JP2006161799A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷間時および冷間時から温間時への過渡期において、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとで燃料噴射を分担している場合に、点火時期の進角量を的確に算出する。
【解決手段】 エンジンＥＣＵは、筒内噴射用インジェクタの噴射比率を算出するステップ（Ｓ１００）と、比率が１であるとエンジン温度をパラメータとした関数ｆ（１）を用いて冷間進角量を計算するステップ（Ｓ１２０）と、比率が０であるとエンジン温度をパラメータとした関数ｆ（２）を用いて冷間進角量を計算するステップ（Ｓ１３０）と、比率が０より大きく１より小さいとエンジン温度および比率をパラメータとした関数ｆ（３）を用いて冷間進角量を計算するステップ（Ｓ１４０）とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】 図２

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の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段との分担比率を勘案して、点火時期を決定する技術に関する。

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とも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。

また、このような内燃機関において、成層燃焼と均質燃焼とを内燃機関の運転状態に応じて切換えるようにした内燃機関が公知である。成層燃焼とは、圧縮行程中に筒内噴射用インジェクタから燃料を噴射して点火プラグ周辺に集中的に層状の混合気を形成して、燃料を希薄燃焼させる。均質燃焼とは、燃焼室内に燃料を拡散させて均質の混合気を形成して、燃料を燃焼させる。

特開２００１−２０８３７号公報（特許文献１）は、成層燃焼および均質燃焼を運転状態により切換えるエンジンであって、燃焼室内に直接燃料を噴射する主燃料噴射弁と各気筒の吸気ポートに燃料を噴射する副燃料噴射弁とを有するエンジンの燃料噴射制御装置を開示する。このエンジンの燃料噴射制御装置は、成層燃焼と均質燃焼とを運転状態に応じて切換えるエンジンの制御装置であって、燃焼室内に直接燃料を噴射する主燃料噴射弁を設けると共に、各気筒の吸気ポートに燃料を噴射する副燃料噴射弁を設け、主燃料噴射弁と副燃料噴射弁の燃料噴射量の分担率を、エンジン運転状態に基づいて可変に設定することを特徴とする。

このエンジンの燃料噴射制御装置によると、成層燃焼は、主燃料噴射弁から燃焼室内に直接噴射する燃料のみで賄い、均質燃焼を主燃料噴射弁と副燃料噴射弁とを併用（場合によっては副燃料噴射弁のみの使用も可能）することで、高出力エンジンであっても主燃料噴射弁の容量を小さく押さえることができ、以って、アイドルなどの低負荷領域での主燃料噴射弁の噴射期間−噴射量特性のリニアリティが高められ、噴射量制御精度の向上により、成層燃焼を良好に維持でき、アイドルなど低負荷運転の安定性が向上する。均質燃焼時に主燃料噴射弁と副燃料噴射弁とを併用して、直接燃料噴射の利点と、吸気ポート噴射の利点とを活かすことにより、均質燃焼も良好に維持できる。
特開２００１−２０８３７号公報

特許文献１に開示されたエンジンの燃料噴射制御装置においては、成層燃焼と均質燃焼とを使い分けているため、点火制御、噴射制御、スロットル制御が複雑になり、それぞれの燃焼形態に応じた制御プログラムが必要になる。特に、この燃焼形態の切換時には、これらの制御を大きく変更する必要があり、過渡時に良好な制御（燃費、排気浄化性能）を実現することが難しい。また、希薄燃焼となる成層燃焼領域においては三元触媒が機能しないのでリーンＮＯｘ触媒を用いなければならないが、コストアップとなる。

このような観点から、成層燃焼と均質燃焼との切換時の制御が必要でなく、高コストのリーンＮＯｘ触媒の必要もない、成層燃焼を行なわないエンジンも開発されている。

しかしながら、このようなエンジンの点火制御において、エンジンの冷却水の温度が低いほど、点火時期を進角させるように補正されている。これは、水温が低いほど（霧化状態が良好でなく）燃焼速度が遅くなり、ノッキングも発生しにくくなるからである。点火時期を進角させて点火から排気までの時間を延ばすことにより燃焼速度が遅くても十分に混合気を燃焼させることができる。

ところが、冷間時においては低温の吸気通路（吸気ポート）内に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタと、冷間であっても高温の筒内に燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタとで、燃料噴射を分担している領域においては、燃料の霧化状態が異なるので、筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料の状態と、吸気通路噴射用インジェクタから噴射された燃料の状態とが異なる。燃料の霧化状態が異なると混合気の状態が異なり、混合気の燃焼形態が異なり、燃焼形態が異なると最適な点火時期が異なる。このため、エンジン冷却水温だけで点火進角量を求めたのでは、的確な点火時期（進角量）を算出することができない。さらに、冷間時のみならず、冷間時から温間時への過渡期において、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとで燃料噴射を分担している領域においては、筒内における温度上昇の度合いと、吸気ポートにおける温度上昇の度合いとが異なるので、エンジン冷却水温だけで点火進角量を求めたのでは、的確な点火進角量を算出することができない。なお、上述した特許文献１においては、運転状態に応じた燃料噴射量分担率になるようにそれぞれのインジェクタを駆動して点火時期を設定するという開示しかなく、上述した問題点の解決策にならない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、筒内に燃料を噴射する第１の燃料噴射手段と吸気通路に燃料を噴射する第２の燃料噴射手段とで噴射燃料を分担する内燃機関において、冷間時および冷間時から温間時への過渡期において、燃料噴射を分担している場合に、的確な点火時期の変動量を算出することができる、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、内燃機関に要求される条件に基づいて算出された比率で、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、内燃機関の温度を検知するための検知手段と、点火時期を変化させるように点火装置を制御するための点火時期制御手段とを含む。この点火時期制御手段は、内燃機関の冷間時における点火時期変動量を、比率および温度に基づいて算出して、算出された点火時期変動量に基づいて点火時期を変化させるように点火装置を制御するための手段を含む。

第１の発明によると、第１の燃料噴射手段（たとえば筒内噴射用インジェクタ）と第２の燃料噴射手段（たとえば吸気通路噴射用インジェクタ）とで燃料噴射を分担している領域においては、筒内における温度上昇の度合いと、吸気ポートにおける温度上昇の度合いとが異なる。冷間時および冷間時から温間時への過渡期においては、この温度の差により点火時期を進角または遅角させる度合いが異なる。点火時期制御手段は、筒内に噴射される燃料と吸気ポートに噴射される燃料との比率を考慮して、内燃機関の温度（たとえばエンジン冷却水温）に基づいて冷間時における進角量または遅角量（これらを合わせて点火時期の変動量という）を算出する。このため、噴射部位が異なる２つの燃料噴射手段で燃料を分担している内燃機関において、冷間時の点火時期を的確に進角または遅角させることができる。その結果、冷間時および冷間時から温間時への過渡期において、燃料噴射を分担している場合に、的確な点火時期の変動量を算出することができる、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、内燃機関に要求される条件に基づいて算出された比率で、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、内燃機関の温度を検知するための検知手段と、基本点火時期を算出するための算出手段と、点火時期変動量を用いて基本点火時期を変化させるように点火装置を制御するための点火時期制御手段とを含む。点火時期制御手段は、内燃機関の冷間時における点火時期変動量を、比率および温度に基づいて算出して、算出された点火時期変動量を用いて基本点火時期を変化させるように点火装置を制御するための手段を含む。

第２の発明によると、第１の燃料噴射手段（たとえば筒内噴射用インジェクタ）と第２の燃料噴射手段（たとえば吸気通路噴射用インジェクタ）とで燃料噴射を分担している領域においては、筒内における温度上昇の度合いと、吸気ポートにおける温度上昇の度合いとが異なる。冷間時および冷間時から温間時への過渡期においては、この温度の差により点火時期を進角または遅角させる度合いが異なる。点火時期制御手段は、筒内に噴射される燃料と吸気ポートに噴射される燃料との比率を考慮して、内燃機関の温度（たとえばエンジン冷却水温）に基づいて冷間時における進角補正量または遅角補正量を算出する。この進角補正量または遅角補正量を用いて、内燃機関の運転状態に基づいて算出された基本点火時期を変化させる。このため、噴射部位が異なる２つの燃料噴射手段で燃料を分担している内燃機関において、冷間時の点火時期を的確に変動させることができる。その結果、冷間時および冷間時から温間時への過渡期において、燃料噴射を分担している場合に、的確な点火時期の変動量を算出することができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。

第３の発明に係る内燃機関の制御装置は、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、内燃機関に要求される条件に基づいて算出された比率で、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、内燃機関の温度を検知するための検知手段と、点火時期を変化させるように点火装置を制御するための点火時期制御手段とを含む。この点火時期制御手段は、内燃機関の冷間時における進角量を、比率および温度に基づいて算出して、算出された進角量に基づいて点火時期を変化させるように点火装置を制御するための手段を含む。

第３の発明によると、第１の燃料噴射手段（たとえば筒内噴射用インジェクタ）と第２の燃料噴射手段（たとえば吸気通路噴射用インジェクタ）とで燃料噴射を分担している領域においては、筒内における温度上昇の度合いと、吸気ポートにおける温度上昇の度合いとが異なる。冷間時および冷間時から温間時への過渡期においては、この温度の差により点火時期を進角させる度合いが異なる。点火時期制御手段は、筒内に噴射される燃料と吸気ポートに噴射される燃料との比率を考慮して、内燃機関の温度（たとえばエンジン冷却水温）に基づいて冷間時における進角量を算出する。このため、噴射部位が異なる２つの燃料噴射手段で燃料を分担している内燃機関において、冷間時の点火時期を的確に進角させることができる。その結果、冷間時および冷間時から温間時への過渡期において、燃料噴射を分担している場合に、的確な点火時期の進角量を算出することができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。

第４の発明に係る内燃機関の制御装置は、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、内燃機関に要求される条件に基づいて算出された比率で、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、内燃機関の温度を検知するための検知手段と、基本点火時期を算出するための算出手段と、進角補正量を用いて基本点火時期を変化させるように点火装置を制御するための点火時期制御手段とを含む。点火時期制御手段は、内燃機関の冷間時における進角補正量を、比率および温度に基づいて算出して、算出された進角補正量を用いて基本点火時期を変化させるように点火装置を制御するための手段を含む。

第４の発明によると、第１の燃料噴射手段（たとえば筒内噴射用インジェクタ）と第２の燃料噴射手段（たとえば吸気通路噴射用インジェクタ）とで燃料噴射を分担している領域においては、筒内における温度上昇の度合いと、吸気ポートにおける温度上昇の度合いとが異なる。冷間時および冷間時から温間時への過渡期においては、この温度の差により点火時期を進角させる度合いが異なる。点火時期制御手段は、筒内に噴射される燃料と吸気ポートに噴射される燃料との比率を考慮して、内燃機関の温度（たとえばエンジン冷却水温）に基づいて冷間時における進角補正量を算出する。この進角補正量を用いて、内燃機関の運転状態に基づいて算出された基本点火時期を変化させる。このため、噴射部位が異なる２つの燃料噴射手段で燃料を分担している内燃機関において、冷間時の点火時期を的確に進角させることができる。その結果、冷間時および冷間時から温間時への過渡期において、燃料噴射を分担している場合に、的確な点火時期の進角量を算出することができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。

第５の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第３または４の発明の構成に加えて、点火時期制御手段は、第１の燃料噴射手段の比率が高いほど、進角量が小さくなるように算出するための手段を含む。

第５の発明によると、第１の燃料噴射手段として筒内に燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタがあるが、筒内の温度は吸気ポートの温度よりも高い。このため、筒内噴射用インジェクタから噴射される燃料の比率が高いほど、点火時期を大きく進角させる必要がなく、進角量は小さくても所望の燃焼形態を実現できる。

第６の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第３または４の発明の構成に加えて、点火時期制御手段は、第２の燃料噴射手段の比率が高いほど、進角量が大きくなるように算出するための手段を含む。

第６の発明によると、第２の燃料噴射手段として吸気ポートに燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタがあるが、吸気ポートの温度は筒内の温度よりも低い。このため、吸気通路噴射用インジェクタから噴射される燃料の比率が高いほど、点火時期を大きく進角させることにより所望の燃焼形態を実現できる。

第７の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第３〜６のいずれかの発明の構成に加えて、点火時期制御手段は、温度が高いほど、進角量が小さくなるように算出するための手段を含む。

第７の発明によると、内燃機関の温度が高いほど燃料は霧化しやすいので、点火時期を大きく進角させる必要がなく、進角量は小さくても所望の燃焼形態を実現できる。

第８の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第３〜６のいずれかの発明の構成に加えて、点火時期制御手段は、温度が低いほど、進角量が大きくなるように算出するための手段を含む。

第８の発明によると、内燃機関の温度が低いほど燃料は霧化しにくいので、点火時期を大きく進角させることにより所望の燃焼形態を実現できる。

第９の発明に係る内燃機関の制御装置は、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、内燃機関に要求される条件に基づいて算出された、一方の燃料噴射手段による燃料噴射が停止する場合を含む比率で、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、内燃機関の温度を検知するための検知手段と、基本点火時期および冷間時の点火時期変動量を記憶するための記憶手段と、基本点火時期から点火時期変動量の分だけ点火時期を変動させて点火装置を制御するための点火時期制御手段とを含む。記憶手段は、燃料噴射手段から噴射された燃料と空気との混合気の状態に基づいて算出された内燃機関の冷間時における点火時期変動量を記憶するための手段を含む。

第９の発明によると、冷間時において、第１の燃料噴射手段（たとえば筒内噴射用インジェクタ）と第２の燃料噴射手段（たとえば吸気通路噴射用インジェクタ）とで燃料噴射を分担している領域においては、筒内噴射用インジェクタにより燃料が噴射される筒内の温度（高温）に起因する燃料の霧化状態（良好）と、吸気通路噴射用インジェクタにより燃料が噴射される吸気通路の温度（低温）に起因する燃料の霧化状態（不良）との差異により、燃料と空気との混合気の状態とが異なる。すなわち、燃料と空気との混合気の状態が異なるのは、冷間時における燃料の霧化状態の違いがその要因の1つとして挙げられる。冷間時においても、筒内噴射用インジェクタは高温の筒内に燃料を噴射するので、その燃料の霧化状態が良好であって、良好な霧化状態の燃料と空気との混合気の均質性が良好となり、混合気の燃焼速度が速い。一方、吸気通路噴射用インジェクタは低温の吸気管内に燃料を噴射するのでその霧化状態が良好でなく、良好でない霧化状態の燃料と空気との混合気の均質性が良好でなく、混合気の燃焼速度が遅い。そのため、燃料噴射手段の分担比率に加えて内燃機関の温度等を考慮した、混合気の状態（霧化状態、均質状態等）に基づいて算出された点火時期変動量の分だけ基本点火時期から点火時期を変動させて最適な点火時期になるように点火装置が制御される。このため、噴射による混合気の状態が異なる２つの燃料噴射手段で燃料を分担している内燃機関において、点火時期を的確に設定することができる。その結果、筒内に燃料を噴射する第１の燃料噴射手段と吸気通路に燃料を噴射する第２の燃料噴射手段とで噴射燃料を分担する内燃機関において、燃料噴射状態の異なる２種類の燃料噴射手段で燃料噴射を分担している場合に、的確な点火時期を算出することができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。

第１０の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第９の発明の構成に加えて、記憶手段は、温度および比率に基づいて算出された内燃機関の冷間時における点火時期変動量を記憶するための手段を含む。

第１０の発明によると、温度および比率に起因する燃料の霧化状態に起因して異なる混合気の状態に基づいて点火時期変動量が算出される。算出された点火時期変動量の分だけ基本点火時期から点火時期を変動させて最適な点火時期になるように点火装置が制御される。

第１１の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１０の発明の構成に加えて、記憶手段は、点火時期変動量をマップとして記憶するための手段を含む。

第１１の発明によると、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとの分担比率に基づいてマップとして記憶された点火時期変動量を用いて、基本点火時期から点火時期変動分だけ進角または遅角された最適な点火時期を決定することができる。

第１２の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１１の発明の構成に加えて、記憶手段は、点火時期変動量を、第１の燃料噴射手段のみにより燃料噴射される場合の第１のマップ、第２の燃料噴射手段のみにより燃料噴射される場合の第２のマップ、第１の燃料噴射手段および第２の燃料噴射手段により燃料噴射される場合の第３のマップに分けて、記憶するための手段を含む。

第１２の発明によると、燃料の分担率や内燃機関の温度に起因して、燃料と空気との混合気の状態（霧化状態、均質状態等）が異なる。第１の燃料噴射手段の一例である筒内噴射用インジェクタと、第２の燃料噴射手段の一例である吸気通路噴射用インジェクタとで、燃料噴射が分担される場合において、筒内噴射用インジェクタのみにより燃料噴射される場合の第１のマップ、吸気通路噴射用インジェクタのみにより燃料噴射される場合の第２のマップ、筒内噴射用インジェクタおよび吸気通路噴射用インジェクタにより燃料噴射される場合の第３のマップに分けて、基本点火時期からの変動量をマップとして記憶させる。筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとの燃料噴射の分担比率に基づいて、マップを選択して、基本点火時期からの変動量を決定することができる。このとき、それぞれのマップは、内燃機関の温度をパラメータとして点火時期変動量を記憶するようにすればよい。

第１３の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１２の発明の構成に加えて、第１のマップにおける点火時期変動量は、遅角側に設定されるものである。

第１３の発明によると、第１の燃料噴射手段（たとえば筒内噴射用インジェクタ）のみにより燃料噴射される場合の第１のマップにおいては、筒内噴射用インジェクタから噴射された（特に圧縮行程において噴射された）燃料の霧化状態が冷間時であっても良好で、燃料と空気との混合気の均質性が良好であって燃焼速度が速い。そのため、基本的には、点火時期が遅角側に設定されるように点火時期変動量を記憶する。特に、内燃機関の温度が高いほど、このような傾向が大きくなるので、内燃機関の温度をパラメータにすればよい。ただし、筒内噴射用インジェクタから噴射される燃料は、筒内が高温であるので霧化状態が良好であっても、噴射から点火までの混合期間が短く、燃料の霧化状態が良好であっても空気との均質性が良好でないこともあり得る。そのため、筒内噴射用インジェクタによる、混合期間の短さに起因する混合気の均質不良性と、筒内が高温であることに起因する燃料の霧化良好性との関係から、点火時期の変動量が決定される。

第１４の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１２の発明の構成に加えて、第２のマップにおける点火時期変動量は、進角側に設定されるものである。

第１４の発明によると、第２の燃料噴射手段（たとえば吸気通路噴射用インジェクタ）のみにより燃料噴射される場合の第２のマップにおいては、吸気通路噴射用インジェクタから噴射された燃料の霧化状態が冷間時において良好でなく、空気の混合気の均質性が良好でなく燃焼速度が遅い。そのため、基本的には、点火時期が進角側に設定されるように点火時期変動量を記憶する。ただし、冷間時であっても吸気通路噴射用インジェクタから噴射される燃料は、噴射から点火までの混合期間が長く、燃料の霧化状態が良好でなくても空気との均質性が良好になる場合もある。そのため、吸気通路噴射用インジェクタによる、混合期間の長さに起因する混合気の均質良好性と、吸気通路内が低温であることに起因する燃料の霧化不良性との関係から、点火時期の変動量が決定される。

第１５の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１２の発明の構成に加えて、第３のマップにおける点火時期変動量は、第１の燃料噴射手段の比率が高いと遅角側になるものである。

第１５の発明によると、冷間時においても高温の筒内に燃料を噴射して燃料の霧化状態が良好で混合気の燃焼速度が速い第１の燃料噴射手段（たとえば筒内噴射用インジェクタ）からの燃料噴射の分担比率が高いときの方が、冷間時においては低温の吸気通路に燃料を噴射して燃料の霧化状態が良好でなく混合気の燃焼速度が遅い第２の燃料噴射手段（たとえば吸気通路噴射用インジェクタ）からの燃料噴射の分担比率が高いときより、点火時期変動量を遅角側にしても十分な燃焼期間を確保できる。このため、噴射による混合気の状態が異なる２つの燃料噴射手段で燃料を分担している内燃機関において、遅角過多や進角過多による弊害を回避した的確な点火時期を設定することができる。

第１６の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１２の発明の構成に加えて、第３のマップにおける点火時期変動量は、第２の燃料噴射手段の比率が高いと進角側になるものである。

第１６の発明によると、冷間時においては低温の吸気通路に燃料を噴射して燃料の霧化状態が良好でなく混合気の燃焼速度が遅い第２の燃料噴射手段（たとえば吸気通路噴射用インジェクタ）からの燃料噴射の分担比率が高いときの方が、冷間時においても高温の筒内に燃料を噴射して燃料の霧化状態が良好で混合気の燃焼速度が速い第１の燃料噴射手段（たとえば筒内噴射用インジェクタ）からの燃料噴射の分担比率が高いときより、点火時期変動量を進角側にすることにより、十分な燃焼期間（点火タイミングから排気行程開始タイミング）を確保することができる。このため、噴射による混合気の状態が異なる２つの燃料噴射手段で燃料を分担している内燃機関において、遅角過多や進角過多による弊害を回避した的確な点火時期を設定することができる。

第１７の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜１６のいずれかの発明の構成に加えて、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、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１７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、冷間時および冷間時から温間時への過渡期において、燃料噴射を分担している場合に、的確な点火時期の進角量を算出できる、内燃機関の制御装置を提供することができる。

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じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。なお、以下の説明においては、専ら冷間時の点火時期の進角について説明するが、本発明はこのような進角のみに限定されない。本発明においては、一旦進角された後に遅角される場合および基本点火時期から遅角される場合を含むものである。さらに、筒内噴射用インジェクタから噴射される燃料の比率が高いほど点火時期の進角量は小さく、吸気通路噴射用インジェクタから噴射される燃料の比率が高いほど、点火時期を大きく進角させる関係が逆転する場合もあり得る。たとえば、インジェクタ単体の性能上、エンジン冷却水温ＴＨＷが同一であるときに、筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射の霧化状態が吸気通路噴射用インジェクタ１２０による燃料噴射の霧化状態よりも悪いなどの条件が成立すれば、燃料噴射比率と進角量との関係が上述した関係とは逆になることもあり得る。

図１に、本発明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い。

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ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３００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。

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のフローチャートを参照して、図１のエンジンＥＣＵ３００で実行され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、図３に示すようなマップを用いて筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率（以下、「ＤＩ比率ｒ」（０≦ｒ≦１）と記載する）を計算する。このときに用いられるマップの詳細については後述する。

Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ３００は、ＤＩ比率ｒが、１であるか、０であるか、０より大きく１より小さいのいずれであるかを判断する。ＤＩ比率ｒが１であると（Ｓ１１０にてｒ＝１．０）、処理はＳ１２０へ移される。ＤＩ比率ｒが０であると（Ｓ１１０にてｒ＝０）、処理はＳ１３０へ移される。ＤＩ比率ｒが０より大きく１より小さいと（Ｓ１１０にて０＜ｒ＜１．０）、処理はＳ１４０へ移される。

Ｓ１２０にて、エンジンＥＣＵ３００は、筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料噴射をしている冷間時の進角補正量である冷間進角量を計算する。このとき、たとえば関数ｆ（１）を用いて、冷間進角量＝ｆ（１）（ＴＨＷ）により算出される。なお、ＴＨＷは、水温センサ３８０により検知されるエンジン１０の冷却水の温度である。

ここで、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とでは、インジェクタから噴射された燃料と空気との混合気の状態が全く異なる。特に、冷間時において、筒内噴射用インジェクタ１１０により高温の筒内に噴射される燃料と空気との混合気の状態、および、吸気通路噴射用インジェクタ１２０により低温の吸気通路に噴射される燃料と空気との混合気の状態が異なる。吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射された燃料は、その霧化状態が不良で、霧化状態の良好でない燃料と空気との混合気の状態（均質性）が良好でないので燃焼速度が遅い。一方、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料は、その霧化状態が良好で、霧化状態の良好な燃料と空気との混合気の状態（均質性）が良好であって燃焼速度が速い。

関数ｆ（１）（ＴＨＷ）は、ＤＩ比率ｒ＝１（筒内噴射用インジェクタ１１０からのみ燃料を噴射）の場合に適用される関数であって、冷間進角量が最も小さくなるような（基準点火時期から遅角側の点火時期になることを含む）関数として設定される。これは、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料と空気との混合気の均質性が良好であるので燃焼速度が早く、点火時期を最も遅らせても十分な燃焼期間を確保することができるためである。

このような場合であっても、筒内噴射用インジェクタ１１０が燃料を噴射してから点火までの期間は短いため、燃料の霧化状態は良好であっても、均質性を確保するために十分な期間がない傾向である。このため、筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射から点火までの期間が短いことは混合気の均質性が良好でなくなるように作用する。このため、関数ｆ（１）（ＴＨＷ）は、このような燃料噴射から点火までの時間を考慮して設定する場合も想定しうる。

Ｓ１３０にて、エンジンＥＣＵ３００は、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみで燃料噴射をしている冷間時の進角補正量である冷間進角量を計算する。このとき、たとえば関数ｆ（２）を用いて、冷間補正量＝ｆ（２）（ＴＨＷ）により算出される。

関数ｆ（２）（ＴＨＷ）は、ＤＩ比率ｒ＝０（吸気通路噴射用インジェクタ１２０からのみ燃料を噴射）の場合に適用される関数であって、冷間進角量が最も大きくなるような関数として設定される。これは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射された燃料と空気との混合気との均質性が良好でないので燃焼速度が遅いので点火時期を最も早めて十分な燃焼期間を確保するためである。

このような場合であっても、吸気通路噴射用インジェクタ１２０が燃料を噴射してから点火するまでの期間は長いので、燃料の霧化状態は良好でなくても、均質性を確保するために十分な時間がある傾向である。このため、吸気通路噴射用インジェクタ１２０による燃料噴射から点火までの期間が長いことは混合気の均質性が良好になるように作用する。このため、関数ｆ（２）（ＴＨＷ）は、このような燃料噴射から点火までの時間を考慮して設定する場合も想定しうる。

Ｓ１４０にて、エンジンＥＣＵ３００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とで燃料噴射を分担している冷間時の進角補正量である冷間進角量を計算する。このとき、たとえば関数ｆ（３）を用いて、冷間進角量＝ｆ（３）（ＴＨＷ，ｒ）により算出される。なお、ｒはＤＩ比率である。

Ｓ１５０にて、エンジンＥＣＵ３００は、点火時期を計算する。このとき、点火時期は、たとえば関数ｇを用いて、点火時期＝ｇ（冷間進角量）により算出される。

図３にエンジン１０の回転数ＮＥと負荷率ＫＬとをパラメータとする筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率（０≦ＤＩ比率ｒ≦１）について説明する。

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。このためこの領域においてはＤＩ比率ｒを低くして、燃焼室に投入されるまでに混合気が十分にミキシングされる吸気通路噴射用インジェクタ１２０による噴射比率（１−ｒ）を大きくしている。

高回転数領域の低負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された混合気を均質化しやすい。このため、ＤＩ比率ｒを高くする。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。さらに、燃焼室内に露出した筒内噴射用インジェクタ１１０の先端部が燃料で冷却されるので、筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが付着することも抑制される。

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エンジン１０の動作について説明する。なお、以下の説明でエンジン冷却水温に変化がある場合とは、冷間から温間への過渡期であることを示す。

＜ＤＩ比率変化なし、エンジン冷却水温変化あり＞
エンジン１０が始動されると、通常は徐々にエンジン冷却水温が上昇する。すなわち、図４のＡ点に対応するエンジン冷却水温ＴＨ（１）から、Ｂ点に対応するエンジン冷却水温ＴＨ（２）に上昇する。この場合において、ＤＩ比率が計算され（Ｓ１００）、ＤＩ比率ｒが変化していない時（たとえばｒ＝０．７）には、ＤＩ比率ｒが０より大きく１より小さいと判断され（Ｓ１１０にて０＜ｒ＜１．０）、関数ｆ（３）を用いて、ｆ（３）（ＴＨＷ，ｒ）により冷間進角量が算出される（Ｓ１４０）。

図４のＡ点の場合、ｆ（３）（ＴＨ（１），ｒ）（ｒ＝０．７）により、冷間進角量が進角補正（１）として算出される。冷間進角量が進角補正（１）の状態でエンジン１０が運転されて、エンジン冷却水温ＴＨＷがＴＨ（１）からＴＨ（２）に上昇してＢ点に到達する。図４のＢ点の場合、ｆ（３）（ＴＨ（２），ｒ）（ｒ＝０．７）により、冷間進角量が進角補正（２）として算出される。すなわち、進角補正量については、進角補正（１）から進角補正（２）に、進角補正量変化分だけ下げられる。この進角補正量変化分は、{進角補正（１）−進角補正（２）}で与えられる。

＜ＤＩ比率変化あり、エンジン冷却水温変化なし＞
エンジン１０が始動されても、車両の周囲の状態（特に温度状態）によっては、エンジン冷却水温が変化しない場合もある。このような場合であって、エンジン１０の運転状態が変化してＤＩ比率ｒが０．７から低下すると、すなわち、図４のＡ点に対応するエンジン冷却水温ＴＨ（１）のままで、ｒ＝０．７よりもＤＩ比率ｒが小さいＣ点に状態が変化する（この逆でも構わない）。この場合において、ＤＩ比率が計算され（Ｓ１００）、ＤＩ比率ｒが変化していても（たとえばｒ＝０．７からｒ＝０．５）、ＤＩ比率ｒが０より大きく１より小さいと判断され（Ｓ１１０にて０＜ｒ＜１．０）、関数ｆ（３）を用いて、ｆ（３）（ＴＨＷ，ｒ）により冷間進角量が算出される（Ｓ１４０）。

図４のＡ点の場合、ｆ（３）（ＴＨ（１），ｒ）（ｒ＝０．７）により、冷間進角量が算出される。この状態でエンジン１０が運転されて、エンジン冷却水温ＴＨＷがＴＨ（１）のままＤＩ比率が低下してＣ点に到達する。図４のＣ点の場合、ｆ（３）（ＴＨ（１），ｒ）（ｒ＝０．５）により、冷間進角量が算出される。すなわち、進角補正量変化分だけ、点火時期が進角される。これは、筒内の温度よりもポートの温度が低いので、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射された燃料が霧化されにくいので、より大きく進角させることを示す。

＜ＤＩ比率変化あり、エンジン冷却水温変化あり＞
エンジン１０が始動されて、エンジン冷却水温もＤＩ比率ｒも変化する場合もある。このような場合には、図４のＡ点に対応するエンジン冷却水温ＴＨ（１）かつＤＩ比率ｒ＝０．７の状態から、エンジン冷却水温ＴＨ（１）よりも高いＴＨ（２）かつＤＩ比率ｒ＝０．７よりもＤＩ比率ｒが小さいＤ点に状態が変化する。この場合において、ＤＩ比率が計算され（Ｓ１００）、ＤＩ比率ｒが変化していても（たとえばｒ＝０．７からｒ＝０．５）、ＤＩ比率ｒが０より大きく１より小さいと判断され（Ｓ１１０にて０＜ｒ＜１．０）、関数ｆ（３）を用いて、ｆ（３）（ＴＨＷ，ｒ）により冷間進角量が算出される（Ｓ１４０）。

図４のＡ点の場合、ｆ（３）（ＴＨ（１），ｒ）（ｒ＝０．７）により、冷間進角量が算出される。この状態でエンジン１０が運転されて、エンジン冷却水温ＴＨＷがＴＨ（１）からＴＨ（２）に変化するとともに、ＤＩ比率が低下してＤ点に到達する。図４のＤ点の場合、ｆ（３）（ＴＨ（２），ｒ）（ｒ＝０．５）により、冷間進角量が算出される。すなわち、進角補正量変化分だけ点火時期が変化される。これは、ＤＩ比率が０でもなく１でもないときには、冷間進角量はエンジン冷却水温とＤＩ比率ｒとの関数で算出されるので、進角補正量の変化分もエンジン冷却水温の変化とＤＩ比率ｒの変化に依存することを示す。

以上のようにして、冷間時、冷間時から温間時への過渡期において、進角量を、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとで燃料噴射を分担している場合には、エンジン冷却水温ＴＨＷのみではなく、ＤＩ比率ｒを加えて、冷間進角量を算出するようにした。これにより、筒内とポートとで温度が異なってそれぞれにおける燃料の霧化の状態が異なっても、的確な点火時期まで進角させて燃焼状態を良好なものにすることができる。

また、以下のように３つのマップをエンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０やＲＡＭ３４０に記憶するようにしてもよい。

第１のマップを、ＤＩ比率ｒ＝１（筒内噴射用インジェクタ１１０からのみ燃料を噴射）の場合に適用されるマップであって、点火時期を最も遅角側にする基本点火時期や点火時期を最も遅角側にする点火時期変動量のマップとして設定する。冷間時においても筒内噴射用インジェクタ１１０から燃料が噴射される筒内は高温であるので、噴射された燃料の霧化状態が良好で、霧化状態の良好な燃料と空気との混合気の均質性が良好であって、燃焼速度が速いので点火時期を遅らせても十分な燃焼時間を確保できる。さらに、燃焼速度による点火時期の制限が緩慢であるので、他の要因（たとえば触媒暖気、排気ガス浄化）により基本点火時期をさらに遅角させたり、進角させたりすることが可能になる。

第２のマップを、ＤＩ比率ｒ＝０（吸気通路噴射用インジェクタ１２０からのみ燃料を噴射）の場合に適用されるマップであって、点火時期を最も進角側にする基本点火時期や点火時期を最も進角側にする点火時期変動量のマップとして設定する。冷間時においては、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から燃料が噴射される吸気通路は低温であるので、噴射された燃料の霧化状態が良好ではなく、霧化状態が良好ではない燃料と空気との混合気の均質性が良好ではなく燃焼速度が遅いので点火時期を早めて十分な燃焼期間を確保する必要がある。

第３のマップを、ＤＩ比率０＜ｒ＜１（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とから燃料を噴射）の場合に適用されるマップであって、点火時期をＤＩ比率ｒが高いほど遅角側にさせた基本点火時期や点火時期変動量のマップとして設定する。ＤＩ比率が高くなるにしたがって燃料の霧化状態が良好になり混合気の均質性が良好になり、燃焼速度が早くなるので、点火時期を遅らせる。

エンジンＥＣＵ３００は、このような基本点火時期や点火時期変動量について、３つのマップを予め準備しておいて、筒内噴射用インジェクタ１１０の分担比率であるＤＩ比率ｒにより、基本点火時期マップや点火時期変動量マップを切り換えるように１つのマップを選択する。エンジンＥＣＵ３００は、選択されたマップに基づいて、基本点火時期を算出する。特に、第３のマップにおいては、ＤＩ比率ｒにより基本点火時期や点火時期変動量が変化するため、マップのみならず、そのマップにおいて設定された間を補間する関数を予め算出しておいて、その関数を記憶しておき、その関数で補間処理するようにしてもよい。

以上のようにして、３つのマップ（ＤＩ比率：ｒ＝１，ｒ＝０，０＜ｒ＜１）を、ＤＩ比率ｒを用いて選択して、選択されたマップにより基本点火時期や点火時期変動量を算出するようにすることにより、ＤＩ比率ｒに対応させて適切な基本点火時期を算出することができる。このようにすると、ＤＩ比率ｒに応じて最適な基本点火時期を設定できるので、遅角過多による弊害や進角過多による弊害を発生させないようにすることができる。

＜この制御装置が適用されるに適したエンジン（その１）＞
以下、本実施の形態に係る制御装置が適用されるに適したエンジン（その１）について説明する。

図５および図６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５は、エンジン１０の温間用マップであって、図６は、エンジン１０の冷間用マップである。

図５および図６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５および図６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５および図６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５の温間時のマップを選択して、そうではないと図６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。

図５および図６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５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６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５のＮＥ（２）や、図６のＫＬ（３）、ＫＬ（４）も適宜設定されている。

図５および図６を比較すると、図５に示す温間用マップのＮＥ（１）よりも図６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５および図６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５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５および図６を比較すると、図６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。

＜この制御装置が適用されるに適したエンジン（その２）＞
以下、本実施の形態に係る制御装置が適用されるに適したエンジン（その２）について説明する。なお、以下のエンジン（その２）の説明において、エンジン（その１）と同じ説明については、ここでは繰り返さない。

図７および図８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７は、エンジン１０の温間用マップであって、図８は、エンジン１０の冷間用マップである。

図７および図８を比較すると、以下の点で図５および図６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７および図８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７および図８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、図５〜図８を用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、図５〜図８を用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工程中とすることで、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工程中とすると、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。

なお、上述したフローチャートのＳ１５０においては、このフローチャートが実行される毎にエンジン１０の作動状態から基本点火時期を算出しておいて、その基本点火時期に対して冷間進角量分だけを補正するような関数ｇを用いて点火時期を算出するようにしてもよい。

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５または図７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。 エンジンＥＣＵで実行されるプログラムのフローチャートを示す図である。 噴き分けマップの一例を示す図である。 エンジンの作動状態の変化を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの温間時のＤＩ比率マップを表わす図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの冷間時のＤＩ比率マップを表わす図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの温間時のＤＩ比率マップを表わす図（その２）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの冷間時のＤＩ比率マップを表わす図（その２）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 (17)

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、
   前記内燃機関に要求される条件に基づいて算出された比率で、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、
   前記内燃機関の温度を検知するための検知手段と、
   点火時期を変化させるように点火装置を制御するための点火時期制御手段とを含み、
   前記点火時期制御手段は、前記内燃機関の冷間時における点火時期変動量を、前記比率および前記温度に基づいて算出して、算出された点火時期変動量に基づいて点火時期を変化させるように前記点火装置を制御するための手段を含む、内燃機関の制御装置。
2. 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、
   前記内燃機関に要求される条件に基づいて算出された比率で、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、
   前記内燃機関の温度を検知するための検知手段と、
   基本点火時期を算出するための算出手段と、
   点火時期変動量を用いて前記基本点火時期を変化させるように点火装置を制御するための点火時期制御手段とを含み、
   前記点火時期制御手段は、前記内燃機関の冷間時における点火時期変動量を、前記比率および前記温度に基づいて算出して、算出された点火時期変動量を用いて前記基本点火時期を変化させるように前記点火装置を制御するための手段を含む、内燃機関の制御装置。
3. 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、
   前記内燃機関に要求される条件に基づいて算出された比率で、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、
   前記内燃機関の温度を検知するための検知手段と、
   点火時期を変化させるように点火装置を制御するための点火時期制御手段とを含み、
   前記点火時期制御手段は、前記内燃機関の冷間時における進角量を、前記比率および前記温度に基づいて算出して、算出された進角量に基づいて点火時期を変化させるように前記点火装置を制御するための手段を含む、内燃機関の制御装置。
4. 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、
   前記内燃機関に要求される条件に基づいて算出された比率で、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、
   前記内燃機関の温度を検知するための検知手段と、
   基本点火時期を算出するための算出手段と、
   進角補正量を用いて前記基本点火時期を変化させるように点火装置を制御するための点火時期制御手段とを含み、
   前記点火時期制御手段は、前記内燃機関の冷間時における進角補正量を、前記比率および前記温度に基づいて算出して、算出された進角補正量を用いて前記基本点火時期を変化させるように前記点火装置を制御するための手段を含む、内燃機関の制御装置。
5. 前記点火時期制御手段は、前記第１の燃料噴射手段の比率が高いほど、前記進角量が小さくなるように算出するための手段を含む、請求項３または４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記点火時期制御手段は、前記第２の燃料噴射手段の比率が高いほど、前記進角量が大きくなるように算出するための手段を含む、請求項３または４に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記点火時期制御手段は、前記温度が高いほど、前記進角量が小さくなるように算出するための手段を含む、請求項３〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記点火時期制御手段は、前記温度が低いほど、前記進角量が大きくなるように算出するための手段を含む、請求項３〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
9. 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、
   前記内燃機関に要求される条件に基づいて算出された、一方の燃料噴射手段による燃料噴射が停止する場合を含む比率で、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、
   前記内燃機関の温度を検知するための検知手段と、
   基本点火時期および冷間時の点火時期変動量を記憶するための記憶手段と、
   前記基本点火時期から前記点火時期変動量の分だけ点火時期を変動させて点火装置を制御するための点火時期制御手段とを含み、
   前記記憶手段は、前記燃料噴射手段から噴射された燃料と空気との混合気の状態に基づいて算出された前記内燃機関の冷間時における点火時期変動量を記憶するための手段を含む、内燃機関の制御装置。
10. 前記記憶手段は、前記温度および前記比率に基づいて算出された前記内燃機関の冷間時における点火時期変動量を記憶するための手段を含む、請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記記憶手段は、前記点火時期変動量をマップとして記憶するための手段を含む、請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記記憶手段は、前記点火時期変動量を、前記第１の燃料噴射手段のみにより燃料噴射される場合の第１のマップ、前記第２の燃料噴射手段のみにより燃料噴射される場合の第２のマップ、前記第１の燃料噴射手段および前記第２の燃料噴射手段により燃料噴射される場合の第３のマップに分けて、記憶するための手段を含む、請求項１１に記載の内燃機関の制御装置。
13. 前記第１のマップにおける点火時期変動量は、遅角側に設定される、請求項１２に記載の内燃機関の制御装置。
14. 前記第２のマップにおける点火時期変動量は、進角側に設定される、請求項１２に記載の内燃機関の制御装置。
15. 前記第３のマップにおける点火時期変動量は、前記第１の燃料噴射手段の比率が高いと遅角側になる、請求項１２に記載の内燃機関の制御装置。
16. 前記第３のマップにおける点火時期変動量は、前記第２の燃料噴射手段の比率が高いと進角側になる、請求項１２に記載の内燃機関の制御装置。
17. 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１〜１６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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