JP2011007113A - 筒内噴射式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒内噴射エンジンの燃焼室内で発生したスモーク等のパーティクルマター（ＰＭ）を再燃焼させてＰＭ排出量を低減する。
【解決手段】エンジン運転状態に基づいてエンジン１１の燃焼室内で発生するＰＭが増加するか否かを予測し、ＰＭの増加が予測されたときに、排気バルブ３８の開弁タイミングを遅角させるように排気側可変バルブリフト装置４０を制御する。このように、燃焼室内で発生するＰＭの増加が予測されたときに、排気バルブ３８の開弁タイミングを遅角させるれば、エンジン１１の燃焼室内に着火直後の高温の燃焼ガスを閉じ込める期間を、排気バルブ３８の開弁タイミングを遅角させる分だけ拡大することができる。これにより、燃焼室内で発生したＰＭが高温ガスに晒される高温期間（再燃焼期間）を拡大して、燃焼室内でＰＭの再燃焼を促進してＰＭ排出量を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関の制御装置に関する発明である。

近年、内燃機関の高出力化、低燃費化、低エミッション化の要求を満たすために、筒内噴射内燃機関（直噴エンジン）を搭載した車両が増加している。この筒内噴射内燃機関は運転条件によっては、スモーク等のパーティクルマターの排出量が増加するため、従来より、スモーク排出量を低減する技術が幾つか提案されている。

例えば、特許文献１（特開２００２−３２７６５１号公報）では、燃焼室の温度を推定して、その推定温度が所定温度以下のときに、排気に黒煙が含まれる状態であると判断して、内部ＥＧＲを増加させるとともに、燃焼状態が不安定になると判断された場合にはそれを抑制する制御（例えば内部ＥＧＲ量の減少、点火時期の進角、燃料噴射時期の進角、吸入空気量の増加等）を行うことで、黒煙の発生を抑制し、かつ燃焼が不安定になるのを防ぐようにしている。

また、特許文献２（特開２００８−８８８５６号公報）では、ピストンウエット（ピストン付着燃料量）が多くなると、スモークが発生量が多くなるという関係を考慮して、燃料噴射期間中において、ピストン位置が高いときに、ピストン位置が低いときと比較して、燃料噴射弁から噴射する燃料の貫徹力が弱くなるように噴射燃料の貫徹力を少くとも２段階に切り換えるようにしている。

特開２００２−３２７６５１号公報 特開２００８−８８８５６号公報

上記特許文献１，２のスモーク低減技術は、いずれも、エンジンの燃焼室内で発生するスモーク発生量を低減する技術である。しかし、エンジン運転条件や燃料性状によっては、スモーク発生量を十分に低減できない場合がある。このような場合、燃焼室で発生したスモークは、排気管中の触媒によっては浄化されないため、そのままテールパイプから車外に放出される。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、内燃機関の燃焼室内で発生したスモーク等のパーティクルマター（以下「ＰＭ」と表記する）を再燃焼させてＰＭ排出量を低減できる筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、排気バルブの少なくとも開弁タイミングを変化させる排気側可変バルブ装置と、前記内燃機関の運転状態に基づいて該内燃機関の燃焼室内で発生するＰＭが増加するか否かを予測するＰＭ増加予測手段と、前記ＰＭ増加予測手段によりＰＭの増加が予測されたときに前記排気バルブの開弁タイミングを遅角させるように前記排気側可変バルブ装置を制御する制御手段とを備えた構成としたものである。

このように、内燃機関の燃焼室内で発生するＰＭの増加が予測されたときに、排気バルブの開弁タイミングを遅角させるようにすれば、内燃機関の燃焼室内に着火直後の高温の燃焼ガスを閉じ込める期間を、排気バルブの開弁タイミングを遅角させる分だけ拡大することができる。これにより、燃焼室内で発生したＰＭが高温ガスに晒される高温期間（再燃焼期間）を拡大することができ、この高温期間中に発生したＰＭの再燃焼を促進して、ＰＭ排出量を効果的に低減することができる。

この場合、請求項２のように、ＰＭ増加予測手段は、内燃機関の運転状態が成層燃焼時、冷間始動時、高負荷時のいずれかに該当するときに、ＰＭが増加すると予測するようにすると良い。一般に、成層燃焼は、均質燃焼と比べてＰＭが発生しやすい。また、冷間始動時や高負荷時は、均質燃焼でもＰＭが発生しやすい。従って、成層燃焼時、冷間始動時、高負荷時のいずれかに該当するか否かで、ＰＭが増加するか否かを予測することが可能である。

ところで、排気バルブの開弁タイミングを遅角させるほど、内部ＥＧＲ量（排気残留量）が増加する傾向があり、内部ＥＧＲ量が多くなり過ぎると、燃焼安定性が低下する。
そこで、請求項３のように、ＰＭ増加予測手段によりＰＭの増加が予測されたときに、内部ＥＧＲ量を推定し、推定した内部ＥＧＲ量に基づいて燃焼安定性を確保できる範囲内で排気バルブの開弁タイミングを遅角させるようにすると良い。このようにすれば、内部ＥＧＲ量が過多になることにより燃焼安定性が低下することを回避することができ、ＰＭ排出量低減と燃焼安定性確保とを両立させることができる。

上記請求項１〜３に係る発明で用いる排気側可変バルブ装置は、請求項４のように、排気バルブのバルブリフト量を変化させる可変バルブリフト装置であっても良いし、請求項５のように、排気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング装置であっても良く、要は、排気バルブの少なくとも開弁タイミングを変化させることができる可変バルブ装置であれば良い。

また、請求項６のように、筒内噴射式内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンによって吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機と、前記排気タービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブとを備えた過給機付きの筒内噴射式内燃機関においては、内燃機関の運転状態に基づいて該内燃機関から排出されるＰＭが増加するか否かを予測し、前記ウェイストゲートバルブが開放されている運転領域でＰＭの増加が予測されたときに前記ウェイストゲートバルブを閉じるようにしても良い。つまり、ウェイストゲートバルブが開放されている運転領域でＰＭの増加が予測されたときに、ウェイストゲートバルブを閉じるようにすれば、排気タービンをバイパスする排気バイパス通路への燃焼ガスの流れが遮断されて、内燃機関から排出される燃焼ガスが全て排気タービン側の排気通路に流れるようになる。これにより、排気タービン側の排気通路内の排気圧力が上昇して該排気通路内の温度が上昇して、内燃機関から該排気通路内に排出される燃焼ガス中のＰＭの再燃焼が促進されて、ＰＭ排出量が効果的に低減される。

また、請求項７のように、排気通路に二次空気を供給する二次空気供給装置を備えた筒内噴射式内燃機関においては、内燃機関の運転状態に基づいて該内燃機関から排出されるＰＭが増加するか否かを予測し、ＰＭの増加が予測されたときに前記二次空気供給装置を作動させて前記排気通路に二次空気を供給するようにしても良い。つまり、ＰＭの増加が予測されたときに排気通路に二次空気を供給するようにすれば、排気通路内の酸素濃度が上昇して、内燃機関から排気通路内に排出される燃焼ガス中のＰＭの再燃焼（酸化反応）が促進されて、ＰＭ排出量が効果的に低減される。

図１は本発明の実施例１におけるエンジン制御システムの構成を概略的に示す図である。 図２は実施例１のＰＭ低減制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図３はＰＭ増加予測時に排気バルブの開弁タイミングを遅角させたときの筒内ガス平均温度の変化を通常時と比較して説明する図である。 図４は排気バルブの開弁タイミングを遅角させたときの筒内ガス平均温度の挙動とＰＭ排出量との関係を説明する図である。 図５は本発明の実施例２における過給機付きのエンジン制御システムの構成を概略的に示す図である。 図６は実施例２のＰＭ低減制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図７は本発明の実施例３における二次空気供給装置付きのエンジン制御システムの構成を概略的に示す図である。 図８は実施例３のＰＭ低減制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した３つの実施例１〜３を説明する。

本発明を排気側可変バルブ装置付きの筒内噴射式内燃機関に適用した実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の構成を概略的に説明する。
筒内噴射式の内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、ＤＣモータ等のモータ１５によって駆動されるスロットルバルブ１６が設けられ、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）がスロットル開度センサ１７によって検出される。

また、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０に、エンジン１１の筒内の気流（スワール流やタンブル流）を制御する気流制御弁３１が設けられている。

一方、エンジン１１の各気筒の上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。また、エンジン１１の吸気バルブ３７と排気バルブ３８には、それぞれバルブリフト量と開弁タイミングを変化させる吸気側・排気側可変バルブリフト装置３９，４０（可変バルブ装置）が設けられている。各可変バルブリフト装置３９，４０は、油圧を駆動源とする油圧駆動式のものであっても良いし、モータ、ソレノイド等の電気アクチュエータを駆動源とする電気駆動式のものであっても良い。

エンジン１１のシリンダブロックには、ノッキングを検出するノックセンサ３２と、冷却水温を検出する冷却水温センサ２３と、所定クランク角毎にクランクパルスを出力するクランク角センサ２４と、基準カム角毎にカムパルスを出力する吸気側・排気側カム角センサ（図示せず）が取り付けられ、クランクパルスの間隔（周波数）に基づいてエンジン回転速度が演算されると共に、カムパルスの出力位相を基準にしてクランクパルスをカウントしてそのカウント値からクランク角が検出される。更に、クランク角センサ２４と吸気側・排気側カム角センサの出力パルスとの関係に基づいて吸気バルブ３７の開弁タイミングと排気バルブ３８の開弁タイミングが演算される。

一方、エンジン１１の排気管２５（排気通路）には、排出ガスを浄化する上流側触媒２６と下流側触媒２７が設けられ、上流側触媒２６の上流側に、排出ガスの空燃比又はリーン／リッチ等を検出する排出ガスセンサ２８（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。本実施例１では、上流側触媒２６として理論空燃比付近で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒が設けられ、下流側触媒２７としてＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）が設けられている。このＮＯｘ触媒２７は、排出ガスの空燃比がリーンのときに排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比付近又はリッチになったときに吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出する特性を持っている。

また、排気管２５のうちの上流側触媒２６の下流側と吸気管１２のうちのスロットルバルブ１６の下流側のサージタンク１８との間には、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ配管３３が接続され、このＥＧＲ配管３３の途中にＥＧＲ量（排気還流量）を制御するＥＧＲ弁３４が設けられている。

前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種の制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火プラグ２２の点火時期、吸気側・排気側可変バルブリフト装置３９，４０のバルブリフト量と開弁タイミング等を制御する。

このＥＣＵ３０は、エンジン運転状態（要求トルク、エンジン回転速度、負荷等）に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換える。成層燃焼モードでは、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグ２２の近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させることで、燃費を向上させる。一方、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を成層燃焼時よりも増量して吸気行程で筒内に直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させることで、エンジン出力を高める。

一般に、成層燃焼は、均質燃焼と比べてスモーク等のパーティクルマター（以下「ＰＭ」と表記する）が発生しやすい。また、冷間始動時や高負荷時は、均質燃焼でもＰＭが発生しやすい。従って、成層燃焼時、冷間始動時、高負荷時には、エンジン１１の燃焼室内でのＰＭ発生量が多くなる。

そこで、本実施例１では、ＥＣＵ３０は、後述する図２のＰＭ低減制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に基づいてエンジン１１の燃焼室内で発生するＰＭが増加するか否かを予測し、ＰＭの増加が予測されたときに、排気バルブ３８の開弁タイミングを遅角させるように排気側可変バルブリフト装置４０を制御する。図３に示すように、エンジン１１の燃焼室内で発生するＰＭの増加が予測されたときに、排気バルブ３８の開弁タイミングを遅角させるようにすれば、エンジン１１の燃焼室内に着火直後の高温の燃焼ガスを閉じ込める期間を、排気バルブ３８の開弁タイミングを遅角させる分だけ拡大することができる。これにより、燃焼室内で発生したＰＭが高温ガスに晒される高温期間（再燃焼期間）を通常よりも拡大することができ、図４に示すように、高温期間を適度に拡大することで、燃焼室内でＰＭの再燃焼を促進して、ＰＭ排出量を効果的に低減することができる。

以上説明した本実施例１のＰＭ低減制御は、ＥＣＵ３０によって図２のＰＭ低減制御ルーチンに従って次のようにして実行される。本ルーチンは、排気側可変バルブリフト装置４０（以下「排気ＶＶＬ」と表記する）の目標バルブリフト量・目標開弁タイミングの変更時に実行され、特許請求の範囲でいう制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、各種センサの出力信号に基づいて現在のエンジン運転状態を判定し、次のステップ１０２で、現在のエンジン運転状態に基づいて排気ＶＶＬの制御状態を補正可能であるか否かを判定し、排気ＶＶＬの制御状態を補正できないと判定されれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

これに対し、上記ステップ１０２で、排気ＶＶＬの制御状態を補正可能であると判定されれば、ステップ１０３に進み、エンジン運転領域がエンジン１１の燃焼室内で発生するＰＭが増加するＰＭ増加領域であるか否かを判定する。本実施例１では、成層燃焼時、冷間始動時、高負荷時のいずれかに該当するか否かで、ＰＭ増加領域であるか否かを判定する。このステップ１０３の処理が特許請求の範囲でいうＰＭ増加予測手段としての役割を果たす。このステップ１０３で、ＰＭ増加領域ではないと判定されれば、燃焼室内でのＰＭ発生量が少なく、ＰＭ低減制御を行う必要がないと判断して、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０３で、ＰＭ増加領域であると判定されれば、ステップ１０４に進み、吸気バルブ３７と排気バルブ３８のバルブリフト量と開閉タイミング等に基づいて内部ＥＧＲ量（排気残留量）を推定する。この後、ステップ１０５に進み、内部ＥＧＲ量に基づいて排気ＶＶＬを遅角可能であるか否かを判定し、排気ＶＶＬを遅角できないと判定されれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。これは、内部ＥＧＲ量が多くなり過ぎると、燃焼安定性が低下するため、内部ＥＧＲ量が多くなり過ぎないようにするためである。

上記ステップ１０５で、排気ＶＶＬを遅角可能であると判定されれば、ステップ１０６に進み、排気ＶＶＬの目標開弁タイミングを設定する。この後、ステップ１０７に進み、上記排気ＶＶＬの目標開弁タイミングに制御した場合の内部ＥＧＲ量が適正範囲内（燃焼安定性を確保できる範囲内）であるか否かを判定し、内部ＥＧＲ量が適正範囲内であると判定されれば、ステップ１１１に進み、排気ＶＶＬの開弁タイミングを上記ステップ１０６で設定した目標開弁タイミングに補正（遅角）する。これにより、燃焼室内で発生したＰＭが高温ガスに晒される高温期間（再燃焼期間）を拡大して、燃焼室内でＰＭの再燃焼を促進してＰＭ排出量を低減する。

これに対し、上記ステップ１０７で、内部ＥＧＲ量が適正範囲を越えていると判定されれば、ステップ１０８に進み、排気ＶＶＬの目標バルブリフト量を内部ＥＧＲ量を減少させる方向に補正すると共に、次のステップ１０９で、吸気ＶＶＬ（吸気側可変バルブリフト装置３９）の目標バルブリフト量を内部ＥＧＲ量を減少させる方向に補正する。この後、ステップ１１０に進み、前記ステップ１０６で設定した排気ＶＶＬの目標開弁タイミングに制御した場合の内部ＥＧＲ量が適正範囲内（燃焼安定性を確保できる範囲内）であるか否かを判定し、内部ＥＧＲ量が適正範囲内であると判定されれば、ステップ１１１に進み、排気ＶＶＬの開弁タイミングを前記ステップ１０６で設定した目標開弁タイミングに補正（遅角）する。

尚、上記ステップ１１０で、内部ＥＧＲ量が適正範囲を越えていると判定されれば、ステップ１０６に戻り、排気ＶＶＬの目標開弁タイミングを内部ＥＧＲ量を減少させる方向に補正して、上述したステップ１０７〜１１０の処理を繰り返す。これにより、内部ＥＧＲ量が燃焼安定性を確保できる範囲内で排気ＶＶＬの目標開弁タイミングをできるだけ遅角側に設定する。

以上説明した本実施例１では、エンジン運転状態に基づいてエンジン１１の燃焼室内で発生するＰＭが増加するか否かを予測し、ＰＭの増加が予測されたときに、排気バルブ３８の開弁タイミングを遅角させるように排気側可変バルブリフト装置４０を制御するようにしたので、エンジン１１の燃焼室内で発生するＰＭの増加が予測されたときに、燃焼室内で発生したＰＭが高温ガスに晒される高温期間（再燃焼期間）を通常よりも拡大することができて、燃焼室内でＰＭの再燃焼を促進して、ＰＭ排出量を効果的に低減することができる。

しかも、本実施例１では、ＰＭの増加が予測されたときに、内部ＥＧＲ量を推定し、推定した内部ＥＧＲ量に基づいて燃焼安定性を確保できる範囲内で排気バルブ３８の開弁タイミングを遅角させるようにしたので、内部ＥＧＲ量が過多になることにより燃焼安定性が低下することを回避することができ、ＰＭ排出量低減と燃焼安定性確保とを両立させることができる。

尚、本実施例１では、排気側可変バルブ装置として、排気バルブ３８のバルブリフト量を変化させる可変バルブリフト装置４０を用いたが、排気バルブ３８のバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング装置を用いても良く、要は、排気バルブ３８の少なくとも開弁タイミングを変化させることができる可変バルブ装置を用いれば良い。

次に、図５及び図６を用いて本発明を過給機付きの筒内噴射内燃機関に適用した実施例２を説明する。
まず、図５に基づいて過給機付きのエンジン制御システム全体の構成を概略的に説明する。但し、前記実施例１と実質的に同じ部分は、同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として異なる部分について説明する。

過給機４５は、排気管２５（排気通路）のうちの上流側触媒２６の上流側（排出ガスセンサ２８の上流側）に、排気タービン４６が配置され、吸気管１２のうちのエアフローメータ１４とスロットルバルブ１６との間に、コンプレッサ４７が配置されている。この過給機４５は、排気タービン４６とコンプレッサ４７とが連結され、排出ガスの運動エネルギーで排気タービン４６を回転駆動することでコンプレッサ４７を回転駆動して吸入空気を過給するようになっている。

更に、吸気管１２には、コンプレッサ４７をバイパスする吸気バイパス通路４８が設けられ、この吸気バイパス通路４８の途中に、吸気バイパス通路４８を開閉するエアバイパスバルブ（以下「ＡＢＶ」と表記する）４９が設けられている。このＡＢＶ４９は、ＡＢＶ用バキュームスイッチングバルブ（以下「ＡＢＶ用ＶＳＶ」と表記する）５０を制御することでＡＢＶ４９の開度が制御されるようになっている。また、吸気管１２のうちのコンプレッサ４７とスロットルバルブ１６との間には、過給機４５のコンプレッサ４７で加圧された吸入空気を冷却するインタークーラー５１が設けられている。

一方、排気管２５には、排気タービン４６をバイパスする排気バイパス通路５２が設けられ、この排気バイパス通路５２の途中に、排気バイパス通路５２を開閉するウェイストゲートバルブ（以下「ＷＧＶ」と表記する）５３が設けられている。このＷＧＶ５３は、ＷＧＶ用バキュームスイッチングバルブ（以下「ＷＧＶ用ＶＳＶ」と表記する）５４を制御してダイヤフラム式のアクチュエータ５５を制御することでＷＧＶ５３の開度が制御されるようになっている。

この場合、エンジン１１に吸入空気を過給する運転領域では、ＷＧＶ５３を閉弁又は開度を小さくして、排気バイパス通路５２への燃焼ガスの流れを遮断又はガス流量を低下させて、エンジン１１から排出される高温の燃焼ガスを排気タービン４６側の排気管２５に流す（排気タービン４６側に流すガス流量はＷＧＶ５３の開度によって制御する）。これにより、排気タービン４６側の排気管２５内の排気圧力を上昇させて排気タービン４６の回転速度を上昇させることで、コンプレッサ４７の回転速度を上昇させて過給効果を高める。

一方、吸入空気の過給を必要としない運転領域では、ＷＧＶ５３を開弁して、エンジン１１から排出される燃焼ガスを排気バイパス通路５２に流すことで、排気タービン４６側の排気管２５内の排気圧力を低下させて排気タービン４６の回転を停止させると共に、ＡＢＶ４９を開弁して、コンプレッサ４７をバイパスする吸気バイパス通路４８に吸入空気を流して吸入空気の過給を停止させる。

本実施例２では、ＥＣＵ３０は、後述する図６のＰＭ低減制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に基づいてエンジン１１の燃焼室内で発生するＰＭ（排気管２５内に排出されるＰＭ）が増加するか否かを予測し、ＷＧＶ５３が開放されている運転領域でＰＭの増加が予測されたときにＷＧＶ５３を閉じるようにしている。つまり、ＷＧＶ５３が開放されている運転領域でＰＭの増加が予測されたときに、ＷＧＶ５３を閉じるようにすれば、排気タービン４６をバイパスする排気バイパス通路５２への燃焼ガスの流れが遮断されて、エンジン１１から排出される燃焼ガスが全て排気タービン４６側の排気管２５に流れるようになる。これにより、排気タービン４６側の排気管２５内の排気圧力が上昇して該排気管２５内の温度が上昇して、エンジン１１から該排気管２５内に排出される燃焼ガス中のＰＭの再燃焼が促進されて、ＰＭ排出量が効果的に低減される。

以上説明した本実施例２のＰＭ低減制御は、ＥＣＵ３０によって図６のＰＭ低減制御ルーチンに従って次のようにして実行される。本ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいうＰＭ増加予測手段及び制御手段としての役割を果たす。

本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、各種センサの出力信号等に基づいて現在のエンジン運転状態を判定し、次のステップ２０２で、ＷＧＶ５３が開弁しているか否かを判定し、ＷＧＶ５３が開弁していなければ、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

これに対し、上記ステップ２０２で、ＷＧＶ５３が開弁していると判定されれば、ステップ２０３に進み、ＷＧＶ５３が閉弁可能な運転状態であるか否かを判定し、ＷＧＶ５３が閉弁可能な運転状態ではないと判定されれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

上記ステップ２０３で、ＷＧＶ５３が閉弁可能な運転状態であると判定されれば、ステップ２０４に進み、エンジン運転領域がエンジン１１の燃焼室内で発生するＰＭが増加するＰＭ増加領域であるか否かを判定する。本実施例２では、成層燃焼時、冷間始動時、高負荷時のいずれかに該当するか否かで、ＰＭ増加領域であるか否かを判定する。このステップ２０４で、ＰＭ増加領域ではないと判定されれば、燃焼室内でのＰＭ発生量が少なく、ＰＭ低減制御を行う必要がないと判断して、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ２０４で、ＰＭ増加領域であると判定されれば、ステップ２０５に進み、ＷＧＶ５３を閉弁して、排気バイパス通路５２への燃焼ガスの流れを遮断して、エンジン１１から排出される燃焼ガスを全て排気タービン４６側の排気管２５に流して、排気タービン４６側の排気管２５内の排気圧力を上昇させる。これにより、排気管２５内の温度を上昇させて、エンジン１１から該排気管２５内に排出される燃焼ガス中のＰＭの再燃焼を促進してＰＭ排出量を低減する。この際、エンジン１１から排出する燃焼ガスの温度を上昇させる制御（例えば点火時期の遅角等）をＷＧＶ５３の閉弁と併せて行うようにしても良く、これにより、排気管２５内の温度を効率良く上昇させてＰＭの再燃焼を効率良く促進させることができる。

尚、本実施例２の過給機４５は、ＷＧＶ５３とＡＢＶ４９の両方を備えた構成としているが、ＡＢＶ４９を省いた構成としても良く、要は、ＷＧＶ付きの過給機を搭載した筒内噴射エンジンであれば、本発明を適用可能である。

次に、図７及び図８を用いて本発明を二次空気供給装置付きの筒内噴射内燃機関に適用した実施例３を説明する。
まず、図７に基づいて二次空気供給装置付きのエンジン制御システム全体の構成を概略的に説明する。但し、前記実施例１と実質的に同じ部分は、同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として異なる部分について説明する。

二次空気供給装置６０は、排気管２５のうちの排出ガスセンサ２８よりも上流側（例えば排気ポート近傍）に二次空気を供給する。具体的には、次空気供給装置６０は、電気モータで駆動されるエアポンプ６１から吐出する二次空気を、二次空気配管６２を通して各気筒の二次空気供給ノズル６３に分配して各気筒の排気マニホールド（排気通路）に導入する。二次空気配管６２には、該二次空気配管６２を開閉する制御弁６４が設けられている。

この二次空気供給装置６０のエアポンプ６１と制御弁６４は、ＥＣＵ３０によって制御される。ＥＣＵ３０は、後述する図８のＰＭ低減制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に基づいてエンジン１１の燃焼室内で発生するＰＭ（排気管２５内に排出されるＰＭ）が増加するか否かを予測し、ＰＭの増加が予測されたときに、エアポンプ６１をオンすると共に制御弁６４を開弁して排気管２５に二次空気を導入する。これにより、排気管２５内の酸素濃度が上昇して、エンジン１１から排気管２５内に排出される燃焼ガス中のＰＭの再燃焼（酸化反応）を促進させて、ＰＭ排出量を効果的に低減する。

以上説明した本実施例３のＰＭ低減制御は、ＥＣＵ３０によって図８のＰＭ低減制御ルーチンに従って次のようにして実行される。本ルーチンは、エンジン運転中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいうＰＭ増加予測手段及び制御手段としての役割を果たす。

本ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、各種センサの出力信号等に基づいて現在のエンジン運転状態を判定し、次のステップ３０２で、二次空気導入中であるか否かを判定し、二次空気導入中であれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

これに対し、上記ステップ３０２で、二次空気導入中ではないと判定されれば、ステップ３０３に進み、排気管２５内に二次空気を導入可能な運転状態であるか否かを判定し、二次空気を導入可能な運転状態ではないと判定されれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

上記ステップ３０３で、二次空気を導入可能な運転状態であると判定されれば、ステップ３０４に進み、エンジン運転領域がエンジン１１の燃焼室内で発生するＰＭが増加するＰＭ増加領域であるか否かを判定する。本実施例３では、成層燃焼時、冷間始動時、高負荷時のいずれかに該当するか否かで、ＰＭ増加領域であるか否かを判定する。このステップ３０４で、ＰＭ増加領域ではないと判定されれば、燃焼室内でのＰＭ発生量が少なく、ＰＭ低減制御を行う必要がないと判断して、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ３０４で、ＰＭ増加領域であると判定されれば、ステップ３０５に進み、エアポンプ６１をオンすると共に制御弁６４を開弁して排気管２５に二次空気を導入する。これにより、排気管２５内の酸素濃度を上昇させて、エンジン１１から排気管２５内に排出される燃焼ガス中のＰＭの再燃焼（酸化反応）を促進させて、ＰＭ排出量を効果的に低減する。この際、エンジン１１から排出する燃焼ガスの温度を上昇させる制御（例えば点火時期の遅角等）を二次空気の導入と併せて行うようにしても良く、これにより、排気管２５内の温度を効率良く上昇させてＰＭの再燃焼を効率良く促進させることができる。

尚、本実施例３では、二次空気供給装置６０のエアポンプ６１を電動モータで駆動するようにしたが、二次空気供給装置６０のエアポンプ６１を、エンジン１１の動力等で電磁クラッチを介して駆動するようにしても良い。

その他、本発明は、上記３つの実施例１〜３を適宜組み合わせて実施しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２５…排気管、２６…上流側触媒、２７…下流側触媒、３０…ＥＣＵ（ＰＭ増加予測手段，制御手段）、３１…気流制御弁、３４…ＥＧＲ弁、３７…吸気バルブ、３８…排気バルブ、３９…吸気側可変バルブリフト装置、４０…排気側可変バルブリフト装置（排気側可変バルブ装置）、４５…過給機、４６…排気タービン、４７…コンプレッサ、４８…吸気バイパス通路、４９…ＡＢＶ（エアバイパスバルブ）、５２…排気バイパス通路、５３…ＷＧＶ（ウェイストゲートバルブ）、６０…二次空気供給装置、６１…エアポンプ、６２…二次空気配管、６３…二次空気供給ノズル、６４…制御弁

Claims (7)

1. 筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
   排気バルブの少なくとも開弁タイミングを変化させる排気側可変バルブ装置と、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて該内燃機関の燃焼室内で発生するパーティクルマター（以下「ＰＭ」と表記する）が増加するか否かを予測するＰＭ増加予測手段と、
   前記ＰＭ増加予測手段によりＰＭの増加が予測されたときに前記排気バルブの開弁タイミングを遅角させるように前記排気側可変バルブ装置を制御する制御手段と
   を備えていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
2. 前記ＰＭ増加予測手段は、前記内燃機関の運転状態が成層燃焼時、冷間始動時、高負荷時のいずれかに該当するときにＰＭが増加すると予測することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記ＰＭ増加予測手段によりＰＭの増加が予測されたときに内部ＥＧＲ量を推定する手段と、推定した内部ＥＧＲ量に基づいて燃焼安定性を確保できる範囲内で前記排気バルブの開弁タイミングを遅角させる手段とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
4. 前記排気側可変バルブ装置は、排気バルブのバルブリフト量を変化させる可変バルブリフト装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
5. 前記排気側可変バルブ装置は、排気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
6. 筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンによって吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機と、
   前記排気タービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて該内燃機関から排出されるパーティクルマター（以下「ＰＭ」と表記する）が増加するか否かを予測するＰＭ増加予測手段と、
   前記ウェイストゲートバルブが開放されている運転領域で前記ＰＭ増加予測手段によりＰＭの増加が予測されたときに前記ウェイストゲートバルブを閉じる制御手段と
   を備えていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
7. 筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関の排気通路に二次空気を供給する二次空気供給装置と、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて該内燃機関から排出されるパーティクルマター（以下「ＰＭ」と表記する）が増加するか否かを予測するＰＭ増加予測手段と、
   前記ＰＭ増加予測手段によりＰＭの増加が予測されたときに前記二次空気供給装置を作動させて前記排気通路に二次空気を供給する制御手段と
   を備えていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。

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