JP5270127B2 - 内燃機関の制御システム - Google Patents

Description

本発明は、気筒内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた火花点火式内燃機関の制御システムに関する。

気筒内へ直接燃料噴射する燃料噴射弁を備えた火花点火式内燃機関において、冷間始動直後に圧縮行程中に燃料噴射（以下、「圧縮行程噴射」と称する）を行うとともに、圧縮上死点前に点火を実施する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００６−１１２３２８号公報 特開平４−１８３９２４号公報 特開２０００−２４０５４７号公報

本発明は、気筒内へ直接燃料噴射する燃料噴射弁を備えた火花点火式内燃機関を制御するシステムにおいて、冷間時等のように気筒内から排出される未燃成分が多くなる条件下で内燃機関の排気エミッションを可及的に低減する技術の提供を目的とする。

本発明は、上記した課題を解決するために、気筒内へ直接燃料噴射する燃料噴射弁を備えた火花点火式内燃機関の制御システムにおいて、内燃機関の冷間時等に、点火プラグの点火タイミングをＭＢＴより前へ過進角させるとともに、過進角された点火タイミングに可燃混合気が点火プラグ近傍に集まるように燃料噴射弁の噴射タイミングを調整するようにした。

内燃機関の冷間時のように気筒内の温度（以下、「筒内温度」と称する）が低い時は、燃料が気筒の内壁面やピストンに付着し易い。気筒の内壁面やピストンに付着した燃料（以下、「筒内付着燃料」と称する）の大部分は、燃焼に供されることなく未燃のまま気筒内から排出される。その際、内燃機関の排気系に配置された触媒が未活性状態にあると、前記した未燃成分が触媒において浄化されずに大気中へ放出される。

特に、内燃機関が低温下で始動された場合は、内燃機関の始動から触媒が活性するまでの期間が長くなるとともに筒内付着燃料の量が増加するため、大気中へ放出される未燃成分（ＨＣ、スモーク、ＰＭ等）の量が過多になることが懸念される。

これに対し、本願発明者が鋭意の実験及び検証を行った結果、火花点火式の内燃機関において点火タイミングがＭＢＴより前へ進角（以下、「過進角」と称する）されると、気筒内から排出される未燃成分が著しく減少することが見出された。

これは、点火タイミングが過進角された場合は、圧縮上死点前に燃焼する混合気の量が増加するため、混合気の燃焼による昇圧・昇温効果がピストンの上昇動作による昇圧・昇温効果に加わって気筒内の圧力（以下、「筒内圧」と称する）及び筒内温度のピークが高められ、気筒内に付着した燃料、および／または気筒内に付着する前の燃料の気化及び酸化が促進されることに拠ると考えられる。

ところで、気筒内に直接燃料噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関において、点火タイミングの過進角が行われると、上記したような過進角の効果を十分に得られない場合があ
る。例えば、内燃機関が均質燃焼運転（燃料と吸気とを均質に混合させた状態で着火・燃焼させる運転）されている時に点火タイミングが過進角されると、燃料と吸気が均質に混合する前に点火が行われるため、燃料の着火不良や失火が発生する可能性がある。

これに対し、本発明にかかる内燃機関の制御システムは、点火タイミングが過進角される時は、燃料噴射弁の噴射タイミングを圧縮行程中に設定することにより、内燃機関を成層燃焼運転（気筒内のガスを燃料濃度が濃い層と燃料濃度が極めて低い（空気に略等しい）層とに成層させた状態で着火・燃焼させる運転）させるようにした。

詳細には、本発明にかかる内燃機関の制御システムは、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記気筒内に火花を生起させる点火プラグと、前記点火プラグの点火タイミングをＭＢＴより前に過進角させる過進角手段と、前記過進角手段により点火タイミングがＭＢＴより前に過進角される時は、前記内燃機関の燃焼形態が成層燃焼となるように前記燃料噴射弁の噴射タイミングを圧縮行程中に設定する設定手段と、を備えるようにした。

かかる発明によれば、内燃機関の冷間時において燃料の着火不良や失火の発生を防止しつつ気筒内から排出される未燃成分を減少させることができる。

尚、本発明にかかる設定手段は、過進角手段により過進角された点火タイミングと可燃混合気が点火プラグ近傍に集まるタイミングとが同期するように、燃料噴射弁の噴射タイミングを設定することが好ましい。

このような方法により燃料噴射弁の噴射タイミングが設定されると、点火タイミングが過進角された時に、燃料の確実な着火を促すことができる。

噴射タイミングの具体的な設定方法としては、燃料噴射弁から噴射される燃料（以下、「噴射燃料」と称する）の移動速度と気筒内に生起される旋回流の状態とに基づいて噴射タイミングを設定する方法を例示することができる。

可燃混合気が点火プラグ近傍に到達するタイミングは、気筒内に生成される旋回流の強さ（例えば、クランクシャフト１回転当たりに旋回流が旋回する回数）が強くなるほど早まる。また、可燃混合気が点火プラグ近傍に到達するタイミングは、噴射燃料の移動速度が速くなるほど早まる。

よって、気筒内に生成される旋回流が強くなるほど、および／または噴射燃料の移動速度が速くなるほど、過進角時の噴射タイミングが遅くされてもよい。言い換えれば、気筒内に生成される旋回流が弱くなるほど、および／または噴射燃料の移動速度が遅くなるほど、過進角時の噴射タイミングが早くされてもよい。

尚、気筒内に生成される旋回流としては、タンブル流やスワール流を例示することができる。その場合、旋回流の強さを示す値としてタンブル比（クランクシャフト１回転当たりにタンブル流が旋回する回数）やスワール比（クランクシャフト１回転当たりにスワール流が旋回する回数）を利用することができる。また、噴射燃料の移動速度と相関する値としては、燃料噴射圧力を利用することができる。

ところで、旋回流が弱い場合や噴射燃料の移動速度が遅い場合は、可燃混合気が点火プラグ近傍に到達するタイミングが遅くなるため、噴射タイミングを早期に設定する必要がある。

しかしながら、噴射タイミングが過剰に早い時期に設定されると、燃料噴射が点火プラグ近傍に到達する前に旋回流の集束性が低下する可能性がある。すなわち、噴射燃料が点火プラグ近傍に到達する前に気筒内に拡散・分散する可能性がある。

噴射燃料が点火プラグ近傍に到達する前に分散・拡散すると、点火プラグ近傍に可燃混合気層が形成されなくなる可能性がある。すなわち、噴射燃料が気筒内の広い範囲に分散するため、点火プラグ近傍の燃料濃度が過薄になる可能性がある。その結果、燃料の着火性や燃焼安定性が低下する可能性がある。

そこで、本発明にかかる内燃機関の制御システムは、設定手段により設定された噴射タイミングが所定タイミングより早くなる場合には、旋回流を強化および／または噴射燃料の移動速度を増加させる制御手段を更に備えるようにしてもよい。

制御手段による旋回流の強化および／または噴射燃料の移動速度増加が図られると、旋回流の集束性が高められる。このため、噴射燃料が点火プラグ近傍に到達する前に分散・拡散しなくなる。その結果、点火プラグ近傍に可燃混合気層を形成することができる。

尚、旋回流の強化および／または噴射燃料の移動速度増加が図られると、噴射燃料が点火プラグ近傍に到達するタイミングが早くなる。よって、設定手段は、強化後の旋回流の強さおよび／または増加後の噴射燃料の移動速度に基づいて、噴射タイミングを再設定することが望ましい。

旋回流を強化させる方法としては、気筒内に旋回流を生起する生起手段を利用する方法を例示することができる。生起手段としては、内燃機関の吸気通路に配置された気流制御弁や、内燃機関の吸気バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構等を例示することができる。

生起手段が気流制御弁である場合は、制御手段は、気流制御弁の開度を減少させることにより、旋回流を強化することができる。生起手段が可変動弁機構である場合は、制御手段は、吸気バルブの開弁時期を遅角、および／または吸気バルブのリフト量を減少させることにより、旋回流を強化することができる。

噴射燃料の移動速度を増加させる方法としては、燃料噴射圧力を上昇させる方法を例示することができる。燃料噴射圧力を上昇させる具体的な方法としては、燃料ポンプの吐出圧を上昇させる方法を例示することができる。

次に、本発明にかかる内燃機関の制御システムは、設定手段により設定された噴射タイミングに従って実際の噴射タイミングを変更する場合に、事前の噴射タイミングから新たな噴射タイミングへ徐々に噴射タイミングを移行させ、或いは事前の噴射タイミングにおける噴射量を徐々に減少させるとともに新たな噴射タイミングにおける噴射量を徐々に増加させる移行手段を更に備えるようにしてもよい。

この場合、噴射タイミングの変化に起因したトルクの急激な変化を回避することができる。

本発明によれば、冷間時等のように気筒内から排出される未燃成分が多くなる条件下において内燃機関の排気エミッションを可及的に低減することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図５に基づいて説明する。図１は、本発明にかかる内燃機関の制御システムの概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２を有する４ストロークサイクルの火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。内燃機関１の気筒２は、吸気ポート３を介して吸気通路３０に接続されるとともに、排気ポート４を介して排気通路４０に接続されている。

吸気通路３０の途中には、該吸気通路３０内を流通する空気量を制御するスロットル弁５が設けられている。スロットル弁５より上流の吸気通路３０には、該吸気通路３０を流れる空気量を測定するエアフローメータ６が設けられている。

一方、排気通路４０には、排気浄化装置７が配置されている。排気浄化装置７は、三元触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等を具備し、所定の活性温度域にある時に排気を浄化する。

また、内燃機関１には、気筒２内に臨む吸気ポート３の開口端を開閉する吸気バルブ８と、気筒２内に臨む排気ポート４の開口端を開閉する排気バルブ９が設けられている。これら吸気バルブ８及び排気バルブ９は、吸気側カムシャフト１０と排気側カムシャフト１１によりそれぞれ開閉駆動される。

気筒２の上部には、気筒２内に火花を生起する点火プラグ１２と、気筒２内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁１３が取り付けられている。また、気筒２内にはピストン１４が摺動自在に挿入されている。ピストン１４はコネクティングロッド１５を介してクランクシャフト１６と接続されている。

クランクシャフト１６の近傍には、該クランクシャフト１６の回転角度を検出するクランクポジションセンサ１７が配置されている。更に、内燃機関１には、該内燃機関１を循環する冷却水の温度を測定する水温センサ１８が取り付けられている。

また、吸気側カムシャフト１０には、クランクシャフト１６に対する該吸気側カムシャフト１０の回転位相を変更する可変動弁機構１００が取り付けられている。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１９が併設されている。ＥＣＵ１９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。このＥＣＵ１９は、前述したエアフローメータ６、クランクポジションセンサ１７、及び水温センサ１８に加え、燃料圧力センサ２０等の各種センサと電気的に接続されている。燃料圧力センサ２０は、図示しないデリバリパイプ内の燃料圧力を測定するセンサである。

ＥＣＵ１９は、前記した各種センサの測定値に基づいて燃料噴射弁１３、スロットル弁５、点火プラグ１２、及び可変動弁機構１００を電気的に制御する。

例えば、ＥＣＵ１３は、内燃機関１の運転条件に応じて均質燃焼と成層燃焼とを含む複数の燃焼形態を切り換える。

内燃機関１が均質燃焼運転される場合は、ＥＣＵ１９は、各気筒２の吸気行程に同期したタイミングで燃料噴射弁１３を作動させることにより、気筒２内の全域に燃料と吸気とが均質に混合したガスを形成する。

内燃機関１が成層燃焼運転される場合は、ＥＣＵ１９は、可変動弁機構１００を利用して吸気バルブ８の開弁時期（ＩＶＯ）を遅角させることにより各気筒２内に旋回流（タンブル流又はスワール流）を生起（本発明に係る生起手段に相当）させるとともに、各気筒２の圧縮行程に同期したタイミングで燃料噴射弁１３を作動させることにより点火プラグ１２近傍に可燃混合気層を形成する。

また、ＥＣＵ１９は、内燃機関１が冷間状態にある場合に、気筒２内の壁面に付着する燃料を減少させる付着燃料低減制御を行う。

内燃機関１が冷間状態にある時は、筒内温度が低くなる。筒内温度が低い時は、燃料噴射弁１３から噴射された燃料（噴射燃料）が気筒２の内壁面やピストン１４に付着し易い。気筒２の内壁面やピストン１４に付着した燃料（筒内付着燃料）の大部分は、燃焼に供されることなく未燃のまま気筒内から排出される。その際、排気浄化装置７が活性温度域まで昇温していなければ、前記した未燃成分（ＨＣ、スモーク、ＰＭ等）が浄化されずに大気中へ放出されることになる。

特に、内燃機関１が低温下で始動された場合等は、内燃機関１の始動から排気浄化装置７が活性するまでの期間が長くなるとともに筒内付着燃料が多くなるため、大気中へ放出される未燃成分の量が過多となる虞がある。

これに対し、付着燃料低減制御では、ＥＣＵ１９は、筒内付着燃料量が多くなる時に、点火プラグ１２の作動タイミング（点火タイミング）をＭＢＴより前に進角させることにより、筒内付着燃料量を減少させ、以て気筒２内から排出される未燃成分量も減少させる。

本願発明者の鋭意の実験及び検証によれば、点火タイミングがＭＢＴより前に進角された場合は、図２に示されるように、その進角量が増加するほど気筒２内から排出される未燃成分の量が少なくなることが見出された。

このメカニズムについては明確に解明されていないが、凡そ以下のようなメカニズムによると考えられる。

図３は、点火タイミングがＭＢＴより前に進角された場合（図３中のＳＴ１）と、点火タイミングがＭＢＴに設定された場合（図３中のＳＴ２）と、点火タイミングが圧縮上死点（ＴＤＣ）に設定された場合（図３中のＳＴ３）との各々において気筒２内の状態を計測した結果を示す図である。図３中の実線は点火タイミングが過進角された場合、破線は点火タイミングがＭＢＴに設定された場合、一点破線は点火タイミングが圧縮上死点（ＴＤＣ）に設定された場合を各々示している。

図３において、点火タイミングが過進角された場合は、点火タイミングがＭＢＴに設定された場合及び点火タイミングが圧縮上死点（ＴＤＣ）に設定された場合に比べ、圧縮上死点前に燃焼される混合気の量が多くなる。このため、混合気の燃焼により発生する熱エネルギのピーク（図３中の熱発生率、発生熱量、及び燃焼質量割合を参照）が圧縮上死点前へシフトする。

よって、混合気の燃焼による昇温・昇圧効果と、ピストン１４の上昇動作（下死点から上死点へ向かう動作）による圧縮効果との相乗効果により、圧縮行程から膨張行程までの期間における筒内圧及び筒内温度のピーク値が大幅に上昇する。その結果、気筒２内に付着した燃料、および／または気筒２内に付着する前の燃料の気化及び酸化が促進されると
考えられる。

そこで、ＥＣＵ１９は、筒内付着燃料量が多くなると予想される時（言い換えれば、筒内付着燃料量が多くなる条件が成立した時）に、点火タイミングを過進角させるようにした。筒内付着燃料量が多くなると予想される場合としては、内燃機関１が冷間始動される場合、内燃機関１が暖機運転状態にある場合、筒内付着燃料量の実測値が許容量を超える場合、或いは筒内付着燃料量の推定値が許容量を超える場合等を例示することができる。

筒内付着燃料量の実測方法としては、光学的に液膜の厚さを計測するセンサを気筒２内に配置して実測する方法や、導電率を計測するセンサを気筒２内に配置し該センサの計測値を筒内付着燃料量に換算する方法を例示することができる。

筒内付着燃料量を推定する方法としては、冷却水温度、機関始動時からの積算燃料噴射量、機関始動時からの積算吸入空気量、現時点における燃料噴射量、吸気圧、及び空燃比の少なくとも一つと筒内付着燃料量との相関関係から推定する方法を例示することができる。

上記したような筒内付着燃料量が多くなると予想される場合に、点火タイミングが過進角されると、筒内付着燃料を減少させることができるとともに気筒２内から排出される未燃成分を減少させることも可能となる。

ところで、気筒２内から排出される未燃成分は点火タイミングの進角量が多くなるほど少なくなるため、筒内付着燃料量が多くなるほど点火タイミングの進角量を増加させることが好ましい。

しかしながら、内燃機関１が均質燃焼運転されている時に点火タイミングの進角量が増加されると、気筒２内の燃料と吸気が均質に混合する前に点火プラグ１２が作動する可能性がある。燃料と空気が均質に混合する前に点火プラグ１２が作動すると、着火不良や失火が生じ易い。

図４は、筒内温度ピーク値と噴射タイミングとの関係を測定した結果を示す図である。図４中において、破線（ＭＢＴ）は点火タイミングがＭＢＴに設定された時の測定結果を示し、一点破線（過進角Ａ）は点火タイミングをＭＢＴより前に過進角された時の測定結果を示し、実線（過進角Ｂ）は点火タイミングを前述の過進角Ａより更に進角させた時の測定結果を示す。

点火タイミングがＭＢＴに設定された時の筒内温度のピークは、噴射タイミングが吸気行中に設定された時に最も高くなる。これに対し、点火タイミングがＭＢＴより前に過進角された時の筒内温度のピークは、噴射タイミングが圧縮行程中に設定された時に最も高くなる。

よって、点火タイミングが過進角される時に、噴射タイミングを圧縮行程中に設定する方法（すなわち、内燃機関１を成層燃焼運転させる方法）が考えられる。但し、点火タイミングの過進角と内燃機関１の成層燃焼運転を単に組み合わせただけでは、点火プラグ１２近傍に可燃混合気が到達するタイミング（言い換えれば、点火プラグ１２近傍に可燃混合気層が形成されるタイミング）と点火タイミングとが同期しなくなる虞がある。

そこで、本実施例における付着燃料低減制御では、ＥＣＵ１９は、点火タイミングを過進角させる時に、内燃機関１を成層燃焼させるとともに、過進角された点火タイミングと点火プラグ１２近傍に可燃混合気層が形成されるタイミングとが同期するように噴射タイ
ミングを調整するようにした。以下では、過進角された点火タイミングと点火プラグ１２近傍に可燃混合気層が形成されるタイミングとが同期する噴射タイミングを、「適合噴射タイミング」と称する。

適合噴射タイミングは、燃料噴射弁１３から噴射された燃料が点火プラグ１２近傍に到達するまでの所要時間△Ｔと、過進角された点火タイミングと、に基づいて求めることができる。すなわち、過進角された点火タイミングから前記所要時間△Ｔを差し引いた時期を、適合噴射タイミングとみなすことができる。

前記した所要時間△Ｔは、旋回流の強さ（クランクシャフト１回転当たりに旋回流が旋回する回数）、及び燃料噴射圧力に依存する。例えば、旋回流が強くなるほど、旋回流の旋回速度が速くなる。よって、旋回流が強くなるほど、前記所要時間△Ｔが短くなる。また、燃料噴射圧力が高くなるほど、噴射燃料の移動速度が速くなる。よって、燃料噴射圧力が高くなるほど、前記所要時間△Ｔが短くなる。

ＥＣＵ１９は、旋回流の強さと燃料噴射圧力とに基づいて所要時間△Ｔを適宜演算してもよいが、上記した所要時間△Ｔと旋回流の強さと燃料噴射圧力との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化しておくようにしてもよい。

このような手順により付着燃料低減制御が行われると、可燃混合気が点火プラグ１２近傍に到達するタイミングと点火タイミングとを同期させることができる。よって、内燃機関１の冷間時において、燃料の着火不良や失火の発生を防止しつつ筒内温度のピークを可及的に高めることができる。その結果、内燃機関１から排出される未燃成分を好適に減少させることが可能となる。

以下、本実施例における付着燃料低減制御の実行手順について図５に沿って説明する。図５は、本実施例における付着燃料低減制御ルーチンを示すフローチャートである。この付着燃料低減制御ルーチンは、予めＥＣＵ１９のＲＯＭ等に記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１９によって周期的に実行される。

付着燃料低減制御ルーチンでは、ＥＣＵ１９は、先ずＳ１０１において点火タイミングの過進角実行条件が成立しているか否かを判別する。言い換えれば、ＥＣＵ１９は、前述したような筒内付着燃料量が多くなると予想される条件が成立しているか否かを判別する。

前記Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１９は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１９は、Ｓ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１９は、旋回流の強さ（クランクシャフト１回転当たりに旋回流が旋回する回数）を求める。旋回流の強さは、機関回転数Ｎｅ、吸入空気量（エアフローメータ６の測定値Ｇａ）、吸気バルブ８の開閉タイミングをパラメータとして演算することができる。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１９は、燃料噴射圧力（燃料圧力センサ２０の測定値Ｆｐ）を読み込む。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１９は、過進角時の点火タイミングを決定する。この決定方法としては、筒内付着燃料量に基づいて決定されるようにしてもよく、混合気の燃焼終了時期が圧縮上死点近傍となるように決定されてもよい。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ１９は、前記Ｓ１０２及び前記Ｓ１０３において求められた旋回流の強さ及び燃料噴射圧力に基づいて、適合噴射タイミングを特定する。具体的には、ＥＣＵ１９は、前述しように、旋回流の強さと燃料噴射圧力とをパラメータにして所要時間△Ｔを求める。次いで、ＥＣＵ１９は、過進角された点火タイミングから所要時間△Ｔを差し引くことにより、適合噴射タイミングを求める。

このようにＥＣＵ１９が図５の付着燃料低減制御ルーチンを実行することにより、本発明にかかる過進角手段及び設定手段が実現される。その結果、気筒２内へ直燃料噴射可能な燃料噴射弁１３を備えた内燃機関１において、燃料の着火不良や失火の発生を防止しつつ気筒内から排出される未燃成分を減少させることができる。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図６に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例では、旋回流の強さと燃料噴射圧力とに基づいて適合噴射タイミングを決定する例について述べた。ところで、旋回流が弱い場合や燃料噴射圧力が低い場は、所要時間△Ｔが過剰に長くなる可能性がある。このような場合は、適合噴射タイミングが早期に設定されることになるが、噴射燃料が点火プラグ１２近傍に到達する前に旋回流の集束性が低下する虞がある。

噴射燃料が点火プラグ１２近傍に到達する前に旋回流の集束性が低下した場合は、噴射燃料が点火プラグ１２近傍に到達する前に気筒２内の広い範囲に拡散・分散してしまう可能性がある。その結果、点火プラグ１２近傍の燃料濃度が過薄となり、着火性や燃焼安定性の低下を招く可能性がある。

そこで、本実施例の付着燃料低減制御では、ＥＣＵ１９は、旋回流の強さ及び燃料噴射圧力に基づいて決定された適合噴射タイミングが所定タイミングより早くなる場合（言い換えれば、所要時間△Ｔが所定時間より長くなる場合）は、旋回流を強化させるようにした。

ここで、前記した所定タイミングは、旋回流の集束性が保たれる噴射タイミング（成層燃焼が成立し得る噴射タイミング）のうち最も早期な噴射タイミングに基づいて決定される。また、前記した所定時間は、旋回流の集束性が保たれる所要時間（成層燃焼が成立し得る所要時間）のうち最も長い所要時間に基づいて決定される。

旋回流が強化されると、旋回流の集束性が高められる。このため、噴射燃料が点火プラグ１２近傍に到達する前に分散・拡散しなくなる。その結果、点火プラグ１２近傍に可燃混合気層を形成することができる。

旋回流を強化させる方法としては、可変動弁機構１００を利用して、吸気バルブ８の開弁時期を遅角、および／または吸気バルブ８のリフト量を減少させる方法を例示することができる。吸気バルブ８の開弁時期が遅角、および／または吸気バルブ８のリフト量が減少されると、吸気が気筒２内へ流入する時の流入速度が速くなる。この場合、旋回流の旋回速度が高くなる。その結果、クランクシャフト１回転当たりに旋回流が旋回する回数が増加する。

尚、旋回流が強化されると、噴射燃料が点火プラグ１２近傍に到達するタイミングが早くなる。よって、ＥＣＵ１９は、強化後の旋回流の強さに基づいて、適合噴射タイミング
を決定し直すことが望ましい。

以下、本実施例における付着燃料低減制御の実行手順について図６に沿って説明する。図６は、本実施例における付着燃料低減制御ルーチンを示すフローチャートである。図６において、前述した第１の実施例の付着燃料低減制御ルーチン（図５を参照）と同様の処理には、同一の符号が付されている。

図６の付着燃料低減制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１９は、Ｓ１０５において適合噴射タイミングを決定した後に、Ｓ２０１へ進む。Ｓ２０１では、ＥＣＵ１９は、前記Ｓ１０５で決定された適合噴射タイミングが所定タイミングより早いか否かを判別する。

前記Ｓ２０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１９は本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ２０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１９は、Ｓ２０２へ進む。

Ｓ２０２では、ＥＣＵ１９は、旋回流を強化するための処理を行う。具体的には、ＥＣＵ１９は、前述したように、可変動弁機構１００を利用して吸気バルブ８の開弁時期（ＩＶＯ）を遅角させる処理、および／または吸気バルブ８のリフト量を減少させる処理を行う。

その際、吸気バルブ８の遅角量および／または吸気バルブ８のリフト量の減少量は、予め決定された固定量であってもよく、若しくは適合噴射タイミングと所定タイミングとの差が大きくなるほど多くなる可変量であってもよい。

ＥＣＵ１９は、前記Ｓ２０２の処理を実行し終えると、適合噴射タイミングを決定し直すためにＳ１０２へ戻る。

このようにＥＣＵ１９が図６に示したような付着燃料低減制御ルーチンを実行することにより、本発明にかかる制御手段が実現される。従って、旋回流が弱い場合や燃料噴射圧力が低い場合であっても、着火性の低下や燃焼安定性の低下を抑制しつつ点火タイミングを過進角させることが可能となる。

＜実施例３＞
次に、本発明の第３の実施例について図７に基づいて説明する。ここでは前述した第２の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例では、旋回流が弱い場合や燃料噴射圧力が低い場合に、旋回流が強化される代わりに燃料噴射圧力が高められるようにした。燃料噴射圧力が高められると、噴射燃料の運動エネルギ（移動速度）が増加する。この場合、噴射燃料の運動エネルギが旋回流の運動エネルギに加わるため、旋回流の強さが増す。よって、旋回流を強化した場合と同様の効果を得ることができる。

尚、燃料噴射圧力を高める方法としては、図示しない燃料ポンプの吐出圧を高める方法、或いはデリバリパイプや燃料供給管に設けられたリリーフ弁の開弁圧を高める方法等を例示することができる。

以下、本実施例における付着燃料低減制御の実行手順について図７に沿って説明する。図７は、本実施例における付着燃料低減制御ルーチンを示すフローチャートである。図７において、前述した第２の実施例の付着燃料低減制御ルーチン（図６を参照）と同様の処理には、同一の符号が付されている。

図７の付着燃料低減制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１９は、Ｓ２０１において肯定判定された場合に、Ｓ３０１へ進む。

Ｓ３０１では、ＥＣＵ１９は、燃料噴射圧力を高めるための処理を行う。具体的には、ＥＣＵ１９は、前述したように、燃料ポンプの吐出圧を上昇させる処理、および／またはデリバリパイプや燃料供給管に設けられたリリーフ弁の開弁圧を上昇させる処理を行う。

その際、燃料ポンプの吐出圧および／またはリリーフ弁の開弁圧の上昇量は、予め決定された固定量であってもよく、若しくは適合噴射タイミングと所定タイミングとの差が大きくなるほど多くなる可変量であってもよい。

ＥＣＵ１９は、前記Ｓ３０１の処理を実行し終えると、適合噴射タイミングを決定し直すためにＳ１０２へ戻る。

このようにＥＣＵ１９が図７に示したような付着燃料低減制御ルーチンを実行することにより、前述した第２の実施例と同様の効果を得ることができる。尚、前述した第２の実施例と本実施例とは可能な限り組み合わせることができる。

例えば、吸入空気量が極めて少ない場合は、吸気バルブ８の開弁時期の遅角および／または吸気バルブ８のリフト量の減少が図られても旋回流が十分に強化されない可能性がある。そのような場合は、燃料噴射圧力の増加により旋回流の集束性を高めるようにしてもよい。

一方、燃料噴射量が極めて少なくなる場合は、燃料噴射圧力を増加させても旋回流の集束性を十分に高めることができない可能性がある。そのような場合は、旋回流の強化により旋回流の集束性を高めるようにしてもよい。

更に、吸入空気量及び燃料噴射量が極めて少ない場合は、旋回流の強化と燃料噴射圧力の増加との何れか一方のみでは旋回流の集束性を十分に高めることができない可能性がある。そのような場合は、旋回流の強化と燃料噴射圧力の増加との双方を行うようにしてもよい。

＜実施例４＞
次に、本発明の第４の実施例について図８〜図９に基づいて説明する。ここでは前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

付着燃料低減制御の実行開始時や実行中は、噴射タイミングが大きく変化する可能性がある。例えば、内燃機関１が均質燃焼運転されている状態から付着燃料低減制御の実行が開始される場合は、図８に示すように、吸気行程に同期した事前の噴射タイミング（図８中のＡ）から圧縮行程に同期した新たな噴射タイミング（図８中のＢ）へ大幅に変更される。このように燃料噴射タイミングが大幅に変更されると、内燃機関１の発生トルクが急激に変化する。

これに対し、本実施例の付着燃料低減制御では、ＥＣＵ１９は、噴射タイミングを変更する際にトルクの急変を抑制する処理（以下、「移行処理」と称する）を行うようにした。移行処理の具体的な実行方法としては、事前の噴射タイミングから新たな噴射タイミングへ徐々に噴射タイミングを移行させる方法、事前の噴射タイミングにおける噴射量を徐々に減少させるとともに新たな噴射タイミングにおける噴射量を徐々に増加させる方法、事前の噴射タイミングにおける発生トルクと新たな噴射タイミングにおける発生トルクと
が同等になるように新たな噴射タイミングにおける噴射量を増減させる方法、等を例示することができる。

このような移行処理が行われると、付着燃料低減制御の実行に起因した発生トルクの急変を回避することができる。

以下、本実施例における付着燃料低減制御の実行手順について図９に沿って説明する。図９は、本実施例における付着燃料低減制御ルーチンを示すフローチャートである。図９において、前述した第１の実施例の付着燃料低減制御ルーチン（図５を参照）と同様の処理には、同一の符号が付されている。

図９の付着燃料低減制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１９は、Ｓ１０５において適合噴射タイミングを決定し終えると、Ｓ４０１へ進む。Ｓ４０１では、ＥＣＵ１９は、事前の噴射タイミングにおける発生トルクと前記Ｓ１０５で算出された適合噴射タイミングにおける発生トルクとの差（トルク段差）△ｔｒｑを演算する。その際、噴射タイミングを含む機関運転条件と発生トルクとの関係（例えば、図８に示すような相関関係）は予めマップ化されていてもよい。

Ｓ４０２では、ＥＣＵ１９は、前記Ｓ４０１で算出されたトルク段差△ｔｒｑが所定値αより大きいか否かを判別する。所定値αは、トルク変動の大きさの許容限界値に相当する値である。

前記Ｓ４０２において否定判定された場合（△ｔｒｑ≦α）は、ＥＣＵ１９は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ４０２において肯定判定された場合（△ｔｒｑ＞α）は、ＥＣＵ１９は、Ｓ４０３へ進む。

Ｓ４０３では、ＥＣＵ１９は、前述したような移行処理を実行する。ＥＣＵ１９がＳ４０３の処理を実行することにより本発明にかかる移行手段が実現される。

このようにＥＣＵ１９が図９の付着燃料低減制御ルーチンに従って付着燃料低減制御を行うと、付着燃料低減制御の実行に伴うトルクの急変を回避することができる。

＜他の実施例＞
前述した第１〜第４の実施例では、本発明に係る生起手段の一実施態様として、可変動弁機構１００を例に挙げたが、図１０に示すような気流制御弁３１であってもよい。

上記の気流制御弁３１は、燃料噴射弁１３より下流の吸気ポート３に配置され、該吸気ポート３の底面に設けられた支点を中心に回動可能な弁である。尚、図１０においては気流制御弁３１を閉じた状態が示されている。

図１０に示すように気流制御弁３１が閉じられると、気流が吸気ポート３内の上部に偏るため、気筒２内にタンブル流が生起される。その際のタンブル流の強さ（タンブル比）は、気流制御弁３１の開度が小さくなるほど強くなる。

従って、ＥＣＵ１９は、内燃機関１を成層燃焼させる場合や旋回流の強化を図る場合に、吸気バルブ８の開弁時期（ＩＶＯ）の遅角や吸気バルブ８のリフト量の減少を図る代わりに、気流制御弁３１の開度を減少させるようにしてもよい。

尚、気流制御弁は、１気筒当たりにスワールポートとストレートポートを具備する内燃機関において、ストレートポートに配置されるようにしてもよい。この場合、気流制御弁
の開度が絞られると、ストレートポートを流通する吸気量が減少するとともにスワールポートを流通する吸気量が増加するため、気筒内にスワール流が生起される。その際のスワール流の強さ（スワール比）は、気流制御弁の開度が小さくなるほど強くなる。

従って、ＥＣＵ１９は、内燃機関１を成層燃焼させる場合や旋回流の強化を図る場合に、吸気バルブ８の開弁時期（ＩＶＯ）の遅角や吸気バルブ８のリフト量の減少を図る代わりに、気流制御弁の開度を減少させるようにしてもよい。

内燃機関の制御システムの概略構成を示す図である。 点火タイミングと未燃成分の排出量との関係を示す図である。 点火時期と気筒内の状態との関係を示す図である。 筒内温度のピークと燃料噴射タイミングとの関係を示す図である。 第１の実施例における付着燃料低減制御ルーチンを示すフローチャートである。 第２の実施例における付着燃料低減制御ルーチンを示すフローチャートである。 第３の実施例における付着燃料低減制御ルーチンを示すフローチャートである。 内燃機関の発生トルクと噴射タイミングとの関係を示す図である。 第４の実施例における付着燃料低減制御ルーチンを示すフローチャートである。 内燃機関の制御システムの他の構成例を示す図である。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
３・・・・・吸気ポート
４・・・・・排気ポート
５・・・・・スロットル弁
６・・・・・エアフローメータ
８・・・・・吸気バルブ
９・・・・・排気バルブ
１０・・・・吸気側カムシャフト
１１・・・・排気側カムシャフト
１２・・・・点火プラグ
１３・・・・燃料噴射弁
１７・・・・クランクポジションセンサ
１８・・・・水温センサ
１９・・・・ＥＣＵ
２０・・・・燃料圧力センサ
３０・・・・吸気通路
４０・・・・排気通路
３１・・・・気流制御弁
１００・・・可変動弁機構

Claims (5)

1. 内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記気筒内に火花を生起させる点火プラグと、
   前記点火プラグの点火タイミングをＭＢＴより前に過進角させる過進角手段と、
   前記気筒内に旋回流を生起させる生起手段と、
   前記過進角手段により点火タイミングがＭＢＴより前に過進角される時は、前記内燃機関の燃焼形態が成層燃焼となるように前記燃料噴射弁の噴射タイミングを圧縮行程中に設定するものであって、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の移動速度と前記気筒内に生起される旋回流の状態とに基づいて前記燃料噴射弁の噴射タイミングを設定する設定手段と、
   前記設定手段により設定された噴射タイミングが所定タイミングより早くなる場合に、前記生起手段により旋回流を強化させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御システム。
2. 内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記気筒内に火花を生起させる点火プラグと、
   前記点火プラグの点火タイミングをＭＢＴより前に過進角させる過進角手段と、
   前記気筒内に旋回流を生起させる生起手段と、
   前記過進角手段により点火タイミングがＭＢＴより前に過進角される時は、前記内燃機関の燃焼形態が成層燃焼となるように前記燃料噴射弁の噴射タイミングを圧縮行程中に設定するものであって、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の移動速度と前記気筒内に生起される旋回流の状態とに基づいて前記燃料噴射弁の噴射タイミングを設定する設定手段と、
   前記設定手段により設定された噴射タイミングが所定タイミングより早くなる場合に、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の移動速度を増加させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御システム。
3. 請求項１又は２において、前記設定手段により設定された噴射タイミングに従って実際の噴射タイミングを変更する場合に、事前の噴射タイミングから新たな噴射タイミングへ徐々に噴射タイミングを移行させる移行手段を更に備えることを特徴とする内燃機関の制
   御システム。
4. 内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記気筒内に火花を生起させる点火プラグと、
   前記点火プラグの点火タイミングをＭＢＴより前に過進角させる過進角手段と、
   前記過進角手段により点火タイミングがＭＢＴより前に過進角される時は、前記内燃機関の燃焼形態が成層燃焼となるように前記燃料噴射弁の噴射タイミングを圧縮行程中に設定する設定手段と、
   前記設定手段により設定された噴射タイミングに従って実際の噴射タイミングを変更する場合に、事前の噴射タイミングにおける噴射量を徐々に減少させるとともに新たな噴射タイミングにおける噴射量を徐々に増加させる移行手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御システム。
5. 請求項１乃至３の何れか１項において、前記設定手段により設定された噴射タイミングに従って実際の噴射タイミングを変更する場合に、事前の噴射タイミングにおける噴射量を徐々に減少させるとともに新たな噴射タイミングにおける噴射量を徐々に増加させる移行手段を更に備えることを特徴とする内燃機関の制御システム。

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