JP3956951B2

JP3956951B2 - 内燃機関の燃料噴射装置

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Publication number: JP3956951B2
Application number: JP2004116014A
Authority: JP
Inventors: 比呂志田中; 敏雄棚橋; 健治加藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2004-04-09
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2018-10-06
Also published as: JP2004239268A

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関し、詳細には機関気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を有する燃料噴射装置に関する。

気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を備え、通常の気筒内燃焼に寄与する主燃料噴射に加えて、気筒の膨張行程または排気行程に二次燃料噴射を行なう燃料噴射装置が知られている。
この種の装置としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。

文献１の装置は、ディーゼル機関の排気通路に、流入する排気の空燃比がリーンの時に排気中のＮＯ_Xを吸収し流入する排気中の酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸蔵還元触媒を配置し、通常は機関気筒の圧縮上死点近傍で気筒内に主燃料噴射を行ない、ＮＯ_X吸蔵還元触媒からＮＯ_Xを放出させるべきときには、主燃料噴射に加えて気筒の膨張または排気行程に二次燃料噴射を行なうようにしている。

膨張または排気行程に気筒内に噴射された燃料は、気筒内での燃焼には寄与せずに高温の既燃ガスに曝されることになるため、燃料中の分子量の大きい炭化水素が分子量の小さな炭化水素に分解する。また、二次燃料噴射により噴射された燃料は燃焼に寄与せずにそのまま排気とともに排出されるため、ディーゼル機関においても気筒内の爆発圧力を上昇させることなく排気をリッチ空燃比にするだけの比較的多量の燃料を噴射することができる。このため、二次燃料噴射により活性の高い低分子量の炭化水素を多く含むリッチ空燃比の排気が排気通路のＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入するようになり、ＮＯ_X吸蔵還元触媒から吸収したＮＯ_Xが放出されるとともに排気中の炭化水素により還元浄化される。

特開平６−２１２９６１号公報

ところが、特許文献１のように二次燃料噴射を行なう機関では二次燃料噴射により噴射された燃料が排気行程中に完全に排出されず気筒内に残留する場合がある。気筒内に二次燃料噴射の燃料の一部が残留すると次回に主燃料噴射が行なわれたときに気筒内では主燃料噴射により供給された燃料に加えて残留した燃料が燃焼するため、燃焼による発生トルクが過大となり機関の出力トルク変動が生じる問題がある。

本発明は上記問題に鑑み、二次燃料噴射実施時に残留燃料による機関出力トルク変動を防止することが可能な内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の気筒に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、前記筒内燃料噴射弁を制御して、気筒内の燃焼に寄与する燃料を噴射する主燃料噴射を行なうとともに、必要に応じて主燃料噴射の後の膨張行程または排気行程中に気筒内の燃焼に寄与しない燃料を噴射する二次燃料噴射を行なう燃料噴射制御手段と、を備え、前記燃料噴射制御手段は直前の二次燃料噴射により噴射された燃料のうち、気筒内に残留している燃料量を算出するとともに、該残留燃料量に応じて前記主燃料噴射の噴射量を補正する内燃機関の燃料噴射装置が提供される。

すなわち、請求項１に記載の発明では、燃料噴射制御手段は直前の二次燃料噴射により気筒内に残留する燃料の量を算出し、残留燃料量に応じて主燃料噴射量を補正する。この補正は例えば、主燃料噴射量を残留燃料量相当分だけ減量することにより行なう。これにより、主燃料噴射時に燃焼に寄与する燃料量は目標量に維持されるようになる。このため、二次燃料噴射により気筒内に燃料が残留した場合でも機関の出力トルク変動が生じない。

請求項２に記載の発明によれば、内燃機関の気筒に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、前記筒内燃料噴射弁を制御して、気筒内の燃焼に寄与する燃料を噴射する主燃料噴射を行なうとともに、必要に応じて主燃料噴射の後の膨張行程または排気行程中に気筒内の燃焼に寄与しない燃料を噴射する二次燃料噴射を行なう燃料噴射制御手段と、を備え、前記燃料噴射制御手段は必要に応じて前記主燃料噴射を、気筒内に均質混合気を生成させるための第１主燃料噴射と可燃混合気の層を生成させるための第２主燃料噴射とに分けて２回行い、前記二次燃料噴射実行時には、直前の二次燃料噴射により噴射された燃料のうち、気筒内に残留している燃料量を算出し、該残留燃料量に応じて前記第１主燃料噴射の噴射量を補正する内燃機関の燃料噴射装置が提供される。

すなわち、請求項２に記載の発明では燃料噴射制御手段は主燃料噴射を２回行なう際には、二次燃料噴射による気筒内残留燃料量に応じて第１主燃料噴射の量を補正する。この補正は例えば、第１主燃料噴射量を残留燃料量相当分だけ減量することにより行なう。第１主燃料噴射は気筒内に均質な混合気を生成するためのものであるのに対して、第２主燃料噴射は混合気を成層させるためのものである。一方、気筒内に残留した燃料は気筒内に均質な混合気を生成する。このため、第１主燃料噴射量を通常通りに設定すると生成される均質混合気の空燃比は目標値よりリッチとなる。本発明では、残留燃料量に応じて第１主燃料噴射量を補正することにより、気筒内に生成される均質混合気の空燃比が目標値に維持されるようになる。

各請求項に記載の発明では、二次燃料噴射実施時に気筒内に残留する燃料量を算出し、残留燃料量に応じて主燃料噴射量を補正するようにしたことにより、二次燃料噴射により気筒内残留燃料が生じた場合であっても機関出力の変動の発生を防止することが可能となる。

以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の燃料噴射装置を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を説明する図である。
図１において、１は自動車用内燃機関を示す。本実施形態では、機関１は＃１から＃４の４つの気筒を備えた４気筒ガソリン機関とされ、＃１から＃４気筒には直接気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁１１１から１１４が設けられている。後述するように、本実施形態の内燃機関１は、理論空燃比より高い（リーンな）空燃比で運転可能なリーンバーンエンジンとされている。

また、本実施形態では＃１から＃４の気筒は互いに点火時期が連続しない２つの気筒からなる２つの気筒群にグループ分けされている。（例えば、図１の実施形態では、気筒点火順序は１−３−４−２であり、＃１、＃４の気筒と＃２、＃３の気筒とがそれぞれ気筒群を構成している。）また、各気筒の排気ポートは気筒群毎に排気マニホルドに接続され、気筒群毎の排気通路に接続されている。図１において、２１ａは＃１、＃４気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ａに接続する排気マニホルド、２１ｂは＃２、＃４気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ｂに接続する排気マニホルドである。本実施形態では、個別排気通路２ａ、２ｂ上には三元触媒からなるスタートキャタリスト（以下「ＳＣ」と呼ぶ）５ａと５ｂがそれぞれ配置されている。また、個別排気通路２ａ、２ｂはＳＣ下流側で共通の排気通路２に合流している。

共通排気通路２上には、後述するＮＯ_X吸蔵還元触媒７が配置されている。図１に２９ａ、２９ｂで示すのは、個別排気通路２ａ、２ｂのスタートキャタリスト５ａ、５ｂ上流側に配置された空燃比センサ、３１で示すのは、排気通路２のＮＯ_X吸蔵還元触媒７出口に配置された空燃比センサである。空燃比センサ２９ａ、２９ｂ及び３１は、広い空燃比範囲で排気空燃比に対応する電圧信号を出力する、いわゆるリニア空燃比センサとされている。

図１において、機関の１の気筒＃１から＃４の吸気ポートは吸気マニホルド１０ｂを介してサージタンク１０ａに接続されており、サージタンクは共通の吸気通路１０に接続されている。更に、本実施形態では吸気通路１０上にはスロットル弁１５が設けられている。本実施形態のスロットル弁１５はいわゆる電子制御スロットル弁とされており、ステッパモータ等の適宜な形式のアクチュエータ１５ａにより駆動され後述するＥＣＵ３０からの制御信号に応じた開度をとる。図１に１５ｂで示すのは、スロットル弁１５の開度を検出するスロットル弁開度センサである。

本実施形態では、筒内燃料噴射弁１１１から１１４は個別にコモンレール（蓄圧室）１１０に接続され、コモンレール１１０内の高圧の燃料を気筒内に噴射する。図１に１３０で示したのは、プランジャポンプ等の高圧ポンプからなる燃料ポンプである。燃料ポンプ１３０は、各燃料噴射弁（１１１〜１１４）の燃料噴射が行なわれる毎にコモンレール１１０に高圧の燃料を圧送している。

図１に２００で示すのは、機関１のバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング装置である。本実施形態では、可変バルブタイミング装置２００は後述するＥＣＵ３０からの指令信号に応じて機関１のバルブタイミングを変更可能なものであれば、任意の公知の形式のものが使用可能であり、吸気弁または／及び排気弁の開閉タイミングのみを変化させるもの、開閉タイミングとともにバルブリフトをも変化させるもの等のいずれも使用することができる。また、バルブタイミングの変更は連続的に行なうものでも、段階的に行なうものでも良い。

図１に３０で示すのは、機関１の制御を行なうＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）である。ＥＣＵ３０はＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵを双方向性バスで相互に接続した公知の構成のマイクロコンピュータからなり、機関１の主燃料噴射制御や点火時期制御等の基本制御を行なう。また、ＥＣＵ３０は本実施形態では後述するＮＯ_X吸蔵還元触媒の再生操作時に気筒内の燃焼をリッチ空燃比に切り換えたり、各気筒の膨張または排気行程に二次燃料噴射を行ないＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比を短時間でリッチ空燃比に切り換えるための二次燃料噴射制御を行なう。

ＥＣＵ３０の入力ポートには、空燃比センサ２９ａ、２９ｂからＳＣ５ａ、５ｂ入口における排気空燃比を表す信号と、空燃比センサ３１からＮＯ_X吸蔵還元触媒７出口における排気空燃比を表す信号と、サージタンク１０ａに設けられた吸気圧センサ３７から機関の吸気圧力に対応する信号、及びアクセル開度センサ３３から運転者のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）に応じた信号がそれぞれ入力されている他、機関クランク軸（図示せず）近傍に配置された回転数センサ３５から機関クランク軸一定回転角度毎にクランク回転角パルス信号が入力されている。ＥＣＵ３０は、このパルス信号からクランク軸回転角を算出するとともに、パルス信号の周波数から機関回転数を算出する。

更に、ＥＣＵ３０の入力ポートにはコモンレール１１０に配置した燃料圧力センサ１２０からコモンレール１１０内の燃料圧力に対応する信号と、スロットル弁開度センサ１５ｂからスロットル弁１５の開度を表す信号が入力されている。

また、ＥＣＵ３０の出力ポートは、各気筒への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するために、図示しない燃料噴射回路を介して各気筒の燃料噴射弁１１１から１１４に接続されている他、スロットル弁１５のアクチュエータ１５ｂに図示しない駆動回路を介して接続されスロットル弁１５の開度を制御している。

上記制御の他にＥＣＵ３０は、燃料圧力センサ１２０から入力したコモンレール１１０内燃料圧力信号に応じてコモンレール内燃料圧力が目標値になるように燃料ポンプ１３０の燃料圧送量をフィードバック制御している。なお、燃料ポンプ１３０からコモンレール１１０への燃料の圧送は、燃料噴射弁１１１〜１１４からの燃料噴射毎に行なわれる。

更に、ＥＣＵ３０の出力ポートは図示しない駆動回路を介して可変バルブタイミング装置２００に接続されており、機関負荷状態（アクセル開度と機関回転数）とに応じて機関１のバルブタイミングを制御している。
本実施形態では、機関１の主燃料噴射、すなわち気筒内で燃焼させるための燃料の噴射は、機関負荷に応じて次の５つのモードに制御される。

１）リーン空燃比成層燃焼（圧縮行程１回噴射）
２）リーン空燃比均質混合気／成層燃焼（吸気行程／圧縮行程２回噴射）
３）リーン空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）
４）理論空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）
５）リッチ空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）

すなわち、機関１の軽負荷運転領域では、上記１）のリーン空燃比成層燃焼が行なわれる。この状態では、筒内燃料噴射は各気筒の圧縮行程後半に１回のみ行なわれ、噴射された燃料は気筒点火プラグ近傍に可燃混合気の層を形成する。また、この運転状態での燃料噴射量は極めて少なく、気筒内の全体としての空燃比は２５から３０程度になる。

また、上記１）の状態から負荷が増大して低負荷運転領域になると、上記２）リーン空燃比均質混合気／成層燃焼が行なわれる。機関負荷が増大するにつれて気筒内に噴射する燃料は増量されるが、上記１）の成層燃焼では燃料噴射を圧縮行程後半に行なうため、噴射時間が限られてしまい成層させることのできる燃料量には限界がある。そこで、この負荷領域では圧縮行程後半の燃料噴射だけでは不足する燃料の量を予め吸気行程前半に噴射することにより目標量の燃料を気筒に供給するようにしている。

吸気行程前半に気筒内に噴射された燃料は着火時までに極めてリーンな均質混合気を生成する。圧縮行程後半ではこの極めてリーンな均質混合気中に更に燃料が噴射され点火プラグ近傍に着火可能な可燃混合気の層が生成される。着火時にはこの可燃混合気層が燃焼を開始し周囲の希薄な混合気層に火炎が伝播するため安定した燃焼が行なわれるようになる。この状態では吸気行程と圧縮行程での噴射により供給される燃料量は１）より増量されるが、全体としての空燃比はやや低いリーン（例えば空燃比で２０から３０程度）になる。

更に機関負荷が増大すると、機関１では上記３）のリーン空燃比均質混合気燃焼が行なわれる。この状態では燃料噴射は吸気行程前半に１回のみ実行され、燃料噴射量は上記２）より更に増量される。この状態で気筒内に生成される均質混合気は理論空燃比に比較的近いリーン空燃比（例えば空燃比で１５から２５程度）となる。

更に機関負荷が増大して機関高負荷運転領域になると、３）の状態から更に燃料が増量され、上記４）の理論空燃比均質混合気運転が行なわれる。この状態では、気筒内には理論空燃比の均質な混合気が生成されるようになり、機関出力が増大する。また、更に機関負荷が増大して機関の全負荷運転になると、４）の状態から燃料噴射量が更に増量され５）のリッチ空燃比均質混合気運転が行なわれる。この状態では、気筒内に生成される均質混合気の空燃比はリッチ（例えば空燃比で１２から１４程度）になる。

本実施形態では、アクセル開度（運転者のアクセルペダル踏込み量）と機関回転数とに応じて予め実験等に基づいて最適な運転モード（上記１）から５））が設定されており、ＥＣＵ３０のＲＯＭにアクセル開度と機関回転数とを用いたマップとして格納してある。機関１運転中、ＥＣＵ３０はアクセル開度センサ３３で検出したアクセル開度と機関回転数とに基づいて、現在上記１）から５）のいずれの運転モードを選択すべきかを決定し、それぞれのモードに応じて燃料噴射量、燃料噴射時期、回数及びスロットル弁開度を決定する。

すなわち、上記１）から３）のモード（リーン空燃比燃焼）が選択された場合には、ＥＣＵ３０は上記１）から３）のモード毎に予め準備されたマップに基づいて、アクセル開度と機関回転数とから燃料噴射量を決定する。又、上記４）と５）のモード（理論空燃比またはリッチ空燃比均質混合気燃焼）が選択された場合には、ＥＣＵ３０は上記４）と５）のモード毎に予め準備されたマップに基づいて、吸気圧センサ３３で検出された吸気圧力と機関回転数とに基づいて燃料噴射量を設定する。

また、モード４）（理論空燃比均質混合気燃焼）が選択された場合には、ＥＣＵ３０は更に上記により算出した燃料噴射量を、機関排気空燃比が理論空燃比となるように空燃比センサ２９ａ、２９ｂの出力に基づいてフィードバック補正する空燃比制御を行なう。
スタートキャタリスト（ＳＣ）５ａ、５ｂは、ハニカム状に成形したコージェライト等の担体を用いて、この担体表面にアルミナの薄いコーティングを形成し、このアルミナ層に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属触媒成分を担持させた三元触媒として構成される。三元触媒は理論空燃比近傍でＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_Xの３成分を高効率で浄化する。三元触媒は、流入する排気の空燃比が理論空燃比より高くなるとＮＯ_Xの還元能力が低下するため、機関１がリーン空燃比運転されているときの排気中のＮＯ_Xを充分に浄化することはできない。

本実施形態では、ＳＣ５ａ、５ｂは、主に冷間始動直後の機関１のリッチ空燃比運転時の排気浄化、及び通常運転時に機関１が理論空燃比で運転される場合の排気浄化を行なう。このため、ＳＣ５ａ、５ｂは機関始動後短時間で触媒の活性温度に到達し触媒作用を開始することができるように、排気通路２ａ、２ｂの機関１に近い部分に配置され、熱容量を低減するために比較的小容量のものとされている。

次に、本実施形態のＮＯ_X吸蔵還元触媒７について説明する。本実施形態のＮＯ_X吸蔵還元触媒７は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮa 、リチウムＬi 、セシウムＣs のようなアルカリ金属、バリウムＢa 、カルシウムＣa のようなアルカリ土類、ランタンＬa 、セリウムＣｅ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つの成分と、白金Ｐｔのような貴金属とを担持したものである。ＮＯ_X吸蔵還元触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに、排気中のＮＯ_X（窒素酸化物）を硝酸イオンＮＯ₂ ^-の形で吸収し、流入排気ガスが理論空燃比以下（リッチ空燃比）になると吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_Xの吸放出作用を行う。

この吸放出のメカニズムについて、以下に白金ＰｔおよびバリウムＢａを使用した場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。

流入排気中の酸素濃度が増大すると（すなわち排気空燃比がリーンになると）、これら酸素は白金Ｐｔ上にＯ₂ ^-またはＯ^2-の形で付着し、排気中のＮＯ_Xは白金Ｐｔ上のＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応し、これによりＮＯ₂が生成される。また、流入排気中のＮＯ₂及び上記により生成したＮＯ₂は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ吸収剤中に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で吸収剤内に拡散する。このため、リーン雰囲気下では排気中のＮＯ_XがＮＯ_X吸収剤内に硝酸塩の形で吸収されるようになる。

また、流入排気中の酸素濃度が大幅に低下すると（すなわち、排気空燃比が理論空燃比より小さく（リッチに）なると）、白金Ｐｔ上でのＮＯ₂生成量が減少するため、反応が逆方向に進むようになり、吸収剤内の硝酸イオンＮＯ₂ ^-はＮＯ₂の形で吸収剤から放出されるようになる。この場合、排気中にＣＯ等の還元成分やＨＣ、ＣＯ₂等の成分が存在すると白金Ｐｔ上でこれらの成分によりＮＯ₂が還元される。

本実施形態では、前述のように通常運転においては機関１は高負荷運転を除いて大部分の負荷領域でリーン空燃比で運転され、ＮＯ_X吸蔵還元触媒は流入する排気中のＮＯ_Xを吸収する。また、機関１がリッチ空燃比で運転されると、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７は吸収したＮＯ_Xを放出、還元浄化する。このため、従来リーン空燃比運転中にＮＯ_X吸蔵還元触媒７に吸収されたＮＯ_X量が増大すると、短時間機関空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えるリッチスパイク運転を行い、ＮＯ_X吸蔵還元触媒からのＮＯ_Xの放出と還元浄化（ＮＯ_X吸蔵還元触媒の再生）を行なうようにしている。

ところが、機関１のリッチスパイク運転を行なうとリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えた直後にＮＯ_X吸蔵還元触媒から未浄化のＮＯ_Xが放出されることが判明している。これは、機関をリーン空燃比運転からリッチ空燃比運転に切り換える際に排気中のＨＣ、ＣＯ成分が不足する場合が生じるためと考えられる。すなわち、リーンからリッチに切り換えの際排気空燃比は連続的に変化するが、この際にリッチ空燃比ではあるもののリッチの度合いが低く排気中のＨＣ、ＣＯ成分が比較的少ない領域を通過するため、この領域では排気中のＨＣ、ＣＯ成分が不足して、ＮＯ_X吸蔵還元触媒から放出されたＮＯ_Xの全量を還元できないためと考えられる。

そこで、本実施形態ではＮＯ_X吸蔵還元触媒からＮＯ_Xを放出させるべきときには、主燃料噴射後の膨張または排気行程に二次燃料噴射を行って排気空燃比を急激にかなりのリッチ空燃比とすることにより、ＮＯ_X吸蔵還元触媒からの未浄化のＮＯ_Xの放出を防止している。主燃料噴射により気筒内に供給された燃料の燃焼後の膨張または排気行程に噴射された燃料は燃焼せずに高温の既燃ガスと接触して気化するとともに低分子量のＨＣを生成する。また、二次燃料噴射により供給された燃料は気筒内での燃焼に寄与しないため比較的多量の燃料を二次燃料噴射により供給しても機関出力トルク増大が生じない。

このため、ＮＯ_X吸蔵還元触媒からＮＯ_Xを放出させるべきときに二次燃料噴射を行なうことにより、機関出力トルクの変動を生じることなく排気空燃比を低い値まで急激に変化させることができる。これにより、ＮＯ_X吸蔵還元触媒には中間の空燃比を経ることなく、リッチの程度の高い排気を供給することが可能となりＮＯ_X吸蔵還元触媒からのＮＯ_X放出時初期に未浄化のＮＯ_Xが放出される事態が防止される。なお、ＮＯ_X吸蔵還元触媒からのＮＯ_Xの放出は二次燃料噴射のみによって行なうことも可能であるし、主燃料噴射量を増量して通常のリッチスパイクを行なう際にリッチスパイク初期のみ二次燃料噴射を行い排気空燃比を急激にリッチ空燃比に切り換えるようにしても良い。

ところが、二次燃料噴射を行なう際に二次燃料噴射により噴射された燃料の一部が気筒内に残留すると機関出力トルクの変動が生じる場合がある。前述のように、ＥＣＵ３０は機関負荷状態（アクセル開度、回転数）に基づいて必要とされる燃料量を算出し主燃料噴射により気筒に供給している。このため、二次燃料噴射による残留燃料が生じると、次のサイクルでは主燃料噴射により供給された燃料に加えて上記残留燃料が気筒内で燃焼することになり、必要量以上の燃料の燃焼により機関出力トルクが増大しトルク変動が生じる問題がある。
この問題は以下に説明する２つの方法により解決可能である。

（Ａ）二次燃料噴射により噴射された燃料の全量を排気行程中（排気弁開弁中）に気筒外に排出し残留燃料が生じないようにする。
（Ｂ）残留燃料が生じた場合には、次回の主燃料噴射時の燃料噴射量を残留燃料分だけ減量補正し燃焼に寄与する燃料量が主燃料噴射の目標噴射量と一致するようにする。

以下、それぞれの方法をとった場合の実施形態について説明する。
（１）第１の実施形態
本実施形態は特許請求の範囲に記載した発明とは直接関係しない参考実施形態である。
本実施形態では、二次燃料噴射により噴射された燃料の全量を排気行程中に気筒外に排出することにより、二次燃料噴射による機関出力トルクの変動を防止している。

図２は、機関１の気筒の縦断面を示す図である。図２は＃１気筒の断面を示すが、＃２〜＃４気筒の構成も図２と同様となっている。
図２において、１０は気筒燃焼室、１１はピストン、１３は吸気ポート、１３ａは吸気弁、１５は排気ポート、１５ａは排気弁をそれぞれ示している。また、１１１は筒内燃料噴射弁、１７はシリンダヘッド気筒中央部に設けられた点火プラグである。本実施形態では、ピストン１１の頂面には凹上のピストンキャビティ１１ａが設けられている。キャビティ１１ａは、リーン空燃比運転時の圧縮行程後半に燃料噴射弁１１１から噴射された燃料を点火プラグ１７近傍に集中させてプラグ１７近傍に可燃空燃比の混合気層を生成する役割を果たしている。

すなわち、前述の１）リーン空燃比成層燃焼（圧縮行程１回噴射）及び、２）リーン空燃比均質混合気／成層燃焼（吸気行程／圧縮行程２回噴射）の主燃料噴射においては、圧縮行程後半にピストンが充分に上昇した位置に来たときに筒内燃料噴射１１１から比較的貫徹力の強い（噴射圧の高い）燃料がピストンキャビティ１１ａに向けて噴射される。

この時、噴射された燃料はピストンキャビティ１１ａ表面に到達し、キャビティ１１ａの曲面に沿って流れる。キャビティ１１ａの燃料噴射弁１１１から遠い側の側面１１ｂは比較的曲率が大きく（曲率半径が小さく）形成されており、キャビティ１１ａの表面に沿って流れる燃料を点火プラグ１７近傍に向けて偏流するようになっている。これにより、燃料噴射弁１１１から噴射された燃料が点火プラグ１７近傍に成層するようになる。

本実施形態では、このピストンキャビティ１１ａを利用して二次燃料噴射により噴射された燃料の全量を排気ポート１５から排出するようにしている。すなわち、本実施形態では燃料噴射タイミングは排気行程後半の、主燃料噴射が行なわれる燃料噴射タイミングからクランク角で３６０度遅れた時点に設定される。これにより、二次燃料噴射実行時にはピストン１１は混合気を成層させるための主燃料噴射（以下「圧縮行程燃料噴射」という）実施時と同一の位置になっている。このため、二次燃料噴射により噴射された燃料は主燃料噴射と同様に曲面１１ｂにより偏流され、点火プラグ１７近傍（すなわち排気ポート１３）に向けて流れることになる。

ところが、排気行程後半では排気弁１５ａが開弁しているため、上記により偏流された二次噴射燃料は図２にＦで示したように点火プラグ１７周りに成層することなく、その全量が排気ポート１３から気筒外に排出されるようになる。このため、二次燃料噴射による気筒内残留燃料が生じることが防止される。なお、この場合噴射された燃料がピストンキャビティ１１ａ表面に接触することになるが、運転中ピストンは高温になっているためキャビティ１１ａ表面に接触した燃料は直ちに気化し、キャビティ１１ａ表面に付着、残留することはない。

ところで、上記のように二次燃料噴射により噴射された燃料の全量を気筒外に排出させるためには、排気行程時に吸気弁１３ａが開弁を開始するまでの間に燃料の全部を排気ポート１５から排出し終わる必要がある。排気弁１５ａと吸気弁１３ａとが同時に開弁している期間（バルブオーバラップ期間）に気筒内に燃料が残っていると、燃料の一部が吸気ポートに逆流し次の吸気行程で再度気筒内に流入するようになり二次噴射燃料の一部が気筒内に残留する可能性があるためである。また、本実施形態の機関１は可変バルブタイミング装置２００を備えており、機関負荷状態に応じてバルブタイミングが変更される。そこで、本実施形態では二次燃料噴射実行時に吸気弁の開弁タイミングを読み込み、二次燃料噴射量を吸気弁開弁タイミングに応じて変更することにより、二次燃料噴射により噴射された燃料が吸気ポートに逆流して気筒内に残留することを防止している。

図３は、本実施形態における燃料噴射制御操作を説明するフローチャートである。本操作は、ＥＣＵ３０によりクランク軸一定回転角毎に実行されるルーチンにより行なわれる。
図３において操作がスタートすると、ステップ３０１では二次燃料噴射が要求されているか否かが判定される。本実施形態では、別途実行される図示しないルーチンによりＮＯ_X吸蔵還元触媒７に吸収されたＮＯ_X量を機関運転状態に基づいて推定しており、吸収ＮＯ_X量が所定値に到達した場合に二次燃料噴射（リッチスパイク）が要求される。

なお、ＮＯ_X吸収量を推定する代わりに、前回のＮＯ_X放出操作実行時から一定時間が経過したとき、或いは前回ＮＯ_X放出操作実行時からの機関回転数積算値が所定値に到達したときにＮＯ_X吸蔵還元触媒の吸収ＮＯ_X量が所定値に到達したと仮定して二次燃料噴射を要求するようにしても良い。

ステップ３０１で二次燃料噴射が要求されていない場合には本操作はステップ３０３から３２１を実行することなく直ちに終了し、二次燃料噴射は実施されない。一方、ステップ３０１で二次燃料噴射が要求されている場合には、次にステップ３０３が実行され二次燃料噴射量の目標値qinjexが算出される。ステップ３０３では、機関１回転当たりに気筒に吸入される空気量Ｑと主燃料噴射量とから所望の空燃比を得るために必要な二次燃料噴射量qinjexを算出する。

本実施形態では、予め実験により機関回転数Ｎと負荷（アクセル開度）ＡＣＣＰと機関１回転当たりの気筒吸入空気量Ｑとの関係を求め、Ｎ、ＡＣＣＰを用いた数値マップの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに格納してある。また、主燃料噴射量も同様にＮ、ＡＣＣＰの数値マップとしてＥＣＵ３０のＲＯＭに格納してある。従って、ステップ３０３では現在の負荷条件（Ｎ、ＡＣＣＰ）を用いてこれらの数値マップから吸入空気量Ｑと主燃料噴射量とを算出し、排気空燃比を目標値にするのに必要とされる二次燃料噴射量qinjexを算出する。

二次燃料噴射量qinjex算出後、ステップ３０５では、算出された二次燃料噴射量qinjex(ml)をコモンレール１１０内燃料圧力と筒内燃料噴射弁の特性値とを用いて燃料噴射時間（燃料噴射弁開弁時間）tauex (ms)に換算する。
そして、ステップ３０７では現在可変バルブタイミング装置２００により設定されている吸気弁開弁時期（クランク角）ＩＯを読み込み、ステップ３０９では現在許容可能な最大二次燃料噴射時間（ガード値）tauexmax を算出する。

本実施形態では、前述したように燃料噴射弁から二次燃料噴射により噴射された燃料の全量が吸気弁開弁前に気筒外に排出される必要がある。また、本実施形態では二次燃料噴射のタイミングは固定されている( 圧縮行程噴射タイミングから３６０度遅れ）。このため、噴射した燃料の全量を吸気弁開弁前に気筒外に排出するためには燃料噴射量の最大値を制限する必要がある。ステップ３０９では、ステップ３０７で読み込んだ吸気弁開弁クランク角ＩＯと二次燃料噴射開始クランク角ainjc ＋360 との差(ainjcは圧縮行程主燃料噴射タイミング) と現在の機関回転数Ｎとを用いて、燃料噴射開始から吸気弁開弁までの時間 t₁（ｍｓ）を算出する。

また、二次燃料噴射最終段階で噴射された燃料が排気ポートから排出されるためには燃料噴射弁から排気ポートまでの飛行に要する時間t₂が必要となる。ここで、t₂はコモンレール１１０内圧力により定まる。従って、本実施形態では、燃料噴射弁からの燃料噴射は開始後（ｔ₁−ｔ₂）の時間内に終了しなければ気筒内に残留燃料が生じる可能性がある。そこで、ステップ３０９では、吸気弁開弁クランク角ＩＯ、機関回転数Ｎ、コモンレール内燃料圧力とを用いて上記ｔ₁とｔ₂を算出し、最大燃料噴射時間tauexmaxを、tauexmax＝ｔ₁−ｔ₂として算出している。

次いで、ステップ３１１から３１７ではステップ３０５で設定した目標二次燃料噴射時間tauex を最大値tauexmaxと最小値tauminとで制限し、taumin≦tauex ≦tauexmaxの範囲にtauex の値を設定する。最小値tauemin は、燃料噴射弁１１１の制御可能な最小開弁時間であり、燃料噴射弁１１１の特性値である。
そして、ステップ３１９では二次燃料噴射開始タイミングainjexを、ainjex＝ainjc ＋360 に設定するとともに、ステップ３２１で図示しない燃料噴射回路にainjexとtauex とをセットする。これにより、二次燃料噴射はクランク角ainjexで開始されtauex の時間噴射が行なわれる。

上述のように、本実施形態ではピストンキャビティ１１ａを利用して二次燃料噴射により噴射された燃料を排気ポート１３に偏流するとともに、機関負荷状態とバルブタイミングとに応じて燃料噴射量を制御することにより、二次燃料噴射により噴射された燃料の全量を排気行程中に気筒外に排出することを可能としている。

なお、図２の例ではピストン頂面に形成されたキャビティ１１ａにより二次燃料噴射により噴射された燃料の流れを排気ポートに向けて偏流しているが、他の手段を用いて燃料の流れを排気ポートに向けて偏流するようにしても良い。
例えば、燃料噴射弁を加圧空気を燃料とともに噴射するエアアシスト弁として構成し、二次燃料噴射時にのみ加圧空気を排気ポート側に向けて噴射することにより噴射された燃料をアシストエアにより排気ポート側に偏流するようにすることも可能である。

また、１つの燃料噴射弁で主燃料噴射と二次燃料噴射とで噴射方向を切り換えることが可能な構造を有する場合には、二次燃料噴射のときに燃料噴射方向を排気ポートまたは排気ポートに向かう偏流に向けて切り換えるようにしても良い。
更に、図２の例では主燃料噴射と二次燃料噴射とを同一の燃料噴射弁で行なっているが、主燃料噴射用の燃料噴射弁とは別に二次燃料噴射専用の副燃料噴射弁を設け、この副燃料噴射弁の噴射方向を排気ポートに向けて設定するようにしても良い。

更に、ピストンキャビティの代わりに、二次燃料噴射時のみ気筒内に突出する偏流板を設け、二次燃料噴射により噴射された燃料の流れをこの偏流板に衝突させて燃料を排気ポートに向けて流すようにしても良い。
（２）第２の実施形態
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態は特許請求の範囲に記載した発明とは直接関係しない参考実施形態である。
上述の第１の実施形態と同様、本実施形態においても二次燃料噴射により噴射された燃料の全量を排気行程中に気筒外に排出することにより、二次燃料噴射による機関出力トルクの変動を防止している。

図４は、機関１の気筒断面を示す図２と同様な図である。図４において、図２と同一の参照符号は図２と同一の要素を示している。
本実施形態では、二次燃料噴射はピストンが下死点に近い位置にある排気行程の早い時期に行い、二次燃料噴射の噴射圧力（コモンレール圧力）は主燃料噴射時の圧力に較べて低く設定する。このように、排気行程の早い時期では気筒内の既燃ガスの圧力が高く、図４に矢印で示すように排気ポートに向かう比較的強い排気流が気筒内に生じている。この時期に比較的低い噴射圧力で二次燃料噴射を行なうと、図４にＦで示すように、噴射された燃料は気筒内の排気流を貫徹してシリンダ壁やピストンに到達することなく気筒中央付近で排気流に乗り排気ポートに搬送される。このため、噴射された燃料がシリンダ壁やピストン、シリンダヘッド等に付着することなく二次燃料噴射により噴射された燃料の全量が排気行程中に気筒外に排出され、気筒内に残留燃料が生じない。

前述の実施形態においては、吸気弁開弁までに二次燃料噴射により噴射された燃料の全量を気筒外に排出するために、機関運転状態（負荷状態）とバルブタイミングとに応じて二次燃料噴射量を制御していたが、本実施形態においては二次燃料噴射のタイミングが重要となる。すなわち、燃料噴射タイミングが遅くなると噴射した燃料の一部が吸気ポートに逆流する可能性があり、燃料噴射タイミングが早過ぎると噴射燃料が気筒内に拡散してしまい、全量が排気流に乗って気筒外に排出されなくなるおそれがあるためである。以下、本実施形態における燃料噴射タイミングの制御について説明する。

図５は本実施形態における燃料噴射制御操作を説明するフローチャートである。本操作は、ＥＣＵ３０によりクランク軸一定回転角毎に実行されるルーチンにより行なわれる。
図５において操作がスタートすると、ステップ５０１では二次燃料噴射の要否が判定され、ステップ５０３では二次燃料噴射量の目標値qinjexが算出され、更にステップ５０５では目標噴射量qinjexから噴射時間tauex が算出される。ステップ５０３の目標噴射量qinjexとステップ５０５の噴射時間tauex との算出は、それぞれ図３ステップ３０３、３０５と同一の方法で行なわれるが、本実施形態では二次燃料噴射時には主燃料噴射時よりコモンレール１１０圧力が低くなるように制御されるため、図３の場合と目標噴射量qinjexが同一であった場合でも噴射時間tauex は図３の場合より大きくなる。

上記によりqinjexとtauex 算出後、本実施形態ではステップ５０７で現在の吸気弁開弁時期（クランク角）ＩＯと排気弁開弁時期（クランク角）ＥＯとが読み込まれ、ステップ５０９では燃料噴射弁１１１から噴射された燃料が排気ポートから排出されるまでの飛行時間ｔ₂が、ｔ₂＝α＋βとして算出される。ここで、αは燃料噴射弁１１１２から噴射された燃料が気筒中央部に到達するのに必要な時間であり、コモンレール１１０圧力（燃料噴射圧力）に比例した時間となる。また、βは中央部に到達した燃料が排気流に乗って排気ポートから排出されるのに必要な時間であり、機関回転数Ｎに比例した時間となる。

ステップ５０９で飛行時間ｔ₂を算出後、ステップ５１１では二次燃料噴射時間の最大値（ガード値）tauexmaxが、tauexmax＝ｔ₃−ｔ₂として算出される。
ここで、ｔ₂は排気弁が開弁してから吸気弁が開弁するまでの時間であり、ステップ５０７で読み込んだ吸排気弁の開弁タイミングＩＯ、ＥＯと機関回転数Ｎとを用いて算出される。すなわち、tauexmaxは排気弁が開弁したと同時に二次燃料噴射を行なった場合に、吸気ポートに噴射燃料が逆流を生じることなく全量を気筒外に排出可能な最大燃料噴射量に対応する噴射時間である。

ステップ５１１でtauexmax算出後、ステップ５１３からステップ５１７では、ステップ５０５で算出した目標噴射時間tauex を最大値tauexmaxと最小値tauminとで制限し、ステップ５２１では吸気弁開弁時期ＩＯと機関回転数Ｎ及び制限後のtauex とに基づいて、二次燃料噴射開始タイミングainjexが算出される。すなわち、二次燃料噴射開始タイミングは、吸気弁開弁時期より（tauex ＋ｔ₂）だけ早い時期、すなわち、二次燃料噴射終了時に噴射された燃料が吸気弁開弁直前に排気ポートから排出されるタイミングに開始される。つまり、本実施形態では二次燃料噴射量が多いほど二次燃料噴射タイミングは進角されることになる。これにより、二次燃料噴射により噴射された燃料は吸気弁が開弁する前にその全量が排気ポートに到達するようになるとともに、二次燃料噴射タイミングが早くなり過ぎて噴射された燃料が気筒内に拡散してしまうことが防止される。

なお、上述の第２の実施形態では筒内燃料噴射弁１１１の燃料噴射方向は図２の実施形態のものと同一であったが、例えば図６に示すようにシリンダヘッドの気筒中央部に下向きに筒内燃料噴射弁を設け、二次燃料噴射時には低い燃料噴射圧力で燃料を気筒中央部に向けて噴射するようにすると残留燃料防止効果が更に高まるようになる。

（３）第３の実施形態
次に第３の実施形態について説明する。
本実施形態は、特許請求の範囲に記載した発明に対応する実施形態である。
本実施形態では、二次燃料噴射実施時に二次燃料噴射により噴射された燃料の一部が気筒内に残留することを前提として、残留燃料量を機関運転状態から算出するとともに、次回の主燃料噴射時の燃料噴射量を残留燃料分だけ減量補正するようにしている。これにより、主燃料噴射時に気筒内に供給される（燃焼に寄与する）燃料量が主燃料噴射の目標噴射量と正確に一致するようになる。これにより、二次燃料噴射実施時に残留燃料が生じた場合でも機関出力トルク変動が生じることが防止される。

まず、最初に本実施形態における二次燃料噴射における残留燃料量の算出方法について説明する。
図７は、機関を所定の一定回転数で運転した場合の機関出力トルク（縦軸）と主燃料噴射量（横軸）との関係を示すグラフである。図７において、カーブＩは主燃料噴射のみで二次燃料噴射を実行しない場合の出力トルクと主燃料噴射量との関係を、また、カーブＩＩは主燃料噴射に加えて二次燃料噴射を実行した場合の出力トルクと主燃料噴射量との関係を示している。なお、前述したように二次燃料噴射量はそれぞれの場合において排気空燃比を目標の空燃比にするために必要な量に設定しており、機関負荷（主燃料噴射）と回転数とから決定される。また、この場合には二次燃料噴射タイミングは前述のいずれかの方法で設定しても良いし、一定の適宜なクランク角に固定しても良い。

前述したように、本来二次燃料噴射による残留燃料が生じなければ二次燃料噴射の有無にかかわらず機関出力トルクは同一となる。しかし、二次燃料噴射により残留燃料が生じると二次燃料噴射実施時の機関出力トルクは残留燃料の量に相当する分だけ増大する（図７カーブＩＩ）。
すなわち、ある主燃料噴射量において二次燃料噴射時に図７にａで示すだけ出力トルクが増大したとする。また、このときの出力トルク増大量は主燃料噴射量を図７にｂで示す量だけ増大させた場合と等しいとする。この場合、出力トルク増大量ａは二次燃料噴射による気筒内残留燃料の燃焼により生じているのであるから、残留燃料量は同じだけ出力トルクを増大させるのに必要な主燃料噴射量、すなわち図７ｂに示す燃料量に等しくなるはずである。従って本実施形態では、二次燃料噴射による出力トルクの増大量が図７にａで示す量であった場合には、図７にｂで示す量を気筒内残留燃料量に等しいと仮定して残留燃料量を推定する。

すなわち、本実施形態では予め機関の各回転数と後述の１）から５）の燃料噴射モードとの組み合わせ毎に図７に相当するカーブを実験等により作成し、それぞれの主燃料噴射量における残留燃料量（図７、ｂ）を算出してある。そして、残留燃料量ｂの値を機関回転数Ｎと主燃料噴射量(qinj ＝qinjei＋qinjec）とをパラメータとして用いた数値マップとして各燃料噴射モード毎に作成し、ＥＣＵ３０のＲＯＭに格納してある。機関運転中ＥＣＵ３０は機関回転数Ｎと主燃料噴射量qinjとに基づいて二次燃料噴射実施時の気筒内残留燃料量を算出するようにしている。なお、qinjeiは吸気行程中の第１主燃料噴射における噴射量、qinjecは圧縮行程における第２主燃料噴射における噴射量、qinjは両方の合計量である。

本実施形態においても、機関１の燃料噴射モードは下記の５種類とされている。
１）リーン空燃比成層燃焼（圧縮行程１回噴射）
２）リーン空燃比均質混合気／成層燃焼（吸気行程／圧縮行程２回噴射）
３）リーン空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）
４）理論空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）
５）リッチ空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）
本実施形態では、モード３）（吸気行程／圧縮行程２回噴射）の場合には、上記補正は吸気行程噴射における燃料噴射量を残留燃料分だけ減量することにより行う。残留燃料は気筒内に拡散して均質混合気の一部となり気筒内に形成される均質混合気の空燃比が直接的に影響を受ける。本実施形態では、これを防止するため、均質混合気を生成する吸気行程燃料噴射の量を残留燃料分だけ減量することにより、実際に生成される均質混合気の空燃比を目標値に維持するようにしているのである。

図８は、本実施形態の主燃料噴射制御操作を説明するフローチャートである。本操作は、機関クランク軸一定回転角毎に実行される。
図８において、操作がスタートするとステップ８０１では機関負荷（アクセル開度）ＡＣＣＰと回転数Ｎとが読み込まれる。そして、ステップ８０３、８１１、８２３ではアクセル開度ＡＣＣＰと回転数Ｎとに基づいて上記１）から４）のいずれの燃料噴射モードを採用するかが決定される。

すなわち、ステップ８０３では燃料噴射モード３）リーン空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）または４）理論空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）またはリーン空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）を採用すべきか否かがＡＣＣＰとＮとから判定され、モード３）または４）、５）を採用すべき場合には、ステップ８０５でＡＣＣＰとＮとに基づいて予めＥＣＵ３０のＲＯＭに格納した数値マップから吸気行程燃料噴射量qinjeiが算出され、ステップ８０７では圧縮行程燃料噴射量qinjecは０に設定される。

次いで、ステップ８０９ではqinjeiとqinjecとの合計qinjを算出するとともに、二次燃料噴射を実施した場合の気筒内残留燃料量ｂが回転数Ｎと主燃料噴射量qinjとに基づいて燃料噴射モード３）又は４）における図７の関係から算出される。そして、ステップ８１７では現在二次燃料噴射の要求があるか否かを判断し、要求があった場合にはステップ８１９に進み吸気行程燃料噴射量qinjeiを残留燃料量ｂだけ減量補正し、ステップ８２１では補正後の吸気行程燃料噴射量qinjeiと圧縮行程燃料噴射量qinjec（この場合はqinjec＝０）を燃料噴射回路にセットして操作を終了する。これにより、二次燃料噴射実施時には主燃料噴射量は残留燃料量ｂだけ減量補正されるため、二次燃料噴射実施時にも機関出力トルク変動が生じることが防止される。

一方、ステップ８０３で燃料噴射モード３）、４）、５）のいずれもが採用されなかった場合には、ステップ８１１に進み、燃料噴射モード２）（リーン空燃比均質混合気／成層燃焼（吸気行程／圧縮行程２回噴射））を採用すべきか否かが判断され、モード２）が採用された場合には、ステップ８１３でＡＣＣＰとＮとに基づいて予めＥＣＵ３０のＲＯＭに格納した数値マップから吸気行程燃料噴射量qinjeiと圧縮行程燃料噴射量qinjecとが算出される。そして、ステップ８１５ではモード２）における図７の関係から二次燃料噴射実施時の残留燃料量ｂを算出し、前述のステップ８１７以下の操作を行なう。すなわち、この場合も吸気行程燃料噴射量qinjeiのみが残留燃料量ｂだけ減量補正され、圧縮行程燃料噴射量qinjecの補正は行なわない。

一方、ステップ８０３と８０１で燃料噴射モード２）から５）のいずれもが採用されなかった場合には、燃料噴射モード１）（リーン空燃比成層燃焼（圧縮行程１回噴射））が採用され、ステップ８２３ではＡＣＣとＮとに基づいて圧縮行程燃料噴射量qinjecが算出され、吸気行程燃料噴射量qinjeiは０に設定される。また、この場合もステップ８２７ではモード１）における図７の関係から二次燃料噴射実施時の残留燃料量ｂを算出し、ステップ８２９では二次燃料噴射要求があるか否かを判定する。そして、この場合には二次燃料噴射要求があったときにはステップ８３１で圧縮行程燃料噴射量qinjecを残留燃料ｂだけ減量補正してステップ８２１を実行する。

本実施形態では、上述したように二次燃料噴射による残留燃料量に応じて主燃料噴射量を補正することにより、二次燃料噴射により機関出力トルク変動が生じることが防止される。また、上記補正の際にモード３）（吸気行程と圧縮行程との両方の燃料噴射が行なわれる場合）には吸気行程燃料噴射量のみを補正するようにしたことにより、均質空燃比混合気の空燃比が目標値に一致するようになる。

なお、本実施形態では、予め実験により求めた主燃料噴射量と気筒内残留燃料量との関係を用いて１サイクル毎に補正を行なっているが、実際に気筒内残留燃料により生じる機関出力トルク変化（図７にａで示す変動）を機関回転数変動や気筒内燃焼圧力の変化等から検出し、このトルク変化量に基づいて図７の関係から主燃料噴射量の補正量ｂを算出するようにしても良い。この場合には、主燃料噴射量の補正はトルク変化を検出したサイクルの次のサイクルで行なわれることになる。

また、上述の各実施形態は機関運転状態に応じて燃料噴射モードを切り換える機関について説明しているが、燃料噴射モードが吸気行程燃料噴射または圧縮行程燃料噴射、又は両方（２回噴射）に固定された機関にも本発明が適用できることはいうまでもない。
更に、上記各実施形態では、ＮＯ_X吸蔵還元触媒を排気通路に配置した場合を例にとって説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく二次燃料噴射を実施する全ての場合において適用可能であることはいうまでもない。例えば、排気通路にリーン空燃比下で選択的に排気中のＨＣ（または触媒に吸着したＨＣ）とＮＯ_Xとを反応させることによりＮＯ_Xを還元する選択還元触媒を配置したような場合には、選択還元触媒にＨＣを供給する必要が生じるが、本発明は、二次燃料噴射により選択還元触媒にＨＣを供給するような場合にも適用可能である。

本発明を自動車用ガソリン機関に適用した場合の実施形態の概略構成を説明する図である。本発明の参考実施形態を説明する気筒縦断面図である。図２の参考実施形態の二次燃料噴射制御操作を説明するフローチャートである。本発明の別の参考実施形態を説明する気筒縦断面図である。図４の参考実施形態の二次燃料噴射制御操作を説明するフローチャートである。図４の参考実施形態の変形例を説明する図４と同様な図である。本発明の実施形態の残留燃料量の算出方法を説明する図である。図７の実施形態の主燃料噴射制御操作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１…機関本体
１１…ピストン
１１ａ…ピストンキャビティ
１５…排気ポート
１５ａ…排気弁
１１１〜１１４…筒内燃料噴射弁
２００…可変バルブタイミング装置
３０…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
７…ＮＯ_X吸蔵還元触媒
Ｆ…噴射された燃料

Claims

内燃機関の気筒に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、
前記筒内燃料噴射弁を制御して、気筒内の燃焼に寄与する燃料を噴射する主燃料噴射を行なうとともに、必要に応じて主燃料噴射の後の膨張行程または排気行程中に気筒内の燃焼に寄与しない燃料を噴射する二次燃料噴射を行なう燃料噴射制御手段と、を備え、
前記燃料噴射制御手段は直前の二次燃料噴射により噴射された燃料のうち、気筒内に残留している燃料量を算出するとともに、該残留燃料量に応じて前記主燃料噴射の噴射量を補正する内燃機関の燃料噴射装置。
内燃機関の気筒に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、
前記筒内燃料噴射弁を制御して、気筒内の燃焼に寄与する燃料を噴射する主燃料噴射を行なうとともに、必要に応じて主燃料噴射の後の膨張行程または排気行程中に気筒内の燃焼に寄与しない燃料を噴射する二次燃料噴射を行なう燃料噴射制御手段と、を備え、
前記燃料噴射制御手段は必要に応じて前記主燃料噴射を、気筒内に均質混合気を生成させるための第１主燃料噴射と可燃混合気の層を生成させるための第２主燃料噴射とに分けて２回行い、前記二次燃料噴射実行時には、直前の二次燃料噴射により噴射された燃料のうち、気筒内に残留している燃料量を算出し、該残留燃料量に応じて前記第１主燃料噴射の噴射量を補正する内燃機関の燃料噴射装置。