JP2006258007A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとを備えたエンジンの始動時において、総燃料量を増加させないで吸気ポートの壁面付着補正を考慮して、排気浄化触媒を暖機する。
【解決手段】 エンジンＥＣＵは、エンジン始動を検知するステップ（Ｓ１００）と、急速触媒暖機が必要であると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、エンジン冷却水温ＴＨＷを検知するステップ（Ｓ１２０）と、ＴＨＷが予め定められたしきい値よりも低いと（Ｓ１３０にてＹＥＳ）、吸気ポートの壁面付着量を推定して（Ｓ１４０）、吸気通路噴射用インジェクタの冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）を算出するステップ（Ｓ１５０）と、冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）を満足するようにＤＩ比率ｒを変更するステップ（Ｓ１６０）と、急速触媒暖機処理を実行するステップ（Ｓ１７０）とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、筒内に向けて燃料を噴射する第１の燃料噴射手段（筒内噴射用インジェクタ）と吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射する第２の燃料噴射手段（吸気通路噴射用インジェクタ）とを備えた内燃機関の制御装置に関し、特に、排気ガス浄化のための触媒を急速に暖機する場合の、内燃機関の制御装置に関する。

機関吸気通路内に燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタと、機関燃焼室内に燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタとを具備し、機関回転数と機関負荷とに基づいて吸気通路噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとの燃料噴射比率を決定する内燃機関が公知である。

このような内燃機関における、始動開始から排気ガスを浄化する触媒を早期に活性化する直噴火花点火式内燃機関の制御装置が、特開平１１−３２４７６５号公報（特許文献１）に開示されている。この直噴火花点火式内燃機関の制御装置は、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、燃焼室内全体に均質な混合気を形成する燃料供給手段と、燃焼室内の混合気に火花点火する点火栓とを備え、所定の機関運転条件のとき、点火実行時に点火栓周りに偏在する混合気層の空燃比がほぼストイキとなるよう燃料噴射弁の圧縮行程中の燃料噴射量と燃料噴射時期および点火栓の点火時期を制御して成層燃焼を行なう直噴火花点火式内燃機関を制御する。この制御装置は、機関の排気通路に配設された排気浄化触媒を昇温すべき条件を判断する昇温条件判断手段と、排気浄化触媒を昇温すべき条件のとき、燃焼室内全体に形成される混合気の空燃比がストイキよりリーンかつ火炎伝播可能な空燃比となるよう燃料供給手段の燃料噴射量を制御するとともに、点火実行時に点火栓周りに偏在する混合気の空燃比がストイキよりリッチとなるよう燃料噴射弁の圧縮行程中の燃料噴射量と燃料噴射時期および点火栓の点火時期を制御して第２の成層燃焼を行なう制御手段とを備える。

この直噴火花点火式内燃機関の制御装置によると、点火栓周りの混合気層の空燃比をストイキよりリッチな空燃比としているので、主燃焼（火花点火による着火とその後の火炎伝播による燃焼）の際に不完全燃焼物（ＣＯ）が生成され、主燃焼後もこのＣＯが燃焼室内に残存する。また、リッチ混合気層の周囲にストイキよりリーンな混合気を形成しているので、この領域には主燃焼後も酸素が残存する。この残存ＣＯと残存酸素とが主燃焼以降の筒内ガス流動によって混合・再燃焼し、排気温度が上昇する。不完全燃焼物（ＣＯ）は、主燃焼の燃焼過程で生成されるものであるから、主燃焼の終了時点において既に高温状態となっており、燃焼室温度が低い状況下であっても、比較的良好に燃焼させることができる。すなわち、生成したＣＯを燃焼室内と触媒上流の排気通路内でほとんど再燃焼させることが可能となる。なお、主燃焼自体でのＣＯ発生量が少ない均質燃焼時に比べると、触媒へのＣＯの流入量が増加する可能性はあるが、触媒のＣＯ転化開始温度はＨＣ転化開始温度よりも低いので、排気エミッションに対する影響は比較的小さい。また、リーン混合気層の空燃比を火炎伝播可能な空燃比としているので、リッチ混合気層とリーン混合気層との境目で未燃ＨＣが発生することはない。また、燃焼室の隅々まで火炎が良好に伝播されるので、燃焼室内の低温領域（クエンチングエリア）を均質燃焼時と変わりのない小さな領域とすることができる。さらに、リーン混合気が燃焼する領域の過剰な酸素を主燃焼後も残存させる形とするので、主燃焼の終了時点における残存酸素の温度も比較的高温となっており、ＣＯの再燃焼がより速やかに進行する。
特開平１１−３２４７６５号公報

上述した特許文献の第４の実施の形態には以下のような構成が記載されている。燃焼室内全体に均質な混合気を形成する燃料供給手段として、吸気通路に設けた燃料噴射弁（吸気ポート噴射用燃料噴射弁）による排気行程もしくは排気行程ないし吸気行程での燃料噴射により燃焼室全体にストイキよりも比較的リーン（希薄）な均質混合気を形成し、筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁を用いて、圧縮行程で燃焼室内に燃料を噴射供給し、点火栓周りにストイキよりも比較的リッチな（燃料濃度の高い）混合気を層状に形成して、燃焼させる。そして、触媒活性化のための成層ストイキ燃焼においては、具体的には、１燃焼サイクルあたりの吸入空気量で略完全燃焼させることができるトータル燃料量（略ストイキ（理論空燃比）を達成するのに必要な燃料重量）のうち、たとえば略５０％ないし略９０％の燃料重量を、吸気ポート噴射用燃料噴射弁で吸気通路内に（排気行程もしくは排気行程ないし吸気行程で）噴射供給し、これにより吸気行程中に燃焼室内全体にストイキよりも比較的リーン（希薄）な均質混合気を形成するとともに、残りの略５０％ないし略１０％の燃料重量を、筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁で燃焼室内に圧縮行程中に噴射供給し、点火栓周りにストイキよりも比較的リッチな（燃料濃度の高い）混合気を層状に形成して燃焼させることが記載されている。すなわち、触媒暖機時においては、筒内燃料噴射弁と吸気通路燃料噴射弁との燃料分担比率は、少なくとも吸気通路燃料噴射弁の方が大きい。

しかしながら、このような筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁（筒内噴射用インジェクタ）と、吸気通路へ燃料を噴射する燃料噴射弁（吸気通路噴射用インジェクタ）とを備えた内燃機関における、排気触媒の早期暖機を実現するためには、このような分担比率が最適なものではない。すなわち、触媒暖機のために最も重要な要因である点火時期について、このような分担比率では十分な遅角を実現できない。

さらに、冷間時においては、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとで燃料噴射を分担している領域においては、筒内における温度上昇の度合いと、吸気ポートにおける温度上昇の度合いとが異なるので、噴射された燃料の壁面付着度合いやピストン上面への付着度合いが異なる。したがって、壁面付着量を考慮して分担比率を決定しなければならない。このようにしないと、目標とする燃料分担比率と、燃焼室内での燃料分担比率と、一致しないで、上述したような燃焼形態を得ることができないで、触媒の早期暖機を実現できない。このような場合、より低温の吸気ポートにおける壁面付着量を増量することになるが、単に吸気通路噴射用インジェクタからの燃料を増量したのでは、総燃料量が増加し、燃費が悪化したり、排気成分が悪化したりする。

また、冷間時においては、吸気ポートにおける壁面付着量分を増量補正するのであるが、増量補正した燃料は、温度の影響を受けなくなると、減量する必要がある。この場合の減量の度合い（減衰率）によっては、上述したような目標とする燃料分担比率と、燃焼室内での燃料分担比率とが一致しないで、上述したような燃焼形態を得ることができないで、触媒の早期暖機を実現できない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段とを備えた内燃機関の始動時における排気浄化触媒の急速暖機を良好に実施するとともに、冷間時の壁面付着を考慮して総燃料量を増加させない、内燃機関の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段と点火装置とを備えた内燃機関を制御する。この内燃機関の排気系には予め定められた温度以上で活性化する排気浄化用の触媒が設けられる。この制御装置は、触媒の暖機要求を検知するための検知手段と、内燃機関に要求される条件に基づいて、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、点火装置を制御するための点火制御手段と、内燃機関の温度を検知するための検知手段とを含む。この制御手段は、燃料噴射が第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とで分担されている場合において、暖機要求が検知されたときに、内燃機関の温度を考慮して、第１の燃料噴射手段の分担の割合を第２の燃料噴射手段の分担の割合と同等以上にするように、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とを制御するための手段を含む。点火制御手段は、暖機要求が検知されたときに、点火時期を遅角するように点火装置を制御するための手段を含む。

第１の発明によると、第１の燃料噴射手段（たとえば筒内噴射用インジェクタ）の分担の割合を第２の燃料噴射手段（たとえば吸気通路噴射用インジェクタ）の分担の割合と同等またはそれより多くなるようにして（たとえば６５％を筒内噴射用インジェクタで分担）、筒内噴射用インジェクタを用いて圧縮行程で燃料を噴射する。このようにすると、吸気通路噴射用インジェクタによる均質混合気（全体として空燃比がリーンな混合気）と、筒内噴射用インジェクタによる成層混合気（点火プラグ周りの空燃比がリッチな混合気）とを燃焼室内に形成させることができる。このとき、特に、筒内噴射用インジェクタの比率の方が同等か高いので、点火プラグ周りの混合気の空燃比をよりリッチにできる。さらに、その成層混合気の周りは均質な混合気であるので、火炎の伝播が良好な状態にできる。すなわち、燃料噴霧状態において、点火プラグ周りの空燃比がリッチな混合気層と、均質混合気層との境目においても、燃料の拡散によって空燃比が希薄になる領域が部分的に発生しなくなり、このような領域がないので火炎が伝播しやすく、未燃燃料（ＨＣ）が発生しにくい。このような状態においては、点火時期を大きく遅角させることができ、排気温度を容易に上昇させることができる。これは、点火プラグ周りの混合気層の空燃比がストイキよりもリッチな空燃比としているので、主燃焼（点火プラグによる火花点火による着火とその後の火炎伝播による燃焼）の際に不完全燃焼物（ＣＯ）が生成され、主燃焼後もこのＣＯが燃焼室内に残存する。この空燃比がリッチ混合気層の周囲にある、空燃比がリーンな均質混合層には、この主燃焼後も酸素が残存する。この残存ＣＯと残存酸素とが主燃焼以降の筒内ガス流動によって混合して再燃焼することにより、排気温度が上昇すると考えられる。排気温度の上昇により、始動開始から触媒が活性化するまでの間における大気中へのＨＣの排出を抑制しながら、触媒を急速に暖機して、触媒を早期に活性化することができる。内燃機関の温度が低い冷間始動時において、このような暖機運転が行なわれることになるのであるが、このときに、筒内噴射用インジェクタは高温の筒内に直接燃料を噴射するので霧化は良好である。一方、吸気通路噴射用インジェクタは低温の吸気ポートに燃料を噴射するので霧化は良好ではない。すなわち、吸気ポートの壁面に燃料が付着して霧化の状態が悪い。このような場合に、通常は、吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射量に壁面付着量を加算して吸気ポートに燃料を噴射する（増量補正）。このため、総燃料量（筒内噴射用インジェクタの燃料量と壁面付着量が加算された吸気通路噴射用インジェクタの燃料量との合計）が増加してしまい、燃費の悪化や排気成分の悪化が発生する。第１の発明においては、内燃機関の温度が低いほど、筒内噴射用インジェクタの分担比率を下げて吸気通路噴射用インジェクタの分担比率を上げて、吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射量を増加させることにより、壁面付着分を考慮して燃料を噴射する。分担比率を変更しているだけであって、総燃料量が変化しないので、燃費の悪化や排気成分の悪化を回避できる。その結果、筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段とを備えた内燃機関の始動時における排気浄化触媒の急速暖機を良好に実施するとともに、冷間時の壁面付着を考慮して総燃料量を増加させない、内燃機関の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１の発明の構成に加えて、内燃機関の温度に基づいて、第２の燃料噴射手段により吸気通路内に噴射された燃料の壁面付着量を算出するための算出手段をさらに含む。制御手段は、壁面付着量を考慮して、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とを制御するための手段を含む。

第２の発明によると、内燃機関の温度に基づいて算出手段により壁面付着量が算出される。この壁面付着量を考慮して、筒内噴射用インジェクタの分担比率を下げて吸気通路噴射用インジェクタの分担比率を上げて、総燃料量を増加させないで、壁面付着量に対応する分だけ、吸気通路噴射用インジェクタから噴射される燃料量を増加させることができる。

第３の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第２の発明の構成に加えて、制御手段は、壁面付着量を考慮して第２の燃料噴射手段の分担の割合を上げて、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段の分担の割合を変更するための手段を含む。

第３の発明によると、壁面付着量を考慮して、筒内噴射用インジェクタの分担比率を下げて吸気通路噴射用インジェクタの分担比率を上げて、総燃料量を増加させないで、壁面付着量に対応する分だけ、吸気通路噴射用インジェクタから噴射される燃料量を増加させることができる。

第４の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第２の発明の構成に加えて、制御手段は、壁面付着量に対応させて第２の燃料噴射手段による燃料噴射量を増量補正して第２の燃料噴射手段の分担の割合を上げて、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段の分担の割合を変更するための手段を含む。

第４の発明によると、壁面付着量の分だけ増加するように吸気通路噴射用インジェクタの分担比率を上げる（相対的に筒内噴射用インジェクタの分担比率は下がる）。これにより、総燃料量を増加させないで、壁面付着量に対応する分だけ、吸気通路噴射用インジェクタから噴射される燃料量を増加させることができる。

第５の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第２〜４のいずれかの発明の構成に加えて、制御手段は、壁面付着量を考慮した場合であっても、第１の燃料噴射手段からの燃料噴射量と第２の燃料噴射手段からの燃料噴射量の合計が、壁面付着量を考慮しない場合に比べて少ないように、第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段とを制御するための手段を含む。

第５の発明によると、壁面付着量を考慮して、筒内噴射用インジェクタの分担比率を下げて吸気通路噴射用インジェクタの分担比率を上げる。これにより、壁面付着量に対応する分だけ、吸気通路噴射用インジェクタから噴射される燃料量を増加させることができるとともに、総燃料量が増加しない。

第６の発明に係る内燃機関の制御装置は、第４の発明の構成に加えて、内燃機関の温度に基づいて、増量補正された第２の燃料噴射手段の燃料噴射量を減衰させるための減量手段をさらに含む。

第６の発明によると、内燃機関の温度が上昇してくると吸気通路噴射用インジェクタから噴射される燃料量の増加補正分を元に戻す必要がある。このときに、内燃機関の温度により、増加補正分の減衰率（たとえば、単位時間あたりの減量の度合い）を決定して、触媒が急速に暖機されるのに適した比率を維持しながら、増量補正分を元に戻すことができる。

第７の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第６の発明の構成に加えて、減量手段は、増量補正された燃料噴射量を、内燃機関の温度が高いほど急峻に減衰させるための手段を含む。

第７の発明によると、内燃機関の温度が高いほど（内燃機関の温度上昇の度合いが高いほどでもよい）、吸気ポートの壁面付着量を考慮する必要が小さくなる。このため、内燃機関の温度が高いほど、増量補正された燃料噴射量を急峻に減衰させて元の状態に戻すことができる。

第８の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第６の発明の構成に加えて、減量手段は、増量補正された燃料噴射量を、内燃機関の温度が低いほど緩慢に減衰させるための手段を含む。

第８の発明によると、内燃機関の温度が低いほど（内燃機関の温度上昇の度合いが低いほどでもよい）、吸気ポートの壁面付着量を考慮する必要が大きい状態である時間が長い。このため、内燃機関の温度が低いほど、増量補正された燃料噴射量を緩慢に減衰させて元の状態に戻して、所望の燃焼形態を実現して、触媒の急速な暖機を実現できる。

第９の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第６〜８のいずれかの発明の構成に加えて、減量手段は、増量補正された燃料噴射量を、第２の燃料噴射手段の燃料噴射量から減量するための手段を含む。

第９の発明によると、増量補正された方の吸気通路噴射用インジェクタからのみ減量して元の状態に戻すことができる。

第１０の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第６〜８のいずれかの発明の構成に加えて、減量手段は、増量補正された燃料噴射量を、第１の燃料噴射手段の燃料噴射量および第２の燃料噴射手段の燃料噴射量から減量するための手段を含む。

第１０の発明によると、増量補正された方の吸気通路噴射用インジェクタおよび筒内噴射用インジェクタの双方から、分担比率を考慮して減量して元の状態に戻すことができる。

第１１の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第６〜８のいずれかの発明の構成に加えて、減量手段は、増量補正された燃料噴射量を、増量補正前における第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段の分担の割合を維持するように、減量するための手段を含む。

第１１の発明によると、増量補正された方の吸気通路噴射用インジェクタおよび筒内噴射用インジェクタの双方から、増量補正前における分担比率を維持しながら減量して元の状態に戻すことができる。

第１２の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第６〜８のいずれかの発明の構成に加えて、減量手段は、増量補正された燃料噴射量を、増量補正後における第１の燃料噴射手段と第２の燃料噴射手段の分担の割合を維持するように、減量するための手段を含む。

第１２の発明によると、増量補正された方の吸気通路噴射用インジェクタおよび筒内噴射用インジェクタの双方から、増量補正後における分担比率を維持しながら減量して元の状態に戻すことができる。

第１３の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜１２のいずれかの発明の構成に加えて、第１の燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、第２の燃料噴射手段は、吸気通路用インジェクタである。

第１３の発明によると、第１の燃料噴射手段である筒内噴射用インジェクタと第２の燃料噴射手段である吸気通路噴射用インジェクタとを別個に設けて噴射燃料を分担する内燃機関において、内燃機関の始動時における排気浄化触媒の急速暖機を実行する場合に、冷間時の壁面付着を考慮して総燃料量を増加させない、内燃機関の制御装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置であるエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）で制御されるエンジンシステムの概略構成図を示す。なお、図１には、エンジンとして直列４気筒ガソリンエンジンを示すが、本発明はこのようなエンジンに限定されるものではない。

図１に示すように、エンジン１０は、４つの気筒１１２を備え、各気筒１１２はそれぞれ対応するインテークマニホールド２０を介して共通のサージタンク３０に接続されている。サージタンク３０は、吸気ダクト４０を介してエアクリーナ５０に接続され、吸気ダクト４０内にはエアフローメータ４２が配置されるとともに、電動モータ６０によって駆動されるスロットルバルブ７０が配置されている。このスロットルバルブ７０は、アクセルペダル１００とは独立してエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてその開度が制御される。一方、各気筒１１２は共通のエキゾーストマニホールド８０に連結され、このエキゾーストマニホールド８０は三元触媒コンバータ９０に連結されている。

各気筒１１２に対しては、筒内に向けて燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタ１１０と、吸気ポートまたは／および吸気通路内に向けて燃料を噴射するための吸気通路噴射用インジェクタ１２０とがそれぞれ設けられている。これらインジェクタ１１０、１２０はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。また、各気筒内噴射用インジェクタ１１０は共通の燃料分配管１３０に接続されており、この燃料分配管１３０は燃料分配管１３０に向けて流通可能な逆止弁１４０を介して、機関駆動式の高圧燃料ポンプ１５０に接続されている。なお、本実施の形態においては、２つのインジェクタが別個に設けられた内燃機関について説明するが、本発明はこのような内燃機関に限定されない。たとえば、筒内噴射機能と吸気通路噴射機能とを併せ持つような１個のインジェクタを有する内燃機関であってもよい。

図１に示すように、高圧燃料ポンプ１５０の吐出側は電磁スピル弁１５２を介して高圧燃料ポンプ１５０の吸入側に連結されており、この電磁スピル弁１５２の開度が小さいときほど、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０内に供給される燃料量が増大され、電磁スピル弁１５２が全開にされると、高圧燃料ポンプ１５０から燃料分配管１３０への燃料供給が停止されるように構成されている。なお、電磁スピル弁１５２はエンジンＥＣＵ３００の出力信号に基づいて制御される。

一方、各吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、共通する低圧側の燃料分配管１６０に接続されており、燃料分配管１６０および高圧燃料ポンプ１５０は共通の燃料圧レギュレータ１７０を介して、電動モータ駆動式の低圧燃料ポンプ１８０に接続されている。さらに、低圧燃料ポンプ１８０は燃料フィルタ１９０を介して燃料タンク２００に接続されている。燃料圧レギュレータ１７０は低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の燃料圧が予め定められた設定燃料圧よりも高くなると、低圧燃料ポンプ１８０から吐出された燃料の一部を燃料タンク２００に戻すように構成されており、したがって吸気通路噴射用インジェクタ１２０に供給されている燃料圧および高圧燃料ポンプ１５０に供給されている燃料圧が上記設定燃料圧よりも高くなるのを阻止している。

エンジンＥＣＵ３００は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス３１０を介して相互に接続されたＲＯＭ(Read Only Memory)３２０、ＲＡＭ(Random Access Memory)３３０、ＣＰＵ(Central Processing Unit)３４０、入力ポート３５０および出力ポート３６０を備えている。

エアフローメータ４２は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、このエアフローメータ４２の出力電圧はＡ／Ｄ変換器３７０を介して入力ポート３５０に入力される。エンジン１０には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８０が取付けられ、この水温センサ３８０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器３９０を介して入力ポート３５０に入力される。

燃料分配管１３０には燃料分配管１３０内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４００が取付けられ、この燃料圧センサ４００の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４１０を介して入力ポート３５０に入力される。三元触媒コンバータ９０上流のエキゾーストマニホールド８０には、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力電圧を発生する空燃比センサ４２０が取付けられ、この空燃比センサ４２０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４３０を介して入力ポート３５０に入力される。

本実施の形態に係るエンジンシステムにおける空燃比センサ４２０は、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比に比例した出力電圧を発生する全域空燃比センサ（リニア空燃比センサ）である。なお、空燃比センサ４２０としては、エンジン１０で燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出するＯ₂センサを用いてもよい。

アクセルペダル１００は、アクセルペダル１００の踏込み量に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ４４０に接続され、アクセル開度センサ４４０の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器４５０を介して入力ポート３５０に入力される。また、入力ポート３５０には、機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ４６０が接続されている。エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０には、上述のアクセル開度センサ４４０および回転数センサ４６０により得られる機関負荷率および機関回転数に基づき、運転状態に対応させて設定されている燃料噴射量の値や機関冷却水温に基づく補正値などが予めマップ化されて記憶されている。

なお、三元触媒コンバータ９０は、理論空燃比（Ａ／Ｆ（空気重量／燃料重量）＝１４．７）近傍において排気中のＣＯ、ＨＣの酸化とＮＯｘの還元を行なって排気を浄化することができる三元触媒である。この三元触媒コンバータ９０における触媒（プラチナ、ロジウム、パラジウム等）は、ある程度の温度（高温）にならないと、活性化せず、浄化機能が作用しない。

本実施の形態に係る制御装置においては、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０とを備えたエンジン１０の始動後において、三元触媒コンバータ９０を早期に昇温して触媒を活性化させて、排気浄化をエンジン１０の始動直後できるだけ早く作用させるにあたり、このエンジン１０を搭載した車両の高度が高いとこのような早期昇温処理を制限するものである。三元触媒コンバータ９０が活性化したか否かは、三元触媒コンバータ９０の排気下流側に、排気中の特定成分（たとえば、酸素）濃度を検知して、判断することができる。たとえば、三元触媒コンバータ９０の下流側に設けた酸素センサが活性化しているか否かを判断する。具体的には、三元触媒コンバータ９０が活性化しているか否かを、下流側の酸素センサの検知信号の変化に基づいて判断することになる。これは、三元触媒コンバータ９０の下流側に設けられる酸素センサが活性化したのは、三元触媒コンバータ９０の活性化の出口側排気温度の上昇（酸化反応）によるものであるとして、三元触媒コンバータ９０が活性化したと判断するものである。

また、エンジン冷却水の水温もしくはエンジンオイルの油温等を検知して三元触媒コンバータ９０の温度を推定し、その結果に基づいて三元触媒コンバータ９０の活性化を判断することができる。さらには、直接的に三元触媒コンバータ９０の温度（出口温度）を検知することによっても三元触媒コンバータ９０の活性化を判断することができる。

エンジン１０の温度（機関冷却水温を検知する水温センサ３８０により検知された値から判定される温度）が低いときには、インテークマニホールドも低温であって、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射された燃料は低温の吸気ポート壁面に付着するので、燃料の霧化の状態が良好ではない。このため、通常は、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量に壁面付着分を増量する増量補正処理が行なわれる。この増量補正処理が行なわれると、総燃料量（筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量と壁面付着量が増量された吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量との合計）が増加してしまい、燃費の悪化や排気成分の悪化が発生する。本実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵ３００において実行されるプログラムにより、総燃料量を増加させないで、かつ、早期暖機制御を実現している。

このエンジン１０は、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０とで燃料を分担して噴射する。エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け比率（以下、直噴比率、ＤＩ比率、ＤＩ比率ｒ（または単にｒ）とも記載する。）を表わすマップについて説明する。このようなマップは、たとえば、エンジン回転数を横軸にして、負荷率を縦軸にして、筒内噴射用インジェクタ１１０の分担比率が直噴比率（ＤＩ比率ｒ）として百分率で示されている。

エンジン回転数と負荷率とにより定まる運転領域ごとに、直噴比率（ＤＩ比率ｒ）が設定されている。「直噴１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０からのみ燃料噴射が行なわれる領域（ｒ＝１．０、ｒ＝１００％）であることを意味し、「直噴０〜２０％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射が、全噴射量の０〜２０％である領域（ｒ＝０〜０．２）であることを意味している。たとえば、「直噴４０％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０から全噴射量の４０％が噴射され、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から全噴射量の６０％が噴射されることを示す。なお、このようなマップの詳細については後述する。

図２を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵ３００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、エンジンＥＣＵ３００は、エンジン１０が始動されたか否かを判断する。このとき、他のＥＣＵからエンジンＥＣＵ３００に入力されるエンジン始動要求信号や、エンジンＥＣＵ３００自体により処理された結果に基づいて判断される。エンジン１０が始動されると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ１１０にて、エンジンＥＣＵ３００は、急速触媒暖機が必要であるか否かを判断する。このとき、上述したように、三元触媒コンバータ９０の下流側に設けられた酸素センサの検知信号の変化に基づいて三元触媒コンバータ９０が活性化していないと、急速触媒暖機は必要であると判断される。また、エンジン冷却水の水温もしくはエンジンオイルの油温等から急速触媒暖機が必要であるか否かを判断するようにしてもよい。急速触媒暖機が必要であると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１９０へ移される。

Ｓ１２０にて、エンジンＥＣＵ３００は、このエンジン１０の冷却水温ＴＨＷを検知する。このとき、エンジン冷却水温ＴＨＷは、水温センサ３８０からの信号に基づいて検知される。

Ｓ１３０にて、エンジンＥＣＵ３００は、冷却水温ＴＨＷがしきい値ＴＨＷ（１）よりも低いか否かを判断する。冷却水温ＴＨＷがしきい値ＴＨＷ（１）よりも低いと判断されると（Ｓ１３０にてＹＥＳ）、処理はＳ１４０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１３０にてＮＯ）、処理はＳ１７０へ移される。なお、冷却水温ＴＨＷがしきい値ＴＨＷ（１）以下と判断されると、処理をＳ１４０へ移すようにしてもよい。

Ｓ１４０にて、エンジンＥＣＵ３００は、ポート壁面への燃料付着量を推定する。このとき、エンジンＥＣＵは、エンジン１０の冷却水温ＴＨＷ、外気温（吸気温）等から、予め定められたマップを用いてポート壁面への燃料付着量を推定するようにしてもよい。

Ｓ１５０にて、エンジンＥＣＵ３００は、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）を算出する。この冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）が、ポート壁面の燃料付着量を増量するための燃料量である。

Ｓ１６０にて、エンジンＥＣＵ３００は、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の基本燃料量に冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）を加算した燃料量が、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射される燃料量になるように、ＤＩ比率ｒを変更する。このとき、総燃料量（筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量と壁面付着量が増量された吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量との合計）が増加しない。この詳細については、後述する。

Ｓ１７０にて、エンジンＥＣＵ３００は、急速触媒暖機処理を実行する。このとき、たとえば、図３に示すように、点火時期、筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射時期、燃料噴射量、供給空気量、ＤＩ比率ｒが、エンジンＥＣＵ３００により制御される。なお、この図３におけるＤＩ比率の値は一例であって、５０％以上（筒内噴射用インジェクタ１１０の分担の割合を吸気通路噴射用インジェクタ１２０の分担の割合と同等以上）であればよい。また、燃料量減量については、一例として、排気における空燃比が１５．５程度のリーンな状態にすればよい。このように減量することにより、未燃ＨＣを減少させることにもなる。なお、エンジン１０の始動直後は増量補正（エンジン１０の始動時にトルクが要求されることに対応するための増量補正や壁面付着に対応するための増量補正）されるが、始動時を経過して始動時のトルクが要求されなくなったり、壁面付着燃料が飽和したりするため、燃料量が減量される。このように、筒内噴射用インジェクタ１１０からの圧縮行程における燃料噴射量を減量しても、着火に必要な燃料量だけが点火プラグ付近に存在し、リーン限界が高くなるので失火しない。そして、触媒暖機に寄与する後燃え用の燃料（吸気通路噴射用インジェクタ１２０から供給される分）が（増量補正によって）要求量だけ供給されている。この後燃え燃料があるので、触媒暖機を達成することができる。

Ｓ１８０にて、エンジンＥＣＵ３００は、急速触媒暖機を終了するか否かを判断する。このとき、上述したように、三元触媒コンバータ９０の下流側に設けられた酸素センサの検知値号の変化に基づいて三元触媒コンバータ９０が活性化していると、急速触媒暖機は終了すると判断される。また、エンジン冷却水の水温もしくはエンジンオイルの油温等から急速触媒暖機を終了するか否かを判断するようにしてもよい。さらに、エンジン冷却水の水温が始動時より予め定められた値以上上昇した否かに基づいて、急速触媒暖機を終了するか否かを判断するようにしてもよい。さらに、吸入空気量の積算値に基づいて、エンジン１０が予め定められた時間以上運転しているか否かを判断することにより、急速触媒暖機を終了するか否かを判断するようにしてもよい。急速触媒暖機を終了すると判断されると（Ｓ１８０にてＹＥＳ）、処理はＳ１９０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１８０にてＮＯ）、処理はＳ１７０へ戻され急速触媒暖機を継続する。

Ｓ１９０にて、エンジンＥＣＵ３００は、エンジン１０に対して通常の運転処理を実行する。このとき、一時的に急速触媒暖機用に設定されていた、点火時期、筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射時期、燃料噴射量、供給空気量、ＤＩ比率ｒが、エンジンＥＣＵ３００により通常運転用に戻される。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵ３００により制御されるエンジン１０の動作について説明する。なお、以下の説明においては、急速触媒暖機を必要とする場合のエンジン１０の始動時であって、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量に冷間増量補正する場合の動作について説明する。

エンジン１０が始動して（Ｓ１００にてＹＥＳ）、三元触媒コンバータ９０の下流側に設けられた酸素センサの検知信号の変化に基づいて三元触媒コンバータ９０が活性化していないと、急速触媒暖機は必要であると判断される（Ｓ１１０にてＹＥＳ）。エンジン１０の温度（冷却水温ＴＨＷ）が検知され（Ｓ１２０）、その冷却水温ＴＨＷがしきい値ＴＨＷ（１）より低い場合、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射される燃料の中でポート壁面に付着する壁面付着量が推定される（Ｓ１４０）。この推定された壁面付着量から吸気通路噴射用インジェクタ１２０の冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）が算出され（Ｓ１５０）、この冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）を増量するように、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との燃料分担比率が変更される。

このときの状態を図４を用いて説明する。説明の簡略化のために、図３に基づいて算出された触媒暖機の基本条件（冷間時のポート壁面付着補正を考慮しない場合）は、総燃料量が１．００で、ＤＩ比率ｒが６５％であると想定する。この状態を図４（Ａ）に示す。総燃料量が１．００であるので、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量Ｑ（Ｄ）ＡＬＬが０．６５、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量Ｑ（Ｐ）ＡＬＬが０．３５である。このときに推定された壁面付着量が０．２０であって冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）も０．２０であると想定する（実際には、その他の要因を考慮して、推定された壁面付着量から冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）が算出される）。すなわち、図４（Ｂ）に示すように、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射された燃料噴射量Ｑ（Ｐ）ＡＬＬである０．３５の燃料の０．２０は壁面に付着して燃焼に加味されない。そのため、総燃料量１．００の中で、燃焼に寄与するのは筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された０．６５と吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射された（０．３５のうちの）０．１５との合計である０．８０となる。

このような場合、従来の一例としては、図４（Ｄ）に示すように、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量のみに冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）である０．２０を加えていた。このときの総燃料量は１．２０となる。また、従来の別の一例としては、図４（Ｅ）に示すように、筒内噴射用インジェクタからの燃料噴射量および吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量にそれぞれ冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）である０．２０を加えていた。このときの総燃料量は１．４０となる。また、従来のさらに別の一例としては、図４（Ｆ）に示すように、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量のみに冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）である０．２０を加えても、図４（Ａ）のＤＩ比率ｒ（＝６５％）を変化させないように、筒内噴射用インジェクタ１１０を増量していた。このときの総燃料量は１．５７となる。

これに対して、本実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵ３００により、ＤＩ比率ｒが、図４（Ｃ）に示すように変更される（Ｓ１６０）。すなわち、ＤＩ比率ｒを６５％から５６％に低下させて、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量を冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）を吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射できるようにしている。このときの総燃料量は０．８０である。

このように変更されたＤＩ比率ｒ（＝５６％）で急速触媒暖機処理が行なわれる（Ｓ１７０）。このときＤＩ比率ｒ以外の条件は、図３に示すような値である。

このように制御されたエンジンにおいては、筒内噴射用インジェクタ１１０の分担の割合を吸気通路噴射用インジェクタ１２０の分担の割合と同等またはそれより多い６５％程度になるようにして（この場合には５６％）、筒内噴射用インジェクタ１１０から圧縮行程で燃料を筒内に噴射する。吸気通路噴射用インジェクタ１２０から吸気行程で燃料を吸気管内に噴射する。このとき、吸気通路噴射用インジェクタ１２０による全体として空燃比がリーンで均質状態の混合気と、筒内噴射用インジェクタ１１０による点火プラグ周りの空燃比がリッチな成層状態の混合気とが燃焼室内で形成される。点火プラグでの点火時期を大きく遅角（たとえば、ＡＴＤＣ１５゜）しても、筒内噴射用インジェクタ１１０の比率の方が同等か高いので、点火プラグ周りの混合気の空燃比をよりリッチであり、さらに、その点火プラグ周りの混合気の周りは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０により形成された均質な混合気であるので、火炎の伝播を良好にできる。このように火炎が伝播しやすく、未燃燃料（ＨＣ）が発生しにくい。点火時期を大きく遅角させることにより、排気温度は上昇する。

このような急速触媒暖機処理により、吸気ポートが冷えていて、吸気通路噴射用インジェクタ１２０から噴射された燃料がポート壁面に付着することを考慮して、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量を増量補正を、総燃料量を増加させることなく、ＤＩ比率ｒを変更することにより実現できる。

以上のようにして、本実施の形態に係るエンジンＥＣＵを搭載した車両において、エンジンを始動したときに、排気浄化触媒の急速暖機が必要な場合には、筒内噴射用インジェクタによる燃料噴射分担率が吸気通路噴射用インジェクタの燃料噴射分担率と同等かそれ以上になるように設定される。このようにすると、吸気通路噴射用インジェクタによる全体として空燃比がリーンで均質状態の混合気と、筒内噴射用インジェクタによる点火プラグ周りの空燃比がリッチな成層状態の混合気とを燃焼室内に形成させることができる。このとき、点火プラグ周りの混合気の空燃比をよりリッチにできる。その点火プラグの周りの混合気は均質（弱成層）であるので、火炎が伝播しやすく、未燃燃料（ＨＣ）が発生しにくい。このような状態において、点火時期を大きく遅角させることにより排気温度を上昇させることができ排気浄化触媒を従来技術よりも急速に暖機することができる。

このような場合において、エンジンの温度が低くて急速暖機運転が行なわれるときには、吸気通路噴射用インジェクタから低温の吸気ポートに噴射された燃料が吸気ポートの壁面に付着して霧化の状態が悪い。このような場合に、通常は、吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射量に壁面付着量を加算して吸気ポートに燃料を噴射して、総燃料量（筒内噴射用インジェクタの燃料量と壁面付着量が加算された吸気通路噴射用インジェクタの燃料量との合計）が増加する。このときに、筒内噴射用インジェクタの分担比率を下げて吸気通路噴射用インジェクタの分担比率を上げて、吸気通路噴射用インジェクタからの燃料噴射量を増加させることにより、壁面付着分を考慮して燃料を噴射する。これは、分担比率を変更しているだけであって、総燃料量が変化しないので、燃費の悪化や排気成分の悪化を回避できる。その結果、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとを備えたエンジンの冷間始動時における排気浄化触媒の急速暖機を良好に実施するとともに、冷間時の壁面付着を考慮して総燃料量を増加させないことができる。

＜冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）の減量について＞
増量された冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）は、エンジン１０の温度上昇とともに（エンジン１０の始動からの時間の経過とともに）、吸気ポートの温度も上昇するので、元に戻す（すなわち、冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）を時間の経過とともに０にする）必要がある。以下、このときの戻し方について説明する。なお、以下においては、時間あたりの冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）を減らす量を「減衰率」と記載する。

エンジン１０の温度が高いほど（エンジン１０の温度上昇の度合いが高いほど）、吸気ポートの壁面付着量を考慮する必要が小さくなる。このため、エンジン１０の温度が高いほど、エンジン１０の温度上昇の度合いが高いほど、減衰率を大きくする。これを図５に示す。図５に示すように、時間の経過に対して減衰率が大きいほどより早く元の状態に戻る。図５に示す例では、吸気通路噴射用インジェクタ１２０側の冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）である０．２０分だけ減量している。その結果、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量が０．４５、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量が０．１５となり、ＤＩ比率ｒは７５％に収束する。この図５に示す例では、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からのみ冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）を減量させていることが特徴である。

また、図６に示すように、冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）分だけ増量させたときのＤＩ比率ｒ（＝５６％）を維持した状態で、冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）である０．２０分を減量するようにすることもできる。その結果、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量が０．３３６、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量が０．２６４となり、ＤＩ比率ｒは５６％のままである。すなわち、この図６に示す例では、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との分担比率を、冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）を考慮した後の分担比率（ｒ＝５６％）を維持して減量させていることが特徴である。

また、図７に示すように、冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）分だけ増量させる前のＤＩ比率ｒ（＝６５％）に戻すように、冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）である０．２０分を減量するようにすることもできる。その結果、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射量が０．３９、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からの燃料噴射量が０．２１となり、ＤＩ比率ｒが６５％に戻される。すなわち、この図７に示す例では、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との分担比率を、冷間増量補正値Ｑ（Ｐ）を考慮する前の分担比率になるように、減量させていることが特徴である。

なお、図５〜図７に示した例では、総燃料量が０．６０になっているが、この総燃料量は０．６０に限定されるものではない。また、ＤＩ比率も図５〜図７に示した例に限定されるものではなく、たとえば、後述するエンジン１０の噴き分けマップ等に基づいて制御される。

このように、図５〜図７に示したように、エンジン１０の温度が高いほど、エンジン１０の温度変化率が大きいほど、吸気ポートの壁面付着を考慮する必要が低くなるので、減衰率を大きくして、早く元の状態に戻すようにしている。

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

図８および図９を参照して、エンジン１０の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け比率（以下、ＤＩ比率ｒまたは単にｒと記載する。）を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図８は、エンジン１０の温間用マップであって、図９は、エンジン１０の冷間用マップである。

図８および図９に示すように、これらのマップは、エンジン１０の回転数を横軸にして、負荷率を縦軸にして、筒内噴射用インジェクタ１１０の分担比率がＤＩ比率ｒとして百分率で示されている。

図８および図９に示すように、エンジン１０の回転数と負荷率とに定まる運転領域ごとに、ＤＩ比率ｒが設定されている。「ＤＩ比率ｒ＝１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味し、「ＤＩ比率ｒ＝０％」とは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０からのみ燃料噴射が行なわれる領域であることを意味する。「ＤＩ比率ｒ≠０％」、「ＤＩ比率ｒ≠１００％」および「０％＜ＤＩ比率ｒ＜１００％」とは、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０とで燃料噴射が分担して行なわれる領域であることを意味する。なお、概略的には、筒内噴射用インジェクタ１１０は、出力性能の上昇に寄与し、吸気通路噴射用インジェクタ１２０は、混合気の均一性に寄与する。このような特性の異なる２種類のインジェクタを、エンジン１０の回転数と負荷率とで使い分けることにより、エンジン１０が通常運転状態（たとえば、アイドル時の触媒暖機時が、通常運転状態以外の非通常運転状態の一例であるといえる）である場合には、均質燃焼のみが行なわれるようにしている。

さらに、これらの図８および図９に示すように、温間時のマップと冷間時のマップとに分けて、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０のＤＩ分担率ｒを規定した。エンジン１０の温度が異なると、筒内噴射用インジェクタ１１０および吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が異なるように設定されたマップを用いて、エンジン１０の温度を検知して、エンジン１０の温度が予め定められた温度しきい値以上であると図８の温間時のマップを選択して、そうではないと図９に示す冷間時のマップを選択する。それぞれ選択されたマップに基づいて、エンジン１０の回転数と負荷率とに基づいて、筒内噴射用インジェクタ１１０および／または吸気通路噴射用インジェクタ１２０を制御する。

図８および図９に設定されるエンジン１０の回転数と負荷率について説明する。図８のＮＥ（１）は２５００〜２７００ｒｐｍに設定され、ＫＬ（１）は３０〜５０％、ＫＬ（２）は６０〜９０％に設定されている。また、図９のＮＥ（３）は２９００〜３１００ｒｐｍに設定されている。すなわち、ＮＥ（１）＜ＮＥ（３）である。その他、図８のＮＥ（２）や、図９のＫＬ（３）、ＫＬ（４）も適宜設定されている。

図８および図９を比較すると、図８に示す温間用マップのＮＥ（１）よりも図９に示す冷間用マップのＮＥ（３）の方が高い。これは、エンジン１０の温度が低いほど、吸気通路噴射用インジェクタ１２０の制御領域が高いエンジン回転数の領域まで拡大されるということを示す。すなわち、エンジン１０が冷えている状態であるので、（たとえ、筒内噴射用インジェクタ１１０から燃料を噴射しなくても）筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが堆積しにくい。このため、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を使って燃料を噴射する領域を拡大するように設定され、均質性を向上させることができる。

図８および図９を比較すると、エンジン１０の回転数が、温間用マップにおいてはＮＥ（１）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＮＥ（３）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。また、負荷率が、温間用マップにおいてはＫＬ（２）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＫＬ（４）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されるということを示す。すなわち、高回転領域や高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料を噴射しても、エンジン１０の回転数や負荷が高く吸気量が多いので筒内噴射用インジェクタ１１０のみでも混合気を均質化しやすいためである。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。

図８に示す温間マップでは、負荷率ＫＬ（１）以下では、筒内噴射用インジェクタ１１０のみが用いられる。これは、エンジン１０の温度が高いときであって、予め定められた低負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されるということを示す。これは、温間時においてはエンジン１０が暖まった状態であるので、筒内噴射用インジェクタ１１０の噴口にデポジットが堆積しやすい。しかしながら、筒内噴射用インジェクタ１１０を使って燃料を噴射することにより噴口温度を低下させることができるので、デポジットの堆積を回避することも考えられ、また、筒内噴射用インジェクタの最小燃料噴射量を確保して、筒内噴射用インジェクタ１１０を閉塞させないことも考えられ、このために、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた領域としている。

図８および図９を比較すると、図９の冷間用マップにのみ「ＤＩ比率ｒ＝０％」の領域が存在する。これは、エンジン１０の温度が低いときであって、予め定められた低負荷領域（ＫＬ（３）以下）では吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみが使用されるということを示す。これはエンジン１０が冷えていてエンジン１０の負荷が低く吸気量も低いため燃料が霧化しにくい。このような領域においては筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射では良好な燃焼が困難であるため、また、特に低負荷および低回転数の領域では筒内噴射用インジェクタ１１０を用いた高出力を必要としないため、筒内噴射用インジェクタ１１０を用いないで、吸気通路噴射用インジェクタ１２０のみを用いる。

また、通常運転時以外の場合、エンジン１０がアイドル時の触媒暖機時の場合（非通常運転状態であるとき）、成層燃焼を行なうように筒内噴射用インジェクタ１１０が制御される。このような触媒暖機運転中にのみ成層燃焼させることで、触媒暖機を促進させ、排気エミッションの向上を図る。

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

図１０および図１１を参照して、エンジン１０の運転状態に対応させた情報である、筒内噴射用インジェクタ１１０と吸気通路噴射用インジェクタ１２０との噴き分け比率を表わすマップについて説明する。これらのマップは、エンジンＥＣＵ３００のＲＯＭ３２０に記憶される。図１０は、エンジン１０の温間用マップであって、図１１は、エンジン１０の冷間用マップである。

図１０および図１１を比較すると、以下の点で図８および図９と異なる。エンジン１０の回転数が、温間用マップにおいてはＮＥ（１）以上の領域において、冷間用マップにおいてはＮＥ（３）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。また、負荷率が、温間用マップにおいては低回転数領域を除くＫＬ（２）以上の領域において、冷間用マップにおいては低回転数領域を除くＫＬ（４）以上の領域において、「ＤＩ比率ｒ＝１００％」である。これは、予め定められた高エンジン回転数領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用されること、予め定められた高エンジン負荷領域では筒内噴射用インジェクタ１１０のみが使用される領域が多いことを示す。しかしながら、低回転数領域の高負荷領域においては、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料により形成される混合気のミキシングが良好ではなく、燃焼室内の混合気が不均質で燃焼が不安定になる傾向を有する。このため、このような問題が発生しない高回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタの噴射比率を増大させるようにしている。また、このような問題が発生する高負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を減少させるようにしている。これらのＤＩ比率ｒの変化を図１０および図１１に十字の矢印で示す。このようにすると、燃焼が不安定であることに起因するエンジンの出力トルクの変動を抑制することができる。なお、これらのことは、予め定められた低回転数領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を減少させることや、予め定められた低負荷領域へ移行するに伴い筒内噴射用インジェクタ１１０の噴射比率を増大させることと、略等価であることを確認的に記載する。また、このような領域（図１０および図１１で十字の矢印が記載された領域）以外の領域であって筒内噴射用インジェクタ１１０のみで燃料を噴射している領域（高回転側、低負荷側）においては、筒内噴射用インジェクタ１１０のみでも混合気を均質化しやすい。このようにすると、筒内噴射用インジェクタ１１０から噴射された燃料は燃焼室内で気化潜熱を伴い（燃焼室から熱を奪い）気化される。これにより、圧縮端での混合気の温度が下がる。これにより対ノッキング性能が向上する。また、燃焼室の温度が下がるので、吸入効率が向上し高出力が見込める。

なお、図８〜図１１を用いて説明したこのエンジン１０においては、均質燃焼は筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを吸気行程とすることにより、成層燃焼は筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程とすることにより実現できる。すなわち、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程とすることで、点火プラグ周りにリッチ混合気が偏在させることにより燃焼室全体としてはリーンな混合気に着火する成層燃焼を実現することができる。また、筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを吸気行程としても点火プラグ周りにリッチ混合気を偏在させることができれば、吸気行程噴射であっても成層燃焼を実現できる。

また、ここでいう成層燃焼には、成層燃焼と以下に示す弱成層燃焼の双方を含むものである。弱成層燃焼とは、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を吸気行程で燃料噴射して燃焼室全体にリーンで均質な混合気を生成して、さらに筒内噴射用インジェクタ１１０を圧縮行程で燃料噴射して点火プラグ周りにリッチな混合気を生成して、燃焼状態の向上を図るものである。このような弱成層燃焼は触媒暖機時に好ましい。これは、以下の理由による。すなわち、触媒暖機時には高温の燃焼ガスを触媒に到達させるために点火時期を大幅に遅角させ、かつ良好な燃焼状態（アイドル状態）を維持する必要がある。また、ある程度の燃料量を供給する必要がある。これを成層燃焼で行なおうとしても燃料量が少ないという問題があり、これを均質燃焼で行なおうとしても良好な燃焼を維持するために遅角量が成層燃焼に比べて小さいという問題がある。このような観点から、上述した弱成層燃焼を触媒暖機時に用いることが好ましいが、成層燃焼および弱成層燃焼のいずれであっても構わない。

また、図８〜図１１を用いて説明したエンジンにおいては、筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射のタイミングは、以下のような理由により、圧縮行程で行なうことが好ましい。ただし、上述したエンジン１０は、基本的な大部分の領域には（触媒暖機時にのみに行なわれる、吸気通路噴射用インジェクタ１２０を吸気行程噴射させ、筒内噴射用インジェクタ１１０を圧縮行程噴射させる弱成層燃焼領域以外を基本的な領域という）、筒内噴射用インジェクタ１１０による燃料噴射のタイミングは、吸気行程である。しかしながら、以下に示す理由があるので、燃焼安定化を目的として一時的に筒内噴射用インジェクタ１１０の燃料噴射タイミングを圧縮行程噴射とするようにしてもよい。

筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期を圧縮工程中とすることで、筒内温度がより高い時期において、燃料噴射により混合気が冷却される。冷却効果が高まるので、対ノック性を改善することができる。さらに、筒内噴射用インジェクタ１１０からの燃料噴射時期を圧縮工程中とすると、燃料噴射から点火時期までの時間が短いことから噴霧による気流の強化を実現でき、燃焼速度を上昇させることができる。これらの対ノック性の向上と燃焼速度の上昇とから、燃焼変動を回避して、燃焼安定性を向上させることができる。

さらに、エンジン１０の温度によらず（すなわち、温間時および冷間時のいずれの場合であっても）、オフアイドル時（アイドルスイッチがオフの場合、アクセルペダルが踏まれている場合）には、図８または図１０に示す温間マップを用いるようにしてもよい（冷間温間を問わず、低負荷領域において筒内噴射用インジェクタ１１０を用いる）。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る制御装置で制御されるエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における急速触媒暖機処理の条件を示す図である。 本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵで実行される壁面付着増量分の状態を示す図である。 本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵで実行される壁面付着増量分の減量処理の状態を示す図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵで実行される壁面付着増量分の減量処理の状態を示す図（その２）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置であるエンジンＥＣＵで実行される壁面付着増量分の減量処理の状態を示す図（その３）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの温間時のＤＩ比率マップを表わす図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの冷間時のＤＩ比率マップを表わす図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの温間時のＤＩ比率マップを表わす図（その２）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるに好適なエンジンの冷間時のＤＩ比率マップを表わす図（その２）である。

符号の説明

１０ エンジン、２０ インテークマニホールド、３０ サージタンク、４０ 吸気ダクト、４２ エアフローメータ、５０ エアクリーナ、６０ 電動モータ、７０ スロットルバルブ、８０ エキゾーストマニホールド、９０ 三元触媒コンバータ、１００ アクセルペダル、１１０ 筒内噴射用インジェクタ、１１２ 気筒、１２０ 吸気通路噴射用インジェクタ、１３０ 燃料分配管、１４０ 逆止弁、１５０ 高圧燃料ポンプ、１５２ 電磁スピル弁、１６０ 燃料分配管（低圧側）、１７０ 燃料圧レギュレータ、１８０ 低圧燃料ポンプ、１９０ 燃料フィルタ、２００ 燃料タンク、３００ エンジンＥＣＵ、３１０ 双方向性バス、３２０ ＲＯＭ、３３０ ＲＡＭ、３４０ ＣＰＵ、３５０ 入力ポート、３６０ 出力ポート、３７０，３９０，４１０，４３０，４５０ Ａ／Ｄ変換器、３８０ 水温センサ、４００ 燃料圧センサ、４２０ 空燃比センサ、４４０ アクセル開度センサ、４６０ 回転数センサ。

Claims (13)

1. 筒内に燃料を噴射するための第１の燃料噴射手段と吸気通路内に燃料を噴射するための第２の燃料噴射手段と点火装置とを備えた内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の排気系には予め定められた温度以上で活性化する排気浄化用の触媒が設けられ、
   前記触媒の暖機要求を検知するための検知手段と、
   前記内燃機関に要求される条件に基づいて、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とで分担して燃料を噴射するように、燃料噴射手段を制御するための制御手段と、
   前記点火装置を制御するための点火制御手段と、
   前記内燃機関の温度を検知するための検知手段とを含み、
   前記制御手段は、燃料噴射が前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とで分担されている場合において、前記暖機要求が検知されたときに、前記内燃機関の温度を考慮して、前記第１の燃料噴射手段の分担の割合を前記第２の燃料噴射手段の分担の割合と同等以上にするように、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とを制御するための手段を含み、
   前記点火制御手段は、前記暖機要求が検知されたときに、点火時期を遅角するように前記点火装置を制御するための手段を含む、内燃機関の制御装置。
2. 前記制御装置は、前記内燃機関の温度に基づいて、前記第２の燃料噴射手段により前記吸気通路内に噴射された燃料の壁面付着量を算出するための算出手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記壁面付着量を考慮して、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とを制御するための手段を含む、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記壁面付着量を考慮して前記第２の燃料噴射手段の分担の割合を上げて、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段の分担の割合を変更するための手段を含む、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記壁面付着量に対応させて前記第２の燃料噴射手段による燃料噴射量を増量補正して前記第２の燃料噴射手段の分担の割合を上げて、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段の分担の割合を変更するための手段を含む、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記制御手段は、前記壁面付着量を考慮した場合であっても、前記第１の燃料噴射手段からの燃料噴射量と前記第２の燃料噴射手段からの燃料噴射量の合計が、前記壁面付着量を考慮しない場合に比べて少ないように、前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段とを制御するための手段を含む、請求項２〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制御装置は、前記内燃機関の温度に基づいて、増量補正された前記第２の燃料噴射手段の燃料噴射量を減衰させるための減量手段をさらに含む、請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記減量手段は、増量補正された燃料噴射量を、前記内燃機関の温度が高いほど急峻に減衰させるための手段を含む、請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記減量手段は、増量補正された燃料噴射量を、前記内燃機関の温度が低いほど緩慢に減衰させるための手段を含む、請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記減量手段は、増量補正された燃料噴射量を、前記第２の燃料噴射手段の燃料噴射量から減量するための手段を含む、請求項６〜８のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記減量手段は、増量補正された燃料噴射量を、前記第１の燃料噴射手段の燃料噴射量および前記第２の燃料噴射手段の燃料噴射量から減量するための手段を含む、請求項６〜８のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記減量手段は、増量補正された燃料噴射量を、前記増量補正前における前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段の分担の割合を維持するように、減量するための手段を含む、請求項６〜８のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記減量手段は、増量補正された燃料噴射量を、前記増量補正後における前記第１の燃料噴射手段と前記第２の燃料噴射手段の分担の割合を維持するように、減量するための手段を含む、請求項６〜８のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
13. 前記第１の燃料噴射手段は、筒内噴射用インジェクタであって、
    前記第２の燃料噴射手段は、吸気通路用インジェクタである、請求項１〜１２のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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