JP5809796B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御装置に係り、特に、筒内噴射式内燃機関の制御装置に関する。

現在の車両（自動車）は、環境保全の観点から自動車の排出ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ），炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）等の排出ガス物質の削減、および燃料消費量の削減が求められており、これらの削減を目的として、筒内噴射式内燃機関の開発が実施されている。筒内噴射式内燃機関は、燃料噴射弁による燃料噴射を気筒の燃焼室内に直接行うものであり、排出ガス物質の削減及び燃料消費量の削減，エンジン出力の向上等を図ることができる。

筒内噴射式内燃機関では、燃料噴射の方法によっては、燃焼室内を移動する燃料噴霧がピストンの冠面や、シリンダボア壁面に付着する。

ピストン冠面やシリンダボア壁面に付着し、残留した燃料量が多いと、粒子状物質、いわゆるパティキュレートマター（以下ＰＭ）の排出粒子数（ＰＮ）およびエンジンオイルに燃料が溶けるオイル希釈量が増大する。特に、ピストン冠面に付着した燃料量が多いとＰＭ排出粒子数が増大する傾向にある。

また、特許文献１には、１サイクルあたり複数回に分割して燃料の噴射が行われる燃料噴射制御装置であって、１サイクルにおける噴射量補正量を複数回に分割された燃料噴射のうちの最後又は最後と最後から２つ目の噴射に対して燃料量の補正を行う技術が開示されている。

特開２００９−１９１７６８号公報

筒内噴射式内燃機関において、性能改善を目的とした分割噴射の技術が各種提案されている。分割噴射中であっても排気中の酸素割合を一定にするための燃料噴射空燃比制御や、加減速運転時のような場合においては、エンジン回転数や要求トルクなどの運転状態から決まる基本燃料量に加え、燃料量変化（燃料噴射増量又は減量）が要求される運転シーンが存在する。このような、燃料量変化が要求される運転シーンにおいて、燃料噴射量の変化分（燃料量変化分）を含めた燃料噴射量全体を分割噴射の各噴射パルスにどのように振り分けるかについて、ＰＭ排出との関係と合わせた検討はなされていない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、燃料量変化分を１サイクルあたり複数回に分割して行われる各燃料噴射の噴射時期に基づいて振り分ける手段を有する。

燃料量変化分は、燃料噴射増量分と燃料噴射減量分とがあり、燃料量増量分は正の値、燃料量減量分は負の値として定義する。

この手段では、分割噴射の各噴射時期に基づいて、燃料量変化分を振り分けるため、ＰＭの発生に相関の高い噴射時期の噴射パルスの燃料変化分を適切に増減しつつ、１サイクルの噴射全体として、要求燃料量を満足するように制御できる。

さらに、この手段を用いた場合、複数回の燃料噴射のうち、吸気行程においては最進角、圧縮行程においては最遅角の噴射時期で噴射される噴射パルス幅の燃料量変化分を当該行程中の他の噴射時期の燃料量変化分に比べ最も小さくすることができる。吸気行程においては最進角、圧縮行程においては最遅角の噴射時期では、燃料噴射弁とピストンとの距離が短く、この時期に燃料噴射弁から噴射された燃料はピストンの冠面に付着しやすい。そこで、この時期の燃料噴射パルス幅をできるだけ増加させない方向で燃料噴射を制御することで、ピストンの冠面への燃料付着を抑制できる。

また、この手段を用いた場合、噴射時期が一番遅い燃料噴射の燃料量変化分を最も小さくすることができる。複数の分割噴射のうち噴射時期が最も遅い噴射により噴射された燃料は、点火までの時間が短く、気化時間が十分でない場合が考えられる。そこで、噴射時期が最も遅い噴射パルス幅が増加しない方向で燃料噴射を制御することで、ピストンの冠面への燃料付着を抑制できる。

さらに、燃料量変化分が、あるしきい値を超えた場合またはあるしきい値を下回った場合、例えば、分割噴射のパルス幅を超えて増量又は減量するような要求があった場合には、分割噴射回数自体を増やす又は減らすことで、対応する。

また、運転状態に応じて、複数回の燃料噴射のうち、吸気行程においては最進角、圧縮行程に置いては最遅角の噴射時期で噴射される噴射パルス幅の燃料量変化分を当該行程中の他の噴射時期の燃料量変化分に比べ最も小さくすることと、噴射時期が一番遅い燃料噴射の燃料量変化分を最も小さくすることとを選択する。運転状態によって、ピストン付着によるＰＭ排出量と気化時間が不十分であることによるＰＭ排出量とに差がある場合がある。そのような場合には、よりＰＭ排出量が少なくなる手段で燃料噴射を制御する。

運転状態としては、水温，エンジン回転数，１サイクル中の噴射期間合計，要求噴射量の少なくとも一つで代表させることができる。

また、燃料量変化分が増量の場合、各分割噴射の燃料噴射パルス幅が伸びることにより隣り合う分割噴射が繋がってしまうことが考えられ、分割噴射の効果が十分に得られない場合がある。そのような課題を解決するために、各分割噴射の噴射間隔が所定値以上となるように噴射時期を決定する。

本発明によれば、ＰＭ排出量の増大を抑制する筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態による筒内噴射式内燃機関の制御システム全体の構成概略図。 本発明の一実施形態による筒内噴射式内燃機関の燃料系システムの全体構成概略図。 本発明の一実施形態による筒内噴射式内燃機関の制御装置の一実施の形態を示すシステム構成にて用いられる、エンジン制御ユニットの入出力信号関係を示すブロック線図。 本発明の一実施形態による筒内噴射式内燃機関の燃料系システムによる、インジェクタの通電開始後からの経過時間と、噴射した燃料の到達距離（ペネトレーション）の関係を示す図。 本発明の一実施形態による筒内噴射式内燃機関の燃料系システムによる、インジェクタの噴射パルス幅と、噴射した燃料のペネトレーションの最大値の関係を示す図。 噴射する燃料が一方向に噴射されるインジェクタを用いた場合で、ピストンが上死点から下死点へと移動する間に、燃焼室へインジェクタから燃料を噴射した場合の、インジェクタの噴射口からの最短距離の関係を示す図。 噴射する燃料が複数方向に噴射されるマルチホールインジェクタを用いた場合で、ピストンが上死点から下死点へと移動する間に、燃焼室へインジェクタから燃料を噴射した場合の、インジェクタの噴射口からの最短距離の関係を示す図。 図１の内燃機関制御装置による本発明制御ブロック図。 図１の内燃機関制御装置による分割噴射設定の各パラメータを示す図。 図１の内燃機関制御装置による本発明制御フローチャート。 図１の内燃機関制御装置による本発明制御ブロック図。 図１の内燃機関制御装置による本発明制御ブロック図。 図１の内燃機関制御装置による本発明制御フローチャート。 図１の内燃機関制御装置による本発明の効果の一例を説明する図。

以下、図面に基づき本発明の内燃機関における燃料噴射制御装置の一実施形態について説明する。最初に、図１を用いて、本発明の実施形態に係る筒内噴射エンジン１の制御システム全体の構成概略について説明する。

図１は、本発明の一実施形態をなす、筒内噴射エンジン１の制御システム全体の構成概略図である。筒内噴射エンジン１は４気筒からなるが、理解を簡略にするため１気筒のみを図示している。シリンダ２０７ｂに導入する空気は、エアクリーナ２０２の入口部から取り入れられ、空気流量計（エアフロセンサ２０３）を通り、吸気流量を制御する電制スロットル２０５ａが収容されたスロットルボディ２０５を通ってコレクタ２０６に入る。コレクタ２０６に吸入された空気は、筒内噴射エンジン１のシリンダ２０７ｂに接続された吸気管２０１に分配された後、ピストン２０７ａ，シリンダ２０７ｂ等によって形成される燃焼室２０７ｃに導かれる。また、前記エアフロセンサ２０３からは、吸気流量を表す信号が本実施形態の高圧燃料ポンプ制御装置を有するエンジン制御ユニット１０１に出力されている。さらに、前記スロットルボディ２０５には、電制スロットル２０５ａの開度を検出するスロットルセンサ２０４が取り付けられており、その信号もエンジン制御ユニット１０１に出力されるようになっている。

一方、ガソリン等の燃料は、燃料タンク２５０から低圧燃料ポンプ２５１により一次加圧されて燃圧レギュレータ２５２により一定の圧力（例えば０.３ＭＰａ）に調圧されるとともに、後述する高圧燃料ポンプ２０９でより高い圧力（例えば５ＭＰａや１０ＭＰａ）に２次加圧される。高圧燃料ポンプ２０９は筒内噴射式内燃機関の回転に同期したポンプ駆動カム２００により駆動される。その後、燃料は蓄圧室（以下、コモンレール２５３と呼ぶ）を介してシリンダ２０７ｂに設けられている燃料噴射弁（以下、インジェクタ２５４と呼ぶ）から燃焼室２０７ｃに噴射される。コモンレール２５３内の燃料の圧力（燃圧）を検出するための燃圧センサ２５６が設けられている。

燃焼室２０７ｃに噴射された燃料は、点火コイル２２２で高電圧化された点火信号により点火プラグ２０８で着火される。なお、本実施例においては、インジェクタ２５４は筒内噴射エンジン１のシリンダ２０７ｂ側から噴射するサイド噴射方式としているが、燃焼室２０７ｃの真上から噴射するセンター噴射方式としても良い。

筒内噴射式内燃機関を冷却するための冷却水の温度を検知する水温センサ２１７がシリンダ２０７ｂの側壁に設けられている。

筒内噴射エンジン１のクランク軸２０７ｄに取り付けられたクランク角センサ２１６は、クランク軸２０７ｄの回転位置を表す信号をエンジン制御ユニット１０１に出力し、また、吸気弁２２５の開閉タイミングを可変にする機構と、排気弁２２６の開閉タイミングを可変にする機構を備え、排気弁２２６の開閉タイミングを可変にする機構を備えたカム軸（図示省略）に取り付けられたカム角センサ２１１は、カム軸の回転位置を表す角度信号をエンジン制御ユニット１０１に出力するとともに、排気弁２２６のカム軸の回転に伴って回転する高圧燃料ポンプ２０９のポンプ駆動カム２００の回転位置を表す角度信号をもエンジン制御ユニット１０１に出力する。

図２は、高圧燃料ポンプ２０９を備えた燃料系システムの全体構成概略図を示している。

高圧燃料ポンプ２０９は、燃料タンク２５０からの燃料を加圧してコモンレール２５３に高圧の燃料を圧送するものである。

燃料はタンク２５０から低圧燃料ポンプ２５１にて高圧燃料ポンプ２０９の燃料導入口に、燃圧レギュレータ２５２によって一定の圧力に調圧されて導かれる。燃料導入口側には燃料吸入量を制御する電磁制御弁である高圧ポンプソレノイド２０９ａが設けられている。高圧ポンプソレノイド２０９ａはノーマルクローズ型のソレノイドであり、非通電時に閉弁し、通電時には開弁する。低圧燃料ポンプ２５１によって供給された燃料は、エンジン制御ユニット１０１によって高圧ポンプソレノイド２０９ａを制御することによって吐出量を調節し、ポンプ駆動カム２００、および加圧室２０９ｂにて加圧され、燃料吐出口からコモンレール２５３に圧送される。燃料吐出口には、下流側の高圧燃料を加圧室に逆流させないために吐出弁２０９ｃが設けられている。コモンレール２５３には、インジェクタ２５４、コモンレール内の燃料圧力（以下燃圧）を計測するための燃圧センサ２５６が装着されている。

図３にエンジン制御ユニット１０１の入出力関係を示す。エンジン制御ユニット１０１は、Ａ／Ｄ変換器を含むＩ／ＯＬＳＩ１０１ａ，ＣＰＵ１０１ｂ等から構成され、アクセサリ，イグニッションＯＮ，スタータＯＮを示すキースイッチ４０１の信号，アクセル開度センサ４０２，ブレーキスイッチ４０３，車速センサ４０４，エアフロセンサ２０３，スロットルセンサ２０４，カム角センサ２１１，クランク角センサ２１６，水温センサ２１７，空燃比センサ２１８，燃圧センサ２５６，油温センサ２１９を含む各種センサ等からの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、演算結果として算出された各種の制御信号を出力し、アクチュエータである電制スロットル２０５ａ，高圧ポンプソレノイド２０９ａ，点火コイル２２２，低圧燃料ポンプ２５１，各インジェクタ２５４に所定の制御信号を供給し、コモンレール内燃圧制御，燃料噴射量制御及び点火時期制御等を実行するものである。Ｉ／ＯＬＳＩ１０１ａには各インジェクタ２５４を駆動する駆動回路が設けられており、バッテリから供給される電圧を昇圧回路（図示しない）を用いて昇圧して供給し、ＩＣ（図示しない）によって電流制御することによって各インジェクタ２５４を駆動する。

次に、図４〜図７を用いて、インジェクタ２５４から噴射する燃料のペネトレーション（貫徹力）、すなわち、燃料到達距離について説明する。

図４は、所定の燃圧，所定の噴射パルス幅で、インジェクタ２５４から燃料を噴射した場合の、噴射開始後、すなわち通電開始後からの経過時間と、噴射した燃料の到達距離（ペネトレーション）の関係を示している。通電開始直後はインジェクタ２５４の開弁遅れがあるため、ペネトレーションは０であり、所定時間経過後から除々にペネトレーションが伸びていく。ある時間を経過すると、噴射した燃料が気化するため、ペネトレーションは収束する（図の破線）。この場合のペネトレーションの最大値はＰＮＴ＿ｍａｘとなっている。

図５は、所定の背圧の環境下に対し、所定の燃圧で、インジェクタ２５４から燃料を噴射した場合の、噴射パルス幅に対するペネトレーションの最大値、すなわち、図４のＰＮＴ＿ｍａｘに相当するペネトレーションの関係を示している。噴射パルス幅が短い場合、すなわち、噴射量が少ない場合はペネトレーションの最大値は小さく、噴射パルス幅が長い場合はペネトレーションの最大値は大きくなっている。ここで、Ｔｉ＿ｍｉｎは燃料量を安定的に噴射可能な最小パルス幅であり、Ｔｉ＿ｍｉｎのときのペネトレーションが最も小さくなっている。

図６は、ピストン２０７ａが上死点（ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）へと移動する間に、燃焼室２０７ｃへ、インジェクタ２５４から燃料を噴射した場合の、インジェクタ２５４の噴射口からピストン冠面またはシリンダボア壁面までの最短距離の関係を示している。図６では簡単のため、インジェクタ２５４から噴射する燃料は一方向に噴射する場合を例として記載している。クランク角度が０（ピストン２０７ａがＴＤＣ）にある場合、インジェクタ２５４の噴射口に最もピストン２０７ａの冠面が接近しているため、最短距離は短く、クランク角度が進むにつれてピストン２０７ａがＴＤＣからＢＤＣへと移動するため、除々に最短距離は伸びてゆく。クランク角度がＣＡ＿０以降となると、ピストン２０７ａはインジェクタ２５４の噴射口からさらに遠ざかるが、シリンダボア壁面の方がインジェクタ２５４の噴射口に近くなるため、最短距離は一定となる。

ここで例えば、インジェクタ２５４から噴射する燃料のペネトレーション（燃料到達距離の最大値）が大きい場合、クランク角度ＣＡ＿０よりも進角側（ＴＤＣ側）で噴射したとき燃料はピストン冠面に到達し、クランク角度ＣＡ＿０よりも遅角側（ＢＤＣ側）で噴射したとき燃料はシリンダボア壁面に到達する。ただし、インジェクタ２５４から噴射する燃料のペネトレーション（燃料到達距離の最大値）がｐ１の場合、クランク角度ＣＡ＿ｐ１以降に噴射を開始すれば、燃料はピストン冠面にもボア壁面にも到達しないこととなる。また例えば、インジェクタ２５４から噴射する燃料のペネトレーションがｐ２の場合、クランク角度ＣＡ＿ｐ２以降に噴射を開始すれば、燃料はピストン冠面にもボア壁面にも到達しないこととなる。

図７は、インジェクタ２５４から噴射する燃料が複数方向に噴射される、いわゆるマルチホールインジェクタの場合で、ピストン２０７ａが上死点（ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）へと移動する間に、燃焼室２０７ｃへ、インジェクタ２５４から燃料を噴射した場合の、インジェクタ２５４の噴射口からの最短距離の関係を示している。図７では、マルチホールインジェクタの例として、６本のビームを噴射する場合を記載している。

クランク角度が０（ピストン２０７ａがＴＤＣ）にある場合、インジェクタ２５４の噴射口に最もピストン２０７ａの冠面が接近しているため、いずれのビームについても最短距離は短く、クランク角度が進むにつれてピストン２０７ａがＴＤＣからＢＤＣへと移動するため、除々に各ビームの最短距離は伸びてゆく。ここでマルチホールでは複数の方向に燃料を噴射するため、最短距離はビームによって異なり、例えばビームＮｏ１は最も上向き、すなわち、冠面に対して平行面に近い方向に噴射されているため、クランク角度が進むにつれて最短距離の増加幅が大きく、逆に、ビームＮｏ５，６は、最も下向き、すなわち冠面に対して垂直面に近い方向に噴射されているため、クランク角度が進むにつれて最短距離の増加幅が小さくなっている。それぞれのビームは、クランク角度が所定値以降となると、ピストン２０７ａはインジェクタ２５４の噴射口からさらに遠ざかるが、シリンダボア壁面の方がインジェクタ２５４の噴射口に近くなるため、最短距離は一定となる。

ここで、図６同様に、例えば、インジェクタ２５４から噴射する燃料のペネトレーション（燃料到達距離の最大値）がｐ１の場合、クランク角度ＣＡ＿ｐ１以降に噴射を開始すれば、いずれのビームの燃料も、ピストン冠面にもボア壁面にも到達しないこととなる。また例えば、インジェクタ２５４から噴射する燃料のペネトレーションがｐ２の場合、クランク角度ＣＡ＿ｐ２以降に噴射を開始すれば、いずれのビームによる燃料も、ピストン冠面にもボア壁面にも到達しないこととなる。以下の実施例はインジェクタ２５４がマルチホールインジェクタの場合を例として記載する。

図６，図７いずれの場合も幾何学的な距離を示しており、実際の燃焼においては燃焼室２０７ｃ内の吸気流動の影響を受けるが、１サイクル中に噴射する燃料を複数回に分割して燃料噴射を実行し、分割された各噴射パルス幅のペネトレーション（燃料到達距離の最大値）に応じて噴射するクランク角度を選択する、または噴射クランク角度に応じて、ペネトレーションが許容できる長さとなるように、各噴射パルス幅を選択することによって、ピストン冠面やボア壁面に付着する燃料量を大幅に低減することが可能である。

ここで、運転状態に基づく基本燃料噴射量に対して噴射量増加要求が発生したときに、ペネトレーションが僅かにでも長くなるとピストン冠面に付着するような噴射タイミングおよび噴射量の分割噴射内の一部の噴射に対して増量補正を実施した場合、ピストン冠面付着量が増し、ＰＭ排出量およびオイル希釈量の増大を招く。

また、気化時間に余裕の無い運転条件での分割噴射の最終噴射に噴射量増加要求による増量補正を実施した場合、ＰＭ排出量増大を招く。

さらに、分割噴射中の圧縮行程噴射において、噴射量増加要求による増量補正を実施した場合、ピストン冠面付着量が増し、ＰＭ排出量およびオイル希釈量の増大を招く。

次に、本実施形態による内燃機関の噴射制御の具体的内容について説明する。

図８は、本発明の一実施形態による、分割噴射制御の制御内容を示す制御ブロック図である。インジェクタによる燃料噴射は、噴射時期：ＩＴ［ｄｅｇ］，噴射パルス幅：ＰＵＬＳ［ｕｓ］およびクランク角センサ信号によるピストン位置情報がインジェクタ駆動手段８０７に与えられることで制御されている。本実施例では、噴射パルス幅を調整することで、燃料噴射量を制御しており、噴射時期は噴射開始時期としている。噴射時期の決め方としては、噴射開始時期の他に、噴射終了時期，噴射の中間時期などでもよく、分割噴射回数と噴射時期と噴射パルス幅が決めて、１サイクル中の燃料噴霧形態を決める。ここで、噴射時期とは、クランク角センサから得られるタイミングである。また、燃料量変化分を振り分ける基準として、噴射時期の他にその噴射が何番目の噴射かに応じて振り分けることも考えられる。たとえば、最初の分割噴射の燃料量変化分をその他の分割噴射の燃料量変化分よりも小さくすることで、ピストン冠面への燃料付着を低減できるし、最後の分割噴射の燃料量変化分をその他の分割噴射の燃料量変化分よりも小さくすることで、空気と燃料との混合を改善することができる。さらに、最初の分割噴射と最後の分割噴射の両方について、それらの燃料量変化分をその他の分割噴射の燃料量変化分よりも小さくすることで、ピストン冠面への燃料付着の抑制と空気と燃料との混合の改善を両立できる。

図９にｎ回分割噴射時における噴射タイムチャートを示す。複数の分割噴射の中で１回目噴射は、クランク角上に決められた基準点（本例の場合はピストン吸入上死点）からクランク角センサによりＩＴ＿１［ｄｅｇ］経過したと判断されたときにＰＵＬＳ＿１［ｕｓ］間の噴射を実施する。ｎ番目の噴射も同様に基準点からＩＴ＿ｎ［ｄｅｇ］経過したと判断されたときにＰＵＬＳ＿ｎ［ｕｓ］間の噴射を実施する。

ブロック８０１では、エンジンの運転状態により分割噴射を実施するか否かを判定する。分割噴射を実施する場合、ブロック８０２では運転状態パラメータを入力として分割噴射用基本噴射時期：ＢＡＳＥＩＴ＿１〜ＢＡＳＥＩＴ＿ｎ（ｎは分割噴射回数）を演算し、ブロック８０３では運転状態パラメータを入力として分割噴射用基本噴射パルス幅：ＢＡＳＥＰＵＬＳ＿１からＢＡＳＥＰＵＬＳ＿ｎ（ｎは分割噴射回数）を演算する。ブロック８０４では、噴射パルス幅変化分を演算する。変化分が要求される要因として、排気中の酸素割合を一定に保つための排気空燃比制御による噴射パルス幅変化要求、加速要求時の燃料増量、トルク制御装置から要求される変化量等がある。また、噴射パルス幅変化分は、増量の場合と減量の場合との２つがある。ブロック８０４での噴射パルス幅変化分を噴射量変化分に置き換えても良い。ブロック８０５では、分割噴射中に発生した変化分をオイル希釈およびＰＭ増加を抑制するよう各噴射の変化分（補正値）：ＣＯＲ＿１からＣＯＲ＿ｎ（ｎは分割噴射回数、単位［％］）を演算する。すなわち、複数回の燃料噴射の各噴射時期に基づいて、燃料量変化分を複数回の燃料噴射に振り分ける。たとえば、燃料量変化分が増量の場合には、吸気行程における１回目噴射は、ピストンとの距離が近いためピストンに付着する可能性が高いため、ゼロ又は２回目以降の噴射に対する増量分よりも小さくすることが考えられる。圧縮行程の場合には、ピストンの動きが吸気行程の逆になるため、最後の噴射（分割噴射がｎ回の場合は、ｎ回目噴射）について同様に考えることができる。さらに、吸気行程噴射であっても圧縮行程噴射であっても最後の噴射は、噴射から点火までの時間が他の噴射に比べ短いため、気化時間が十分に確保できない場合がある。このような場合には、最後の噴射の増量分をゼロ又はその他の噴射に対して小さくすることも考えられる。燃料変化分が減量の場合には、吸気行程の１回目噴射や圧縮行程の最後の噴射の燃料噴射パルス幅を減量することで、ピストン付着を抑制できるし、吸気行程でも圧縮行程でも気化時間の短い最後の噴射の燃料噴射パルス幅を減量することで、結果的に燃料が気化するのを促進できる。

分割噴射時の噴射パルス幅：ＰＵＬＳ＿１からＰＵＬＳ＿ｎ（ｎは分割噴射回数）はブロック８０８：噴射パルス幅演算手段において式１により演算する。

ＰＵＬＳ＿１＝ＢＡＳＥＰＵＬＳ＿１×（１＋ＣＯＲ＿１［％］）
ＰＵＬＳ＿ｎ＝ＢＡＳＥＰＵＬＳ＿ｎ×（１＋ＣＯＲ＿ｎ［％］） （式１）
ブロック８０６では、演算された分割噴射時の噴射パルス幅より、ブロック８０２で演算された分割噴射用基本噴射時期をオイル希釈およびＰＭ増加を抑制するように補正し、分割噴射用噴射時期：ＩＴ＿１〜ＩＴ＿ｎ（ｎは分割噴射回数）を演算する。噴射時期補正は、各分割噴射の間隔が噴射パルス幅変化前の噴射間隔と同じとなるように補正する。噴射パルス幅変化後の噴射間隔が変化前より短くなっている場合には、変化前間隔を確保することにより短間隔噴射によるインジェクタ挙動不安定化等による噴射量のばらつきを防止する。

また、噴射パルス幅変化後の噴射間隔が変化前より長くなった場合には、適正値に戻すことにより最終噴射の気化時間を確保し、ＰＭ排出量低減に貢献する。

図１０に、分割噴射パルス幅ブロック８０５の第１の実施例の制御フローチャートを示す。ステップ１００１は、割込み処理であり、例えば１０ｍｓ周期または基準ＲＥＦ周期で演算する。ステップ１００２およびステップ１００３において、分割噴射中での噴射量変化要求有無を認識する。変化要求がある場合、ステップ１００４およびステップ１００５において、分割噴射用基本噴射時期：ＢＡＳＥＩＴ＿１〜ＢＡＳＥＩＴ＿ｎおよび要求変化量を読み込む。

変化量が増加要求である場合、ステップ１００７において増加要求時の噴射補正値を演算する。図１１にステップ１００７における制御ブロック図の一例を示す。ブロック１１０１において、燃料噴射の気化に影響を与えるパラメータであるエンジン回転数，水温，要求噴射量から例えばマップにより燃料気化に必要な時間を演算し、気化時間規定値とする。

ブロック１１０２において、エンジン回転数，噴射終了時期，点火時期から燃料の気化に与えられている時間を演算し、ブロック１１０１で演算した気化時間規定値以上であるか判定する。規定値以上である場合、ブロック１１０３に進む。ブロック１１０３では、ブロック８０２で演算された基本噴射時期から分割噴射内でピストン距離との近い噴射順に順位付けをした情報と分割噴射回数を入力とするマップから、補正値を演算する。前記マップは、ピストン冠面付着防止を目的とし、順位が高い（ピストン距離が近い）ほど小さい増加補正値を設定しており、各噴射回数における補正値の和は１（１００％）となるように設定している。また、補正値最小値として０を設定しても良い。

また、気化時間が規定値未満である場合、ブロック１１０４に進む。ブロック１１０４では、ブロック８０２で演算された基本噴射時期から分割噴射内でピストン距離との近い噴射順に順位付けをした情報と分割噴射回数を入力とするマップから、補正値を演算する。マップは、気化時間確保を目的とし、最終噴射の増加補正値を最も小さく設定している。そして、ピストン冠面付着防止を目的とし、最終噴射を除いて順位が高い（ピストン距離が近い）ほど小さい増加補正値を設定している。また、マップ内における各噴射回数での補正値の和は１（１００％）となるように設定しており、補正値最小値として０を設定しても良い。

ステップ１００６で読み込んだ変化量が減少要求である場合、ステップ１００８において減少要求時の噴射補正値を演算する。図１２にステップ１００８における制御ブロック図の一例を示す。ブロック１１０１において、燃料気化に必要な時間を演算し、気化時間規定値とする。ブロック１１０２において、燃料の気化に与えられている時間を演算し、ブロック１１０１で演算した気化時間規定値以上であるか判定する。

規定値以上である場合、ブロック１２０１に進む。ブロック１２０１では、ブロック８０２で演算された基本噴射時期から分割噴射内でピストン距離との近い噴射順に順位付けをした情報と分割噴射回数を入力とするマップから、噴射量を減少させる補正値を演算する。前記マップは、ピストン冠面付着量低減を目的とし、順位が高い（ピストン距離が近い）ほど大きい減少補正値を設定しており、各噴射回数における補正値の和は１（１００％）となるように設定している。また、補正値最大値として１を設定しても良い。

また、気化時間が規定値未満である場合、ブロック１２０２に進む。ブロック１２０２では、ブロック８０２で演算された基本噴射時期から分割噴射内でピストン距離との近い噴射順に順位付けをした情報と分割噴射回数を入力とするマップから、補正値を演算する。前記マップは、気化時間増加を目的とし、最終噴射の減少補正値を最も大きく設定する。そして、ピストン冠面付着量低減を目的とし、最終噴射を除いて順位が高い（ピストン距離が近い）ほど大きい減少補正値を設定している。また、マップ内における各噴射回数での補正値の和は１（１００％）となるように設定しており、補正値最大値として１を設定しても良い。

図１３に、分割噴射パルス幅ブロック８０５の第２の実施例の制御フローチャートを示す。ステップ１３０１は、割込み処理であり、例えば１０ｍｓ周期または基準ＲＥＦ周期で演算する。ステップ１３０２において、分割噴射中での噴射量変化要求有無を認識する。変化要求がある場合、ステップ１３０３において、分割噴射用基本噴射時期：ＢＡＳＥＩＴ＿１〜ＢＡＳＥＩＴ＿ｎおよび要求変化量を読み込む。

ステップ１３０４において変化量増加要求と判断した場合、ステップ１３０５において増加変化量要求値が規定値以上であるかを判定する。前記規定値は、インジェクタが安定して燃料を噴射できる最小噴射量とする。要求値が規定値以上の場合、ステップ１３０６で気化時間判定を実施する。本判定には、前述のブロック１１０２を使用する。気化時間が規定値以上あると判定した場合、ステップ１３０７において分割噴射の噴射回数増加を実施する。本制御によって、ピストン冠面と近い噴射に補正することを回避することが可能となるため、ＰＭ，オイル希釈量の増加を防ぐことができる。

ステップ１３０５において増加変化量要求値が規定値以下であると判定した場合、ステップ１３０６で気化時間が規定値以下であると判定した場合には、前述のブロック１００７：増加要求時噴射補正値演算に遷移する。

また、ステップ１３０４において変化量減少要求と判断した場合、ステップ１３０８において減少変化量要求値が規定値以上であるかを判定する。前記規定値は、インジェクタが安定して燃料を噴射できる最小噴射量からの各分割噴射の余裕分の和とする。要求値が規定値以上の場合、ステップ１３１０において分割噴射の噴射回数減少を実施する。本制御によって、噴射量減少要求時にも噴射バラツキを回避し、安定した燃焼が可能となる。

ステップ１３０８において減少変化量要求値が規定値以下であると判定した場合、前述のブロック１００８：減少要求時噴射補正値演算に遷移する。

本発明の効果の一例を図１４により述べる。図１４は、分割噴射時において噴射量増加要求が発生した場合における従来例と本発明のタイムチャートである。従来例では、増加要求噴射量が各分割噴射に均等に配分される。このため、ピストン冠面との距離が近い噴射である上死点付近の初回噴射が、ピストンに付着するようになり、ＰＭの排出およびオイル希釈量の増加を招くこととなる。

本実施例では、ピストン冠面との距離が近い、上死点付近の初回噴射の増加噴射量を分割噴射内で最小にしており、ピストン冠面の燃料付着を防止している。このことにより、ＰＭの排出およびオイル希釈量の増加を回避している。

つまり、本実施によれば、１サイクル中の噴射燃料を複数回に分割する分割噴射時において、噴射量要求または噴射パルス幅要求が変化した場合に、気化時間確保とピストン冠面付着を防止するように分割された各噴射の噴射量を設定することにより、オイル希釈およびＰＭ増加を抑制する。前記により、燃焼の安定化，排出ガス性能および燃費性能の改善に貢献する。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく設計において種々の変更ができるものである。

１ 筒内噴射エンジン
１０１ エンジン制御ユニット
１０１ａ Ｉ／ＯＬＳＩ
１０１ｂ ＣＰＵ
２００ ポンプ駆動カム
２０１ 吸気管
２０２ エアクリーナ
２０３ エアフロセンサ
２０４ スロットルセンサ
２０５ スロットルボディ
２０５ａ 電制スロットル
２０６ コレクタ
２０７ａ ピストン
２０７ｂ シリンダ
２０７ｃ 燃焼室
２０７ｄ クランク軸
２０８ 点火プラグ
２０９ 高圧燃料ポンプ
２１１ カム角センサ
２１６ クランク角センサ
２１７ 水温センサ
２１８ 空燃比センサ
２１９ 油温センサ
２２２ 点火コイル
２２５ 吸気弁
２２６ 排気弁
２５０ 燃料タンク
２５１ 低圧燃料ポンプ
２５２ 燃圧レギュレータ
２５３ コモンレール
２５４ インジェクタ
２５６ 燃圧センサ
４０１ キースイッチ
４０２ アクセル開度センサ
４０３ ブレーキスイッチ
４０４ 車速センサ

Claims (8)

1. 少なくともシリンダとピストンとで形成される燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記制御装置は、前記燃料噴射弁の燃料噴射を制御し、
   １サイクル中に複数回の燃料噴射を実行する分割噴射制御を実施する手段と、
   運転状態に基づく基本燃料噴射量を求める手段と、
   運転状態に基づく燃料量変化分を求める手段と、
   前記燃料量変化分を前記複数回の燃料噴射の各噴射時期に基づいて、前記複数回の燃料噴射に振り分ける手段と、
   を有し、前記複数回の燃料噴射のうち、吸気行程においては最進角、圧縮行程においては最遅角の噴射時期で噴射される噴射パルス幅の燃料量変化分を当該行程中の他の噴射時期の燃料量変化分に比べ最も小さくすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 少なくともシリンダとピストンとで形成される燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記制御装置は、前記燃料噴射弁の燃料噴射を制御し、
   １サイクル中に複数回の燃料噴射を実行する分割噴射制御を実施する手段と、
   運転状態に基づき前記複数回の燃料噴射各々の基本燃料噴射量を求める手段と、
   前記基本燃料噴射量に基づいて前記分割噴射制御を実行しているときの、運転状態に基づく１燃焼サイクル中の総燃料噴射量変化である燃料量変化分を求める手段と、
   前記燃料量変化分を前記複数回の燃料噴射の各噴射時期に基づいて、前記複数回の燃料噴射に振り分ける手段と、
   を有し、
   噴射時期が一番遅い燃料噴射の燃料量変化分を最も小さくすることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 運転状態に応じて、前記複数回の燃料噴射のうち、吸気行程においては最進角、圧縮行程に置いては最遅角の噴射時期で噴射される噴射パルス幅の燃料量変化分を当該行程中の他の噴射時期の燃料量変化分に比べ最も小さくすることと、噴射時期が一番遅い燃料噴射の燃料量変化分を最も小さくすることとを選択する手段を有することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
4. 水温，エンジン回転数，１サイクル中の噴射期間合計，要求噴射量の少なくとも一つに基づいて、前記選択を行うことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 少なくともシリンダとピストンとで形成される燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記制御装置は、前記燃料噴射弁の燃料噴射を制御し、
   １サイクル中に複数回の燃料噴射を実行する分割噴射制御を実施する手段と、
   運転状態に基づき前記複数回の燃料噴射各々の基本燃料噴射量を求める手段と、
   前記基本燃料噴射量に基づいて前記分割噴射制御を実行しているときの、運転状態に基づく１燃焼サイクル中の総燃料噴射量変化である燃料量変化分を求める手段と、
   前記燃料量変化分を前記複数回の燃料噴射に振り分ける手段と、を有し、
   一回目及び最後の分割噴射に振り分けられる燃料量変化分をその他の分割噴射に振り分けられる燃料量変化分よりも小さくすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 少なくともシリンダとピストンとで形成される燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記制御装置は、前記燃料噴射弁の燃料噴射を制御し、
   １サイクル中に複数回の燃料噴射を実行する分割噴射制御を実施する手段と、
   運転状態に基づき前記複数回の燃料噴射各々の基本燃料噴射量を求める手段と、
   前記基本燃料噴射量に基づいて前記分割噴射制御を実行しているときの、運転状態に基づく１燃焼サイクル中の総燃料噴射量変化である燃料量変化分を求める手段と、
   前記燃料量変化分を前記複数回の燃料噴射に振り分ける手段と、を有し、
   吸気行程一回目、又は吸気行程および圧縮行程いずれか最後の分割噴射に振り分けられる燃料量変化分をその他の分割噴射に振り分けられる燃料量変化分よりも小さくすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 前記燃料量変化分としきい値との比較に基づき、分割噴射回数を可変することを特徴とする請求項１から６いずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 各分割噴射の噴射間隔が所定値以上となるように噴射時期を決定することを特徴とする請求項１から７いずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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