燃料噴射量を補正する技術に関する。

機関吸気通路内に燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタと、機関燃焼室内に常時燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタとを具備し、機関負荷が予め定められた設定負荷よりも低いときには吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射を停止すると共に機関負荷が設定負荷よりも高いときには吸気通路噴射用インジェクタから燃料を噴射するようにした内燃機関が公知である。

このような内燃機関においても、インジェクタに堆積するデポジットや製造時の個体差により、燃料噴射量が所望の噴射量とならない場合がある。すなわち、空燃比が所望の空燃比（たとえば理論空燃比）からずれる場合がある。この燃料噴射量のずれを補正するため、１気筒に対し１つのインジェクタが設けられた内燃機関と同様に、空燃比のフィードバック制御により、燃料噴射量が補正される。

特開平３−１８５２４２号公報（特許文献１）は、１気筒あたり複数個の燃料噴射弁を備えた内燃機関において、燃料噴射量を精度よく補正する内燃機関の燃料噴射量制御装置を開示する。この燃料噴射量制御装置は、運転状態に応じて複数の燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する制御部と、機関の排気系に設けられた酸素センサからの出力信号に基づく値を学習して燃料噴射量を補正する学習部と、複数個の燃料噴射弁の使用状態に対応して複数の学習領域を設定する設定部と、学習領域の夫々において学習した各学習値を使用して各学習領域に対応する運転状態時に、燃料噴射量を補正する補正部とを含む。

この公報に記載の燃料噴射量制御装置によれば、学習領域で使用されている燃料噴射弁と、学習値を用いて燃料噴射量を補正するときの使用噴射弁が一致する。そのため、燃料噴射量の補正精度が向上する。したがって、これに伴い空燃比の追従性が向上し、排気エミッションが改善される。また目標空燃比からの誤差が小さくなるため空燃比をリーン側に設定しても失火の可能性を少なくして燃費を向上することができる。
特開平３−１８５２４２号公報

ところで、内燃機関においては、たとえば冷間始動時において、始動性などの向上のため、燃料噴射量を増量したりする。このように燃料噴射量を増量している場合は、燃料噴射量を増量していない場合に比べて必然的に空燃比が変化し得る。しかしながら、特開平３−１８５２４２号公報に記載の燃料噴射量制御装置においては、燃料噴射量を増量している場合については考慮されていない。したがって、学習値の学習により、不必要に燃料噴射量が補正されるおそれがあり、学習値に基づく燃料噴射量の補正が不適切な場合が生じ得る。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、燃料噴射量を適切に補正することができる内燃機関の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の制御装置においては、筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段とを備えた内燃機関を制御する。この制御装置は、少なくとも内燃機関の温度が予め定められた値以下のクランキング時およびアイドル時において、第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段のいずれか一方のみから燃料が噴射されるように、燃料噴射手段を制御するための第１の制御手段と、第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段から燃料が噴射されるように、燃料噴射手段を制御するための第２の制御手段と、空燃比に基づいて燃料噴射量の補正値を算出するための算出手段と、少なくとも内燃機関のクランキング開始時から完爆するまでの期間において、燃料噴射量の補正値の算出を禁止するための禁止手段と、内燃機関の完爆後の予め定められた期間において、燃料噴射量の補正値の算出を許可するための許可手段とを含む。

第１の発明によると、第１の制御手段は、少なくとも内燃機関の温度が予め定められた値以下のクランキング時およびアイドル時において、第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段のいずれか一方のみから燃料が噴射されるように、燃料噴射手段を制御する。第２の制御手段は、第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段から燃料が噴射されるように、燃料噴射手段を制御する。このように燃料噴射手段が制御される内燃機関においは、第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段のいずれか一方のみから燃料が噴射される機会が多いとは限らない。したがって、第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段のいずれか一方のみから燃料が噴射される状態における燃料噴射量の補正値を算出する機会が多いとは限らない。そのため、第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段のいずれか一方のみから燃料が噴射される状態においては、できるだけ燃料噴射量の補正値を算出する必要がある。よって、第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段のいずれか一方のみから燃料が噴射され得る（内燃機関の温度が予め定められた値以下のクランキング時およびアイドル時が含まれ得る）内燃機関の冷間時においても補正値を算出することが考えられる。ところで内燃機関の冷間時における始動の際には、少なくともクランキング開始時から完爆するまでの期間において、過渡的に燃料噴射量が補正（増量）されたりする。また、完爆後の予め定められた期間において、内燃機関の温度に応じて定常的に燃料噴射量が補正（増量）されたりする。過渡的に噴射量が増量されている場合は、空燃比が急変するおそれがある。一方、定常的に噴射量が増量されている場合は、空燃比が安定する。したがって、少なくともクランキング開始時から、完爆するまでの期間において、燃料噴射量の補正値の算出が禁止される。完爆後の予め定められた期間において、燃料噴射量の補正値の算出が許可される。これにより、空燃比が安定している状態において燃料噴射量の補正値を算出することができる。そのため、補正値の誤算出を抑制することができる。その結果、燃料噴射量を適切に補正することができる内燃機関の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１の発明の構成に加え、第１の制御手段は、内燃機関の温度が予め定められた値以下のクランキング時およびアイドル時において、第２の燃料噴射手段のみから燃料が噴射されるように、燃料噴射手段を制御するための手段を含む。

第２の発明によると、内燃機関の温度が予め定められた値以下のクランキング時およびアイドル時において、第２の燃料噴射手段のみから燃料が噴射されるように、燃料噴射手段が制御される。このように燃料噴射手段が制御される内燃機関においては、第２の燃料噴射手段のみから燃料が噴射される機会が多いとは限らない。したがって、第２の燃料噴射手段のみから燃料が噴射される状態における燃料噴射量の補正値を算出する機会が多いとは限らない。そのため、第２の燃料噴射手段のみから燃料が噴射される状態においては、できるだけ燃料噴射量の補正値を算出する必要がある。よって、第２の燃料噴射手段のみから燃料が噴射され得る（内燃機関の温度が予め定められた値以下のクランキング時およびアイドル時が含まれ得る）内燃機関の冷間時においても補正値を算出することが考えられる。ところで内燃機関の冷間時における始動の際には、少なくともクランキング開始時から完爆するまでの期間において、過渡的に燃料噴射量が補正（増量）されたりする。また、完爆後の予め定められた期間において、内燃機関の温度に応じて定常的に燃料噴射量が補正（増量）されたりする。過渡的に噴射量が増量されている場合は、空燃比が急変するおそれがある。一方、定常的に噴射量が増量されている場合は、空燃比が安定する。したがって、少なくともクランキング開始時から、完爆するまでの期間において、燃料噴射量の補正値の算出が禁止される。完爆後の予め定められた期間において、燃料噴射量の補正値の算出が許可される。これにより、空燃比が安定している状態において燃料噴射量の補正値を算出することができる。そのため、補正値の誤算出を抑制することができる。

第３の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１または２の発明の構成に加え、予め定められた期間は、内燃機関の温度に基づいて燃料噴射量が補正される期間である。

第３の発明によると、内燃機関の温度に応じて定常的に燃料噴射量が補正されている場合は、空燃比が安定する。このような期間において、燃料噴射量の補正値の算出が許可される。これにより、空燃比が安定している状態において燃料噴射量の補正値を算出することができる。そのため、補正値の誤算出を抑制することができる。

第４の発明に係る内燃機関の制御装置は、第３の発明の構成に加え、内燃機関の温度および空燃比以外に基づいて燃料噴射量が補正された場合において算出された補正値に基づく燃料噴射量の補正を禁止するための手段をさらに含む。

第４の発明によると、内燃機関の温度および空燃比以外（たとえば、吸気ポートの壁面に付着した燃料やキャニスタからパージされる燃料）に基づいて燃料噴射量が補正された場合において算出された補正値に基づく燃料噴射量の補正が禁止される。これにより、吸気ポートの壁面に付着した燃料やキャニスタからパージされる燃料に基づいて、過渡的に燃料噴射量が補正された場合において算出された補正値により、不必要に燃料噴射量が補正されることを抑制することができる。そのため、燃料噴射量を適切に補正することができる。

第５の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加え、第１の燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタである。第２の燃料噴射手段は、吸気通路用インジェクタである。

第５の発明によると、第１の燃料噴射手段である筒内噴射用インジェクタと第２の燃料噴射手段である吸気通路噴射用インジェクタとを別個に設けて噴射燃料を分担する内燃機関において、適切に燃料噴射量を補正することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１に、本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）で制御されるエンジンシステムの概略構成図を示す。なお、図１には、エンジンとして直列４気筒ガソリンエンジンを示すが、本発明はこのようなエンジンに限定されるものではなく、Ｖ型６気筒エンジン、Ｖ型８気筒エンジンなど、種々の形式のエンジンに適用可能である。

図１に示すように、エンジン１０は、４つの気筒１１２を備え、各気筒１１２はそれぞれ対応するインテークマニホールド２０を介して共通のサージタンク３０に接続されている。サージタンク３０は、吸気ダクト４０を介してエアクリーナ５０に接続され、吸気ダクト４０内にはエアフローメータ４２が配置されるとともに、電動モータ６０によって駆動されるスロットルバルブ７０が配置されている。このスロットルバルブ７０は、アクセルペダル１００とは独立してエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてその開度が制御される。一方、各気筒１１２は共通のエキゾーストマニホールド８０に連結され、このエキゾーストマニホールド８０は三元触媒コンバータ９０に連結されている。

各気筒１１２に対しては、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１１０と、吸気ポートまたは／および吸気通路内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ１２０とがそれぞれ設けられている。これらインジェクタ１１０、１２０はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。また、各気筒内噴射用インジェクタ１１０は共通の燃料分配管１３０に接続されており、この燃料分配管１３０は燃料分配管１３０に向けて流通可能な逆止弁１４０を介して、機関駆動式の高圧燃料ポンプ１５０に接続されている。なお、本実施の形態においては、２つのインジェクタが別個に設けられた内燃機関について説明するが、本発明はこのような内燃機関に限定されない。たとえば、筒内噴射機能と吸気通路噴射機能とを併せ持つような１個のインジェクタを有する内燃機関であってもよい。

図１に示すように、高圧燃料ポンプ１５０の吐出側は電磁スピル弁１５２を介して高圧燃料ポンプ１５０の吸入側に連結されており、この電磁スピル弁１５２の開度が小さいときほど、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０内に供給される燃料量が増大され、電磁スピル弁１５２が全開にされると、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０への燃料供給が停止されるように構成されている。なお、電磁スピル弁１５２はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいて制御される。

一方、各吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、共通する低圧側の燃料分配管１６０に接続されており、燃料分配管１６０および高圧燃料ポンプ１５０は共通の燃料圧レギュレータ１７０を介して、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ１８０に接続されている。さらに、低圧燃料ポンプ１８０は燃料フィルタ１９０を介して燃料タンク２００に接続されている。燃料圧レギュレータ１７０は低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の一部を燃料タンク２００に戻すように構成されており、したがって吸気通路噴射用インジェクタ１２０に供給されている燃料圧および高圧燃料ポンプ１５０に供給されている燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを阻止している。

エンジンＥＣＵ３００は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス３１０を介して相互に接続されたＲＯＭ(Read Only Memory)３２０、ＲＡＭ(Random Access Memory)３３０、ＣＰＵ(Central Processing Unit)３４０、入力ポート３５０および出力ポート３６０を備えている。

エアフローメータ４２は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ４２の出力電圧はＡ／Ｄ変換器３７０を介して入力ポート３５０に入力される。エンジン１０には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８０が取付けられ、この水温センサ３８０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器３９０を介して入力ポート３５０に入力される。

燃料分配管１３０には燃料分配管１３０内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４００が取付けられ、この燃料圧センサ４００の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４１０を介して入力ポート３５０に入力される。三元触媒コンバータ９０上流のエキゾーストマニホールド８０には、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生する空燃比センサ４２０が取付けられ、この空燃比センサ４２０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４３０を介して入力ポート３５０に入力される。

本実施の形態に係るエンジンシステムにおける空燃比センサ４２０は、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比に比例した出力電圧を発生する全域空燃比センサ（リニア空燃比センサ）である。なお、空燃比センサ４２０としては、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出するＯ₂センサを用いてもよい。

本実施の形態において、エンジンＥＣＵ３００は、空燃比センサ４２０の出力電圧に基づいて、燃料の総噴射量のフィードバック補正量を算出する。また、予め定められた学習条件が成立した場合、フィードバック補正量の学習値（燃料噴射量の恒常的なズレ量を表す値）を算出する。フィードバック補正量およびその学習値の算出は、吸入空気量をパラメータとして予め定められた学習領域内において行なわれる。学習領域については後で詳述する。

なお、フィードバック補正量およびその学習値を算出する方法については、１気筒あたり１つのインジェクタが設けられた内燃機関において一般的に用いられている技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。

アクセルペダル１００は、アクセルペダル１００の踏込み量に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ４４０に接続され、アクセル開度センサ４４０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４５０を介して入力ポート３５０に入力される。また、入力ポート３５０には、機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ４６０が接続されている。エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０には、上述のアクセル開度センサ４４０および回転数センサ４６０により得られる機関負荷率および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値や機関冷却水温に基づく補正値などが予めマップ化されて記憶されている。

図２および図３を参照して、エンジン１０の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け比率（以下、ＤＩ比率（r）とも記載する。）を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図２は、エンジン１０の温間用マップであって、図３は、エンジン１０の冷間用マップである。

図２および図３に示すように、これらのマップは、エンジン１０の回転数を横軸にして、負荷率を縦軸にして、筒内噴射用インジェクタ１１０の分担比率がＤＩ比率ｒとして百分率で示されている。

図２および図３に示すように、エンジン１０の回転数と負荷率とに定まる運転領域ごとに、ＤＩ比率ｒが設定されている。「ＤＩ比率ｒ＝１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味し、「ＤＩ比率ｒ＝０％」とは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味する。「ＤＩ比率ｒ≠０％」、「ＤＩ比率ｒ≠１００％」および「０％＜ＤＩ比率ｒ＜１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０とで燃料噴射が分担して行なわれる領域であることを意味する。なお、概略的には、筒内噴射用インジェクタ１１０は、出力性能の上昇に寄与し、吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、混合気の均一性に寄与する。このような特性の異なる２種類のインジェクタを、エンジン１０の回転数と負荷率とで使い分けることにより、エンジン１０が通常運転状態（たとえば、アイドル時の触媒暖気時が、通常運転状態以外の非通常運転状態の一例であるといえる）である場合には、均質燃焼のみが行なわれるようにしている。

さらに、これらの図２および図３に示すように、温間時のマップと冷間時のマップとに分けて、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０のＤＩ分担率ｒを規定した。エンジン１０の温度が異なると、筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が異なるように設定されたマップを用いて、エンジン１０の温度を検知して、エンジン１０の温度が予め定められた温度しきい値以上であると図２の温間時のマップを選択して、そうではないと図３に示す冷間時のマップを選択する。それぞれ選択されたマップに基づいて、エンジン１０の回転数と負荷率とに基づいて、筒内噴射用インジェクタ１１０および／または吸気通路噴射用インジェクタ１２０を制御する。

本実施の形態においては、燃料の総噴射量が所望の噴射量になるように、ＤＩ比率ｒに基づいて、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量および吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量が決定される。

図２および図３に設定されるエンジン１０の回転数と負荷率について説明する。図２のＮＥ（１）は２５００〜２７００ｒｐｍに設定され、ＫＬ（１）は３０〜５０％、ＫＬ（２）は６０〜９０％に設定されている。また、図３のＮＥ（３）は２９００〜３１００ｒｐｍに設定されている。すなわち、ＮＥ（１）＜ＮＥ（３）である。その他、図２のＮＥ（２）や、図３のＫＬ（３）、ＫＬ（４）も適宜設定されている。

図２および図３を比較すると、図２に示す温間用マップのＮＥ（１）よりも図３に示す冷間用マップのＮＥ（３）の方が高い。これは、エンジン１０の温度が低いほど、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が高いエンジン回転数の領域まで拡大されるということを示す。すなわち、エンジン１０が冷えている状態であるので、（たとえ、筒内噴射用インジェクタ１１０から燃料を噴射しなくても）筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが堆積しにくい。このため、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を使って燃料を噴射する領域を拡大するように設定され、均質性を向上させることができる。

図２および図３を比較すると、エンジン１０の回転数が、温間用マップにおいてはＮＥ（１）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＮＥ（３）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。また、負荷率が、温間用マップにおいてはＫＬ（２）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＫＬ（４）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されるということを示す。すなわち、高回転領域や高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料を噴射しても、エンジン１０の回転数や負荷が高く吸気量が多いので筒内噴射用インジェクタ１１０のみでも混合気を均質化しやすいためである。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。

図２に示す温間マップでは、負荷率ＫＬ（１）以下では、筒内噴射用インジェクタ１１０のみが用いられる。これは、エンジン１０の温度が高いときであって、予め定められた低負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されるということを示す。これは、温間時においてはエンジン１０が暖まった状態であるので、筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが堆積しやすい。しかしながら、筒内噴射用インジェクタ１１０を使って燃料を噴射することにより噴口温度を低下させることができるので、デポジットの堆積を回避することも考えられ、また、筒内噴射用インジェクタの最小燃料噴射量を確保して、筒内噴射用インジェクタ１１０を閉塞させないことも考えられ、このために、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた領域としている。

図２および図３を比較すると、図３の冷間用マップにのみ「ＤＩ比率ｒ＝０％」の領域が存在する。これは、エンジン１０の温度が低いときであって、予め定められた低負荷領域（ＫＬ（３）以下）では吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみが使用されるということを示す。これはエンジン１０が冷えていてエンジン１０の負荷が低く吸気量も低いため燃料が霧化しにくい。このような領域においては筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射では良好な燃焼が困難であるため、また、特に低負荷および低回転数の領域では筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた高出力を必要としないため、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いないで、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみを用いる。

また、通常運転時以外の場合、エンジン１０がアイドル時の触媒暖気時の場合（非通常運転状態であるとき）、成層燃焼を行なうように筒内噴射用インジェクタ１１０が制御される。このような触媒暖気運転中にのみ成層燃焼させることで、触媒暖気を促進させ、排気エミッションの向上を図る。

さらに、本実施の形態においては、図３に示す冷間マップとは別に、エンジン１０の冷間始動時（内燃機関の冷却水の温度が予め定められた温度よりも低い状態における始動時）には、「ＤＩ比率ｒ＝０％」、すなわち吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみから燃料が噴射される。したがって、内燃機関の冷却水の温度が予め定められた温度よりも低い状態におけるクランキング時において、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみから燃料が噴射される。また、エンジン１０の冷間アイドル時（内燃機関の冷却水の温度が予め定められた温度よりも低い状態におけるアイドル時）において、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみから燃料が噴射される。なお、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみから燃料を噴射する代わりに筒内噴射用インジェクタ１１０のみから燃料を噴射するようにしてもよい。

図４および図５を参照して、フィードバック補正量およびその学習値が算出される学習領域について説明する。なお、図４は温間マップにおける学習領域を示し、図５は冷間マップにおける学習領域を示す。

図４および図５において互いに隣接する一点鎖線で示す曲線で挟まれた領域が学習領域である。学習領域は、吸入空気量に応じて区分される。吸入空気量に応じた学習領域を設定するのは、エアフローメータ４２の出力の誤差が吸入空気量に応じて異なるためである。

本実施の形態においては、学習領域（１）〜（４）までの４つの学習領域が設けられる。学習領域（１）、学習領域（２）、学習領域（３）、学習領域（４）の順に、吸入空気量が多い。なお、学習領域の数は４つに限らない。

本実施の形態においては、学習領域に加え、噴射領域（「ＤＩ比率ｒ＝１００％」の領域、「０％＜ＤＩ比率ｒ＜１００％」の領域および「ＤＩ比率ｒ＝０％」の領域）毎にフィードバック補正量およびその学習値が算出される。すなわち、各噴射領域について、学習領域毎にフィードバック補正量およびその学習値が算出される。

図６を参照して、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ３００が実行するプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、エンジンＥＣＵ３００は、エンジン１０の始動要求を検知したか否かを判別する。たとえば、スタートスイッチがオン操作された場合や、イグニッションキーがスタート位置まで操作された場合、エンジン１０の始動要求を検知したと判別される。始動要求を検知した場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００に戻される。Ｓ１０２にて、エンジンＥＣＵ３００は、過渡的に燃料噴射量を増量してエンジン１０をクランキングすることによりエンジン１０を始動する。

Ｓ１０４にて、エンジンＥＣＵ３００は、水温センサ３８０から送信された信号に基づいて、エンジン１０の冷却水温ＴＷを検知する。Ｓ１０６にて、エンジンＥＣＵ３００は、冷却水温ＴＷがしきい値ＴＷ（０）よりも低いか否かを判別する。冷却水温ＴＷがしきい値ＴＷ（０）よりも低い場合（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１０８に移される。もしそうでないと（Ｓ１０６にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ１０８にて、エンジンＥＣＵ３００は、燃料噴射量の過渡増量停止条件が成立したか否かを判別する。ここで、過渡増量停止条件とは、エンジン１０が完爆した（エンジン１０の回転数が予め定められた回転数よりも高くなった）という条件である。なお、過渡増量停止条件はこれに限らない。

過渡増量停止条件が成立した場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０に移される。もしそうでないと（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１１２に移される。Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ３００は、燃料噴射量の過渡増量を停止する。Ｓ１１２にて、エンジンＥＣＵ３００は、学習値の算出（更新）を禁止する。

Ｓ１１４にて、エンジンＥＣＵ３００は、水温ＴＷに応じて定常的に燃料噴射量を増量する。たとえば、水温ＴＷが低いほど、燃料噴射量が増量される。Ｓ１１６にて、エンジンＥＣＵ３００は、学習値の算出（更新）を許可する。

Ｓ１１８にて、エンジンＥＣＵ３００は、燃料噴射量の定常増量停止条件が成立したか否かを判別する。ここで、定常増量停止条件とは、エンジン１０の温度、すなわち水温ＴＷが予め定められた温度よりも高くなったという条件である。なお、定常増量停止条件はこれに限らず、その他、たとえば過渡増量を停止してから予め定められた時間が経過したという条件や過渡増量が停止してからの累積回転数が予め定められた回転数を超えたという条件などであってもよい。定常増量停止条件が成立した場合（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０に移される。もしそうでないと（Ｓ１１８にてＮＯ）、処理はＳ１１８に戻される。

Ｓ１２０にて、エンジンＥＣＵ３００は、燃料噴射量の定常増量を停止する。その後、この処理は終了する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置のエンジンＥＣＵ３００の動作について説明する。

エンジン１０が停止している状態から、始動要求が検知されると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、図７に示すように、始動性を向上するために、過渡的に燃料噴射量を増量してエンジン１０のクランキングが開始されて、エンジン１０が始動される（Ｓ１０２）。

この状態では、空燃比が不安定であり、急変し得る。したがって、過渡増量中に学習値を算出すると、学習値が誤算出され、不必要に燃料噴射量が補正されるおそれがある。

「ＤＩ比率ｒ＝１００％」の領域および「０％＜ＤＩ比率ｒ＜１００％」の領域における学習値は、エンジン１０の暖機後に算出する機会があるため、誤学習による影響は少ないが、「ＤＩ比率ｒ＝０％」の領域の学習値を算出する機会は冷間時のみであるため、学習値をより精度よく算出する必要がある。

そのため、エンジンが始動されると、冷却水温ＴＷが検知され（Ｓ１０４）、冷却水温ＴＷがしきい値ＴＷ（０）よりも低いか否かが判別される（Ｓ１０６）。冷却水温ＴＷがしきい値ＴＷ（０）よりも低い場合（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、すなわちエンジン１０の冷間時は、燃料噴射量の過渡増量停止条件が成立したか否かが判別される（Ｓ１０８）。

燃料噴射量の過渡増量停止条件が成立していない場合（Ｓ１０８にてＮＯ）、すなわち燃料噴射量の過渡増量が継続されている場合、学習値の算出が禁止される（Ｓ１１２）。これにより、空燃比が急変し得る状態で学習値を算出することにより、不必要に燃料噴射量が補正されることを抑制することができる。

一方、燃料噴射量の過渡増量停止条件が成立した場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、すなわちエンジン１０が完爆した場合、燃料噴射量の過渡増量が停止される（Ｓ１１０）。ここでは、図７に示すように、時間Ｔ（１）においてエンジン１０が完爆した後、燃料噴射量が徐々に減量されて、時間Ｔ（２）において燃料噴射量の過渡増量が停止されたと想定する。

過渡増量の停止後においても、冷間時は燃料が気化し難く、通常の燃料噴射量（温間時の燃料噴射量と同じ噴射量）では、エンジン１０の回転数を所望の回転数に維持できないおそれがある。そのため、水温ＴＷに応じて定常的に燃料噴射量が増量される（Ｓ１１４）。なお、このときのエンジン１０の運転状態は、アイドル時も含まれる。

定常的に燃料噴射量が増量されている場合、空燃比が安定しているといえる。したがって、この場合に学習値を算出しても、誤算出されるおそれは少ない。また、「ＤＩ比率ｒ＝０％」の領域の学習値、すなわち吸気通路噴射量インジェクタ１２０のみから燃料が噴射されている場合の学習値を算出する機会は冷間時に限られている。そのため、冷間時においても、学習値を算出する機会をできるだけ多く確保して、「ＤＩ比率ｒ＝０％」の領域の学習値を精度よく算出する必要がある。

そのため、水温ＴＷに応じて定常的に燃料噴射量が増量される状態においては、学習値の算出が許可される（Ｓ１１６）。これにより、空燃比が安定している状態において学習値を算出し、図８に示すように、各噴射領域（特に「ＤＩ比率ｒ＝０％」の領域）において、学習領域毎に学習値を得ることができる。また、図示しないが、アイドル時に「ＤＩ比率ｒ＝０％」である場合における学習値を得ることができる。

なお、図８においては、各噴射領域において、学習領域毎に１つずつ学習値が算出された状態を示す。図８における四角の点は「ＤＩ比率ｒ＝１００％」の領域における学習値を示す。丸の点は「０％＜ＤＩ比率ｒ＜１００％」の領域における学習値を示す。三角の点は「ＤＩ比率ｒ＝０％」の領域における学習値を示す。

その後、燃料噴射量の定常増量停止条件が成立した場合（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、すなわち、水温ＴＷが予め定められた温度よりも高くなったという条件が成立した場合、燃料噴射量の定常増量が停止される（Ｓ１２０）。

以上のように、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置のエンジンＥＣＵによれば、エンジンの冷間時である場合は、エンジン始動時において過渡的に燃料噴射量が増量されている場合、学習値の算出が禁止される。過渡増量の停止後、水温ＴＷに応じて定常的に燃料噴射量が増量されている場合は、学習値の算出が許可される。これにより、空燃比が急変し得る状態における学習値の誤学習を抑制し、精度よく学習値を算出することができる。そのため、不必要に燃料噴射量が補正されることを抑制することができる。その結果、空燃比を適切な状態に制御し、排気エミッション性能を向上することができる。

なお、たとえば、吸気ポートの壁面に付着した燃料やキャニスタ（図示せず）からパージされる燃料に基づいて、過渡的に燃料噴射量が補正された場合、空燃比が不安定になる。そのため、水温ＴＷに応じて定常的に燃料噴射量が増量されている期間に、このような補正が行なわれた場合において算出された学習値はＲＡＭ３３０に記憶しないようにして、この学習値に基づく燃料噴射量の補正を禁止するようにしてもよい。

＜第２の実施の形態＞
図９および図１０を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態においては、前述の第１の実施の形態とは異なるマップを用いて、ＤＩ比率ｒを算出する。

その他の構造、処理フローについては、前述の第１の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図９および図１０を参照して、エンジン１０の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け比率を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図９は、エンジン１０の温間用マップであって、図１０は、エンジン１０の冷間用マップである。

図９および図１０を比較すると、以下の点で図２および図３と異なる。エンジン１０の回転数が、温間用マップにおいてはＮＥ（１）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＮＥ（３）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。また、負荷率が、温間用マップにおいては低回転数領域を除くＫＬ（２）以上の領域において、冷間用マップにおいては低回転数領域を除くＫＬ（４）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用される領域が多いことを示す。しかしながら、低回転数領域の高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成される混合気のミキシングが良好ではなく、燃焼室内の混合気が不均質で燃焼が不安定になる傾向を有する。このため、このような問題が発生しない高回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタの噴射比率を増大させるようにしている。また、このような問題が発生する高負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を減少させるようにしている。これらのＤＩ比率ｒの変化を図９および図１０に十字の矢印で示す。このようにすると、燃焼が不安定であることに起因するエンジンの出力トルクの変動を抑制することができる。なお、これらのことは、予め定められた低回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を減少させることや、予め定められた低負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を増大させることと、略等価であることを確認的に記載する。また、このような領域（図９および図１０で十字の矢印が記載された領域）以外の領域であって筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料を噴射している領域（高回転側、低負荷側）においては、筒内噴射用インジェクタ１１０のみでも混合気を均質化しやすい。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。

なお、第１および第２の実施の形態において説明したこのエンジン１０においては、均質燃焼は筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを吸気行程とすることにより、成層燃焼は筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程とすることにより実現できる。すなわち、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程とすることで、点火プラグ周りにリッチ混合気が偏在させることにより燃焼室全体としてはリーンな混合気に着火する成層燃焼を実現することができる。また、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを吸気行程としても点火プラグ周りにリッチ混合気を偏在させることができれば、吸気行程噴射であっても成層燃焼を実現できる。

また、ここでいう成層燃焼には、成層燃焼と以下に示す弱成層燃焼の双方を含むものである。弱成層燃焼とは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を吸気行程で燃料噴射して燃焼室全体にリーンで均質な混合気を生成して、さらに筒内噴射用インジェクタ１１０を圧縮行程で燃料噴射して点火プラグ周りにリッチな混合気を生成して、燃焼状態の向上を図るものである。このような弱成層燃焼は触媒暖気時に好ましい。これは、以下の理由による。すなわち、触媒暖気時には高温の燃焼ガスを触媒に到達させるために点火時期を大幅に遅角させ、かつ良好な燃焼状態（アイドル状態）を維持する必要がある。また、ある程度の燃料量を供給する必要がある。これを成層燃焼で行なおうとしても燃料量が少ないという問題があり、これを均質燃焼で行なおうとしても良好な燃焼を維持するために遅角量が成層燃焼に比べて小さいという問題がある。このような観点から、上述した弱成層燃焼を触媒暖気時に用いることが好ましいが、成層燃焼および弱成層燃焼のいずれであっても構わない。

また、第１および第２の実施の形態において説明したエンジンにおいては、筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射のタイミングは、以下のような理由により、圧縮行程で行なうことが好ましい。ただし、上述したエンジン１０は、基本的な大部分の領域には（触媒暖気時にのみに行なわれる、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を吸気行程噴射させ、筒内噴射用インジェクタ１１０を圧縮行程噴射させる弱成層燃焼領域以外を基本的な領域という）、筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射のタイミングは、吸気行程である。しかしながら、以下に示す理由があるので、燃焼安定化を目的として一時的に筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程噴射とするようにしてもよい。

筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期を圧縮行程中とすることで、筒内温度がより高い時期において、燃料噴射により混合気が冷却される。冷却効果が高まるので、対ノック性を改善することができる。さらに、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期を圧縮行程中とすると、燃料噴射から点火時期までの時間が短いことから噴霧による気流の強化を実現でき、燃焼速度を上昇させることができる。これらの対ノック性の向上と燃焼速度の上昇とから、燃焼変動を回避して、燃焼安定性を向上させることができる。

さらに、エンジン１０の温度によらず（すなわち、温間時および冷間時のいずれの場合であっても）、オフアイドル時（アイドルスイッチがオフの場合、アクセルペダルが踏まれている場合）には、図２または図９に示す温間マップを用いるようにしてもよい（冷間温間を問わず、低負荷領域において筒内噴射用インジェクタ１１０を用いる）。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係る制御装置で制御されるエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵに記憶される温間時のＤＩ比率マップを表わす図である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵに記憶される冷間時のＤＩ比率マップを表わす図である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵに記憶される、燃料噴射量の学習領域を示す図（その１）である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵに記憶される、燃料噴射量の学習領域を示す図（その２）である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 燃料噴射量の推移を示すタイミングチャートである。 各噴射領域について、学習領域毎に学習値が算出された状態を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵに記憶される温間時のＤＩ比率マップを表わす図である。 本発明の第２の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵに記憶される冷間時のＤＩ比率マップを表わす図である。

符号の説明

１０ エンジン、２０ インテークマニホールド、３０ サージタンク、４０ 吸気ダクト、４２ エアフローメータ、５０ エアクリーナ、６０ 電動モータ、７０ スロットルバルブ、８０ エキゾーストマニホールド、９０ 三元触媒コンバータ、１００ アクセルペダル、１１０ 筒内噴射用インジェクタ、１１２ 気筒、１２０ 吸気通路噴射用インジェクタ、１３０ 燃料分配管、１４０ 逆止弁、１５０ 高圧燃料ポンプ、１５２ 電磁スピル弁、１６０ 燃料分配管（低圧側）、１７０ 燃料圧レギュレータ、１８０ 低圧燃料ポンプ、１９０ 燃料フィルタ、２００ 燃料タンク、３００ エンジンＥＣＵ、３１０ 双方向性バス、３２０ ＲＯＭ、３３０ ＲＡＭ、３４０ ＣＰＵ、３５０ 入力ポート、３６０ 出力ポート、３７０，３９０，４１０，４３０，４５０ Ａ／Ｄ変換器、３８０ 水温センサ、４００ 燃料圧センサ、４２０ 空燃比センサ、４４０ アクセル開度センサ、４６０ 回転数センサ。

Claims (4)

1. 筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段とを備えた内燃機関の制御装置であって、
   少なくとも前記内燃機関の温度が予め定められた値以下の、クランキング時およびアイドル時において、前記第１の燃料噴射手段および前記第２の燃料噴射手段のいずれか一方のみから燃料が噴射されるように、前記燃料噴射手段を制御するための第１の制御手段と、
   前記第１の燃料噴射手段および前記第２の燃料噴射手段から燃料が噴射されるように、前記燃料噴射手段を制御するための第２の制御手段と、
   空燃比に基づいて燃料噴射量のフィードバック補正値を算出するための第１の算出手段と、
   予め定められた条件が成立した場合、前記フィードバック補正量の学習値を算出するための第２の算出手段と、
   少なくとも前記内燃機関のクランキング開始時から完爆するまでの期間において、前記学習値の算出を禁止するための禁止手段と、
   前記内燃機関の完爆後のアイドル時の、前記内燃機関の温度に基づいて燃料噴射量が補正される期間において、前記学習値の算出を許可するための許可手段とを含む、内燃機関の制御装置。
2. 前記第１の制御手段は、前記内燃機関の温度が予め定められた値以下のクランキング時およびアイドル時において、前記第２の燃料噴射手段のみから燃料が噴射されるように、前記燃料噴射手段を制御するための手段を含む、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御装置は、前記内燃機関の完爆後のアイドル時の、前記内燃機関の温度に基づいて燃料噴射量が補正される期間において、前記内燃機関の温度および空燃比以外に基づいて燃料噴射量が補正された場合において算出された補正値に基づく燃料噴射量の補正を禁止するための手段をさらに含む、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記第１の燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、
   前記第２の燃料噴射手段は、吸気通路用インジェクタである、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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