筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置
【課題】 アイドル運転時においてアイドル安定性を確保でき且つ燃費の悪化を防止可能な筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置において、燃料噴射制御手段は、アイドル運転時(S10)、所定空燃比以下の空燃比で運転するときには(S18)、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射（２段混合運転）するようにした(S20)。
【解決手段】 筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置において、燃料噴射制御手段は、アイドル運転時(S10)、所定空燃比以下の空燃比で運転するときには(S18)、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射（２段混合運転）するようにした(S20)。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置に係り、詳しくは、筒内噴射型火花点火式４サイクル内燃機関のアイドル運転時における燃料噴射制御技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有した筒内噴射型火花点火式内燃機関では、アイドル運転時において、通常は空燃比がリーン空燃比となるよう燃料を圧縮工程中に噴射するようにしてアイドル安定性と燃費の向上を図っている。一方、アイドル運転時であっても、内燃機関（エンジン）が冷態にあるとき、エンジンの駆動力によってエアコンのコンプレッサが作動させられるとき或いはリーン空燃比運転が所定期間以上継続したとき等にあっては、空燃比をリッチ空燃比寄りに設定するとともに燃料を吸気行程中に噴射して均一混合燃焼を行うようにし、これにより、エンジンの暖機、出力の向上或いはブレーキブースタの負圧確保等の要求を満たすようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のように空燃比をリッチ空燃比寄りに設定し、均一混合燃焼を行うようにしても、アイドル運転時のように燃料噴射量が少なく且つ吸入空気量が少ないような運転領域では、筒内流動が小さいことも相俟って十分な混合気が生成されず、アイドル安定性が確保されないという問題がある。
【０００４】特に、アイドル運転時において排気清浄化のために排気還流（内部ＥＧＲを含むＥＧＲ）を行う場合があるが、このような場合には新気量が少なくなるため、上記問題は顕著なものとなる。このようなことから、通常、アイドル運転時において暖機等の要求がある場合やＥＧＲを行う場合には、アイドル回転速度を高く設定し、アイドル安定性を確保するようにしている。
【０００５】しかしながら、このようにアイドル回転速度を高く設定するようにすると、アイドル運転であるにも拘わらずエンジン回転速度が高くなるために、アイドルフィーリングが悪化したり、或いは、エンジン回転速度を上昇させる分だけ燃料噴射量が増加するために燃費が悪化するという新たな問題が生じ好ましいことではない。
【０００６】本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、アイドル運転時においてアイドル安定性を確保でき且つ燃費の悪化を防止可能な筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、該燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、アイドル運転時、所定空燃比以下の空燃比で運転するときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射することを特徴としている。
【０００８】即ち、アイドル運転時、通常は空燃比がリーン空燃比となるようにして燃料が圧縮行程で噴射されてアイドル安定性と燃費の向上が図られるが、暖機時等のように所定空燃比以下の空燃比（例えば、リッチ空燃比）で内燃機関を運転するときには、燃料が吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射されることになり、全体として比較的濃い空燃比であっても、圧縮行程で噴射した燃料によって点火栓近傍の混合気が過度にリッチ化されてしまうことが防止される。
【０００９】これにより、アイドル運転時、所定空燃比以下の空燃比（例えば、リッチ空燃比）で内燃機関を運転するときであっても、圧縮行程での燃料噴射を継続することで安定した層状燃焼が実現され、アイドル回転速度を低く維持することが可能となり、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性が確保される。また、請求項２の発明では、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、該燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、アイドル運転時、内燃機関が冷態にあるとき、内燃機関の駆動力により作動するエアコンを作動させたとき及びリーン空燃比運転が所定期間以上継続したときの少なくともいずれかのときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射することを特徴としている。
【００１０】即ち、アイドル運転時、通常は空燃比がリーン空燃比となるようにして燃料が圧縮行程で噴射されてアイドル安定性と燃費の向上が図られるが、内燃機関が冷態にあるとき、内燃機関の駆動力により作動するエアコンを作動させたとき或いはリーン空燃比運転が所定期間以上継続したときのようにリーン空燃比が制限されるときには、燃料が吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射されることになり、全体として比較的濃い空燃比であっても、圧縮行程で噴射した燃料によって点火栓近傍の混合気が過度にリッチ化されることが抑制される。
【００１１】これにより、アイドル運転時、リーン空燃比が制限されるときであっても、圧縮行程での燃料噴射を継続することで安定した層状燃焼が実現され、アイドル回転速度を低く維持することが可能となり、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性が確保される。また、請求項３の発明では、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、該燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置において、内燃機関からの排気の一部を吸気系に還流させる排気還流手段を備え、前記燃料噴射制御手段は、アイドル運転時、前記排気還流手段により排気の一部が吸気系に還流されるときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射することを特徴としている。
【００１２】即ち、アイドル運転時、通常は空燃比がリーン空燃比となるようにして燃料が圧縮行程で噴射されてアイドル安定性と燃費の向上が図られるが、排気の一部（ＥＧＲガス）が吸気系に還流され、相対的に新気量が少なくなって全体として空燃比が濃くなったときには、燃料が吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射されることになり、圧縮行程で噴射した燃料によって点火栓近傍の混合気が過度にリッチ化されてしまうことが防止される。
【００１３】これにより、アイドル運転時、排気の一部（ＥＧＲガス）が吸気系に還流されて空燃比が濃くなるときであっても、圧縮行程での燃料噴射を継続することで安定した層状燃焼が実現され、アイドル回転速度を低く維持することが可能となり、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性が良好に確保される。また、請求項４の発明では、前記分割噴射の吸気行程と圧縮行程との分割比率は略６対４であることを特徴としている。
【００１４】即ち、発明者の実験によれば、筒内噴射型火花点火式内燃機関の場合、圧縮行程での燃料噴射量を少なめに抑え、吸気行程と圧縮行程での分割噴射の分割比率を略６対４にするとアイドル回転の変動を最小限に抑えられることが分かり（図４参照）、故に、吸気行程と圧縮行程での分割噴射の分割比率を略６対４に設定することで、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性が良好に確保される。
【００１５】また、請求項５の発明では、前記分割噴射の分割比率は内燃機関の回転変動に応じて補正されることを特徴としている。従って、吸気行程と圧縮行程での分割噴射の分割比率が常に適正なものとされてアイドル回転の変動が効率よく最小限に抑えられ、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性が良好に確保される。
【００１６】また、請求項６の発明では、内燃機関は排気通路に排気浄化用の触媒コンバータを有し、前記燃料噴射制御手段は、アイドル運転時、前記触媒コンバータの昇温が要求されるときには、前記分割噴射に優先して、空燃比が理論空燃比近傍となるよう燃料を圧縮行程中に噴射することを特徴としている。即ち、アイドル運転時、触媒コンバータが未だ活性状態になく、触媒コンバータの昇温が要求されるときには、分割噴射に妨げられることなく触媒コンバータの昇温が優先実施されることになり、空燃比が理論空燃比近傍となるよう燃料が圧縮行程中にのみ噴射されてＣＯと酸素とが同時に良好に排気通路に排出され、これらＣＯと酸素との反応熱によって触媒コンバータの早期活性化が図られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置の概略構成図が示されており、以下、当該制御装置の構成を説明する。
【００１８】内燃機関（以下、エンジン）１としては、例えば、燃料噴射モードを吸気行程噴射モード或いは圧縮行程噴射モードに切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射）を実施可能な筒内噴射型火花点火式４サイクル４気筒ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン１は、上記燃料噴射モードの切換えと空燃比制御とにより、容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）を実現可能である。
【００１９】同図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式のインジェクタ（燃料噴射弁）６が取り付けられており、これにより、燃料を燃焼室内に直接噴射可能である。点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。また、インジェクタ６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料をインジェクタ６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料をインジェクタ６から燃焼室内に向けて所定の燃圧で噴射可能である。
【００２０】シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポート９が形成されており、各吸気ポート９の燃焼室５側には、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト１２のカム１２ａに倣って開閉作動し、各吸気ポート９と燃焼室５との連通と遮断とを行う吸気弁１１がそれぞれ設けられている。そして、各吸気ポート９には吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されており、吸気マニホールド１０には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１７が設けられている。スロットル弁１７近傍には、スロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１８が設けられており、ＴＰＳ１８にはアイドルスイッチ（アイドルＳＷ）が併設されている。
【００２１】さらに、吸気マニホールド１０のスロットル弁１７よりも上流部分には、吸入空気量を検出するため、圧力依存型のカルマン渦式のエアフローセンサ１９が設けられている。また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポート１３が形成されており、各排気ポート１３の燃焼室５側には、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト１６のカム１６ａに倣って開閉作動し、各排気ポート１３と燃焼室５との連通と遮断とを行う排気弁１５がそれぞれ設けられている。そして、各排気ポート１３には排気マニホールド１４の一端がそれぞれ接続されている。
【００２２】排気マニホールド１４の他端には排気管２０が接続されており、排気管２０には、ストイキオ近傍においてＨＣ、ＣＯ、ＮＯxを高効率で浄化可能な三元触媒コンバータ３０が介装されている。また、排気管２０の三元触媒コンバータ３０の直上流部分には、排気中の酸素濃度ひいては排気空燃比を検出するＯ2センサ２２が設けられており、三元触媒コンバータ３０には触媒温度を検出する高温センサ３２が設けられている。
【００２３】また、シリンダヘッド２には、カム１２ａやカム１６ａを進角或いは遅角操作することで吸気弁１１や排気弁１５の開閉時期を可変させる可変バルブタイミング機構４０が設けられている。さらに、エンジン１のクランクシャフト３には、エアコンディショナ（図示せず）の冷媒を圧縮するためのエアコンコンプレッサ５０が駆動ベルト５２を介して接続されている。
【００２４】ＥＣＵ６０は、入出力装置、記憶装置、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ６０により、エンジン１の総合的な制御が行われる。ＥＣＵ６０の入力側には、上記ＴＰＳ１８、エアフローセンサ１９、Ｏ2センサ２２、高温センサ３２等の他、エンジン１の冷却水温度Ｔwを検出する水温センサ６２やクランク角を検出するクランク角センサ６４等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。なお、クランク角センサ６４からはエンジン回転速度Ｎeが検出される。
【００２５】一方、ＥＣＵ６０の出力側には、上記インジェクタ６、点火コイル８、スロットル弁１７、可変バルブタイミング機構４０、エアコンコンプレッサ５０等の各種出力デバイスが接続されており、インジェクタ６、点火コイル８、スロットル弁１７には、上記各種検出情報に基づき選択された燃料噴射モード及び各種センサ類からの検出情報に応じて求められた燃焼空燃比等に基づいて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、スロットル開度の各信号がそれぞれ出力される。これにより、インジェクタ６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され（燃料噴射制御手段）、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施され、スロットル開度が適正な開度に制御される。また、可変バルブタイミング機構４０に適正なバルブタイミング指令が供給され、エアコンコンプレッサ５０にエアコンスイッチ（図示せず）の操作等に応じてエアコン作動指令が供給される。
【００２６】以下、このように構成された本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置の作用を説明する。図２を参照すると、本発明に係るアイドル運転制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに基づき説明する。ステップＳ１０では、アイドル条件が成立したか否かを判別する。ここでは、アイドルＳＷからの情報に基づき、アイドルＳＷがオン（アイドル運転状態）か否かを検出する。判別結果が偽（Ｎｏ）でアイドル条件が成立していない場合には何もせずに当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）でアイドル条件が成立し、エンジン１がアイドル運転状態にあると判定された場合には、次にステップＳ１２に進む。
【００２７】ステップＳ１２では、エンジン１の運転状態に応じて燃焼空燃比（目標Ａ／Ｆ）を設定する。通常、当該筒内噴射型のエンジン１では、エンジン１がアイドル運転状態にあるときには、アイドル安定性及び燃費の向上を図るべく圧縮行程噴射を行うようにしており、目標Ａ／ＦはリーンＡ／Ｆに設定される。一方、水温センサ６２からの情報に基づきエンジン１が冷態状態にある場合には、エンジン１を暖機すべく目標Ａ／Ｆはリーン化が制限されてリッチＡ／Ｆ寄りに設定される。また、ＥＣＵ６０からの指令によりエアコンコンプレッサ５０が作動している場合にも、エアコンコンプレッサ５０の負荷に対応して出力トルクを確保すべく目標Ａ／Ｆはリーン化が制限されてリッチＡ／Ｆ寄りに設定される。さらに、目標Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆであるときには、スロットル弁１７の開度が大きく開弁され、吸気負圧が大気圧に近づいて補助ブレーキ装置であるブレーキブースタ（図示せず）の負圧が確保されないことから、目標Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆである期間が所定期間以上継続したときのようにブレーキブースタの補助力が不足する場合にも、目標Ａ／Ｆはリーン化が制限されてリッチＡ／Ｆ寄りに設定され、スロットル弁１７の開度が小さくされる。
【００２８】目標Ａ／Ｆが設定されたら、ステップＳ１４において、排気昇温の要求があるか否かを判別する。即ち、三元触媒コンバータ３０は活性温度（例えば、３００℃）にならないと十分に浄化性能を発揮できないため、三元触媒コンバータ３０が活性温度に達していない場合には排気昇温により三元触媒コンバータ３０の活性化を促進するようにしており、ここでは三元触媒コンバータ３０の活性化のために排気昇温が必要か否かを判別する。具体的には、高温センサ３２からの触媒温度情報に基づき、触媒温度が活性温度（例えば、３００℃）未満であるか否かを判別する。
【００２９】ステップＳ１４の判別結果が偽（Ｎｏ）で、三元触媒コンバータ３０の温度が活性温度（例えば、３００℃）以上であり、排気昇温の必要がないと判定された場合には、次にステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、上記のように設定した目標Ａ／Ｆが所定空燃比（例えば、値１８）以下であるか否かを判別する。ここに、所定空燃比（例えば、値１８）は、圧縮行程噴射による燃焼限界（下限値）を示している。判別結果が偽（Ｎｏ）で、目標Ａ／Ｆが所定空燃比（例えば、値１８）よりも大きいと判定された場合には、圧縮行程噴射による運転が可能であるので、ステップＳ１８に進み、圧縮行程噴射にて燃料を噴射する圧縮リーン運転を行う。つまり、通常のアイドル運転を行う。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、目標Ａ／Ｆが所定空燃比（例えば、値１８）以下と判定された場合には、ステップＳ２０に進む。
【００３０】なお、上述したエンジン１を暖機するときや、エアコンコンプレッサ５０を作動させたとき、或いは目標Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆである期間が所定期間以上継続したときのようにブレーキブースタの補助力が不足するときには、通常は目標Ａ／Ｆは所定空燃比（例えば、値１８）以下の設定となるため、当該Ａ／Ｆ判別に代えて、エンジン１が暖機中であるか否か、エアコンコンプレッサ５０が作動中であるか否か或いは目標Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆである期間が所定期間以上継続したか否かを判別するようにしてもよい。
【００３１】ステップＳ２０では、目標Ａ／Ｆが所定空燃比（例えば、値１８）以下であることを受けて２段混合運転を行う。つまり、燃料噴射時期を吸気行程と圧縮行程とに分け、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射を行うようにし、燃料と空気とが２段階で混合するようにする。このように燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射を行うようにすると、圧縮行程噴射だけでは燃焼限界領域にあって点火プラグ４周りの混合気が過度にリッチ化して燃焼が成立しないような場合であっても、圧縮行程で噴射できない分を吸気行程で噴射することで、通常のアイドル運転時と同様に圧縮行程噴射を実施することが可能となる。
【００３２】即ち、圧縮行程で燃料を噴射すると燃料は層状燃焼することになるのであるが、この層状燃焼は吸気行程噴射による均一混合に比べて燃料量が少ない場合であっても安定した燃焼を実現可能であるため、吸気行程噴射とともに圧縮行程噴射を実施することにより、吸気行程噴射のみによって均一混合だけを行う場合よりも安定したアイドル運転を実現することが可能となる。
【００３３】これにより、吸気行程噴射のみによって均一混合だけを行う場合にはアイドル回転速度の安定化のために目標アイドル回転速度を高く設定せざるを得ず、その分だけ余計に燃料を消費することになるのであるが、そのような余計な燃料を供給しなくてもよくなり、目標アイドル回転速度を比較的低く抑えることで燃費の悪化が防止される。
【００３４】ここに、２段混合運転を行う場合、吸気行程と圧縮行程でそれぞれ噴射する燃料の分割比率は、吸気行程噴射６に対し圧縮行程噴射４（６：４）近傍の比率として圧縮行程での燃料噴射量を少なめに抑えるのがよい。つまり、図４を参照すると吸気行程と圧縮行程での分割噴射の分割比率とアイドル回転の変動との関係が実測値に基づき示されているが、同図に示すように、目標Ａ／Ｆによらず吸気行程と圧縮行程との分割比率が略６：４でアイドル回転の変動が最小限に抑えられており、これより吸気行程と圧縮行程での分割噴射の分割比率をここでは略６：４に設定する。
【００３５】これにより、エンジン１が冷態状態にある場合、エアコンコンプレッサ５０が作動している場合或いは目標Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆである期間が所定期間以上継続してブレーキブースタの補助力が不足する場合のように、リーンＡ／Ｆが制限されて目標Ａ／ＦがリッチＡ／Ｆ寄りに設定されるような場合であっても、上記２段混合運転を行うことにより、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性を良好に確保することができる。
【００３６】なお、このように２段混合運転を行うと、目標アイドル回転速度が比較的低く抑えられることになるが、このときの目標Ａ／Ｆは所定空燃比（例えば、値１８）以下であるので、吸気行程で噴射した燃料の燃焼と合わせると発生する熱量は圧縮リーン運転時に比べれば多く、故に、エンジン１の冷態時にあってはエンジン１の暖機を十分に実施することができ、エアコンコンプレッサ５０の作動時にあっては十分な出力トルクを確保することができる。この場合、発生する熱量や出力トルクが足りないような場合には、アイドル安定性を損なわない範囲で吸気行程噴射する燃料の比率を適宜増加させてやればよい。
【００３７】２段混合運転を実施したら、次にステップＳ２２において、クランク角センサ６４からの情報に基づきエンジン回転速度Ｎeの回転変動ΔＮeが所定値Ｘ1より大であるか否かを判別する。つまり、上記のように吸気行程と圧縮行程との分割比率を略６：４として燃料噴射を行ったにも拘わらずアイドル回転が大きく変動していないか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には何もせず当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）、即ち回転変動ΔＮeが所定値Ｘ1より大であってアイドル回転が大きく変動している場合には、何らかの要因によって吸気行程と圧縮行程との分割比率が適正でない状況と考えられ、ステップＳ２４に進む。
【００３８】ステップＳ２４では、アイドル回転の変動を抑えるべく吸気行程と圧縮行程との分割比率を変更する。この分割比率の変更は、ステップＳ２２の判別において回転変動ΔＮeが所定値Ｘ1以下となり、判別結果が偽（Ｎｏ）となってアイドル回転が安定するまで実施される。これにより、吸気行程と圧縮行程との分割比率が常に適正なものとなり、アイドル回転の変動が効率よく常に最小限に抑えられる。なお、ステップＳ２２で変更された分割比率は学習値として記憶されて以降使用される。
【００３９】ところで、上記ステップＳ１４の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、三元触媒コンバータ３０の温度が活性温度（例えば、３００℃）未満であり、排気昇温の要求があると判定された場合には、ステップＳ２６に進み、例え目標Ａ／Ｆが所定空燃比（例えば、値１８）以下で２段混合運転を実施すべき状況であっても、当該２段混合運転に優先して排気昇温を実施する。ここでは、圧縮行程噴射を行うとともに目標Ａ／ＦをストイキオよりもややリーンＡ／Ｆ寄りのスライトリーンＡ／Ｆ（Ｓ／Ｌ空燃比、理論空燃比近傍）として圧縮Ｓ／Ｌ運転を実施する。
【００４０】圧縮Ｓ／Ｌ運転を行うと、点火プラグ４周りの空燃比が局所的に濃くなるためにＣＯが多く生起され、当該ＣＯと燃焼室５の周縁の酸素とが燃焼室５内や排気ポート１３内で反応して発熱することになり、これにより排気昇温が実現される。これにより、２段混合運転に妨げられることなく三元触媒コンバータ３０の早期活性化が図られる。
【００４１】次に、他の実施例について説明する。なお、当該他の実施例では上記図２のフローチャートに対してステップＳ１６をステップＳ１６’に変えただけであり、ここでは上記図２のフローチャートと異なる部分についてのみ説明する。ステップＳ１４の判別結果が偽（Ｎｏ）で排気昇温の要求がないと判定された場合には、ステップＳ１６’において排気弁１５の閉時期が可変バルブタイミング機構４０によって遅角側に設定されているか否かを判別する。
【００４２】可変バルブタイミング機構４０によって排気弁１５の閉時期が排気上死点よりも遅角側に設定されていると、吸気行程においても排気弁１５が開弁している期間が長くなり、一旦排気された排ガスが燃焼室５内に返戻されて内部ＥＧＲガスとして機能することになる（排気還流手段）。従って、ここでは、排気弁１５の閉時期が排気上死点よりも遅角側に設定されているか否かを判別することにより、内部ＥＧＲガスが燃焼室５内（吸気系）に導入されているか否かを判別する。
【００４３】ステップＳ１６’の判別結果が偽（Ｎｏ）で内部ＥＧＲガスが導入されていないときには、何もせずに当該ルーチンを抜ける。一方、ステップＳ１６’の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、内部ＥＧＲガスが導入されていると判定された場合には、ステップＳ２０に進み、上記同様に２段混合運転を実施する。つまり、内部ＥＧＲガスが導入されることになると、燃焼室５内に吸入される新気量が相対的に少なくなるために全体としてＡ／Ｆが濃くなることが知られており、故に、内部ＥＧＲガスが導入されている場合においても２段混合運転を実施するようにする。これにより、内部ＥＧＲガスが導入されている場合であっても、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性を良好に確保することができる。
【００４４】なお、ここでは排気弁１５の閉時期を遅角側に設定して内部ＥＧＲガスを導入する場合を説明したが、内部ＥＧＲガスの導入は吸気弁１１の開時期を排気上死点よりも進角側に設定して内部ＥＧＲガスを導入するものであってもよく、また、内部ＥＧＲに限られず外部ＥＧＲを導入するものであってもよい。以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００４５】例えば、上記実施形態では、排気昇温を圧縮Ｓ／Ｌ運転により行うこととしたが（ステップＳ１８）、目標Ａ／Ｆをストイキオとする圧縮ストイキオ運転を行うようにしてもよいし、ややリッチＡ／Ｆ寄りのスライトリッチＡ／Ｆとする圧縮Ｓ／Ｒ運転を行うようにしてもよい。また、排気昇温のために、点火時期リタードを行ってもよいし、吸気行程または圧縮行程で主噴射を行った後の膨張行程中期以降に副噴射を行う２段燃焼運転を行うようにしてもよい。
【００４６】また、上記実施形態では、２段混合運転を行うような状況として、エンジン１を暖機するとき、エアコンコンプレッサ５０を作動させるとき及び目標Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆである期間が所定期間以上継続してブレーキブースタの補助力が不足するときを例に説明したが、アイドル運転時においてエンジン１の負荷が上昇するような状況であれば本発明を適用可能である。
【００４７】また、例えば、リーン雰囲気でＮＯxを吸蔵するとともにリッチ雰囲気で当該吸蔵したＮＯxを放出還元（ＮＯxパージ）するタイプの吸蔵型ＮＯx触媒コンバータを排気管２０に備えるシステムでは、ＮＯxパージを行う際にはＡ／ＦをリッチＡ／Ｆに設定するため、アイドル運転時に当該ＮＯxパージが行われるような場合において上記２段混合を実施するようにしてもよい。
【００４８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置によれば、アイドル運転時、暖機時等のように所定空燃比以下の空燃比（例えば、リッチ空燃比）で内燃機関を運転するときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射するようにしたので、全体として比較的濃い空燃比であっても、圧縮行程で噴射した燃料によって点火栓近傍の混合気を過度にリッチ化させないようにでき、圧縮行程での燃料噴射を継続することで安定した層状燃焼を実現してアイドル回転速度を低く維持することができ、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性を確保することができる。
【００４９】また、請求項２の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置によれば、アイドル運転時、内燃機関が冷態にあるとき、内燃機関の駆動力により作動するエアコンを作動させたとき或いはリーン空燃比運転が所定期間以上継続したときのようにリーン空燃比が制限されるときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射するようにしたので、全体として比較的濃い空燃比であっても、圧縮行程で噴射した燃料によって点火栓近傍の混合気を過度にリッチ化させないようにでき、圧縮行程での燃料噴射を継続することで安定した層状燃焼を実現してアイドル回転速度を低く維持することができ、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性を確保することができる。
【００５０】また、請求項３の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置によれば、アイドル運転時、排気の一部（ＥＧＲガス）が吸気系に還流され、相対的に新気量が少なくなって全体として空燃比が濃くなったときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射するようにしたので、全体として比較的濃い空燃比であっても、圧縮行程で噴射した燃料によって点火栓近傍の混合気を過度にリッチ化させないようにでき、圧縮行程での燃料噴射を継続することで安定した層状燃焼を実現してアイドル回転速度を低く維持することができ、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性を確保することができる。
【００５１】また、請求項４の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置によれば、実験結果に基づき、分割噴射の吸気行程と圧縮行程との分割比率を略６対４として圧縮行程での燃料噴射量を少なめに抑えるようにしたので、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性を良好に確保することができる。また、請求項５の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置によれば、分割噴射の分割比率を内燃機関の回転変動に応じて補正するようにしたので、分割噴射の吸気行程と圧縮行程との分割比率を常に適正なものとしてアイドル回転の変動を効率よく最小限に抑えるようにでき、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性を良好に確保することができる。
【００５２】また、請求項６の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置によれば、アイドル運転時、触媒コンバータの昇温が要求されるときには、分割噴射に優先して、空燃比が理論空燃比近傍となるよう燃料を圧縮行程中に噴射するようにしたので、分割噴射に妨げられることもなくＣＯと酸素とを同時に良好に排気通路に排出でき、これらＣＯと酸素との反応熱によって触媒コンバータの早期活性化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両に搭載された本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るアイドル運転制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施例に係るアイドル運転制御の制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。
【図４】吸気行程と圧縮行程での分割噴射の分割比率とアイドル回転の変動との関係を実測値に基づき示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン（筒内噴射型火花点火式内燃機関）
５ 燃焼室
６ 燃料噴射弁
１１ 吸気弁
１４ 排気マニホールド
１５ 排気弁
１８ スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）
３０ 三元触媒コンバータ
４０ 可変バルブタイミング機構
５０ エアコンコンプレッサ
６０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
６２ 水温センサ
６４ クランク角センサ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置に係り、詳しくは、筒内噴射型火花点火式４サイクル内燃機関のアイドル運転時における燃料噴射制御技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有した筒内噴射型火花点火式内燃機関では、アイドル運転時において、通常は空燃比がリーン空燃比となるよう燃料を圧縮工程中に噴射するようにしてアイドル安定性と燃費の向上を図っている。一方、アイドル運転時であっても、内燃機関（エンジン）が冷態にあるとき、エンジンの駆動力によってエアコンのコンプレッサが作動させられるとき或いはリーン空燃比運転が所定期間以上継続したとき等にあっては、空燃比をリッチ空燃比寄りに設定するとともに燃料を吸気行程中に噴射して均一混合燃焼を行うようにし、これにより、エンジンの暖機、出力の向上或いはブレーキブースタの負圧確保等の要求を満たすようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のように空燃比をリッチ空燃比寄りに設定し、均一混合燃焼を行うようにしても、アイドル運転時のように燃料噴射量が少なく且つ吸入空気量が少ないような運転領域では、筒内流動が小さいことも相俟って十分な混合気が生成されず、アイドル安定性が確保されないという問題がある。
【０００４】特に、アイドル運転時において排気清浄化のために排気還流（内部ＥＧＲを含むＥＧＲ）を行う場合があるが、このような場合には新気量が少なくなるため、上記問題は顕著なものとなる。このようなことから、通常、アイドル運転時において暖機等の要求がある場合やＥＧＲを行う場合には、アイドル回転速度を高く設定し、アイドル安定性を確保するようにしている。
【０００５】しかしながら、このようにアイドル回転速度を高く設定するようにすると、アイドル運転であるにも拘わらずエンジン回転速度が高くなるために、アイドルフィーリングが悪化したり、或いは、エンジン回転速度を上昇させる分だけ燃料噴射量が増加するために燃費が悪化するという新たな問題が生じ好ましいことではない。
【０００６】本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、アイドル運転時においてアイドル安定性を確保でき且つ燃費の悪化を防止可能な筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、該燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、アイドル運転時、所定空燃比以下の空燃比で運転するときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射することを特徴としている。
【０００８】即ち、アイドル運転時、通常は空燃比がリーン空燃比となるようにして燃料が圧縮行程で噴射されてアイドル安定性と燃費の向上が図られるが、暖機時等のように所定空燃比以下の空燃比（例えば、リッチ空燃比）で内燃機関を運転するときには、燃料が吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射されることになり、全体として比較的濃い空燃比であっても、圧縮行程で噴射した燃料によって点火栓近傍の混合気が過度にリッチ化されてしまうことが防止される。
【０００９】これにより、アイドル運転時、所定空燃比以下の空燃比（例えば、リッチ空燃比）で内燃機関を運転するときであっても、圧縮行程での燃料噴射を継続することで安定した層状燃焼が実現され、アイドル回転速度を低く維持することが可能となり、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性が確保される。また、請求項２の発明では、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、該燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、アイドル運転時、内燃機関が冷態にあるとき、内燃機関の駆動力により作動するエアコンを作動させたとき及びリーン空燃比運転が所定期間以上継続したときの少なくともいずれかのときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射することを特徴としている。
【００１０】即ち、アイドル運転時、通常は空燃比がリーン空燃比となるようにして燃料が圧縮行程で噴射されてアイドル安定性と燃費の向上が図られるが、内燃機関が冷態にあるとき、内燃機関の駆動力により作動するエアコンを作動させたとき或いはリーン空燃比運転が所定期間以上継続したときのようにリーン空燃比が制限されるときには、燃料が吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射されることになり、全体として比較的濃い空燃比であっても、圧縮行程で噴射した燃料によって点火栓近傍の混合気が過度にリッチ化されることが抑制される。
【００１１】これにより、アイドル運転時、リーン空燃比が制限されるときであっても、圧縮行程での燃料噴射を継続することで安定した層状燃焼が実現され、アイドル回転速度を低く維持することが可能となり、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性が確保される。また、請求項３の発明では、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、該燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置において、内燃機関からの排気の一部を吸気系に還流させる排気還流手段を備え、前記燃料噴射制御手段は、アイドル運転時、前記排気還流手段により排気の一部が吸気系に還流されるときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射することを特徴としている。
【００１２】即ち、アイドル運転時、通常は空燃比がリーン空燃比となるようにして燃料が圧縮行程で噴射されてアイドル安定性と燃費の向上が図られるが、排気の一部（ＥＧＲガス）が吸気系に還流され、相対的に新気量が少なくなって全体として空燃比が濃くなったときには、燃料が吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射されることになり、圧縮行程で噴射した燃料によって点火栓近傍の混合気が過度にリッチ化されてしまうことが防止される。
【００１３】これにより、アイドル運転時、排気の一部（ＥＧＲガス）が吸気系に還流されて空燃比が濃くなるときであっても、圧縮行程での燃料噴射を継続することで安定した層状燃焼が実現され、アイドル回転速度を低く維持することが可能となり、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性が良好に確保される。また、請求項４の発明では、前記分割噴射の吸気行程と圧縮行程との分割比率は略６対４であることを特徴としている。
【００１４】即ち、発明者の実験によれば、筒内噴射型火花点火式内燃機関の場合、圧縮行程での燃料噴射量を少なめに抑え、吸気行程と圧縮行程での分割噴射の分割比率を略６対４にするとアイドル回転の変動を最小限に抑えられることが分かり（図４参照）、故に、吸気行程と圧縮行程での分割噴射の分割比率を略６対４に設定することで、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性が良好に確保される。
【００１５】また、請求項５の発明では、前記分割噴射の分割比率は内燃機関の回転変動に応じて補正されることを特徴としている。従って、吸気行程と圧縮行程での分割噴射の分割比率が常に適正なものとされてアイドル回転の変動が効率よく最小限に抑えられ、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性が良好に確保される。
【００１６】また、請求項６の発明では、内燃機関は排気通路に排気浄化用の触媒コンバータを有し、前記燃料噴射制御手段は、アイドル運転時、前記触媒コンバータの昇温が要求されるときには、前記分割噴射に優先して、空燃比が理論空燃比近傍となるよう燃料を圧縮行程中に噴射することを特徴としている。即ち、アイドル運転時、触媒コンバータが未だ活性状態になく、触媒コンバータの昇温が要求されるときには、分割噴射に妨げられることなく触媒コンバータの昇温が優先実施されることになり、空燃比が理論空燃比近傍となるよう燃料が圧縮行程中にのみ噴射されてＣＯと酸素とが同時に良好に排気通路に排出され、これらＣＯと酸素との反応熱によって触媒コンバータの早期活性化が図られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置の概略構成図が示されており、以下、当該制御装置の構成を説明する。
【００１８】内燃機関（以下、エンジン）１としては、例えば、燃料噴射モードを吸気行程噴射モード或いは圧縮行程噴射モードに切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射）を実施可能な筒内噴射型火花点火式４サイクル４気筒ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン１は、上記燃料噴射モードの切換えと空燃比制御とにより、容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）を実現可能である。
【００１９】同図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式のインジェクタ（燃料噴射弁）６が取り付けられており、これにより、燃料を燃焼室内に直接噴射可能である。点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。また、インジェクタ６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料をインジェクタ６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料をインジェクタ６から燃焼室内に向けて所定の燃圧で噴射可能である。
【００２０】シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポート９が形成されており、各吸気ポート９の燃焼室５側には、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト１２のカム１２ａに倣って開閉作動し、各吸気ポート９と燃焼室５との連通と遮断とを行う吸気弁１１がそれぞれ設けられている。そして、各吸気ポート９には吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されており、吸気マニホールド１０には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１７が設けられている。スロットル弁１７近傍には、スロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１８が設けられており、ＴＰＳ１８にはアイドルスイッチ（アイドルＳＷ）が併設されている。
【００２１】さらに、吸気マニホールド１０のスロットル弁１７よりも上流部分には、吸入空気量を検出するため、圧力依存型のカルマン渦式のエアフローセンサ１９が設けられている。また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポート１３が形成されており、各排気ポート１３の燃焼室５側には、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト１６のカム１６ａに倣って開閉作動し、各排気ポート１３と燃焼室５との連通と遮断とを行う排気弁１５がそれぞれ設けられている。そして、各排気ポート１３には排気マニホールド１４の一端がそれぞれ接続されている。
【００２２】排気マニホールド１４の他端には排気管２０が接続されており、排気管２０には、ストイキオ近傍においてＨＣ、ＣＯ、ＮＯxを高効率で浄化可能な三元触媒コンバータ３０が介装されている。また、排気管２０の三元触媒コンバータ３０の直上流部分には、排気中の酸素濃度ひいては排気空燃比を検出するＯ2センサ２２が設けられており、三元触媒コンバータ３０には触媒温度を検出する高温センサ３２が設けられている。
【００２３】また、シリンダヘッド２には、カム１２ａやカム１６ａを進角或いは遅角操作することで吸気弁１１や排気弁１５の開閉時期を可変させる可変バルブタイミング機構４０が設けられている。さらに、エンジン１のクランクシャフト３には、エアコンディショナ（図示せず）の冷媒を圧縮するためのエアコンコンプレッサ５０が駆動ベルト５２を介して接続されている。
【００２４】ＥＣＵ６０は、入出力装置、記憶装置、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ６０により、エンジン１の総合的な制御が行われる。ＥＣＵ６０の入力側には、上記ＴＰＳ１８、エアフローセンサ１９、Ｏ2センサ２２、高温センサ３２等の他、エンジン１の冷却水温度Ｔwを検出する水温センサ６２やクランク角を検出するクランク角センサ６４等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。なお、クランク角センサ６４からはエンジン回転速度Ｎeが検出される。
【００２５】一方、ＥＣＵ６０の出力側には、上記インジェクタ６、点火コイル８、スロットル弁１７、可変バルブタイミング機構４０、エアコンコンプレッサ５０等の各種出力デバイスが接続されており、インジェクタ６、点火コイル８、スロットル弁１７には、上記各種検出情報に基づき選択された燃料噴射モード及び各種センサ類からの検出情報に応じて求められた燃焼空燃比等に基づいて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、スロットル開度の各信号がそれぞれ出力される。これにより、インジェクタ６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され（燃料噴射制御手段）、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施され、スロットル開度が適正な開度に制御される。また、可変バルブタイミング機構４０に適正なバルブタイミング指令が供給され、エアコンコンプレッサ５０にエアコンスイッチ（図示せず）の操作等に応じてエアコン作動指令が供給される。
【００２６】以下、このように構成された本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置の作用を説明する。図２を参照すると、本発明に係るアイドル運転制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに基づき説明する。ステップＳ１０では、アイドル条件が成立したか否かを判別する。ここでは、アイドルＳＷからの情報に基づき、アイドルＳＷがオン（アイドル運転状態）か否かを検出する。判別結果が偽（Ｎｏ）でアイドル条件が成立していない場合には何もせずに当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）でアイドル条件が成立し、エンジン１がアイドル運転状態にあると判定された場合には、次にステップＳ１２に進む。
【００２７】ステップＳ１２では、エンジン１の運転状態に応じて燃焼空燃比（目標Ａ／Ｆ）を設定する。通常、当該筒内噴射型のエンジン１では、エンジン１がアイドル運転状態にあるときには、アイドル安定性及び燃費の向上を図るべく圧縮行程噴射を行うようにしており、目標Ａ／ＦはリーンＡ／Ｆに設定される。一方、水温センサ６２からの情報に基づきエンジン１が冷態状態にある場合には、エンジン１を暖機すべく目標Ａ／Ｆはリーン化が制限されてリッチＡ／Ｆ寄りに設定される。また、ＥＣＵ６０からの指令によりエアコンコンプレッサ５０が作動している場合にも、エアコンコンプレッサ５０の負荷に対応して出力トルクを確保すべく目標Ａ／Ｆはリーン化が制限されてリッチＡ／Ｆ寄りに設定される。さらに、目標Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆであるときには、スロットル弁１７の開度が大きく開弁され、吸気負圧が大気圧に近づいて補助ブレーキ装置であるブレーキブースタ（図示せず）の負圧が確保されないことから、目標Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆである期間が所定期間以上継続したときのようにブレーキブースタの補助力が不足する場合にも、目標Ａ／Ｆはリーン化が制限されてリッチＡ／Ｆ寄りに設定され、スロットル弁１７の開度が小さくされる。
【００２８】目標Ａ／Ｆが設定されたら、ステップＳ１４において、排気昇温の要求があるか否かを判別する。即ち、三元触媒コンバータ３０は活性温度（例えば、３００℃）にならないと十分に浄化性能を発揮できないため、三元触媒コンバータ３０が活性温度に達していない場合には排気昇温により三元触媒コンバータ３０の活性化を促進するようにしており、ここでは三元触媒コンバータ３０の活性化のために排気昇温が必要か否かを判別する。具体的には、高温センサ３２からの触媒温度情報に基づき、触媒温度が活性温度（例えば、３００℃）未満であるか否かを判別する。
【００２９】ステップＳ１４の判別結果が偽（Ｎｏ）で、三元触媒コンバータ３０の温度が活性温度（例えば、３００℃）以上であり、排気昇温の必要がないと判定された場合には、次にステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、上記のように設定した目標Ａ／Ｆが所定空燃比（例えば、値１８）以下であるか否かを判別する。ここに、所定空燃比（例えば、値１８）は、圧縮行程噴射による燃焼限界（下限値）を示している。判別結果が偽（Ｎｏ）で、目標Ａ／Ｆが所定空燃比（例えば、値１８）よりも大きいと判定された場合には、圧縮行程噴射による運転が可能であるので、ステップＳ１８に進み、圧縮行程噴射にて燃料を噴射する圧縮リーン運転を行う。つまり、通常のアイドル運転を行う。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、目標Ａ／Ｆが所定空燃比（例えば、値１８）以下と判定された場合には、ステップＳ２０に進む。
【００３０】なお、上述したエンジン１を暖機するときや、エアコンコンプレッサ５０を作動させたとき、或いは目標Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆである期間が所定期間以上継続したときのようにブレーキブースタの補助力が不足するときには、通常は目標Ａ／Ｆは所定空燃比（例えば、値１８）以下の設定となるため、当該Ａ／Ｆ判別に代えて、エンジン１が暖機中であるか否か、エアコンコンプレッサ５０が作動中であるか否か或いは目標Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆである期間が所定期間以上継続したか否かを判別するようにしてもよい。
【００３１】ステップＳ２０では、目標Ａ／Ｆが所定空燃比（例えば、値１８）以下であることを受けて２段混合運転を行う。つまり、燃料噴射時期を吸気行程と圧縮行程とに分け、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射を行うようにし、燃料と空気とが２段階で混合するようにする。このように燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射を行うようにすると、圧縮行程噴射だけでは燃焼限界領域にあって点火プラグ４周りの混合気が過度にリッチ化して燃焼が成立しないような場合であっても、圧縮行程で噴射できない分を吸気行程で噴射することで、通常のアイドル運転時と同様に圧縮行程噴射を実施することが可能となる。
【００３２】即ち、圧縮行程で燃料を噴射すると燃料は層状燃焼することになるのであるが、この層状燃焼は吸気行程噴射による均一混合に比べて燃料量が少ない場合であっても安定した燃焼を実現可能であるため、吸気行程噴射とともに圧縮行程噴射を実施することにより、吸気行程噴射のみによって均一混合だけを行う場合よりも安定したアイドル運転を実現することが可能となる。
【００３３】これにより、吸気行程噴射のみによって均一混合だけを行う場合にはアイドル回転速度の安定化のために目標アイドル回転速度を高く設定せざるを得ず、その分だけ余計に燃料を消費することになるのであるが、そのような余計な燃料を供給しなくてもよくなり、目標アイドル回転速度を比較的低く抑えることで燃費の悪化が防止される。
【００３４】ここに、２段混合運転を行う場合、吸気行程と圧縮行程でそれぞれ噴射する燃料の分割比率は、吸気行程噴射６に対し圧縮行程噴射４（６：４）近傍の比率として圧縮行程での燃料噴射量を少なめに抑えるのがよい。つまり、図４を参照すると吸気行程と圧縮行程での分割噴射の分割比率とアイドル回転の変動との関係が実測値に基づき示されているが、同図に示すように、目標Ａ／Ｆによらず吸気行程と圧縮行程との分割比率が略６：４でアイドル回転の変動が最小限に抑えられており、これより吸気行程と圧縮行程での分割噴射の分割比率をここでは略６：４に設定する。
【００３５】これにより、エンジン１が冷態状態にある場合、エアコンコンプレッサ５０が作動している場合或いは目標Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆである期間が所定期間以上継続してブレーキブースタの補助力が不足する場合のように、リーンＡ／Ｆが制限されて目標Ａ／ＦがリッチＡ／Ｆ寄りに設定されるような場合であっても、上記２段混合運転を行うことにより、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性を良好に確保することができる。
【００３６】なお、このように２段混合運転を行うと、目標アイドル回転速度が比較的低く抑えられることになるが、このときの目標Ａ／Ｆは所定空燃比（例えば、値１８）以下であるので、吸気行程で噴射した燃料の燃焼と合わせると発生する熱量は圧縮リーン運転時に比べれば多く、故に、エンジン１の冷態時にあってはエンジン１の暖機を十分に実施することができ、エアコンコンプレッサ５０の作動時にあっては十分な出力トルクを確保することができる。この場合、発生する熱量や出力トルクが足りないような場合には、アイドル安定性を損なわない範囲で吸気行程噴射する燃料の比率を適宜増加させてやればよい。
【００３７】２段混合運転を実施したら、次にステップＳ２２において、クランク角センサ６４からの情報に基づきエンジン回転速度Ｎeの回転変動ΔＮeが所定値Ｘ1より大であるか否かを判別する。つまり、上記のように吸気行程と圧縮行程との分割比率を略６：４として燃料噴射を行ったにも拘わらずアイドル回転が大きく変動していないか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には何もせず当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）、即ち回転変動ΔＮeが所定値Ｘ1より大であってアイドル回転が大きく変動している場合には、何らかの要因によって吸気行程と圧縮行程との分割比率が適正でない状況と考えられ、ステップＳ２４に進む。
【００３８】ステップＳ２４では、アイドル回転の変動を抑えるべく吸気行程と圧縮行程との分割比率を変更する。この分割比率の変更は、ステップＳ２２の判別において回転変動ΔＮeが所定値Ｘ1以下となり、判別結果が偽（Ｎｏ）となってアイドル回転が安定するまで実施される。これにより、吸気行程と圧縮行程との分割比率が常に適正なものとなり、アイドル回転の変動が効率よく常に最小限に抑えられる。なお、ステップＳ２２で変更された分割比率は学習値として記憶されて以降使用される。
【００３９】ところで、上記ステップＳ１４の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、三元触媒コンバータ３０の温度が活性温度（例えば、３００℃）未満であり、排気昇温の要求があると判定された場合には、ステップＳ２６に進み、例え目標Ａ／Ｆが所定空燃比（例えば、値１８）以下で２段混合運転を実施すべき状況であっても、当該２段混合運転に優先して排気昇温を実施する。ここでは、圧縮行程噴射を行うとともに目標Ａ／ＦをストイキオよりもややリーンＡ／Ｆ寄りのスライトリーンＡ／Ｆ（Ｓ／Ｌ空燃比、理論空燃比近傍）として圧縮Ｓ／Ｌ運転を実施する。
【００４０】圧縮Ｓ／Ｌ運転を行うと、点火プラグ４周りの空燃比が局所的に濃くなるためにＣＯが多く生起され、当該ＣＯと燃焼室５の周縁の酸素とが燃焼室５内や排気ポート１３内で反応して発熱することになり、これにより排気昇温が実現される。これにより、２段混合運転に妨げられることなく三元触媒コンバータ３０の早期活性化が図られる。
【００４１】次に、他の実施例について説明する。なお、当該他の実施例では上記図２のフローチャートに対してステップＳ１６をステップＳ１６’に変えただけであり、ここでは上記図２のフローチャートと異なる部分についてのみ説明する。ステップＳ１４の判別結果が偽（Ｎｏ）で排気昇温の要求がないと判定された場合には、ステップＳ１６’において排気弁１５の閉時期が可変バルブタイミング機構４０によって遅角側に設定されているか否かを判別する。
【００４２】可変バルブタイミング機構４０によって排気弁１５の閉時期が排気上死点よりも遅角側に設定されていると、吸気行程においても排気弁１５が開弁している期間が長くなり、一旦排気された排ガスが燃焼室５内に返戻されて内部ＥＧＲガスとして機能することになる（排気還流手段）。従って、ここでは、排気弁１５の閉時期が排気上死点よりも遅角側に設定されているか否かを判別することにより、内部ＥＧＲガスが燃焼室５内（吸気系）に導入されているか否かを判別する。
【００４３】ステップＳ１６’の判別結果が偽（Ｎｏ）で内部ＥＧＲガスが導入されていないときには、何もせずに当該ルーチンを抜ける。一方、ステップＳ１６’の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、内部ＥＧＲガスが導入されていると判定された場合には、ステップＳ２０に進み、上記同様に２段混合運転を実施する。つまり、内部ＥＧＲガスが導入されることになると、燃焼室５内に吸入される新気量が相対的に少なくなるために全体としてＡ／Ｆが濃くなることが知られており、故に、内部ＥＧＲガスが導入されている場合においても２段混合運転を実施するようにする。これにより、内部ＥＧＲガスが導入されている場合であっても、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性を良好に確保することができる。
【００４４】なお、ここでは排気弁１５の閉時期を遅角側に設定して内部ＥＧＲガスを導入する場合を説明したが、内部ＥＧＲガスの導入は吸気弁１１の開時期を排気上死点よりも進角側に設定して内部ＥＧＲガスを導入するものであってもよく、また、内部ＥＧＲに限られず外部ＥＧＲを導入するものであってもよい。以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００４５】例えば、上記実施形態では、排気昇温を圧縮Ｓ／Ｌ運転により行うこととしたが（ステップＳ１８）、目標Ａ／Ｆをストイキオとする圧縮ストイキオ運転を行うようにしてもよいし、ややリッチＡ／Ｆ寄りのスライトリッチＡ／Ｆとする圧縮Ｓ／Ｒ運転を行うようにしてもよい。また、排気昇温のために、点火時期リタードを行ってもよいし、吸気行程または圧縮行程で主噴射を行った後の膨張行程中期以降に副噴射を行う２段燃焼運転を行うようにしてもよい。
【００４６】また、上記実施形態では、２段混合運転を行うような状況として、エンジン１を暖機するとき、エアコンコンプレッサ５０を作動させるとき及び目標Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆである期間が所定期間以上継続してブレーキブースタの補助力が不足するときを例に説明したが、アイドル運転時においてエンジン１の負荷が上昇するような状況であれば本発明を適用可能である。
【００４７】また、例えば、リーン雰囲気でＮＯxを吸蔵するとともにリッチ雰囲気で当該吸蔵したＮＯxを放出還元（ＮＯxパージ）するタイプの吸蔵型ＮＯx触媒コンバータを排気管２０に備えるシステムでは、ＮＯxパージを行う際にはＡ／ＦをリッチＡ／Ｆに設定するため、アイドル運転時に当該ＮＯxパージが行われるような場合において上記２段混合を実施するようにしてもよい。
【００４８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置によれば、アイドル運転時、暖機時等のように所定空燃比以下の空燃比（例えば、リッチ空燃比）で内燃機関を運転するときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射するようにしたので、全体として比較的濃い空燃比であっても、圧縮行程で噴射した燃料によって点火栓近傍の混合気を過度にリッチ化させないようにでき、圧縮行程での燃料噴射を継続することで安定した層状燃焼を実現してアイドル回転速度を低く維持することができ、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性を確保することができる。
【００４９】また、請求項２の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置によれば、アイドル運転時、内燃機関が冷態にあるとき、内燃機関の駆動力により作動するエアコンを作動させたとき或いはリーン空燃比運転が所定期間以上継続したときのようにリーン空燃比が制限されるときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射するようにしたので、全体として比較的濃い空燃比であっても、圧縮行程で噴射した燃料によって点火栓近傍の混合気を過度にリッチ化させないようにでき、圧縮行程での燃料噴射を継続することで安定した層状燃焼を実現してアイドル回転速度を低く維持することができ、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性を確保することができる。
【００５０】また、請求項３の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置によれば、アイドル運転時、排気の一部（ＥＧＲガス）が吸気系に還流され、相対的に新気量が少なくなって全体として空燃比が濃くなったときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射するようにしたので、全体として比較的濃い空燃比であっても、圧縮行程で噴射した燃料によって点火栓近傍の混合気を過度にリッチ化させないようにでき、圧縮行程での燃料噴射を継続することで安定した層状燃焼を実現してアイドル回転速度を低く維持することができ、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性を確保することができる。
【００５１】また、請求項４の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置によれば、実験結果に基づき、分割噴射の吸気行程と圧縮行程との分割比率を略６対４として圧縮行程での燃料噴射量を少なめに抑えるようにしたので、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性を良好に確保することができる。また、請求項５の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置によれば、分割噴射の分割比率を内燃機関の回転変動に応じて補正するようにしたので、分割噴射の吸気行程と圧縮行程との分割比率を常に適正なものとしてアイドル回転の変動を効率よく最小限に抑えるようにでき、燃費の悪化を防止しながらアイドル安定性を良好に確保することができる。
【００５２】また、請求項６の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置によれば、アイドル運転時、触媒コンバータの昇温が要求されるときには、分割噴射に優先して、空燃比が理論空燃比近傍となるよう燃料を圧縮行程中に噴射するようにしたので、分割噴射に妨げられることもなくＣＯと酸素とを同時に良好に排気通路に排出でき、これらＣＯと酸素との反応熱によって触媒コンバータの早期活性化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両に搭載された本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るアイドル運転制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施例に係るアイドル運転制御の制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。
【図４】吸気行程と圧縮行程での分割噴射の分割比率とアイドル回転の変動との関係を実測値に基づき示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン（筒内噴射型火花点火式内燃機関）
５ 燃焼室
６ 燃料噴射弁
１１ 吸気弁
１４ 排気マニホールド
１５ 排気弁
１８ スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）
３０ 三元触媒コンバータ
４０ 可変バルブタイミング機構
５０ エアコンコンプレッサ
６０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
６２ 水温センサ
６４ クランク角センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、該燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、アイドル運転時、所定空燃比以下の空燃比で運転するときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射することを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項２】 燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、該燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、アイドル運転時、内燃機関が冷態にあるとき、内燃機関の駆動力により作動するエアコンを作動させたとき及びリーン空燃比運転が所定期間以上継続したときの少なくともいずれかのときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射することを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項３】 燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、該燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置において、内燃機関からの排気の一部を吸気系に還流させる排気還流手段を備え、前記燃料噴射制御手段は、アイドル運転時、前記排気還流手段により排気の一部が吸気系に還流されるときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射することを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項４】 前記分割噴射の吸気行程と圧縮行程との分割比率は略６対４であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項５】 前記分割噴射の分割比率は内燃機関の回転変動に応じて補正されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項６】 内燃機関は排気通路に排気浄化用の触媒コンバータを有し、前記燃料噴射制御手段は、アイドル運転時、前記触媒コンバータの昇温が要求されるときには、前記分割噴射に優先して、空燃比が理論空燃比近傍となるよう燃料を圧縮行程中に噴射することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項１】 燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、該燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、アイドル運転時、所定空燃比以下の空燃比で運転するときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射することを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項２】 燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、該燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、アイドル運転時、内燃機関が冷態にあるとき、内燃機関の駆動力により作動するエアコンを作動させたとき及びリーン空燃比運転が所定期間以上継続したときの少なくともいずれかのときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射することを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項３】 燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、該燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えた筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置において、内燃機関からの排気の一部を吸気系に還流させる排気還流手段を備え、前記燃料噴射制御手段は、アイドル運転時、前記排気還流手段により排気の一部が吸気系に還流されるときには、燃料を吸気行程と圧縮行程とに分けて分割噴射することを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項４】 前記分割噴射の吸気行程と圧縮行程との分割比率は略６対４であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項５】 前記分割噴射の分割比率は内燃機関の回転変動に応じて補正されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関の制御装置。
【請求項６】 内燃機関は排気通路に排気浄化用の触媒コンバータを有し、前記燃料噴射制御手段は、アイドル運転時、前記触媒コンバータの昇温が要求されるときには、前記分割噴射に優先して、空燃比が理論空燃比近傍となるよう燃料を圧縮行程中に噴射することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか記載の筒内噴射型火花点火式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２００３−３２８８２０（Ｐ２００３−３２８８２０Ａ）
【公開日】平成１５年１１月１９日（２００３．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００２−１３９０５３（Ｐ２００２−１３９０５３）
【出願日】平成１４年５月１４日（２００２．５．１４）
【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１５年１１月１９日（２００３．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１４年５月１４日（２００２．５．１４）
【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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