JP6067295B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気行程において吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関に適用される制御装置に関する。

特許文献１には、吸気ポート内を仕切る整流板を備えた内燃機関において、燃料噴射弁から吸気ポート内に噴射される燃料噴霧の形状が、整流板で吸気管内が仕切られる方向に長い形状に設定され、かつ、燃料噴霧がその長手方向において吸気バルブの傘部及び吸気ポートの内壁にそれぞれ直撃するようにすることで、吸気ポート内における燃料の気化性能を向上させるようにした、燃料噴射装置が開示されている。

特開２００７−１２０４９１号公報

ところで、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧が吸気バルブや吸気ポートなどの所定の部位を直撃するように、燃料噴射弁の噴霧特性を設定しても、吸気行程中の燃料噴射では、吸気ポート内におけるガス流速が機関運転条件に応じて変化することで、燃料噴霧の指向方向が偏向して燃料噴霧が燃焼室内に偏って導入され、これによって燃焼性が低下する可能性があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、吸気ポート内におけるガス流速の変化に燃料噴霧が影響されて、燃焼性がばらつくことを抑制できる、内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

そのため、本願発明に係る内燃機関の制御装置は、その一態様として、吸気行程において吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関に適用される制御装置であって、前記内燃機関の運転状態に基づき前記吸気ポート内におけるガス流速を求める（Ｓ１０１）と、１サイクル当たりの燃料噴射量に基づき前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の標準貫徹力を求める手段であって、１サイクル当たりの燃料噴射量が多くなるほど前記標準貫徹力をより大きな値に設定する手段（Ｓ１０２）と、前記ガス流速と前記標準貫徹力とから前記吸気バルブの開口部の面積に対して燃料噴霧が通過する面積割合（ＡＲ）を求める手段（Ｓ１０２）と、前記面積割合（ＡＲ）が設定値（ＳＬ）を下回っているか否かを検出する手段（Ｓ１０３）と、前記面積割合（ＡＲ）が設定値（ＳＬ）を下回っているときに、前記面積割合（ＡＲ）を前記設定値（ＳＬ）以上にするための要求貫徹力を前記ガス流速に基づき設定する手段であって、前記ガス流速の増大によって前記面積割合（ＡＲ）が前記設定値（ＳＬ）を下回る場合は前記要求貫徹力を前記標準貫徹力よりも大きい値に設定し、前記ガス流速の減少によって前記面積割合（ＡＲ）が前記設定値（ＳＬ）を下回る場合は前記要求貫徹力を前記標準貫徹力よりも小さい値に設定する手段（Ｓ１０４）と、前記標準貫徹力と前記要求貫徹力とを比較し、前記標準貫徹力が前記要求貫徹力よりも高いときは前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の貫徹力を弱め、前記標準貫徹力が前記要求貫徹力よりも低いときは前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の貫徹力を強めて、前記燃料噴霧の貫徹力を前記要求貫徹力に近づける手段（Ｓ１０５〜Ｓ１０７）と、を含むようにした。

上記発明によると、機関運転条件の変化に伴って吸気ポート内におけるガス流速が変化しても、燃料噴霧が燃焼室内に偏って導入されることを抑制でき、高い燃焼性を安定的に維持することが可能となる。

本願発明の実施形態における内燃機関を示すシステム図である。 本願発明の実施形態における貫徹力制御の流れを示すフローチャートである。 本願発明の実施形態における面積割合と混合気の均質度との相関を示す図である。 本願発明の実施形態における噴射パルス幅と噴霧速度との相関を示す図である。 本願発明の実施形態における分割噴射での噴射パルス幅のパターンを示す図である。 本願発明の実施形態における燃料圧力と噴霧速度との相関を示す図である。 本願発明の実施形態における内燃機関を示すシステム図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る制御装置を適用する、車両用内燃機関のシステム構成図である。
図１において、内燃機関（エンジン）１は、吸気バルブ４よりも上流側の吸気ポート（吸気管）２に燃料噴射弁３を備える。燃料噴射弁３は、吸気ポート２内に燃料を噴射する。

燃料噴射弁３が噴射した燃料は、空気と共に吸気バルブ４を介して燃焼室５内に吸引されて混合気を形成する。燃焼室５内の混合気は、点火プラグ６による火花点火によって着火燃焼する。燃焼室５内の燃焼ガスは、排気バルブ７を介して排気管８に排出される。
電子制御スロットル１０は、スロットルモータ９によって開度が変更されることで、内燃機関１の吸入空気量を調整する手段である。電子制御スロットル１０は、吸気ポート２の燃料噴射弁３を配設した部分よりも上流側に設けられる。

燃料供給装置１３は、燃料タンク１１内の燃料を燃料ポンプ１２によって燃料噴射弁３に圧送する装置である。
燃料供給装置１３は、燃料タンク１１、燃料ポンプ１２、圧力調整弁（プレッシャレギュレータ）１４、オリフィス１５、燃料ギャラリー配管１６、燃料供給配管１７、燃料戻し配管１８、ジェットポンプ１９、燃料移送管２０を備えている。
燃料ポンプ１２は、電動式ポンプであって燃料タンク１１内に設けられる。

燃料供給配管１７は、燃料ポンプ１２と燃料ギャラリー配管１６とを接続する配管であり、燃料ポンプ１２の吐出口に燃料供給配管１７の一端が接続され、燃料供給配管１７の他端に燃料ギャラリー配管１６に接続される。
更に、燃料噴射弁３の燃料供給口は燃料ギャラリー配管１６に接続され、燃料ギャラリー配管１６を介して各燃料噴射弁３に燃料が分配される。
燃料戻し配管１８は、燃料タンク１１内で燃料供給配管１７から分岐し、燃料戻し配管１８の端部は、燃料タンク１１内に開放する。
燃料戻し配管１８には、上流側から順に、圧力調整弁１４、オリフィス１５、ジェットポンプ１９を設けてある。

圧力調整弁１４は、燃料戻し配管１８を開閉する弁体１４ａと、該弁体１４ａを燃料戻し配管１８上流側の弁座に向けて押圧するコイルスプリングなどの弾性部材１４ｂとから概略構成される。そして、圧力調整弁１４は、燃料噴射弁３に供給される燃料圧力が設定圧力（開弁圧力）ＦＰＭＩＮを超えたときに開弁し、燃料圧力が設定圧力ＦＰＭＩＮ以下であるときに閉弁する。
圧力調整弁１４は、燃料噴射弁３に供給される燃料圧力が設定圧力ＦＰＭＩＮよりも高くなると開弁するが、圧力調整弁１４の下流側に設けたオリフィス１５によって、燃料戻し配管１８を介して燃料タンク１１内に戻される燃料流量は絞られる。このため、燃料ポンプ１２からの燃料の吐出量を増やすことで、設定圧力ＦＰＭＩＮを超える圧力にまで燃料圧力を昇圧できる。
尚、オリフィス１５を設けずに、例えば、圧力調整弁１４が戻し流量を絞る機能を備えることができる。

ジェットポンプ１９は、圧力調整弁１４、オリフィス１５を介して燃料タンク１１内に戻される燃料の流れによって、燃料移送管２０を介して燃料を移送させるものである。
燃料タンク１１は、底面の一部が盛り上がって底部空間を２つの領域１１ａ，１１ｂに隔てている所謂鞍型の燃料タンクである。燃料ポンプ１２の吸い込み口は領域１１ａ内に開口するため、領域１１ｂ内の燃料を領域１１ａ側に移送させないと、領域１１ｂ内の燃料が残存することになってしまう。

そこで、ジェットポンプ１９は、圧力調整弁１４及びオリフィス１５を介して燃料タンク１１の領域１１ａ内に戻される燃料の流れによって、燃料移送管２０内に負圧を作用させ、燃料移送管２０が開口する領域１１ｂ内の燃料を、燃料移送管２０を介してジェットポンプ１９まで導き、戻し燃料と共に領域１１ａ内に排出させる。
本実施形態では、上記のように、ジェットポンプ１９を備えるが、燃料タンク１１が所謂鞍型でない場合、即ち、燃料タンク１１の底部空間が隔成されずに、燃料ポンプ１２の吸い込み口から燃料タンク１１内の燃料を残量なく吸引できる場合には、ジェットポンプ１９及び燃料移送管２０を省略することができる。また、燃料タンク１１が所謂鞍型でなく、かつ、燃料戻し配管１８、圧力調整弁１４、オリフィス１５、ジェットポンプ１９及び燃料移送管２０を備えない燃料供給装置１３とすることができる。

マイクロコンピュータを備えるＥＣＭ（エンジン・コントロール・モジュール）３１は、内燃機関１を制御する制御装置であり、燃料噴射弁３の開弁期間を制御する噴射パルス信号を出力する機能と共に、点火プラグ６による点火時期、電子制御スロットル１０の開度などを制御する機能を有している。
また、マイクロコンピュータを備えるＦＰＣＭ（フューエル・ポンプ・コントロール・モジュール）３０は、燃料ポンプ１２の駆動信号を出力して燃料ポンプ１２を制御する。

ＥＣＭ３１とＦＰＣＭ３０とは相互に通信可能であり、ＥＣＭ３１は、燃料ポンプ１２の駆動デューティ比（操作量）などを指示する信号ＰＩＮＳをＦＰＣＭ３０に向けて送信する。
燃料ポンプ１２の駆動デューティ比（％）は、燃料ポンプ１２を回転駆動するモータの印加電圧を制御する操作量であって、１周期当たりの通電時間割合（オン時間割合）を示し、駆動デューティ比が増大することで、モータの平均印加電圧が増加し、燃料ポンプ１２の吐出圧（吐出流量）が増大する。
また、ＦＰＣＭ３０は、自己診断の結果を示す信号ＤＩＡＧなどをＥＣＭ３１に向けて送信する。

ＥＣＭ３１は、燃料噴射弁３に供給される燃料の圧力を示す、燃料ギャラリー配管１６内の燃圧ＦＵＰＲを検出する燃圧センサ（圧力検出手段）３３、図外のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）ＡＣＣを検出するアクセル開度センサ３４、内燃機関１の吸入空気流量ＱＡを検出するエアフローセンサ３５、内燃機関１の回転速度ＮＥを検出する回転センサ３６、内燃機関１の冷却水温度ＴＷ（機関温度）を検出する水温センサ３７、排気の酸素濃度に応じて内燃機関１の空燃比Ａ／Ｆを検出する空燃比センサ３８などからの検出信号を入力する。

そして、ＥＣＭ３１は、内燃機関１の負荷や機関回転速度ＮＥなどの機関運転条件に基づいて点火時期（点火進角値）を演算し、点火時期において点火プラグ６による火花放電がなされるように、図外の点火コイルへの通電を制御する。
また、ＥＣＭ３１は、アクセル開度ＡＣＣなどの機関運転条件から電子制御スロットル１０の目標開度を演算し、電子制御スロットル１０の実開度が目標開度に近づくようにスロットルモータ９を制御する。

更に、ＥＣＭ３１は、燃圧センサ３３で検出される燃圧ＦＵＰＲ（実燃圧）が、内燃機関１の運転条件（機関負荷、機関回転速度など）に基づいて決定した目標燃圧TGFUPRに近づくように、燃料ポンプ１２（モータ）のデューティ制御におけるデューティ比ＤＵＴＹを決定し、このデューティ比ＤＵＴＹ（％）を示すパルス信号ＰＩＮＳを、燃料ポンプ１２の駆動指示信号としてＦＰＣＭ３０に送信する。
ＥＣＭ３１は、例えば、燃圧ＦＵＰＲと目標燃圧TGFUPRとの偏差に基づく比例分，積分分及び微分分の演算によってデューティ比ＤＵＴＹを決定する。
そして、ＦＰＣＭ３０は、ＥＣＭ３１側から受信したパルス信号ＰＩＮＳに基づいて、燃料ポンプ１２のモータのデューティ制御におけるデューティ比ＤＵＴＹ（％）を設定し、燃料ポンプ１２のモータへの電源供給をデューティ制御する。

上記のように、ＥＣＭ３１、ＦＰＣＭ３０、燃圧センサ３３、電動式の燃料ポンプ１２などは、燃料噴射弁３に供給する燃料の圧力（燃圧）を可変に調整する燃圧調整装置（燃圧調整手段）を構成する。
尚、ＦＰＣＭ３０が備える回路及び制御機能などを、ＥＣＭ３１が備えることで、ＥＣＭ３１とＦＰＣＭ３０とを一体化した燃圧制御系とすることができる。

また、ＥＣＭ３１は、１サイクル当たりの燃料噴射弁３の開弁期間（燃料噴射量）を制御するための噴射パルス幅ＴＩ（ms）を、以下のようにして演算する。
ＥＣＭ３１は、燃料圧力が基準値である場合に適合する基本噴射パルス幅ＴＰ（ms）を、吸入空気流量ＱＡ、機関回転速度ＮＥなどの機関運転条件に基づいて演算し、この基本噴射パルス幅ＴＰを、燃圧ＦＵＰＲや空燃比センサ３８の出力（空燃比）などに基づいて補正して、最終的な噴射パルス幅ＴＩ（ms）を演算する。

そして、ＥＣＭ３１は、各気筒の吸気行程において、燃料噴射弁３に対して噴射パルス幅ＴＩの噴射パルス信号を出力し、燃料噴射弁３による燃料噴射量及び噴射タイミングを制御する、所謂シーケンシャル噴射制御を行う。
燃料噴射弁３は、噴射パルス幅ＴＩに相当する期間だけ開弁し、開弁時間（ms）に比例する量の燃料を噴射する。

尚、燃料噴射弁３による吸気行程噴射における噴射タイミングは、噴射期間の全てが吸気行程中（吸気バルブ４の開弁中）となるタイミングの他、燃料噴射の開始が排気行程中（吸気バルブ４の開弁前）であるものの、主に吸気行程中（吸気バルブ４の開弁期間中）に燃料が噴射されることになるタイミングとすることができる。
即ち、燃料噴射の開始時期が吸気バルブ４の開弁前であっても、噴射期間の大部分が吸気バルブ４の開弁期間に重なる場合は、吸気行程中の燃料噴射に含まれる。
また、噴射タイミングを吸気行程中とする燃料噴射（吸気行程噴射）を、所定の運転条件において実施し、異なる運転条件では、例えば、吸気バルブ４の閉弁中である排気行程に燃料を噴射する排気行程噴射を行わせることができる。

ここで、吸気行程噴射では、吸気ポート２内に吸気の流れを生じている状態で燃料を噴射するため、機関運転条件の変化によって、吸気ポート２内のガス流速（吸気流速）が変化すると、燃料噴霧の指向方向が変化する偏向が生じる。そして、燃料噴霧が偏向すると、燃料が燃焼室内に偏って導入されるようになり、これによって、混合気の均質度が低下して、燃焼性が低下する可能性がある。
そこで、ＥＣＭ３１は、ガス流速の変化に伴う燃料噴霧の偏向を抑制するために燃料噴霧の貫徹力を変更する制御を行う。図２は、上記の貫徹力の変更制御の流れを示すフローチャートである。
尚、燃料噴霧の貫徹力は、例えば、燃料噴射弁３から燃料噴射してから所定時間経過後（数msec後）の噴霧到達距離における燃料噴霧粒子の径と噴霧速度を乗算した力として表すことができ、貫徹力は噴霧速度が低下または前記粒子の径が小さくなると小さくなり、逆に、噴霧速度が上昇または前記粒子の径が大きくなると貫徹力は大きくなる。ここで、前記粒子の径は、基本的に燃料噴射弁３の噴孔径で決まるため、一般的には一定であり、噴霧速度の変化によって貫徹力が変化する。

図２のフローチャートに示す処理は、ＥＣＭ３１によって所定時間毎に実行され、まず、ステップＳ１０１では、内燃機関１の回転速度ＮＥと、内燃機関１のトルク（負荷）とに基づいて、現時点での吸気ポート２内におけるガス流速（吸気流速）を推定する。
ここでは、同じ機関回転速度ＮＥのときに、内燃機関１のトルクが高くなるほど、ガス流速がより速くなるものと推定し、また、同じトルクのときに、機関回転速度ＮＥが速くなるほど、ガス流速がより速くなるものと推定する。即ち、機関回転速度ＮＥが高く、かつ、内燃機関１のトルクが高いほど、ガス流速がより速いと推定する。

内燃機関１のトルクは、ＥＣＭ３１が、吸気管負圧（ブースト）、吸入空気流量、スロットル開度、アクセル開度などに基づいて算出する。
また、機関運転状態に基づくガス流速の推定は、図２中に示すようなマップからの検索によって行うことができる他、機関運転状態を変数とする関数の演算によって行うことができる。
また、ガス流速に応じた信号を出力するセンサを吸気ポート２に設けて、当該センサの出力からガス流速を検出することができる。
一方、機関回転速度ＮＥは、ＥＣＭ３１が回転センサ（クランク角センサ）３６の出力に基づき演算する。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で求めたガス流速と、噴射パルス幅ＴＩでの噴霧の貫徹力（標準貫徹力）とから、吸気バルブ４がリフトして開口する開口部の面積に対して燃料噴霧が通過する面積の割合ＡＲ（％）を演算する。
一例として、ガス流速と噴射パルス幅ＴＩでの貫徹力との組み合わせ毎に、面積割合ＡＲを記憶したマップを参照し、補間演算処理などを行って、そのときのガス流速と噴射パルス幅ＴＩでの貫徹力とに対応する面積割合ＡＲを求める。

面積割合ＡＲは、吸気バルブ４に対する燃料噴霧の偏り度合を示すパラメータであり、面積割合ＡＲが１００％に近い状態は、吸気バルブ４がリフトして開口する環状の開口部の略全域にわたって燃料噴霧が通過する状態であることを示し、面積割合ＡＲの数値が低くなるほど燃料噴霧の偏りがより大きく、燃料噴霧が通過しない部分の面積がより拡大している状態であることを示す。
そして、図３に示すように、面積割合ＡＲが高くなるほど（燃料噴霧が流入する面積が広くなるほど）、筒内における混合気の均質度がより高くなり、均質度が高ければ、高い燃焼性が得られて、排気性状、燃費性能を改善できる。
換言すれば、面積割合ＡＲが低くなる条件の場合（燃料噴霧が流入する面積が狭くなる条件の場合）、そのまま燃料噴射を行わせると、排気性状、燃費性能が低下してしまうことになる。

また、噴射パルス幅ＴＩでの噴霧の貫徹力は、噴射パルス幅ＴＩで１サイクルに１回だけ噴射させた場合において、噴霧速度（m/s）と燃料噴霧の粒径とから算出される値（貫徹力＝粒径×噴霧速度）である。
ＥＣＭ３１は、図４に示すように、噴射パルス幅ＴＩが長くなるほどより速い噴霧速度を算出する一方、噴霧の粒径については、固定値若しくは噴射パルス幅ＴＩが長くなるほどより小さい粒径として設定し、これら噴霧速度及び粒径に基づいて、噴射パルス幅ＴＩでの噴霧の貫徹力を設定する。

尚、噴射パルス幅ＴＩでの噴霧の貫徹力は、燃料噴射弁３に供給される燃料の圧力が、内燃機関１の運転条件（負荷、回転速度など）に基づいて決定した目標燃圧TGFUPRであることを前提として演算される。
ここで、燃料噴射弁３から噴射された燃料噴霧が、吸気バルブ４がリフトして開口する環状の開口部の略全域にわたって燃焼室内に吸引される状態から、燃料噴霧の指向方向が変化し、より点火プラグ６に近い側に偏って燃料噴霧が流れるようになったり、逆に、シリンダボアに近い側に偏って燃料噴霧が流れるようになったりすると、面積割合ＡＲは低下することになる。

本実施形態では、ガス流速が中程度で、かつ、噴射パルス幅ＴＩでの噴霧の貫徹力が中程度であるときに、面積割合ＡＲが最も高くなるように、燃料噴射弁３の噴霧特性（噴孔の指向方向、噴霧角度、噴霧粒径、噴霧速度など）を設定してある。
このため、面積割合ＡＲが最も高くなるガス流速よりもガス流速が速くなれば、燃料噴霧の指向方向が速いガス流速に影響されて偏向し、面積割合ＡＲが低下することになり、また、ガス流速が逆に遅くなれば、燃料噴霧の指向方向に対するガス流速の影響が小さくなることで、やはり燃料噴霧が偏向し、面積割合ＡＲが低下することになる。

同様に、噴射パルス幅ＴＩでの噴霧の貫徹力が、面積割合ＡＲが最も高くなる場合よりも弱くなれば、相対的に燃料噴霧の指向方向がガス流速に影響される度合が拡大して燃料噴霧が偏向し、面積割合ＡＲが低下することになり、また、貫徹力が逆に強くなれば、噴霧の指向方向に対するガス流速の影響が抑制されることで燃料噴霧が偏向し、やはり面積割合ＡＲが低下することになる。
従って、ステップＳ１０２で求められる面積割合ＡＲは、噴射パルス幅ＴＩでの噴霧の貫徹力が弱く、かつ、ガス流速が速いほど小さくなり、また、ガス流速が遅く、かつ、噴射パルス幅ＴＩでの噴霧の貫徹力が強いほど小さくなり、面積割合ＡＲが小さいほど、燃料噴霧の指向方向が最適方向からより大きく偏向していることを示す。

ステップＳ１０２では、前述した燃料噴霧の貫徹力とガス流速との組み合わせによる面積割合ＡＲの特性に基づき、そのときの噴射パルス幅ＴＩでの貫徹力とガス流速とに対応する面積割合ＡＲを求める。
そして、次のステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で求めた面積割合ＡＲが設定値ＳＬ（例えば７５％）以上であるか否かを判断する。

面積割合ＡＲの設定値ＳＬは、目標とする燃費性能や排気性状を得られる面積割合ＡＲの最小値である。従って、この設定値ＳＬを面積割合ＡＲが下回る場合には、筒内における混合気の均質度の低下によって、目標よりも燃費性能や排気性状が低くなってしまうものと判断できる。一方、面積割合ＡＲの設定値ＳＬ以上であれば、貫徹力を変更する処理を実施しなくても、燃料噴霧の指向方向が略適切であって、燃焼室内での混合気の均質度を十分に高いものと判断できる。
そこで、ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２で求めた面積割合ＡＲが設定値ＳＬ以上であると判断すると、ステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０８では、標準の噴射制御である、１サイクル当たり噴射パルス幅ＴＩでの噴射を１回行わせるようにし、また、燃圧については、前述の目標燃圧TGFUPR（標準燃圧）に制御させ、貫徹力を変更するための処理は実施しない。
即ち、面積割合ＡＲが設定値ＳＬ以上である場合は、燃料噴霧の貫徹力を変更しなくとも、十分な均質度が得られる状態であり、逆に、貫徹力の変更は、面積割合ＡＲ（均質度）を低下させる可能性があるので、噴射制御、燃圧制御を変更せず、標準制御（１サイクル当たり噴射パルス幅ＴＩでの１回噴射、目標燃圧TGFUPRに基づく燃圧制御）を行わせる。

一方、面積割合ＡＲが設定値ＳＬを下回る場合には、貫徹力を変更せずに燃料噴射を行わせると、筒内における混合気の均質度の低下によって、目標よりも燃費性能や排気性状が低くなってしまう可能性がある。
そこで、ステップＳ１０４以降へ進んで、面積割合ＡＲが設定値ＳＬ以上となるように、燃料噴霧の貫徹力を変更する処理を実施する。換言すれば、燃料噴霧の偏向によって面積割合ＡＲが設定値ＳＬを下回る条件であるから、燃料噴霧の偏向を抑制する方向に貫徹力を変更し、面積割合ＡＲが設定値ＳＬ以上となる指向方向に近づけるようにする。

ステップＳ１０４では、面積割合ＡＲを設定値ＳＬ以上とするための要求貫徹力をそのときのガス流速に基づいて演算する。
ここで、ガス流速の標準状態からの増大によって面積割合ＡＲが設定値ＳＬを下回る場合には、噴射パルス幅ＴＩでの貫徹力よりも大きな貫徹力が要求値として演算されることになり、逆に、ガス流速の標準状態からの減少によって面積割合ＡＲが設定値ＳＬを下回る場合には、噴射パルス幅ＴＩでの貫徹力よりも小さな貫徹力が要求値として演算されることになる。

ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で求めた要求貫徹力と、ステップＳ１０２で面積割合ＡＲを求めたときの標準貫徹力（１サイクル当たり噴射パルス幅ＴＩでの噴射を１回行わせた場合の貫徹力）とを比較し、要求貫徹力を得るためには、貫徹力を増大させるのか減少させるのかを判別する。
そして、噴射パルス幅ＴＩでの貫徹力が要求貫徹力よりも高く、貫徹力を弱めることで面積割合ＡＲ（均質度）を増大させることができる場合は、ステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０６では、燃料噴射弁３から噴射される燃料噴霧の貫徹力を標準よりも弱める設定を行う。
尚、標準の貫徹力とは、燃圧を目標燃圧TGFUPRに制御して、ステップＳ１０８で燃料噴射に用いた燃料噴射弁３によって、１サイクル当たり噴射パルス幅ＴＩでの噴射を１回行わせた場合の貫徹力である。
燃料噴霧の貫徹力を標準よりも弱める処理として、噴射パルス幅ＴＩでの噴射を１回行わせる設定を、噴射パルス幅ＴＩを複数回に分けて噴射させる分割噴射に変更することができる。

図４に示したように、噴射パルス幅が短くなると、噴霧流速が遅くなって貫徹力が弱くなるので、分割噴射によって１回当たりの噴射パルス幅を短くすれば、総量として同じ量の燃料を噴射させながら、燃料噴霧の貫徹力を弱めて要求貫徹力に近づけることができる。そして、燃料噴霧の貫徹力が要求貫徹力に近づけば、面積割合ＡＲが増大して、混合気の均質度が増し、燃費性能や排気性状が改善される。
噴射パルス幅ＴＩでの貫徹力が要求貫徹力よりも高い場合には、ガス流速に対して貫徹力が過大であるために、吸気ポート２内のガス流に影響されての偏向が過少となっている状態であり、貫徹力を弱めれば、相対的にガス流に影響されての燃料噴霧の偏向が大きくなり、混合気の均質度が高くなる方向に燃料噴霧の指向方向を偏向できることになる。

分割噴射においては、そのときのガス流速において要求貫徹力が得られる噴射パルス幅をそのときのガス流速に基づいて決定し、この要求貫徹力が得られる噴射パルス幅ＴＩＰＮを噴射パルス幅ＴＩで除算したときの商の小数点以下を切り捨てた整数値をＮとする。
ここで、Ｎは、噴射パルス幅ＴＩＰＮでの噴射回数を示すことになる。
尚、簡易には、噴射パルス幅ＴＩＰＮを固定値として予め記憶しておくことができる。

そして、図５（Ｂ）に示すように、噴射パルス幅ＴＩＰＮの噴射をＮ回だけ行った総和のパルスと、噴射パルス幅ＴＩとの差分（差分＝ＴＩ−ＴＩＰＮ×Ｎ）が、燃料噴射弁３における最小噴射パルス幅ＴＩＭＩＮ未満であれば（０≦差分＜ＴＩＭＩＮ）、噴射パルス幅ＴＩＰＮの噴射を同一吸気行程中にＮ回だけ行う分割噴射を行わせる。
最小噴射パルス幅ＴＩＭＩＮとは、燃料噴射弁３において噴射パルス幅に比例する噴射量が得られる最小の噴射パルス幅であり、最小噴射パルス幅ＴＩＭＩＮ未満の噴射パルス幅で噴射させた場合には、噴射量が不定となってしまう。

そこで、最小噴射パルス幅ＴＩＭＩＮ未満の噴射パルス幅での噴射を行わせずに、噴射パルス幅ＴＩＰＮの噴射を同一吸気行程中にＮ回だけ行わせる分割噴射を実施させる。このとき、噴射パルス幅ＴＩに対して、分割噴射の総噴射パルス幅が、最小噴射パルス幅ＴＩＭＩＮ未満の時間だけ不足することになるが、空燃比のずれは許容範囲内に抑えることができる。
一方、図５（Ａ）に示すように、噴射パルス幅ＴＩＰＮの噴射をＮ回だけ行った総和のパルスと、噴射パルス幅ＴＩとの差分（差分＝ＴＩ−ＴＩＰＮ×Ｎ）が、燃料噴射弁３における最小噴射パルス幅ＴＩＭＩＮ以上であれば（ＴＩＭＩＮ≦差分＜ＴＩＰＮ）、噴射パルス幅ＴＩＰＮによるＮ回の噴射と、差分（差分＝ＴＩ−ＴＩＰＮ×Ｎ）による１回の噴射との計「Ｎ＋１」回の噴射を同一吸気行程中に行わせる分割噴射を実施させる。

ここで、差分に相当するパルス幅での噴射では、要求貫徹力よりも弱い貫徹力の燃料噴霧が噴射されることになるが、混合気は、主に噴射パルス幅ＴＩＰＮによるＮ回の噴射で形成されることになるから、混合気の均質度を十分に高めることができる。
上記のようにして、噴射パルス幅ＴＩの噴射を吸気行程中に１回だけ行わせる噴射から、吸気行程中に噴射パルス幅ＴＩを複数回に分けて噴射させる分割噴射に切り替えることで、燃料噴霧の貫徹力を弱め、ガス流速に対して貫徹力が過大になって噴霧の指向方向が最適方向からずれ、面積割合ＡＲ（均質度）が低下することを抑制する。
換言すれば、ガス流速の低下に応じて燃料噴霧の貫徹力を弱めることで、燃料噴霧の指向方向がガス流速の低下に伴って変化し、面積割合ＡＲ（均質度）が低下することを抑制する。

上記のように分割噴射によって１回当たりの噴射時間を短くする処理の他、燃料噴射弁３に対する燃料の供給圧（燃圧）を標準燃圧（目標燃圧TGFUPR）よりも低下させることによっても、燃料噴霧の貫徹力を弱めることができる。
即ち、図６に示すように、燃圧が高くなるほど、燃料噴霧の速度が速くなり、燃料噴霧の速度が速くなることで貫徹力が高くなるので、燃料圧力を低下させることで、燃料噴霧の貫徹力を低下させることができる。

燃圧を低下させて貫徹力を弱める場合には、ガス流速及び噴射パルス幅ＴＩの条件に対して要求貫徹力を得られる燃圧（＜標準燃圧）を求め、当該燃圧を目標値として、燃料ポンプ１２（モータ）の駆動デューティ比を制御させるようにする。
尚、簡易には、ガス流速と噴射パルス幅ＴＩとのいずれか一方と要求貫徹力とに基づいて、要求貫徹力を得るための燃圧を設定し、又は、貫徹力を弱めるための燃圧を固定値として予め記憶しておくことができる。

また、燃圧の低下と分割噴射とを同時に実行して燃料噴霧の貫徹力を低下させたり、条件に応じて燃圧の低下と分割噴射とのいずれか一方を切り替えて実行させたりすることができる。
例えば、噴射パルス幅ＴＩが長く、分割噴射のみで貫徹力を要求値にまで低下させようとした場合に、分割数が多くなって吸気行程中に分割噴射を終了させることができない場合に、燃圧を低下させることで、分割数を減らし（１回当たりの噴射パルス幅を増やし）、吸気行程中に分割噴射が終了するようにできる。

分割噴射においては、噴射終了から噴射開始までの間隔時間を一定時間以上とする必要があり、間隔時間の分だけ、分割噴射の初回の開始から最終回の噴射終了までの時間が、噴射パルス幅ＴＩよりも長くなり、分割数が多くなると、吸気行程中に全ての燃料を噴射させることができなくなる可能性がある。
ここで、燃圧を低下させれば、要求貫徹力が得られる噴射パルス幅がより長くなる分だけ分割数が減り、分割数が減ることで噴射期間を短くして、吸気行程中に全ての燃料を噴射させることができるようになる。

また、図７に示すように、同じ噴射パルス幅のときの貫徹力が異なる２本の燃料噴射弁３ａ，３ｂを各気筒に設け、例えば、ステップＳ１０８へ進んだ場合には、２本の燃料噴射弁３ａ，３ｂのうちで、貫徹力がより高い方の燃料噴射弁３ａで燃料噴射を行わせ、ステップＳ１０６へ進んだ場合には、貫徹力がより弱い方の燃料噴射弁３ｂで燃料噴射を行わせることができる。

上記の貫徹力が相互に異なる２本の燃料噴射弁３ａ，３ｂは、相互に燃料噴霧の粒径が異なる、及び／又は、燃料噴霧の流速が異なる燃料噴射弁である。
また、上記のような貫徹力がより弱い燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁３への切り替えと、分割噴射と燃圧低下との少なくとも一方とを組み合わせて実行することで、貫徹力を低下させることもできる。

一方、ステップＳ１０５で、噴射パルス幅ＴＩでの貫徹力が要求貫徹力と同じないしはそれよりも低く、貫徹力を強めることで面積割合ＡＲ（均質度）を増大させることができると判断した場合には、ステップＳ１０７へ進む。
ステップＳ１０７では、燃料噴霧の貫徹力を標準よりも強める処理を行う。

燃料噴霧の貫徹力を強める処理として、燃料噴射弁３に対する燃料の供給圧（燃圧）を増大させる処理を行わせることができる。
図６に示すように、燃圧が高くなるほど、燃料噴霧の速度が速くなり、燃料噴霧の速度が速くなることで貫徹力が高くなるので、燃料圧力を増大させることで、燃料噴霧の貫徹力を強めることができる。

また、燃料噴霧の貫徹力を強める処理としては、各気筒にステップＳ１０８での燃料噴射で用いる第１燃料噴射弁と共に当該第１燃料噴射弁よりも燃料噴霧の貫徹力がより強い第２燃料噴射弁を設けるようにして、ステップＳ１０７では、この２本の燃料噴射弁のうちの燃料噴霧の貫徹力がより強い方の第２燃料噴射弁を用いるようにすることができる。
尚、ステップＳ１０８で用いる燃料噴射弁の他に、より貫徹力が強い又は弱い燃料噴射弁を設けるようにし、燃料噴射弁の切り替えによる貫徹力の調整を、ステップＳ１０６とステップＳ１０７とのいずれか一方で行わせることができる。また、貫徹力が大中小の３種類となる３本の燃料噴射弁を各気筒に設け、ステップＳ１０８では貫徹力が中程度の燃料噴射弁を用い、ステップＳ１０７では貫徹力が最も強い燃料噴射弁を用い、ステップＳ１０６では貫徹力が最も弱い燃料噴射弁を用いることができる。

また、貫徹力を低下させて要求貫徹力に近づける制御（ステップＳ１０６）を実行する一方で、貫徹力を増大させて要求貫徹力に近づける制御（ステップＳ１０７）を省略することができる。逆に、貫徹力を増大させて要求貫徹力に近づける制御（ステップＳ１０７）を実行する一方で、貫徹力を減少させて要求貫徹力に近づける制御（ステップＳ１０６）を省略することができる。

また、上記実施形態では、燃料噴霧の偏向を判断する状態量として面積割合ＡＲを設定し、当該面積割合ＡＲに基づいて貫徹力の変更を必要としているか否かを判断するが、面積割合ＡＲを設定することなく、貫徹力の変更処理を実施させることができる。例えば、ステップＳ１０２において、ガス流速と噴射パルス幅ＴＩでの噴霧の貫徹力とから、分割噴射における１回当たりの噴射パルス幅や燃圧を決定させることができる。
また、燃料噴霧の貫徹力を変化させる手段として、公知の手段を適宜選択することができ、ガス流速の変化に伴う燃料噴霧の偏向を抑制する方向に、貫徹力を変化させるという技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施され得るものである。

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）吸気行程において吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関に適用される制御装置において、
前記吸気ポート内におけるガス流速の増減に対して、前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の前記吸気ポート内での偏向を抑制する方向に、前記燃料噴霧の貫徹力を変化させるよう構成され、
燃料噴霧の粒径と流速との少なくとも一方を変更することで、燃料噴霧の貫徹力を変化させる、内燃機関の制御装置。
上記発明によると、燃料噴霧の粒径及び流速に応じて貫徹力が変化するので、粒径と流速との少なくとも一方を変更して、燃料噴霧の前記吸気ポート内での偏向を抑制する方向に貫徹力を変化させる。
ここで、燃料噴霧の流速が速くなれば貫徹力は強くなり、燃料噴霧の粒径が大きくなると貫徹力は強くなるので、例えば、燃料噴霧の偏向を抑制するために貫徹力を強くする必要がある場合には、燃料噴霧の流速をより速くするか、及び／又は、燃料噴霧の粒径をより大きくする。

（ロ）吸気行程において吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関に適用される制御装置において、
前記吸気ポート内におけるガス流速の増減に対して、前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の前記吸気ポート内での偏向を抑制する方向に、前記燃料噴霧の貫徹力を変化させるよう構成され、
燃料噴霧の偏向を抑制するために貫徹力を弱める場合に、１サイクル当たりの燃料量を１回で噴射する一括噴射から、１サイクル当たりの燃料量を複数回に分けて噴射する分割噴射に切り替える、内燃機関の制御装置。
上記発明によると、ガス流速の変化に伴って貫徹力が過大となり、燃料噴霧の指向方向が偏向してしまう場合には、一括噴射から１サイクル当たりの燃料量を複数回に分けて噴射する分割噴射に切り替えることで、燃料噴霧の流速を遅くし、燃料噴霧の貫徹力を低下させる。

（ハ）吸気行程において吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関に適用される制御装置において、
前記吸気ポート内におけるガス流速の増減に対して、前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の前記吸気ポート内での偏向を抑制する方向に、前記燃料噴霧の貫徹力を変化させるよう構成され、吸気ポート内におけるガス流速を、内燃機関の回転速度及び内燃機関の負荷に基づいて推定する、内燃機関の制御装置。
上記発明によると、吸気ポート内におけるガス流速を、機関回転速度及び機関負荷に基づき推定し、推定したガス流速の増減による燃料噴霧の偏向を抑制するように、貫徹力を変化させる。

１…内燃機関（エンジン）、３…燃料噴射弁、１１…燃料タンク、１２…燃料ポンプ、１４…圧力調整弁（プレッシャレギュレータ）、１５…燃料ギャラリー配管、１６…燃料供給配管、１７…燃料戻し配管、３０…ＦＰＣＭ（フューエル・ポンプ・コントロール・モジュール）、３１…ＥＣＭ（エンジン・コントロール・モジュール）、３３…燃料圧力センサ（圧力検出手段）

Claims (2)

1. 吸気行程において吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関に適用される制御装置であって、
   前記内燃機関の運転状態に基づき前記吸気ポート内におけるガス流速を求める手段（Ｓ１０１）と、
   １サイクル当たりの燃料噴射量に基づき前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の標準貫徹力を求める手段であって、１サイクル当たりの燃料噴射量が多くなるほど前記標準貫徹力をより大きな値に設定する手段（Ｓ１０２）と、
   前記ガス流速と前記標準貫徹力とから前記吸気バルブの開口部の面積に対して燃料噴霧が通過する面積割合（ＡＲ）を求める手段（Ｓ１０２）と、
   前記面積割合（ＡＲ）が設定値（ＳＬ）を下回っているか否かを検出する手段（Ｓ１０３）と、
   前記面積割合（ＡＲ）が設定値（ＳＬ）を下回っているときに、前記面積割合（ＡＲ）を前記設定値（ＳＬ）以上にするための要求貫徹力を前記ガス流速に基づき設定する手段であって、前記ガス流速の増大によって前記面積割合（ＡＲ）が前記設定値（ＳＬ）を下回る場合は前記要求貫徹力を前記標準貫徹力よりも大きい値に設定し、前記ガス流速の減少によって前記面積割合（ＡＲ）が前記設定値（ＳＬ）を下回る場合は前記要求貫徹力を前記標準貫徹力よりも小さい値に設定する手段（Ｓ１０４）と、
   前記標準貫徹力と前記要求貫徹力とを比較し、前記標準貫徹力が前記要求貫徹力よりも高いときは前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の貫徹力を弱め、前記標準貫徹力が前記要求貫徹力よりも低いときは前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の貫徹力を強めて、前記燃料噴霧の貫徹力を前記要求貫徹力に近づける手段（Ｓ１０５〜Ｓ１０７）と、
   を含む、内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料噴霧の貫徹力を前記要求貫徹力に近づける手段は、前記燃料噴霧の貫徹力を弱めるときに、１サイクル当たりの燃料噴射量を１回で噴射する一括噴射から１サイクル当たりの燃料噴射量を複数回に分けて噴射する分割噴射に切り替える、請求項１記載の内燃機関の制御装置。