JP6201300B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置及び内燃機関の燃料噴射制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、筒内に燃料を直接噴射する、いわゆる筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御に関する。

筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御として、機関の負荷及び機関の回転速度に応じた燃料噴射回数及び燃料噴射圧を予めマップとして設定しておき、当該マップを運転状態により検索して実行するものが知られている。

ところで、上記のような燃料噴射制御では、運転状態が変化する過渡状態において、実際の燃料噴射圧力（実燃料噴射圧力）とマップ検索により設定した燃料噴射圧力設定値とに乖離が生じることがある。また、燃料ポンプの燃圧保持性能のバラツキや劣化、また燃料性状や燃料温度の影響により、上記の乖離が大きくなるおそれがある。

そして、実燃料噴射圧力が燃料噴射圧力設定値より高い場合には、燃料噴射圧力設定値に応じて設定した噴射パルス幅で運転すると、目標空燃比よりもリッチな空燃比となってしまう。このため、排気空燃比の検出値に基づく空燃比フィードバック制御によって、噴射パルス幅は小さく補正され、結果的に最小許容パルス幅よりも小さな実噴射パルス幅となって噴射量バラツキが大きくなり、燃焼が不安定となるおそれがある。

なお、最小許容パルス幅とは、噴射量バラツキが許容範囲内となる下限の燃料噴射パルス幅である。

一方、実燃料噴射圧力が燃料噴射圧力設定値より低い場合には、燃料噴霧の微粒化や混合度合が悪化し、燃費性能や排気性能が悪化するおそれがある。

上記のような実燃料噴射圧力と燃料噴射圧力設定値との乖離に起因する現象の発生を防止すべく、特許文献１では、燃料噴射パルスが最小許容パルス幅を下回った場合には空燃比をリッチ化することによって燃料噴射パルス幅を増大させている。また、特許文献２では、燃料噴射パルスが最小許容パルス幅を下回った場合は、燃料噴射パルス幅を増大させ、これに対応して吸入空気量を増加させている。そして、吸入空気量増加によるトルク増大分を相殺するように点火時期をリタードさせている。

特開平１０−１８８９０号公報 特開２００１−３２３８３４号公報

しかしながら、特許文献１のように空燃比をリッチ化させると、スモークが発生して排気性能が悪化する。また、特許文献２のように点火時期をリタードさせると、熱効率が低下するため燃費性能が悪化してしまう。

そこで、本発明では実燃料噴射圧力と燃料噴射圧力設定値とに乖離が有る場合でも、燃焼が不安定になることを防止し、かつ排気性能の悪化を抑制する制御装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置は、１サイクル中に燃料噴射を複数回実行可能な筒内直接噴射式の燃料噴射弁と、機関運転状態に基づいて目標燃料噴射圧力を設定し、目標燃料噴射圧力に基づいて１サイクル中の燃料噴射回数である基本噴射回数を設定する設定手段を備える。そして、設定手段は、目標燃料噴射圧力と燃料噴射圧力検出手段で検出した実際の燃料噴射圧力との差圧が予め設定した閾値より大きく、かつ、実際の燃料噴射圧力が目標燃料噴射圧力より低い場合には、基本噴射回数に代えて、前記実際の燃料噴射圧力に基づいて基本噴射回数より多く、かつ１噴射あたりの燃料噴射期間が、噴射量と噴射パルス幅に比例関係が成立する下限の噴射パルス幅である最小燃料噴射期間以上となるように、燃料噴射回数を設定する。また、設定手段は、差圧が閾値より大きく、かつ実際の燃料噴射圧力が目標燃料噴射圧力より高い場合には、基本噴射回数に代えて、前記実際の燃料噴射圧力に基づいて基本噴射回数より少ない燃料噴射回数を設定する。

本発明によれば、目標燃料噴射圧力と実際の燃料噴射圧力との乖離が大きい場合には、実際の燃料噴射圧力に基づいて燃料噴射回数を設定する。これにより、目標燃料噴射圧力と実際の燃料噴射圧力との乖離が大きい場合でも燃焼室内に均質な混合気が形成され、その結果、排気性能の悪化を抑制することができる。

図１は第１実施形態に係るシステムの構成図である。 図２は第１実施形態に係る燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。 図３は設定燃圧を算出するのに用いるマップである。 図４は噴射回数を算出するのに用いるマップである。 図５は噴射パルス幅と噴射量の関係を示す図である。 図６は噴射パルス幅と噴射量バラツキの関係を示す図である。 図７は微粒子排出濃度の特性を示す図である。 図８は図２の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。 図９は第２実施形態に係る燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１０は設定燃圧を算出するのに用いるマップである。 図１１は噴射回数を算出するのに用いるマップである。 図１２（Ａ）は実燃圧に基づく補正前の噴射パルス幅を示す図であり、図１２（Ｂ）は３段噴射に補正した場合の噴射パルス幅を示す図であり、図１２（Ｃ）は４段噴射に補正した場合の噴射パルス幅を示す図である。 図１３は図９の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。 図１４は噴射回数を算出するのに用いるマップの別の例を示す図である。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる筒内直接噴射火花点火式内燃機関（以下、単に「内燃機関１」という）１を含むシステムの構成図である。なお、内燃機関１は他気筒を有するが、簡単の為、ここでは一つの気筒だけ示している。

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ている。シリンダブロック１Ｂに設けたシリンダ１１にはピストン１０が往復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が画成されている。

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はいずれも燃焼室１４に開口しており、それぞれの開口部は吸気弁６、排気弁７により開閉される。吸気弁６と排気弁７はそれぞれ吸気カムシャフト４、排気カムシャフト５により駆動される。なお、吸気カムシャフト４はバルブタイミングを変更し得る可変動弁機構を備える。

また、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に臨むように配置されている。

吸気通路２にはコレクタタンク１３が介装され、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が配置されている。

スロットルバルブ１２の開度制御、燃料噴射弁９の噴射タイミング、噴射量等の燃料噴射制御、及び点火栓８の点火時期制御は、コントローラ２０が実行する。

コントローラ２０は、スロットル開度センサ２１やクランク角センサ２２、燃圧センサ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２０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ２０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

上記のような構成の内燃機関１において、コントローラ２０は例えば機関回転数と要求負荷といった運転状態に応じた目標燃料噴射量を設定し、さらに、後述するように目標燃料噴射量を噴射するための噴射回数、各噴射の噴射パルス幅、噴射タイミングを設定する。

なお、目標燃料噴射量は目標空燃比、例えば理論空燃比、を実現するための燃料噴射量である。そして、コントローラ２０は、目標空燃比を実現するために、図示しない排気空燃比センサの検出値を用いて燃料噴射量をフィードバック制御する。

内燃機関の燃料噴射制御として、均質燃焼を行う場合に、筒内の混合気の均一度を向上させる等の目的で、１サイクルあたりの目標燃料噴射量を複数回に分けて噴射する多段噴射が知られている。単段噴射の場合、均一度を高めるには、燃料が霧化して空気と混合する時間を長くすること、つまり、吸気上死点に近いクランク角で燃料を噴射することが望ましい。しかし、吸気上死点に近いクランク角で燃料噴射すると火花点火までの時間が長くなり、燃料が気化する際の吸熱反応による冷却効果が低下する。つまり、単段噴射の場合には、均一度向上効果と冷却効果とはトレードオフの関係にある。この点、多段噴射によれば、複数の燃料噴射タイミングのうち２つを吸気上死点に近いタイミングと点火時期に近いタイミングに設定することで、均一度向上と冷却効果とを両立することが可能となる。

ところで、運転状態が変化する過渡状態において、実際の燃料噴射圧力（実燃料噴射圧力）とマップ検索により設定した燃料噴射圧力設定値とに乖離が生じることがある。また、燃料ポンプの燃圧保持性能のバラツキや劣化、また燃料性状や燃料温度の影響により、上記の乖離が大きくなるおそれがある。

そこで、コントローラ２０は、実際の燃料噴射圧と目標燃料噴射圧との乖離が生じた場合でも適切な燃料噴射量となるように、次に説明する制御を行なう。

図２は、第１実施形態でコントローラ２０が実行する燃料噴射制御のルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、例えば１０ミリ秒程度の短い間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ１０００で、コントローラ２０は内燃機関１の負荷及び回転速度を検出する。負荷は、スロットル開度センサ２１の検出値に基づいて検出する。例えば、スロットル開度が大きいほど高負荷、スロットル開度が小さいほど低負荷となる。なお、スロットル開度センサ２１に代えてアクセル開度センサを用いてもよい。

回転速度は、例えばクランク角センサ２２の検出値に基づいて検出する。

ステップＳ１０１０で、コントローラ２０は燃料の要求噴射量を読み込む。ここでは、例えば、機関負荷と機関回転速度をそれぞれ縦軸、横軸とする燃料噴射量マップを予め作成しておき、ステップＳ１０００で検出した負荷及び回転速度を用いてマップ検索する。

ステップＳ１０２０で、コントローラ２０は燃料の燃料噴射圧（以下、設定燃圧という）ＦＰ及び噴射回数ＮＩを読み込む。設定燃圧ＦＰは、例えば図３に示すようなマップを用いて設定する。図３は縦軸が機関負荷、横軸が機関回転速度であり、機関負荷が高くなるほど高い燃圧が設定されている。噴射回数ＮＩは、例えば図４に示すようなマップを用いて設定する。図４は、図３と同様に縦軸が機関負荷、横軸が機関回転速度であり、低回転かつ高負荷の領域内は機関負荷が高いほど多い噴射回数が設定されており、その他の領域では少ない噴射回数が設定されている。図４に設定されている噴射回数を基本噴射回数と呼ぶ。なお、ここでいう低回転とは、回転速度上限値の概ね半分以下の領域であり、高負荷とは、機関負荷上限値の概ね半分以上の領域である。また、噴射回数については、例えば、図４の領域Ａが５回、領域Ｂが３回、領域Ａと領域Ｂの間の領域が４回、その他の領域が１回とする。この場合、基本噴射回数の最多回数は５回ということになる。

ステップＳ１０３０で、コントローラ２０は、要求噴射量、噴射回数ＮＩ、及び設定燃圧ＦＰに基づいて噴射パルス入力値Ｔｉを算出する。

ステップＳ１０４０で、コントローラ２０は、燃圧センサ２３により実際の燃料噴射圧（以下、実燃圧という）ＦＰａを検出する。

ステップＳ１０５０で、コントローラ２０は実燃圧ＦＰａが設定燃圧ＦＰより高く、かつ実燃圧ＦＰａと設定燃圧ＦＰの差が予め設定した閾値以上か否かを判定する。閾値は、上述した実燃圧ＦＰａと設定燃圧ＦＰの乖離による燃焼安定性の低下や燃費性能及び排気性能の悪化が、許容し得る範囲となる値であり、本実施形態を適用する車種毎に、実験等により予め設定するものである。

判定の結果、実燃圧ＦＰａと設定燃圧ＦＰの差が閾値以上の場合はステップＳ１０８０の処理を実行し、閾値より小さい場合はステップＳ１０６０の処理を実行する。

ステップＳ１０６０で、コントローラ２０は、実燃圧ＦＰａに基づく噴射パルス幅Ｔｉａを算出する。すなわち、要求噴射量、噴射回数ＮＩ、及び噴射パルス幅Ｔｉａに基づいて噴射パルス幅Ｔｉａを算出する。なお、ここでの噴射回数ＮＩは、基本噴射回数の最多回数を上限とする。

ステップＳ１０７０で、コントローラ２０は噴射パルス幅Ｔｉａが最小許容パルス幅Ｔｉｍｉｎ以上であるか否かを判定する。ここで、最小許容パルス幅について説明する。

図５は燃圧一定とした場合の、噴射パルス幅と噴射量の関係を示す図、図６は燃圧一定とした場合の噴射パルス幅と噴射量バラツキの関係を示す図である。図５に示すように、噴射パルス幅と噴射量は概ね比例関係にあるが、噴射パルス幅が小さい領域では比例関係が成立しない。また、図６に示すように、噴射パルス幅が小さくなるほど噴射量バラツキが大きくなるという特性を有する。そこで、噴射量と噴射パルス幅に比例関係が成立する下限の噴射パルス幅を最小許容パルス幅Ｔｉｍｉｎとする。図２の説明に戻る。

ステップＳ１０７０の判定の結果、噴射パルス幅Ｔｉａが最小許容パルス幅Ｔｉｍｉｎｉ以上の場合はステップＳ１０７０の処理を実行し、噴射パルス幅Ｔｉａが最小許容パルス幅Ｔｉｍｉｎより小さい場合はステップＳ１０９０の処理を実行する。

ステップＳ１０８０で、コントローラ２０はステップＳ１０２０で読み込んだ噴射回数ＮＩを目標噴射回数ＮＩｔとして設定する。

ステップＳ１０９０で、コントローラ２０は噴射パルス幅Ｔｉａが最小許容パルス幅Ｔｉｍｉｎｉとなるように、目標噴射回数ＮＩｔを設定する。具体的には、ステップＳ１０２０で読み込んだ噴射回数ＮＩを減少補正する。すなわち、１サイクル当たりの総燃料噴射量が一定のままで噴射回数ＮＩを減少させれば、一噴射当たりの噴射パルス幅は大きくなるので、噴射パルス幅Ｔｉａが最小許容パルス幅Ｔｉｍｉｎより大きくなるまで噴射回数ＮＩを減少させる。

図７は、燃圧及び噴射回数と排気微粒子濃度との関係の一例を示す図である。図中の破線は噴射回数がＮＩ１回の場合について示しており、一点鎖線は同じくＮＩ２回の場合、破線は同じくＮＩ３回の場合について示している。ここで、ＮＩ１＜ＮＩ２＜ＮＩ３とする。なお、一噴射あたりの噴射量は均等とする。

例えば、設定燃圧ＦＰがＰ１、実燃圧ＦＰａがＰ３であって、Ｐ１とＰ３の差は閾値を超えているとする。また、設定燃圧Ｐ１に応じて設定した噴射回数はＮＩ２回、実燃圧ＦＰａに応じて設定した噴射回数はＮＩ１回とする。

図７に示すように、同一燃圧であれば噴射回数が多いほど排気微粒子濃度は高くなり、同一排気微粒子濃度であれば、噴射回数が多くなるほど燃圧は低くなるという特性を有する。そして、点Ａから点Ｂへの移行のように、燃圧の乖離が大きければ、噴射回数を減らしても排気微粒子濃度は維持される。

図２の制御ルーチンにおいて実燃圧ＦＰａに応じた噴射パルス幅Ｔｉａを算出し、ステップＳ１０９０で噴射パルス幅Ｔｉａが許容最小パルス幅より大きくなるように噴射回数ＮＩを減少補正することは、図７において点Ａから点Ｂへ移行することに相当する。したがって、排気微粒子濃度は変化しない。

図８は、図３、図４の領域Ａから領域Ｂへ移行する際に、上述した制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。なお、ここでは、全領域にわたって目標空燃比は理論空燃比とする。

まず、本実施形態の制御ルーチンを実行しない場合について説明する。

領域Ａで走行中のタイミングＴ１でスロットル開度がＴＶ１からＴＶ２へ減少すると、設定燃圧ＦＰはＦＰ１からＦＰ２へステップ的に低下する。一方、実燃圧ＦＰａは徐々に低下する。また、タイミングＴ１で設定燃圧ＦＰが変化したことにより、噴射回数ＮＩがＮＩ１からＮＩ２へ減少する。

そして、要求噴射量、設定燃圧ＦＰ及び噴射回数の変化に応じて、１噴射当たりの噴射パルス幅Ｔｉも変化する。このとき、実燃圧ＦＰａの変化は設定燃圧ＦＰの変化に対して遅れるので、実燃圧ＦＰａは設定燃圧ＦＰよりも高くなる。したがって、設定燃圧ＦＰに基づいて算出した噴射パルス幅で燃料噴射すると、排気の空燃比が理論空燃比よりリッチになり、空燃比フィードバック制御により噴射パルス幅Ｔｉが減少補正されて噴射パルス幅はＴｉ２となる。ここでは、噴射パルス幅Ｔｉ２が許容最小パルス幅以下であるものとする。

タイミングＴ１以降は、実燃圧ＦＰａの低下及び機関回転速度の低下により、噴射パルス幅はＴｉ２から徐々に増大し、許容最小パルス幅より大きくなり、やがて設定燃圧ＦＰに応じた噴射パルス幅Ｔｉ３に収束する。なお、実際には空燃比フィードバック制御によりパルス幅が変化するまでに時間を要するが、簡単の為、図８ではタイミングＴ１でフィードバック制御による補正後のパルス幅Ｔｉ２としている。

次に、本実施形態の制御ルーチンを実行する場合について説明する。

タイミングＴ１では、実燃圧ＦＰａと設定燃圧ＦＰの差が閾値以上なので、実燃圧ＦＰａに応じた噴射パルス幅を設定する。ここでは、実燃圧ＦＰａに基づく噴射パルス幅が許容最小パルス幅より小さいものとする。したがって、一回当たりの噴射パルス幅を増大させるために、噴射回数ＮＩを減少補正する。具体的には、噴射回数をＮＩ２からＮＩ３に補正し、その結果、一回当たりの噴射パルス幅が許容最小パルス幅より大きくなる。

タイミングＴ１以降も、実燃圧ＦＰａと設定燃圧ＦＰの差が閾値と一致するタイミングＴ２までは同様の制御を行ない、噴射回数はＮＩ３となる。ただし、噴射回数がＮＩ３のまま実燃圧ＦＰａが低下するので、噴射パルス幅は徐々に大きくなる。

そして、タイミングＴ２を超えたら、実燃圧ＦＰａに応じた噴射パルス幅による制御から、設定燃圧ＦＰに応じた噴射パルス幅による制御に戻す。その結果、噴射回数ＮＩはＮＩ３からＮＩ２に変化する。

上述したように、設定燃圧ＦＰと実燃圧ＦＰａの乖離が大きい場合には、実燃圧ＦＰａに基づいて噴射回数を設定するので、噴射パルス幅が許容最小パルス幅Ｔｉｍｉｎ以上となるように噴射回数を減らし、噴射量のバラツキを許容値以下に留めることができる。その結果、機関の安定した運転を維持することができる。

また、実燃圧ＦＰａと設定燃圧ＦＰの乖離が閾値以上なので、噴射回数を減らしても排気微粒子濃度が増大することもなく、排気性能を維持することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば次の効果が得られる。

設定手段（コントローラ２０）は、目標燃料噴射圧力（設定燃圧ＦＰ）と実際の燃料噴射圧力（実燃圧ＦＰａ）との差圧が予め設定した閾値より大きい場合には、基本噴射回数に代えて、実燃圧ＦＰａに基づいて燃料噴射回数を設定する。これにより、設定燃圧ＦＰと実燃圧ＦＰａの乖離が大きい場合でも、燃焼室内に均質な混合気を形成することができ、その結果、排気性能の悪化を抑制することができる。

また、コントローラ２０は、実燃圧ＦＰａに基づく燃料噴射回数を設定する際に、１噴射あたりの燃料噴射期間が、燃料噴射弁９の噴射特性から定まる最小燃料噴射期間（許容最小パルス幅）以上となるように噴射回数を設定する。これにより、安定した燃料供給を実現し、機関のトルク、燃焼安定度、及び排気性能を維持することができる。

また、設定燃圧ＦＰと実燃圧ＦＰａの差圧が閾値以上であり、かつ、実燃圧ＦＰａが設定燃圧ＦＰより高い場合には、コントローラ２０は基本噴射回数より少ない噴射回数を設定する。燃圧が高い分だけ燃料の微粒化や気化が促進し、混合改善が図れるため、噴射回数を少なく設定しても、燃費性能や排気性能の悪化を抑制できる。

なお、本実施形態による効果は、例えばエタノール等のアルコール含有燃料のようにガソリンに比べて単位重量当たりの発熱量が低い燃料を使用する場合に、より大きくなる。これは、単位量あたりの発熱量が低いために噴射量は多くなり、燃圧の影響が大きくなるからである。

（第２実施形態）
第２実施形態は、システムの構成は第１実施形態と同様であるが、運転領域の変化方向が第１実施形態と反対、つまり図１０、図１１に示すように領域Ｂから領域Ａへ変化する場合の制御に関する。

図９は、第２実施形態でコントローラ２０が実行する燃料噴射制御のルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、例えば１０ミリ秒程度の短い間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ２０００−Ｓ２０４０は図２のステップＳ１０００−Ｓ１０４０と同様なので説明を省略する。

ステップＳ２０５０で、コントローラ２０は、実燃圧ＦＰａが設定燃圧ＦＰより小さく、かつ実燃圧ＦＰａと設定燃圧ＦＰの差が予め設定した閾値以上か否かを判定する。閾値は図２のステップＳ１０５０の閾値と同様の考え方により設定する。判定の結果、設定燃圧ＦＰと実燃圧ＦＰａの差が閾値以上の場合にはステップＳ２０６０の処理を実行し、そうでない場合はステップＳ２０８０で図２のステップＳ１０８０と同様に噴射回数をＮＩに設定する。

ステップＳ２０６０で、コントローラ２０は図２のステップＳ１０６０と同様に実燃圧ＦＰａに基づいて噴射パルス幅Ｔｉａを算出する。

ステップＳ２０７０で、コントローラ２０は次に説明するように噴射回数ＮＩを増加補正する。

まず、ステップＳ２０６０で算出した噴射パルス幅Ｔｉａが許容最小パルス幅Ｔｉｍｉｎ以上であるか否かを確認する。そして、許容最小パルス幅Ｔｉｍｉｎ以上であれば、ステップＳ２０２０で読み込んだ噴射回数ＮＩよりも噴射回数を１回増加させて、噴射パルス幅Ｔｉａを再計算する。再計算した噴射パルス幅Ｔｉａが許容最小パルス幅Ｔｉｍｉｎ以上であれば、噴射回数ＮＩをさらに１回増加させ、噴射パルス幅Ｔｉａを再計算する。これを繰り返すことにより、噴射パルス幅Ｔｉａが許容最小パルス幅Ｔｉｍｉｎ以上となる範囲で、最大の噴射回数を算出し、この最大噴射回数を噴射回数ＮＩｔとして設定する。

なお、噴射回数を増加補正する場合は、各回の噴射パルス幅を均等にする。例えば、増加補正前は図１２（Ａ）のように２段噴射で、メイン噴射の方がアフター噴射より噴射パルス幅が長く設定されている場合を考える。この場合、増加補正によって３段噴射に変更するときは図１２（Ｂ）に示すように、また、４段噴射に変更するときは図１２（Ｃ）に示すように、各噴射の噴射パルス幅を均等にする。

なお、実燃圧ＦＰａに基づいて噴射回数を設定して多段噴射する際には、少なくとも１回は、燃焼室内に均質混合気が形成される時期に噴射するものとする。これは、内燃機関１は運転領域の大部分を占める均質燃焼領域において本実施形態の制御を実行することで、燃費性能の向上を図るためである。

このように各回の噴射パルス幅を均等にすることで、１サイクル当たりの総噴射量が決まっている条件下で、より多くの噴射回数を設定することができ、その結果、混合気の均質度を高めることができる。

図１３は、図１０、図１１の領域Ｂから領域Ａへ移行する際に、上述した制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートである。なお、ここでは、全領域にわたって目標空燃比は理論空燃比とする。

まず、本実施形態の制御ルーチンを実行しない場合について説明する。

領域Ｂで走行中のタイミングＴ１でスロットル開度がＴＶ２からＴＶ１へ増大すると、設定燃圧ＦＰはＦＰ２からＦＰ１へステップ的に上昇する。一方、実燃圧ＦＰａは徐々に上昇する。また、タイミングＴ１で設定燃圧ＦＰが変化したことにより、噴射回数ＮＩがＮＩ３からＮＩ２へ増大する。

そして、要求噴射量、設定燃圧ＦＰ及び噴射回数の変化に応じて、１噴射当たりの噴射パルス幅Ｔｉも変化する。このとき、実燃圧ＦＰａの変化は設定燃圧ＦＰの変化に対して遅れるので、実燃圧ＦＰａは設定燃圧ＦＰよりも低くなる。したがって、設定燃圧ＦＰに基づいて算出した噴射パルス幅で燃料噴射すると、排気の空燃比が理論空燃比よりリーンになり、空燃比フィードバック制御により噴射パルス幅Ｔｉが増大補正されて噴射パルス幅はＴｉ１となる。

タイミングＴ１以降は、実燃圧ＦＰａの上昇及び機関回転速度の上昇により、噴射パルス幅はＴｉ１から徐々に減少し、やがて設定燃圧ＦＰに応じた噴射パルス幅Ｔｉ３に収束する。なお、実際には空燃比フィードバック制御によりパルス幅が変化するまでに時間を要するが、簡単の為、図１３ではタイミングＴ１でフィードバック制御による補正後のパルス幅Ｔｉ２としている。

次に、本実施形態の制御ルーチンを実行する場合について説明する。

タイミングＴ１では、実燃圧ＦＰａと設定燃圧ＦＰの差が閾値以上なので、実燃圧ＦＰａに応じた噴射パルス幅を設定する。このとき、噴射パルス幅が許容最小パルス幅Ｔｉｍｉｎ以上となる条件を満たしつつ噴射回数を増加できるものとする。そこで、噴射回数をＮＩ１に増加補正する。

タイミングＴ１以降も、実燃圧ＦＰａと設定燃圧ＦＰの差が閾値と一致するタイミングＴ２までは同様の制御を行ない、噴射回数はＮＩ１となる。ただし、噴射回数がＮＩ１のまま実燃圧ＦＰａが低下するので、噴射パルス幅は徐々に小さくなる。

そして、タイミングＴ２を超えたら、実燃圧ＦＰａに応じた噴射パルス幅による制御から、設定燃圧ＦＰに応じた噴射パルス幅Ｔｉによる制御に戻す。その結果、噴射回数ＮＩはＮＩ１からＮＩ２に変化する。

上述したように、設定燃圧ＦＰと実燃圧ＦＰａの乖離が大きい場合には、実燃圧ＦＰａに基づいて噴射パルス幅を設定し、噴射パルス幅が許容最小パルス幅Ｔｉｍｉｎ以上となる範囲で噴射回数を増加補正する。このように噴射回数を多くすることで燃料噴霧の均質度が高まり、その結果、燃費性能や排気性能の悪化を抑制できる。

なお、本実施形態では、図１１に示すように基本的に多段噴射を行なう場合について説明したが、これに限られるわけではなく、例えば、図１４に示すように、基本的には全運転領域で単段噴射を行なう場合についても、同様に本実施形態の制御を適用することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、さらに次の効果が得られる。

設定値ＦＰと実燃圧ＦＰａの差圧が閾値以上であり、かつ、実燃圧ＦＰａが設定燃圧ＦＰより低い場合には、コントローラ２０は基本噴射回数より多い噴射回数を設定する。噴射回数を増加させることにより混合気の均質化が促進されるので、燃圧低下による混合不良を補うことができ、その結果、燃費性能や排気性能の悪化を抑制できる。

コントローラ２０は、基本噴射回数の最多回数を上限として噴射回数を設定するので、制御が容易になる。また、上記のように噴射回数の上限を設定することで、総噴射回数の増加量を抑えることができるので、燃料噴射弁９の経時劣化を抑制することができる。

コントローラ２０は、複数回の燃料噴射回数を設定する際には各燃料噴射の燃料噴射期間を等しく設定するので、噴射回数をより多くすることができ、その結果、上記の混合気の均質化促進等の効果がより大きくなる。

コントローラ２０は、実燃圧ＦＰａに基づいて噴射回数を設定する際に、少なくとも１回の燃料噴射の燃料噴射時期を、燃焼室内に均質混合気が形成される時期に設定する。機関運転領域の大部分は均質運転領域が占めるため、これにより燃費性能の向上を図ることができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ 筒内直接噴射火花点火式内燃機関（内燃機関）
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ 吸気カムシャフト
５ 排気カムシャフト
６ 吸気弁
７ 排気弁
８ 点火栓
９ 燃料噴射弁
１０ ピストン
１１ シリンダ
１２ スロットルバルブ
１３ コレクタタンク
１４ 燃焼室
２０ コントローラ（設定手段）
２１ スロットル開度センサ
２２ クランク角センサ
２３ 燃圧センサ（燃料噴射圧力検出手段）

Claims (8)

1. １サイクル中に燃料噴射を複数回実行可能な筒内直接噴射式の燃料噴射弁と、
   機関運転状態に基づいて目標燃料噴射圧力を設定し、前記機関運転状態に基づいて前記目標燃料噴射圧力に応じた１サイクル中の燃料噴射回数である基本噴射回数を設定する設定手段と、
   実際の燃料噴射圧力を検出する燃料噴射圧力検出手段と、
   を備える内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記設定手段は、前記目標燃料噴射圧力と前記燃料噴射圧力検出手段で検出した実際の燃料噴射圧力との差圧が予め設定した閾値以上であり、かつ、前記実際の燃料噴射圧力が前記目標燃料噴射圧力より低い場合には、前記基本噴射回数に代えて、前記実際の燃料噴射圧力に基づいて前記基本噴射回数より多く、かつ１噴射あたりの燃料噴射期間が、噴射量と噴射パルス幅に比例関係が成立する下限の噴射パルス幅である最小燃料噴射期間以上となるように、燃料噴射回数を設定する内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記設定手段は、前記基本噴射回数の最多回数を上限として噴射回数を設定する内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. １サイクル中に燃料噴射を複数回実行可能な筒内直接噴射式の燃料噴射弁と、
   機関運転状態に基づいて目標燃料噴射圧力を設定し、前記機関運転状態に基づいて前記目標燃料噴射圧力に応じた１サイクル中の燃料噴射回数である基本噴射回数を設定する設定手段と、
   実際の燃料噴射圧力を検出する燃料噴射圧力検出手段と、
   を備える内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記設定手段は、前記目標燃料噴射圧力と前記燃料噴射圧力検出手段で検出した実際の燃料噴射圧力との差圧が予め設定した閾値以上であり、かつ、前記実際の燃料噴射圧力が前記目標燃料噴射圧力より高い場合には、前記基本噴射回数に代えて、前記実際の燃料噴射圧力に基づいて前記基本噴射回数より少ない燃料噴射回数を設定する内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記設定手段は、複数回の燃料噴射回数を設定する際には各燃料噴射の燃料噴射期間を等しく設定する内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記設定手段は、前記実際の燃料噴射圧力に基づいて噴射回数を設定する際に、少なくとも１回の燃料噴射の燃料噴射時期を、吸気行程中または圧縮行程中であって、燃焼室内に均質混合気が形成される時期に設定する内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   使用燃料がアルコール含有燃料である内燃機関の燃料噴射制御装置。
7. １サイクル中に燃料噴射を複数回実行可能な筒内直接噴射式の燃料噴射弁を備える内燃機関の燃料噴射制御方法において、
   機関運転状態に基づいて目標燃料噴射圧力を設定する工程と、
   前記前記機関運転状態に基づいて前記目標燃料噴射圧力に応じた１サイクル中の燃料噴射回数である基本噴射回数を設定する工程と、
   実際の燃料噴射圧力を検出する工程と、
   前記目標燃料噴射圧力と前記燃料噴射圧力検出手段で検出した実際の燃料噴射圧力との差圧と予め設定した閾値を比較する工程と、
   前記差圧が前記閾値より大きく、かつ、前記実際の燃料噴射圧力が前記目標燃料噴射圧力より低い場合に、前記基本噴射回数に代えて、前記実際の燃料噴射圧力に基づいて前記基本噴射回数より多く、かつ１噴射あたりの燃料噴射期間が、噴射量と噴射パルス幅に比例関係が成立する下限の噴射パルス幅である最小燃料噴射期間以上となるように、燃料噴射回数を設定する工程と、
   を備える内燃機関の燃料噴射制御方法。
8. １サイクル中に燃料噴射を複数回実行可能な筒内直接噴射式の燃料噴射弁を備える内燃機関の燃料噴射制御方法において、
   機関運転状態に基づいて目標燃料噴射圧力を設定する工程と、
   前記前記機関運転状態に基づいて前記目標燃料噴射圧力に応じた１サイクル中の燃料噴射回数である基本噴射回数を設定する工程と、
   実際の燃料噴射圧力を検出する工程と、
   前記目標燃料噴射圧力と前記燃料噴射圧力検出手段で検出した実際の燃料噴射圧力との差圧と予め設定した閾値を比較する工程と、
   前記差圧が前記閾値より大きく、かつ、前記実際の燃料噴射圧力が前記目標燃料噴射圧力より高い場合に、前記基本噴射回数に代えて、前記実際の燃料噴射圧力に基づいて前記基本噴射回数より少ない燃料噴射回数を設定する工程と、
   を備える内燃機関の燃料噴射制御方法。

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