内燃機関の制御装置
【課題】筒内噴射弁とポート噴射弁とを有する内燃機関の制御装置に関し、筒内噴射弁の噴射能力の回復を図りつつエンジン出力を確保する。
【解決手段】内燃機関１０の負荷を検出する負荷検出手段２ａと、筒内噴射弁１１から噴射される筒内噴射量を算出する噴射量算出手段５とを設ける。
また、筒内噴射量の低下時に、筒内噴射弁１１からの燃料噴射の頻度を高める第一制御を実施する第一制御手段２ｅと、筒内噴射量の低下時に、ポート噴射弁１２からの燃料噴射量を増加させる第二制御を実施する第二制御手段６とを設ける。
さらに、負荷に応じて、第一制御手段２ｅによる第一制御と第二制御手段６による第二制御とを切り換える切り換え制御手段７を設ける。
【解決手段】内燃機関１０の負荷を検出する負荷検出手段２ａと、筒内噴射弁１１から噴射される筒内噴射量を算出する噴射量算出手段５とを設ける。
また、筒内噴射量の低下時に、筒内噴射弁１１からの燃料噴射の頻度を高める第一制御を実施する第一制御手段２ｅと、筒内噴射量の低下時に、ポート噴射弁１２からの燃料噴射量を増加させる第二制御を実施する第二制御手段６とを設ける。
さらに、負荷に応じて、第一制御手段２ｅによる第一制御と第二制御手段６による第二制御とを切り換える切り換え制御手段７を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、前記気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁とを有する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、筒内噴射とポート噴射との二種類の燃料噴射方式を両立させたエンジン（内燃機関）が開発されている。このような内燃機関では、筒内での燃料混合気の濃度分布を均質にした状態で燃焼させる均質燃焼と、高濃度の混合気が点火プラグの近傍に層状に偏った状態で燃焼させる成層燃焼とが実施される。
典型的な燃料噴射制御では、均質燃焼時に主にポート噴射が利用され、成層燃焼時には主に筒内噴射が利用される。エンジンの運転状態や負荷に応じて燃料噴射方式を使い分けることで、エンジン出力や安定性を確保しながら燃費を向上させることが可能となる。
【０００３】
ところで、ポート噴射用の噴射弁が各気筒の吸気ポート内に設けられるのに対し、筒内噴射用の噴射弁は各気筒の燃焼室に噴孔部を突出させるように設けられる。そのため、筒内噴射弁の噴孔部にデポジットが付着する場合があり、適正な筒内噴射が妨げられるおそれがある。例えば、デポジットの付着によって噴孔の開口面積が減少し、筒内噴射量が低下する可能性があるほか、燃料噴霧の噴射方向や噴霧形状が変化し、混合気の燃焼性が低下する場合もある。
【０００４】
そこで、強制的に筒内噴射を実施することで筒内噴射弁に付着したデポジットを除去する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ポート噴射が行われる運転領域であっても筒内噴射のみが行われるように燃料噴射形態を強制的に変更する制御が記載されている。この技術では、筒内噴射弁の燃料噴射量が低下したと判断された場合に、ポート噴射の実施中であっても筒内噴射弁から所定の燃焼サイクルずつ筒内噴射が実施される。このような制御により、筒内噴射弁の噴孔部に堆積したデポジットや付着物を吹き飛ばして除去することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０１０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の技術では、筒内噴射弁の燃料噴射量が低下したと判断されたことを以て、デポジットを吹き飛ばすための筒内噴射の開始条件が成立する。例えばこのエンジンを搭載した車両の走行中であって、エンジンに作用する負荷の大きさが比較的大きい運転状態においても、筒内噴射が実施される。このとき、筒内噴射弁の噴孔部にデポジットが残留している場合には、負荷の大きさに対応するエンジン出力を確保することができず、エンジンの運転状態が不安定になる可能性がある。一方、このような筒内噴射を実施しなければ、噴孔部に堆積したデポジットを除去することが難しい。
【０００７】
このように、従来の技術ではデポジットによって低下した筒内噴射弁の噴射能力を回復させる制御とエンジン出力を確保すること優先する制御とを両立させることが難しく、これらをバランスよく実施するための制御条件の設定が容易ではないという課題がある。
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、筒内噴射弁とポート噴射弁とを有する内燃機関の制御装置に関し、筒内噴射弁の噴射能力の回復を図りつつエンジン出力を確保することである。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）ここで開示する内燃機関の制御装置は、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、前記気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、を有する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、前記筒内噴射弁から噴射される筒内噴射量を算出する噴射量算出手段とを備える。また、前記筒内噴射量の低下時に、前記筒内噴射弁からの燃料噴射の頻度を高める第一制御を実施する第一制御手段と、前記筒内噴射量の低下時に、前記ポート噴射弁からの燃料噴射量を増加させる第二制御を実施する第二制御手段とを備える。さらに、前記負荷に応じて、前記第一制御手段による前記第一制御と前記第二制御手段による前記第二制御とを切り換える切り換え制御手段を備える。
【０００９】
前記負荷には、例えば運転者や各種制御装置が前記内燃機関に要求する要求負荷が含まれる。また、この要求負荷に対応するトルク，空気量，充填効率といったパラメーターも含まれる。さらに、過給機の作動状態を前記要求負荷に相当する情報とみなしてもよい。
第一制御では、筒内噴射量の低下時に第一運転領域が選択されやすくなるため、筒内噴射弁の噴孔部に付着したデポジットが取り除かれやすくなり、筒内噴射量が回復する。また、第二制御では、ポート噴射量が増加して筒内噴射量の低下が補われるため、内燃機関の出力が確保される。
【００１０】
（２）また、前記切り換え制御手段が、前記負荷が所定負荷未満であるときに、前記第一制御手段に前記第一制御を実施させ、前記負荷が所定負荷以上であるときに、前記第二制御手段に前記第二制御を実施させることが好ましい。
（３）この場合、前記内燃機関に設けられた過給機の作動状態を検出する過給検出手段を備え、前記切り換え制御手段が、前記過給機の非作動時に、前記第一制御手段に前記第一制御を実施させ、前記過給機の作動時に、前記第二制御手段に前記第二制御を実施させることが好ましい。
【００１１】
（４）また、前記筒内噴射弁から燃料を供給する第一運転領域と前記ポート噴射弁から燃料を供給する第二運転領域とを前記負荷に応じて選択する選択手段を備えることが好ましい。この場合、前記第一制御手段で実施される前記第一制御は、前記筒内噴射量の低下時に、前記第一運転領域が前記選択手段で選択される頻度を高める制御であることが好ましい。
【００１２】
（５）また、前記負荷検出手段が、前記負荷として前記内燃機関に吸入される空気量と前記内燃機関の回転数とを検出し、前記選択手段が、前記空気量と前記回転数とに基づいて、前記第一運転領域及び前記第二運転領域の何れか一方を選択するとともに、前記第一制御手段が、前記筒内噴射量の低下時に、前記第一運転領域を選択するための前記空気量及び前記回転数の閾値をともに減少させることが好ましい。
【００１３】
（６）また、前記ポート噴射弁から噴射されるポート噴射量を制御するポート噴射制御手段と、前記気筒の吸気弁及び排気弁がともに開状態となる重複期間を制御する重複期間制御手段とを備えることが好ましい。この場合、前記第二制御手段で実施される前記第二制御は、前記筒内噴射量の低下時に、前記筒内噴射量の低下量に相当する量の前記ポート噴射量を増加させるとともに前記重複期間を短縮させる制御であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
開示の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の負荷に応じて第一制御と第二制御とを切り換えることで、筒内噴射弁の噴射能力を回復させる制御と出力の確保を優先する制御とを何れかに偏ることなく両立させることができる。これにより、筒内噴射弁の噴射能力を従来よりも高い状態に維持しつつ、負荷要求に応じた内燃機関の出力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係る内燃機関の制御装置のブロック構成及びこの制御装置が適用されたエンジンの構成を例示する図である。
【図２】（ａ），（ｂ）はともに、本制御装置による筒内噴射及びポート噴射の実施領域を説明するためのグラフである。
【図３】本制御装置で実施される筒内噴射弁の噴射能力の算出に係る制御を例示するフローチャートである。
【図４】本制御装置で実施される制御の切り換え手順を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面を参照して制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
【００１７】
［１．装置構成］
［１−１．エンジン］
本実施形態の内燃機関の制御装置は、図１に示す車載ガソリンエンジン１０（以下、単にエンジン１０と呼ぶ）に適用される。ここでは、多気筒のエンジン１０に設けられた複数の気筒のうちの一つを示し、これをシリンダー２０と呼ぶ。シリンダー２０内を往復摺動するピストン１９は、コネクティングロッドを介してクランクシャフト２１に接続される。
シリンダー２０の周囲には、冷却水の流路となるウォータージャケット２３が設けられる。このウォータージャケット２３には図示しない冷却水通路が接続され、これらのウォータージャケット２３及び冷却水通路の内部を冷却水が循環する。
【００１８】
シリンダー２０の天井面には、吸気ポート１７及び排気ポート１８が接続される。吸気ポート１７のシリンダー２０側の開口部には吸気弁２７が設けられ、排気ポート１８には排気弁２８が設けられる。吸気弁２７が開閉することで吸気ポート１７と燃焼室（シリンダー２０の内部側）とが連通又は閉鎖され、排気弁２８が開閉することで排気ポート１８と燃焼室とが連通又は遮断される。
吸気ポート１７と排気ポート１８との間には、点火プラグ２２がその先端を燃焼室側に突出させた状態で設けられる。点火プラグ２２での着火のタイミングは、後述するエンジン制御装置１で制御される。
【００１９】
吸気弁２７及び排気弁２８の上端部はそれぞれ、可変動弁機構４０内のロッカーアーム３５，３７に接続され、ロッカーアーム３５，３７の揺動に応じて個別に上下方向に往復駆動される。また、各ロッカーアーム３５，３７の他端には、カムシャフトに軸支されたカム３６，３８が設けられる。カム３６，３８の形状（カムプロファイル）に応じて、ロッカーアーム３５，３７の揺動パターンが定められる。吸気弁２７及び排気弁２８のバルブリフト量，バルブタイミングは、可変動弁機構４０を介してエンジン制御装置１で制御される。
【００２０】
［１−２．燃料噴射系］
シリンダー２０への燃料供給用のインジェクターとして、シリンダー２０内に直接的に燃料を噴射する直噴インジェクター１１（筒内噴射弁）と、吸気ポート１７内に燃料を噴射するポート噴射インジェクター１２（ポート噴射弁）とが設けられる。直噴インジェクター１１から噴射された燃料は、例えば筒内に形成される層状の空気流に乗って点火プラグ２２の近傍に誘導され、吸入空気中に不均一に分布する。一方、ポート噴射インジェクター１２から噴射された燃料は、吸気ポート１７内で霧化し、吸入空気とよく混ざった状態でシリンダー２０内に導入される。
【００２１】
これらの二種類のインジェクターは、エンジン１０に設けられる図示しない他の気筒にも設けられる。直噴インジェクター１１及びポート噴射インジェクター１２から噴射される燃料量及びその噴射タイミングは、エンジン制御装置１で制御される。例えば、エンジン制御装置１から各インジェクター１１，１２に制御パルス信号が伝達され、その制御パルス信号の大きさに対応する期間だけ、各インジェクター１１，１２の噴孔が開放される。これにより、燃料噴射量は制御パルス信号の大きさ（駆動パルス幅）に応じた量となり、噴射タイミングは制御パルス信号が伝達された時刻に対応したものとなる。
【００２２】
直噴インジェクター１１は、高圧燃料供給路１３Ａを介して高圧ポンプ１４Ａに接続される。一方、ポート噴射インジェクター１２は、低圧燃料供給路１３Ｂを介して低圧ポンプ１４Ｂに接続される。直噴インジェクター１１には、ポート噴射インジェクター１２よりも高圧の燃料が供給される。
高圧ポンプ１４Ａ及び低圧ポンプ１４Ｂはともに、燃料を圧送するための機械式の流量可変型ポンプである。これらのポンプ１４Ａ，１４Ｂは、エンジン１０や電動機などから駆動力の供給を受けて作動し、燃料タンク１５内の燃料を各供給路１３Ａ，１３Ｂに吐出する。なお、各ポンプ１４Ａ，１４Ｂから吐出される燃料量及び燃圧は、エンジン制御装置１で可変制御される。
【００２３】
［１−３．動弁系］
本エンジン１０には、ロッカーアーム３５，３７又はカム３６，３８の動作を制御する可変動弁機構４０が設けられる。可変動弁機構４０は、吸気弁２７及び排気弁２８のそれぞれについて、最大バルブリフト量及びバルブタイミングを個別に、又は、連動させつつ変更するための機構である。この可変動弁機構４０には、ロッカーアーム３５，３７の揺動量及び揺動のタイミングを変化させるための機構として、バルブリフト量調整機構４１とバルブタイミング調整機構４２とが設けられる。
【００２４】
バルブリフト量調整機構４１は、吸気弁２７や排気弁２８の最大バルブリフト量を連続的に変更する機構であり、カム３６，３８からロッカーアーム３５，３７に伝達される揺動の大きさを変更する機能を持つ。ロッカーアーム３５，３７の揺動の大きさを変更するための具体的な構造は任意とする。
バルブリフト量に対応する制御用パラメーターは、制御角θVVLと呼ばれる。バルブリフト量調整機構４１は、制御角θVVLが大きいほど、バルブリフト量を増大させる特性を持つ。この制御角θVVLは、後述するエンジン制御装置１のバルブ制御部４で演算され、バルブリフト量調整機構４１に伝達される。
【００２５】
バルブタイミング調整機構４２は、吸気弁２７や排気弁２８の開閉のタイミング（バルブタイミング）を変更する機構であり、ロッカーアーム３５，３７に揺動を生じさせるカム３６，３８又はカムシャフトの回転位相を変更する機能を持つ。なお、カム３６，３８又はカムシャフトの回転位相を変更することで、クランクシャフト２１の回転位相に対するロッカーアーム３５，３７の揺動のタイミングを連続的にずらすことが可能となる。
【００２６】
バルブタイミングに対応する制御用のパラメーターは、位相角θVVTと呼ばれる。この位相角θVVTは、基準となるカムシャフトの位相に対するカム３６，３８の位相がどの程度進角又は遅角しているかを示す量であり、吸気弁２７，排気弁２８のそれぞれの開弁時期，閉弁時期に対応する。また、位相角θVVTは、エンジン制御装置１のバルブ制御部４で演算され、バルブタイミング調整機構４２に伝達される。バルブタイミング調整機構４２は、カム３６，３８のそれぞれの位相角θVVTを調整することでバルブタイミングを任意に制御する。
【００２７】
［１−４．吸排気系］
また、このエンジン１０の吸排気系には、排気圧を利用してシリンダー２０内に吸気を過給するターボチャージャー３０（過給機）が設けられる。ターボチャージャー３０は、吸気ポート１７の上流側に接続された吸気通路２４と、排気ポート１８の下流側に接続された排気通路２９との両方にまたがって介装される。
【００２８】
ターボチャージャー３０のタービン３０Ａは、排気通路２９内の排気圧で回転し、その回転力を吸気通路２４側のコンプレッサー３０Ｂに伝達する。コンプレッサー３０Ｂは、吸気通路２４側の吸気を下流側へと圧縮し、エンジン１０への過給を行う。なお、吸気通路２４上におけるコンプレッサー３０Ｂよりも吸気流の下流側にはインタークーラー２６が設けられ、圧縮された空気が冷却される。ターボチャージャー３０による過給操作は、エンジン制御装置１で制御される。
【００２９】
［１−５．検出系］
クランクシャフト２１の一端には、その中心軸がクランクシャフト２１の回転軸と一致するように設けられた円盤状のクランク板２１ａと、クランク板２１ａの回転角を検出するクランク角センサー３１が設けられる。クランク板２１ａの外縁部には、例えば凹凸２１ｂが形成される。一方、クランク角センサー３１は、クランク板２１ａの外縁部の近傍に固定され、クランク板２１ａの凹凸２１ｂの形状を検出してクランクパルス信号を出力する。ここで出力されたクランクパルス信号は、エンジン制御装置１に伝達される。
【００３０】
クランク角センサー３１から出力されるクランクパルス信号の周期は、クランクシャフト２１が速く回転するほど短くなり、クランクパルス信号の時間密度はエンジンの実回転数Ne（エンジン回転数）やクランクシャフト２１の角速度に対応したものとなる。したがって、クランク角センサー３１は、エンジン回転数Neやクランク角度，角速度を検出する手段として機能する。
排気通路２９上の任意の位置には、排気中に含まれる酸素濃度を計測する酸素濃度センサー３２が設けられる。ここで検出された酸素濃度の情報は、エンジン制御装置１に伝達される。
【００３１】
吸気通路２４には、空気の流量を検出するエアフローセンサー４３が設けられる。ここで検出される流量の情報は、シリンダー２０に導入される吸気量に対応するものであり、エンジン制御装置１に伝達される。また、高圧燃料供給路１３Ａ上には、直噴インジェクター１１に導入される燃圧（燃料圧力）を検出する燃圧センサー３３が設けられる。ここで検出された燃圧の情報も、エンジン制御装置１に伝達される。
【００３２】
車両の任意の位置には、アクセルペダルの踏み込み量に対応する操作量を検出するアクセルペダルセンサー３４が設けられる。アクセルペダルの踏み込み操作量は、運転者の加速要求に対応するパラメーターであり、すなわちエンジン１０への出力要求に対応する。ここで検出された操作量の情報は、エンジン制御装置１に伝達される。
【００３３】
［１−６．制御系］
エンジン制御装置１（エンジンECU）は、例えばマイクロプロセッサやROM，RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成された電子制御装置であり、専用通信線や車載ネットワークの通信網を介して他の電子制御装置，可変動弁機構４０，クランク角センサー３１，酸素濃度センサー３２，燃圧センサー３３，アクセルペダルセンサー３４，エアフローセンサー４３等の各種センサー類と接続される。
【００３４】
このエンジン制御装置１は、エンジン１０に関する点火系，燃料系，吸排気系及び動弁系といった広汎なシステムを制御する。エンジン制御装置１の具体的な制御対象としては、直噴インジェクター１１及びポート噴射インジェクター１２から噴射される燃料噴射量とその噴射時期，点火プラグ２２での点火時期，吸気弁２７及び排気弁２８のバルブリフト量及びバルブタイミング，ターボチャージャー３０の作動状態，図示しないスロットルバルブの開度等が挙げられる。
【００３５】
本実施形態では、直噴インジェクター１１の燃料噴射能力が低下したときに筒内噴射の頻度を高める「マップ変更制御（第一制御）」、同じく直噴インジェクター１１の燃料噴射能力が低下したときにポート噴射弁からの燃料噴射で噴射量をカバーする「補填制御（第二制御）」、これらのマップ変更制御と補填制御とをエンジン負荷に応じて切り換える「切り換え制御」について詳述する。
また、上記の三種類の制御に関連して、筒内噴射及びポート噴射を総合的に管理する「噴射領域制御」、ターボチャージャー３０の作動状態を制御する「過給制御」、直噴インジェクター１１の燃料噴射能力の低下を判断する「噴射能力算出制御」についても併せて説明する。
【００３６】
［２．制御の概要］
［２−１．噴射領域制御］
噴射領域制御とは、エンジン１０の運転状態やエンジン１０に要求される出力の大きさに応じて、筒内噴射，ポート噴射といった燃料噴射方式を使い分ける制御である。ここでは、例えばエンジン回転数Neやエンジン負荷，空気量，充填効率Ec（目標充填効率，実充填効率など）に基づき、ポート噴射のみを実施するポート噴射モードと、筒内噴射を優先的に実施する筒内噴射優先モードとの何れか一方が選択される。
【００３７】
エンジン回転数Ne及び充填効率Ecに基づいて噴射モードを選択する場合、図２（ａ）に示すような制御マップを用いることが考えられる。すなわち、エンジン回転数Neが所定回転数Ne0未満であり、かつ充填効率Ecが所定効率Ec0未満であるときに、ポート噴射モードが選択されることとする。また、エンジン回転数Neが所定回転数Ne0以上であるか、又は充填効率Ecが所定効率Ec0以上であるときに、筒内噴射優先モードが選択されることとする。
【００３８】
なお、充填効率Ecとは、一回の吸気行程（ピストン１９が上死点から下死点に移動するまでの一行程）の間にシリンダー２０内に充填される空気の体積を標準状態での気体体積に正規化したのちシリンダー容積で除算したものである。実充填効率はその行程でシリンダー２０内に導入された空気量に対応し、目標充填効率は充填効率Ecの目標値であって目標空気量に対応する。上記の噴射モードを選択に際して、実充填効率，目標充填効率のどちらを用いてもよい。
【００３９】
ポート噴射モードは、エンジン１０が低負荷，低回転のときに選択される噴射モードである。ポート噴射モードでは、直噴インジェクター１１からの燃料噴射が禁止され、要求される出力を得るために噴射すべきすべての燃料がポート噴射インジェクター１２から噴射される。以下、ポート噴射インジェクター１２から噴射される燃料量のことを、ポート噴射量とも呼ぶ。
【００４０】
筒内噴射優先モードは、エンジン１０の運転状態が低負荷低回転でないとき（ポート噴射モード以外のとき）に選択される噴射モードである。筒内噴射優先モードでは、筒内噴射がポート噴射よりも優先して実施される。すなわち、要求される出力を得るために噴射すべき燃料のすべてを直噴インジェクター１１からの噴射で賄うことができる場合には、直噴インジェクター１１のみで燃料を噴射する。以下、直噴インジェクター１１から噴射される燃料量のことを、筒内噴射量とも呼ぶ。
【００４１】
一方、直噴インジェクター１１には、噴射期間の制約による最大噴射量が設定されており、これを超える量の燃料を一回の燃焼サイクル内で噴射することができない。そこで、噴射すべき筒内噴射量の目標値が直噴インジェクター１１の最大噴射量を超える場合には、不足分をポート噴射インジェクター１２から噴射し、トータルの燃料噴射量を確保する制御を実施する。この場合、同一の燃焼サイクル内で直噴インジェクター１１とポート噴射インジェクター１２とがともに作動し、筒内噴射及びポート噴射の両方が実施される。
【００４２】
［２−２．過給制御］
過給制御とは、エンジン１０の運転状態やエンジン１０に要求される出力の大きさに応じてターボチャージャー３０の作動状態（オン／オフ状態やその作動量等）を定める制御である。ここでは、例えばエンジン回転数Neやエンジン１０に作用する負荷に基づき、ターボチャージャー３０を作動させるか否かが判定され、判定結果に応じてターボチャージャー３０が駆動される。
典型的な過給機の制御手法としては、エンジン１０に要求される負荷が所定負荷よりも大きい場合にターボチャージャー３０が駆動される。過給によりシリンダー２０内に導入される吸気量が増大し、エンジン出力が増大する。
【００４３】
［２−３．噴射能力算出制御］
直噴インジェクター１１の先端は、常にシリンダー２０内の燃焼ガスに曝されるため、噴孔の近傍にデポジットが付着，堆積する場合がある。デポジットの付着量が増大すると、直噴インジェクター１１から実際に噴射される燃料量が、制御パルス信号で指示された目標燃料噴射量よりも減少する。噴射能力算出制御では、このような直噴インジェクター１１の燃料噴射能力の低下を算出（判定，推定）し、これを直噴インジェクター１１の制御指令値にフィードバックすることで必要な燃料噴射量を確保する。直噴インジェクター１１から実際に噴射された燃料量は、例えば、酸素濃度センサー３２で検出された排気中の酸素濃度に基づいて算出される。
【００４４】
また、直噴インジェクター１１の燃料噴射能力が低下したと判定されたときには、実際の燃料噴射量が不足しないように、能力低下に伴う燃料の不足分が直噴インジェクター１１の目標燃料噴射量に加算される。このとき、能力低下を補うために加算される燃料量に関する情報は、各シリンダー２０に設けられた直噴インジェクター１１毎に記憶されて学習される。なお、燃料噴射能力の低下を補正した後の目標燃料噴射量が直噴インジェクター１１の最大噴射量を超える場合には、ポート噴射インジェクター１２からの燃料噴射量にその補正分が加算される。
【００４５】
これにより、直噴インジェクター１１の噴射能力が低下した場合であっても、トータルの燃料噴射量が確保される。ただし、直噴インジェクター１１の燃料噴射能力の低下量が所定の基準値を超えた場合（噴射能力が基準値を下回るほどデポジットが堆積した場合）には、以下に説明するマップ変更制御，補填制御の何れかが実施される。
【００４６】
［２−４．マップ変更制御］
マップ変更制御（第一制御）は、噴射能力算出制御で算出された直噴インジェクター１１の噴射能力が低下したときに実施される制御の一つであり、噴射領域制御で筒内噴射優先モードを選択されやすくする制御である。ここでは、通常時にはポート噴射モードが選択されるような運転状態であっても、筒内噴射優先モードが選択されうるように、筒内噴射優先モードの選択条件が緩和される。
【００４７】
図２（ａ）に示すような制御マップが噴射領域制御で用いられる場合には、この制御マップ自体を変更することで容易に選択条件を変更することが可能である。例えば、図２（ｂ）に示すように、筒内噴射優先モードに対応する制御領域が拡大された制御マップを用いることで（言い換えると、ポート噴射モードに対応する制御領域を縮小した制御マップを用いることで）、筒内噴射優先モードが選択されやすくなる。
【００４８】
この制御マップでは、エンジン回転数Neが所定回転数Ne0よりも小さい所定回転数Ne1未満であり、かつ充填効率Ecが所定効率Ec0よりも小さい所定効率Ec1未満であるときに、ポート噴射モードが選択される。また、エンジン回転数Neが所定回転数Ne1以上であるか、又は充填効率Ecが所定効率Ec1以上であるときに、筒内噴射優先モードが選択される。
【００４９】
［２−５．補填制御］
補填制御（第二制御）は、噴射能力算出制御で算出された直噴インジェクター１１の噴射能力が低下したときに実施されるもう一つの制御であり、低下した直噴インジェクター１１の噴射能力を補うようにポート噴射インジェクター１２からの燃料噴射量を増加させる制御である。この補填制御では、噴射能力算出制御で算出された燃料の不足分がポート噴射インジェクター１２の目標燃料噴射量に加算される。これにより、直噴インジェクター１１の噴射能力が低下した場合であっても、トータルの燃料噴射量が確保される。
【００５０】
また、この補填制御には、ポート噴射燃料がシリンダー２０を通り抜けて排気通路２９側へ流出することを防止，抑制する「吹き抜け抑制制御」が含まれる。この吹き抜け抑制制御は、過給運転時にポート噴射燃料がシリンダー２０を通り抜けて排気通路２９側へ流出することを防止，抑制する制御である。
具体的には、以下の三種類の制御が実施される。
（１）筒内噴射量の減少を補うためのポート噴射量の増加割合を演算する。
（２）ポート噴射量の増加割合に応じてバルブオーバーラップ期間を短縮する。
（３）ポート噴射時期を遅らせる。
【００５１】
吹き抜け抑制制御では、排気行程から吸気行程にかけてのバルブオーバーラップの期間が短縮されるため、吸気ポート１７から排気ポート１８への混合気の吹き抜け量が抑制される。また、ポート噴射量の増加割合（筒内噴射量の減少度合い）に応じてバルブオーバーラップ期間が短縮されると、混合気の吹き抜け量がより少なくなる。さらに、ポート噴射時期を遅らせることで、燃料噴射の開始時刻から排気弁２８の閉弁時刻までの時間が短縮され、混合気の吹き抜け量が減少する。
【００５２】
［２−６．切り換え制御］
切り換え制御は、エンジン１０の負荷に応じて上記のマップ変更制御と補填制御とを切り換えて実施させる制御である。この切り換え制御では、直噴インジェクター１１の噴射能力が低下したときに、マップ変更制御及び補填制御の何れか一方が選択される。
【００５３】
本実施形態では、ターボチャージャー３０が非作動の運転状態ではマップ変更制御が選択され、過給状態になるとマップ変更制御が補填制御に切り換えられる。なお、ターボチャージャー３０の作動状態の代わりに、あるいは追加の切り換え条件として、空気量や充填効率Ecといった、エンジン１０の負荷に対応するパラメーターを参照する構成としてもよい。
【００５４】
［３．制御構成］
上記の制御を実施するためのソフトウェア又はハードウェアとして、エンジン制御装置１には、噴射領域制御部２，過給制御部３，バルブ制御部４，噴射能力算出部５，補填噴射部６及び切り換え制御部７が設けられる。
【００５５】
エンジン制御装置１の入力側には、クランク角センサー３１，酸素濃度センサー３２，燃圧センサー３３，アクセルペダルセンサー３４，エアフローセンサー４３が接続され、クランクシャフト２１の回転角（又は回転角に基づいて演算されたエンジン回転数Ne），排気中の酸素濃度，燃料燃圧，アクセルペダルの操作量，吸入空気量がそれぞれ入力される。また、エンジン制御装置１の出力側には、直噴インジェクター１１，ポート噴射インジェクター１２，可変動弁機構４０が接続される。
噴射領域制御部２は、噴射領域制御及びマップ変更制御を実施するものである。この噴射領域制御部２には、負荷検出部２ａ，選択部２ｂ，ポート噴射部２ｃ，筒内噴射部２ｄ及びマップ変更部２ｅが設けられる。
【００５６】
負荷検出部２ａ（負荷検出手段）は、エンジン１０に作用する負荷を検出するものであり、ここでは二種類の負荷が検出される。第一の負荷は、噴射領域制御のための負荷であり、燃料噴射方式を選択するための負荷である。例えば、図２（ａ），（ｂ）に示す例では充填効率Ecが負荷の指標として使用されており、この充填効率Ecの値が負荷検出部２ａで検出される。第一の負荷の情報は選択部２ｂに伝達される。
第二の負荷は、マップ変更制御のための負荷であり、筒内噴射優先モードの選択条件を緩和するための負荷である。本実施形態では、第二の負荷としてターボチャージャー３０の作動状態が負荷検出部２ａで検出される。第二の負荷の情報は、切り換え制御部７に伝達される。
【００５７】
選択部２ｂ（選択手段）は、負荷検出部２ａで検出された第一の負荷等に応じて燃料噴射方式を選択するものである。ここでは、例えば図２（ａ）に示すようなエンジン１０の運転状態と噴射モードとの対応関係が予め設定されており、エンジン回転数Neと充填効率Ec（目標充填効率，実充填効率など）とに基づき、ポート噴射のみを実施するポート噴射モードと、筒内噴射を優先的に実施する筒内噴射優先モードとの何れか一方が選択される。ポート噴射モードは、エンジン１０の運転状態が比較的低負荷，低回転のときに選択され、筒内噴射優先モードは、それ以外の運転状態のとき（ポート噴射モード以外のとき）に選択される。
以下、選択部２ｂが記憶している制御マップのことを、第一制御マップと呼ぶ。第一制御マップは、エンジン１０の負荷が比較的小さい状態で選択される制御マップである。本実施形態では、ターボチャージャー３０の非作動時に第一制御マップが選択される。
【００５８】
ポート噴射部２ｃ（ポート噴射制御手段）は、ポート噴射モード時にポート噴射を実施するものである。ポート噴射モードでは、ポート噴射部２ｃからポート噴射インジェクター１２に制御パルス信号が出力され、この制御パルス信号に応じてポート噴射が実施される。一方、直噴インジェクター１１からの燃料噴射は禁止され、要求される出力を得るために噴射すべき全ての燃料がポート噴射インジェクター１２から噴射される。ポート噴射部２ｃは、ポート噴射インジェクター１２から噴射されるポート噴射量を制御するポート噴射制御手段としての機能を持つ。
【００５９】
筒内噴射部２ｄは、筒内噴射優先モード時に筒内噴射を実施するものである。筒内噴射優先モードでは、筒内噴射がポート噴射よりも優先して実施される。すなわち、要求される出力を得るために噴射すべき燃料のすべてを直噴インジェクター１１からの噴射で賄うことができる場合には、筒内噴射部２ｄから直噴インジェクター１１に制御パルス信号が出力される。制御パルス信号の大きさ（駆動パルス幅）は、エンジン回転数Neや充填効率Ecに基づいて演算される目標筒内噴射量に対応する大きさに設定される。
【００６０】
ただし、目標筒内噴射量は、直噴インジェクター１１の最大噴射量によってその上限を制限される。また、ポート噴射インジェクター１２に出力される制御パルス信号の大きさは、上記の目標筒内噴射量から直噴インジェクター１１の最大噴射量を減じた量に対応する大きさに設定される。直噴インジェクター１１の目標筒内噴射量が最大噴射量以下の場合には、ポート噴射インジェクター１２に制御パルス信号が出力されない。このような制御パルス信号の設定により、直噴インジェクター１１が優先的に駆動される。
【００６１】
マップ変更部２ｅ（第一制御手段）は、マップ変更制御を実施するものである。ここには、例えば図２（ｂ）に示すようなエンジン１０の運転状態と噴射モードとの対応関係が予め設定されている。マップ変更部２ｅは、直噴インジェクター１１の噴射能力の低下量が基準値を超えたときに、この制御マップを選択部２ｂに参照させて、筒内噴射の実施頻度を高めるように機能する。ただし、マップ変更制御を実施するか否かを最終的に判断するのは、後述する切り換え制御部７である。
以下、マップ変更部２ｅが記憶している制御マップのことを、第二制御マップと呼ぶ。第二制御マップは、エンジン１０の負荷が比較的大きい状態で選択される制御マップである。本実施形態では、ターボチャージャー３０の作動時に第二制御マップが選択される。
【００６２】
過給制御部３（過給検出手段）は、過給制御を実施するものである。ここでは、エンジン回転数Neやエンジン１０に作用する負荷の大きさが判定され、過給が必要な運転状態であると判定されたときにターボチャージャー３０を駆動するための制御信号が出力される。
ここで判定される負荷の大きさは、アクセルペダルの踏み込み操作量やスロットル開度に基づいて算出してもよいし、空気量（目標吸気量，目標充填効率，実吸気量，実充填効率など）に基づいて算出してもよい。なお、過給実施条件は、噴射モードを選択するための条件とは別個に設定されるものとしてもよいし、図２（ａ），（ｂ）に示すグラフ上の所定領域として定義してもよい。
【００６３】
バルブ制御部４（重複期間制御手段）は、可変動弁機構４０の動作を制御するものである。ここでは、エンジン１０の運転状態やエンジン回転数Ne，エンジン負荷等に応じて、吸気弁２７，排気弁２８のそれぞれの制御角θVVL，位相角θVVTが設定される。これらの制御角θVVL，位相角θVVTの情報は、バルブ制御部４から可変動弁機構４０のバルブリフト量調整機構４１，バルブタイミング調整機構４２に伝達される。
【００６４】
噴射能力算出部５（噴射量算出手段）は、噴射能力判定制御を実施するものである。この噴射能力算出部５には、実筒内噴射量算出部５ａ，学習部５ｂ及び補正部５ｃが設けられる。
実筒内噴射量算出部５ａは、酸素濃度センサー３２で検出された排気中の酸素濃度に基づき、実筒内噴射量を算出するものである。ここでは、排気中の酸素濃度と外気の酸素濃度との差から、燃焼反応を通じて消費された酸素量が算出され、この酸素量に対応する燃料量が消費燃料量として算出される。
【００６５】
筒内噴射とポート噴射とが同時に実施されたときには、算出された消費燃料量からポート噴射燃料量を減じた量の燃料が、直噴インジェクター１１から噴射された実筒内噴射量と算出される。また、筒内噴射のみが実施されたときには、算出された消費燃料量がそのまま実筒内噴射量として算出される。ここで算出された実筒内噴射量は、学習部５ｂに伝達される。
【００６６】
学習部５ｂは、噴射領域制御部２から出力された制御パルス信号に対応する目標筒内噴射量に対して、実筒内噴射量算出部５ａで算出された実筒内噴射量がどの程度低下したかを演算するものである。ここでは、各シリンダー２０に設けられた直噴インジェクター１１毎に不足分の筒内噴射量と、噴射能力の低下量とが演算される。噴射能力の低下量は、例えば目標筒内噴射量に対する実筒内噴射量の割合として演算してもよいし、不足分の筒内噴射量から算出されるデポジット付着量として演算してもよい。ここで演算された不足分の筒内噴射量は補正部５ｃに伝達され、噴射能力の低下量は学習部５ｂ内の記憶装置に記録される。
【００６７】
補正部５ｃは、不足分の筒内噴射量を補填した制御パルス信号を噴射領域制御部２に出力させるものである。ここでは、噴射領域制御部２が演算した直噴インジェクター１１の筒内噴射量に、不足分の筒内噴射量を加算させる制御信号が出力される。これにより、直噴インジェクター１１の噴射能力の低下が学習部５ｂで検出された場合には、次回以降の筒内噴射量が増量するように補正される。また、この補正後の直噴インジェクター１１の筒内噴射量が最大噴射量を超えたときには、ポート噴射量が増量補正される。
【００６８】
補填噴射部６（第二制御手段）は、補填制御及び吹き抜け抑制制御を実施するものである。ここでは、学習部５ｂで演算された直噴インジェクター１１の噴射能力の低下量が基準値を超えた（噴射能力が基準値を下回るほどデポジットが堆積した）ときに補填制御が実施され、燃料の不足分がポート噴射インジェクター１２の目標燃料噴射量に加算される。また、補填制御で増加したポート噴射燃料が排気通路２９側へ吹き抜けないように、上記の三種類の吹き抜け抑制制御が実施される。
【００６９】
この三種類の制御に対応して、補填噴射部６にはポート噴射増加割合演算部６ａ，バルブオーバーラップ変更部６ｂ及びポート噴射時期変更部６ｃが設けられる。
ポート噴射増加割合演算部６ａは、ポート噴射インジェクター１２から噴射されるポート噴射量の増加割合を演算するものである。ここでは、補填制御によってポート噴射量が増量補正されたときに、補正前のポート噴射量に対する増分の割合が増加割合として演算される。ここで演算された増加割合の情報は、バルブオーバーラップ変更部６ｂに伝達される。
【００７０】
バルブオーバーラップ変更部６ｂは、ポート噴射量の増加割合に応じてバルブオーバーラップ（VOL）の期間を短縮する制御を実施するものである。ここでは、ポート噴射増加割合演算部６ａで演算された増加割合と、エンジン回転数Neとに応じてバルブオーバーラップ期間の縮小量が設定される。縮小量の設定例を以下の表１「VOL制限マップ」に示す。この設定例では、ポート噴射量の増加割合が大きいほど、あるいはエンジン回転数Neが低速であるほど、バルブオーバーラップ期間の縮小量が増大する（バルブオーバーラップ期間がより短くなる）。
【表１】
【００７１】
ポート噴射時期変更部６ｃは、ポート噴射インジェクター１２からの燃料噴射のタイミングを遅角させる制御を実施するものである。ここでは、エンジン回転数Neに応じてポート噴射の遅角量が設定される。遅角量の設定例を以下の表２「ポート噴射時期マップ」に示す。この設定例では、エンジン回転数Neが低速であるほど、ポート噴射の開始時刻が遅れる。なお、表中の数字は圧縮行程後の上死点を基準（0[°CA]）として、ポート噴射を開始する時点のクランク角度が基準よりも何度前の角度に相当するかを示すものである。
【表２】
【００７２】
切り換え制御部７（切り換え制御手段）は、切り換え制御を実施するものであり、エンジン１０に作用する負荷に応じてマップ変更制御と補填制御とを切り換えて実施させる機能を持つ。ここでは、負荷検出部２ａで検出された第二の負荷に基づき、マップ変更制御，補填制御の何れか一方が選択される。
この切り換え制御部７は、ターボチャージャー３０の非作動時には負荷が小さいものと判断してマップ変更制御を選択し、マップ変更部２ｅにマップ変更制御を実施させる信号を出力する。一方、ターボチャージャー３０の作動時には負荷が大きいものと判断して補填制御を選択し、補填噴射部６に補填制御及び吹き抜け抑制制御を実施させる信号を出力する。したがって、直噴インジェクター１１の噴射能力の低下量が基準値を超えた状態では、マップ変更制御と補填制御及び吹き抜け抑制制御とがターボチャージャー３０の作動状態に応じて切り換えられる。
【００７３】
［４．フローチャート］
［４−１．通常時］
エンジン制御装置１で実施される各種制御のうち、噴射領域制御，過給制御及び噴射能力算出制御に関するフローチャートを図３に例示する。このフローは、エンジン制御装置１内で所定の周期で繰り返し実施される。
【００７４】
ステップＡ１０では、エンジン制御装置１に排気中の酸素濃度，エンジン回転数Ne，アクセルペダルの踏み込み操作量等の各種センサー検出値の情報が入力される。ステップＡ２０では、負荷検出部２ａにおいて、エンジン１０に作用する負荷が検出される。例えば、エンジン回転数Ne，アクセルペダルの踏み込み操作量等に基づき、エンジン１０の目標充填効率が演算される。
ステップＡ３０では、前ステップで検出されたエンジン１０の負荷に基づき、過給が必要な運転状態であるか否かが過給制御部３で判定される。ここで過給実施条件が成立した場合にはステップＡ４０に進み、過給制御部３からターボチャージャー３０を駆動するための制御信号が出力された後、ステップＡ５０に進む。一方、過給実施条件が不成立の場合には、そのままステップＡ５０に進む。
【００７５】
ステップＡ５０では、選択部２ｂにおいて、ステップＡ２０で検出されたエンジン１０の負荷等に基づいて燃料噴射方式が選択され、噴射モードの種類が判定される。ここで、噴射モードがポート噴射モードである場合にはステップＡ７０に進み、ポート噴射部２ｃからポート噴射インジェクター１２に制御パルス信号が出力されて、ポート噴射が実施される。一方、ステップＡ５０で噴射モードが筒内噴射優先モードである場合にはステップＡ６０に進む。
ステップＡ６０では、筒内噴射部２ｄから直噴インジェクター１１に制御パルス信号が出力され、筒内噴射が実施される。このときの目標燃料噴射量が直噴インジェクター１１の最大噴射量を超える場合には、併せてポート噴射も実施される。
【００７６】
続くステップＡ８０では、実筒内噴射量算出部５ａにおいて、排気中の酸素濃度に基づいて消費燃料量が算出されるとともに、直噴インジェクター１１から噴射された実筒内噴射量が算出される。その後、ステップＡ９０では、学習部５ｂにおいて、目標筒内噴射量から実筒内噴射量がどの程度低下しているのかが演算され、不足分の筒内噴射量が演算される。ここで把握された噴射能力の低下量は、学習部５ｂ内の記憶装置で各シリンダー２０に設けられた直噴インジェクター１１毎に記憶されて学習される。学習結果は、次回以降の演算周期での筒内噴射に利用される。
このように、直噴インジェクター１１の噴射能力が基準値を下回るほどデポジットが堆積していない状態のときには、噴射領域制御，過給制御及び噴射能力算出制御が繰り返し実施される。
【００７７】
［４−２．筒内噴射量の低下時］
図４のフローチャートは、エンジン制御装置１で実施される各種制御のうち、マップ変更制御，補填制御及び切り換え制御に関するものである。このフローは、図３のフローと並行して所定の周期で繰り返し実施される。
ステップＢ１０では、エンジン制御装置１に直噴インジェクター１１の燃料燃圧の情報や、噴射モードの種類、学習部５ｂで演算された直噴インジェクター１１の噴射能力の低下量の情報、ターボチャージャー３０の作動状態に関する情報等が入力される。
【００７８】
ステップＢ２０では、マップ変更部２ｅ及び補填噴射部６のそれぞれにおいて、直噴インジェクター１１の噴射能力の低下量が基準値を超えたか否かが判定される。なお、エンジン１０が多気筒エンジンである場合には、各シリンダー２０に設けられた直噴インジェクター１１の噴射量のばらつきをこのステップで判定してもよい。例えば、それぞれの直噴インジェクター１１についての低下量の偏差が所定値以上であるかを判定することが考えられる。
【００７９】
ステップＢ２０の判定条件が成立したときには、直噴インジェクター１１の噴射能力が基準値を下回るほどデポジットが堆積したものと判断され、ステップＢ３０へ進む。一方、ステップＢ２０の条件が成立しない場合には、ステップＢ９０に進む。
なお、ステップＢ９０では、直噴インジェクター１１の燃料燃圧が所定値以上であるか否かが判定される。直噴インジェクター１１の噴射能力の低下は、例えば高圧燃料供給路１３Ａや高圧ポンプ１４Ａに原因がある場合もある。このステップでは、燃料燃圧が適正値であるか否かを確認することで、これらの燃料系の不具合に由来する噴射能力の低下の有無が判定される。
【００８０】
ここで、燃料燃圧が所定値以上である場合には、直噴インジェクター１１の噴射能力が低下していないものと判断され、ステップＢ１００に進む。一方、燃料燃圧が所定値未満である場合には、ステップＢ３０に進む。
ステップＢ３０では、切り換え制御部７、ターボチャージャー３０が作動中（過給運転中）であるか否かが判定される。ここで過給運転中である場合には、切り換え制御部７で補填制御及び吹き抜け抑制制御が選択され、ステップＢ４０に進む。一方、過給運転中でない場合には、切り換え制御部７でマップ変更制御が選択され、ステップＢ７０に進む。
【００８１】
ステップＢ４０では、補填噴射部６のポート噴射増加割合演算部６ａにおいて、ポート噴射インジェクター１２から噴射されるポート噴射量の増加割合が演算される。ここでは、例えば実筒内噴射量の低下量や燃料燃圧に基づいてポート噴射量の増加分が演算され、補正前のポート噴射量に対する増分の割合が増加割合として演算される。
【００８２】
ステップＢ５０では、バルブオーバーラップ変更部６ｂにおいて、ポート噴射量の増加割合とエンジン回転数Neに基づき、バルブオーバーラップ期間の縮小量が設定される。バルブオーバーラップ期間は、ポート噴射量の増加割合が大きいほど、あるいはエンジン回転数Neが低速であるほど短縮される。また、バルブオーバーラップ期間の短縮量はバルブ制御部４に伝達され、短縮量に応じて吸気弁２７及び排気弁２８の位相角θVVTが制御される。なお、具体的な各位相角θVVTの制御手法は任意であり、例えば吸気弁２７の開弁時期を遅らせてもよいし、排気弁２８の閉弁時期を早めてもよい。
【００８３】
ステップＢ６０では、ポート噴射時期変更部６ｃにおいて、エンジン回転数Neに基づきポート噴射の開始タイミングが設定される。ポート噴射の開始タイミングは、エンジン回転数Neが低速であるほど遅く設定される。
ステップＢ３０からステップＢ７０に進んだ場合には、マップ変更部２ｅにおいて、噴射モードの設定に係る制御マップが変更され、筒内噴射の実施頻度が高められる。これにより、例えば図３のフローのステップＡ５０で選択部２ｂに参照される制御マップが、図２（ａ）の第一制御マップから図２（ｂ）の第二制御マップへと切り換えられるため、筒内噴射優先モードが選択されやすくなる。また、続くステップＢ８０では、非過給時のバルブオーバーラップ量が設定されて制御が終了する。この場合、非過給時には燃料の吹き抜けが生じないものとして、通常のバルブオーバーラップ設定が使用されることになる。
【００８４】
ステップＢ９０で燃料燃圧が所定値以上のときに進むステップＢ１００では、マップ変更部２ｅにおいて、噴射モードの設定に係る制御マップが元に戻される。例えば、図３のフローのステップＡ５０で選択部２ｂに参照される制御マップが、図２（ｂ）の第二制御マップから図２（ａ）の第一制御マップへと切り換えられる。なお、噴射モードの設定に係る制御マップが第二制御マップに切り換えられていない場合には、第一制御マップがそのまま用いられる。
【００８５】
ステップＢ１１０では、ステップＢ３０と同様に、切り換え制御部７、ターボチャージャー３０が作動中（過給運転中）であるか否かが判定される。ステップＢ３０は、実筒内噴射量が低下した状態でなければ実施されないため、ここでは実筒内噴射量が低下していない状態での過給状態が判定される。ここで、過給運転中である場合にはステップＢ１２０に進み、過給時における通常のバルブオーバーラップ量が設定されて制御が終了する。一方、過給運転中でない場合にはステップＢ８０に進み、非過給時のバルブオーバーラップ量が設定されて制御が終了する。
【００８６】
［５．作用，効果］
上記の実施形態によれば、以下のような作用，効果を得ることができる。
（１）上記のエンジン制御装置１による制御のうちのマップ変更制御では、直噴インジェクター１１の噴孔部に付着したデポジットが取り除かれやすくなり、筒内噴射量が回復しやすくなる。また、補填制御では、直噴インジェクター１１の代わりにポート噴射インジェクター１２から噴射されるポート噴射量が増加するため、筒内噴射量の低下分が補われ、エンジン１０の出力が確保される。
このように、エンジン１０の負荷に応じてマップ変更制御と補填制御とを切り換えることで、直噴インジェクター１１の噴射能力を回復させる制御と、エンジン１０の出力の確保を優先する制御とを何れかに偏ることなく両立させることができる。したがて、出力要求を満足しながら直噴インジェクター１１の噴射能力を従来よりも高い状態に維持することができる。
【００８７】
（２）また、上記のエンジン制御装置１では、比較的低負荷の状態でマップ変更制御が実施され、高負荷の状態では補填制御が実施される。このように、筒内噴射量を回復させるための制御を低負荷時にのみ実施することで、エンジン１０の出力を確保しながらデポジットを除去することができる。また、高負荷時には噴射能力の回復よりも出力の確保が優先されるため、高出力を得ることができる。
（３）さらに、上記のエンジン制御装置１では、ターボチャージャー３０の作動状態に応じてマップ変更制御と補填制御とが切り換えられる。これにより、高出力が要求されていない非過給時に直噴インジェクター１１の噴射能力を回復させることができる。また、高出力が要求されている過給時には、デポジットを除去する作業を一時休止させて、エンジン１０の出力を確保することができる。
【００８８】
（４）上記のエンジン制御装置１で実施されるマップ変更制御では、筒内噴射優先モードが選択されやすくなるため、直噴インジェクター１１から燃料を供給する運転領域を拡大することができ、直噴インジェクター１１の噴射能力を頻繁に回復させることができる。これにより、噴孔部にデポジットが堆積しにくくすることができる。
（５）なお、マップ変更制御に関して、上記の選択部２ｂではエンジン回転数Neと充填効率Ecとに基づいて噴射モードが選択される。これにより、その時点のエンジン１０の運転状態とエンジン１０に要求される負荷の大きさとを精度よく把握することができ、適正なエンジン出力を確保することができる。
【００８９】
（６）上記のエンジン制御装置１で実施される補填制御では、筒内噴射量の低下量に相当する量のポート噴射量が増量されるため、トータルでの燃料噴射量を一定にすることができ、エンジン出力を維持することができる。また、これと同時にバルブオーバーラップ期間が短縮されるため、ポート噴射量の増加による吹き抜けが発生することもない。したがって、エンジン出力と排気性能とをともに維持しながら、効率よくエンジン１０を稼働することができる。
（７）また、上記のエンジン制御装置１では、表１に示すようにポート噴射量の増加量が大きいほどバルブオーバーラップ期間が短縮される。つまり、ポート噴射量の増加割合に応じてバルブオーバーラップ期間の縮小量が設定されることになり、燃料の吹き抜け抑制効果を高めることができる。
【００９０】
（８）さらに、表１に示すように、エンジン回転数Neが低いほどバルブオーバーラップ期間が短縮される。つまり、バルブオーバーラップの実時間が長いときほど、バルブオーバーラップが短く設定されることになり、燃料の吹き抜け抑制効果をさらに高めることができる。
（９）上記のエンジン制御装置１では、ポート噴射のタイミングを遅角させる制御が実施され、表２に示すように、エンジン回転数Neが低いほどポート噴射弁の開弁時期の遅角量が大きくなるように制御される。つまり、吸気ポート１７に燃料が噴射されてから排気弁２８が閉鎖するまでの実時間が長い低回転運転のときほど、開弁時期を遅らせている。これにより、燃料の吹き抜け抑制効果をさらに高めることができる。
【００９１】
（１０）直噴インジェクター１１の噴射能力の算出演算に関して、上記のエンジン制御装置１では、実筒内噴射量が目標筒内噴射量に対してどの程度低下したかが演算される。このように、制御指令値に対する実噴射量の低下量を参照することで、エンジン制御装置１内での演算誤差の影響を排除することができ、噴射能力の低下を精度よく把握することができる。
（１１）また、上記のエンジン制御装置１では、排気中の酸素濃度に基づいて実筒内噴射量が算出される。これにより、燃焼反応を通じて消費された酸素量を正確に算出することが可能となり、延いては直噴インジェクター１１から噴射された実筒内噴射量の演算精度を向上させることができる。
【００９２】
（１２）さらに、上記のエンジン制御装置１では、燃料燃圧が所定値以上でない場合には、たとえデポジット量が少量であったとしても吹き抜け抑制制御が実施される。このように、燃圧を参照することで、筒内噴射量が低下した原因を特定することができる。例えば、直噴インジェクター１１に付着したデポジットが多いのか、それとも燃料配管系に原因があるのかを区別することができる。これにより、筒内噴射量の低下を精度よく検出することができる。
【００９３】
［６．変形例］
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
上述の実施形態では、切り換え制御部７で判定されるマップ変更制御と補填制御との切り換え条件として、負荷検出部２ａで検出された第二の負荷（ターボチャージャー３０の作動状態）を参照するものを例示したが、具体的な切り換え条件はこれに限定されない。例えば、空気量や充填効率Ecが所定値未満であるときにマップ変更制御を選択し、所定値以上になったときに補填制御に切り換える構成とすることが考えられる。少なくとも、エンジン１０の負荷に相当するパラメーターを用いてこれらの制御を切り換えることにより、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。
【００９４】
また、上述の実施形態では、吹き抜け抑制制御の開始条件が、過給制御によりターボチャージャー３０が作動している状態であり、かつ、噴射能力判定制御で判定された直噴インジェクター１１の噴射能力の低下が基準値を超えたこと、であるものを例示したが、具体的な制御開始条件はこれに限定されない。少なくとも、ポート噴射の燃料が吹き抜けやすい状態であると判断されたときには、吹き抜け抑制制御を実施してもよい。
【００９５】
なお、上述の実施形態では、多気筒のガソリンエンジン１０に本発明を適用したものを例示したが、エンジン１０の気筒数や燃焼方式は任意である。
【符号の説明】
【００９６】
１ エンジン制御装置
２ 噴射領域制御部
２ａ 負荷検出部（負荷検出手段）
２ｂ 選択部（選択手段）
２ｃ ポート噴射部（ポート噴射制御手段）
２ｄ 筒内噴射部
２ｅ マップ変更部（第一制御手段）
３ 過給制御部（過給検出手段）
４ バルブ制御部（重複期間制御手段）
５ 噴射能力算出部（噴射量算出手段）
６ 補填噴射部（第二制御手段）
７ 切り換え制御部（切り換え制御手段）
１１ 直噴インジェクター（筒内噴射弁）
１２ ポート噴射インジェクター（ポート噴射弁）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、前記気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁とを有する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、筒内噴射とポート噴射との二種類の燃料噴射方式を両立させたエンジン（内燃機関）が開発されている。このような内燃機関では、筒内での燃料混合気の濃度分布を均質にした状態で燃焼させる均質燃焼と、高濃度の混合気が点火プラグの近傍に層状に偏った状態で燃焼させる成層燃焼とが実施される。
典型的な燃料噴射制御では、均質燃焼時に主にポート噴射が利用され、成層燃焼時には主に筒内噴射が利用される。エンジンの運転状態や負荷に応じて燃料噴射方式を使い分けることで、エンジン出力や安定性を確保しながら燃費を向上させることが可能となる。
【０００３】
ところで、ポート噴射用の噴射弁が各気筒の吸気ポート内に設けられるのに対し、筒内噴射用の噴射弁は各気筒の燃焼室に噴孔部を突出させるように設けられる。そのため、筒内噴射弁の噴孔部にデポジットが付着する場合があり、適正な筒内噴射が妨げられるおそれがある。例えば、デポジットの付着によって噴孔の開口面積が減少し、筒内噴射量が低下する可能性があるほか、燃料噴霧の噴射方向や噴霧形状が変化し、混合気の燃焼性が低下する場合もある。
【０００４】
そこで、強制的に筒内噴射を実施することで筒内噴射弁に付着したデポジットを除去する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ポート噴射が行われる運転領域であっても筒内噴射のみが行われるように燃料噴射形態を強制的に変更する制御が記載されている。この技術では、筒内噴射弁の燃料噴射量が低下したと判断された場合に、ポート噴射の実施中であっても筒内噴射弁から所定の燃焼サイクルずつ筒内噴射が実施される。このような制御により、筒内噴射弁の噴孔部に堆積したデポジットや付着物を吹き飛ばして除去することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０１０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の技術では、筒内噴射弁の燃料噴射量が低下したと判断されたことを以て、デポジットを吹き飛ばすための筒内噴射の開始条件が成立する。例えばこのエンジンを搭載した車両の走行中であって、エンジンに作用する負荷の大きさが比較的大きい運転状態においても、筒内噴射が実施される。このとき、筒内噴射弁の噴孔部にデポジットが残留している場合には、負荷の大きさに対応するエンジン出力を確保することができず、エンジンの運転状態が不安定になる可能性がある。一方、このような筒内噴射を実施しなければ、噴孔部に堆積したデポジットを除去することが難しい。
【０００７】
このように、従来の技術ではデポジットによって低下した筒内噴射弁の噴射能力を回復させる制御とエンジン出力を確保すること優先する制御とを両立させることが難しく、これらをバランスよく実施するための制御条件の設定が容易ではないという課題がある。
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、筒内噴射弁とポート噴射弁とを有する内燃機関の制御装置に関し、筒内噴射弁の噴射能力の回復を図りつつエンジン出力を確保することである。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）ここで開示する内燃機関の制御装置は、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、前記気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、を有する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、前記筒内噴射弁から噴射される筒内噴射量を算出する噴射量算出手段とを備える。また、前記筒内噴射量の低下時に、前記筒内噴射弁からの燃料噴射の頻度を高める第一制御を実施する第一制御手段と、前記筒内噴射量の低下時に、前記ポート噴射弁からの燃料噴射量を増加させる第二制御を実施する第二制御手段とを備える。さらに、前記負荷に応じて、前記第一制御手段による前記第一制御と前記第二制御手段による前記第二制御とを切り換える切り換え制御手段を備える。
【０００９】
前記負荷には、例えば運転者や各種制御装置が前記内燃機関に要求する要求負荷が含まれる。また、この要求負荷に対応するトルク，空気量，充填効率といったパラメーターも含まれる。さらに、過給機の作動状態を前記要求負荷に相当する情報とみなしてもよい。
第一制御では、筒内噴射量の低下時に第一運転領域が選択されやすくなるため、筒内噴射弁の噴孔部に付着したデポジットが取り除かれやすくなり、筒内噴射量が回復する。また、第二制御では、ポート噴射量が増加して筒内噴射量の低下が補われるため、内燃機関の出力が確保される。
【００１０】
（２）また、前記切り換え制御手段が、前記負荷が所定負荷未満であるときに、前記第一制御手段に前記第一制御を実施させ、前記負荷が所定負荷以上であるときに、前記第二制御手段に前記第二制御を実施させることが好ましい。
（３）この場合、前記内燃機関に設けられた過給機の作動状態を検出する過給検出手段を備え、前記切り換え制御手段が、前記過給機の非作動時に、前記第一制御手段に前記第一制御を実施させ、前記過給機の作動時に、前記第二制御手段に前記第二制御を実施させることが好ましい。
【００１１】
（４）また、前記筒内噴射弁から燃料を供給する第一運転領域と前記ポート噴射弁から燃料を供給する第二運転領域とを前記負荷に応じて選択する選択手段を備えることが好ましい。この場合、前記第一制御手段で実施される前記第一制御は、前記筒内噴射量の低下時に、前記第一運転領域が前記選択手段で選択される頻度を高める制御であることが好ましい。
【００１２】
（５）また、前記負荷検出手段が、前記負荷として前記内燃機関に吸入される空気量と前記内燃機関の回転数とを検出し、前記選択手段が、前記空気量と前記回転数とに基づいて、前記第一運転領域及び前記第二運転領域の何れか一方を選択するとともに、前記第一制御手段が、前記筒内噴射量の低下時に、前記第一運転領域を選択するための前記空気量及び前記回転数の閾値をともに減少させることが好ましい。
【００１３】
（６）また、前記ポート噴射弁から噴射されるポート噴射量を制御するポート噴射制御手段と、前記気筒の吸気弁及び排気弁がともに開状態となる重複期間を制御する重複期間制御手段とを備えることが好ましい。この場合、前記第二制御手段で実施される前記第二制御は、前記筒内噴射量の低下時に、前記筒内噴射量の低下量に相当する量の前記ポート噴射量を増加させるとともに前記重複期間を短縮させる制御であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
開示の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の負荷に応じて第一制御と第二制御とを切り換えることで、筒内噴射弁の噴射能力を回復させる制御と出力の確保を優先する制御とを何れかに偏ることなく両立させることができる。これにより、筒内噴射弁の噴射能力を従来よりも高い状態に維持しつつ、負荷要求に応じた内燃機関の出力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係る内燃機関の制御装置のブロック構成及びこの制御装置が適用されたエンジンの構成を例示する図である。
【図２】（ａ），（ｂ）はともに、本制御装置による筒内噴射及びポート噴射の実施領域を説明するためのグラフである。
【図３】本制御装置で実施される筒内噴射弁の噴射能力の算出に係る制御を例示するフローチャートである。
【図４】本制御装置で実施される制御の切り換え手順を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面を参照して制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
【００１７】
［１．装置構成］
［１−１．エンジン］
本実施形態の内燃機関の制御装置は、図１に示す車載ガソリンエンジン１０（以下、単にエンジン１０と呼ぶ）に適用される。ここでは、多気筒のエンジン１０に設けられた複数の気筒のうちの一つを示し、これをシリンダー２０と呼ぶ。シリンダー２０内を往復摺動するピストン１９は、コネクティングロッドを介してクランクシャフト２１に接続される。
シリンダー２０の周囲には、冷却水の流路となるウォータージャケット２３が設けられる。このウォータージャケット２３には図示しない冷却水通路が接続され、これらのウォータージャケット２３及び冷却水通路の内部を冷却水が循環する。
【００１８】
シリンダー２０の天井面には、吸気ポート１７及び排気ポート１８が接続される。吸気ポート１７のシリンダー２０側の開口部には吸気弁２７が設けられ、排気ポート１８には排気弁２８が設けられる。吸気弁２７が開閉することで吸気ポート１７と燃焼室（シリンダー２０の内部側）とが連通又は閉鎖され、排気弁２８が開閉することで排気ポート１８と燃焼室とが連通又は遮断される。
吸気ポート１７と排気ポート１８との間には、点火プラグ２２がその先端を燃焼室側に突出させた状態で設けられる。点火プラグ２２での着火のタイミングは、後述するエンジン制御装置１で制御される。
【００１９】
吸気弁２７及び排気弁２８の上端部はそれぞれ、可変動弁機構４０内のロッカーアーム３５，３７に接続され、ロッカーアーム３５，３７の揺動に応じて個別に上下方向に往復駆動される。また、各ロッカーアーム３５，３７の他端には、カムシャフトに軸支されたカム３６，３８が設けられる。カム３６，３８の形状（カムプロファイル）に応じて、ロッカーアーム３５，３７の揺動パターンが定められる。吸気弁２７及び排気弁２８のバルブリフト量，バルブタイミングは、可変動弁機構４０を介してエンジン制御装置１で制御される。
【００２０】
［１−２．燃料噴射系］
シリンダー２０への燃料供給用のインジェクターとして、シリンダー２０内に直接的に燃料を噴射する直噴インジェクター１１（筒内噴射弁）と、吸気ポート１７内に燃料を噴射するポート噴射インジェクター１２（ポート噴射弁）とが設けられる。直噴インジェクター１１から噴射された燃料は、例えば筒内に形成される層状の空気流に乗って点火プラグ２２の近傍に誘導され、吸入空気中に不均一に分布する。一方、ポート噴射インジェクター１２から噴射された燃料は、吸気ポート１７内で霧化し、吸入空気とよく混ざった状態でシリンダー２０内に導入される。
【００２１】
これらの二種類のインジェクターは、エンジン１０に設けられる図示しない他の気筒にも設けられる。直噴インジェクター１１及びポート噴射インジェクター１２から噴射される燃料量及びその噴射タイミングは、エンジン制御装置１で制御される。例えば、エンジン制御装置１から各インジェクター１１，１２に制御パルス信号が伝達され、その制御パルス信号の大きさに対応する期間だけ、各インジェクター１１，１２の噴孔が開放される。これにより、燃料噴射量は制御パルス信号の大きさ（駆動パルス幅）に応じた量となり、噴射タイミングは制御パルス信号が伝達された時刻に対応したものとなる。
【００２２】
直噴インジェクター１１は、高圧燃料供給路１３Ａを介して高圧ポンプ１４Ａに接続される。一方、ポート噴射インジェクター１２は、低圧燃料供給路１３Ｂを介して低圧ポンプ１４Ｂに接続される。直噴インジェクター１１には、ポート噴射インジェクター１２よりも高圧の燃料が供給される。
高圧ポンプ１４Ａ及び低圧ポンプ１４Ｂはともに、燃料を圧送するための機械式の流量可変型ポンプである。これらのポンプ１４Ａ，１４Ｂは、エンジン１０や電動機などから駆動力の供給を受けて作動し、燃料タンク１５内の燃料を各供給路１３Ａ，１３Ｂに吐出する。なお、各ポンプ１４Ａ，１４Ｂから吐出される燃料量及び燃圧は、エンジン制御装置１で可変制御される。
【００２３】
［１−３．動弁系］
本エンジン１０には、ロッカーアーム３５，３７又はカム３６，３８の動作を制御する可変動弁機構４０が設けられる。可変動弁機構４０は、吸気弁２７及び排気弁２８のそれぞれについて、最大バルブリフト量及びバルブタイミングを個別に、又は、連動させつつ変更するための機構である。この可変動弁機構４０には、ロッカーアーム３５，３７の揺動量及び揺動のタイミングを変化させるための機構として、バルブリフト量調整機構４１とバルブタイミング調整機構４２とが設けられる。
【００２４】
バルブリフト量調整機構４１は、吸気弁２７や排気弁２８の最大バルブリフト量を連続的に変更する機構であり、カム３６，３８からロッカーアーム３５，３７に伝達される揺動の大きさを変更する機能を持つ。ロッカーアーム３５，３７の揺動の大きさを変更するための具体的な構造は任意とする。
バルブリフト量に対応する制御用パラメーターは、制御角θVVLと呼ばれる。バルブリフト量調整機構４１は、制御角θVVLが大きいほど、バルブリフト量を増大させる特性を持つ。この制御角θVVLは、後述するエンジン制御装置１のバルブ制御部４で演算され、バルブリフト量調整機構４１に伝達される。
【００２５】
バルブタイミング調整機構４２は、吸気弁２７や排気弁２８の開閉のタイミング（バルブタイミング）を変更する機構であり、ロッカーアーム３５，３７に揺動を生じさせるカム３６，３８又はカムシャフトの回転位相を変更する機能を持つ。なお、カム３６，３８又はカムシャフトの回転位相を変更することで、クランクシャフト２１の回転位相に対するロッカーアーム３５，３７の揺動のタイミングを連続的にずらすことが可能となる。
【００２６】
バルブタイミングに対応する制御用のパラメーターは、位相角θVVTと呼ばれる。この位相角θVVTは、基準となるカムシャフトの位相に対するカム３６，３８の位相がどの程度進角又は遅角しているかを示す量であり、吸気弁２７，排気弁２８のそれぞれの開弁時期，閉弁時期に対応する。また、位相角θVVTは、エンジン制御装置１のバルブ制御部４で演算され、バルブタイミング調整機構４２に伝達される。バルブタイミング調整機構４２は、カム３６，３８のそれぞれの位相角θVVTを調整することでバルブタイミングを任意に制御する。
【００２７】
［１−４．吸排気系］
また、このエンジン１０の吸排気系には、排気圧を利用してシリンダー２０内に吸気を過給するターボチャージャー３０（過給機）が設けられる。ターボチャージャー３０は、吸気ポート１７の上流側に接続された吸気通路２４と、排気ポート１８の下流側に接続された排気通路２９との両方にまたがって介装される。
【００２８】
ターボチャージャー３０のタービン３０Ａは、排気通路２９内の排気圧で回転し、その回転力を吸気通路２４側のコンプレッサー３０Ｂに伝達する。コンプレッサー３０Ｂは、吸気通路２４側の吸気を下流側へと圧縮し、エンジン１０への過給を行う。なお、吸気通路２４上におけるコンプレッサー３０Ｂよりも吸気流の下流側にはインタークーラー２６が設けられ、圧縮された空気が冷却される。ターボチャージャー３０による過給操作は、エンジン制御装置１で制御される。
【００２９】
［１−５．検出系］
クランクシャフト２１の一端には、その中心軸がクランクシャフト２１の回転軸と一致するように設けられた円盤状のクランク板２１ａと、クランク板２１ａの回転角を検出するクランク角センサー３１が設けられる。クランク板２１ａの外縁部には、例えば凹凸２１ｂが形成される。一方、クランク角センサー３１は、クランク板２１ａの外縁部の近傍に固定され、クランク板２１ａの凹凸２１ｂの形状を検出してクランクパルス信号を出力する。ここで出力されたクランクパルス信号は、エンジン制御装置１に伝達される。
【００３０】
クランク角センサー３１から出力されるクランクパルス信号の周期は、クランクシャフト２１が速く回転するほど短くなり、クランクパルス信号の時間密度はエンジンの実回転数Ne（エンジン回転数）やクランクシャフト２１の角速度に対応したものとなる。したがって、クランク角センサー３１は、エンジン回転数Neやクランク角度，角速度を検出する手段として機能する。
排気通路２９上の任意の位置には、排気中に含まれる酸素濃度を計測する酸素濃度センサー３２が設けられる。ここで検出された酸素濃度の情報は、エンジン制御装置１に伝達される。
【００３１】
吸気通路２４には、空気の流量を検出するエアフローセンサー４３が設けられる。ここで検出される流量の情報は、シリンダー２０に導入される吸気量に対応するものであり、エンジン制御装置１に伝達される。また、高圧燃料供給路１３Ａ上には、直噴インジェクター１１に導入される燃圧（燃料圧力）を検出する燃圧センサー３３が設けられる。ここで検出された燃圧の情報も、エンジン制御装置１に伝達される。
【００３２】
車両の任意の位置には、アクセルペダルの踏み込み量に対応する操作量を検出するアクセルペダルセンサー３４が設けられる。アクセルペダルの踏み込み操作量は、運転者の加速要求に対応するパラメーターであり、すなわちエンジン１０への出力要求に対応する。ここで検出された操作量の情報は、エンジン制御装置１に伝達される。
【００３３】
［１−６．制御系］
エンジン制御装置１（エンジンECU）は、例えばマイクロプロセッサやROM，RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成された電子制御装置であり、専用通信線や車載ネットワークの通信網を介して他の電子制御装置，可変動弁機構４０，クランク角センサー３１，酸素濃度センサー３２，燃圧センサー３３，アクセルペダルセンサー３４，エアフローセンサー４３等の各種センサー類と接続される。
【００３４】
このエンジン制御装置１は、エンジン１０に関する点火系，燃料系，吸排気系及び動弁系といった広汎なシステムを制御する。エンジン制御装置１の具体的な制御対象としては、直噴インジェクター１１及びポート噴射インジェクター１２から噴射される燃料噴射量とその噴射時期，点火プラグ２２での点火時期，吸気弁２７及び排気弁２８のバルブリフト量及びバルブタイミング，ターボチャージャー３０の作動状態，図示しないスロットルバルブの開度等が挙げられる。
【００３５】
本実施形態では、直噴インジェクター１１の燃料噴射能力が低下したときに筒内噴射の頻度を高める「マップ変更制御（第一制御）」、同じく直噴インジェクター１１の燃料噴射能力が低下したときにポート噴射弁からの燃料噴射で噴射量をカバーする「補填制御（第二制御）」、これらのマップ変更制御と補填制御とをエンジン負荷に応じて切り換える「切り換え制御」について詳述する。
また、上記の三種類の制御に関連して、筒内噴射及びポート噴射を総合的に管理する「噴射領域制御」、ターボチャージャー３０の作動状態を制御する「過給制御」、直噴インジェクター１１の燃料噴射能力の低下を判断する「噴射能力算出制御」についても併せて説明する。
【００３６】
［２．制御の概要］
［２−１．噴射領域制御］
噴射領域制御とは、エンジン１０の運転状態やエンジン１０に要求される出力の大きさに応じて、筒内噴射，ポート噴射といった燃料噴射方式を使い分ける制御である。ここでは、例えばエンジン回転数Neやエンジン負荷，空気量，充填効率Ec（目標充填効率，実充填効率など）に基づき、ポート噴射のみを実施するポート噴射モードと、筒内噴射を優先的に実施する筒内噴射優先モードとの何れか一方が選択される。
【００３７】
エンジン回転数Ne及び充填効率Ecに基づいて噴射モードを選択する場合、図２（ａ）に示すような制御マップを用いることが考えられる。すなわち、エンジン回転数Neが所定回転数Ne0未満であり、かつ充填効率Ecが所定効率Ec0未満であるときに、ポート噴射モードが選択されることとする。また、エンジン回転数Neが所定回転数Ne0以上であるか、又は充填効率Ecが所定効率Ec0以上であるときに、筒内噴射優先モードが選択されることとする。
【００３８】
なお、充填効率Ecとは、一回の吸気行程（ピストン１９が上死点から下死点に移動するまでの一行程）の間にシリンダー２０内に充填される空気の体積を標準状態での気体体積に正規化したのちシリンダー容積で除算したものである。実充填効率はその行程でシリンダー２０内に導入された空気量に対応し、目標充填効率は充填効率Ecの目標値であって目標空気量に対応する。上記の噴射モードを選択に際して、実充填効率，目標充填効率のどちらを用いてもよい。
【００３９】
ポート噴射モードは、エンジン１０が低負荷，低回転のときに選択される噴射モードである。ポート噴射モードでは、直噴インジェクター１１からの燃料噴射が禁止され、要求される出力を得るために噴射すべきすべての燃料がポート噴射インジェクター１２から噴射される。以下、ポート噴射インジェクター１２から噴射される燃料量のことを、ポート噴射量とも呼ぶ。
【００４０】
筒内噴射優先モードは、エンジン１０の運転状態が低負荷低回転でないとき（ポート噴射モード以外のとき）に選択される噴射モードである。筒内噴射優先モードでは、筒内噴射がポート噴射よりも優先して実施される。すなわち、要求される出力を得るために噴射すべき燃料のすべてを直噴インジェクター１１からの噴射で賄うことができる場合には、直噴インジェクター１１のみで燃料を噴射する。以下、直噴インジェクター１１から噴射される燃料量のことを、筒内噴射量とも呼ぶ。
【００４１】
一方、直噴インジェクター１１には、噴射期間の制約による最大噴射量が設定されており、これを超える量の燃料を一回の燃焼サイクル内で噴射することができない。そこで、噴射すべき筒内噴射量の目標値が直噴インジェクター１１の最大噴射量を超える場合には、不足分をポート噴射インジェクター１２から噴射し、トータルの燃料噴射量を確保する制御を実施する。この場合、同一の燃焼サイクル内で直噴インジェクター１１とポート噴射インジェクター１２とがともに作動し、筒内噴射及びポート噴射の両方が実施される。
【００４２】
［２−２．過給制御］
過給制御とは、エンジン１０の運転状態やエンジン１０に要求される出力の大きさに応じてターボチャージャー３０の作動状態（オン／オフ状態やその作動量等）を定める制御である。ここでは、例えばエンジン回転数Neやエンジン１０に作用する負荷に基づき、ターボチャージャー３０を作動させるか否かが判定され、判定結果に応じてターボチャージャー３０が駆動される。
典型的な過給機の制御手法としては、エンジン１０に要求される負荷が所定負荷よりも大きい場合にターボチャージャー３０が駆動される。過給によりシリンダー２０内に導入される吸気量が増大し、エンジン出力が増大する。
【００４３】
［２−３．噴射能力算出制御］
直噴インジェクター１１の先端は、常にシリンダー２０内の燃焼ガスに曝されるため、噴孔の近傍にデポジットが付着，堆積する場合がある。デポジットの付着量が増大すると、直噴インジェクター１１から実際に噴射される燃料量が、制御パルス信号で指示された目標燃料噴射量よりも減少する。噴射能力算出制御では、このような直噴インジェクター１１の燃料噴射能力の低下を算出（判定，推定）し、これを直噴インジェクター１１の制御指令値にフィードバックすることで必要な燃料噴射量を確保する。直噴インジェクター１１から実際に噴射された燃料量は、例えば、酸素濃度センサー３２で検出された排気中の酸素濃度に基づいて算出される。
【００４４】
また、直噴インジェクター１１の燃料噴射能力が低下したと判定されたときには、実際の燃料噴射量が不足しないように、能力低下に伴う燃料の不足分が直噴インジェクター１１の目標燃料噴射量に加算される。このとき、能力低下を補うために加算される燃料量に関する情報は、各シリンダー２０に設けられた直噴インジェクター１１毎に記憶されて学習される。なお、燃料噴射能力の低下を補正した後の目標燃料噴射量が直噴インジェクター１１の最大噴射量を超える場合には、ポート噴射インジェクター１２からの燃料噴射量にその補正分が加算される。
【００４５】
これにより、直噴インジェクター１１の噴射能力が低下した場合であっても、トータルの燃料噴射量が確保される。ただし、直噴インジェクター１１の燃料噴射能力の低下量が所定の基準値を超えた場合（噴射能力が基準値を下回るほどデポジットが堆積した場合）には、以下に説明するマップ変更制御，補填制御の何れかが実施される。
【００４６】
［２−４．マップ変更制御］
マップ変更制御（第一制御）は、噴射能力算出制御で算出された直噴インジェクター１１の噴射能力が低下したときに実施される制御の一つであり、噴射領域制御で筒内噴射優先モードを選択されやすくする制御である。ここでは、通常時にはポート噴射モードが選択されるような運転状態であっても、筒内噴射優先モードが選択されうるように、筒内噴射優先モードの選択条件が緩和される。
【００４７】
図２（ａ）に示すような制御マップが噴射領域制御で用いられる場合には、この制御マップ自体を変更することで容易に選択条件を変更することが可能である。例えば、図２（ｂ）に示すように、筒内噴射優先モードに対応する制御領域が拡大された制御マップを用いることで（言い換えると、ポート噴射モードに対応する制御領域を縮小した制御マップを用いることで）、筒内噴射優先モードが選択されやすくなる。
【００４８】
この制御マップでは、エンジン回転数Neが所定回転数Ne0よりも小さい所定回転数Ne1未満であり、かつ充填効率Ecが所定効率Ec0よりも小さい所定効率Ec1未満であるときに、ポート噴射モードが選択される。また、エンジン回転数Neが所定回転数Ne1以上であるか、又は充填効率Ecが所定効率Ec1以上であるときに、筒内噴射優先モードが選択される。
【００４９】
［２−５．補填制御］
補填制御（第二制御）は、噴射能力算出制御で算出された直噴インジェクター１１の噴射能力が低下したときに実施されるもう一つの制御であり、低下した直噴インジェクター１１の噴射能力を補うようにポート噴射インジェクター１２からの燃料噴射量を増加させる制御である。この補填制御では、噴射能力算出制御で算出された燃料の不足分がポート噴射インジェクター１２の目標燃料噴射量に加算される。これにより、直噴インジェクター１１の噴射能力が低下した場合であっても、トータルの燃料噴射量が確保される。
【００５０】
また、この補填制御には、ポート噴射燃料がシリンダー２０を通り抜けて排気通路２９側へ流出することを防止，抑制する「吹き抜け抑制制御」が含まれる。この吹き抜け抑制制御は、過給運転時にポート噴射燃料がシリンダー２０を通り抜けて排気通路２９側へ流出することを防止，抑制する制御である。
具体的には、以下の三種類の制御が実施される。
（１）筒内噴射量の減少を補うためのポート噴射量の増加割合を演算する。
（２）ポート噴射量の増加割合に応じてバルブオーバーラップ期間を短縮する。
（３）ポート噴射時期を遅らせる。
【００５１】
吹き抜け抑制制御では、排気行程から吸気行程にかけてのバルブオーバーラップの期間が短縮されるため、吸気ポート１７から排気ポート１８への混合気の吹き抜け量が抑制される。また、ポート噴射量の増加割合（筒内噴射量の減少度合い）に応じてバルブオーバーラップ期間が短縮されると、混合気の吹き抜け量がより少なくなる。さらに、ポート噴射時期を遅らせることで、燃料噴射の開始時刻から排気弁２８の閉弁時刻までの時間が短縮され、混合気の吹き抜け量が減少する。
【００５２】
［２−６．切り換え制御］
切り換え制御は、エンジン１０の負荷に応じて上記のマップ変更制御と補填制御とを切り換えて実施させる制御である。この切り換え制御では、直噴インジェクター１１の噴射能力が低下したときに、マップ変更制御及び補填制御の何れか一方が選択される。
【００５３】
本実施形態では、ターボチャージャー３０が非作動の運転状態ではマップ変更制御が選択され、過給状態になるとマップ変更制御が補填制御に切り換えられる。なお、ターボチャージャー３０の作動状態の代わりに、あるいは追加の切り換え条件として、空気量や充填効率Ecといった、エンジン１０の負荷に対応するパラメーターを参照する構成としてもよい。
【００５４】
［３．制御構成］
上記の制御を実施するためのソフトウェア又はハードウェアとして、エンジン制御装置１には、噴射領域制御部２，過給制御部３，バルブ制御部４，噴射能力算出部５，補填噴射部６及び切り換え制御部７が設けられる。
【００５５】
エンジン制御装置１の入力側には、クランク角センサー３１，酸素濃度センサー３２，燃圧センサー３３，アクセルペダルセンサー３４，エアフローセンサー４３が接続され、クランクシャフト２１の回転角（又は回転角に基づいて演算されたエンジン回転数Ne），排気中の酸素濃度，燃料燃圧，アクセルペダルの操作量，吸入空気量がそれぞれ入力される。また、エンジン制御装置１の出力側には、直噴インジェクター１１，ポート噴射インジェクター１２，可変動弁機構４０が接続される。
噴射領域制御部２は、噴射領域制御及びマップ変更制御を実施するものである。この噴射領域制御部２には、負荷検出部２ａ，選択部２ｂ，ポート噴射部２ｃ，筒内噴射部２ｄ及びマップ変更部２ｅが設けられる。
【００５６】
負荷検出部２ａ（負荷検出手段）は、エンジン１０に作用する負荷を検出するものであり、ここでは二種類の負荷が検出される。第一の負荷は、噴射領域制御のための負荷であり、燃料噴射方式を選択するための負荷である。例えば、図２（ａ），（ｂ）に示す例では充填効率Ecが負荷の指標として使用されており、この充填効率Ecの値が負荷検出部２ａで検出される。第一の負荷の情報は選択部２ｂに伝達される。
第二の負荷は、マップ変更制御のための負荷であり、筒内噴射優先モードの選択条件を緩和するための負荷である。本実施形態では、第二の負荷としてターボチャージャー３０の作動状態が負荷検出部２ａで検出される。第二の負荷の情報は、切り換え制御部７に伝達される。
【００５７】
選択部２ｂ（選択手段）は、負荷検出部２ａで検出された第一の負荷等に応じて燃料噴射方式を選択するものである。ここでは、例えば図２（ａ）に示すようなエンジン１０の運転状態と噴射モードとの対応関係が予め設定されており、エンジン回転数Neと充填効率Ec（目標充填効率，実充填効率など）とに基づき、ポート噴射のみを実施するポート噴射モードと、筒内噴射を優先的に実施する筒内噴射優先モードとの何れか一方が選択される。ポート噴射モードは、エンジン１０の運転状態が比較的低負荷，低回転のときに選択され、筒内噴射優先モードは、それ以外の運転状態のとき（ポート噴射モード以外のとき）に選択される。
以下、選択部２ｂが記憶している制御マップのことを、第一制御マップと呼ぶ。第一制御マップは、エンジン１０の負荷が比較的小さい状態で選択される制御マップである。本実施形態では、ターボチャージャー３０の非作動時に第一制御マップが選択される。
【００５８】
ポート噴射部２ｃ（ポート噴射制御手段）は、ポート噴射モード時にポート噴射を実施するものである。ポート噴射モードでは、ポート噴射部２ｃからポート噴射インジェクター１２に制御パルス信号が出力され、この制御パルス信号に応じてポート噴射が実施される。一方、直噴インジェクター１１からの燃料噴射は禁止され、要求される出力を得るために噴射すべき全ての燃料がポート噴射インジェクター１２から噴射される。ポート噴射部２ｃは、ポート噴射インジェクター１２から噴射されるポート噴射量を制御するポート噴射制御手段としての機能を持つ。
【００５９】
筒内噴射部２ｄは、筒内噴射優先モード時に筒内噴射を実施するものである。筒内噴射優先モードでは、筒内噴射がポート噴射よりも優先して実施される。すなわち、要求される出力を得るために噴射すべき燃料のすべてを直噴インジェクター１１からの噴射で賄うことができる場合には、筒内噴射部２ｄから直噴インジェクター１１に制御パルス信号が出力される。制御パルス信号の大きさ（駆動パルス幅）は、エンジン回転数Neや充填効率Ecに基づいて演算される目標筒内噴射量に対応する大きさに設定される。
【００６０】
ただし、目標筒内噴射量は、直噴インジェクター１１の最大噴射量によってその上限を制限される。また、ポート噴射インジェクター１２に出力される制御パルス信号の大きさは、上記の目標筒内噴射量から直噴インジェクター１１の最大噴射量を減じた量に対応する大きさに設定される。直噴インジェクター１１の目標筒内噴射量が最大噴射量以下の場合には、ポート噴射インジェクター１２に制御パルス信号が出力されない。このような制御パルス信号の設定により、直噴インジェクター１１が優先的に駆動される。
【００６１】
マップ変更部２ｅ（第一制御手段）は、マップ変更制御を実施するものである。ここには、例えば図２（ｂ）に示すようなエンジン１０の運転状態と噴射モードとの対応関係が予め設定されている。マップ変更部２ｅは、直噴インジェクター１１の噴射能力の低下量が基準値を超えたときに、この制御マップを選択部２ｂに参照させて、筒内噴射の実施頻度を高めるように機能する。ただし、マップ変更制御を実施するか否かを最終的に判断するのは、後述する切り換え制御部７である。
以下、マップ変更部２ｅが記憶している制御マップのことを、第二制御マップと呼ぶ。第二制御マップは、エンジン１０の負荷が比較的大きい状態で選択される制御マップである。本実施形態では、ターボチャージャー３０の作動時に第二制御マップが選択される。
【００６２】
過給制御部３（過給検出手段）は、過給制御を実施するものである。ここでは、エンジン回転数Neやエンジン１０に作用する負荷の大きさが判定され、過給が必要な運転状態であると判定されたときにターボチャージャー３０を駆動するための制御信号が出力される。
ここで判定される負荷の大きさは、アクセルペダルの踏み込み操作量やスロットル開度に基づいて算出してもよいし、空気量（目標吸気量，目標充填効率，実吸気量，実充填効率など）に基づいて算出してもよい。なお、過給実施条件は、噴射モードを選択するための条件とは別個に設定されるものとしてもよいし、図２（ａ），（ｂ）に示すグラフ上の所定領域として定義してもよい。
【００６３】
バルブ制御部４（重複期間制御手段）は、可変動弁機構４０の動作を制御するものである。ここでは、エンジン１０の運転状態やエンジン回転数Ne，エンジン負荷等に応じて、吸気弁２７，排気弁２８のそれぞれの制御角θVVL，位相角θVVTが設定される。これらの制御角θVVL，位相角θVVTの情報は、バルブ制御部４から可変動弁機構４０のバルブリフト量調整機構４１，バルブタイミング調整機構４２に伝達される。
【００６４】
噴射能力算出部５（噴射量算出手段）は、噴射能力判定制御を実施するものである。この噴射能力算出部５には、実筒内噴射量算出部５ａ，学習部５ｂ及び補正部５ｃが設けられる。
実筒内噴射量算出部５ａは、酸素濃度センサー３２で検出された排気中の酸素濃度に基づき、実筒内噴射量を算出するものである。ここでは、排気中の酸素濃度と外気の酸素濃度との差から、燃焼反応を通じて消費された酸素量が算出され、この酸素量に対応する燃料量が消費燃料量として算出される。
【００６５】
筒内噴射とポート噴射とが同時に実施されたときには、算出された消費燃料量からポート噴射燃料量を減じた量の燃料が、直噴インジェクター１１から噴射された実筒内噴射量と算出される。また、筒内噴射のみが実施されたときには、算出された消費燃料量がそのまま実筒内噴射量として算出される。ここで算出された実筒内噴射量は、学習部５ｂに伝達される。
【００６６】
学習部５ｂは、噴射領域制御部２から出力された制御パルス信号に対応する目標筒内噴射量に対して、実筒内噴射量算出部５ａで算出された実筒内噴射量がどの程度低下したかを演算するものである。ここでは、各シリンダー２０に設けられた直噴インジェクター１１毎に不足分の筒内噴射量と、噴射能力の低下量とが演算される。噴射能力の低下量は、例えば目標筒内噴射量に対する実筒内噴射量の割合として演算してもよいし、不足分の筒内噴射量から算出されるデポジット付着量として演算してもよい。ここで演算された不足分の筒内噴射量は補正部５ｃに伝達され、噴射能力の低下量は学習部５ｂ内の記憶装置に記録される。
【００６７】
補正部５ｃは、不足分の筒内噴射量を補填した制御パルス信号を噴射領域制御部２に出力させるものである。ここでは、噴射領域制御部２が演算した直噴インジェクター１１の筒内噴射量に、不足分の筒内噴射量を加算させる制御信号が出力される。これにより、直噴インジェクター１１の噴射能力の低下が学習部５ｂで検出された場合には、次回以降の筒内噴射量が増量するように補正される。また、この補正後の直噴インジェクター１１の筒内噴射量が最大噴射量を超えたときには、ポート噴射量が増量補正される。
【００６８】
補填噴射部６（第二制御手段）は、補填制御及び吹き抜け抑制制御を実施するものである。ここでは、学習部５ｂで演算された直噴インジェクター１１の噴射能力の低下量が基準値を超えた（噴射能力が基準値を下回るほどデポジットが堆積した）ときに補填制御が実施され、燃料の不足分がポート噴射インジェクター１２の目標燃料噴射量に加算される。また、補填制御で増加したポート噴射燃料が排気通路２９側へ吹き抜けないように、上記の三種類の吹き抜け抑制制御が実施される。
【００６９】
この三種類の制御に対応して、補填噴射部６にはポート噴射増加割合演算部６ａ，バルブオーバーラップ変更部６ｂ及びポート噴射時期変更部６ｃが設けられる。
ポート噴射増加割合演算部６ａは、ポート噴射インジェクター１２から噴射されるポート噴射量の増加割合を演算するものである。ここでは、補填制御によってポート噴射量が増量補正されたときに、補正前のポート噴射量に対する増分の割合が増加割合として演算される。ここで演算された増加割合の情報は、バルブオーバーラップ変更部６ｂに伝達される。
【００７０】
バルブオーバーラップ変更部６ｂは、ポート噴射量の増加割合に応じてバルブオーバーラップ（VOL）の期間を短縮する制御を実施するものである。ここでは、ポート噴射増加割合演算部６ａで演算された増加割合と、エンジン回転数Neとに応じてバルブオーバーラップ期間の縮小量が設定される。縮小量の設定例を以下の表１「VOL制限マップ」に示す。この設定例では、ポート噴射量の増加割合が大きいほど、あるいはエンジン回転数Neが低速であるほど、バルブオーバーラップ期間の縮小量が増大する（バルブオーバーラップ期間がより短くなる）。
【表１】
【００７１】
ポート噴射時期変更部６ｃは、ポート噴射インジェクター１２からの燃料噴射のタイミングを遅角させる制御を実施するものである。ここでは、エンジン回転数Neに応じてポート噴射の遅角量が設定される。遅角量の設定例を以下の表２「ポート噴射時期マップ」に示す。この設定例では、エンジン回転数Neが低速であるほど、ポート噴射の開始時刻が遅れる。なお、表中の数字は圧縮行程後の上死点を基準（0[°CA]）として、ポート噴射を開始する時点のクランク角度が基準よりも何度前の角度に相当するかを示すものである。
【表２】
【００７２】
切り換え制御部７（切り換え制御手段）は、切り換え制御を実施するものであり、エンジン１０に作用する負荷に応じてマップ変更制御と補填制御とを切り換えて実施させる機能を持つ。ここでは、負荷検出部２ａで検出された第二の負荷に基づき、マップ変更制御，補填制御の何れか一方が選択される。
この切り換え制御部７は、ターボチャージャー３０の非作動時には負荷が小さいものと判断してマップ変更制御を選択し、マップ変更部２ｅにマップ変更制御を実施させる信号を出力する。一方、ターボチャージャー３０の作動時には負荷が大きいものと判断して補填制御を選択し、補填噴射部６に補填制御及び吹き抜け抑制制御を実施させる信号を出力する。したがって、直噴インジェクター１１の噴射能力の低下量が基準値を超えた状態では、マップ変更制御と補填制御及び吹き抜け抑制制御とがターボチャージャー３０の作動状態に応じて切り換えられる。
【００７３】
［４．フローチャート］
［４−１．通常時］
エンジン制御装置１で実施される各種制御のうち、噴射領域制御，過給制御及び噴射能力算出制御に関するフローチャートを図３に例示する。このフローは、エンジン制御装置１内で所定の周期で繰り返し実施される。
【００７４】
ステップＡ１０では、エンジン制御装置１に排気中の酸素濃度，エンジン回転数Ne，アクセルペダルの踏み込み操作量等の各種センサー検出値の情報が入力される。ステップＡ２０では、負荷検出部２ａにおいて、エンジン１０に作用する負荷が検出される。例えば、エンジン回転数Ne，アクセルペダルの踏み込み操作量等に基づき、エンジン１０の目標充填効率が演算される。
ステップＡ３０では、前ステップで検出されたエンジン１０の負荷に基づき、過給が必要な運転状態であるか否かが過給制御部３で判定される。ここで過給実施条件が成立した場合にはステップＡ４０に進み、過給制御部３からターボチャージャー３０を駆動するための制御信号が出力された後、ステップＡ５０に進む。一方、過給実施条件が不成立の場合には、そのままステップＡ５０に進む。
【００７５】
ステップＡ５０では、選択部２ｂにおいて、ステップＡ２０で検出されたエンジン１０の負荷等に基づいて燃料噴射方式が選択され、噴射モードの種類が判定される。ここで、噴射モードがポート噴射モードである場合にはステップＡ７０に進み、ポート噴射部２ｃからポート噴射インジェクター１２に制御パルス信号が出力されて、ポート噴射が実施される。一方、ステップＡ５０で噴射モードが筒内噴射優先モードである場合にはステップＡ６０に進む。
ステップＡ６０では、筒内噴射部２ｄから直噴インジェクター１１に制御パルス信号が出力され、筒内噴射が実施される。このときの目標燃料噴射量が直噴インジェクター１１の最大噴射量を超える場合には、併せてポート噴射も実施される。
【００７６】
続くステップＡ８０では、実筒内噴射量算出部５ａにおいて、排気中の酸素濃度に基づいて消費燃料量が算出されるとともに、直噴インジェクター１１から噴射された実筒内噴射量が算出される。その後、ステップＡ９０では、学習部５ｂにおいて、目標筒内噴射量から実筒内噴射量がどの程度低下しているのかが演算され、不足分の筒内噴射量が演算される。ここで把握された噴射能力の低下量は、学習部５ｂ内の記憶装置で各シリンダー２０に設けられた直噴インジェクター１１毎に記憶されて学習される。学習結果は、次回以降の演算周期での筒内噴射に利用される。
このように、直噴インジェクター１１の噴射能力が基準値を下回るほどデポジットが堆積していない状態のときには、噴射領域制御，過給制御及び噴射能力算出制御が繰り返し実施される。
【００７７】
［４−２．筒内噴射量の低下時］
図４のフローチャートは、エンジン制御装置１で実施される各種制御のうち、マップ変更制御，補填制御及び切り換え制御に関するものである。このフローは、図３のフローと並行して所定の周期で繰り返し実施される。
ステップＢ１０では、エンジン制御装置１に直噴インジェクター１１の燃料燃圧の情報や、噴射モードの種類、学習部５ｂで演算された直噴インジェクター１１の噴射能力の低下量の情報、ターボチャージャー３０の作動状態に関する情報等が入力される。
【００７８】
ステップＢ２０では、マップ変更部２ｅ及び補填噴射部６のそれぞれにおいて、直噴インジェクター１１の噴射能力の低下量が基準値を超えたか否かが判定される。なお、エンジン１０が多気筒エンジンである場合には、各シリンダー２０に設けられた直噴インジェクター１１の噴射量のばらつきをこのステップで判定してもよい。例えば、それぞれの直噴インジェクター１１についての低下量の偏差が所定値以上であるかを判定することが考えられる。
【００７９】
ステップＢ２０の判定条件が成立したときには、直噴インジェクター１１の噴射能力が基準値を下回るほどデポジットが堆積したものと判断され、ステップＢ３０へ進む。一方、ステップＢ２０の条件が成立しない場合には、ステップＢ９０に進む。
なお、ステップＢ９０では、直噴インジェクター１１の燃料燃圧が所定値以上であるか否かが判定される。直噴インジェクター１１の噴射能力の低下は、例えば高圧燃料供給路１３Ａや高圧ポンプ１４Ａに原因がある場合もある。このステップでは、燃料燃圧が適正値であるか否かを確認することで、これらの燃料系の不具合に由来する噴射能力の低下の有無が判定される。
【００８０】
ここで、燃料燃圧が所定値以上である場合には、直噴インジェクター１１の噴射能力が低下していないものと判断され、ステップＢ１００に進む。一方、燃料燃圧が所定値未満である場合には、ステップＢ３０に進む。
ステップＢ３０では、切り換え制御部７、ターボチャージャー３０が作動中（過給運転中）であるか否かが判定される。ここで過給運転中である場合には、切り換え制御部７で補填制御及び吹き抜け抑制制御が選択され、ステップＢ４０に進む。一方、過給運転中でない場合には、切り換え制御部７でマップ変更制御が選択され、ステップＢ７０に進む。
【００８１】
ステップＢ４０では、補填噴射部６のポート噴射増加割合演算部６ａにおいて、ポート噴射インジェクター１２から噴射されるポート噴射量の増加割合が演算される。ここでは、例えば実筒内噴射量の低下量や燃料燃圧に基づいてポート噴射量の増加分が演算され、補正前のポート噴射量に対する増分の割合が増加割合として演算される。
【００８２】
ステップＢ５０では、バルブオーバーラップ変更部６ｂにおいて、ポート噴射量の増加割合とエンジン回転数Neに基づき、バルブオーバーラップ期間の縮小量が設定される。バルブオーバーラップ期間は、ポート噴射量の増加割合が大きいほど、あるいはエンジン回転数Neが低速であるほど短縮される。また、バルブオーバーラップ期間の短縮量はバルブ制御部４に伝達され、短縮量に応じて吸気弁２７及び排気弁２８の位相角θVVTが制御される。なお、具体的な各位相角θVVTの制御手法は任意であり、例えば吸気弁２７の開弁時期を遅らせてもよいし、排気弁２８の閉弁時期を早めてもよい。
【００８３】
ステップＢ６０では、ポート噴射時期変更部６ｃにおいて、エンジン回転数Neに基づきポート噴射の開始タイミングが設定される。ポート噴射の開始タイミングは、エンジン回転数Neが低速であるほど遅く設定される。
ステップＢ３０からステップＢ７０に進んだ場合には、マップ変更部２ｅにおいて、噴射モードの設定に係る制御マップが変更され、筒内噴射の実施頻度が高められる。これにより、例えば図３のフローのステップＡ５０で選択部２ｂに参照される制御マップが、図２（ａ）の第一制御マップから図２（ｂ）の第二制御マップへと切り換えられるため、筒内噴射優先モードが選択されやすくなる。また、続くステップＢ８０では、非過給時のバルブオーバーラップ量が設定されて制御が終了する。この場合、非過給時には燃料の吹き抜けが生じないものとして、通常のバルブオーバーラップ設定が使用されることになる。
【００８４】
ステップＢ９０で燃料燃圧が所定値以上のときに進むステップＢ１００では、マップ変更部２ｅにおいて、噴射モードの設定に係る制御マップが元に戻される。例えば、図３のフローのステップＡ５０で選択部２ｂに参照される制御マップが、図２（ｂ）の第二制御マップから図２（ａ）の第一制御マップへと切り換えられる。なお、噴射モードの設定に係る制御マップが第二制御マップに切り換えられていない場合には、第一制御マップがそのまま用いられる。
【００８５】
ステップＢ１１０では、ステップＢ３０と同様に、切り換え制御部７、ターボチャージャー３０が作動中（過給運転中）であるか否かが判定される。ステップＢ３０は、実筒内噴射量が低下した状態でなければ実施されないため、ここでは実筒内噴射量が低下していない状態での過給状態が判定される。ここで、過給運転中である場合にはステップＢ１２０に進み、過給時における通常のバルブオーバーラップ量が設定されて制御が終了する。一方、過給運転中でない場合にはステップＢ８０に進み、非過給時のバルブオーバーラップ量が設定されて制御が終了する。
【００８６】
［５．作用，効果］
上記の実施形態によれば、以下のような作用，効果を得ることができる。
（１）上記のエンジン制御装置１による制御のうちのマップ変更制御では、直噴インジェクター１１の噴孔部に付着したデポジットが取り除かれやすくなり、筒内噴射量が回復しやすくなる。また、補填制御では、直噴インジェクター１１の代わりにポート噴射インジェクター１２から噴射されるポート噴射量が増加するため、筒内噴射量の低下分が補われ、エンジン１０の出力が確保される。
このように、エンジン１０の負荷に応じてマップ変更制御と補填制御とを切り換えることで、直噴インジェクター１１の噴射能力を回復させる制御と、エンジン１０の出力の確保を優先する制御とを何れかに偏ることなく両立させることができる。したがて、出力要求を満足しながら直噴インジェクター１１の噴射能力を従来よりも高い状態に維持することができる。
【００８７】
（２）また、上記のエンジン制御装置１では、比較的低負荷の状態でマップ変更制御が実施され、高負荷の状態では補填制御が実施される。このように、筒内噴射量を回復させるための制御を低負荷時にのみ実施することで、エンジン１０の出力を確保しながらデポジットを除去することができる。また、高負荷時には噴射能力の回復よりも出力の確保が優先されるため、高出力を得ることができる。
（３）さらに、上記のエンジン制御装置１では、ターボチャージャー３０の作動状態に応じてマップ変更制御と補填制御とが切り換えられる。これにより、高出力が要求されていない非過給時に直噴インジェクター１１の噴射能力を回復させることができる。また、高出力が要求されている過給時には、デポジットを除去する作業を一時休止させて、エンジン１０の出力を確保することができる。
【００８８】
（４）上記のエンジン制御装置１で実施されるマップ変更制御では、筒内噴射優先モードが選択されやすくなるため、直噴インジェクター１１から燃料を供給する運転領域を拡大することができ、直噴インジェクター１１の噴射能力を頻繁に回復させることができる。これにより、噴孔部にデポジットが堆積しにくくすることができる。
（５）なお、マップ変更制御に関して、上記の選択部２ｂではエンジン回転数Neと充填効率Ecとに基づいて噴射モードが選択される。これにより、その時点のエンジン１０の運転状態とエンジン１０に要求される負荷の大きさとを精度よく把握することができ、適正なエンジン出力を確保することができる。
【００８９】
（６）上記のエンジン制御装置１で実施される補填制御では、筒内噴射量の低下量に相当する量のポート噴射量が増量されるため、トータルでの燃料噴射量を一定にすることができ、エンジン出力を維持することができる。また、これと同時にバルブオーバーラップ期間が短縮されるため、ポート噴射量の増加による吹き抜けが発生することもない。したがって、エンジン出力と排気性能とをともに維持しながら、効率よくエンジン１０を稼働することができる。
（７）また、上記のエンジン制御装置１では、表１に示すようにポート噴射量の増加量が大きいほどバルブオーバーラップ期間が短縮される。つまり、ポート噴射量の増加割合に応じてバルブオーバーラップ期間の縮小量が設定されることになり、燃料の吹き抜け抑制効果を高めることができる。
【００９０】
（８）さらに、表１に示すように、エンジン回転数Neが低いほどバルブオーバーラップ期間が短縮される。つまり、バルブオーバーラップの実時間が長いときほど、バルブオーバーラップが短く設定されることになり、燃料の吹き抜け抑制効果をさらに高めることができる。
（９）上記のエンジン制御装置１では、ポート噴射のタイミングを遅角させる制御が実施され、表２に示すように、エンジン回転数Neが低いほどポート噴射弁の開弁時期の遅角量が大きくなるように制御される。つまり、吸気ポート１７に燃料が噴射されてから排気弁２８が閉鎖するまでの実時間が長い低回転運転のときほど、開弁時期を遅らせている。これにより、燃料の吹き抜け抑制効果をさらに高めることができる。
【００９１】
（１０）直噴インジェクター１１の噴射能力の算出演算に関して、上記のエンジン制御装置１では、実筒内噴射量が目標筒内噴射量に対してどの程度低下したかが演算される。このように、制御指令値に対する実噴射量の低下量を参照することで、エンジン制御装置１内での演算誤差の影響を排除することができ、噴射能力の低下を精度よく把握することができる。
（１１）また、上記のエンジン制御装置１では、排気中の酸素濃度に基づいて実筒内噴射量が算出される。これにより、燃焼反応を通じて消費された酸素量を正確に算出することが可能となり、延いては直噴インジェクター１１から噴射された実筒内噴射量の演算精度を向上させることができる。
【００９２】
（１２）さらに、上記のエンジン制御装置１では、燃料燃圧が所定値以上でない場合には、たとえデポジット量が少量であったとしても吹き抜け抑制制御が実施される。このように、燃圧を参照することで、筒内噴射量が低下した原因を特定することができる。例えば、直噴インジェクター１１に付着したデポジットが多いのか、それとも燃料配管系に原因があるのかを区別することができる。これにより、筒内噴射量の低下を精度よく検出することができる。
【００９３】
［６．変形例］
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
上述の実施形態では、切り換え制御部７で判定されるマップ変更制御と補填制御との切り換え条件として、負荷検出部２ａで検出された第二の負荷（ターボチャージャー３０の作動状態）を参照するものを例示したが、具体的な切り換え条件はこれに限定されない。例えば、空気量や充填効率Ecが所定値未満であるときにマップ変更制御を選択し、所定値以上になったときに補填制御に切り換える構成とすることが考えられる。少なくとも、エンジン１０の負荷に相当するパラメーターを用いてこれらの制御を切り換えることにより、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。
【００９４】
また、上述の実施形態では、吹き抜け抑制制御の開始条件が、過給制御によりターボチャージャー３０が作動している状態であり、かつ、噴射能力判定制御で判定された直噴インジェクター１１の噴射能力の低下が基準値を超えたこと、であるものを例示したが、具体的な制御開始条件はこれに限定されない。少なくとも、ポート噴射の燃料が吹き抜けやすい状態であると判断されたときには、吹き抜け抑制制御を実施してもよい。
【００９５】
なお、上述の実施形態では、多気筒のガソリンエンジン１０に本発明を適用したものを例示したが、エンジン１０の気筒数や燃焼方式は任意である。
【符号の説明】
【００９６】
１ エンジン制御装置
２ 噴射領域制御部
２ａ 負荷検出部（負荷検出手段）
２ｂ 選択部（選択手段）
２ｃ ポート噴射部（ポート噴射制御手段）
２ｄ 筒内噴射部
２ｅ マップ変更部（第一制御手段）
３ 過給制御部（過給検出手段）
４ バルブ制御部（重複期間制御手段）
５ 噴射能力算出部（噴射量算出手段）
６ 補填噴射部（第二制御手段）
７ 切り換え制御部（切り換え制御手段）
１１ 直噴インジェクター（筒内噴射弁）
１２ ポート噴射インジェクター（ポート噴射弁）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、前記気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、を有する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、
前記筒内噴射弁から噴射される筒内噴射量を算出する噴射量算出手段と、
前記筒内噴射量の低下時に、前記筒内噴射弁からの燃料噴射の頻度を高める第一制御を実施する第一制御手段と、
前記筒内噴射量の低下時に、前記ポート噴射弁からの燃料噴射量を増加させる第二制御を実施する第二制御手段と、
前記負荷に応じて、前記第一制御手段による前記第一制御と前記第二制御手段による前記第二制御とを切り換える切り換え制御手段と
を備えたことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記切り換え制御手段が、
前記負荷が所定負荷未満であるときに、前記第一制御手段に前記第一制御を実施させ、
前記負荷が所定負荷以上であるときに、前記第二制御手段に前記第二制御を実施させる
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関に設けられた過給機の作動状態を検出する過給検出手段を備え、
前記切り換え制御手段が、
前記過給機の非作動時に、前記第一制御手段に前記第一制御を実施させ、
前記過給機の作動時に、前記第二制御手段に前記第二制御を実施させる
ことを特徴とする、請求項２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記筒内噴射弁から燃料を供給する第一運転領域と前記ポート噴射弁から燃料を供給する第二運転領域とを前記負荷に応じて選択する選択手段を備え、
前記第一制御手段で実施される前記第一制御は、前記筒内噴射量の低下時に、前記第一運転領域が前記選択手段で選択される頻度を高める制御である
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記負荷検出手段が、前記負荷として前記内燃機関に吸入される空気量と前記内燃機関の回転数とを検出し、
前記選択手段が、前記空気量と前記回転数とに基づいて、前記第一運転領域及び前記第二運転領域の何れか一方を選択するとともに、
前記第一制御手段が、前記筒内噴射量の低下時に、前記第一運転領域を選択するための前記空気量及び前記回転数の閾値をともに減少させる
ことを特徴とする、請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記ポート噴射弁から噴射されるポート噴射量を制御するポート噴射制御手段と、
前記気筒の吸気弁及び排気弁がともに開状態となる重複期間を制御する重複期間制御手段とを備え、
前記第二制御手段で実施される前記第二制御は、前記筒内噴射量の低下時に、前記筒内噴射量の低下量に相当する量の前記ポート噴射量を増加させるとともに前記重複期間を短縮させる制御である
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、前記気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、を有する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、
前記筒内噴射弁から噴射される筒内噴射量を算出する噴射量算出手段と、
前記筒内噴射量の低下時に、前記筒内噴射弁からの燃料噴射の頻度を高める第一制御を実施する第一制御手段と、
前記筒内噴射量の低下時に、前記ポート噴射弁からの燃料噴射量を増加させる第二制御を実施する第二制御手段と、
前記負荷に応じて、前記第一制御手段による前記第一制御と前記第二制御手段による前記第二制御とを切り換える切り換え制御手段と
を備えたことを特徴とする、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記切り換え制御手段が、
前記負荷が所定負荷未満であるときに、前記第一制御手段に前記第一制御を実施させ、
前記負荷が所定負荷以上であるときに、前記第二制御手段に前記第二制御を実施させる
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関に設けられた過給機の作動状態を検出する過給検出手段を備え、
前記切り換え制御手段が、
前記過給機の非作動時に、前記第一制御手段に前記第一制御を実施させ、
前記過給機の作動時に、前記第二制御手段に前記第二制御を実施させる
ことを特徴とする、請求項２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記筒内噴射弁から燃料を供給する第一運転領域と前記ポート噴射弁から燃料を供給する第二運転領域とを前記負荷に応じて選択する選択手段を備え、
前記第一制御手段で実施される前記第一制御は、前記筒内噴射量の低下時に、前記第一運転領域が前記選択手段で選択される頻度を高める制御である
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記負荷検出手段が、前記負荷として前記内燃機関に吸入される空気量と前記内燃機関の回転数とを検出し、
前記選択手段が、前記空気量と前記回転数とに基づいて、前記第一運転領域及び前記第二運転領域の何れか一方を選択するとともに、
前記第一制御手段が、前記筒内噴射量の低下時に、前記第一運転領域を選択するための前記空気量及び前記回転数の閾値をともに減少させる
ことを特徴とする、請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記ポート噴射弁から噴射されるポート噴射量を制御するポート噴射制御手段と、
前記気筒の吸気弁及び排気弁がともに開状態となる重複期間を制御する重複期間制御手段とを備え、
前記第二制御手段で実施される前記第二制御は、前記筒内噴射量の低下時に、前記筒内噴射量の低下量に相当する量の前記ポート噴射量を増加させるとともに前記重複期間を短縮させる制御である
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１０８４０１（Ｐ２０１３−１０８４０１Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５３０４８（Ｐ２０１１−２５３０４８）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
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